【正文】 1d — 蝸桿分度圓直徑， 1d =50mm； 2z — 蝸輪齒數(shù)， 2z =30。在以前的受到計算方式的限 制，主要依靠材料力學(xué)和理論力學(xué)中的力學(xué)分析原理來進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，而很多計算公式中都忽略了現(xiàn)實狀況的影響，而且這些設(shè)計計算無法為研究人員提供合理的參考以及薄弱環(huán)節(jié)的位置問題。 由于在 ANSYS 建模是十分重要的，但是直接在 ANSYS 中建模是十分困難的，所以我現(xiàn)在 soliderworks 中進(jìn)行三維建模，然后將模型導(dǎo)入 ANSYS 中進(jìn)行有限元分析。 前處理模塊提供了一個強(qiáng)大的實體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型 。 ANSYS 程序中的靜力分析不僅可以進(jìn)行線性分析，而且也可以進(jìn)行非線性分析，如塑性、蠕變、膨脹、大變形、大應(yīng)變及接觸分析。 結(jié)構(gòu)非線性導(dǎo)致結(jié)構(gòu)或部件的響應(yīng)隨外載荷不成比例變化。 程序可處理熱傳遞的三種基本類型：傳導(dǎo)、對流和輻射。還可用于螺線管、調(diào)節(jié)器、發(fā)電機(jī)、變換器、磁體、加速器、電解槽及無損檢測裝置等的設(shè)計和分析領(lǐng)域。另外，還可以使用三維表面效應(yīng)單元和熱－流管單元模擬結(jié)構(gòu)的流體繞流并包括對流換熱效應(yīng)。這種分析類型可用于換熱器、振蕩器、諧振器、麥克風(fēng)等部件及其它電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)動態(tài)性能分析。載荷的分配直接影響計算結(jié)果，所以我們要對重力進(jìn)行合理分配計算。實體建模方法能夠直接和模型的幾何特性打交道，無需關(guān)注有限元模型特定的幾何特征，如節(jié)點、單元等。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 圖 31 邊界條件設(shè)置 模型的加載和邊界條件的確定 在對模型的材料定義后，接下來就是對載荷的輸入和邊界條件的確定，這是有限元處理前的重要準(zhǔn)備部分。 閥體的約束主要是在 Z軸方向上的。 圖 32 前閥體 邊界條件面選擇圖 圖 33 后閥體邊界條件面選擇 圖 圖 圖 34 后閥體的網(wǎng)格劃分 圖 35前閥體的網(wǎng)格劃分 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 模型的加載后分析結(jié)果 下面是 ANSYS 分析提供的應(yīng)變圖，分別給出了整體應(yīng)變圖、 X軸方向上的應(yīng)變圖、 Y 軸方向上的應(yīng)變圖和 Z 軸方向上的應(yīng)變圖。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 34 結(jié) 論 通過本次畢業(yè)設(shè)計，我通過查閱資料對球閥的生產(chǎn)和結(jié)構(gòu)設(shè)計 重要注意的細(xì)節(jié)有了一定的了解，同時還利用這次設(shè)計機(jī)會將 自己學(xué)過的機(jī)械知識重新熟悉了一遍，同時將三維制圖軟件 solidworks和二維制圖軟件 CAD的部分功能模塊進(jìn)行了學(xué)習(xí) 。 *老師以其淵博的學(xué)識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、精益求精的工作作風(fēng)對作者進(jìn)行了全面的指導(dǎo)和培養(yǎng)，這不僅 使作者順利完成了本文，也將使作者受益終生。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 35 參考文獻(xiàn) [1] 章華友，陳元芳 等著 .球閥 設(shè)計與選用 .北京科學(xué)技術(shù) 出版社， . 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[15] Thanachai factors for “l(fā)inear” ball vavle:theoretical and experimental . 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 36 致謝 在本次畢業(yè)設(shè)計是在 ***副教授的悉心指導(dǎo)下完成的。 圖 36 后閥體 總應(yīng)變圖 圖 37 前閥體總應(yīng)變圖 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 圖 38 后閥體 X 軸應(yīng)變圖 圖 39 前閥體 X 軸應(yīng)變圖 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 圖 310 后 閥體 Y 軸應(yīng)變圖 圖 311 前閥體 Y 軸應(yīng)變圖 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 圖 312 后閥體 Z 軸應(yīng)變圖 圖 313 前閥體 Z 軸應(yīng)變 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 33 ANSYS 結(jié)果分析 根據(jù)上節(jié)的分析，可以看出本次的設(shè)計，應(yīng)力變形最大都是存在于最外部 以及壁厚最薄處 ，所以，本次我的設(shè)計還是有些趨于開放，需要在有些部分進(jìn)行加固和改善。