基于proe的球閥的設計畢業(yè)論文

1、<p>　　畢 業(yè) 論 文</p><p>　　題 目 基于PRO/E的球閥的設計</p><p>　　姓 名：___________ </p><p>　　學 號：__________ </p><p>　　所在院系：____機電工程學院____</p><p>　　所學專業(yè)：____機

2、械制造與自動化</p><p>　　指導教師：____ ____________</p><p>　　完成時間：____2011.12.20______</p><p>　　畢業(yè)設計（論文）任務書</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　球閥，GB/T21465-200

3、8《閥門術語》中定義為：啟閉件（球體）由閥桿帶動，并繞閥桿的軸線作旋轉(zhuǎn)運動的閥門。主要用于截斷或接通管路中的介質(zhì)，亦可用于流體的調(diào)節(jié)與控制，其中硬密封V型球閥其V型球芯與堆焊硬質(zhì)合金的金屬閥座之間具有很強的剪切力，特別適用于含纖維、微小固體顆料等介質(zhì)。而多通球閥在管道上不僅可靈活控制介質(zhì)的合流、分流、及流向的切換，同時也可關閉任一通道而使另外兩個通道相連。本類閥門在管道中一般應當水平安裝。</p><p>　　球

4、閥問世于20世紀50年代，隨著科學技術的飛速發(fā)展，生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品結(jié)構的不斷改進，在短短的40年時間里，已迅速發(fā)展成為一種主要的閥類。在西方工業(yè)發(fā)達的國家，球閥的使用正在逐年不斷的上升，在我國，球閥被廣泛的應用在石油煉制、長輸管線、化工、造紙、電力、市政、鋼鐵等行業(yè)，在國民經(jīng)濟中占有舉足輕重的地位。</p><p>　　球閥由閥蓋、閥體、閥桿、球體和扳手組成，廣泛應用與化學工業(yè)，它是控制流體流通的“開關”。本文主要

5、簡單闡述一下用于無腐蝕性石油管路中的球閥閥體的數(shù)控加工方法，公稱壓力為4牛/平方毫米，工作溫度≤C.</p><p>　　關鍵詞：球閥；密封；發(fā)展；閥體；數(shù)控加工；固定球閥；Pro/E三維建模</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘 要······&#

6、183;····································

7、····························I</p><p>　　前 言····&

8、#183;····································

9、;·····························1</p><p>　　第一章 緒論··&#

10、183;····································

11、······················2</p><p>　　1.1 課題研究的背景·········

12、;····································

13、83;······2</p><p>　　1.1.1 國內(nèi)外控制閥的發(fā)展現(xiàn)狀·······················&#

14、183;············2</p><p>　　1.1.2 國內(nèi)外的研究動態(tài)·················

15、3;····················3</p><p>　　1.2 課題研究的領域··········

16、83;····································&

17、#183;····5</p><p>　　1.2.1 控制閥在各生產(chǎn)領域中的應用························

18、3;······5</p><p>　　第二章球閥的簡單分析 ························

19、83;························6</p><p>　　2.1球閥的功用和用途······&#

20、183;····································

21、·······6</p><p>　　2.2球閥的工作原理························

22、······················6</p><p>　　2.3球閥的主要特點·········

23、····································

24、3;·······7</p><p>　　2.4設計需達到技術要求·······················&#

25、183;·························8</p><p>　　2.4．1閥體······

26、;····································

27、83;·············8</p><p>　　2.4、2球體··················

28、····································

29、3;·8</p><p>　　2.4．3閥桿······························&

30、#183;·························9</p><p>　　第三章 球閥的類型結(jié)構及其材料····&

31、#183;································9</p><p>　

32、　3.1 球閥的類型 ···································

33、;··················· 9</p><p>　　3.2球閥的結(jié)構············

34、····································

35、3;·······10</p><p>　　3.3球閥中各結(jié)構組成部分的材料······················

36、83;···············10</p><p>　　3.4 球閥的密封性···············&#

37、183;····································

38、·10</p><p>　　3.4．1影響球閥密封性的主要因素····························

39、3;·····11</p><p>　　第四章球閥的維護、保養(yǎng)、安裝和使用等注意事項····················11</p><p&g

40、t;　　4.1操作···································&

41、#183;···························11</p><p>　　4.2維護、保養(yǎng)、安裝和使用注意事項·

42、3;··································11</p>

43、<p>　　4.3可能發(fā)生的故障及消除辦法································&#

44、183;········13</p><p>　　4.4球閥的部分參數(shù)等級······················

45、;·························13</p><p>　　4.5主要零部件材料和設計采用標準····

46、83;·······························13</p><p>　　第五章 固定

47、球閥實體模型的建立···································&

48、#183;·14</p><p>　　5.1Pro/E系統(tǒng)軟件簡介····························&#

49、183;·············14</p><p>　　5.2用Pro/E 4.0構建球閥三維實體模型···············

50、·············14</p><p>　　5.2.1用Pro/E 4.0構建球閥三維實體模型···············&#

51、183;······16</p><p>　　5.2.2閥體零件的實體構建·······················

52、83;···········16</p><p>　　5.2.3閥體零件的部分裝配··················

53、3;················24</p><p>　　5.2.4閥體零件、組件的總裝配·············

54、83;··················25</p><p>　　結(jié)論·············

55、3;····································&#

56、183;··27</p><p>　　致謝·····························

57、83;····································&

58、#183;···28</p><p>　　參考文獻 ····························

59、;····································29&

60、lt;/p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　近年來，高等職業(yè)教育迅速發(fā)展。為我國的職業(yè)教育事業(yè)帶來了蓬勃生機，數(shù)控技術及應用作為一門新興行業(yè)，在國內(nèi)外機械加工中，具有舉足輕重的地位。數(shù)控機床作為一種高智能產(chǎn)品，它以結(jié)構靈活多變，加工精度高，生產(chǎn)效率高，質(zhì)量穩(wěn)定，特別適應多品種，小批量，產(chǎn)品更新周期快的特點，深受廣大生產(chǎn)企業(yè)的青睞。作為一名畢業(yè)生，

