球阀毕业设计说明书样本

摘要 IAbstract II1绪论 11.1球阀发展历史 11.2国内外研究现状 11.3本文研究重要内容、办法和目的 22球阀构造设计及校核 32.1球阀构成、作用原理、特点和构造分类 32.1.1球阀构成 32.1.2球阀作用原理 32.1.3球阀特点 32.1.4球阀构造类型 32.2球体直径拟定 42.3球体与阀座之间密封比压拟定 42.3.1必须比压计算 42.3.2需用比压选取 52.3.3设计比压计算 52.4球阀密封力计算 72.5球阀转矩计算 82.6阀体设计 92.6.1阀体构造形式、连接形式、构造长度和材料拟定 92.6.2阀体壁厚拟定 102.6.3阀体法兰设计 102.6.4阀体法兰校核 112.7阀杆设计和校核 142.7.1阀杆材料选取 142.7.2阀杆填料选取、填料摩擦力及摩擦转矩计算 152.7.3阀杆强度计算 162.8阀杆连接件强度计算 182.9球体设计和校核 202.10球阀阀座设计 212.11省力机构设计和校核 222.11.1蜗轮蜗杆设计 232.11.2蜗轮蜗杆强度校核 233ANSYS软件分析 243.1ANSYS软件应用和简介 243.2模型导入和分析 263.2.1模型简化、导入和分析准备 263.2.2模型材料定义 273.2.3模型加载和边界条件拟定 283.2.4模型加载后分析成果 293.2.5ANSYS成果分析 33结论 34参照文献 35道谢 36摘要本文依照已知球阀设计经验对DN为250mm，设计压力为2Mpa球阀进行设计，重要涉及了材料选取、构造设计和强度校核等，在构造和材料方面在满足强度前提下，尽量减少构造复杂性，以更小消耗、更简朴构造来实现成品设计优化，同步对球阀重要部件进行应力软件分析。省力机构作为设计任务一某些，咱们需要依照球阀特点来选取适当机构。本设计以已给设计条件为着眼点，同步依照国家阀门原则为中心，借助soliderworks三维软件、AUTOCAD二维制图软件和ANSYS分析软件依照球阀设计手册原则框架构造形式对产品进行了三维建模、二维制图和应力分析，最后拟定球阀构造形式和省力启动方式，这对后来设计与研究同类球阀具备一定参照价值。核心词：构造设计、强度校核、应力分析、省力机构AbstractThisarticleaccordingtotheknownballvalvedesignexperiencetoDNis250mm，thedesignpressureisthe2Mpaballvalvecarriesonthedesign，mainlyhasincludedthechoiceofmaterial，thestructuraldesignandtheintensityexaminationandsoon。Inthestructureandmaterialaspectinsatisfyingundertheintensitypremise，reducethestructureasfaraspossiblethecomplexity，byasmallerconsumption，asimplerstructurerealizestheendproductdesignoptimization，simultaneouslycarriesonthestresstoballvalve'smajorcomponentthesoftwareanalysis.Theprovincestrengthorganizationdoesforataskofdesignpart，weneedtochoosetheappropriateorganizationaccordingtoballvalve'scharacteristic.Thisdesigntakesthegivendesignconditionsastheobjectivepoint，simultaneouslyaccordingtothenationalvalvestandardisthecenter，withtheaidofthesoliderworksthreedimensionalsoftwareandAUTOCADtwo-dimensionalchartingsoftwareandANSYSanalysissoftwarehascarriedonthethreedimensionalmodelling，thetwo-dimensionalchartingandstressanalysisaccordingtotheballvalvedesignhandbook'sstandardframe'sstructuralstyletotheproduct，finallydeterminedthatballvalve'sstructuralstyleandprovincestrengthopeningway，thiswillhavecertainreferencevaluetothelaterdesignandresearchsimilarballvalve.Keywords：Structuraldesign，intensityexamination，stressanalysisandreducingeffortorganization1绪论1.1球阀发展历史球阀是上世纪50年代问世一种新型阀门。在短短30近年里，球阀已发展成为一种重要阀类，它在航空航天、石油化工、长输管线、轻工食品、建筑等许多方面都得到了广泛应用。早在19世纪80年代美国就开始设计球阀，但是当时缺少恰当密封材料，限制了求法发展，使它未能成为一种正式工业产品。直到上世纪50年代，聚四氟乙烯等弹性密封材料浮现才使球阀产生和发展浮现了转机；同步由于机床工业发展，使球体加工技术提高，可以实现球体所规定尺寸精度与表面粗糙度。1.2国内外研究现状球阀是上世纪50年代问世一种新型阀门。在短短30近年里，球阀已发展成为一种重要阀类，它在航空航天、石油化工、长输管线、轻工食品、建筑等许多方面都得到了广泛应用。当前球阀最大公称通径已达3050mm，这是美国EscherWyss公司为田纳西州一种泵站所提供四台球阀，用作透平机出口切断阀，设计压力为4.8Mpa。球阀最高工作压力已达72Mpa，其相应温度高达1000℃。球阀不但在普通工业管道上得到了广泛应用，并且在核工业、宇航工业液氧与液轻输送管线上普遍采用。全塑料球阀近年来发展较快。其特点是：耐腐蚀、重量轻、成本低。西德一家阀门公司已制造通径为6“塑料球阀；美国HillMaccanng公司制成一种含氟材料球阀，商业名称为Kynar，据称有高强度、优良耐温与耐腐蚀性能，使用温度为《250℃。同步随着时代发展，进入21世纪后来，生产和制造技术有了明显优化提高，同步，技术人员大都通过计算机技术对产品进行研发设计和控制优化，在很大限度上提高了设计速度和更新周期。当前，全球控制阎市场犹如大某些工业品同样被三个经济体瓜分，分别是美国为代表北美经济体，以德国、英国、法国为代表欧盟地区，和以日本为代表亚太地区。美国是全球最大阀门供应商，其阀门协会有超过110家公司，年产值超过40亿美元。1984年就在中华人民共和国开展业务FIS}玎讯控制阀由于进入中华人民共和国较早，其产品已经成为中华人民共和国教科书样板。德国在二战之后迅速恢复经济，其产品通过优良质量迅速占领市场。德国阀门公司普通都属于专业性很强公司，在某一类产品研究、设计和制造方面均有自己特色。日本作为世界第二经济体，其阀类产品由于价格适中，质量较好，迅速占领了中华人民共和国中低端市场。当前国内关于球阀生产公司大多规模小、科研能力弱，大多通过参照外国产品进行设计生产，其重要因素是技术投入资金局限性，科研人员数量局限性，因此在国内诸多大型工程招标中大多被外国阀门公司所垄断。1.3本文研究重要内容、办法和目的球阀作为新型阀门品种之一，关于球阀设计方案十分稀少，本文重要研究内容涉及对球阀构造设计。球阀设计规定保证适当强度与刚度，从而保证球阀寿命和稳定性。