基于PROE的球阀的设计

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1、 基于PROE的球阀的 设计  摘 要 阀门在国民经济各个部门中有着广泛的应用，随着我国生产建设、国防建设、人民生活等方面的提高对阀门的需求量越来越大，对产品的质量、更新速度以及产品从设计到投放市场的周期都提出越来越高的要求。而阀门行业的设计手段及制造相对滞后于市场，很多部分的设计采用二维CAD软件进行设计工作，无法形成产品数字化信息化管理，已不能满足现代工业生产发展的要求。 本文针对于球阀参数DN为250mm以及设计压力为2MPa的球阀进行设计，在满足设计要求的同时，降低结构的复杂性，并借助于三维软件Pro/E完成所设计球阀的实体建模及装配。 关键词：1、球阀

2、；2、Pro/E；3、结构设计  目 录 目 录 5 一、绪 言 6 （一）研究背景及意义 6 （二）球阀的发展现状 6 （三）主要内容 7 二、球阀的理论概述 9 （一）球阀的结构及工作原理 9 （二）球阀的类型 9 （三）球阀的主要特点 10 （四）球阀的适用原则 11 三、球阀的设计 12 （一）球阀球体的直径确定 12 （二）球体与阀座之间密封比压的确定 12 （三）球阀密封力的计算 14 （四）球阀的转矩计算 15 （五）阀体的设计 16 （六）阀杆的设计 21 （七）球体的设计和校核 25 四、基于Pro/E的球阀实体模型 27 （

3、一）Pro/E软件简介 27 （二）球阀主要零件的实体构建 27 （三）球阀总体装备图 30 五、结 论 31 致 谢 32 参考文献 33  一、绪 言 （一）研究背景及意义 随着全球化市场、日益激烈的国际化竞争对快速产品开发和产品创新的巨大需求等因素推动了制造业的信息化、数字化。目前在工业技术先进国家，数字化制造技术已经成为提高企业技术创新能力和产品竞争力的重要手段。 可持续发展策略、知识经济爆炸、信息化数字化技术飞速发展迫使制造技术人员思考制造技术创新的问题和策略。全球性的经济竞争，为数字化时代的工业化过程中的国家或地区制造企业，提供了新的发展机遇。

4、当前世界正处在由资源消耗型的工业经济向信息知识为基础的知识经济转变的过程中，可持续发展策略、知识经济趋势为制造技术的发展提出新的问题。知识——技术——产品的更新周期不断缩短。为提高技术的生命周期，减少风险，提高竞争力等问题的解决，数字制造日趋成为提高产品创新能力的重要手段。 我国的阀门制造业与国际先进水平相比还存在着阶段性差距，突出表现在：产品创新能力较差，开发周期较长，制造工艺装备落后，成套能力不强。控制阀生产行业正处于一个非常有利的发展时期。这主要得益于国家经济持续稳定发展，固定资产投资逐步扩大。尤其是西气东输、西电东送、南水北调等工程的开工建设，需要大量的控制阀产品与之配套；再加上入世

5、后，国际贸易门槛降低以及发达国家调整产品结构，使我国控制阀产品的加工制造面临更大的发展空间。因此，对于阀门的设计制造具有重要的意义。 （二）球阀的发展现状 球阀的发展大致经历了三个阶段：一是从十九世纪八十年代到二十世纪的二十年代初期，美国开始在一般生活用管道上使用小口径球形旋塞，是球阀发展的初始阶段；二是本世纪二十年代到五十年代，1921年瑞士爱舍、魏斯(Escher Wyss)公司，提出了以摩擦面进行密封的研究课题，并生产了泵站用2m直径的球阀(与目前球阀有很大差别)，但由于密封材料没有解决，球阀技术处于停滞不前的状态；三是从二十世纪五十年代到现在，由于塑料高分子材料作为密封面材料的出