61、經(jīng)過三年的職業(yè)教育，按照老師的要求，綜合運用所學知識，通過查找資料，能否保質(zhì)保量地完成畢業(yè)設計任務，是檢驗畢業(yè)生合格與否標準。本人經(jīng)過周密思考，認真總結(jié)，仔細篩選，決定設計球閥，它綜合運用了所學專業(yè)知識，充分運用了數(shù)控機床加工的各項功能，具有典型代表性。設計內(nèi)容包括：1摘要，2目錄， 3球閥及各部件的功用與用途，4三維建模造型圖5結(jié)論與張望6參考文獻。</p><p><b>　　第一章 緒論 <

62、/b></p><p>　　1.1 課題研究的背景</p><p>　　1.1.1 國內(nèi)外控制閥的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　從19世紀控制閥應用在蒸汽機開始直到今天，控制閥已經(jīng)發(fā)展成為全球年產(chǎn)值約為200億美元的產(chǎn)業(yè)，而且隨著全球性工業(yè)化的發(fā)展，保持著穩(wěn)定的增長。目前，全球的控制閥市場如同大部分工業(yè)品一樣被三個經(jīng)濟體瓜分，分別是美國為代表的北美經(jīng)濟體，以德

63、國、英國、法國為代表的歐盟地區(qū)，和以日本為代表的亞太地區(qū)。</p><p>　　美國作為世界上的頭號經(jīng)濟強國，美國的閥門工業(yè)從二戰(zhàn)后初期的全球一半產(chǎn)值下降到現(xiàn)在的30%左右，仍然是全球的最大的閥門供應商。據(jù)美國閥門協(xié)會統(tǒng)計，美國閥門協(xié)會有超過110家企業(yè)，年產(chǎn)值超過40億美元。隨著美國公司國際化程度的不斷加強，閥門企業(yè)開始通過收購本土以及世界其它國家的企業(yè)來擴大自己的市場份額，增強競爭力。由于企業(yè)之間的收購不斷加

64、劇，如今美國的閥門企業(yè)多數(shù)屬于某個超大型跨國公司的一部分。著名的TYCO流體控制公司是年度銷售額340億美元的TYCO國際的子公司；MASONEILAN公司是DRESSER工業(yè)公司的一部分，其年銷售額超過3億美元；1984年就在中國開展業(yè)務的FISHER控制閥由于進入中國較早，其產(chǎn)品已經(jīng)成為中國教科書的樣板，其母公司EMMERSON集團的銷售額已超過140億美元。</p><p>　　德國作為歐盟經(jīng)濟體的火車頭，

65、德國的經(jīng)濟在二戰(zhàn)后得到了迅速的恢復，德國產(chǎn)品憑借其優(yōu)良的質(zhì)量迅速占領了歐洲市場，并隨著中國的對外開放來到了中國。目前德國的閥門生產(chǎn)企業(yè)有170多家，產(chǎn)值超過22億歐元，其中出口率為50%左右。德國的閥門企業(yè)一直保持著中小型私營企業(yè)的特點，目前剛剛開始類似美國的企業(yè)并購，但還沒有形成類似美國的大的跨國公司。德國的控制閥企業(yè)多數(shù)屬于專業(yè)性很強的公司，在某一類產(chǎn)品的研究、設計制造方面都有自己的獨到之處。SAMSON公司作為德國控制閥行業(yè)的領軍

66、者，銷售額超過4億歐元，從1909年發(fā)明的波紋管開始，一直在控制閥領域保持技術和質(zhì)量的領先。AUMA公司是世界上最大的專業(yè)生產(chǎn)控制閥用的電動執(zhí)行器的企業(yè)之一，銷售額在1.5億歐元左右，其在電動執(zhí)行機構上的技術領先使其保持著巨大的競爭優(yōu)勢。</p><p>　　日本作為世界第二的經(jīng)濟體，日本的閥門企業(yè)共有706家，但其中15家的產(chǎn)值占到了整個市場的70%。日本閥門市場的總產(chǎn)值約為6億美元，控制閥是其出口的主要產(chǎn)品。

67、作為中國的近鄰，日本的控制閥企業(yè)早在60年代就來到中國，至今為止，日本的控制閥企業(yè)是目前國內(nèi)合資企業(yè)的最大的合作外方。YAMATAKE、KOSO等幾家日本最著名的控制閥生產(chǎn)商目前和國內(nèi)的多家公司進行了合資，其產(chǎn)品由于價格適中，質(zhì)量較好，迅速占領了國內(nèi)的中低端市場。同樣，在日本本國生產(chǎn)的控制閥在制造質(zhì)量和技術上領先于合資企業(yè)，保持著在高端市場的競爭力。</p><p>　　目前我國閥門生產(chǎn)企業(yè)約有5000多家，但大

68、多起點低，規(guī)模小，科研開發(fā)能力弱，只能參照國外的一些產(chǎn)品結(jié)構和樣機，做一些消化吸收的工作。造成這種局面的原因主要有以下兩個方面：首先，從科研人員組成及經(jīng)費投入情況來看，目前國內(nèi)閥門行業(yè)科研人數(shù)不到職工人數(shù)的10%，科研經(jīng)費的投入小于年產(chǎn)值的3%；在國外，科研經(jīng)費的投入達到年產(chǎn)值4%的企業(yè)，只能勉強維持生產(chǎn)。其次，在勞動生產(chǎn)率方面，美國每人每年13.8萬美元，日本每人每年9.5萬美元，而我國平均每人每年只有3萬元人民幣。落差如此之大，國內(nèi)

