全焊接球閥 球閥三維數(shù)字化造型設(shè)計
1、目的和意義
機(jī)械CAD/CAM(Pro/E)課程設(shè)計是工科院校學(xué)生在大學(xué)期間利用已學(xué)過的知識第一次比較全面的、具有實際內(nèi)容和意義的課程設(shè)計，也是機(jī)械CAD/CAM(Pro/E)課程的一個重要的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。機(jī)械CAD/CAM(Pro/E)課程設(shè)計是將知識轉(zhuǎn)化為能力的橋梁，其主要目的是進(jìn)一步鞏固和加深學(xué)生所學(xué)的理論知識，并將其系統(tǒng)化；培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識獨立解決實際問題的能力和初步培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計的能力；使學(xué)生掌握三維實體基本造型設(shè)計、三維曲面造型及裝配設(shè)計，并在實物和三維數(shù)字化造型方面受到一次比較全面的訓(xùn)練。
2、課題分析
（一）球閥的結(jié)構(gòu)及工作原理
球閥主要由閥體、球體、閥桿、閥芯、密封圈和省力機(jī)構(gòu)等幾部分主要零件構(gòu)成。下面對上述幾個重要零件的設(shè)計進(jìn)行設(shè)計計算。圖示球閥結(jié)構(gòu)圖
球閥的工作原理：以球體作為關(guān)閉件的閥門稱作球閥。球閥它具有旋轉(zhuǎn)90度的動作，旋塞體為球體，有圓形通孔或通道通過其軸線。球閥在管路中主要用來做切斷、分配和改變介質(zhì)的流動方向，它只需要用旋轉(zhuǎn)90度的操作和很小的轉(zhuǎn)動力矩就能關(guān)閉嚴(yán)密。球閥最適宜做開關(guān)、切斷閥使用，但近來的發(fā)展已將球閥設(shè)計成使它具有節(jié)流和控制流量之用。
（二）球閥的類型
球閥的結(jié)構(gòu)形式和品種規(guī)格非常之多，根據(jù)其用途和特點大致可分為以下幾種：
1、按球體的支撐方式分為浮動球球閥和固定球球閥兩類：
1）浮動球球閥其主要特點是球體無支撐軸球體以閥門進(jìn)出口兩端的閥座為支撐。閥桿與球體為活動鏈接，因此這種球閥的球體被兩閥座夾持其中而呈“浮動”狀態(tài)。
2）固定球球閥：其特點是球體與上下閥桿連成一體，球體可沿與閥門通道相垂直的軸線自由轉(zhuǎn)動，但不能沿通道軸線移動。因而，固定球球閥的轉(zhuǎn)矩小，閥座變形小，密封性能穩(wěn)定，使用壽命長，適用于高壓，大通徑的場合。
2、按球體的安裝方式可分為頂裝式，底裝式，側(cè)裝式及斜裝式四種。
3、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和焊接連接球閥四種。其中法蘭連接球閥又分為整體法蘭連接球閥，螺紋法蘭連接球閥，對夾式法蘭連接球閥和焊接法蘭連接球閥。
4、按驅(qū)動方式可分為手動，氣動，液動和電動球閥。其中手動球閥又分為帶與不帶驅(qū)動機(jī)構(gòu)兩種。氣動球閥又分為活塞氣缸式和旋轉(zhuǎn)葉片式兩種。此外還有組合式球閥，如電液聯(lián)動和氣液聯(lián)動球閥。
5、按球體結(jié)構(gòu)可分為整體球球閥，半球體球閥，截球體球閥三種。其中截球體球閥又分為弓形和扇形截球體球閥。
（三）球閥的主要特點
球閥是近年來被廣泛采用的一種新型閥門，它具有以下優(yōu)點：
1．流體阻力小，其阻力系數(shù)與同長度的管段相等。
2．結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕。
3．緊密可靠，目前球閥的密封面材料廣泛使用塑料、密封性好，在真空系統(tǒng)中也已廣泛使用。
4．操作方便，開閉迅速，從全開到全關(guān)只要旋轉(zhuǎn)90°，便于遠(yuǎn)距離的控制。
5．維修方便，球閥結(jié)構(gòu)簡單，密封圈一般都是活動的，拆卸更換都比較方便。
6．在全開或全閉時，球體和閥座的密封面與介質(zhì)隔離，介質(zhì)通過時，不會引起閥門密封面的侵蝕。
7．適用范圍廣，通徑從小到幾毫米，大到幾米，從高真空至高壓力都可應(yīng)用。球閥已廣泛應(yīng)用于石油、化工、發(fā)電、造紙、原子能、航空、火箭等各部門，以及人們?nèi)粘Ｉ钪小?/div>
其主要缺點：
1）因為球閥最主要的閥座密封圈材料是聚四氟乙烯，它對幾乎所有的化學(xué)物質(zhì)都有是惰性的，且具有摩擦系數(shù)小、性能穩(wěn)定、不易老化、溫度適用范圍廣和密封性能優(yōu)良的綜合性特點。但聚四氟乙烯的物理特性，包括較高的膨脹系數(shù)，對冷流的敏感性和不良的熱傳導(dǎo)性，要求閥座密封的設(shè)計必須圍繞這些特性進(jìn)行。所以，當(dāng)密封材料變硬時，密封的可靠性就受到破壞。而且，聚四氟乙烯的耐溫等級較低，只能在小于180℃情況下使用。超過此溫度，密封材料就會老化。而考慮長期使用的情況下，一般只會在120℃不使用。