6、现，使球阀得到了迅速发展。六十年代日、英两国从美国大量引进球阀，随后在世界范围内进入了球阀发展的全盛时期，球阀也就从过去的特殊阀门变成了一般通用阀门，成为一种独立的阀门类型，得到各工业部门的广泛应用。目前在长输管线上使用的球阀，最大口径达1400 mm，压力为75kgf/cm2，重量达34吨。1974年由瑞士供给美国瑞康(Raccoon)泵站的球阀，口径为3050 mm，压力为475米水柱，重量达148吨，是世界上最大的球阀。 目前各国生产的球阀，按球体的工作状态基本上可分为浮动球球阀和固定球球阀二种；而按阀体的型式又可分为整体焊接式、二开式和三开式三种。前者是近年新发展的型式，具有结构先进

7、、外形美观、重量轻的特点。 目前，国内外在结构动态领域的研究十分活跃，特别是美国、西欧等一些工业发达国家，十分重视关于结构动态涉及问题的研究，并将其列为结构设计领域的重点发展方向之一。而我国在这一领域的研究还比较落后。结构动态设计的内容十分丰富，涉及现代动态分析方法、计算机技术、产品结构力学理论、设计方法学等众多学科范围，目前还没有形成一套完整的结构动态设计理论方法和体系。结构动态设计的主要内容包括两个方面：一是建立一个切合实际的结构动力学模型；二是选择有效的结构动态设计方法。其过程是：对满足工作性能要求的产品初步设计图样或需要改进的产品实物进行力学建模，并作动态特性分析，然后根据实际情况，

8、给出其动态特性的要求或预定的动态射击目标再按结构动力学的“正”、“逆”问题求解其结构设计参数或进行结构修改。 我国控制阀行业要发展就一定要实施技术创新，调整产品结构，要大力研制开发一些技术含量高、劳动附加值高、具有国际领先水平的控制阀产品，以适应现代工业对控制阀的需求。有限元分析方法在国内已开始普遍应用于球阀阀体的结构分析，研究方向也由单纯静力分析向参数化建模、结构优化和动态特性等扩展，而且将有限元分析计算与试验研究相结合，呈现多样化的局面。如江苏工业学院的张锁龙采用有限元法对球阀阀体进行动态和静态的分析，肖俊建利用有限元法建立球阀的动态模型并对结构进行动态分析，赵磊生、刘克铭、张力钧、刘琳

9、琳等都利用有限元法对不同类型的控制阀进行了仿真设计及动态或静态的分析。可以看出，目前，国内己经把有限元法作为控制阀的静态分析和动态分析的重要手段，球阀各部分结构的有限元分析模型更趋复杂、完善，计算结果精度愈来愈好，成为球阀结构分析和设计的主流工具。 （三）主要内容 本文的主要研究内容有如下几个方面： 1）本次设计球阀参数有DN为250mm，压力P为2MPa。根据设计手册，对球阀的结构（包括阀体、阀杆以及阀芯）进行选用与设计，然后根据所选结构，进行强度校核。确保球阀结构及参数满足设计要求，保证有合适的强度和刚度，使球阀工作稳定。 2）利用三维制图软件Pro/E对所设计的球阀零件进行实体建

10、模，分别绘制各个零件的三维图，然后将各零件装配成完整的球阀实体，完成三维数字化的虚拟模型。  二、球阀的理论概述 （一）球阀的结构及工作原理 球阀主要由阀体、球体、阀杆、阀芯、密封圈和省力机构等几部分主要零件构成。下面对上述几个重要零件的设计进行设计计算。图2-1为球阀结构图。 图2-1手动浮动球球阀结构 1—扳手；2—阀杆；3—球体；4—阀体；5—密封圈 球阀的工作原理：以球体作为关闭件的阀门称作球阀。球阀它具有旋转90度的动作，旋塞体为球体，有圆形通孔或通道通过其轴线。球阀在管路中主要用来做切断、分配和改变介质的流动方向，它只需要用旋转90度的操作和很小的转动力

11、矩就能关闭严密。球阀最适宜做开关、切断阀使用，但近来的发展已将球阀设计成使它具有节流和控制流量之用。 （二）球阀的类型 球阀的结构形式和品种规格非常之多，根据其用途和特点大致可分为以下几种： 1、按球体的支撑方式分为浮动球球阀和固定球球阀两类：1）浮动球球阀：其主要特点是球体无支撑轴球体以阀门进出口两端的阀座为支撑。阀杆与球体为活动链接，因此这种球阀的球体被两阀座夹持其中而呈“浮动”状态。2）固定球球阀：其特点是球体与上下阀杆连成一体，球体可沿与阀门通道相垂直的轴线自由转动，但不能沿通道轴线移动。因而，固定球球阀的转矩小，阀座变形小，密封性能稳定，使用寿命长，适用于高压，大通径的场合。