69、閥門制造企業(yè)也就無法在市場上產(chǎn)生震憾力，與同行業(yè)國際知名企業(yè)的競爭就更加困難。要盡快改變這種現(xiàn)狀，不僅要進行資產(chǎn)重組，更重要的是提高閥門的設計水平及產(chǎn)品質(zhì)量。</p><p>　　當前，控制閥生產(chǎn)行業(yè)正處于一個非常有利的發(fā)展時期。這主要得益于國家經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，固定資產(chǎn)投資逐步擴大。尤其是西氣東輸、西電東送、南水北調(diào)等工程的開工建設，需要大量的控制閥產(chǎn)品與之配套；再加上入世后，國際貿(mào)易門檻降低以及發(fā)達國家調(diào)整產(chǎn)

70、品結(jié)構，使我國控制閥產(chǎn)品的加工制造面臨更大的發(fā)展空間。 </p><p>　　1.1.2 國內(nèi)外的研究動態(tài)</p><p>　　以球體作為關閉件的閥門，成為球閥。球閥是上世紀50年代問世的一種新型閥門，但它是近幾年來發(fā)展最快的閥門品種之一。特別是在美、德、日、法、意、西、英等工業(yè)發(fā)達國家，球閥的使用非常廣泛，使用品種和數(shù)量仍在繼續(xù)擴大，并向高溫、高壓、大口經(jīng)、高密封性、長壽命、優(yōu)良的調(diào)節(jié)性

71、能以及一閥多功能方向發(fā)展，其可靠性及其他性能指標均達到較高水平，并已部分取代閘閥、截止閥、節(jié)流閥。它在航天、石油化工、長輸管線、輕工食品、建筑等許多方面都得到了廣泛的應用。</p><p>　　閥體是球閥的主要承載結(jié)構，具有幾何形狀復雜、作用載荷復雜、支撐結(jié)構和約束復雜的特點。閥體結(jié)構的設計是否合理，將直接影響球閥的使用性能。因此，在對球閥進行動態(tài)分析時，其主要的分析部件就是閥體。</p><

72、p>　　球閥閥體的結(jié)構分析和計算主要有兩種方法:經(jīng)典力學方法和有限元計算方法。經(jīng)典力學方法需要對受力系統(tǒng)作大量簡化和假設，且計算繁雜、精度差，影響球閥結(jié)構的合理化和可靠性[1]。有限元法是在近幾年代發(fā)展起來的強有力的數(shù)值分析方法，它通過計算機實體建模對閥體結(jié)構進行靜態(tài)或動態(tài)特性分析，找出其結(jié)構設計的關鍵部分，從而進行優(yōu)化設計。它使復雜的工程分析問題迎刃而解，而且由于分析軟件和計算機硬件處理技術的高速發(fā)展，計算效率高，實際應用越來越

73、廣泛。</p><p>　　目前，國內(nèi)外在結(jié)構動態(tài)領域的研究十分活躍，特別是美國、西歐等一些工業(yè)發(fā)達國家，十分重視關于結(jié)構動態(tài)涉及問題的研究，并將其列為結(jié)構設計領域的重點發(fā)展方向之一。而我國在這一領域的研究還比較落后。結(jié)構動態(tài)設計的</p><p>　　內(nèi)容十分豐富，涉及現(xiàn)代動態(tài)分析方法、計算機技術、產(chǎn)品結(jié)構力學理論、設計方法學等眾多學科范圍，目前還沒有形成一套完整的結(jié)構動態(tài)設計理論方法和

74、體系[2]。</p><p>　　結(jié)構動態(tài)設計的主要內(nèi)容包括兩個方面：一是建立一個切合實際的結(jié)構動力學模型；二是選擇有效的結(jié)構動態(tài)設計方法。其過程是：對滿足工作性能要求的產(chǎn)品初步設計圖樣或需要改進的產(chǎn)品實物進行力學建模，并作動態(tài)特性分析，然后根據(jù)實際情況，給出其動態(tài)特性的要求或預定的動態(tài)射擊目標再按結(jié)構動力學的“正”、“逆”問題求解其結(jié)構設計參數(shù)或進行結(jié)構修改[4]。</p><p>　　

75、我國控制閥行業(yè)要發(fā)展就一定要實施技術創(chuàng)新，調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構，要大力研制開發(fā)一些技術含量高、勞動附加值高、具有國際領先水平的控制閥產(chǎn)品，以適應現(xiàn)代工業(yè)對控制閥的需求。有限元分析方法在國內(nèi)已開始普遍應用于球閥閥體的結(jié)構分析，研究方向也由單純靜力分析向參數(shù)化建模、結(jié)構優(yōu)化和動態(tài)特性等擴展，而且將有限元分析計算與試驗研究相結(jié)合，呈現(xiàn)多樣化的局面。如江蘇工業(yè)學院的張鎖龍采用有限元法對球閥閥體進行動態(tài)和靜態(tài)的分析[5-7]，肖俊建利用有限元法建立球閥的

76、動態(tài)模型并對結(jié)構進行動態(tài)分析[8]，趙磊生、劉克銘、張力鈞、劉琳琳等都利用有限元法對不同類型的控制閥進行了仿真設計及動態(tài)或靜態(tài)的分析[9-17] ?？梢钥闯觯壳?，國內(nèi)己經(jīng)把有限元法作為控制閥的靜態(tài)分析和動態(tài)分析的重要手段，球閥各部分結(jié)構的有限元分析模型更趨復雜、完善，計算結(jié)果精度愈來愈好，成為球閥結(jié)構分析和設計的主流工具。</p><p>　　1.2 課題研究的領域</p><p>　　

77、1.2．1 控制閥在各生產(chǎn)領域中的應用</p><p>　　球閥在個生產(chǎn)領域中的應用如圖1－1所示：</p><p>　　第二章球閥的簡單分析</p><p>　　2.1球閥的功用和用途</p><p>　　由于球閥通常用橡膠、尼龍和聚四氟乙烯作為閥座密封圈材料，因此它的使用溫度受到閥座密封圈材料的限制。球閥的截止作用是靠金屬球體在介質(zhì)的作用

