【正文】 (mm) (215)式中 D— 球閥內墻的最大直徑（ mm） Sb— 考慮附加余量的壁厚（ mm） bS39。結構長度是指閥體通道武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） 10 終端垂直于閥門軸線的兩個平行平面之間的距離。 Mm 和 uM 的計算見 。選擇比壓比應是密封可靠、壽命長和結構緊湊。 由上面可知可取球體直徑 D=380mm， 2802 ?D mm。而固定球閥的轉矩小，閥座形變小，密封性能穩(wěn)定，使用壽命長，適用于高壓、大通徑場合。圖 21 為球閥結構圖 。 、方法和目標 球閥作為新型的閥門品種之一，關于球閥的設計方案十分稀少，本文的主要研究內容包括對球閥結構設計。 同時隨著時代的發(fā)展，進入 21 世紀以后，生產和制造技術有了顯著優(yōu)化提高，同時， 技術人員大都通過計算機技術對產品進行研發(fā)設計和控制優(yōu)化，在很大程度上提高了設計速度和更新周期。 球閥是上世紀 50年代問世的一種新型閥門。s major ponent the software analysis. The province strength anization does for a task of design part, we need to choose the appropriate anization according to ball valve39。 本設計以已給的設計條件為著眼點，同時根據國家閥門標準為中心，借助soliderworks 三維軟件、 AUTOCAD 二維制圖軟件和 ANSYS 分析軟件根據球閥設計手冊的標準框架的結構形式對產品進行了三維建模、二維制圖和應力分析，最終確定球閥的結構形式和省力開啟方式，這對以后設計與研究同類球閥具有一定的參考價值。在短短的 30 多年里，球閥已發(fā)展成為一種主要的閥類，它在航空航天、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。 全塑料球閥近年來發(fā)展較快。德國閥門企業(yè)一般都 屬于專業(yè)性很強的公司，在某一類產品的研究、設計和制造方面都有自己的特色。 （ 3） ANSYS 軟件分析 對球閥的三維模型進行適當簡化，忽略不受力 的小零件，通過 soliderworks和 ANSYS 的接口程序將實體模型導入 ANSYS 中，生成實體模型，然后選擇單元劃分網格，并根據工作條件對球閥施加約束，從而建立球閥的有限元模 型。 球閥 的結構類型 按球體和閥體的不同結構形式，球閥可以分幾大類。 球體的直徑大小影響球閥結構的緊湊性，應此應盡量縮小球體直徑。 表 21 密封材料 a c 鋼硬質合金 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。 為簡化計算，往往忽略預緊力 1Q ,閥座滑動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= 在球閥初步設計時，為了便于確定 b， DN 及 P 的關系，設 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： 武漢理工大學畢業(yè)設計（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算還要計算預緊力 1Q ,故可知； Q= 1Q + MJQ （ 210） 預緊力計算公式如下： )(q4 2122m in1 DDQ ?? π （ N） （ 211） 式中 minq — 預緊所需的最小比壓， Pq ? (Mpa)； 1D 、 2D — 閥座內徑和外徑（ mm）。 ；法蘭連接；焊接連接等三種。由于所給條件的工作壓力屬于中低壓，所以采用薄壁計算公式進行計算。 閥體法蘭設計 按以下兩種情況進行： （ 1）操作情況 由于流體靜壓力所產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 A= 212 = 2mm ?L? =＜ ? ?L? =108Mpa。 iD — 法蘭的內直徑（ mm）。 武漢理工大學畢業(yè)設計（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矩的計算 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。武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） 17 圖 25 浮動球閥閥桿轉矩分布圖 a和 ? 可由下表查得 表 23 b/a 與 ? 的關系 b/a ? 圖 26 閥桿與球體連接部分的斷面 故 4 4 7 0 2 ?? xxxW 3mm 武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） 18 則 M P 6 ??? WM mN?≤ ? ?N? =1050MPa 2.Ⅱ — Ⅱ斷面處剪切應力 ? ）(MPa 的計算 ? ? ? ??? ??? 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） 。對于法干預球體連接部分 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 。有分析可知，計算時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? — 球體許用擠壓應力； ? ? MPaZY 122?? 。 閥門內漏的流體雖然未流到外界，不會污染環(huán)境，也沒有流體損失，但其危害性十分嚴重，輕則影響產品質量，重則由于滲漏串通將釀成惡性事故。它們都是針對特 定工況條件研究設計的，其結構和種類繁多。根據蝸桿頭數(shù) 1z 與蝸輪齒數(shù) 2z 的薦用值可知，取傳動比 i=30， 302?z 。 m— 模數(shù)， m=5； 1d — 蝸桿分度圓直徑， 1d =50mm； 2z — 蝸輪齒數(shù)， 2z =30。 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 中進行三維建模，然后將模型導入 ANSYS 中進行有限元分析。 ANSYS 程序中的靜力分析不僅可以進行線性分析，而且也可以進行非線性分析，如塑性、蠕變、膨脹、大變形、大應變及接觸分析。 程序可處理熱傳遞的三種基本類型：傳導、對流和輻射。另外，還可以使用三維表面效應單元和熱－流管單元模擬結構的流體繞流并包括對流換熱效應。載荷的分配直接影響計算結果，所以我們要對重力進行合理分配計算。 武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） 28 圖 31 邊界條件設置 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備部分。 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 后閥體的網格劃分 圖 35前閥體的網格劃分 武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） 29 模型的加載后分析結果 下面是 ANSYS 分析提供的應變圖，分別給出了整體應變圖、 X軸方向上的應變圖、 Y 軸方向上的應變圖和 Z 軸方向上的應變圖。 *老師以其淵博的學識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、精益求精的工作作風對作者進行了全面的指導和培養(yǎng)，這不僅 使作者順利完成了本文，也將使作者受益終生。 圖 36 后閥體 總應變圖 圖 37 前閥體總應變圖 武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） 30 圖 38 后閥體 X 軸應變圖 圖 39 前閥體 X 軸應變圖 武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） 31 圖 310 后 閥體 Y 軸應變圖 圖 311 前閥體 Y 軸應變圖 武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） 32 圖 312 后閥體 Z 軸應變圖 圖 313 前閥體 Z 軸應變 武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） 33 ANSYS 結果分析 根據上節(jié)的分析，可以看出本次的設計，應力變形最大都是存在于最外部 以及壁厚最薄處 ，所以，本次我的設計還是有些趨于開放，需要在有些部分進行加固和改善。慣性載荷有閥體本身產生，而強迫位移載荷是由閥體在工作時產生的。 將模型導入 ANSYS 后的第一步將球閥 前后 閥體的三維模型結構模型化，即將其化為有限元計算模型，下圖在 ANSYS WORKBENCH 中轉化的球閥閥體模型 將模型導入 ANSYS 后，我們需要比較前后模型，確保其模型不應發(fā)生扭曲、變形、丟面和多面的現(xiàn)象，為接下來的分析做準備。這些功能可用來確定音響話筒的頻率響應，研究音樂大廳的聲場強度分布，或預測水對振動船體的阻尼效應。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構應力之間的熱－結構耦合分析能力。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能與大多數(shù) CAD軟件結合使用，實現(xiàn)數(shù)據的共享和交換，如 PRO，E、 NAsTRAN、 Alogor、 I． DEAs、 AutoCAD等，是現(xiàn)代產品設計中的高級 CAD工具之一。 則 MP axx xxxxH 226 ??? ≤ HP? =250MPa 3 ANSYS 軟件分析 軟件的應用和