【正文】 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）。442222 DRL ??； 1D — 閥座內(nèi)徑； 2D — 發(fā)作外徑； mD — 閥座平均直徑（ mm）， 2 21 DDD m ?? ； R— 球體半徑（ mm）。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。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 設(shè)計(jì)比壓的計(jì)算 設(shè) 計(jì)時(shí)確定的在密封面單位面積上的壓力，稱為設(shè)計(jì)比壓，以 q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。下面是由實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出的計(jì)算公式： )( bcPamqb ?? MPa （ 22） 式中 m— 與流體性質(zhì)有關(guān)的系數(shù)； a， c— 與密封面材料有關(guān)的系數(shù)； P— 流體工作壓力； b— 密封面在垂直于流體流動(dòng)方向上的投影寬度； t— 密封面 寬度； 其中查表 21 可得 m=1， a=， b=， P=2Mpa。 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。同時(shí)為保證球體表面能完全覆蓋閥座密封面，選定球徑后須按下式進(jìn)行校核： )(222m in mmdDD ?? （ 21） 必須滿足 D＞ minD ， 式中 minD 為最小球體直徑（ mm）； 2D — 閥座外徑（ mm）； d— 球體通道孔直徑（ mm）； D— 球體實(shí)際直徑（ mm）。 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。 3. 按球閥與管道的連接形式分類 按球閥與管道的連接形式可分為法蘭 連接球閥、內(nèi)螺紋和外螺紋連接球閥以及焊接連接球閥。 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。其中浮動(dòng)球閥的特點(diǎn)十分突出，主要有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、工作可靠。 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。球體的通孔則與閥體通道中心線重合或者垂直，球閥便完成了全開或全關(guān)的動(dòng)作。 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。下面對(duì)上述幾個(gè)重要零件的設(shè)計(jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。 （ 3） ANSYS 軟件分析 對(duì)球閥的三維模型進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化，忽略不受力 的小零件，通過(guò) 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。課題的研究?jī)?nèi)容和方法主要包括： （ 1）設(shè)計(jì)球閥結(jié)構(gòu)并進(jìn)行強(qiáng)度校核 通過(guò)設(shè)計(jì)手冊(cè)對(duì)球閥的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要包括閥體、閥桿、閥芯以及省力機(jī)構(gòu)的選用與設(shè)計(jì)，并對(duì)其受力分析，然后再確定材料后進(jìn)行強(qiáng)度校核。球閥的設(shè)計(jì)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。 目前我國(guó)關(guān)于球閥的生產(chǎn)企業(yè)大多規(guī)模小、科研能力弱，大多通過(guò)參考外國(guó)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)生產(chǎn)，其主要原因是技術(shù)投入資金不足，科研人員數(shù)量不足，所以在國(guó)內(nèi)很多的大型工程招標(biāo)中大多被外國(guó)閥門企業(yè)所壟斷。德國(guó)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(jì)和制造方面都有自己的特色。 1984年就在中國(guó)開展業(yè)務(wù)的 FIS}玎訊控制閥由于進(jìn)入中國(guó)較早，其產(chǎn)品已經(jīng)成為中國(guó)教科書的樣板。 目前，全球的控制閻市場(chǎng)如同大部分工業(yè)品一樣被三個(gè)經(jīng)濟(jì)體瓜分，分別是美 國(guó)為代表的北美經(jīng)濟(jì)體，以德國(guó)、英國(guó)、法國(guó)為代表的歐盟地區(qū)，和以日本為代表 的亞太地區(qū)。西德一家閥門公司已制造通徑為 6“的塑料球閥；美國(guó) Hill Maccanng 公司制成一種含氟材料球閥，商業(yè)名稱為 Kynar，據(jù)稱有高強(qiáng)度、優(yōu)良的耐溫與耐腐蝕性能，使用溫度為《 250℃。 全塑料球閥近年來(lái)發(fā)展較快。球閥的最高工作壓力已達(dá) 72Mpa，其相應(yīng)溫度高達(dá) 1000℃。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(zhǎng)輸管線、輕工食品、建筑等許多方面都得到了廣泛的應(yīng)用。直到上世紀(jì) 50 年代，聚四氟乙烯等彈性密封材料的出現(xiàn)才使球閥的產(chǎn)生和發(fā)展出現(xiàn)了轉(zhuǎn)機(jī)；同時(shí)由于機(jī)床工業(yè)的發(fā)展，使球體加工技術(shù)提高，能夠?qū)崿F(xiàn)球體所要求的尺寸精度與表面粗糙度。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(zhǎng)輸管線、輕工食品、建筑等許多方面都得到了廣泛的應(yīng)用。s structural style to the product, finally determined that ball valve39。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。 In the structure and material aspect in satisfying under the intensity premise, reduce the structure as far as possible the plexity, by a smaller consumption, a simpler structure realizes the end product design optimization, simultaneously carries on the stress to ball valve39。 本設(shè)計(jì)以已給的設(shè)計(jì)條件為著眼點(diǎn)，同時(shí)根據(jù)國(guó)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(jì)手冊(cè)的標(biāo)準(zhǔn)框架的結(jié)構(gòu)形式對(duì)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(duì)以后設(shè)計(jì)與研究同類球閥具有一定的參考價(jià)值。武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要 ................................................................ I ABSTRACT ........................................................... II 1 緒論 .............................................................. 1 .......................................................... 1 ........................................................ 1 、方法和目標(biāo) ........................................ 2 2 球閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核 ................................................ 3 、作用原理、特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)分類 .................................. 3 ........................................................ 3 .................................................... 3 ........................................................ 3 .................................................... 4 ........................................................ 4 .......................................... 5 .................................................... 5 ...................................................... 5 .................................................... 6 ...................................................... 7 ........................................................ 8 閥體設(shè)計(jì) ..