78、下，于塑料閥座之間相互壓緊來完成的（浮動球球閥）。閥座密封圈在一定的接觸壓力作用下，局部地區(qū)發(fā)生彈塑變形。這一變形可以補償球體的制造精度和表面粗糙度，保證球閥的密封性能。 </p><p>　　又由于球閥的閥座密封圈通常采用塑料制成，故在選擇球閥的結(jié)構和性能上，要考慮球閥的耐火和防火，特別是在石油、化工、冶金等部門，在易燃、易爆介質(zhì)的設備和管路系統(tǒng)中使用球閥，更應注意耐火和防火。 </p><

79、p>　　通常，在雙位調(diào)節(jié)、密封性能嚴格、泥漿、磨損、縮口通道、啟閉動作迅速（1/4轉(zhuǎn)啟閉）、高壓截止（壓差大）、低噪聲、有氣穴和氣化現(xiàn)象、向大氣少量滲漏，操作力矩小、流體阻力小的管路系統(tǒng)中，推薦使用球閥。 </p><p>　　球閥也適用于輕型結(jié)構、低壓截止（壓差小）、腐蝕性介質(zhì)的管路系統(tǒng)中。在低溫（深冷）裝置和管路系統(tǒng)中也可選用球閥。在冶金行業(yè)的氧氣管路系統(tǒng)中，需使用經(jīng)過嚴格脫脂處理的球閥。在輸油管線和輸

80、氣管線中的主管線需埋設在地下時，需使用全通徑焊接式球閥。在要求具有調(diào)節(jié)性能時，需選用帶V形開口的專用結(jié)構的球閥。在石油、石油化工、化工、電力、城市建設中，工作溫度在200度以上的管路系統(tǒng)可選用金屬對金屬密封的球閥。</p><p>　　2.2球閥的工作原理</p><p>　　球閥的工作原理是靠旋轉(zhuǎn)球體來使閥門暢通或閉塞。球閥開關輕便，體積小，可以做成很大口徑，密封可靠，結(jié)構 簡單，維修方

81、便，密封面與球面常在閉合狀態(tài)，不易被介質(zhì)沖蝕，在各行業(yè)得到廣泛的應用。</p><p>　　球閥有兩種口徑的結(jié)構形式，球體通孔的直徑等于管道的內(nèi)經(jīng)，這種球閥稱全通經(jīng)球閥。通孔的直徑略小于管道的內(nèi)經(jīng)，稱縮經(jīng)球閥。此次設計的是全通徑軟密封球閥。</p><p>　　設計固定球閥應考慮殼體剛度強度、閥桿強度、中法蘭強度、填料高度等力學性能。還應考慮使用年限、防火、防靜電、外觀及便于制造、安裝使用

82、、維修等特點。</p><p>　　球閥它具有旋轉(zhuǎn)90度的動作，旋塞體為球體，有圓形通孔或通道通過其軸線。球閥在管路中主要用來做切斷、分配和改變介質(zhì)的流動方向，它只需要用旋轉(zhuǎn)90度的操作和很小的轉(zhuǎn)動力矩就能關閉嚴密。球閥最適宜做開關、切斷閥使用，但近來的發(fā)展已將球閥設計成使它具有節(jié)流和控制流量之用，如V型球閥。</p><p>　　1.閥體接頭 2. 法蘭 3.球心 4.法蘭 5.

83、密封 6.墊</p><p>　　7. 密封圈 8.閥體 9.扳手 10.閥桿 11.螺紋壓環(huán)</p><p>　　球心內(nèi)孔的軸線與閥體及閥體接頭內(nèi)孔的軸線呈垂直相交狀態(tài)。此時液體通路被球心阻塞，呈關閉斷流狀態(tài)。轉(zhuǎn)動扳手9，扳手左端的方孔帶動閥桿旋轉(zhuǎn)，閥桿帶動球心旋轉(zhuǎn)，球心內(nèi)孔與閥體內(nèi)孔、閥體接頭內(nèi)孔逐漸接通。當板手旋轉(zhuǎn)至90°時，球心內(nèi)孔軸線與閥體內(nèi)孔、閥體接頭內(nèi)孔軸線

84、重合，此時液體的阻力最小，流過閥的流量為最大。轉(zhuǎn)動扳手9處于不同位置時，流過閥的液體流量不同，從而起到控制液體流量的作用。</p><p>　　2.3球閥的主要特點</p><p>　　球閥的主要特點是本身結(jié)構緊湊，密封可靠，流體阻力小，維修方便。球面常在閉合狀態(tài)，不易被介質(zhì)沖蝕，易于操作和維修，適用于水、溶劑、酸和天然氣等一般工作介質(zhì)，而且還適用于工作條件惡劣的介質(zhì)，如氧氣、過氧化氫、甲

85、烷和乙烯等，在各行業(yè)得到廣泛的應用。球閥閥體可以是整體的，也可以是組合式的。</p><p><b>　　優(yōu)點： </b></p><p>　　1．流體阻力小。一般有縮經(jīng)和全通徑兩種結(jié)構。無論哪種結(jié)構，球閥的流阻系數(shù)都是很小的。特別是全通經(jīng)球閥，由于其通道直徑等于管道內(nèi)經(jīng)，故在所有閥門中，這種閥門的流阻是最小的。</p><p>　　2．結(jié)構簡

86、單、體積小、重量輕。 </p><p>　　3．緊密可靠，兩個密封面，而且目前球閥的密封面材料廣泛使用各種塑料，密封性好，能實現(xiàn)完全密封。在真空系統(tǒng)中也已廣泛使用。 </p><p>　　4．啟閉迅速球閥在一般情況下只需要轉(zhuǎn)動90°就可完成了全開或全關動作，所以很容易實現(xiàn)啟閉，啟閉時間少，便于遠距離的控制。 </p><p>　　5．維修方便，球閥結(jié)構簡單