12、 2、按球体的安装方式可分为顶装式，底装式，侧装式及斜装式四种。 3、按球阀与管道的连接形式可分为法兰连接球阀，内螺纹和外螺纹连接球阀和焊接连接球阀四种。其中法兰连接球阀又分为整体法兰连接球阀，螺纹法兰连接球阀，对夹式法兰连接球阀和焊接法兰连接球阀。 4、按驱动方式可分为手动，气动，液动和电动球阀。其中手动球阀又分为带与 不带驱动机构两种。气动球阀又分为活塞气缸式和旋转叶片式两种。此外还有组合式球阀，如电液联动和气液联动球阀。 5、按球体结构可分为整体球球阀，半球体球阀，截球体球阀三种。其中截球体 球阀又分为弓形和扇形截球体球阀。 （三）球阀的主要特点 球阀是近年来被广泛采用的一种新

13、型阀门，它具有以下优点：1．流体阻力小，其阻力系数与同长度的管段相等。2．结构简单、体积小、重量轻。3．紧密可靠，目前球阀的密封面材料广泛使用塑料、密封性好，在真空系统中也已广泛使用。4．操作方便，开闭迅速，从全开到全关只要旋转90，便于远距离的控制。5．维修方便，球阀结构简单，密封圈一般都是活动的，拆卸更换都比较方便。6．在全开或全闭时，球体和阀座的密封面与介质隔离，介质通过时，不会引起阀门密封面的侵蚀。7．适用范围广，通径从小到几毫米，大到几米，从高真空至高压力都可应用。球阀已广泛应用于石油、化工、发电、造纸、原子能、航空、火箭等各部门，以及人们日常生活中。 其主要缺点：1）因为球阀最主

14、要的阀座密封圈材料是聚四氟乙烯，它对几乎所有的化学物质都有是惰性的，且具有摩擦系数小、性能稳定、不易老化、温度适用范围广和密封性能优良的综合性特点。但聚四氟乙烯的物理特性，包括较高的膨胀系数，对冷流的敏感性和不良的热传导性，要求阀座密封的设计必须围绕这些特性进行。所以，当密封材料变硬时，密封的可靠性就受到破坏。而且，聚四氟乙烯的耐温等级较低，只能在小于180℃情况下使用。超过此温度，密封材料就会老化。而考虑长期使用的情况下，一般只会在120℃不使用。2）它的调节性能相对于截止阀要差一些，尤其是气动阀（或电动阀）。 （四）球阀的适用原则 1）石油、天然气的输送主管线、需要清扫管线的，又需埋设

15、在地下的，选用全通经、全焊接结构的球阀；埋设在地上的，选择全通经焊接连接或法兰连接的球阀；支管，选用法兰连接、焊接连接，全通经或缩径的球阀。 2）成品油的输送管线和贮存设备，选用法兰连接的球阀。 3）城市煤气和天然气的管路上，选用法兰连接和内螺纹连接的浮动球阀。 4）冶金系统中的氧气管路系统中，宜选用经过严格脱脂处理，法兰连接的固定球球阀。 5）低温介质的管路系统和装置上，宜选用加上阀盖的低温球阀。 6）炼油装置的催化裂化装置的管路系统上，可选用升降杆式球阀。 7）化工系统的酸碱等腐蚀性介质的装置和管路系统中，宜选用奥氏体不锈钢制造的、聚四氟乙烯为阀座密封圈的全不锈钢球阀。 8）

16、冶金系统、电力系统、石化装置、城市供热系统中的高温介质的管路系统或装置上，可选用金属对金属密封球阀。 9）需要进行流量调节。  三、球阀的设计 （一）球阀球体的直径确定 球体的直径大小影响球阀结构的紧凑性，应此应尽量缩小球体直径。球体半径一般按R=d计算。同时为保证球体表面能完全覆盖阀座密封面，选定球径后须按下式进行校核： (3-1) 必须满足， 式中为最小球体直径（mm）； —阀座外径（mm）； —球体通道孔直径（mm）； —球体实际直径（mm）。 由上面可知可取球体直径，。 （二）球体与阀座之间密封比压的确定 1、必需比压的计算、