本课题重要以DN为250mm，P为2Mpa球阀，进行构造设计，强度校核，以及核心零部件分析，同步进行三维建模。课题研究内容和办法重要涉及：（1）设计球阀构造并进行强度校核通过设计手册对球阀构造进行设计，重要涉及阀体、阀杆、阀芯以及省力机构选用与设计，并对其受力分析，然后再拟定材料后进行强度校核。（2）建立球阀三维模型通过soliderworks三维软件对球阀零件进行实体建模，并进行装配。（3）ANSYS软件分析对球阀三维模型进行恰当简化，忽视不受力小零件，通过soliderworks和ANSYS接口程序将实体模型导入ANSYS中，生成实体模型，然后选取单元划分网格，并依照工作条件对球阀施加约束，从而建立球阀有限元模型。2球阀构造设计及校核2.1球阀构成、作用原理、特点和构造分类2.1.1球阀构成图2-1手动浮动球球阀构造1—阀体2—阀座3—球体4—阀杆5—手柄球阀重要由阀体、球体、阀杆、阀芯、阀座和省力机构等几某些重要零件构成。下面对上述几种重要零件设计进行设计计算。图2-1为球阀构造图。2.1.2球阀作用原理球阀重要功能是切断或接通管道中流体管道，即球阀普通为闭路阀。因而，球阀作用原理很简朴：借助驱动装置在阀杆端施加一定转矩并传递给球体，使它旋转90°，球体通孔则与阀体通道中心线重叠或者垂直，球阀便完毕了全开或全关动作。2.1.3球阀特点球阀重要特点如下：流体阻力小、开关迅速、以便、密封性好、寿命长、可靠性高，并且阀体内通道平整光滑适于输送粘性流体，浆液，以及固体颗粒。2.1.4球阀构造类型按球体和阀体不同构造形式，球阀可以分几大类。按球体支撑方式分类按球体支撑方式，球阀可分为浮动球球阀和固定球球阀两大类。其中浮动球阀特点十分突出，重要有构造简朴、制造以便、工作可靠。而固定球阀转矩小，阀座形变小，密封性能稳定，使用寿命长，合用于高压、大通径场合。按球体安装方式分类按球体安装方式可分为顶装式、底装式、侧装式和斜装式。本次球阀设计选用了侧装法兰连接二分体式球阀，其特点是将阀体沿与阀门通道轴线相垂直截面分为不对称左右两半，球体从截分面孔道装入，左、右两半阀体用法兰连接球阀。按球阀与管道连接形式分类按球阀与管道连接形式可分为法兰连接球阀、内螺纹和外螺纹连接球阀以及焊接连接球阀。其选用在阀体设计中有详细阐明。2.2球体直径拟定球体直径大小影响球阀构造紧凑性，应此应尽量缩小球体直径。球体半径普通按R=d计算。同步为保证球体表面能完全覆盖阀座密封面，选定球径后须按下式进行校核：（2-1）必要满足D＞，式中为最小球体直径（mm）；—阀座外径（mm）；d—球体通道孔直径（mm）；D—球体实际直径（mm）。由上面可知可取球体直径D=380mm，mm。2.3球体与阀座之间密封比压拟定2.3.1必须比压计算必须比压是为保证密封，密封面单位面积上所必须最小压力，以表达。由于流体压力或附加外力作用，在球体与阀座之间产生压紧力，于是必须比压式球阀设计中最基本参数之一，它直接影响球阀性能及构造尺寸。下面是由实验成果得出计算公式：（2-2）式中m—与流体性质关于系数； a，c—与密封面材料关于系数；P—流体工作压力；b—密封面在垂直于流体流动方向上投影宽度；t—密封面宽度；其中查表2-1可得m=1，a=1.8，b=0.9，P=2Mpa。b将在下面中计算得出。表2-1密封材料ac钢硬质合金3.51铝、铝合金、聚四氟乙烯、尼龙、硬聚氟乙烯1.80.9青铜、黄铜、铸铁3.01中硬橡胶0.40.6软橡胶0.30.42.3.2需用比压选取密封面单位面积上容许最大压力称为需用比压，以表达。本此设计球阀通过查询《球阀设计与选用》密封面材料许用比压表可知，选用尼龙=30Mpa。2.3.3设计比压计算设计时拟定在密封面单位面积上压力，称为设计比压，以q表达。选取比压比应是密封可靠、寿命长和构造紧凑。必要保证：＜q＜（2-3）设计比压按图2-2中力平衡关系进行计算：（2-4）式中N——球体对阀座密封面法向力(N)；（2-5）S—阀座与球体杰出球星环带面积，S=2Πr（）Q—作用于阀座密封面上沿流体方向合力；—密封面法向与流道中心线夹角。