毕业设计基于PROE的球阀的设计.doc
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1、毕 业 论 文题 目 基于PRO/E的球阀的设计姓 名:_ 学 号:_ 所在院系:_机电工程学院_所学专业:_机械制造与自动化指导教师:_ _完成时间:_2011.12.20_毕业论文(设计)材料册申请人姓名: 申请人学号: 班 级: 09 系 别: 机电工程学院 专业 名称: 机械制造与自动化 指导老师姓名: 指导老师职称: 机电系/讲师 填表时间:2011年9月20日毕业设计(论文)任务书课题名称基于PRO/E的球阀的设计系 别机电工程学院专业机械制造与自动化学生姓名学 号指导教师单位/职称机电系/讲师完成时间20111220成果形式毕业设计基于PRO/E的球阀的设计课题描述:通过对球阀的
2、设计,了解机械结构的组成原理和设计思路,熟练应用PRO/E软件进行三维实体的绘制和虚拟装配,并对其中主体零件进行相应的工艺分析。课题要求:充分结合所学知识,对机械结构的设计原则和方法、pro/e的设计过程,零件的工艺分析做全面的阐述。通过对球阀零件图的了解,进行相应的三维设计,完成所有图形的三维设计之后,进行零件的虚拟装配,装配完成之后进行爆炸图的绘制,并选取其中相应的主体零件进行工艺分析,写出相应的加工方案。注:(1)读懂相应的零件图形,并进行正确图形绘制(2)在零件装配过程中了解球阀的工作原理,并叙述其原理(3)简述球阀的装配过程(4)选择主体零件生成二维图形,形成完整规范的零件图(5)对
3、该主体零件进行工艺分析,工序划分,刀具选择论文字数在7000以上字。指导步骤:回顾机械设计制造内容。对球阀进行三维创新设计,虚拟装配对相应零件进行工艺分析毕业设计(论文)评审表拟选题目:基于PRO/E的球阀的设计选题依据及研究意义: 学习阀门设计的基础知识,复习机械制图、工程力学、公差配合、材料力学等基础知识;通过对阀门实物的测绘了解各类阀门的内部结构与功能,了解阀门各个零件的加工工艺、装配过程,初步了解阀门的使用及维修,清晰的认识阀门的设计和加工流程,锻炼自己的专业能力,特别在机械制图、材料力学和工程力学等方面能有提高。在解决问题的过程中提升了自己的水平,懂得了知识和技术的重要性提高创新的能
4、力。选题的研究现状: 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。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。研究的主要内容、创新点及重难点:(1)建立球阀的三维模型通过pro/e三维软件对球阀零件进行实体建模,并进行装配。(3)球阀结构及原理分析对球阀的三维模型进行适当简化,分析个零件结构的配合组装,以及球阀的工作原理和工作状态。研究进程与安排:第一周用pro/e完成球阀零件三维建模。第二周完成球阀装配。第三周整理论文材
5、料。第四周答辩。主要参考文献:1邱晓来,林洁.阀门产品样本下册J .机械工业部,2004.2章华友,陈元芳.球阀设计与选用.机械设计与制造,1994.3李雪梅,丁峰.气控流量调节阀的设计与应用J.流体传动与控制,2006.4焦馥杰.振动时效机理的研究J.焊接学报,1992.5张锁龙.大口径球阀的结构设计和强度计算.江苏工业学院学报J,2004.6庞明军,张锁龙.大口径球阀的阀体设计和三维数值模拟J.化工机械,2005.其他说明:指导老师意见 指导老师签名: 年 月 日指导老师小组意见指导老师小组负责人:年 月 日系部主任审核意见: 1.通过; 2.完善后通过; 3.未通过; 负责人: 年 月
6、日 摘 要球阀,GB/T21465-2008阀门术语中定义为:启闭件(球体)由阀杆带动,并绕阀杆的轴线作旋转运动的阀门。主要用于截断或接通管路中的介质,亦可用于流体的调节与控制,其中硬密封V型球阀其V型球芯与堆焊硬质合金的金属阀座之间具有很强的剪切力,特别适用于含纤维、微小固体颗料等介质。而多通球阀在管道上不仅可灵活控制介质的合流、分流、及流向的切换,同时也可关闭任一通道而使另外两个通道相连。本类阀门在管道中一般应当水平安装。球阀问世于20世纪50年代,随着科学技术的飞速发展,生产工艺及产品结构的不断改进,在短短的40年时间里,已迅速发展成为一种主要的阀类。在西方工业发达的国家,球阀的使用正在
