论文总字数：20075字

摘 要

本文根据已知的球阀设计经验设计一台公称通径为350毫米、公称压力为6.3兆帕的气动固定球球阀产品,主要包括结构设计、强度校核以及图纸绘画等，在结构和材料满足强度的前提下，以更小的消耗，更简单的结构，降低结构的复杂性，来完成产品的设计。

本设计以已给的设计条件为着眼点，通过查询设计手册以及标准后对球阀的结构进行设计，主要包括阀体、球体、阀杆、法兰的选用与设计，并对其受力分析，然后在确定材料后进行强度校核。

在设计过程中掌握阀门的材料选择、阀门设计计算、阀门主要零件的强度计算等知识，最终掌握常见阀门产品的设计和检验方法、相关外文资料的翻译。对以后设计和研究同类球阀具有一定的参考价值。

关键词：结构设计 强度校核 应力分析

The design of the pneumatic fixed ball valve

Abstract

In this paper, based on the known ball valve design experience a nominal diameter is 350 mm, the nominal pressure of 6.3 million mpa pneumatic fixed ball ball valve products, mainly including structure design, strength check drawing and painting, etc., in the structure and materials under the premise of meet the strength, with a smaller consumption, simpler structure, reduce the complexity of the structure, to complete the design of the product.

This design has to design conditions as the starting point, through the query design manuals and standard to design the structure of ball valve, mainly including body, ball, stem, selection and design of the flange, and the stress analysis, then after determining material intensity.

Master valve in the design process of material selection, design and calculation of valve, the valve strength calculation of main parts such as knowledge, mastering the common valve product final design and test method, the translation of foreign language information. For future study and design the similar ball valve has a certain reference value.

Key words：Structure design；Strength check；Stress analysis

目 录

中文摘要 I

英文摘要 II

第一章 绪论 1

1.1球阀历史 1

1.2球阀的发展 1

1.3国内外研究现状 3

1.3本文研究的主要内容、方法和目标 4

第二章 球阀的结构设计及校核 5

2.1球阀的概述 5

2.1.1球阀的构成 5

2.1.2球阀工作原理 5

2.1.3球阀的优缺点 5

2.1.4球阀的技术参数 6

2.1.5球阀的分类 6

2.2阀体的确定 7

2.2.1.确定阀体的结构形式 7

2.2.2确定连接形式 7

2.2.3 确定结构长度 8

2.2.4 阀体材料的选用 8

2.3球体流通直径以及半径的确定 8

2.3.1确定球体流通直径 8

2.3.2确定球体半径 9

2.4阀体壁厚的确定 9

2.5球体与阀座之间密封比压的确定 10

2.5.1必需比压的计算 10

2.5.2许用比压选择 11

2.5.3设计比压的计算 12

2.6球阀的转矩计算 13

2.7 阀杆的设计和校核 15

2.7.1 阀杆材料选择 15

2.7.2 阀杆强度计算及校核 16

2.8 阀杆连接件的强度计算 19

2.8.1平键的强度计算 20

2.8.2 平键剪切力计算 21

2.9阀体法兰设计 22

2.9.1法兰螺栓设计 22

2.9.2 法兰螺栓拉应力的计算 23

2.9.3 阀体法兰校核 23

2.10 气动执行器 26

2.10.1工作原理 27

2.10.2 基本构成 28

2.10.3优缺点 28

2.10.4分类选型 30

结 论 32

参考文献 34

致谢 35

第一章 绪论

1.1球阀历史

球阀是上世纪50年代问世的一种新型阀门。在短短的30多年里，球阀已发展成为一种主要的阀类，它在航空航天、石油化工、长输管线、轻工食品、建筑等许多方面都得到了广泛的应用。早在19世纪80年代美国就开始设计球阀，但是当时缺乏适当的密封材料，限制了求法的发展，使它未能成为一种正式工业产品。直到上世纪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和发展出现了转机；同时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与表面粗糙度。在工业发达的国家中，球阀是使用非常广泛的品种，目前该类阀门还在向高温、压力、口经、密封性能、使用寿命、调节性能等方向扩展，主要是球阀的可靠性指标同比其它阀门的水平要高，有部分已取代闸阀、截止阀、节流阀等。较为多的是在石油天然气管线上、炼油裂解装置上、核工业上应用更明显。随着经济的发展在大中型口径、中低压领域中，球阀也将是被应用的主导产品。

在西方工业发达的国家，球阀的使用正在逐年不断的上升，在我国，球阀被广泛的应用在石油炼制、长输管线、化工、造纸、制药、水利、电力、市政、钢铁等行业，在国民经济中占有举足轻重的地位。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矩就能关闭严密。球阀最适宜做开关、切断阀使用，V型球阀。电动阀门除应注意管道参数外，尚应特别注意其使用的环境条件，由于电动阀门中的电动装置是一机电设备，其使用状态受其使用环境影响很大。通常状态下，电动球阀、蝶阀在以下环境使用要特别注意。

1.2球阀的发展

中国阀门产业链众多，但非阀门强国。总体上去看我国已经迈入了世界阀门大国的行列，但从产品质量来看我国离阀门强国仍有很长的一段差距。行业的生产集中度低、高端产品相配套的阀门研发能力低、阀门行业制造技术水平低等现象仍然存在，进出口贸易逆差不断扩大。未来几年将是阀门行业的高速震荡期，这种高速震荡带来的直接后果是导致阀门品牌阵营中两极分化的趋势扩大。预计今后几年真正能够在市场上存活的阀门企业绝对不有这么多。但阀门行业的这种高速震荡将带来巨大的机会，震荡的结果将会使市场运作更加理性。

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