；图2-2比压计算图—球体中心线执法作两段面距离（mm），;；—阀座内径；—发作外径；—阀座平均直径（mm），；R—球体半径（mm）。整顿可得:（2-6）由于球阀密封力尚未计算故需计算完，故在下节给出设计比压计算成果。2.4球阀密封力计算为简化计算，往往忽视预紧力,阀座滑动摩擦力及流体静压力在密封面余隙中作用力,这样密封力仅等于流体静压力在阀座密封面上作用力(N)，即=110.25KN（2-7）将上式代入式2-5可得＜（2-8）可得q=8.8在球阀初步设计时，为了便于拟定b，DN及P关系，设，q=代入上式可得（mm）（2-9）由需用比压=30Mpa，DN=250mm，P=2Mpa代入得：b=2.54mm，代入式2-2可得显然满足＜q＜球阀密封力精准计算还要计算预紧力,故可知；Q=+（2-10）预紧力计算公式如下：（N）（2-11）式中—预紧所需最小比压，(Mpa)；、—阀座内径和外径（mm）。可得=2.5KN，故Q=112.75KN。2.5球阀转矩计算由于本球阀为浮动球阀故其转矩计算公式如下：(2-12)式中—球体与阀座密封面间摩擦转矩；—阀杆与填料之间摩擦转矩；—阀杆台肩与止推垫间摩擦转矩。M和计算见2.7.2。(2-13)式中F—球体与阀座之间密封力，,（N）；r—摩擦半径，，球体摩擦半径计算图如图2-3所示；R—球体半径（mm）；—密封面对中心斜角；—球体与密封圈之间摩擦系数，查表得。图2-3球体摩擦半径计算则=（N*mm）2.6阀体设计2.6.1阀体构造形式、连接形式、构造长度和材料拟定1.一方面拟定阀体构造形式、连接形式和构造长度，依照合用场合不同和通径大小，常用阀体构造有如下几种：（1）整体式阀体：DN<50mm（2）二分体式：阀体有左右两某些构成，通过螺栓将这两某些连接成一体。（3）三分体式：阀体有三某些构成，这三某些是在阀座处沿着与通道向垂直界面而分隔开，螺栓将这三某些连接成一体。通过教师给设计条件，阀体构造形式应当选二分体式。2.阀体与管道连接形式重要有螺纹连接；法兰连接；焊接连接等三种。由构造形式拟定中可知，阀体连接选取法兰连接。3.依照所给公称压力和公称通径来拟定其构造长度。构造长度是指阀体通道终端垂直于阀门轴线两个平行平面之间距离。由此依照已给条件可知构造长度为730mm，公差为±2mm。4.阀体材料选用依照球阀惯用工况和材料成本总和考虑选用HT200作为阀体材料。2.6.2阀体壁厚拟定球阀阀体惯用整体铸、锻或者棒材加工而成。由于所给条件工作压力属于中低压，因此采用薄壁计算公式进行计算。计算公式如下：（mm）(2-14)(mm)(2-15)式中D—球阀内墙最大直径（mm）Sb—考虑附加余量壁厚（mm）—按强度计算壁厚（mm）P—设计压力（Mpa）—材料许用拉应力（Mpa）C—附加余量（mm）将D=430mm，P=2Mpa，=28Mpa故可得=21mm，由=21mm，可知C=1mm。故阀体壁厚为22mm。2.6.3阀体法兰设计1.法兰螺栓设计按如下两种状况进行：（1）操作状况由于流体静压力所产生轴向力促使法兰分开，而法兰螺栓必要克服此种端面载荷，并且在垫片或接触面上必要维持足够密紧力，以保证密封。此外，螺栓还承受球体与阀座密封圈之间密封力作同。在操作状况下，螺栓承受载荷为：（2-16）式中—在操作状况下所需最小螺栓转矩（N）；F—总流体静压力（N）,；—连接接触面上总压紧载荷（N），;—载荷作用位置出垫片直径（mm）；由阀体内部尺寸可知450mm；m—垫片有效密封宽度，差表可知m=0.；P—设计压力（Mpa）；Q—球体与阀座密封圈之间密封力（N），见2.4，。则将各项数据代入可得KN.(2)预紧螺栓状况在安装是须将螺栓拧紧而产生初始载荷，使法兰面压紧垫片，此外，螺栓还承受球体与密封圈之间预紧力。在预紧螺栓时螺栓承受载荷为：（2-17）式中—在预紧螺栓时所需最小螺栓转矩（N）；Y—垫片或法兰接触面上单位压紧载荷（Mpa），查表得Y=0；—球体与密封圈之间预紧力；由2.4可知112.75KN。