（终稿）无摩擦球阀设计（全套完整有CAD）

，由式直接计算得如果按矩形近似计算表阀杆头部截面力学性能截面截面Ⅰ对称于杆轴线截面Ⅱ斜面起始点近似矩形由表知，可以用矩形近似计算，在本节中用截面Ⅱ的和进行计算更接近实际状况。

抗弯强度阀杆头部受力可近似为悬臂受集中负荷，如图所示，由式确定，而计算受力矩离应选择在阀门完全关闭状态下力作用点，距斜面起始点约为即大于或等于斜面长度位置，由式，命得式中材料许用应力，阀杆材料，阀杆头部刚度计算按图所示受力状态，在阀杆头的挠度和变形角度对于般传动轴来说在轴承出弧度第章工作能力校核.工作寿命此处工作寿命系指操纵阀杆部件部分，根据前述计算知，球阀销轴接触强度较大，是该部件的薄弱环节，它又是阀杆运动关键部位，因此寿命取决于它。

通常接触疲劳极限试验循环基数不应小于次，因此实际材料疲劳循环次数为式中接触疲劳许用极限应力，接触疲劳许用极限应力时的循环试验次数，次接触应力，指数，由第三部分四节项知，略高于许用，可以使用，将代入式得次考虑到实际材料硬度可能变化，及冲击负荷，实际寿命式中安全系数考虑实际材料硬度变化，及负荷变化，取，次因此预计工作寿命次以上。

.实际工作压力的潜力估计阀体壁厚承压能力阀体实际壁厚，按第四强度理论计算或式中阀体中腔最大内径公称压力，附加量，材料许用拉应力，在本结构中，材料由式得到按壁厚容器公式计算，其中因而式中材料许用应力取和两者中较小值，通常.，.。

材料，或，选取，由式得美国计算方法式中公称通经，壁厚系数，当，许用应力，通常取附加裕量，中，.，.中.当.，按美国标准，由式得当.，选用可得由以上计算表明阀体可能承受级压力。

阀体与阀盖连接螺栓螺栓截荷式中密封垫片宽度在本课题中密封垫片压紧系数，选用石棉，接口内径，原结构紧固螺栓承压能力紧固螺栓数为，螺栓有效工作面，其承载能力为，由式知式中抗拉许用强度，找阀门设计资料，选用材料，螺栓旋开旋关关闭操作扭矩和手轮选择操纵扭矩根据结构设计，阀杆上选用左旋梯形螺纹，根据表已知轴向，可得开启关闭式中止推轴承内径止推轴承摩擦系数.由于，当选用梯形螺纹因而推荐球阀最大操纵力矩，当，.时而计算值。

径选择式中圆周力，通常般推荐建议选取当当.零件设计与计算具有螺旋导轨槽衬套的主要结构尺寸角选择根据摆动从动件许用压力角，考虑到滑动摩擦系数，其摩擦角，由于的方向与角坐标方向差，因而，考虑到摩擦角影响，选择.。

作用于导轨槽的正压力式中接触长度滚子半径当实际滚子宽用轴承钢渗氮淬火许用应力时式中导轨槽数，本结构螺旋导轨槽的平均直径本结构.。

受力不均匀系数，，取.因此如果选用淬火.，由式得，因此，选用制造。

螺旋导轨槽高度或长度式中螺旋导轨槽螺旋部分高直线长度即阀杆头斜面长，详见后面因此，球阀销轴接触强度由式知选用，当斜面宽，销轴半径时，由式得，而由式推得最大接触应力，此时为，高于，而用时略高于.，故用。

球阀下支承的接触强度下支承的衬套，球阀即球体材料，其最大接触应力为按第接触类型。

式中球形半径曲率球形的外半径.衬套轴向曲率半径直线即圆柱形衬套内半径.式中由椭圆方程系数值查表来确定由式得，由表.得，.，当.，代入式得由于已结构设计出球阀外径同，它与倒角圆角的接点的位置应远离球阀滚动时用于支承的柱面区。

图球阀下支撑点外形当倒角半径为，轴承内孔直径为，经倒角半径为起点与球阀形心连线与轴夹角近似为在本设计中，因而倒角中心点位置点位置应为倒角中心点位置在本项设计中滚动空间要求以点为瞬心，为半径能作无滑动的滚动，此时点长度和与轴夹角关系为当球阀转动角后，点在轴上投影为根据大小来确定尺寸配合间隙。

在本项设计中。

在滚动中要求右边增大半径.，而左边滚动中出现空隙，此时，空隙为.，考虑左右状况，理论上还有空隙.，因此选择优先配合，支承轴承孔。

第章结构设计和计算.阀杆机构受力状况球阀受力状况球阀受力状况可以简化为图所示状态，图中式中式中与见图中尺寸。

图球阀受力状况简图因此球阀密封压力所需压紧力轴向总推力，参考式可得本设计中合力和当流体正向流动时，由于，因此当流体反向流动时密封时，要保持密封面值，因此球阀上受倒阀杆作用力引起支反合力在本设计中在后面分析中应用与，在强度计算时将考虑和。

阀杆支承反力与支承结构型式选择方案前支承导向型即无后支承图是方案的力系平衡图，由图可得，而，因而图前支承导向受力图因此区间区间因此方案前后支承导向型图是方案受力状况图，由图可知图前后支承导向受力图因此，当比较两个结构方案，方案受力状况较好，在结构设计上又允许设计后支承，因此选用方案只考虑时摩擦阻力扭矩阀杆支承摩擦阻力扭矩式中导轨槽螺旋角，.摩擦系数，润滑不良，取.阀杆直径，因此密封摩阻扭矩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。

.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，以及软件的应用过程，主要包括以下几个方面的内容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。

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，如图所示。

在认识了运动原理和运动轨迹设计后，利用软件绘制工程图第章主要结构参数轨道式无摩擦球阀技术要求技术参数公称通径公称压力.适用温度适用介质石油及制品天然气氧气其他气体技术要求阀门的开启关闭动作操作机构带动阀杆上升，使球体沿通道轴线位移脱离阀座阀杆继续上升并同时旋转，带动球体绕阀杆轴线旋转角度，阀门开启运行过程中球体只是沿通道轴线位移和绕阀杆轴线旋转关闭与开启动作相反。

阀门作用切断介质调节流量。

阀门操纵手动仿阀门操纵原理型号及其含义.主要结构尺寸球体直径球体半径式中球体通道孔径根据，钢制球阀阀体的最小流道直径，当.时不缩径直径，因此选择确定.。

根据，当，球径，即。

图球体通道孔径密封面宽度及压紧比压密封宽度根据图所示，球面接触外点半径即.密封面在垂直于流体流动方向上投影宽度.压紧比压，式中压力，常数，常温液体，常温汽油煤油空气蒸气及高于液体，.氢氮及其它密封要求高的.，与密封面有关系数，详见表。

表系数表面材料钢硬质合金硬聚氯乙烯，铝及铝合金，尼龙，聚四氧乙烯黄铜青铜铸铁中硬橡胶软橡胶密封性能较好。

球阀通道平整光滑，不易沉积介质。

结构简单。

传统球阀明显的缺点阀的开启和关闭摩擦很大。

摩擦大引起密封材料的磨损，使球阀的密封性能下降。

阀的使用寿命不长。

大型的球阀开启和关闭比较费力因此设计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•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.，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。

.选题目的和意义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。

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。

会查阅和收集资料，学会使用手册及图表资料。

培养创新设计的思维，为今后工作打下坚实的基础。