1、目的和意义                                                                               

  机械CAD/CAM(Pro/E)课程设计是工科院校学生在大学期间利用已学过的知识第一次比较全面的、具有实际内容和意义的课程设计，也是机械CAD/CAM(Pro/E)课程的一个重要的实践教学环节。机械CAD/CAM(Pro/E)课程设计是将知识转化为能力的桥梁，其主要目的是进一步巩固和加深学生所学的理论知识，并将其系统化；培养学生综合运用所学知识独立解决实际问题的能力和初步培养学生进行创新设计的能力；使学生掌握三维实体基本造型设计、三维曲面造型及装配设计，并在实物和三维数字化造型方面受到一次比较全面的训练。

  2、课题分析

（一）球阀的结构及工作原理

   球阀主要由阀体、球体、阀杆、阀芯、密封圈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。图示球阀结构图

  球阀的工作原理：以球体作为关闭件的阀门称作球阀。球阀它具有旋转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，但近来的发展已将球阀设计成使它具有节流和控制流量之用。

 （二）球阀的类型

球阀的结构形式和品种规格非常之多，根据其用途和特点大致可分为以下几种：

  1、按球体的支撑方式分为浮动球球阀和固定球球阀两类：

  1）浮动球球阀其主要特点是球体无支撑轴球体以阀门进出口两端的阀座为支撑。阀杆与球体为活动链接，因此这种球阀的球体被两阀座夹持其中而呈“浮动”状态。

  2）固定球球阀：其特点是球体与上下阀杆连成一体，球体可沿与阀门通道相垂直的轴线自由转动，但不能沿通道轴线移动。因而，固定球球阀的转矩小，阀座变形小，密封性能稳定，使用寿命长，适用于高压，大通径的场合。

  2、按球体的安装方式可分为顶装式，底装式，侧装式及斜装式四种。

  3、按球阀与管道的连接形式可分为法兰连接球阀，内螺纹和外螺纹连接球阀和焊接连接球阀四种。其中法兰连接球阀又分为整体法兰连接球阀，螺纹法兰连接球阀，对夹式法兰连接球阀和焊接法兰连接球阀。             

  4、按驱动方式可分为手动，气动，液动和电动球阀。其中手动球阀又分为带与不带驱动机构两种。气动球阀又分为活塞气缸式和旋转叶片式两种。此外还有组合式球阀，如电液联动和气液联动球阀。

  5、按球体结构可分为整体球球阀，半球体球阀，截球体球阀三种。其中截球体球阀又分为弓形和扇形截球体球阀。

（三）球阀的主要特点

  球阀是近年来被广泛采用的一种新型阀门，它具有以下优点：

  1．流体阻力小，其阻力系数与同长度的管段相等。

  2．结构简单、体积小、重量轻。

  3．紧密可靠，目前球阀的密封面材料广泛使用塑料、密封性好，在真空系统中也已广泛使用。

  4．操作方便，开闭迅速，从全开到全关只要旋转90°，便于远距离的控制。

  5．维修方便，球阀结构简单，密封圈一般都是活动的，拆卸更换都比较方便。

  6．在全开或全闭时，球体和阀座的密封面与介质隔离，介质通过时，不会引起阀门密封面的侵蚀。

  7．适用范围广，通径从小到几毫米，大到几米，从高真空至高压力都可应用。球阀已广泛应用于石油、化工、发电、造纸、原子能、航空、火箭等各部门，以及人们日常生活中。

  其主要缺点：

  1）因为球阀最主要的阀座密封圈材料是聚四氟乙烯，它对几乎所有的化学物质都有是惰性的，且具有摩擦系数小、性能稳定、不易老化、温度适用范围广和密封性能优良的综合性特点。但聚四氟乙烯的物理特性，包括较高的膨胀系数，对冷流的敏感性和不良的热传导性，要求阀座密封的设计必须围绕这些特性进行。所以，当密封材料变硬时，密封的可靠性就受到破坏。而且，聚四氟乙烯的耐温等级较低，只能在小于180℃情况下使用。超过此温度，密封材料就会老化。而考虑长期使用的情况下，一般只会在120℃不使用。

