摘 要

本文对球阀主要参照理论力学和材料力学原理进行了结构设计、材料选择、强度校核等，在满足强度和使用要求的前提下来尽量减低结构的复杂性，以更简单的结构实现产品的优化设计，同时对球阀的主要部件进行结构分析。本产品采用液压的驱动装置。

本次设计是根据前人的经验参考各类国家标准以及阀门设计手册,对公称压力DN为4500mm,公称压力为4.0MPa的球阀进行设计,设计思路很明确,其中主要包括了材料的选择,接下来就是对其进行结构上的设计,然后要考虑质量,所以强度校核是必不可少的。而且因为球阀种类的多种多样,同时存在各种各样的设计方法,这些方法的适用范围也不尽相同,所以需要根据不同的特点来选择合适的结构。

本次设计是管线球阀,着眼于要求给定的设计条件,参照理论力学和材料力学原理,在依照相应的国家标准的基础上,参考了国内外设计球阀的经验, 通过使用AUTOCAD软件绘制DN450球阀，最终确定球阀的结构形式。设计完成并进行校核。这对今后的学习和工作的设计有一定的参考价值。

关键词：球阀 结构设计 强度校核

Abstract

In this text, the ball valve is mainly referred to the theoretical mechanics and material mechanics principles for structural design, material selection, strength check, etc., to meet the strength and use requirements, to minimize the complexity of the structure, to achieve optimal design of the product with a simpler structure. At the same time, structural analysis of the main components of the ball valve this product uses a hydraulic drive.

This design is based on the experience of the predecessors, referring to various national standards and valve design manuals. The design of the ball valve with a nominal pressure DN of 4500mm and a nominal pressure of 4.0MPa is clear. The design includes the selection of materials. The downside is to design the structure and then consider the quality, so the strength check is essential. Moreover, because of the variety of ball valves and various design methods, the application range of these methods is not the same, so it is necessary to select a suitable structure according to different characteristics.

This design is a pipeline ball valve, focusing on the required design conditions, referring to the theoretical mechanics and material mechanics principles, based on the corresponding national standards, with reference to the experience of designing ball valves at home and abroad, with the help of AUTOCAD software for the ball valve Two-dimensional drawing finally determines the structural form of the ball valve, and the design is completed and checked.

Key words: ball valve; structure design; strength check

目录

摘要 I

Abstract III

第一章 绪论 1

1.1球阀的工作原理 1

1.2球阀的结构 1

1.3球阀的特点 2

1.4 球阀的分类 2

1.5国内外阀门行业现状 3

1.6本文研究主要内容，方法和目标 4

1.6.1结构设计上 4

1.6.2强度设计上 4

1.6.3设计绘图相关技术标准: 5

1.6.4研究方法： 5

第二章 球阀的结构设计与强度校核 6

2.1 结构设计原理 6

2.2设计过程 6

2.2.1球体的直径确定 6

2.2.2球阀密封力的计算 8

2.2.3球阀的转矩计算 9

2.2.4确定球阀的阀体结构形式、连接形式、和材料 10

2.2.5阀体壁厚的确定 10

2.2.6阀体法兰设计 11

2.3校核 13

2.3.1法兰强度校核 13

2.3.2中法兰螺栓强度校核 15

2.3.3螺栓面积计算： 16

2.3.4法兰密封结构的设计 17

2.5阀杆强度的计算 18

2.6球体的设计和校核 19

第三章经济性分析 21

总结 22

参考文献 23

致谢 25

第一章 绪论

阀门诞生于20世纪50年代，随着科学技术的飞速发展，并在研究，开发，生产等方面不断完善生产技术、产品和结构的不断改进^[1]。自上世纪末以来，阀门行业发展很快，阀门制造商也从小到大，并可生产闸阀，截止阀，球阀，蝶阀，旋塞阀，止回阀，安全阀，节流阀，蒸汽疏水阀等^[2]。阀门是一种多功能机械产品，具有广泛的应用和广泛的应用。其中球阀在短短的40年时间内，迅速发展成为主要的阀门类型^[3]。在西方发达国家，球阀的使用逐年增加。在我国，球阀广泛应用于石油炼制和长途运输。特别是在核，航空航天领域（如卫星，运载火箭，导弹等设备），阀门故障 甚至可能导致灾难性事故^[4]。并且在管道、化工、造纸、制药、水利、电力、市政、钢铁等行业在国民经济中发挥着重要作用。这要求阀门具有高可靠性，相应的可靠性研究在阀门研究中起着重要作用^[5]。

近几年来，阀门制造业的发展很大，为国家重大工程项目和重大技术装备，冶金工程，城市建设和城市污水处理项目开发了大量阀门产品^[6]。同时，还生产西气东输管道和西气东输管道，二线三峡水利枢纽和南水北调的配套阀门产品。 一般来说，阀门制造业基本上可以满足国民经济建设所需的大部分阀门产品^[7]。

1.1球阀的工作原理

原理: 球阀是一种阀门^[8]，采用带圆形通道的球体作为起动和关闭件，其只需要90度的旋转操作和很小的旋转力矩即可紧密关闭^[9]，球与阀杆一起旋转，实现开闭动作^[10]。球阀的打开和关闭构件是带孔球，就能围绕垂直于通道的轴线旋转来实现打开和关闭通道的目的。