论文总字数：19626字

摘 要

本文首先对阀门的历史发展和在现代工业中发挥的作用进行了介绍，并展望了未来阀门行业的发展趋势，然后引出本次设计涉及到的阀门；对球阀的结构组成和种类区别进行了分析和介绍，然后对气动硬密封固定球球阀的设计流程进行详细的介绍。球阀设计涉及到球阀的密封比压计算、各部件强度校核、球阀的结构尺寸计算等。

球阀的设计首先是密封比压的确定，然后是球阀密封力力的计算，接下来是驱动装置的选择，最后对主要零部件进行计算和校核。

关键词：球阀 硬密封 密封比压 密封力

Abstract

This paper first introduces the historical development of valve and its role in modern industry, and looks forward to the development trend of valve industry in the future, then introduces the valve involved in this design; This paper analyzes and introduces the structure and types of ball valve, and then introduces the design process of pneumatic hard seal fixed ball valve in detail. The design of ball valve involves the calculation of the specific pressure of the ball valve, the strength check of each part, and the calculation of the structural dimension of the ball valve.

The design of the ball valve is first to determine the specific pressure of the seal, then to calculate the sealing force of the ball valve, then to select the driving device, and finally to calculate and check the main parts.

Key words: Ball valve; Hard seal; Seal specific pressure; Sealing force

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 阀门的研究背景和发展展望 1

1.3 毕业设计课题选择的意义 3

1.4 主要的设计内容 4

第二章 球阀的介绍 5

2.1 球阀的结构 5

2.2 球阀驱动装置 6

2.3 毕业设计课题内容 7

第三章 气动硬密封球阀的结构选型 8

3.1 球阀的设计参数 8

3.2 球阀的结构设计 8

第四章 气动硬密封球阀的结构设计计算 9

4.1 球阀的密封比压和球径计算 9

4.1.1 必须比亚的计算 9

4.1.2 许用比压 9

4.1.3 设计比压及计算 9

4.1.4 比压条件 10

4.1.5 球体直径的确定 10

4.2 密封力的计算 10

4.2.1 固定球球阀密封力的计算 10

4.3 阀杆与填料间的摩擦力及摩擦转矩的计算 11

4.3.1 阀杆密封形式 11

4.3.2 阀杆密封比压的计算 11

4.3.3 填料与阀杆之间的摩擦力计算 11

4.4 球阀的转矩计算 11

4.4.1 转矩计算 11

4.4.2 滑动轴承的压力校核 12

4.5 零部件的设计计算及材料选用 13

4.5.1 阀体壁厚计算 13

4.6 球阀阀体法兰的设计 13

4.6.1 法兰螺栓的计算 13

4.6.2 法兰强度计算 15

4.7 法兰密封结构的设计 17

4.8 阀杆强度计算 17

4.8.1 上阀杆强度计算 17

4.8.2 阀杆连接件导向平键的强度计算 19

第五章 气动硬密封球阀的制造成本校核 22

5.1 人工成本 22

5.2 设备制造费用 22

5.3 总制造成本 22

第六章 总结 23

第七章 致谢 24

参考文献 25

第一章 绪论

1.1 引言

阀门是现代工业体系中的基础组成部件，从人们的日常生活到具有高端精密的工业生产制造都有阀门的存在^[1]。在日常生活中，人们用阀门控制生活用水、用电、用天然气等。在工业生产中，则处处都有阀门的身影，从输送各类流体介质的管道到生产用的高端机械都需要各种各类的控制阀门。古时，阀门的种类十分稀少和简易，到现代生产力和科技的进步，阀门的种类已十分繁多^[2]。一般的阀门由阀体、驱动装置、法兰等组成。

球阀是阀体为球形且作为控制元件的一种阀门。它作为现代一种新兴的工业阀门一般用于各类流体介质的输送。球阀的组成跟一般的阀门没有区别由阀体、阀杆、驱动装置等组成。而球阀的分类是由驱动装置和球体来区分的，例如采用气动执行器的叫气动球阀，采用电动执行器的叫电动球阀等等。由球体结构一般区分为浮动球球阀和固定球球阀两类。浮动球球阀的球体是可移动的的而固定球球阀的球体是固定的，浮动球球阀的球体在流体介质的流动压力下与阀座产生密封效果，固定球球阀的阀座在流体介质的流动压力下与球体产生密封作用，因为结构的不同，两者在配套结构如阀杆和阀座的设计也是不同的。在不同的流体介质和工业环境的状况下，因合理的选用球阀去控制工业生产。

1.2 阀门的研究背景和发展展望

在人们的日常生活中，阀门是不可或缺的。日常生活中的生活用水量由阀门精确的控制，各类家电的用电量也由阀门控制，三餐制作用到的天然气也是由阀门控制的。可以说，人们的日常生活是离不开阀门的。而阀门在工业生产中的作用较之日常生活显得更为重要。现代工业不同于古代生产能力低下的状况，讲究高效化、自动化和精密化。而生产流程如若要保证系统的高效生产能力，那么阀门无疑在其中起到了决定性的作用，依靠阀门能精密的控制生产流程和状况，在融合了现代高速发展的计算机技术后无疑加速了工业的现代化、自动化和科技化，所以阀门在现代工业生产流程中起到重要作用。

在公元前，中国人就在各种农业生产和日常生活中使用了简易阀门^[3]，利用阀门控制流水灌溉农田，生活用水等，阀门技术的进步往往伴随着人们的生产需求。在生产力和科技的进步下，阀门被大量的使用于人们的日常生活中。第一次工业革命后，由于机械工业领域的生产需求，阀门被应用于各类工业生产当中，此时阀门虽然随着生产需求的因素被应用于工业生产中，但此时工业化程度低，工业生产方式比较落后，阀门用于控制生产流程的方式和操作形式也比较简陋且因为当时材料技术的发展水平不高，阀门的铸造材料工艺性能差，结构简单适宜性差，落后的阀门技术也制约了工业发展的进步。二次世界大战后，由于聚合复合材料、金属合金技术等新兴材料技术的迅速发展，古老的阀门技术得到了新的发展机遇，工业生产早已不满足于老式阀门的落后和不精确，在新材料的良好工艺性能带来的影响下，阀门得到了新的发展机遇。新的材料性能让阀门相较以前的拥有了更优秀的工业结构和在各种工况下的工作性能。并且随着科技水平的不断进步，为了适应工业生产越发复杂的工业生产流程和生产工况，各种新型结构的阀门被发明了出来。现代阀门品种十分繁杂，有按公称压力分类，有按结构形式分类等等，在这些大类的下面还根据不同的形式分成了小类。本次毕业设计的阀门就是新兴阀门的一种，球阀是新结构类型的一种阀门，球阀是阀体为球形的一种现代工业生产控制阀门，被广泛的应用于各类化工工艺流程和各类管道运输的控制。如球阀、闸阀等大量新型结构控制阀门被应用于各类现代化工业生产当中。阀门制造业逐渐成为了在工业领域占有重要比重的一部分。

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