则112.75KN。2.法兰螺栓拉应力计算（2-18）式中—法兰螺栓拉应力（Mpa）；W—和两者中大者（N）；A—螺栓承受应力下实际最小总截面积；—螺栓材料在常温下许用拉应力（Mpa）；查表得=108Mpa。则A=12X3.14X=5425.92=79.3＜=108Mpa。2.6.4阀体法兰校核1.法兰力矩计算在计算法兰应力时，作用在法兰上力矩是载荷和她力臂乘积，力臂决定与螺栓孔中心圆和产生力矩载荷相对位置。见下图所示：图2-4整体法兰作用于法兰总力矩为：（2-19）式中—作用在法兰内直径面积上流体静压轴向力（N），;—总流体静压轴向力与作用在法兰内直径面积上流体静压轴向力之差（N），；—用于窄面法兰垫片载荷：;—从螺栓孔中心圆至力作用位置处径向距离（mm），;S—从螺栓孔中心圆至法兰颈部与法兰背面交点径向距离，；（2-20）—法兰颈部大端有效厚度（mm）；—从螺栓孔中心至力作用位置处径向距离（mm）,;—从螺栓孔中心至力作用位置处径向距离（mm），;—法兰内直径（mm）。由所设计球阀阀体可知，=430mm，，，，，，，,,，。则法兰总力矩为：（N*mm）。2.法兰应力计算（1）法兰轴向应力（Mpa）（2-21）式中—作用于法兰总力矩（N*mm）；f—整体式法兰颈部校正系数，f=1；—系数，查表得=2.5。则（2）法兰盘径向应力(Mpa)（e=0.0125）(2-22)==17.49（Mpa）（3）法兰盘切向应力(Mpa)(2-23)式中Y、Z系数查表可知Y=4.64，Z=6.03则（Mpa）3.法兰许用应力和强度校核上述三个应力应满足：(2-24)(2-25)(2-26)由阀体法兰材料为HT200，可查得（Mpa）,经校核阐明应力方面符合规定。2.7阀杆设计和校核阀杆是球阀重要受力零件之一，按照国内球阀原则，阀杆应设计成：在流体压力作用下拆开阀杆密封挡圈时，阀杆不致于脱出。2.7.1阀杆材料选取阀杆作为球阀重要受力零件，其材料必要具备足够强度和韧性，能耐介质、大气及填料腐蚀，耐擦伤，工艺性好。材料选用重要通过工况和设计压力来选取，由表2-2可选取A5作为阀杆材料。表2-2材料工作压力（）T（℃）合用阀类CuAL9Mn2≤1.6≤200低压阀A5≤2.5≤350中低压阀40Cr≤32.0≤450高中压阀38CrMoALA540电站用阀20Cr1Mo1VIA570电站用阀2Cr13≤32.0≤450高中压阀1Cr18Ni2≤6.3-100不锈钢阀、低温阀1Cr18Ni9Ti≤6.3≤600高温阀2.7.2阀杆填料选取、填料摩擦力及摩擦转矩计算1.填料选取阀杆惯用填料重要有V型填料、圆形片状填料及O型密封圈等三种。由于圆形片状填料往往容易发生松弛而使密封比压减小，以致密封遭到破坏，同步V型填料具备密封性能好、摩擦系数低且具备自封性能，因而我选用V型填料。2.填料摩擦力计算填料与阀杆之间摩擦力可按下式计算(N)（2-27）式中—填料与阀杆之间摩擦系数，=0.05；Z—填料圈数，Z=3；h—单圈填料高度，h=1.5mm。取则3.阀杆台肩与之退点之间摩擦力计算摩擦力计算公式如下：(N)（2-28）式中—台肩外径或止推外径（mm）；—阀杆直径（mm），=60mm；—摩擦系数，=0.05。则4填料及止推垫摩擦转矩计算填料转矩计算公式如下（Nmm)(2-29）则x60=3030Nmm止推垫片摩擦转矩计算公式如下(Nmm)(2-30)则由此可知球阀转矩=3030+15257+1290000=Nmm2.7.3阀杆强度计算阀杆上转矩分布图见下图所示，重要受力面是I—I~IV—IV。其中Ⅲ—Ⅲ面扭转应力计算可做为设计时初定阀杆直径用。1.I—I断面处扭转应力为≤(2-31)式中—阀座密封面与球体间摩擦转矩（Nmm）；—材料许用扭转应力，（Mpa），=1050Mpa；W——I—I断面抗扭转系数。。图2-5浮动球阀阀杆转矩分布图a和可由下表查得表2-3b/a与关系b/a1.01.21.52.02.53.04.06.08.00.2080.2190.2310.2460.2580.2670.2820.2990.307图2-6阀杆与球体连接某些断面故则≤=10502.