安全阀课程设计说明书教材.docx

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安全阀课程设计说明书教材

湖南大学

课程设计说明书

指导老师

1.前言

1.1课程设计的目的

工程软件应用实践课程设计教学目的，是从产品装配测绘、计算机绘图、CAD三维建模、参数化设计等方面进一步加深和拓宽学生在工程制图、机械CAD技术等课程中所学基本知识，结合实际机械产品（模型）设计的具体问题，培养学生理论联系实际认识和解决问题的能力，为后续专业课程和相关实践环节的学习奠定基础。

1.2课程设计的任务

1.2.1主要内容

选择安全阀产品模型为对象，四位同学为一设计小组，对产品模型进行装配测绘、二维计算机绘图、三维CAD、零件建模与产品装配、零件的参数化设计等。

1.2.2任务分配

小组经过对零件的功能与结构的分析，结合个人特长，主要分工如下：

：

负责安排协调工作，绘制阀帽、弹簧托盘、螺杆草图，阀体CAD图，CAD图校核，阀帽、弹簧托盘、螺杆三维建模,PPT编写。

：

零件尺寸测量，绘制阀盖草图，阀盖CAD图、CAD装配图绘制，阀门三维建模，协助制作说明书。

：

阀体草图绘制及整体草图校核，确定装配图方案和绘制，零件尺寸协调，CAD图校核，标准件的三维建模和装配，说明书制作。

：

零件尺寸测量，绘制阀门草图及其CAD图，阀体三维建模装配，三维爆炸图制作，协助PPT编写。

1.3课程设计工作流程

第一阶段：

绘制草图、二维计算机绘图

1）设计准备（两天）

2）产品零件手绘（两天）

3）产品零件计算机绘图（两天）

第二阶段：

三维CAD建模及装配

1）产品零件的三维CAD建模及装配（两天）

2）产品的参数化设计（两天）

第三阶段：

按照规定的格式编写课程设计说明书及答辩PPT（一天）

第四阶段：

小组答辩及评分（一天）

2.装配体测绘

2.1测绘装配体步骤

2.1.1安全阀示意图

安全阀是一种安全保护用阀，它的启闭件受外力作用下处于常闭状态，当设备或管管道内的介质压力升高，超过规定值时自动开启，通过向系统外排放介质来防止管道或设备内介质压力超过规定数值。

图1.1安全阀示意图

图1.1中，介质从最下端孔流入，从右端孔流出，当管内介质压力过大时，介质将阀门顶起，从左端孔流出，本安全阀为弹簧微启式安全阀，弹簧微启式安全阀是利用压缩弹簧的力来平衡作用在阀瓣上的力。

螺旋圈形弹簧的压缩量可以通过转动它上面的调整螺母来调节，利用这种结构就可以根据需要校正安全阀的开启（整定）压力。

弹簧微启式安全阀结构轻便紧凑，灵敏度也比较高，安装位置不受限制，而且因为对振动的敏感性小，所以可用于移动式的压力容器上。

这种安全阀的缺点是所加的载荷会随着阀的开启而发生变化，即随着阀瓣的升高，弹簧的压缩量增大，作用在阀瓣上的力也跟着增加。

这对安全阀的迅速开启是不利的。

另外，阀上的弹簧会由于长期受高温的影响而使弹力减小。

用于温度较高的容器上时，常常要考虑弹簧的隔热或散热问题，从而使结构变得复杂起来。

2.1.2零件测绘图

见图纸

2.1.3画零件图

根据装配图和零件草图绘制零件图，注意每个零件的表达方法要合适，尺寸应正确、可靠。

零件图技术要求采用类比法，也可按指导教师的规定标注。

最后应按规定要求填写标题栏的各项内容。

2.1.4画装配图

根据装配示意图和零部件草图绘制装配图。

装配图不仅要求表达出装配体的工作原理和装配关系以及主要零件的结构形状，还要合理的定尺寸和基准位置。

在协调了零件的尺寸关系和修改设计不合理处的基础上，我们确定了装配图的表达方案：

按照安全阀的工作原理，只有一条主装配干线，选择用全剖主视图和一个俯视的拆卸图来表达，俯视拆卸图能更清晰表明阀芯与阀体的配合情况，然后加上两个方向的局部视图来表达阀体的外形。

