西南科技大学毕业设计（论文）题目名称：无摩擦球阀设计年 级：2004级 本科 专科学生学号：20045666学生姓名：李红忠 指导教师：张晓勇学生单位：制造科学与工程学院 技术职称：讲师学生专业：机械设计制造及其自动化 教师单位：后勤管理处西 南 科 技 大 学 教 务 处 制 西南科技大学本科生毕业设计（论文） VII无摩擦球阀设计 摘要：该设计是为了改善传统球阀的缺点而做的，传统球阀的缺点是摩擦大、使用寿命短、密封性能不好。此设计可以根据流体冲蚀磨损、腐蚀程度和工作压力来调整密封比压。轨道式无摩擦球阀是一种新型的球阀，它利用阀杆头部的斜面凸轮与导轨套螺旋槽的配合来实现球阀的无摩擦开启、关闭和金属密封的新型阀门；所以设计中的关键问题是要避免产生摩擦，密封要紧，最终达到高效率、高质量、耐用性等要求。本论文研究对轨道式无摩擦球阀的运动和动力分析方法，完成了球阀启闭运动轨迹、球体运动空间以及主要零部件的受力分析设计。该球阀具有启闭无磨损，关闭时压力可调节和启闭省力的优点；克服了普通球阀因密封比压大而使密封面容易磨损的缺点，延长了球阀的使用寿命。关键词：无摩擦；球阀；轨道式；凸轮 Design of Non-Friction Ball ValveAbstract: The design is to improve the shortcomings of traditional ball valve , and the shortcomings of traditional ball valve is friction, short life, sealing performance bad. According to this designs fluid erosion, corrosion and pressure then the pressure was adjust sealed .Orbit Non-Friction Ball Valve is a new type of valve and realizes non-friction switching and metal pressurization of the valve by cam mechanism.This paper researches the design of Orbit Non-Fraction Ball Valves move and the analysis of dynamically. The paper puts forward the kinetic analysis method of Orbit Non-Fraction Ball Valve, analysising the track and motion space of the conglobulation for switching etc, and bring forward rule of its configuration design, designing its assembling body and main parts. This valve has a series of advantage, such as non-friction, the adjusting of pressure and laborsaving when it switches .Its pressurization is different from the usual whose pressurization is easy to destroy, which overcome the fault of the usual valves. So it has a longer life-span.KeyWords: Orbit, Non-Friction, Ball Valve, Cam 目录第1章 引言11.1课题来源11.2选题目的和意义11.3球阀的发展趋势21.4本文研究的主要内容2第2章 主要结构参数42.1.轨道式无摩擦球阀技术要求42.1.1技术参数42.1.2技术要求42.1.3型号及其含义42.2主要结构尺寸42.2.1球体直径42.2.2密封面宽度及压紧比压52.2.3密封比压62.2.4球阀结构长度及连接法兰尺寸6第3章 运动轨迹设计73.1球阀启闭运动轨迹73.1.1滚动启闭73.1.2球阀摆动73.1.3凸轮的轮廓83.2球阀下支承外形103.2.1滚动柱面与倒角半径103.2.2倒角中心点位置113.3.3滚动空间12第4章 结构设计和计算134.1阀杆机构受力状况134.1.1球阀受力状况134.1.2阀杆支承反力与支承结构型式选择144.1.3摩擦阻力扭矩164.1.4阀杆承受的轴向力184.2操作扭矩和手轮选择214.2.1操纵扭矩Mc214.2.2径D选择224.3零件设计与计算224.3.1具有螺旋导轨槽衬套的主要结构尺寸224.3.2球阀销轴接触强度234.3.3球阀下支承的接触强度24第5章 工作能力校核315.1工作寿命315.2实际工作压力的潜力估计315.2.1阀体壁厚承压能力315.2.2阀体与阀盖连接螺栓335.2.3阀盖连接法兰承载能力355.2.4阀杆头部承载能力375.3寿命和实际工作潜力估计385.3.1寿命估计385.3.2承压能力估计39结 论40致 谢41参考文献42西南科技大学本科生毕业设计（论文）第1章 引言1.1课题来源阀门是一种量大面广的通用机械产品，国民经济各部门所需要的阀门数量很大，应用范围也非常广泛。