7、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、电力、市政、钢铁等行业,在国民经济中占有举足轻重的地位。球阀由阀盖、阀体、阀杆、球体和扳手组成,广泛应用与化学工业,它是控制流体流通的“开关”。本文主要简单阐述一下用于无腐蚀性石油管路中的球阀阀体的数控加工方法,公称压力为4牛/平方毫米,工作温度C.关键词:球阀;密封;发展;阀体;数控加工;固定球阀;Pro/E三维建模目 录摘 要I前 言1第一章 绪论21.1 课题研究的背景21.1.1 国内外控制阀的发展现状21.1.2 国内外的研究动态31.2 课题研究的领域51.2.1 控制阀在各生产领域中的应用5第二章球阀的简单
8、分析 62.1球阀的功用和用途62.2球阀的工作原理62.3球阀的主要特点72.4设计需达到技术要求82.41阀体82.4、2球体82.43阀杆9第三章 球阀的类型结构及其材料93.1 球阀的类型 93.2球阀的结构103.3球阀中各结构组成部分的材料103.4 球阀的密封性103.41影响球阀密封性的主要因素11第四章球阀的维护、保养、安装和使用等注意事项114.1操作114.2维护、保养、安装和使用注意事项114.3可能发生的故障及消除办法134.4球阀的部分参数等级134.5主要零部件材料和设计采用标准13第五章 固定球阀实体模型的建立145.1Pro/E系统软件简介145.2用Pro/
9、E 4.0构建球阀三维实体模型145.2.1用Pro/E 4.0构建球阀三维实体模型165.2.2阀体零件的实体构建165.2.3阀体零件的部分装配245.2.4阀体零件、组件的总装配25结论27致谢28参考文献 29前 言近年来,高等职业教育迅速发展。为我国的职业教育事业带来了蓬勃生机,数控技术及应用作为一门新兴行业,在国内外机械加工中,具有举足轻重的地位。数控机床作为一种高智能产品,它以结构灵活多变,加工精度高,生产效率高,质量稳定,特别适应多品种,小批量,产品更新周期快的特点,深受广大生产企业的青睐。作为一名毕业生,经过三年的职业教育,按照老师的要求,综合运用所学知识,通过查找资料,能否
10、保质保量地完成毕业设计任务,是检验毕业生合格与否标准。本人经过周密思考,认真总结,仔细筛选,决定设计球阀,它综合运用了所学专业知识,充分运用了数控机床加工的各项功能,具有典型代表性。设计内容包括:1摘要,2目录, 3球阀及各部件的功用与用途,4三维建模造型图5结论与张望6参考文献。第一章 绪论 1.1 课题研究的背景1.1.1 国内外控制阀的发展现状从19世纪控制阀应用在蒸汽机开始直到今天,控制阀已经发展成为全球年产值约为200亿美元的产业,而且随着全球性工业化的发展,保持着稳定的增长。目前,全球的控制阀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
11、为代表的欧盟地区,和以日本为代表的亚太地区。美国作为世界上的头号经济强国,美国的阀门工业从二战后初期的全球一半产值下降到现在的30%左右,仍然是全球的最大的阀门供应商。据美国阀门协会统计,美国阀门协会有超过110家企业,年产值超过40亿美元。随着美国公司国际化程度的不断加强,阀门企业开始通过收购本土以及世界其它国家的企业来扩大自己的市场份额,增强竞争力。由于企业之间的收购不断加剧,如今美国的阀门企业多数属于某个超大型跨国公司的一部分。著名的TYCO流体控制公司是年度销售额340亿美元的TYCO国际的子公司;MASONEILAN公司是DRESSER工业公司的一部分,其年销售额超过3亿美元;198
12、4年就在中国开展业务的FISHER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,其母公司EMMERSON集团的销售额已超过140亿美元。德国作为欧盟经济体的火车头,德国的经济在二战后得到了迅速的恢复,德国产品凭借其优良的质量迅速占领了欧洲市场,并随着中国的对外开放来到了中国。目前德国的阀门生产企业有170多家,产值超过22亿欧元,其中出口率为50%左右。德国的阀门企业一直保持着中小型私营企业的特点,目前刚刚开始类似美国的企业并购,但还没有形成类似美国的大的跨国公司。德国的控制阀企业多数属于专业性很强的公司,在某一类产品的研究、设计制造方面都有自己的独到之处。SAMSON公司作为德国控
13、制阀行业的领军者,销售额超过4亿欧元,从1909年发明的波纹管开始,一直在控制阀领域保持技术和质量的领先。AUMA公司是世界上最大的专业生产控制阀用的电动执行器的企业之一,销售额在1.5亿欧元左右,其在电动执行机构上的技术领先使其保持着巨大的竞争优势。日本作为世界第二的经济体,日本的阀门企业共有706家,但其中15家的产值占到了整个市场的70%。日本阀门市场的总产值约为6亿美元,控制阀是其出口的主要产品。作为中国的近邻,日本的控制阀企业早在60年代就来到中国,至今为止,日本的控制阀企业是目前国内合资企业的最大的合作外方。YAMATAKE、KOSO等几家日本最著名的控制阀生产商目前和国内的多家公