装配图画好后必须注明该机器或部件的规格、性能及装配、检验等技术要求。

安装时的尺寸，还必须用文字说明或采用符号标注形式指明机器或部件在装配调试、安装使用中必需的技术条件。

最后应按规定要求填写零件序号和明细栏、标题栏的各项内容。

2.1.5计算机绘图步骤及要求

首先绘制零件CAD图，再绘制装配CAD图，最后绘制所有零件立体建模图并对其进行装配。

CAD所有图纸要求表达清晰准确，不多尺寸同时不少尺寸，在零件的重要位置保证好合理的形位公差和表面粗糙度，并做适度的技术要求和加边框。

2.2绘制二维CAD图

经过老师修改指正后，对零件草图和装配图进行绘制CAD图，按装配图明细表的序号，清点零件图是否齐全，图号、材料、名称、件数是否一致。

.核对零件尺寸，检查零件图和装配图的配合尺寸是否一致，是否缺少或者多余某些尺寸，轴向方向的累加尺寸是否一致，这样有利于画图和同时对零件图和装配图进一步的检查和修改。

经最后审核后，最终的装配、零件CAD图如图2.2所示：

图2.2装配图

如图2.2所示，当绘制完零件图和装配图之后，已经对结构和尺寸有了更好的掌握，许多尺寸都很熟悉，这对CAD装配图绘制有很大帮助。

在阀帽和阀盖的配合地方，因为是拆卸关系，要经常拆开对内部的螺母位置调整，因为间隙配合，且精度要求不是很高，最终选择ø28H9/f9的配合。

对于阀门和阀体的配合，因为要求是可滑动，并且要求配合精度高些，保证底部的密封性，最终确定ø36H7/g6的配合。

除了两个配合之外，标注总长、总宽、总高和几个重要的形位尺寸，标题栏。

最后再对整个装配图做一下审查。

图2.3阀帽

如图2.3所示，阀帽是铸造件，外表面粗糙度要大一些，原定是将外表面粗糙度定为不去除表面物质得到的，但标注时与老师询问时，老师说可以不用标注。

因其整体其他表面粗糙度要求不高，所以其他Ra值为12.5。

对于与阀盖配合的内孔，为间隙配合，定为基孔制ø28H9，其他可常规标注。

图2.4螺杆CAD图

如图2.4所示，这个螺柱不是标准件，顶端的120度锥面会与弹簧托盘的120度锥面相配合以通过弹簧托盘压缩弹簧，平衡阀芯的压力，使其封闭；尾端为长方体柱形结构，截面为边长为7的正方形，中间部分为M10的螺纹表面，通过螺母的旋合调整压力标准，整个零件表面精度不是很高，定Ra值为12.5。

图2.5弹簧托盘

如图2.5所示，弹簧托盘为回转零件，起到使弹簧受力均匀的作用，是安全阀内的重要零件，120度的凹槽与螺柱的下端相结合，因为主要起到固定受力的作用，表面粗糙度要求不是很高，Ra值定为12.5。

图2.6阀芯CAD图

如图2.6所示，阀芯是安全阀内非常重要的零件，接触到模型查找资料以后发现模型做的不够标准，阀芯两侧的出介质孔位置偏高，这样会导致介质流不干净有残留，影响安全阀的压力标准和性能，最后我们结合加工方面，将出油孔定在距底面0.5mm处。

阀芯的性能关系到整个阀体的性能，整个零件的加工精度和形位公差要求较高，底侧的表面相对A面垂直度公差为0.05mm,外表面的圆柱度公差为0.03mm；90度锥面与阀体对研，装配后在一定介质压力下要求无渗漏，所以粗糙度要求最高，Ra值为3.2；中间的螺纹孔的作用是用于借助外螺纹工件实现与阀体的对研以及方便阀芯的装卸。

图2.7阀盖CAD图

如图2.7所示，阀盖是与阀体和阀帽相连接的零件，是铸造的零件，上部与阀帽连接，所以上部外圈有对底面的0.03mm的垂直度，粗糙度Ra值为12.5，下部分与阀体连接，故内表面精度要求高一些，粗糙度Ra值为6.3，其他表面为不去除表面物质得到的。

主视图采用旋转剖来表达均布的四个孔和珐琅外形。

图2.8阀体CAD图

如图2.8所示，阀体是安全阀最大的零件，也是非常重要的零件，内形较复杂，是尺寸标注最多的零件；左侧和底侧用C,D两个方向的局部视图来表达清楚，俯视图采用局部剖以表达主体圆柱的直径；在主视图出油孔位置，为了更清晰表达介质对阀芯施加压力处的内形，采用了E-E的剖视,左右两侧肋板厚度为7mm。