17、必需比压是为保证密封，密封面单位面积上所必需的最小压力，以表示。由于流体压力或附加外力的作用，在球体与阀座之间产生压紧力，于是必需比压式球阀设计中最基本的参数之一，它直接影响球阀的性能及结构尺寸。下面是由实验结果得出的计算公式： （3-2） 式中—与流体性质有关的系数； —与密封面材料有关的系数； —流体工作压力； —密封面在垂直于流体流动方向上的投影宽度； —密封面宽度； 其中查表3-1可得，，，。将在下面中计算得出。 表3-1 密封材料 a c 钢硬质合金 3.5 1 铝、铝合金、聚四氟乙烯、尼龙、硬聚氟乙烯 1.8 0.9 青铜

18、、黄铜、铸铁 3.0 1 中硬橡胶 0.4 0.6 软橡胶 0.3 0.4 2、许用比压计算 密封面单位面积上允许的最大压力称为需用比压，以表示。本此设计球阀通过查询《球阀设计与选用》密封面材料许用比压表可知，选取尼龙。 3、设计比压的计算 设计时确定的在密封面单位面积上的压力，称为设计比压，以表示。选择比压比应是密封可靠、寿命长和结构紧凑。必须保证： （3-3） 设计比压按图3-1中的力的平衡关系进行计算： （3-4） 式中 —球体对阀座密封面的法向力(N) （

19、3-5） —阀座与球体接触的球形环带面积， —作用于阀座密封面上的沿流体方向的合力； —密封面法向与流道中心线的夹角； —球体中心线执法作两段面的距离（mm）， —阀座内径； —阀座外径； —阀座平均直径（mm），； —球体半径（mm）。 图3-1 比压计算图 整理可得: （3-6） 由于球阀的密封力还未计算故需计算完，故在下节给出设计比压的计算结果。 （三）球阀密封力的计算 为简化计算，往往忽略预紧力,阀座滑动摩擦力及流体静压力在密封面余隙中的作用力,这样密封力仅等于流体静压力在阀座密封面上的作用力(N)，即

20、 （3-7） 将上式代入式3-5可得： （3-8） 可得 在球阀初步设计时，为了便于确定，及的关系，设，代入上式可得： 由需用比压，，代入得： ，代入式3-2可得显然满足 球阀密封力的精确计算还要计算预紧力,故可知； （3-10） 预紧力计算公式如下： （3-11） 式中 — 预紧所需的最小比压，； 、—阀座内径和外径（mm）。 可得，故。 （四）球阀的转矩计算 由于本球阀为浮动球阀故其转矩计算公式如下： （3-12） 式中 —球体与阀

21、座密封面间的摩擦转矩； —阀杆与填料之间摩擦转矩； —阀杆台肩与止推垫间的摩擦转矩。 (2-13) 式中 —球体与阀座之间的密封力，,（N）； —摩擦半径，，球体摩擦半径计算图如图3-2所示； —球体半径（mm）； —密封面对中心的斜角； —球体与密封圈之间的摩擦系数，查表得。 图3-2 球体摩擦半径计算 则= （五）阀体的设计 1、阀体结构型式 1）首先确定阀体的结构形式、连接形式和结构长度，根据适用场合不同和通径大小，常见阀体结构有以下几种： （1）整体式阀体：DN<50mm （2）二分体式

22、：阀体有左右两部分组成，通过螺栓将这两部分连接成一体。 （3）三分体式：阀体有三部分组成，这三部分是在阀座处沿着与通道向垂直的界面而分隔开的，螺栓将这三部分连接成一体。 通过老师给的设计条件，阀体的结构形式应当选二分体式。 2）阀体与管道的连接形式主要有螺纹连接；法兰连接；焊接连接等三种。 由结构形式的确定中可知，阀体连接选择法兰连接。 3）根据所给的公称压力和公称通径来确定其结构长度。结构长度是指阀体通道终端垂直于阀门轴线的两个平行平面之间的距离。由此根据已给条件可知结构长度为730mm，公差为2mm。 4）阀体材料的选用 根据球阀的常用工况和材料成本总和考虑选用HT200作为