同時在閥口端面上施加全約束。慣性載荷有閥體本身產(chǎn)生，而強(qiáng)迫位移載荷是由閥體在工作時產(chǎn)生的。 模型的材料定義 將模型導(dǎo)入后，還需要對球閥閥體材料進(jìn)行定義，首先，本次 設(shè)計采用的球閥閥體材料為 HT200，本次選用的是三維實體單位需要定義材料的彈性模量“ E”和材料的泊松比“ ? ”。 將模型導(dǎo)入 ANSYS 后的第一步將球閥 前后 閥體的三維模型結(jié)構(gòu)模型化，即將其化為有限元計算模型，下圖在 ANSYS WORKBENCH 中轉(zhuǎn)化的球閥閥體模型 將模型導(dǎo)入 ANSYS 后，我們需要比較前后模型，確保其模型不應(yīng)發(fā)生扭曲、變形、丟面和多面的現(xiàn)象，為接下來的分析做準(zhǔn)備。 模型的導(dǎo)入和分析 模型的簡化、導(dǎo)入和分析準(zhǔn)備 為了保證計算的精確性以及縮小不必要的計算范圍，我們可以將模型進(jìn)行簡化后再導(dǎo)入 ANSYS 中進(jìn)行，在盡可能保證能反映閥體本身結(jié)構(gòu)特性的情況下，以便減少分析的復(fù)雜程度。這些功能可用來確定音響話筒的頻率響應(yīng)，研究音樂大廳的聲場強(qiáng)度分布，或預(yù)測水對振動船體的阻尼效應(yīng)。分析結(jié)果可以是每個節(jié)點的壓力和通過每個單元的流率。熱分析還具有可以模擬材料固化和熔解過程的相變分析能力以及模擬熱與結(jié)構(gòu)應(yīng)力之間的熱－結(jié)構(gòu)耦合分析能力。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 ANSYS 程序可以分析大型三維柔體運動。與靜力分析不同，動力分析要考慮隨時間變 化的力載荷以及它對阻尼和慣性的影響。 ANSYS提供的分析類型主要包括： 用來求解外載荷引起的位移、應(yīng)力和力。 ANsYs能與大多數(shù) CAD軟件結(jié)合使用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如 PRO，E、 NAsTRAN、 Alogor、 I． DEAs、 AutoCAD等，是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計中的高級 CAD工具之一。 隨著時代的發(fā)展，計算機(jī)技術(shù)和力學(xué)理論的發(fā)展， ANSYS 軟件也開始為廣大的設(shè)計師們使用對已經(jīng)設(shè)計完成的三維模型進(jìn)行分析，其主要采用有限元分析方法進(jìn)行三維力學(xué)分析。 則 MP axx xxxxH 226 ??? ≤ HP? =250MPa 3 ANSYS 軟件分析 軟件的應(yīng)用和介紹 在球閥的早期設(shè)計時，主要通過物理結(jié)構(gòu)的設(shè)計，同時包括一定的零件強(qiáng)度。 齒面接觸疲勞強(qiáng)度的校核和計算公式如下： 2212 29 zdm TKZ AEH ?? ≤ HP? （ 248） 式中 EZ — 彈性系數(shù)，查表得 EZ =75 MPa ； AK — 載荷系數(shù)。 根據(jù)阿基米德蝸桿傳動主要幾何尺寸的計算公式可知， 中心距 mmzqma 1 0 0)( 2 ??? （ 237） 蝸桿齒頂圓直徑 60211 ??? mdd a （ 238） 蝸桿齒根圓直徑 ??????? xcmdd f （ 239） 蝸桿分度圓直徑 mmd 501 ? （ 240） 蝸輪分度圓直徑 mmxmzd 15022 ?? （ 241） 蝸輪喉圓直徑 mmmd a 16021502 ??? （ 242） 蝸桿齒根圓直徑 ???? xd f mm （ 243） 蝸輪外徑 2ed ≤ mmmd a 17022 ?? ，取 2ed = （ 244） 蝸桿螺紋長度 L ≥ mmmz 49)( 2 ?? ，取 L=50mm （ 245） 蝸輪齒根圓弧面半徑 mmcdR a 11 ??? （ 246） 渦輪齒頂圓弧面半徑 mmcdR f 12 ??? （ 247） 由于球閥球體工作只需旋轉(zhuǎn) 90176。 蝸輪蝸桿的設(shè)計 蝸桿傳動的主要參數(shù)有模數(shù) m、壓力角 ? 、蝸桿頭數(shù) 1z 、蝸桿直徑系數(shù) q和蝸桿分度圓柱導(dǎo)程角 ? 等。這種彈性閥座適用于 DN≤ 250mm 的浮動球球閥。但這種閥座在裝配時，調(diào)試比較困難，因為要達(dá)到密封所必需的比壓，需要拆卸閥體中的法蘭、調(diào)配左、右閥體之間的密封墊片的厚度。彈性閥座除了與普通閥座和彈性閥座一樣，在預(yù)緊力或流體壓力（或者兩者兼有之）作用下，閥座材料產(chǎn)生 塑性變形而達(dá)到密封外，還由于閥座本身的特殊結(jié)構(gòu)或者借助于彈性元件，如金屬彈性骨架、彈簧等辦法，在預(yù)緊力或流體壓力下產(chǎn)生彈性變形，以補(bǔ)償溫差、壓力、磨損等外界條件變化對球閥密封性能的影響。 球閥的閥座設(shè)計 根據(jù)閥門泄漏 的部位和性質(zhì)，尚有內(nèi)漏和外漏之分。 故球體強(qiáng)度要求滿足。球體的主要結(jié)構(gòu)特征是球體與閥桿的連接結(jié)構(gòu)，其必須滿足所傳遞的最大轉(zhuǎn)矩同時保證有足夠的靈活性，后者是保證工作性能的必要條件。 圖 27 平鍵受力圖 剪切力 ? （ MPa ）按下式進(jìn)行計算： bLndT12??≤ ??? （ 235） 式中 ??? — 許用剪切應(yīng)力 )(MPa ，查表取 ??? =90MPa ； T、 1d 、 L、 n— 與前相同； b— 如上圖所示。 根據(jù)閥桿直徑為 60mm，可知平鍵的尺寸，選用 bxh 為 18x11 的普通平鍵。 則 MP axxx 146 2 ??? ≤ ??? =990MPa