2）它的調(diào)節(jié)性能相對于截止閥要差一些，尤其是氣動閥（或電動閥）。
（四）球閥的適用原則
1）石油、天然氣的輸送主管線、需要清掃管線的，又需埋設(shè)在地下的，選用全通經(jīng)、全焊接結(jié)構(gòu)的球閥；埋設(shè)在地上的，選擇全通經(jīng)焊接連接或法蘭連接的球閥；支管，選用法蘭連接、焊接連接，全通經(jīng)或縮徑的球閥。
2）成品油的輸送管線和貯存設(shè)備，選用法蘭連接的球閥。
3）城市煤氣和天然氣的管路上，選用法蘭連接和內(nèi)螺紋連接的浮動球閥。
4）冶金系統(tǒng)中的氧氣管路系統(tǒng)中，宜選用經(jīng)過嚴(yán)格脫脂處理，法蘭連接的固定球球閥。
5）低溫介質(zhì)的管路系統(tǒng)和裝置上，宜選用加上閥蓋的低溫球閥。
6）煉油裝置的催化裂化裝置的管路系統(tǒng)上，可選用升降桿式球閥。
7）化工系統(tǒng)的酸堿等腐蝕性介質(zhì)的裝置和管路系統(tǒng)中，宜選用奧氏體不銹鋼制造的、聚四氟乙烯為閥座密封圈的全不銹鋼球閥。
8）冶金系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、石化裝置、城市供熱系統(tǒng)中的高溫介質(zhì)的管路系統(tǒng)或裝置上，可選用金屬對金屬密封球閥。
9）需要進(jìn)行流量調(diào)節(jié)。
（五）球閥的設(shè)計
新建旋轉(zhuǎn)文件將尺寸畫出該圖
在其一端的截面上進(jìn)行拉伸變換可畫出下圖所示的圖形，在對其進(jìn)行去除材料可得4×φ11的圓孔
以FRONT為基準(zhǔn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)可畫出下圖截面
在上圖的基礎(chǔ)上，進(jìn)行等分可得下圖
在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)變換，并畫出如圖的尺寸去除材料可得放入閥桿的圓孔
再以FRONT面為基準(zhǔn)進(jìn)行作圖 去除材料可得
對各個孔及表面進(jìn)行螺紋與倒角可得下圖
閥蓋新建拉伸文件進(jìn)行繪圖并去除4*φ14的螺紋孔材料生成文件后進(jìn)行倒角以未被倒角的那一面為拉伸基準(zhǔn)進(jìn)行畫圓
再以上圖為拉伸基準(zhǔn)進(jìn)行做圖畫出下圓以倒角的那一面為基準(zhǔn)進(jìn)行拉伸可得下圖在此圖的基準(zhǔn)上進(jìn)行拉伸可得下圖 上面步驟完成后以TOP面為基準(zhǔn)進(jìn)行做圖完成后去除材料在對其進(jìn)行倒角和螺紋掃描左密封圈
進(jìn)行旋轉(zhuǎn)編輯定義 根據(jù)尺寸可得右密封圈
閥芯畫出如下截面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)可得帶有通孔的閥芯以FRONT面為基準(zhǔn)進(jìn)行曲線可得如下圖所示的構(gòu)圖去除材料可得閥芯
上填料新建旋轉(zhuǎn)文件進(jìn)行畫圖制作可得填料的旋轉(zhuǎn)體并進(jìn)行螺紋加工以FRONT面為基準(zhǔn)在中心位置畫1.5*1.5的正方形中心對稱去除材料可得
中填料新建旋轉(zhuǎn)文件，建立幾何中心線畫出矩形進(jìn)行尺寸標(biāo)注可得
下填料新建旋轉(zhuǎn)文件，建立幾何中心線畫出矩形進(jìn)行尺寸標(biāo)注可得
閥桿
第一步新建旋轉(zhuǎn)文件，建立幾何中心線畫出矩形進(jìn)行尺寸標(biāo)注可得
第二步在第一步的基礎(chǔ)上進(jìn)行尺寸構(gòu)造并將多余材料移除
第三步畫出圓臺進(jìn)行拉伸
第四步 畫出圓柱進(jìn)行拉伸
第六步 畫出四棱柱進(jìn)行拉伸變換
第七步進(jìn)行旋轉(zhuǎn)變換，即可做出倒角
螺柱
畫出一個φ12的圓進(jìn)行拉伸，在其表面進(jìn)行螺紋特征的創(chuàng)建，創(chuàng)建倒角特征，繪制掃描軌跡和中心線，繪制掃描截面，掃描界面的放大圖
螺母
新建旋轉(zhuǎn)文件，根據(jù)尺寸進(jìn)行標(biāo)注與繪畫，通過移除材料將螺母孔構(gòu)建出來
裝配圖
1先將閥體利用坐標(biāo)系定義將其與原坐標(biāo)系重合，實現(xiàn)完全約束。
2將閥芯的中心軸線與閥體孔的軸對齊實現(xiàn)連接并將左右墊片一并連接
3將閥桿與閥芯的凹槽實現(xiàn)剛性連接
4依次將填料墊、中填料、上填料、填料壓緊套和閥桿的軸線對齊后利用銷釘連接將它們裝配好
5將閥蓋與閥體進(jìn)行裝配連接，將四個螺柱利用對齊指令將其與軸線和閥體閥蓋孔的軸線對齊實現(xiàn)配合
6將四個螺母的軸線與螺柱和閥蓋孔的軸線對齊實現(xiàn)配合
7最后將扳手和閥桿的軸線對齊再將其面重合即可。
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