在阀门与阀体研合处为更清楚表达，采用了3：

1的局部放大视图，锥面配合处粗糙度要求高，Ra值为3.2；左右两侧孔对底面B的平行度公差设为0.05mm；上侧孔相对顶面A的垂直度公差为ø0.05mm，孔会与阀芯外壁配合，Ra值设为6.3；上表面因要与阀盖下表面配合且应有一定的密封性，所以Ra值为6.3。

2.3测绘小结

测绘过程，学习了几个过程：

（1）了解测绘的概念

（2）了解明白安全阀的装配关系

（3）初步学会了测绘方法，进一步了零件的用处资料结构构造等

（4）学习绘制彩图的方法

（5）对制图学有了更深刻的认识

（6）对CAD软件的功能用法及使用技巧有了进一步提升

3.三维建模及参数化设计

3.1零件图三维建模

3.1.1阀体的三维实体建模：

根据阀体的实体结构及CAD二维图、草图，阀体主要尺寸基准是下底面以及两侧板的中心对称平面，而且最为复杂的是阀体中间的一系列孔，为了便于建模，把模型的对称平面与坐标Y-Z平面重合，下底面与X-Y平面重合，其三维模型图如图3.1所示。

图3.1阀体三维建模图

建模步骤：

1、绘制阀体的下底板结构。

首先绘制下底板草图，然后标出下底板4个螺纹孔的中心点，再通过拉伸操作，之后在四个中心点位置处打孔，添加螺纹建立底板三维模型。

2、根据测绘过程得出的尺寸，在下底板上添加一个圆柱。

3、绘制阀体左右两圆板及两连接圆柱，对以上部件求和，然后通过草图，找到左右两圆板上四个孔的圆心，通过打孔，求差，得到阀体左右两圆板及两孔。

4、根据尺寸要求，在Z轴一定的高度上添加一定大小的圆柱，求差，之后打孔，得到阀体中心的一系列孔及其相交的面。

5、通过草图标出上平面四个螺纹孔的中心并绘制出上平板的外形，然后拉伸，在四个中心点上打孔，添加螺纹。

5、通过草图，拉伸，得到阀体上孔壁上的凸出部分。

6、对以上部件求和，给模型到圆角，得到阀体。

3.1.2阀芯的三维实体建模：

图3.2阀芯三维建模图

为了便于建模，把阀芯的对称平面建立在Y-Z平面上，并且把阀芯的主要设计基准平面与三维坐标的X-Y平面重合；其三维模型图如图3.2所示。

建模步骤：

1、根据尺寸，在Z轴上一定高度上绘制两圆柱，然后求和。

2、在下圆柱中心处打孔，添加螺纹。

3、标出侧面上通孔的圆心，打孔，之后倒角，得到阀芯。

3.1.3螺柱的三维实体建模：

为了便于建模，把螺柱的对称平面建立在Y-Z平面上，并且把螺柱的主要设计基准平面与三维坐标的X-Y平面重合；其三维模型图如图3.3所示。

建模步骤：

1、根据尺寸，在Z轴一定高度上绘制两圆柱，求和。

2、倒角，添加螺纹，在添加一个长方体，得到螺柱。

3.1.4弹簧的三维实体建模：

以Z轴为弹簧的中心轴，其三维模型如图3.4所示。

建模步骤：

1、添加螺旋线，通过草图，在线的起点处绘制一个圆。

2、根据尺寸要求，扫掠，得到弹簧。

图3.4弹簧三维建模图

3.1.5阀盖的三维实体建模：

图3.5阀盖三维建模图

为了便于建模，把阀盖的对称平面建立在Y-Z平面上，并且把阀盖的主要设计基准平面与三维坐标的X-Y平面重合；其三维模型图如图3.5所示。

建模步骤：

1、通过草图，标出阀盖下平板四个孔的圆心及下平板的外形，拉伸，并在四个圆心点处打孔。

2、根据尺寸，在Z轴一定高度上绘制一系列圆柱，求和，之后在绘制一定要求的圆柱，求差。

3、在上表面打孔，添加螺纹，得到阀盖。

3.1.6其他简单零件及标准件的三维实体建模：

弹簧托盘、阀帽、螺母、固定螺钉、双头螺柱的三维实体建模，这些零件的绘制都是以Z轴为其中心轴，以X-Y为基准平面，通过一系列圆柱求和，求差，草图，打孔，螺纹等操作可得到如图3.6所示：