23、阀体材料。 2、阀体壁厚的确定 球阀阀体常用整体铸、锻或者棒材加工而成。由于所给条件的工作压力属于中低压，所以采用薄壁计算公式进行计算。计算公式如下： （3-14） （3-15） 式中 —球阀内墙的最大直径（mm） —考虑附加余量的壁厚（mm） —按强度计算的壁厚（mm） —设计压力（Mpa） —材料许用拉应力（Mpa） —附加余量（mm） 将，，故可得，由，可知。故阀体壁厚为22mm。 3、阀体法兰设计 1）法兰螺栓设计 按以下两种情况进行： （1）操作情况：由于流体静压力所产生的轴向力促使法兰分开，而法

24、兰螺栓必须克服此种端面载荷，并且在垫片或接触面上必须维持足够的密紧力，以保证密封。此外，螺栓还承受球体与阀座密封圈之间的密封力作同。在操作情况下，螺栓承受的载荷为： （3-16） 式中 —在操作情况下所需的最小螺栓转矩（N）； —总的流体静压力（N）,； —连接接触面上总的压紧载荷（N），; —载荷作用位置出垫片的直径（mm）；由阀体内部尺寸可知450mm； —垫片有效密封宽度，查表可知m=0； —设计压力（Mpa）； —球体与阀座密封圈之间的密封力（N），见3.4，。 则将

25、各项数据代入可得 KN. (2)预紧螺栓情况：在安装是须将螺栓拧紧而产生初始载荷，使法兰面压紧垫片，此外，螺栓还承受球体与密封圈之间的预紧力。在预紧螺栓时螺栓承受的载荷为： （3-17） 式中—在预紧螺栓时所需的最小螺栓转矩（N）； — 垫片或法兰接触面上的单位压紧载荷（Mpa），查表得； —球体与密封圈之间的预紧力；由2.4可知112.75KN。 则112.75KN。 2）法兰螺栓拉应力的计算 （3-18） 式中 —法兰螺栓拉应力（Mpa）； —和两者中的大者（

26、N）； —螺栓承受应力下实际最小总截面积； —螺栓材料在常温下的许用拉应力（Mpa）；查表得=108Mpa。 则 =79.3＜=108Mpa。 4、阀体法兰校核 1）法兰力矩计算：在计算法兰应力时，作用在法兰上的力矩是载荷和他力臂的乘积，力臂决定与螺栓孔中心圆和产生力矩的载荷的相对位置。见下图所示： 图3-3整体法兰 作用于法兰的总力矩为： （3-19） 式中 —作用在法兰内直径面积上的流体静压轴向力（N），; —总的流体静压轴向力与作用在法兰内直径面积上的流体静压轴向力之差（N），； —

27、用于窄面法兰的垫片载荷：; —从螺栓孔中心圆至力作用位置处的径向距离（mm），; S—从螺栓孔中心圆至法兰颈部与法兰背面交点的径向距离，; （3-20） —法兰颈部大端有效厚度（mm）； —从螺栓孔中心至力作用位置处的径向距离（mm）, ; —从螺栓孔中心至力作用位置处的径向距离（mm）， ; —法兰的内直径（mm）。 由所设计的球阀阀体可知，=430mm，，， ，，，， ,, ， 。 则法兰的总力矩为： （N*mm）。 2.法兰应力计算 （1）法兰的轴向应力（Mpa）

28、 （3-21） 式中 —作用于法兰的总力矩（N*mm）； f—整体式法兰颈部校正系数，f=1； —系数，查表得=2.5。 则 （2）法兰盘的径向应力(Mpa) （e=0.0125） (3-22) = =17.49 （Mpa） （3）法兰盘切向应力(Mpa) (3-23) 式中 Y、Z系数查表可知Y=4.64，

29、Z=6.03 则（Mpa） 3.法兰的许用应力和强度校核 上述三个应力应满足： (3-24) (3-25) (3-26) 由阀体法兰材料为HT200，可查得（Mpa）, 经校核说明应力方面符合要求。 （六）阀杆的设计 阀杆是球阀的主要受力零件之一，按照我国球阀标准，阀杆应