Ⅱ—Ⅱ断面处剪切应力计算（2-32）式中D—阀杆头部凸肩直径（mm）；d—阀杆直径（mm）；H—阀杆头部凸肩高度（mm）;P—流体工作压力（；—材料许用剪切应力（，查表得=990。则≤=990。3.Ⅲ—Ⅲ断面处扭转应力（（2-33）式中M—总摩擦转矩（N）；W—Ⅲ—Ⅲ断面处抗扭转断面系数（，则≤=10504.Ⅳ—Ⅳ断面处抗扭转面系数由于阀杆和涡轮采用键连接故Ⅳ—Ⅳ与Ⅲ—Ⅲ断面处扭转应力相似无需再进行校核。综上阀杆应力均符合规定。2.8阀杆连接件强度计算阀杆连接件采用平键连接，由于平键构造简朴、成本低及替代以便。依照阀杆直径为60mm，可知平键尺寸，选用bxh为18x11普通平键。下面是平键强度计算：1.平键强度计算平键毕压按下式计算≤（2-34）式中T—转矩（Nmm），对于阀杆驱动装置连接某些：T=M;对于法干预球体连接某些T=；n—键数：L—键工作长度（mm）；L=0.3a=30mm；K、—如下图所示；K=4mm；；—许用压力（），查表得=100-120。则＜，故校核满足。图2-7平键受力图2.平键剪切力计算剪切力（）按下式进行计算：≤（2-35）式中—许用剪切应力，查表取=90；T、、L、n—与前相似；b—如上图所示。则＜=90。2.9球体设计和校核由2.2可知球体半径是190mm。球体作为球阀控制直接动作零件，必要对其进行设计与校核。球体重要构造特性是球体与阀杆连接构造，其必要满足所传递最大转矩同步保证有足够灵活性，后者是保证工作性能必要条件。由于阀杆与球体接触某些是间隙配合，因而，在接触面上比压分布是不均匀，如下图所示。有分析可知，计算时可近似地采用挤压长度，而作用力矩臂长K=0.8a（mm），则挤压力按下式计算：（2-36）图2-8阀杆头部比压分布式中—球体与阀座密封面之间摩擦力矩；h—阀杆头部插入球体深度（mm），h=40mm；a—阀杆头部边长（mm）a=100mm；—球体许用挤压应力；。则≤。故球体强度规定满足。这里需要注意是，按强度规定考虑，即挤压应力等于扭转应力，因而普通取h=（1.8~2.2）amm。但是在实际设计时受到球体尺寸限制，h不能过大，为了减小挤压应力，往往加大接触面尺寸，即加大a尺寸。故a与h关系不能为h=（1.8~2.2）amm。2.10球阀阀座设计依照阀门泄漏部位和性质，尚有内漏和外漏之分。对球阀而言，内漏发生与阀座与球体和阀座与阀体之间接触面上；外漏则发生于填料函上，也有也许在连接法兰与垫片之间。阀门内漏流体虽然未流到外界，不会污染环境，也没有流体损失，但其危害性十分严重，轻则影响产品质量，重则由于渗漏串通将酿成恶性事故。球阀阀座重要有普通阀座和弹性阀座两种，普通阀座特点是：在预紧力或者流体压力作用下，阀座与球体压紧，并使阀座材料产生塑性变形而达到密封。弹性阀座除了与普通阀座和弹性阀座同样，在预紧力或流体压力（或者两者兼有之）作用下，阀座材料产生塑性变形而达到密封外，还由于阀座自身特殊构造或者借助于弹性元件，如金属弹性骨架、弹簧等办法，在预紧力或流体压力下产生弹性变形，以补偿温差、压力、磨损等外界条件变化对球阀密封性能影响。普通球阀密封效果取决于阀座在流体压力或者预紧力作用下，可以补偿球体不圆度和表面微观不平度限度。因而，阀座与球体之间必要具备足够大密封比压，并应满足如下条件：式中—保证阀门密封必须比压（）；q—阀门工作时实际比压（）；—阀座材料许用比压。普通阀座构造如下图所示，构造简朴，加工制造最以便，应用比较普遍。但这种阀座在装配时，调试比较困难，由于要达到密封所必须比压，需要拆卸阀体中法兰、调配左、右阀体之间密封垫片厚度。图2-9普通阀座弹性阀座是本世纪七十年代初才浮现新型阀座构造，其发展正方兴未艾。它们都是针对特定工况条件研究设计，其构造和种类繁多。斜面弹性阀座有单斜面和双斜面之分，单斜面弹性阀座如下图所示，这种发作构造简朴，加工制作以便，弹性补偿能力差是其缺陷，图中虚线位置为阀座在预紧前自由状态。