87、，密封圈一般都是活動的，拆卸更換都比較方便。 </p><p>　　6．在全開或全閉時，球體和閥座的密封面與介質(zhì)隔離，介質(zhì)通過時，不會引起閥門密封面的侵蝕。 </p><p>　　7．適用范圍廣，通徑從小到幾毫米，大到幾米，從高真空至高壓力都可應用。</p><p>　　8．可靠性高。閥的可靠性高主要的原因是：1、球體與閥座是硬密封所以密封圈不會因高溫而融化，可以在

88、高溫的工作條件下適用。2、閥桿設計成在工作環(huán)境中拆去填料壓蓋閥桿不會飛出的結(jié)構，消除了填料壓蓋松開而飛出的事故隱患；3、采用防靜電裝置，適用于輸送石油、天然氣、煤氣的管線。</p><p>　　9．由于球閥在啟閉過程中有擦拭性，所以可用于帶懸浮固體顆粒的介質(zhì)中。</p><p><b>　　缺點：</b></p><p>　　10.加工精度高，

89、造價昂貴，高溫中不易使用。</p><p>　　2.4設計需達到技術要求</p><p><b>　　2.4．1閥體</b></p><p>　　1．閥體壁厚應符合ASME B16.34的要求。</p><p>　　2．法蘭連接閥門的結(jié)構長度應符合ASME B16.10長型或短型的規(guī)定。</p><p

90、>　　3．端法蘭尺寸和法蘭端面的粗糙度按ASME B16.5的規(guī)定</p><p>　　4．閥門零件材料的抗腐蝕性應不低于閥體材料。</p><p><b>　　2.4．2球體</b></p><p>　　球體的通道應是圓形的，球閥全開時應保證球體通道與閥體通道在同一軸線上。球體材料的抗腐蝕性應不低于閥體材料。</p>&l

91、t;p><b>　　2.4．3閥桿</b></p><p>　　閥桿應設計成當填料或填料壓蓋拆除后能防止內(nèi)壓使閥桿沖出的防閥桿沖</p><p>　　出裝置。閥桿材料的抗腐蝕性應不低于閥體材料。</p><p>　　第三章球閥的類型、結(jié)構及其材料</p><p><b>　　3.1球閥類型</b&g

92、t;</p><p>　　球閥的結(jié)構形式和品種規(guī)格非常之多，根據(jù)其用途和特點大致可分為以下幾種：浮動球球閥、固定球球閥、軌道球閥、V型球閥、三通球閥、不銹鋼球閥、鍛鋼球閥、卸灰球閥、抗硫球閥、三通球閥、氣動球閥、電動球閥、卡套球閥、焊接球閥。</p><p>　　1．按球體的支撐方式分為浮動球球閥和固定球球閥兩類。</p><p>　　浮動球球閥：其主要特點是球體無

93、支撐軸球體以閥門進出口兩端的閥座為支撐。閥桿與球體為活動鏈接，因此這種球閥的球體被兩閥座夾持其中而呈“浮動”狀態(tài)。</p><p>　　2．定球球閥：其特點是球體與上下閥桿連成一體，球體可沿與閥門通道相垂直的軸線自由轉(zhuǎn)動，但不能沿通道軸線移動。因而，固定球球閥的轉(zhuǎn)矩小，閥座變形小，密封性能穩(wěn)定，使用壽命長，適用于高壓，大通徑的場合。</p><p>　　3．按球體的安裝方式可分為頂裝式，底

94、裝式，側(cè)裝式及斜裝式四種。</p><p>　　4．按球體結(jié)構可分為整體球球閥，半球體球閥，截球體球閥三種。其中截球體球閥又分為弓形和扇形截球體球閥。</p><p>　　5．按球閥與管道的連接形式可分為法蘭連接球閥，內(nèi)螺紋和外螺紋連接球閥和焊接連接球閥四三種。其中法蘭連接球閥又分為整體法蘭連接球閥，螺紋法蘭連接球閥，對夾式法蘭連接球閥和焊接法蘭連接球閥。</p><p

95、>　　6．按閥體通道數(shù)量和球體通道形式可分為二通球閥，三通球閥，四通球閥及多通球閥。其中二通球閥又分為直通式二通球閥和直角式二通球閥。三通球閥又分為L型,T型,Y型及空間交叉角式三通球閥。</p><p>　　7．按驅(qū)動方式可分為手動，氣動，液動和電動球閥。其中手動球閥又分為帶與不帶驅(qū)動機構兩種。氣動球閥又分為活塞氣缸式和旋轉(zhuǎn)葉片式兩種。此外還有組合式球閥，如電液聯(lián)動和氣液聯(lián)動球閥。</p>

96、<p>　　8．按用途可分為真空球閥，低溫及超低溫球閥，高溫球閥，保溫球閥，耐腐蝕球閥，收發(fā)球球閥以及多功能球閥。</p><p><b>　　3.2球閥的結(jié)構</b></p><p>　　球閥是由閥體、閥蓋、閥桿、球體、手柄等結(jié)構組成。</p><p><b>　　3.3球閥的材料</b></p>

97、<p>　　球閥的基體材料通常包括不銹鋼系、硬質(zhì)合金系和特種合金系，因為這幾種材料有較好的高溫穩(wěn)定性。球體和閥座應采用抗腐蝕性能不低于閥體抗腐蝕性能的材料。閥桿是閥門中重要的受力零件，閥桿的材料必須具有足夠的強度和韌性，能耐介質(zhì)、大氣及填料的腐蝕性，耐擦傷，工藝性好。連接螺栓和螺母可用經(jīng)調(diào)制處理的高強度合金鋼制作（最低抗拉強度大于690MPa）。本文所設計的閥體采用鑄鐵230—450.主要是因為其有許多特殊的性能，如耐熱、耐