30、设计成：在流体压力的作用下拆开阀杆密封挡圈时，阀杆不致于脱出。 1、阀杆材料的选择 阀杆作为球阀的重要受力零件，其材料必须具有足够的强度和韧性，能耐介质、大气及填料的腐蚀，耐擦伤，工艺性好。材料选用主要通过工况和设计压力来选择，由表3-2可选择A5作为阀杆材料。 表3-2 材料 工作压力（） T（℃） 适用阀类 CuAL9Mn2 ≤1.6 ≤200 低压阀 A5 ≤2.5 ≤350 中低压阀 40Cr ≤32.0 ≤450 高中压阀 38CrMoALA 540 电站用阀 20Cr1Mo1VIA 570 电站用阀 2Cr13 ≤32.

31、0 ≤450 高中压阀 1Cr18Ni2 ≤6.3 -100 不锈钢阀、低温阀 1Cr18Ni9Ti ≤6.3 ≤600 高温阀 2、阀杆填料选择与计算 1）填料选择 阀杆常用填料主要有V型填料、圆形片状填料及O型密封圈等三种。由于圆形片状填料往往容易发生松弛而使密封比压减小，以致密封遭到破坏，同时V型填料具有密封性能好、摩擦系数低且具有自封性能，因此我选用V型填料。 2）填料摩擦力计算 填料与阀杆之间的摩擦力可按下式计算 (N) （3-27） 式中 —填料与阀杆之间的摩擦系

32、数，=0.05； Z—填料圈数，Z=3； h—单圈填料高度，h=1.5mm。 取 则 3）阀杆台肩与之退点之间的摩擦力的计算 摩擦力计算公式如下： (N) （3-28） 式中 —台肩外径或止推外径（mm）； —阀杆直径（mm），=60mm； —摩擦系数，=0.05。 则 4）填料及止推垫的摩擦转矩计算 填料转矩计算公式如下 (2-29） 则 止推垫片的摩擦转矩计算公式如下 (2-

33、30) 则 由此可知球阀的转矩 =3030+15257+1290000=Nmm 3、阀杆强度的计算 阀杆上的转矩分布图见下图所示，主要受力面是I—I~IV—IV。其中Ⅲ—Ⅲ面的扭转应力计算可做为设计时初定阀杆直径用。 1）I—I断面处的扭转应力为 ≤ (3-31) 式中 —阀座密封面与球体间的摩擦转矩（Nmm）； —材料的许用扭转应力，（Mpa），=1050Mpa； —I—I断面的抗扭转系数。 。 图3-4 浮动球阀阀杆转矩分布图 a和可由下表查得 表3-3 b/a与的关系 b/a 1.0 1.2 1.5

34、2.0 2.5 3.0 4.0 6.0 8.0 0.208 0.219 0.231 0.246 0.258 0.267 0.282 0.299 0.307 图 3-6 阀杆与球体连接部分的断面 故 则≤=1050 2）Ⅱ—Ⅱ断面处剪切应力的计算 （3-32） 式中 D—阀杆头部凸肩的直径（mm）； d—阀杆直径（mm）； H—阀杆头部凸肩的高度（mm）; P—流体的工作压力（； —材料的许用剪切应力（，查表得=990。 则≤=990。 3）Ⅲ—Ⅲ断面处的扭转应

35、力（ （2-33） 式中 M—总摩擦转矩（N）； W—Ⅲ—Ⅲ断面处的抗扭转断面系数（， 则≤=1050 综上阀杆的应力均符合要求。 （七）球体的设计和校核 由3.2可知球体的半径是190mm。 球体作为球阀控制的直接动作零件，必须对其进行设计与校核。球体的主要结构特征是球体与阀杆的连接结构，其必须满足所传递的最大转矩同时保证有足够的灵活性，后者是保证工作性能的必要条件。 由于阀杆与球体的接触部分是间隙配合，因此，在接触面上的比压分布是不均匀的，如下图所示。有分析可知，计算时可近似地采用挤压长度，而作用力矩的臂长K=0.8a（

