【正文】 soliderworks和 ANSYS 的接口程序?qū)?shí)體模型導(dǎo)入 ANSYS 中，生成實(shí)體模型，然后選擇單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格，并根據(jù)工作條件對(duì)球閥施加約束，從而建立球閥的有限元模 型。 球閥 的作用原理 球閥的主要功能是切斷或接通管道中的流體管道，即球閥通常為閉路閥。 球閥 的結(jié)構(gòu)類型 按球體和閥體的不同結(jié)構(gòu)形式，球閥可以分幾大類。 2. 按球體的安裝方式分類 按球體的安裝方式可分為頂裝式、底裝式、側(cè)裝式和斜裝式。 球體的直徑大小影響球閥結(jié)構(gòu)的緊湊性，應(yīng)此應(yīng)盡量縮小球體直徑。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 必需比壓的計(jì)算 必需比壓是為保證密封，密封面單位面積上所必需的最小壓力，以 qb 表示。 表 21 密封材料 a c 鋼硬質(zhì)合金 1 鋁、鋁合金、聚四氟乙烯 、尼龍、硬聚氟乙烯 青銅、黃銅、鑄鐵 1 中硬橡膠 軟橡膠 需用比壓選擇 密封面單位面積上允許的最大壓力稱為需用比壓，以 ??q 表示。必須保證： bq ＜ q＜ ??q （ 23）設(shè)計(jì)比壓按圖 22 中的力的平衡關(guān)系進(jìn)行計(jì)算： SNq? （ 24） 式中 N—— 球體對(duì)閥座密封面的法向力 (N)； ?cosQN? （ 25） S— 閥座與球體杰出的球星環(huán)帶面積， S=2Π r（ 21 LL? ） Q— 作用于閥座密封面上的沿流體方向的合力 ； ? — 密封面法向與流道中心線的夾角。 為簡化計(jì)算，往往忽略預(yù)緊力 1Q ,閥座滑動(dòng)摩擦力及流體靜壓力 2Q 在密封面余隙中的作用力 JQ ,這樣密封力僅等于流體靜壓力在閥座密封面上的作用力MJQ (N)，即 P)DD16PD4 2212m ???? （ππMJ= （ 27） 將上式代入式 25 可得 PDD DD )(4 )(q 12 12 ??? ＜ ??q （ 28） 可得 q= 在球閥初步設(shè)計(jì)時(shí)，為了便于確定 b， DN 及 P 的關(guān)系，設(shè) DND?1 ， q=??q 代 入上式可得 ? ? PPqDNb ?? 4 （ mm） （ 29） 由需用比壓 ??q =30Mpa， DN=250mm， P=2Mpa代入得： 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 b=，代入式 22 可得 ?bq 顯然滿足 bq ＜ q＜ ??q 球閥密封力的精確計(jì)算還要計(jì)算預(yù)緊力 1Q ,故可知； Q= 1Q + MJQ （ 210） 預(yù)緊力計(jì)算公式如下： )(q4 2122m in1 DDQ ?? π （ N） （ 211） 式中 minq — 預(yù)緊所需的最小比壓， Pq ? (Mpa)； 1D 、 2D — 閥座內(nèi)徑和外徑（ mm）。 FrMm? (213) 式中 F— 球體與閥座之間的密封力， TNF ?? ,?cosQN?（ N）； r— 摩擦 半徑， 2 )cos1( ??? Rr ， 球體摩擦半徑計(jì)算圖如 圖 23所示； R— 球體半徑（ mm）； ? — 密封面對(duì)中心的斜角； T? — 球體與密封圈之間的摩擦系數(shù)，查表得 ?T? 。 ；法蘭連接；焊接連接等三種。由此根據(jù)已給條件可知結(jié)構(gòu)長度為 730mm，公差為177。由于所給條件的工作壓力屬于中低壓，所以采用薄壁計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。 — 按強(qiáng)度計(jì)算的壁厚（ mm） P— 設(shè)計(jì)壓力（ Mpa） ? ?L? — 材料許用拉應(yīng)力（ Mpa） C— 附加余量（ mm） 將 D=430mm， P=2Mpa， ? ?L? =28Mpa故 可得 bS39。 閥體法蘭設(shè)計(jì) 按以下兩種情況進(jìn)行： （ 1）操作情況 由于流體靜壓力所產(chǎn)生的軸向力促使法蘭分開，而法蘭螺栓必須克服此種端面載荷，并且在墊片或接觸面上必須維持足夠的密緊力，以保證密封。 則將各項(xiàng)數(shù)據(jù)代入可得 2 ???? XXW P KN. (2)預(yù)緊螺栓情況 在安裝是須將螺栓擰緊而產(chǎn)生初始載荷，使法蘭面壓緊墊片，此外，螺栓還承受球體與密 封圈之間的預(yù)緊力。 則 A= 212 = 2mm ?L? =＜ ? ?L? =108Mpa。 DS — 從螺栓孔中心圓至力 DF 作用位置處的徑向距離（ mm）， ??? SSD 。 iD — 法蘭的內(nèi)直徑（ mm）。 則 21 0 ?? iM DfM??? )(Mpa （ 2）法蘭盤的徑向應(yīng)力 R? (Mpa) iffR D Me2 0)( ???? ?? （ e=） (222) 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 = )( 2 5xx xxxx ? = （ Mpa） （ 3）法蘭盤切向應(yīng)力 T? (Mpa) RifT ZDYM ??? ?? 2 0 (223) 式中 Y、 Z系數(shù)查表可知 Y=， Z= 則 43036 2 5 ??? xx xxT?（ Mpa） 上述三個(gè)應(yīng)力應(yīng)滿足： ? ?M?? ?M (224) ? ?RR ?? ? (225) ? ?TT ?? ? (226) 由閥體法蘭材料為 HT200，可查得 ? ? 