这种弹性阀座合用于DN≤250mm浮动球球阀。因此我选用弹性阀座，从球阀类型为浮动球阀考虑，我选用斜面弹性阀座，其重要特点是构造简朴，加工制造以便，替代性好。如下图所示：图2-10单斜面弹性阀座2.11省力机构设计和校核用于球阀省力机构应当具备传动速比大，外形尺寸小，球体能固定在开关中间任意位置，以及防止灰尘和污物进入装置内部等特点。其中以涡轮蜗杆特点最为明显，构造简朴、传动比大，具备自锁性能。2.11.1蜗轮蜗杆设计蜗杆传动重要参数有模数m、压力角、蜗杆头数、蜗杆直径系数q和蜗杆分度圆柱导程角等。由于规定实现大传动比和反行程规定自锁蜗杆传动取。依照蜗杆头数与蜗轮齿数荐用值可知，取传动比i=30，。考虑到涡轮蜗杆中心距不能过小，取m=5，查GB/T10085-1988可知选m=5，，q=10，蜗杆分度圆直径为50mm。依照阿基米德蜗杆传动重要几何尺寸计算公式可知，中心距（2-37）蜗杆齿顶圆直径（2-38）蜗杆齿根圆直径（2-39）蜗杆分度圆直径（2-40）蜗轮分度圆直径（2-41）蜗轮喉圆直径（2-42）蜗杆齿根圆直径mm（2-43）蜗轮外径≤，取=160.4mm（2-44）蜗杆螺纹长度≥，取L=50mm（2-45）蜗轮齿根圆弧面半径（2-46）涡轮齿顶圆弧面半径（2-47）由于球阀球体工作只需旋转90°，故可用120°扇形蜗轮代替全蜗轮，这样既简化了构造，缩小了体积，又节约了原材料。2.11.2蜗轮蜗杆强度校核由于蜗杆传动失效普通发生在蜗轮上，因此只需要进行蜗轮轮齿轻度计算。齿面接触疲劳强度校核和计算公式如下：≤（2-48）式中—弹性系数，查表得=75；—载荷系数。取=1；—蜗轮转矩；;m—模数，m=5；—蜗杆分度圆直径，=50mm；—蜗轮齿数，=30。—蜗轮许用接触应力，=250。则≤=2503ANSYS软件分析3.1ANSYS软件应用和简介在球阀初期设计时，重要通过物理构造设计，同步涉及一定零件强度。刚度和变形分析。在此前受到计算方式限制，重要依托材料力学和理论力学中力学分析原理来进行构造设计，而诸多计算公式中都忽视了现状影响，并且这些设计计算无法为研究人员提供合理参照以及薄弱环节位置问题。老式模式重要依托是将整体简化为一种个零件，再对其每个零件进行简化力学分析，这其中简化忽视了互相零件之间作用力，在实际使用时，也许会与理论设计时发生很大不同。随着时代发展，计算机技术和力学理论发展，ANSYS软件也开始为广大设计师们使用对已经设计完毕三维模型进行分析，其重要采用有限元分析办法进行三维力学分析。本章采用ANSYS工程软件对球阀阀体进行了有限元静力构造分析，并探讨了球阀阀体构造建模办法以及网格划分对计算成果影响，其成果可作为构造优化设计提供根据。由于在ANSYS建模是十分重要，但是直接在ANSYS中建模是十分困难，因此我当前soliderworks中进行三维建模，然后将模型导入ANSYS中进行有限元分析。ANSYS是集构造、流体、电磁场、声场和耦合场分析于一体大型通用有限元分析软件。ANsYs能与大多数CAD软件结合使用，实现数据共享和互换，如PRO，E、NAsTRAN、Alogor、I．DEAs、AutoCAD等，是当代产品设计中高档CAD工具之一。软件重要涉及三个某些：前解决模块，分析计算模块和后解决模块。前解决模块提供了一种强大实体建模及网格划分工具，顾客可以以便地构造有限元模型;分析计算模块涉及构造分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场耦合分析，可模仿各种物理介质互相作用，具备敏捷度分析及优化分析能力；后解决模块可将计算成果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到构造内部）等图形方式显示出来，也可将计算成果以图表、曲线形式显示或输出。ANSYS提供分析类型重要涉及：1.构造静力分析用来求解外载荷引起位移、应力和力。静力分析很适合求解惯性和阻尼对构造影响并不明显问题。