36、mm），则挤压力按下式计算： （3-36） 图3-8 阀杆头部的比压分布 式中 —球体与阀座密封面之间的摩擦力矩； h—阀杆头部插入球体的深度（mm），h=40mm； a—阀杆头部的边长（mm）a=100mm； —球体许用挤压应力；。 则≤。 故球体强度要求满足。 这里需要注意的是，按强度要求考虑，即挤压应力等于扭转应力，因而一般取h=（1.8~2.2）mm。但是在实际设计时受到球体尺寸的限制，h不能过大，为了减小挤压应力，往往加大接触面的尺寸，即加大a的尺寸。故a与h的关系不能为h=（1

37、.8~2.2）mm。  四、基于Pro/E的球阀实体模型 （一）Pro/E软件简介 Pro/Engineer的简称，更常用的简称是ProE或Pro/E，Pro/E是美国参数技术公司（Parametric Technology Corporation，简称PTC）的重要产品，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位。pro-e作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今主流的模具和产品设计三维CAD/CAM软件之一。 Pro/Engineer是一个功能定义系统，即造型是通过各种不同的设计专用功能来实现，其中包括：筋（Ribs）、槽（

38、Slots）、倒角（Chamfers）和抽空（Shells）等，采用这种手段来建立形体，对于工程师来说是更自然，更直观，无需采用复杂的几何设计方式。这系统的参数比功能是采用符号式的赋予形体尺寸，不象其他系统是直接指定一些固定数值于形体，这样工程师可任意建立形体上的尺寸和功能之间的关系，任何一个参数改变，其也相关的特征也会自动修正。这种功能使得修改更为方便和可令设计优化更趋完美。造型不单可以在屏幕上显示，还可传送到绘图机上或一些支持 Postscript 格式的彩色打印机。Pro/Engineer还可输出三维和二维图形给予其他应用软件，诸如有限元分析及后置处理等，这都是通过标准数据交换格式来实现

39、，用户更可配上Pro/Engineer软件的其它模块或自行利用C语言编程，以增强软件的功能。它在单用户环境下(没有任何附加模块)具有大部分的设计能力，组装能力(人工)和工程制图能力(不包括ANSI，ISO，DIN或JIS标准)，并且支持符合工业标准的绘图仪(HP，HPGL)和黑白及彩色打印机的二维和三维图形输出。 （二）球阀主要零件的实体构建 1、阀杆 阀杆作为球阀的一部分其主要作用是传递扭矩，转动阀球。其三维图如4-1所示。 图4-1 阀杆三维图 2、球体 球体零件的三维图如图4-2所示。 图4-2 球体三维图 3、阀盖 阀盖其三维图如图4-3所示。 图4-3

40、 阀盖三维图 4、阀体 阀体是球阀中最为重要的零件，是装配的基本体，后面建立的各个零件实体都要装配到阀体上去。阀体的建模也是球阀中最为复杂的，特别是二维草绘截面的绘制要涉及很多的几何和位置尺寸。阀体模型的创建需要通过旋转，拉伸，打孔，倒圆角，镜像等多种工具来进行。阀体的模型建立过程如下：①绘制出阀体的旋转草绘截面；②完成旋转命令，得到旋转实体，利用旋转、拉伸、阵列、圆角、倒角命令，完成阀体上螺栓孔、圆角等特征的建立，做出阀体三维实体模型。 图4-4 阀体三维图 （三）球阀总体装备图 在完成球阀的各个零件的三维建模后，然后利用Pro/E的装配模块对各零部件进行装配，其球阀总体的装配

41、图如图4-5所示。 图4-5 球阀装配图  五、结 论 随着我国生产建设、国防建设、人民生活等方面的提高对阀门的需求量越来越大，对产品的质量、更新速度以及产品从设计到投放市场的周期都提出越来越高的要求。本文根据设计球阀参数DN为250mm，压力P为2MPa。根据设计手册，对球阀的结构（包括阀体、阀杆以及阀芯）进行选用与设计，然后根据所选结构，进行强度校核。确保球阀结构及参数满足设计要求，保证有合适的强度和刚度，使球阀工作稳定，最后利用Pro/E三维软件对球阀进行实体建模并进行装配。  参考文献 [1]．章华友，陈元芳，球阀设计与选用[M]，北京科学技术出版

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