【正文】 在課題的創(chuàng)作過程中，*老師為作者供了進(jìn)行課題研究的條件和相關(guān)資料，并在整個課題進(jìn)行過程中給予了認(rèn)真的指導(dǎo)。 在鑄造時可以對這些應(yīng)變較大處進(jìn)行加固，并在鑄造后對閥體進(jìn)行相應(yīng)的后處理，以使閥體在使用中的壽命加長。 根據(jù)設(shè)計條件在閥體內(nèi)表面上施加 2MPa 的壓力載荷。在 ANSYS 中可以方便的輸入載荷的大小和方向。 HT200 的泊松比為 而其彈性模量為 130GPa ，密度為 7000 3/mkg ，將其輸入 ANSYS 中如下圖所示。 對球閥閥體進(jìn)行有限元分析時，必須要建立一個準(zhǔn)確的物理數(shù)學(xué)模型，模型應(yīng)包括所有的節(jié)點、單元、材料屬性、實常數(shù)、邊界條件，以及其它表現(xiàn)這個物理系統(tǒng)的特征。在建立有限元計算模型時應(yīng)采用以下幾種 簡化原則： 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 （ 1） 總體坐標(biāo)系的建立應(yīng)盡可能與球閥閥體結(jié)構(gòu)設(shè)計坐標(biāo)系一致； （ 2） 構(gòu)件表面光、順、滑，忽略球閥閥體各處過渡圓角和倒角； （ 3） 載荷分配。 用于分析二維或三維結(jié)構(gòu)對 AC（交流）、 DC（直流）或任意隨時間變化的電流或機(jī)械載荷的響應(yīng)。并且可以利用后處理功能產(chǎn)生壓力、流率和溫度分布的圖形顯示。 主要用于電磁場問題的分析，如電感、電容、磁通量密度、渦流、電場分布、磁力線分布、力、運動效應(yīng)、電路和能量損失等。當(dāng)運動的積累影響起主要作用時，可使用這些功能分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)在空間中的運動特性，并確定結(jié)構(gòu)中由此產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變和變形。 ANSYS 可進(jìn)行的結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析類型包括：瞬態(tài)動力學(xué)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析及隨機(jī)振動響應(yīng)分析。靜力分析很適合求解慣性和阻尼對結(jié)構(gòu)的影響并不顯著的問題。 軟件主要包括三個部分：前處理模塊，分析計算模塊和后處理模塊。 本章采用 ANSYS工程軟件對球閥的閥體進(jìn)行了有限元靜力結(jié)構(gòu)分析，并探討了球閥閥體結(jié)構(gòu)建模方法以及網(wǎng)格劃分對計算結(jié)果的影響，其結(jié)果可作為結(jié)構(gòu)優(yōu)武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 化設(shè)計提供依據(jù)。剛度和變形分析。取 AK =1； 2T — 蝸輪轉(zhuǎn)矩； MT ?2 。故可 用 120176。由于要求實現(xiàn)大傳動比和反行程要求自鎖的蝸桿傳動取 11?z 。 所以我選取彈性閥座，從球閥類型為浮動球閥考慮，我選取斜面彈性閥座，其主要特點是結(jié)構(gòu)簡單，加工制造方便，替換性好。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 圖 29 普通閥座 彈性閥座是本世紀(jì)七十年代初才出現(xiàn)的新型閥座結(jié)構(gòu)，其發(fā)展正方興未艾。 普通球閥的密封效果取決于閥座在流體壓力或者預(yù)緊力的作用下，能夠補償球體的不圓度和表面微觀不平度的程度。對球閥而言，內(nèi)漏發(fā)生與閥座與球體和閥座與閥體之間的接觸面上；外漏則發(fā)生于填料函上，也有可能在連接法蘭與墊片之間。 這里需要注意的是，按強(qiáng)度要求考慮，即擠壓應(yīng)力等于扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，因而一般取h=（ ~） amm。 由于閥桿與球體的接觸部分是間隙配合，因此，在接觸面上的比壓分布是不均勻的，如下圖所示。 則 6 ?? xxx xx? MPa ＜ ??? =90MPa 。下面是平鍵的強(qiáng)度計算： 平鍵的畢壓按下式計算 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 KLNdTP 12?≤ ??P )(MPa （ 234） 式中 T— 轉(zhuǎn)矩（ N? mm），對于閥桿驅(qū)動裝置連接部分： T=M。 3.Ⅲ — Ⅲ斷面處的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 ? （ )MPa ? ?N?? ?? WM （ 233） 式中 M— 總摩擦轉(zhuǎn)矩（ N mm? ）； W— Ⅲ — Ⅲ斷面處的抗扭轉(zhuǎn)斷面系數(shù)（ )3mm ， 3d16π?W 則 MP ax 36 ?? π? ≤ ? ?N? =1050MPa 4.Ⅳ — Ⅳ斷面處的抗扭轉(zhuǎn)面系數(shù) 由于閥桿和渦輪采用鍵連接故Ⅳ — Ⅳ與Ⅲ — Ⅲ斷面處的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力相同無需再進(jìn)行校核。 baW ?? 3mm 。 取 mmdT 60? 則 NxxxxxxF t ?? π 摩擦力 uF 計算公式如下： PdDF TTTu ?2)(16 ?? π (N) （ 228） 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 式中 TD — 臺肩外徑或止推外徑（ mm）； Td — 閥桿直徑（ mm）， T d =60mm； t? — 摩擦系數(shù)， t? =。材料選用主要通過工況和設(shè)計壓力來選擇，由表 22 可選擇 A5 作為閥桿材料。 （ 1）法蘭的軸向應(yīng)力 M? （ Mpa） iM DfM210??? ? （ 221） 式中 0M — 作用于法蘭的總力矩（ N*mm）； f— 整體式法蘭頸部校正系數(shù)， f=1； ? — 系數(shù)，查表得 ? =。 GS — 從螺栓孔中心至力 GF 作用位置處的徑向距離（ mm）， 2 GbG DDS ??。 TF — 總的流體靜壓軸向力與作用在法蘭內(nèi)直徑 面積上的流體靜壓軸向力之差（ N）， )(7 8 22 iGDT DDPFFF ???? ； GF — 用于窄面法蘭的墊片載荷： FWFG ?? 。 ? ?LL AW ?? ?? （ 218） 式中 L? — 法蘭螺栓拉應(yīng)力（ Mpa）； W— pW 和 AW 兩者中的大者（ N）； A— 螺栓承受應(yīng)力下實際最小總截面積； ? ?L? — 螺栓 材料在常溫下的許用拉應(yīng)力（ Mpa）；查表得 ? ?L? =108Mpa。 GD — 載荷作用位置出墊片的直徑（ mm）；由閥體內(nèi)部尺寸可知?GD 450mm； m— 墊片有效密封寬度，差表可知 m=0.； P— 設(shè)計壓力（ Mpa）； Q— 球體與閥座密封圈之間的密封力（ N），見 ， KNQ ? 。故閥體壁厚為 22mm。 ?? ? (mm) (215)式中 D— 球閥內(nèi)墻的最大直徑（ mm） Sb— 考慮附加余量的壁厚（ mm） bS39。 閥體壁厚的確定 球閥閥體常用整體鑄、鍛或者棒材加工而成。結(jié)構(gòu)長度是指閥體通道武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)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。 通過老師給的設(shè)計條件，閥體的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)當(dāng)選二分體式。 Mm 和 uM 的計算見 。 整理可得 : ）π （ 2122 4 DD Qq ? （ 26） 由于球閥的密封力還未計算故需計算完，故在下節(jié)給出設(shè)計比壓的計算結(jié)果。選擇比壓比應(yīng)是密封可靠、壽命長和結(jié)構(gòu)緊湊。 b 將在下面中計算得出。 由上面可知可取球體直徑 D=380mm， 2802 ?D mm。其選用在閥體設(shè)計中有詳細(xì)說明。而固定球閥的轉(zhuǎn)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。 球閥 的特點 球閥的主要特點如下：流體阻力小、開關(guān)迅速、方便、密封性好、壽命長、武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 可靠性高，而且閥體內(nèi)通道平整光滑適于輸送粘性流體，漿液，以及固體顆粒。圖 21 為球閥結(jié)構(gòu)圖 。 （ 2）建立球閥的三維模型 通過 soliderworks 三維軟件對球閥零件進(jìn)行實體建模，并進(jìn)行裝配。 、方法和目標(biāo) 球閥作為新型的閥門品種之一，關(guān)于球閥的設(shè)計方案十分稀少，本文的主要研究內(nèi)容包括對球閥結(jié)構(gòu)設(shè)計。 德國在二戰(zhàn)之后迅速恢復(fù)經(jīng)濟(jì)，其產(chǎn)品通過優(yōu)良的質(zhì)量迅速占領(lǐng)市場。 同時隨著時代的發(fā)展，進(jìn)入 21 世紀(jì)以后，生產(chǎn)和制造技術(shù)有了顯著優(yōu)化提高，同時， 技術(shù)人員大都通過計算機(jī)技術(shù)對產(chǎn)品進(jìn)行研發(fā)設(shè)計和控制優(yōu)化，在很大程度上提高了設(shè)計速度和更新周期。 球閥不僅在一般工業(yè)管道上得到了廣泛應(yīng)用，而且在核工業(yè)、宇航工業(yè)的液氧與液輕輸送管線上普遍采用。 球閥是上世紀(jì) 50年代問世的一種新型閥門。s structural style and province strength opening way, this will have certain reference value to the later design and research similar ball valve. Key words： Structural design, intensity examination, stress analysis and reducing effort anization 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 1 緒 論 球閥是上世紀(jì) 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。省力機(jī)構(gòu)作為設(shè)計任務(wù)的一部分，我們需要根據(jù)球閥的特點來選擇合適的機(jī)構(gòu)。 本設(shè)計以已給的設(shè)計條件為著眼點，同時根據(jù)國家閥門標(biāo)準(zhǔn)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(jù)球閥設(shè)計手冊的標(biāo)準(zhǔn)框架的結(jié)構(gòu)形式對產(chǎn)品進(jìn)行了三維建模、二維制圖和應(yīng)力分析，最終確定球閥的結(jié)構(gòu)形式和省力開啟方式，這對以后設(shè)計與研究同類球閥具有一定的參考價值。s characteristic. This design takes the given design conditions as the objective point, simultaneously according to the national valve standard is the center, with the aid of the soliderworks three dimensional software and AUTOCAD twodimensional charting software and ANSYS analysis software has carried on the three dimensional modelling, the twodimensional charting and stress analysis according to the ball valve design handbook39。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(yīng)用。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(yīng)用。 全塑料球閥近年來發(fā)展較快。 目前，全球的控制閻市場如同大部分工業(yè)品一樣被三個經(jīng)濟(jì)體瓜分，分別是美 國為代表的北美經(jīng)濟(jì)體，以德國、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)。德國閥門企業(yè)一般都 屬于專業(yè)性很強(qiáng)的公司，在某一類產(chǎn)品的研究、設(shè)計和制造方面都有自己的特色。球閥的設(shè)計要求保證合適的強(qiáng)度與 剛度，從而保證球閥的壽命和穩(wěn)定性。 （ 3） ANSYS 軟件分析 對球閥的三維模型進(jìn)行適當(dāng)簡化，忽略不受力 的小零件，通過