ANSYS程序中静力分析不但可以进行线性分析，并且也可以进行非线性分析，如塑性、蠕变、膨胀、大变形、大应变及接触分析。2.构造动力学分析构造动力学分析用来求解随时间变化载荷对构造或部件影响。与静力分析不同，动力分析要考虑随时间变化力载荷以及它对阻尼和惯性影响。ANSYS可进行构造动力学分析类型涉及：瞬态动力学分析、模态分析、谐波响应分析及随机振动响应分析。3.构造非线性分析构造非线性导致构造或部件响应随外载荷不成比例变化。ANSYS程序可求解静态和瞬态非线性问题，涉及材料非线性、几何非线性和单元非线性三种。4.动力学分析ANSYS程序可以分析大型三维柔体运动。当运动积累影响起重要作用时，可使用这些功能分析复杂构造在空间中运动特性，并拟定构造中由此产生应力、应变和变形。5.热分析程序可解决热传递三种基本类型：传导、对流和辐射。热传递三种类型均可进行稳态和瞬态、线性和非线性分析。热分析还具备可以模仿材料固化和熔解过程相变分析能力以及模仿热与构造应力之间热－构造耦合分析能力。6.电磁场分析重要用于电磁场问题分析，如电感、电容、磁通量密度、涡流、电场分布、磁力线分布、力、运动效应、电路和能量损失等。还可用于螺线管、调节器、发电机、变换器、磁体、加速器、电解槽及无损检测装置等设计和分析领域。7.流体动力学分析ANSYS流体单元能进行流体动力学分析，分析类型可觉得瞬态或稳态。分析成果可以是每个节点压力和通过每个单元流率。并且可以运用后解决功能产生压力、流率和温度分布图形显示。此外，还可以使用三维表面效应单元和热－流管单元模仿构造流体绕流并涉及对流换热效应。8.声场分析程序声学功能用来研究在具有流体介质中声波传播，或分析浸在流体中固体构造动态特性。这些功能可用来拟定音响话筒频率响应，研究音乐大厅声场强度分布，或预测水对振动船体阻尼效应。9.压电分析用于分析二维或三维构造对AC（交流）、DC（直流）或任意随时间变化电流或机械载荷响应。这种分析类型可用于换热器、振荡器、谐振器、麦克风等部件及其他电子设备构造动态性能分析。可进行四种类型分析：静态分析、模态分析、谐波响应分析、瞬态响应分析本章重要对阀体构造静力进行分析和优化。3.2模型导入和分析3.2.1模型简化、导入和分析准备为了保证计算精准性以及缩小不必要计算范畴，咱们可以将模型进行简化后再导入ANSYS中进行，在尽量保证能反映阀体自身构造特性状况下，以便减少分析复杂限度。在建立有限元计算模型时应采用如下几种简化原则：总体坐标系建立应尽量与球阀阀体构造设计坐标系一致；构件表面光、顺、滑，忽视球阀阀体各处过渡圆角和倒角；（3）载荷分派。载荷分派直接影响计算成果，因此咱们要对重力进行合理分派计算。依照第二章中阀体设计成果，在soliderworks中进行三维建模，同步考虑到有限元计算模型简化原则，将阀体中对成果影响效果圆角和倒角去除后再导入ANSYS。将模型导入ANSYS后第一步将球阀先后阀体三维模型构造模型化，即将其化为有限元计算模型，下图在ANSYSWORKBENCH中转化球阀阀体模型将模型导入ANSYS后，咱们需要比较先后模型，保证其模型不应发生扭曲、变形、丢面和多面现象，为接下来分析做准备。对球阀阀体进行有限元分析时，必要要建立一种精确物理数学模型，模型应涉及所有节点、单元、材料属性、实常数、边界条件，以及其他体现这个物理系统特性。实体建模办法可以直接和模型几何特性打交道，无需关注有限元模型特定几何特性，如节点、单元等。有限元模型是对实际构造和物质数学表达办法。3.2.2模型材料定义将模型导入后，还需要对球阀阀体材料进行定义，一方面，本次设计采用球阀阀体材料为HT200，本次选用是三维实体单位需要定义材料弹性模量“E”和材料泊松比“”。HT200泊松比为0.3而其弹性模量为130，密度为7000，将其输入ANSYS中如下图所示。图3-1边界条件设立3.2.3模型加载和边界条件拟定在对模型材料定义后，接下来就是对载荷输入和边界条件拟定，这是有限元解决前重要准备某些。在对球阀阀体进行静力构造分析时，咱们需要考虑