98、磨、耐腐蝕等；有良好的焊接性能，有利于鑄件的修補和組合，各部件結(jié)構可設計勻稱，能抵抗變形。</p><p><b>　　3.4球閥的密封性</b></p><p>　　球閥的密封性指標由內(nèi)泄漏和外泄漏要求確定，國家標準規(guī)定非金屬密封球閥的密封性按GB/T13927《通用閥門壓力試驗》的A級執(zhí)行，要求“在試驗持續(xù)時間內(nèi)無可見泄漏”；航天行業(yè)標準規(guī)定地面氣體管路系統(tǒng)用球閥

99、“在0.05MPa和1.1倍公稱壓力的氣壓條件下，保壓3min，內(nèi)泄漏率應不大于3×10-5Pa·m3/s (無氣泡逸出)；在1.1倍公稱壓力的氣壓條件下，保壓3min，外泄漏率應不大于1×10-5Pa·m3/s。</p><p>　　3.4．1影響球閥密封性的主要因素</p><p>　　影響球閥密封性的主要因素有密封面的粗糙度和球體圓度參數(shù)。眾所

100、周知，無論采用如何先進的加工技術，都不可能完全消除球體的圓度誤差及密封面的微觀缺陷，因此，為了達到良好的密封效果并保證加工過程可以實現(xiàn)，必須確定合適的密封面粗糙度和球體圓度參數(shù)值。有關資料推薦，球體密封面的粗糙度Ra值最大允許值為0·4μm；密封座粗糙度Ra值在以聚四氟乙烯為密封材料時最大允許值為0·8μm。球面的圓度公差，按GB/T1184附表2的6級精度較為合適。</p><p>　　第四

101、章球閥的維護、保養(yǎng)、安裝和使用等注意事項</p><p><b>　　4.1操作</b></p><p>　　1．操作前須確認管路和閥已被沖洗過。 </p><p>　　2．閥的操作按執(zhí)行機構輸入信號大小帶動閥桿旋轉(zhuǎn)完成：正向旋轉(zhuǎn)1/4圈（90°）時，閥關斷。反向旋轉(zhuǎn)1/4圈（90°）時，閥開啟。 </p>&

102、lt;p>　　3．當執(zhí)行機構方向指示箭頭與管線平行時，閥門為開啟狀態(tài)；指示箭頭與管線垂直時，閥門為關閉狀態(tài)。</p><p>　　4.2維護、保養(yǎng)、安裝和使用注意事項</p><p>　　1、 維護保養(yǎng)注意要點：</p><p>　　一） 閥門應放在干燥通風的室內(nèi) , 通徑兩端須密封防塵。 </p><p>　　二） 長期存放應定期檢查

103、 , 并在加工表面上涂油 , 防止銹蝕 。</p><p>　　三） 閥門安裝前應仔細核對標志是否與使用要求相符。 </p><p>　　四）安裝時應清潔內(nèi)腔和密封面 , 檢查填料是否壓緊 , 連接螺栓是否均勻擰緊。</p><p>　　五） 閥門應按照允許的工作位置安裝 , 但須注意檢修和操作的方便。 </p><p>　　六）使用中 ,

104、不可將閘閥部分開啟調(diào)節(jié)流量 , 以免在介質(zhì)流速較高時使密封面損壞 , 宜全開或全閉。 </p><p>　　七）在開啟或關閉時旋轉(zhuǎn)手輪 , 不宜借助其它輔助杠桿。 </p><p>　　八）傳動件應定期加油潤滑。 </p><p>　　九）安裝后應定時檢修 , 清楚內(nèi)腔的污垢 , 檢查密封面 , 閥桿螺母磨損情況。 </p><p>　　十）

105、應有一套科學正確的安裝作業(yè)標準，檢修應進行密封性能實驗 , 并做好詳細的記錄以備考察。</p><p>　　2、閥門安裝的注意事項：</p><p>　　閥門安裝之前，要確認閥門符合設計要求和有關標準。</p><p>　　安裝前，管道內(nèi)部要清洗，除去鐵屑等雜質(zhì)，防止閥門密封座夾雜異物。另外，安裝時的閥門應是關閉狀態(tài)。</p><p>　　在

106、安裝閥門時，要確認介質(zhì)流向、安裝形式及手輪位置是否符合規(guī)定。</p><p>　　在搬運和安裝閥門時，要謹防磕碰劃傷的事故。</p><p>　　起吊閥門作業(yè)時。閥門要在指定的起吊位置上正確起吊，不得使閥門僅在局部受力的情況下進行起吊或牽引。</p><p>　　法蘭連接閥門的安裝。 </p><p>　　連接兩個法蘭時，首先要使法蘭密封面與

107、墊片均勻壓緊，由此保證靠同等的螺栓應力對法蘭進行連接。</p><p>　　在緊固螺栓時，要使用與螺母相匹配的扳手，當使用油壓、風動工具進行緊固時，注意不要超過規(guī)定的力矩。</p><p>　　法蘭的緊固要避免用力不勻，應按照對稱、交義的方向順序旋緊。</p><p>　　法蘭的安裝后，要確認所有的螺栓螺母的堅固均勻。</p><p>　　4

108、.3可能發(fā)生的故障及消除辦法</p><p>　　4.4球閥的部分參數(shù)等級</p><p>　　1．公稱壓力或壓力級：PN1.0-32.0MPa、ANSI CLASS 150-900、JIS10-20K； </p><p>　　2．公稱通徑或口徑：DN6～900、NPS 1/4 ～36； </p><p>　　3．連接方式：法蘭、對焊、螺紋、

109、承插焊等； </p><p>　　4．適用溫度：-196℃～540℃； </p><p>　　5．驅(qū)動方式：手動、蝸輪蝸桿傳動、氣動、電動、液動、氣液聯(lián)動、電液聯(lián)動； </p><p>　　6．閥體材料：WCB、ZG1Cr18Ni9Ti、ZG1Cr18Ni12Mo2Ti、CF8(304)、CF3(304L)、CF8M(316)、CF3M (316L)、Ti。選用不同