28L ?? （ Mpa） , ? ? M P a421 .5 x 2 83 5 . 4 5 M P a MM ??? ?? ＜ ? ? M P a351 . 2 5 x 2 81 7 . 4 9 M P a RR ??? ?? ＜ ? ? M P a351 . 2 5 x 2 82 1 . 4 6 M P a TT ??? ?? ＜ 經(jīng)校核說明應(yīng)力方面符合要求。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 表 22 材料 工作壓力（ MPa ） T（℃ ） 適用閥類 CuAL9Mn2 ≤ ≤ 200 低壓閥 A5 ≤ ≤ 350 中低壓閥 40Cr ≤ ≤ 450 高中壓閥 38CrMoALA 54P 540 電站用閥 20Cr1Mo1VIA 57P 570 電站用閥 2Cr13 ≤ ≤ 450 高中壓閥 1Cr18Ni2 ≤ 100 200~ 不銹鋼閥、低溫閥 1Cr18Ni9Ti ≤ ≤ 600 高溫閥 閥桿填料的選擇、填料摩擦力及摩擦轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 閥桿常用填料主要有 V 型填料、圓形片狀填料及 O 型密封圈等三種。 則 NxxFu )6086(16 2 ??? π 4填料及止推墊的摩擦轉(zhuǎn)矩計(jì)算 填料轉(zhuǎn)矩 tM 計(jì)算公式如下 Ttt xdxFM ? （ N? mm) (229） 則 xMt ? x60=3030N? mm 止推墊片的摩擦轉(zhuǎn)矩 uM 計(jì)算公式如下 )2( TTuu dDxFM ?? (N? mm) (230) 則 mmNxxxM u ??? 1 5 2 5 4 64 1 由此可知球閥的轉(zhuǎn)矩 M tum MMMM ??? =3030+15257+1290000= x N? mm 閥桿強(qiáng)度的計(jì)算 閥桿上的轉(zhuǎn)矩分布圖見下圖所示，主要受力面是 I— I~IV— IV。武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 圖 25 浮動(dòng)球閥閥桿轉(zhuǎn)矩分布圖 a和 ? 可由下表查得 表 23 b/a 與 ? 的關(guān)系 b/a ? 圖 26 閥桿與球體連接部分的斷面 故 4 4 7 0 2 ?? xxxW 3mm 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 則 M P 6 ??? WM mN?≤ ? ?N? =1050MPa 2.Ⅱ — Ⅱ斷面處剪切應(yīng)力 ? ）(MPa 的計(jì)算 ? ? ? ??? ??? P16dHdD 2 （ 232） 式中 D— 閥桿頭部凸肩的直徑（ mm）； d— 閥桿直徑（ mm）； H— 閥桿頭部凸肩的高度（ mm） 。 綜上閥桿的應(yīng)力均符合要求。對(duì)于法干預(yù)球體連接部分 T= mT ； n— 鍵數(shù)： L— 鍵的工作長度（ mm）； L==30mm； K、 1d — 如下圖所示； K=4mm； mmd 3801 ? ； ??P — 許用壓力（ MPa ），查表得 ??P =100120MPa 。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 球體的設(shè)計(jì)和校核 由 可知球體的半徑是 190mm。有分析可知，計(jì)算時(shí)可近似地采用擠壓長度)( mmaLZY ? ，而作用力矩的臂長 K=（ mm），則擠壓力 )(MPaZY? 按下式計(jì)算： ? ? ?? ?? haM mZY （ 236） 圖 28 閥桿頭部的比壓分布 式中 mM — 球體與閥座密封面之間的摩擦力矩； h— 閥桿頭部插入球體的深度（ mm）， h=40mm； a— 閥桿頭部的邊長（ mm） a=100mm； ? ?ZY? — 球體許用擠壓應(yīng)力； ? ? MPaZY 122?? 。但是在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)受到球體尺寸的限制， h不能過大，為了減小擠壓應(yīng)力，往往加大接觸面的尺寸，即加大 a的尺寸。 閥門內(nèi)漏的流體雖然未流到外界，不會(huì)污染環(huán)境，也沒有流體損失，但其危害性十分嚴(yán)重，輕則影響產(chǎn)品質(zhì)量，重則由于滲漏串通將釀成惡性事故。因此，閥座與球體之間必須具有足夠大的密封比壓 bq ，并應(yīng)滿足以下條件： ? ?qq＜＜bq 式中 bq — 保證閥 門的密封的必需比壓（ MPa ）； q— 閥門工作時(shí)的實(shí)際比壓（ MPa ）； ??q — 閥座材料的許用比壓。它們都是針對(duì)特 定工況條件研究設(shè)計(jì)的，其結(jié)構(gòu)和種類繁多。如下圖所示： 圖 210 單斜面彈性閥座 省力機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和校核 用于球閥的省力機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)具有傳動(dòng)速比大，外形尺寸小，球體能固定在開關(guān)武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 中間的任意 位置，以及防止灰塵和污物進(jìn)入裝置內(nèi)部等特點(diǎn)。根據(jù)蝸桿頭數(shù) 1z 與蝸輪齒數(shù) 2z 的薦用值可知，取傳動(dòng)比 i=30， 302?z 。的扇形蝸輪代替全蝸輪，這樣既簡 化了結(jié)構(gòu)，縮小了體積，又節(jié)省了原材料。 m— 模數(shù)， m=5；