输送流体介质离不开管路，而控制介质流动则离不开阀门。凡是需要对流动介质进行控制的地方，都必须安装阀门，阀门可比喻为“管路的咽喉”。球阀是本世纪50年代问世的一种阀门，在半个世纪的时间里，球阀已发展成为一种主要的阀类。球阀经过半个世纪的发展已经有了很大的改进和发展，广泛应用于能源、石油、化工、冶金等领域，起着截流、控制等作用。传统的球阀具有以下特点：1） 流体阻力小。2） 密封性能较好。3） 球阀通道平整光滑，不易沉积介质。4）结构简单。传统球阀明显的缺点：1）阀的开启和关闭摩擦很大。2）摩擦大引起密封材料的磨损，使球阀的密封性能下降。3）阀的使用寿命不长。4）大型的球阀开启和关闭比较费力因此设计一种无摩擦的球阀即可以改变传统球阀摩擦大的缺点，使球阀更耐用和可靠。该毕业设计旨在减小传统球阀的摩擦，适当补偿磨损，提高球阀的使用寿命和密封性能。在石油化工领域、大型煤液化工程关键设备、冶金部门、“南水北调”工程、西气东输工程、环保工程等球阀市场需求很大。通过对阀门市场的调查分析，在“十一五”中，阀门需求量的总体趋势为上升趋势，阀门这个量大面广的产品，其需求量在稳定中增长。其中球阀的市场需求占阀门试产需求的15.5%，是各类阀门中需求最多的。由此可见，球阀在我国有着巨大的市场潜力。 1.2选题目的和意义1）通过本设计掌握机械新型设计的方法，以及更深入掌握机械原理，机构综合的知识。2）过本设计掌握机械结构设计的方法，更深入掌握机械设计，材料选择等知识。3）会查阅和收集资料，学会使用手册及图表资料。4）培养创新设计的思维，为今后工作打下坚实的基础。5）通过调查研究国内外在这方面的发展情况,明确我国制造业现状，学习国内外的先进制造技术。1.3球阀的发展趋势球阀，是一种以球体作为关闭件的阀门，它起源于本世纪50年代。早在19世纪80年代美国就开始设计球阀，但是由于当时缺乏合适的材料，限制了球阀的发展，使它未成为一种正式工业产品。直到本世纪50年代，聚四氟乙烯等弹性密封材料的出现才使球阀的产生与发展出现了转机；同时，也由于机床工业的发展，使球体加工技术提高，能够实现球体所要求的尺寸精度和表面粗糙度。目前，球体最大公称直径已达到3050mm，这是美国Escher Wyss公司为田纳西州的一个泵站所提供的4台球阀，用作透平机出口的切断阀，设计压力为4.8Mpa。球阀的最高工作压力已达到72Mpa，其相应温度高达1000C。球阀不仅在一般工业管道得到了广泛应用，而且在核工业、宇航工业的液氧和液氢输送管线上普遍采用。全塑料球阀近年来发展较快。其特点是：耐腐蚀、总量轻、成本底。在水道、化学管道上应用越来越广。德国一家阀门公司已制造出通径为6的塑料球阀；美国一家阀门公司制成一种含氟塑料球阀，它具有高强度、优良的耐温与耐腐蚀性能，适应温度为250C。大口径输油（或天然气）管线是球阀应用的一个重要方面。公称通径范围：6001400mm，工作压力通常为：8.0Mpa。为了确保安全，一些制造厂商按管线球阀的使用特点和他所受外界自然条件的影响，进行抗地震的弯曲实验、防止火灾蔓延的实验、耐气候条件的综合实验、紧急切断实验等。为了适应高温工况的需求，近年来还发展了高温球阀，它的阀座材料不再是聚四氟乙烯，而是金属、石墨或碳素纤维等。一些特殊用途的特殊结构球阀在不断涌现。，降低了切换阀的流阻并减小了如在我国一国防科研的实验系统上采用了自行研制的三通半球阀扭矩。我们可以预料今后几年球阀将在以下几个方面得到更大的发展：a) 密封面材料 聚四氟乙烯作为球阀密封面材料已有30年历史，但它必定还会在生产工艺、物理性能（主要是克服冷流性、提高耐压性）、耐温性能方面进一步改善，以提高球阀的性能和适用范围。耐高温、耐磨、耐腐蚀的低摩擦的金属或非金属材料将会不断研制出来。b) 新型球阀结构将会不断涌现 其目的主要在于提高寿命、密封可靠性和改善加工工艺性。比如本设计的轨道式。c) 全塑料球阀将会有很大发展 在新型塑料的应用、结构与注塑工艺性等方面的发展将会使塑料球阀的通径、适用工作温度与压力范围进一步扩大。d) 长输管线球阀会在遥控、自控、工作可靠性、寿命等诸方面得到提高，它们的需求量也会增加。1.4本文研究的主要内容无摩擦球阀在国外研究较早，现在技术基本成熟；国内虽也有单位进行过研究并投入了生产，但明显落后于国外，国内需求还依赖于进口，技术还不够成熟，有待于进一步完善其技术，更广泛的投入生产。无摩擦球阀有很广的国内外市场，特别是我国西气东输工程中应用甚广。本文详细阐述了“无摩擦球阀的原理研究及结构设计”，讨论了实现轨道（即轨道式球阀运动功能）的设计实现，以及CAD软件的应用过程，主要包括以下几个方面的内容：1) 详细分析了运动原理。该设计是通过阀杆头部的斜面凸轮和和螺旋导轨槽的配合来实现球阀的启闭运动。2) 详细讨论了运动轨迹的设计。通过数学方法和数据计算详细说明了球阀启闭的运动轨迹，如图2-1所示。