【正文】 *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。 武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） 35 參考文獻 [1] 章華友，陳元芳 等著 .球閥 設計與選用 .北京科學技術 出版社， . [2] 彭文生 ， 李志明 .機械設計 .北京：高等教育出版社 ， . [3] 唐增寶 .常建娥 .機械設計課程設計 .華中科技大學出版社 ， . [4] 孫桓，陳作模，葛文杰 .機械原理 .北京：高等教育出版社 ， . [5] 機械工業(yè)部合肥研究所 .機械工程手冊 .第 78篇 .機械工業(yè)出版社， 1979. [6] 胥德孝 .液壓和氣動裝備的密封 .北京：機械工業(yè)出版社， 1979. [7] 王隆太 .機械 CAD/CAM 技術 .機械工業(yè)出版社， . [8] 付風嵐，丁國平，劉寧 .公差與檢測技術 .科學出版社， 2021. [9] 黎明發(fā)，張銀開，黃莉 .材料力學 .科學出版社， 2021. [10] 童秉樞主編 .現(xiàn)代 CAD技術 .北京：清華大學出版社， ～ 157 [11] . Some New Desigs of Soft Gland Packings with Equalized Distribution of Contact Stresses. 11th Iternational Conference on Fluid Sealing,1987. [12] 楊汝清 .現(xiàn)代機械設計 — 系統(tǒng)與結構 ??M .上海：科學技術文獻出版社， 2021. [13] 黃純穎 .機械創(chuàng)新設計 .北京：高等教育出版社， 2021. [14] 邱宣懷 .機械設計 .北京：高等教育出版社， 1997. [15] Thanachai factors for “l(fā)inear” ball vavle:theoretical and experimental . 武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） 36 致謝 在本次畢業(yè)設計是在 ***副教授的悉心指導下完成的。 武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） 34 結 論 通過本次畢業(yè)設計，我通過查閱資料對球閥的生產(chǎn)和結構設計 重要注意的細節(jié)有了一定的了解，同時還利用這次設計機會將 自己學過的機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的部分功能模塊進行了學習 。 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(jù)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。 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。同時在閥口端面上施加全約束。 閥體的約束主要是在 Z軸方向上的。慣性載荷有閥體本身產(chǎn)生，而強迫位移載荷是由閥體在工作時產(chǎn)生的。 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。 模型的材料定義 將模型導入后，還需要對球閥閥體材料進行定義，首先，本次 設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“ ? ”。實體建模方法能夠直接和模型的幾何特性打交道，無需關注有限元模型特定的幾何特征，如節(jié)點、單元等。 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。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。 模型的導入和分析 模型的簡化、導入和分析準備 為了保證計算的精確性以及縮小不必要的計算范圍，我們可以將模型進行簡化后再導入 ANSYS 中進行，在盡可能保證能反映閥體本身結構特性的情況下，以便減少分析的復雜程度。這種分析類型可用于換熱器、振蕩器、諧振器、麥克風等部件及其它電子設備的結構動態(tài)性能分析。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。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。分析結果可以是每個節(jié)點的壓力和通過每個單元的流率。還可用于螺線管、調(diào)節(jié)器、發(fā)電機、變換器、磁體、加速器、電解槽及無損檢測裝置等的設計和分析領域。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。 程序可處理熱傳遞的三種基本類型：傳導、對流和輻射。 武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） 26 ANSYS 程序可以分析大型三維柔體運動。 結構非線性導致結構或部件的響應隨外載荷不成比例變化。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 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。 ANSYS提供的分析類型主要包括： 用來求解外載荷引起的位移、應力和力。 前處理模塊提供了一個強大的實體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構造有限元模型 。 ANsYs能與大多數(shù) CAD軟件結合使用，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)品設計中的高級 CAD工具之一。 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。 隨著時代的發(fā)展，計算機技術和力學理論的發(fā)展， ANSYS 軟件也開始為廣大的設計師們使用對已經(jīng)設計完成的三維模型進行分析，其主要采用有限元分析方法進行三維力學分析。在以前的受到計算方式的限 制，主要依靠材料力學和理論力學中的力學分析原理來進行結構設計，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。 則 MP axx xxxxH 226 ??? ≤ HP? =250MPa 3 ANSYS 軟件分析 軟件的應用和介紹 在球閥的早期設計時，主要通過物理結構的設計，同時包括一定的零件強度。 m— 模數(shù)， m=5； 1d — 蝸桿分度圓直徑， 1d =50mm； 2z — 蝸輪齒數(shù)， 2z =30。 齒面接觸疲勞強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)。的扇形蝸輪代替全蝸輪，這樣既簡 化了結構，縮小了體積，又節(jié)省了原材料。 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 90176。根據(jù)蝸桿頭數(shù) 1z 與蝸輪齒數(shù) 2z 的薦用值可知，取傳動比 i=30， 302?z 。 蝸輪蝸桿的設計 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和蝸桿分度圓柱導程角 ? 等。如下圖所示： 圖 210 單斜面彈性閥座 省力機構的設計和校核 用于球閥的省力機構應當具有傳動速比大，外形尺寸小，球體能固定在開關武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） 23 中間的任意 位置，以及防止灰塵和污物進入裝置內(nèi)部等特點。這種彈性閥座適用于 DN≤ 250mm 的浮動球球閥。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。但這種閥座在裝配時，調(diào)試比較困難，因為要達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。因此，閥座與球體之間必須具有足夠大的密封比壓 bq ，并應滿足以下條件： ? ?qq＜＜bq 式中 bq — 保證閥 門的密封的必需比壓（ MPa ）； q— 閥門工作時的實際比壓（ MPa ）； ??q — 閥座材料的許用比壓。彈性閥座除了與普通閥座和彈性閥座一樣，在預緊力或流體壓力（或者兩者兼有之）作用下，閥座材料產(chǎn)生 塑性變形而達到密封外，還由于閥座本身的特殊結構或者借助于彈性元件，如金屬彈性骨架、彈簧等辦法，在預緊力或流體壓力下產(chǎn)生彈性變形，以補償溫差、壓力、磨損等外界條件變化對球閥密封性能的影響。 閥門內(nèi)漏的流體雖然