14、司进行了合资,其产品由于价格适中,质量较好,迅速占领了国内的中低端市场。同样,在日本本国生产的控制阀在制造质量和技术上领先于合资企业,保持着在高端市场的竞争力。目前我国阀门生产企业约有5000多家,但大多起点低,规模小,科研开发能力弱,只能参照国外的一些产品结构和样机,做一些消化吸收的工作。造成这种局面的原因主要有以下两个方面:首先,从科研人员组成及经费投入情况来看,目前国内阀门行业科研人数不到职工人数的10%,科研经费的投入小于年产值的3%;在国外,科研经费的投入达到年产值4%的企业,只能勉强维持生产。其次,在劳动生产率方面,美国每人每年13.8万美元,日本每人每年9.5万美元,而我国平均每
15、人每年只有3万元人民币。落差如此之大,国内阀门制造企业也就无法在市场上产生震憾力,与同行业国际知名企业的竞争就更加困难。要尽快改变这种现状,不仅要进行资产重组,更重要的是提高阀门的设计水平及产品质量。当前,控制阀生产行业正处于一个非常有利的发展时期。这主要得益于国家经济持续稳定发展,固定资产投资逐步扩大。尤其是西气东输、西电东送、南水北调等工程的开工建设,需要大量的控制阀产品与之配套;再加上入世后,国际贸易门槛降低以及发达国家调整产品结构,使我国控制阀产品的加工制造面临更大的发展空间。 1.1.2 国内外的研究动态以球体作为关闭件的阀门,成为球阀。球阀是上世纪50年代问世的一种新型阀门,但它是
16、近几年来发展最快的阀门品种之一。特别是在美、德、日、法、意、西、英等工业发达国家,球阀的使用非常广泛,使用品种和数量仍在继续扩大,并向高温、高压、大口经、高密封性、长寿命、优良的调节性能以及一阀多功能方向发展,其可靠性及其他性能指标均达到较高水平,并已部分取代闸阀、截止阀、节流阀。它在航天、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。阀体是球阀的主要承载结构,具有几何形状复杂、作用载荷复杂、支撑结构和约束复杂的特点。阀体结构的设计是否合理,将直接影响球阀的使用性能。因此,在对球阀进行动态分析时,其主要的分析部件就是阀体。球阀阀体的结构分析和计算主要有两种方法:经典力学方法和
17、有限元计算方法。经典力学方法需要对受力系统作大量简化和假设,且计算繁杂、精度差,影响球阀结构的合理化和可靠性1。有限元法是在近几年代发展起来的强有力的数值分析方法,它通过计算机实体建模对阀体结构进行静态或动态特性分析,找出其结构设计的关键部分,从而进行优化设计。它使复杂的工程分析问题迎刃而解,而且由于分析软件和计算机硬件处理技术的高速发展,计算效率高,实际应用越来越广泛。目前,国内外在结构动态领域的研究十分活跃,特别是美国、西欧等一些工业发达国家,十分重视关于结构动态涉及问题的研究,并将其列为结构设计领域的重点发展方向之一。而我国在这一领域的研究还比较落后。结构动态设计的内容十分丰富,涉及现代
18、动态分析方法、计算机技术、产品结构力学理论、设计方法学等众多学科范围,目前还没有形成一套完整的结构动态设计理论方法和体系2。结构动态设计的主要内容包括两个方面:一是建立一个切合实际的结构动力学模型;二是选择有效的结构动态设计方法。其过程是:对满足工作性能要求的产品初步设计图样或需要改进的产品实物进行力学建模,并作动态特性分析,然后根据实际情况,给出其动态特性的要求或预定的动态射击目标再按结构动力学的“正”、“逆”问题求解其结构设计参数或进行结构修改4。我国控制阀行业要发展就一定要实施技术创新,调整产品结构,要大力研制开发一些技术含量高、劳动附加值高、具有国际领先水平的控制阀产品,以适应现代工业
19、对控制阀的需求。有限元分析方法在国内已开始普遍应用于球阀阀体的结构分析,研究方向也由单纯静力分析向参数化建模、结构优化和动态特性等扩展,而且将有限元分析计算与试验研究相结合,呈现多样化的局面。如江苏工业学院的张锁龙采用有限元法对球阀阀体进行动态和静态的分析5-7,肖俊建利用有限元法建立球阀的动态模型并对结构进行动态分析8,赵磊生、刘克铭、张力钧、刘琳琳等都利用有限元法对不同类型的控制阀进行了仿真设计及动态或静态的分析9-17 。可以看出,目前,国内己经把有限元法作为控制阀的静态分析和动态分析的重要手段,球阀各部分结构的有限元分析模型更趋复杂、完善,计算结果精度愈来愈好,成为球阀结构分析和设计的
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