110、的材質(zhì)，可分別適用于水、蒸汽、油品、硝酸、醋酸、氧化性介質(zhì)、尿素等多種介質(zhì)。</p><p>　　4.5主要零部件材料和設計采用標準</p><p>　　閥體─WCB　閥座─25 球體─2Cr13　閥桿─2Cr13</p><p>　　制造標準——API 608</p><p>　　尺寸公差——GB/T 1804-2000m的規(guī)定</

111、p><p>　　材料標準——ASME B143-52的規(guī)定</p><p>　　法蘭尺寸標準——ASME B16.5a的規(guī)定</p><p>　　壓力試驗標準——API 598的規(guī)定</p><p>　　第五章 固定球閥實體模型的建立</p><p>　　5.1Pro/E系統(tǒng)軟件簡介</p><p>

112、;　　Pro/Engineer 是美國PTC公司的產(chǎn)品，于1988年問世。10多年來，經(jīng)歷20余次的改版，已成為全世界及中國地區(qū)最普及的3D CAD/CAM系統(tǒng)的標準軟件，廣泛應用于電子、機械、模具、工業(yè)設計、汽車、航天、家電、玩具等行業(yè)。Pro/ENGINEER是一個基于特征的（Feature-Based）實體模型建模工具，利用每次個別建構區(qū)塊的方式構建模型。設計者根據(jù)每個加工過程，在模型上構建一個單獨特征。特征是最小的建構區(qū)塊，若以

113、簡單的特征建構模型，在修改模型時，更有彈性。通過創(chuàng)建零件、裝配、繪圖等方式，可利用Proe/ENGINEER驗證模型。由于各功能模塊之間是相互關聯(lián)的，如果改變裝配中的某一零件，系統(tǒng)將會自動地在該裝配中的其他零件與繪圖上反映該變化。Pro/ENGINEER為一參數(shù)化系統(tǒng)，即特征之間存在相互關系，使得某一特征的修改會同時牽動其他特征的變更，以滿足設計者的要求。如果 某一特征參考到其他特征時，特征之間即產(chǎn)生父/子（parent/child）關

114、系。根據(jù)已建好的實體模型，在裝配（component）中，利用其特征（平面，曲面或軸線）為基準，直接構建（Create）新的實</p><p>　　5.2用Pro/E 4.0構建球閥三維實體模型</p><p>　　Pro/E軟件有很多版本，而其中的野火版是使用最為廣泛的，本次設計所使用的三維建模軟件則是Pro/Engineer Wildfire 4.0 ,是一個比較新的版本，較2.0有了

115、很多的改進，其三維建模界面如圖4-1：</p><p>　　圖4-1三維建模界面</p><p>　　Pro/E 4.0的工作界面一般由標題欄、圖形窗口、導航區(qū)、菜單欄、頂部工具欄、右側(cè)工具欄、菜單管理器及過濾器等部分組成。Pro/E 4.0參數(shù)化草圖繪制需要經(jīng)過草圖圖元的繪制，草圖編輯與修改，草圖的幾何約束、草圖的尺寸約束這四個步驟。其二維參數(shù)化草圖繪制的界面如圖4-2：</p&g

116、t;<p>　　圖4-2二維參數(shù)化草圖繪制的界面</p><p>　　5.2.1用Pro/E 4.0構建球閥三維實體模型</p><p>　　Pro/E在三維建模方面的功能強大，可以方便地建立出本設計球閥的三維模型。首先要構建出球閥各零部件的三維實體模型，然后按照設計要求進行各個零件的裝配，最后得到球閥的實體模型，使本課題的畢業(yè)設計能夠較具體直觀地展示出來。</p>

117、;<p>　　5.2.2閥體零件的實體構建</p><p><b>　　1.閥體</b></p><p>　　閥體是球閥中最為重要的零件，是裝配的基本體，后面建立的各個零件實體都要裝配到閥體上去。閥體的建模也是球閥中最為復雜的，特別是二維草繪截面的繪制要涉及很多的幾何和位置尺寸。閥體模型的創(chuàng)建需要通過旋轉(zhuǎn)，拉伸，打孔，倒圓角，鏡像等多種工具來進行。閥體的

118、模型建立過程如下： </p><p>　?、倮L制出閥體的旋轉(zhuǎn)草繪截面，如圖4-3：</p><p>　　圖4-3閥體的旋轉(zhuǎn)草繪截面</p><p>　?、谕瓿尚D(zhuǎn)命令，得到旋轉(zhuǎn)實體，利用旋轉(zhuǎn)、拉伸、陣列、圓角、倒角命令，完成閥體上螺栓孔、圓角、彈簧孔等特征的建立，做出閥體三維實體模型，如圖4-4：</p><p>　　圖4-

119、4閥體三維實體模型</p><p><b>　　2.閥蓋</b></p><p>　　閥蓋是一個回轉(zhuǎn)體，它的建立是先激活旋轉(zhuǎn)工具進入草繪平面，再按設計尺寸畫出草繪截面，最后進行旋轉(zhuǎn)即可得到閥蓋的三維實體。閥蓋的模型建立過程如下： </p><p>　?、僦瞥鲩y蓋的旋轉(zhuǎn)草繪截面，如圖4-5：</p><p>　　圖4-5閥

120、蓋旋轉(zhuǎn)草繪截面</p><p>　?、谕瓿尚D(zhuǎn)命令，在閥蓋上建立并陣列各孔，最終完成閥蓋的三維實體模型，如圖4-6：</p><p>　　圖4-6閥蓋的三維實體模型</p><p><b>　　3.球體</b></p><p>　　球體的模型建立過程如下：</p><p>　　①制出球體的旋轉(zhuǎn)草繪

121、截面，如圖4-7：</p><p>　　圖4-7球體的旋轉(zhuǎn)草繪截面</p><p>　?、偻瓿尚D(zhuǎn)命令，如圖4-8：</p><p><b>　　圖4-8球體</b></p><p>　　①用拉伸減料命令，做出球體與閥桿和固定軸的連接孔，及鍵槽如圖4-9： </p><p><b>　

