1、目的和意義                                                                               

  機械CAD/CAM(Pro/E)課程設計是工科院校學生在大學期間利用已學過的知識第一次比較全面的、具有實際內容和意義的課程設計，也是機械CAD/CAM(Pro/E)課程的一個重要的實踐教學環(huán)節(jié)。機械CAD/CAM(Pro/E)課程設計是將知識轉化為能力的橋梁，其主要目的是進一步鞏固和加深學生所學的理論知識，并將其系統(tǒng)化；培養(yǎng)學生綜合運用所學知識獨立解決實際問題的能力和初步培養(yǎng)學生進行創(chuàng)新設計的能力；使學生掌握三維實體基本造型設計、三維曲面造型及裝配設計，并在實物和三維數字化造型方面受到一次比較全面的訓練。

  2、課題分析

（一）球閥的結構及工作原理

   球閥主要由閥體、球體、閥桿、閥芯、密封圈和省力機構等幾部分主要零件構成。下面對上述幾個重要零件的設計進行設計計算。圖示球閥結構圖

  球閥的工作原理：以球體作為關閉件的閥門稱作球閥。球閥它具有旋轉90度的動作，旋塞體為球體，有圓形通孔或通道通過其軸線。球閥在管路中主要用來做切斷、分配和改變介質的流動方向，它只需要用旋轉90度的操作和很小的轉動力矩就能關閉嚴密。球閥最適宜做開關、切斷閥使用，但近來的發(fā)展已將球閥設計成使它具有節(jié)流和控制流量之用。

 （二）球閥的類型

球閥的結構形式和品種規(guī)格非常之多，根據其用途和特點大致可分為以下幾種：

  1、按球體的支撐方式分為浮動球球閥和固定球球閥兩類：

  1）浮動球球閥其主要特點是球體無支撐軸球體以閥門進出口兩端的閥座為支撐。閥桿與球體為活動鏈接，因此這種球閥的球體被兩閥座夾持其中而呈“浮動”狀態(tài)。

  2）固定球球閥：其特點是球體與上下閥桿連成一體，球體可沿與閥門通道相垂直的軸線自由轉動，但不能沿通道軸線移動。因而，固定球球閥的轉矩小，閥座變形小，密封性能穩(wěn)定，使用壽命長，適用于高壓，大通徑的場合。

  2、按球體的安裝方式可分為頂裝式，底裝式，側裝式及斜裝式四種。

  3、按球閥與管道的連接形式可分為法蘭連接球閥，內螺紋和外螺紋連接球閥和焊接連接球閥四種。其中法蘭連接球閥又分為整體法蘭連接球閥，螺紋法蘭連接球閥，對夾式法蘭連接球閥和焊接法蘭連接球閥。             

  4、按驅動方式可分為手動，氣動，液動和電動球閥。其中手動球閥又分為帶與不帶驅動機構兩種。氣動球閥又分為活塞氣缸式和旋轉葉片式兩種。此外還有組合式球閥，如電液聯(lián)動和氣液聯(lián)動球閥。

  5、按球體結構可分為整體球球閥，半球體球閥，截球體球閥三種。其中截球體球閥又分為弓形和扇形截球體球閥。

（三）球閥的主要特點

  球閥是近年來被廣泛采用的一種新型閥門，它具有以下優(yōu)點：

  1．流體阻力小，其阻力系數與同長度的管段相等。

  2．結構簡單、體積小、重量輕。

  3．緊密可靠，目前球閥的密封面材料廣泛使用塑料、密封性好，在真空系統(tǒng)中也已廣泛使用。

  4．操作方便，開閉迅速，從全開到全關只要旋轉90°，便于遠距離的控制。

  5．維修方便，球閥結構簡單，密封圈一般都是活動的，拆卸更換都比較方便。

  6．在全開或全閉時，球體和閥座的密封面與介質隔離，介質通過時，不會引起閥門密封面的侵蝕。

  7．適用范圍廣，通徑從小到幾毫米，大到幾米，從高真空至高壓力都可應用。球閥已廣泛應用于石油、化工、發(fā)電、造紙、原子能、航空、火箭等各部門，以及人們日常生活中。

  其主要缺點：

  1）因為球閥最主要的閥座密封圈材料是聚四氟乙烯，它對幾乎所有的化學物質都有是惰性的，且具有摩擦系數小、性能穩(wěn)定、不易老化、溫度適用范圍廣和密封性能優(yōu)良的綜合性特點。但聚四氟乙烯的物理特性，包括較高的膨脹系數，對冷流的敏感性和不良的熱傳導性，要求閥座密封的設計必須圍繞這些特性進行。所以，當密封材料變硬時，密封的可靠性就受到破壞。而且，聚四氟乙烯的耐溫等級較低，只能在小于180℃情況下使用。超過此溫度，密封材料就會老化。而考慮長期使用的情況下，一般只會在120℃不使用。

