摘要 (I)ABSTRACT (II)1 绪论 (1)1.1球阀发展历史 (1)1.2国内外研究现状 (1)1.3本文研究的主要内容、方法和目标 (2)2 球阀的结构设计及校核 (3)2.1球阀的构成、作用原理、特点和结构分类 (3)2.1.1球阀的构成 (3)2.1.2球阀的作用原理 (3)2.1.3球阀的特点 (3)2.1.4球阀的结构类型 (4)2.2球体的直径确定 (4)2.3球体与阀座之间密封比压的确定 (5)2.3.1必需比压的计算 (5)2.3.2需用比压选择 (5)2.3.3设计比压的计算 (6)2.4球阀密封力的计算 (7)2.5球阀的转矩计算 (8)2.6阀体设计 (9)2.6.1阀体结构形式、连接形式、结构长度和材料的确定 (9)2.6.2阀体壁厚的确定 (10)2.6.3 阀体法兰设计 (10)2.6.4 阀体法兰校核 (11)2.7阀杆的设计和校核 (14)2.7.1 阀杆材料选择 (14)2.7.2 阀杆填料的选择、填料摩擦力及摩擦转矩的计算 (15)2.7.3 阀杆强度的计算 (16)2.8阀杆连接件的强度计算 (18)2.9球体的设计和校核 (20)2.10球阀的阀座设计 (21)2.11省力机构的设计和校核 (22)2.11.1蜗轮蜗杆的设计 (23)2.11.2蜗轮蜗杆的强度校核 (23)3 ANSYS软件分析 (24)3.1ANSYS软件的应用和介绍 (24)3.2模型的导入和分析 (26)3.2.1 模型的简化、导入和分析准备 (26)3.2.2 模型的材料定义 (27)3.2.3 模型的加载和边界条件的确定 (28)3.2.4 模型的加载后分析结果 (29)3.2.5 ANSYS结果分析 (33)结论 (34)参考文献 (35)致谢 (36)摘要本文根据已知的球阀设计经验对DN为250mm，设计压力为2Mpa的球阀进行设计，主要包括了材料选择、结构设计和强度校核等，在结构和材料方面在满足强度的前提下，尽量降低结构的复杂性，以更小的消耗、更简单的结构来实现成品的设计优化，同时对球阀的主要部件进行应力的软件分析。
省力机构作为设计任务的一部分，我们需要根据球阀的特点来选择合适的机构。
本设计以已给的设计条件为着眼点，同时根据国家阀门标准为中心，借助soliderworks三维软件、AUTOCAD二维制图软件和ANSYS分析软件根据球阀设计手册的标准框架的结构形式对产品进行了三维建模、二维制图和应力分析，最终确定球阀的结构形式和省力开启方式，这对以后设计与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、省力机构AbstractThis article according to the known ball valve design experience to DN is 250mm, the design pressure is the 2Mpa ball valve carries on the design, mainly has included the choice of material, the structural design and the intensity examination and so on。
In the structure and material aspect in satisfying under the intensity premise, reduce the structure as far as possible the complexity, by a smaller consumption, a simpler structure realizes the end product design optimization, simultaneously carries on the stress to ball valve's major component the software analysis. The province strength organization does for a task of design part, we need to choose the appropriate organization according to ball valve's characteristic.This design takes the given design conditions as the objective point, simultaneously according to the national valve standard is the center, with the aid of the soliderworks three dimensional software and AUTOCAD two-dimensional charting software and ANSYS analysis software has carried