122、　圖4-9球體</b></p><p><b>　　4.密封圈</b></p><p>　　密封圈在球閥的密封中起到了很重要的作用，也是一個旋轉(zhuǎn)體，可以通過旋轉(zhuǎn)工具按照其草繪截面旋轉(zhuǎn)得到。模型建立過程如下：</p><p>　　建立出密封圈的三維實體模型，如圖4-10：</p><p>　　圖4-10密封圈的

123、三維實體模型</p><p><b>　　5.閥座</b></p><p>　　閥座在球閥中的作用是支持密封圈用的，同樣也是一個旋轉(zhuǎn)體，可通過旋轉(zhuǎn)工具按照其草繪截面旋轉(zhuǎn)得到。完成旋轉(zhuǎn)命令，建立出閥座的三維實體模型，如圖4-11：</p><p>　　圖4-11閥座的三維實體模型</p><p><b>　　6.

124、閥桿</b></p><p>　　閥桿在球閥中起到傳遞扭矩力作用。閥桿可通過草繪旋轉(zhuǎn)得到，也可以通過多次拉伸得到。閥桿拉伸結(jié)果實體如圖4-12：</p><p>　　圖4-12閥桿的三維實體模型</p><p>　　分別在閥桿兩頭拉伸得道鍵槽如圖4-13：</p><p>　　圖4-13閥桿上鍵槽造型</p><

125、;p><b>　　7.彈簧</b></p><p>　　彈簧在球閥中起到支撐閥座的作用，使配合在閥座上的密封圈始終緊貼球體表面。彈簧實體通過軟件中的軌跡掃描得到，螺旋掃描軌跡如圖4-14：</p><p>　　圖 4-14彈簧螺旋掃描軌跡</p><p>　　生成實體如圖4-15：</p><p>　　圖4-15彈

126、簧三維實體模型</p><p>　　5.2.3閥體零件的部分裝配</p><p>　　完成固定球球閥各個零件的三維實體模型建立之后，就要利用Pro/E的裝配功能進行零件的裝配，為了裝配的方便，先將幾個聯(lián)系緊密的零件裝配起來，進行部分裝配。最后再將這些部分裝配好的組件進行完整的裝配。部分裝配的工程如下：</p><p><b>　　1.閥體的組裝</b

127、></p><p>　　將建立好的閥體和閥座.密封圈.彈簧.球體等零件進行組裝，得到如圖組件。如圖4-16：</p><p>　　圖4-16閥體的組裝</p><p><b>　　2.閥桿的組裝</b></p><p>　　將建立好的閥桿和需套裝在閥桿上的零件進行組裝，得到如圖的組件。如圖4-17：</p&g

128、t;<p>　　圖4- 17閥桿和閥芯進行組裝</p><p>　　5.2.4閥體零件、組件的總裝配</p><p>　　將前面的組件通過彼此的約束進行最后的裝配，得到球閥完整的三維實體如圖4-18所示，圖4-19為球閥的爆炸分解圖：</p><p>　　圖4-18球閥總裝配圖</p><p>　　圖4-19球閥爆炸圖</

129、p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　我的課題為不帶驅(qū)動裝置的球閥設計和三維建模,球閥的設計因為要涉及到復雜的尺寸計算，三維模型的建立，確實有一定難度。剛發(fā)到課題確實難從下手但在老師輔助和發(fā)的資料中我慢慢理出了頭序。</p><p>　　首先我根據(jù)老師發(fā)的任務確定閥體的各個配合尺寸，確定閥體結(jié)構形式、連接形式和結(jié)構長度，計算球閥

130、相關畫圖零件尺寸數(shù)據(jù)。再利用Pro/E輔助設計軟件繪制球閥的三維實體模型各個零件三維圖,再將零件裝配成完整的球閥實體。</p><p>　　在此次的畢業(yè)設計中，我們遇到了許多以前從未遇到過的問題，但通過老師的指導和我們的努力，這些問題都得到了很好的解決。通過這次畢業(yè)設計，我相信在以后的學習和工作過程中，一定可以好好的解決問題，提高自己的能力，較快地適應工作和社會激烈的競爭。</p><p>

131、;<b>　　致 謝</b></p><p>　　本論文的完成，得益于大學老師傳授的知識，使我有了完成論文所要求的知識積累，更得益于導師從選題的確定、論文資料的收集、論文框架的確定、開題報告準備及論文初稿與定稿中對字句的斟酌傾注的大量心血，在此對導師表示感謝！</p><p>　　在這里，還要特別感謝大學三年學習期間給我諸多教誨和幫助的學院的各位老師，感謝你們給予我的

132、指導和教誨。</p><p>　　回首本人的求學生涯，父母的支持是本人最大的動力。父母不僅在經(jīng)濟上承受了巨大的負擔，在心里上更有思子之情的煎熬與望子成龍的期待。希望以后的學習、工作和生活能使父母寬慰。</p><p>　　在撰寫論文的工作中，由于所學理論知識和自己的水平、經(jīng)驗有限，難免有疏漏不足和錯誤之處，謹請答辯老師批評指正，在此，向各位老師表示誠摯的謝意！</p><

133、;p>　　2011年12月10日</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]邱曉來,林潔.閥門產(chǎn)品樣本下冊[J] .機械工業(yè)部,2004.</p><p>　　[2]章華友,陳元芳.球閥設計與選用.機械設計與制造,1994</p><p>　　[3]李雪梅,丁峰.氣控流量調(diào)節(jié)閥的設計與

134、應用[J].流體傳動與控制,2006.</p><p>　　[4]焦馥杰.振動時效機理的研究[J].焊接學報,1992.</p><p>　　[5]張鎖龍.大口徑球閥的結(jié)構設計和強度計算.江蘇工業(yè)學院學報[J],2004.</p><p>　　[6]龐明軍,張鎖龍.大口徑球閥的閥體設計和三維數(shù)值模擬[J].化工機械,2005.</p><p>

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