   2）它的調節(jié)性能相對于截止閥要差一些，尤其是氣動閥（或電動閥）。

（四）球閥的適用原則

    1）石油、天然氣的輸送主管線、需要清掃管線的，又需埋設在地下的，選用全通經、全焊接結構的球閥；埋設在地上的，選擇全通經焊接連接或法蘭連接的球閥；支管，選用法蘭連接、焊接連接，全通經或縮徑的球閥。

   2）成品油的輸送管線和貯存設備，選用法蘭連接的球閥。

   3）城市煤氣和天然氣的管路上，選用法蘭連接和內螺紋連接的浮動球閥。

   4）冶金系統(tǒng)中的氧氣管路系統(tǒng)中，宜選用經過嚴格脫脂處理，法蘭連接的固定球球閥。

   5）低溫介質的管路系統(tǒng)和裝置上，宜選用加上閥蓋的低溫球閥。

   6）煉油裝置的催化裂化裝置的管路系統(tǒng)上，可選用升降桿式球閥。

   7）化工系統(tǒng)的酸堿等腐蝕性介質的裝置和管路系統(tǒng)中，宜選用奧氏體不銹鋼制造的、聚四氟乙烯為閥座密封圈的全不銹鋼球閥。

   8）冶金系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、石化裝置、城市供熱系統(tǒng)中的高溫介質的管路系統(tǒng)或裝置上，可選用金屬對金屬密封球閥。

   9）需要進行流量調節(jié)。

 （五）球閥的設計

   新建旋轉文件將尺寸畫出該圖

   在其一端的截面上進行拉伸變換可畫出下圖所示的圖形，在對其進行去除材料可得4×φ11的圓孔

   以FRONT為基準進行旋轉可畫出下圖截面

   在上圖的基礎上，進行等分可得下圖

   在原有的基礎上進行旋轉變換，并畫出如圖的尺寸去除材料可得放入閥桿的圓孔

   再以FRONT面為基準進行作圖 去除材料可得

   對各個孔及表面進行螺紋與倒角可得下圖

  閥蓋新建拉伸文件進行繪圖并去除4*φ14的螺紋孔材料生成文件后進行倒角以未被倒角的那一面為拉伸基準進行畫圓           

  再以上圖為拉伸基準進行做圖畫出下圓以倒角的那一面為基準進行拉伸可得下圖在此圖的基準上進行拉伸可得下圖 上面步驟完成后以TOP面為基準進行做圖完成后去除材料在對其進行倒角和螺紋掃描左密封圈

進行旋轉編輯定義 根據尺寸可得右密封圈

  閥芯畫出如下截面進行旋轉可得帶有通孔的閥芯以FRONT面為基準進行曲線可得如下圖所示的構圖去除材料可得閥芯

 上填料新建旋轉文件進行畫圖制作可得填料的旋轉體并進行螺紋加工以FRONT面為基準在中心位置畫1.5*1.5的正方形中心對稱去除材料可得

  中填料新建旋轉文件，建立幾何中心線畫出矩形進行尺寸標注可得

  下填料新建旋轉文件，建立幾何中心線畫出矩形進行尺寸標注可得

   閥桿

  第一步新建旋轉文件，建立幾何中心線畫出矩形進行尺寸標注可得

  第二步在第一步的基礎上進行尺寸構造并將多余材料移除

  第三步畫出圓臺進行拉伸

  第四步 畫出圓柱進行拉伸

  第六步 畫出四棱柱進行拉伸變換

  第七步進行旋轉變換，即可做出倒角

  螺柱

  畫出一個φ12的圓進行拉伸，在其表面進行螺紋特征的創(chuàng)建，創(chuàng)建倒角特征，繪制掃描軌跡和中心線，繪制掃描截面，掃描界面的放大圖

  螺母

  新建旋轉文件，根據尺寸進行標注與繪畫，通過移除材料將螺母孔構建出來

裝配圖

  1先將閥體利用坐標系定義將其與原坐標系重合，實現完全約束。

  2將閥芯的中心軸線與閥體孔的軸對齊實現連接并將左右墊片一并連接

  3將閥桿與閥芯的凹槽實現剛性連接

  4依次將填料墊、中填料、上填料、填料壓緊套和閥桿的軸線對齊后利用銷釘連接將它們裝配好

  5將閥蓋與閥體進行裝配連接，將四個螺柱利用對齊指令將其與軸線和閥體閥蓋孔的軸線對齊實現配合

  6將四個螺母的軸線與螺柱和閥蓋孔的軸線對齊實現配合

  7最后將扳手和閥桿的軸線對齊再將其面重合即可。