on the three dimensional modelling, the two-dimensional charting and stress analysis according to the ball valve design handbook's standard frame's structural style to the product, finally determined that ball valve's structural style and province strength opening way, this will have certain reference value to the later design and research similar ball valve. Key words：Structural design, intensity examination, stress analysis and reducing effort organization1 绪论1.1球阀发展历史球阀是上世纪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。
1.2国内外研究现状球阀是上世纪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。
目前球阀最大公称通径已达3050mm，这是美国EscherWyss公司为田纳西州的一个泵站所提供的四台球阀，用作透平机出口的切断阀，设计压力为4.8Mpa。
球阀的最高工作压力已达72Mpa，其相应温度高达1000℃。
球阀不仅在一般工业管道上得到了广泛应用，而且在核工业、宇航工业的液氧与液轻输送管线上普遍采用。
全塑料球阀近年来发展较快。
其特点是：耐腐蚀、重量轻、成本低。
西德一家阀门公司已制造通径为6“的塑料球阀；美国Hill Maccanng公司制成一种含氟材料球阀，商业名称为Kynar，据称有高强度、优良的耐温与耐腐蚀性能，使用温度为《250℃。
同时随着时代的发展，进入21世纪以后，生产和制造技术有了显著优化提高，同时，技术人员大都通过计算机技术对产品进行研发设计和控制优化，在很大程度上提高了设计速度和更新周期。
目前，全球的控制阎市场如同大部分工业品一样被三个经济体瓜分，分别是美国为代表的北美经济体，以德国、英国、法国为代表的欧盟地区，和以日本为代表的亚太地区。
美国是全球最大的阀门供应商，其阀门协会有超过110家企业，年产值超过40亿美元。
1984年就在中国开展业务的FIS}玎讯控制阀由于进入中国较早，其产品已经成为中国教科书的样板。
德国在二战之后迅速恢复经济，其产品通过优良的质量迅速占领市场。
德国阀门企业一般都属于专业性很强的公司，在某一类产品的研究、设计和制造方面都有自己的特色。
日本作为世界第二经济体，其阀类产品由于价格适中，质量较好，迅速占领了中国中低端市场。
目前我国关于球阀的生产企业大多规模小、科研能力弱，大多通过参考外国产品进行设计生产，其主要原因是技术投入资金不足，科研人员数量不足，所以在国内很多的大型工程招标中大多被外国阀门企业所垄断。
1.3本文研究的主要内容、方法和目标球阀作为新型的阀门品种之一，关于球阀的设计方案十分稀少，本文的主要研究内容包括对球阀结构设计。
球阀的设计要求保证合适的强度与刚度，从而保证球阀的寿命和稳定性。
本课题主要以DN为250mm，P为2Mpa的球阀，进行结构设计，强度校核，以及关键零部件的分析，同时进行三维建模。
课题的研究内容和方法主要包括：（1）设计球阀结构并进行强度校核通过设计手册对球阀的结构进行设计，主要包括阀体、阀杆、阀芯以及省力机构的选用与设计，并对其受力分析，然后再确定材料后进行强度校核。
（2）建立球阀的三维模型通过soliderworks三维软件对球阀零件进行实体建模，并进行装配。
（3）ANSYS软件分析对球阀的三维模型进行适当简化，忽略不受力的小零件，通过soliderworks 和ANSYS的接口程序将实体模型导入ANSYS中，生成实体模型，然后选择单元划分网格，并根据工作条件对球阀施加约束，从而建立球阀的有限元模型。
2 球阀的结构设计及校核2.1球阀的构成、作用原理、特点和结构分类2.1.1球阀的构成图2-1 手动浮动球球阀结构1—阀体 2—阀座 3—球体 4—阀杆 5—手柄球阀主要由阀体、球体、阀杆、阀芯、阀座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。
2.1.2球阀的作用原理球阀的主要功能是切断或接通管道中的流体管道，即球阀通常为闭路阀。
因此，球阀的作用原理很简单：借助驱动装置的在阀杆端施加一定的转矩并传递给球体，使它旋转90°，球体的通孔则与阀体通道中心线重合或者垂直，球阀便完成了全开或全关的动作。
2.1.3球阀的特点球阀的主要特点如下：流体阻力小、开关迅速、方便、密封性好、寿命长、可靠性高，而且阀体内通道平整光滑适于输送粘性流体，浆液，以及固体颗粒。