图3.6其他简单零件及标准件三维建模图

3.2三维装配图建模

图3.7三维装配图建模图

安全阀有一中心轴，内部零件能轴向运动，紧定螺钉和螺柱能绕自身旋转移动，根据上述的要求通过装配约束、移动进行相应零件自由度限制。

装配过程如下：

1.以底座作为装配的基础；

2.装配阀芯部件，通过装配约束-同心，约束阀芯底面与底座内部圆接触面同心，但此时为完全接触，通过移动，可以完成此要求；

3.装配弹簧，通过装配-点到点，选择阀芯内底面圆心点；

4.装配弹簧托盘，通过装配-点到点，选择阀芯上表面圆心点，然后动态移动；

5.装配阀盖，通过装配约束-同心，约束阀盖底面内部圆与底座上表面内部圆同心；

6.装配大螺柱，先隐藏阀盖，通过装配约束—同心，约束螺柱底面圆与弹簧托盘上表面内部圆同心；

7.装配大螺母，显示阀盖，通过装配移动—点到点，选择阀盖上表面圆心点；

图3.8安全阀爆炸图

8.装配阀帽，通过装配约束-同心，约束阀帽底面圆与阀盖上表面圆同心；

9.装配紧定螺钉，通过装配移动—点到点，选择阀帽上螺纹孔的中心点，然后动态调整；

10.装配小螺柱、垫片、小螺母，通过装配移动—点到点，选择阀盖四周孔一孔的圆心点，之后动态调整，然后重复操作，完成后其三维图如图3.7所示；

图3.8安全阀三维爆炸图

11.安全阀的爆炸图如图3.8所示。

3.3三维建模及设计小结

三维建模UG软件对于我们组员来说，还是个较为陌生的软件，接触时确实比较生疏，有些命令还是跟CAD是相反的，用起来不是很顺手，所以在剩下的三天里完成三维建模确实是一个比较艰巨的任务。

所以我们就进行分工，然后借书边学习边画图，其实简单的回转体零件还是比较容易建模的，第一天便完成了简单零件的建模。

最后是阀体比较难建模，因为是有体相贯，还要在表面打孔，有些地方只看书是不行的，在这种情况下，我们就寻求班级里擅长UG的同学，大家一起讨论，经过两天时间终于完成了这个艰巨的任务。

进行零件三维建模中能检测前面进行零件测绘时是否准确、零件尺寸是否正确合理，所有零件三维模型都建立完成之后便进行装配工作了。

4.心得体会

为期两周的测绘与软件应用课程设计，让即将进入大三学习的我们收获颇多。

从第一天上课老师讲解具体要求后，就紧张的开始工作。

我们小组测绘的模型是安全阀，通过模型分析，实物测量、草图绘制、CAD画图、装配总图，三维建模等过程，让我们回顾以前学过的课程知识，如机械制图，机械原理，互换性原理等，同时也温固了CAD技术和学习了UG软件。

之前两年的大学学习主要是理论学习，刚接触到这种实际联系，还是有很多生疏的地方。

但是经过询问老师和同学讨论，最终还是圆满的完成了此次的任务。

从这次设计训练中体会到，测绘是一项复杂而细致的过程，同时也联想到在引用和借鉴国外先进科技成果时需要测绘，比如当年美国轰炸我过驻南斯拉夫时有一颗炸弹是没有爆炸的，而后被运送到国防科技大学，在后续的研究中，首先用到的技术便是测绘技术。

通过这次测绘实践，解决问题的能力和实际动手能力都得到了提高，对分解，组合，构思，设计方面的能力有一定的帮助，还学会了查阅相关技术手册和工具书，学会选择正确的表达方案，恰当的布置图形位置，规范的标注尺寸和技术要求。

除了在知识能力方面能力的提高，在队员互相协作方面和人际关系处理方面也学会了很多。

首先是队员的工作分配，根据个人特长来明确分配任务的比重，这样大大的提高了办事效率和作品的质量，然后就是互相的细致讨论和帮助，有问题大家一起讨论，然后确定大家一个都认可的方案，团结和信任使我们工作的极为顺利。

总之，这是一次极为宝贵的经历，相信对以后的学习会有很大的帮助。

参考文献：

[1]陆培文.阀门设计入门与精通[M].北京：

机械工业出版社，2009.7

[2]刘朝儒.机械制图[M].北京：

高等教育出版社，2006.10

[3]云杰漫步设计教研室.UGNX6.0基础教程[M].北京：

清华大学出版社，2009.10

[4]杨沿平.机械精度设计与检测技术基础[M].北京：

高等教育出版社，2012.9