   2）它的调节性能相对于截止阀要差一些，尤其是气动阀（或电动阀）。

（四）球阀的适用原则

    1）石油、天然气的输送主管线、需要清扫管线的，又需埋设在地下的，选用全通经、全焊接结构的球阀；埋设在地上的，选择全通经焊接连接或法兰连接的球阀；支管，选用法兰连接、焊接连接，全通经或缩径的球阀。

   2）成品油的输送管线和贮存设备，选用法兰连接的球阀。

   3）城市煤气和天然气的管路上，选用法兰连接和内螺纹连接的浮动球阀。

   4）冶金系统中的氧气管路系统中，宜选用经过严格脱脂处理，法兰连接的固定球球阀。

   5）低温介质的管路系统和装置上，宜选用加上阀盖的低温球阀。

   6）炼油装置的催化裂化装置的管路系统上，可选用升降杆式球阀。

   7）化工系统的酸碱等腐蚀性介质的装置和管路系统中，宜选用奥氏体不锈钢制造的、聚四氟乙烯为阀座密封圈的全不锈钢球阀。

   8）冶金系统、电力系统、石化装置、城市供热系统中的高温介质的管路系统或装置上，可选用金属对金属密封球阀。

   9）需要进行流量调节。

 （五）球阀的设计

   新建旋转文件将尺寸画出该图

   在其一端的截面上进行拉伸变换可画出下图所示的图形，在对其进行去除材料可得4×φ11的圆孔

   以FRONT为基准进行旋转可画出下图截面

   在上图的基础上，进行等分可得下图

   在原有的基础上进行旋转变换，并画出如图的尺寸去除材料可得放入阀杆的圆孔

   再以FRONT面为基准进行作图 去除材料可得

   对各个孔及表面进行螺纹与倒角可得下图

  阀盖新建拉伸文件进行绘图并去除4*φ14的螺纹孔材料生成文件后进行倒角以未被倒角的那一面为拉伸基准进行画圆           

  再以上图为拉伸基准进行做图画出下圆以倒角的那一面为基准进行拉伸可得下图在此图的基准上进行拉伸可得下图 上面步骤完成后以TOP面为基准进行做图完成后去除材料在对其进行倒角和螺纹扫描左密封圈

进行旋转编辑定义 根据尺寸可得右密封圈

  阀芯画出如下截面进行旋转可得带有通孔的阀芯以FRONT面为基准进行曲线可得如下图所示的构图去除材料可得阀芯

 上填料新建旋转文件进行画图制作可得填料的旋转体并进行螺纹加工以FRONT面为基准在中心位置画1.5*1.5的正方形中心对称去除材料可得

  中填料新建旋转文件，建立几何中心线画出矩形进行尺寸标注可得

  下填料新建旋转文件，建立几何中心线画出矩形进行尺寸标注可得

   阀杆

  第一步新建旋转文件，建立几何中心线画出矩形进行尺寸标注可得

  第二步在第一步的基础上进行尺寸构造并将多余材料移除

  第三步画出圆台进行拉伸

  第四步 画出圆柱进行拉伸

  第六步 画出四棱柱进行拉伸变换

  第七步进行旋转变换，即可做出倒角

  螺柱

  画出一个φ12的圆进行拉伸，在其表面进行螺纹特征的创建，创建倒角特征，绘制扫描轨迹和中心线，绘制扫描截面，扫描界面的放大图

  螺母

  新建旋转文件，根据尺寸进行标注与绘画，通过移除材料将螺母孔构建出来

装配图

  1先将阀体利用坐标系定义将其与原坐标系重合，实现完全约束。

  2将阀芯的中心轴线与阀体孔的轴对齐实现连接并将左右垫片一并连接

  3将阀杆与阀芯的凹槽实现刚性连接

  4依次将填料垫、中填料、上填料、填料压紧套和阀杆的轴线对齐后利用销钉连接将它们装配好

  5将阀盖与阀体进行装配连接，将四个螺柱利用对齐指令将其与轴线和阀体阀盖孔的轴线对齐实现配合

  6将四个螺母的轴线与螺柱和阀盖孔的轴线对齐实现配合

  7最后将扳手和阀杆的轴线对齐再将其面重合即可。