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毕业设计球阀测绘

高职部

毕业设计（论文）

作者：

牛海宇学号：

30U30099226

专业：

机械制造与自动化

班级：

机自0992班

题目：

球阀测绘与三维建模

指导者：

刘文芝高级讲师

2012年06月

摘要

本次毕业设计的主要工作是通过用不同的测量仪器对球阀教具各个零部件进行测量，绘制草图，通过查阅相关资料对其中的标准件进行标注。

用CAD画出球阀各个零部件的零件图和装配图，用PRO/E画出各个零部件的实体图，最终装配成一个完整的球阀模型。

在测绘过程中需要熟练运用各种量具，熟练查阅技术资料，国家标准，熟练运用CAD软件和PRO/E软件。

关键字：

球阀；测绘；CAD；PRO/E

1绪论

1．1球阀概述

球阀它具有旋转90度的动作，阀芯为球体，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量之用，如V型球阀。

球阀的主要特点是本身结构紧凑，密封可靠，结构简单，维修方便，密封面与球面常在闭合状态，不易被介质冲蚀，易于操作和维修，适用于水、溶剂、酸和天然气等一般工作介质，而且还适用于工作条件恶劣的介质，如氧气、过氧化氢、甲烷和乙烯等，在各行业得到广泛的应用。

球阀阀体可以是整体的，也可以是组合式的。

球阀不仅结构简单，密封性能好而且在一定的公称通经范围内体积较小、重量轻、材料耗用少、安装尺寸小，并且驱动力矩小，操作简便、宜实现快速启闭，是近十几年来发展最快的阀门品种之一。

特别是在美、日、德、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、大口径、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。

随着球阀的技术进步，在可以预见的短时间内，特别是在石油天然气管线上、炼油裂解装置上以及核工业上将有更广泛的应用。

此外，在其他工业中的大中型口径、中低压力领域，球阀也将会成为主导的阀门类型之一。

优点：

1．流体阻力小，全通径的球阀基本没有流阻。

2．结构简单、体积小、重量轻。

3．紧密可靠。

它有两个密封面，而且目前球阀的密封面材料广泛使用各种塑料，密封性好，能实现完全密封。

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。

8．由于球阀在启闭过程中有擦拭性，所以可用于带悬浮固体颗粒的介质中。

缺点：

加工精度高，造价昂贵，高温中不易使用，如管道内有杂质，容易被杂质堵塞，导致阀门无法打开。

1．2本设计的意义、内容、目的与任务

为提高教学质量，在机械专业教学上各学校加大教学设备上的投资经费。

购买更多的实体教具等教学模型以供教学应用。

随着教学手段的不断改进，多媒体课件越来越多地应用于教学。

电子教具也应运而生，利用软件制作的三维电子教具既不需要花费任何费用成本又能达到观看立体形状的感性认识，同时还可以省去存放实体教具的空间，教师上课便于携带。

本次设计就是基于学校以前购买的球阀实体教具利用软件制作三维电子教具，制作出的电子教具日后可应用于学校的机械专业的教学，起到实体教具的效果，为学校节约开支又能提高教学水平。

另外通过这样的实践环节，能够更多地了解测绘仪器的使用方法，零部件的测绘方法，综合运用所学过的相关知识，提高解决实际问题的能力，同时更能够培养不断学习，不断探索，不断更新储备知识库的能力。

本设计的主要内容就是在简要介绍球阀基本知识的基础上，运用已掌握的机械设计、公差测量、机械制图、PRO/E、CAD等知识对其进行测绘建模。

应用各种相应的测量仪器对其各个零部件的尺寸进行测量，选用适当的机件表达方法确定视图的表达形式，并运用所学CAD、PRO/E知识绘制零件图装配图；参阅相关技术资料，确定适当的尺寸公差和表面结构等技术要求；按照国家标准进行标注尺寸，使标注出的尺寸正确、齐全、清晰、合理。

争取绘制出较为完美的球阀二维零件图和装配图、三维实体零件图、装配图、爆炸图来。

本设计的目的是让自己：

1．了解球阀的基本结构和工作原理。

2．掌握球阀零部件测绘的方法和过程。

3．掌握绘制球阀零件草图的基本技能。

4．掌握零件的表达方法及尺寸标注。

5．掌握装配图的表达方法和提升绘制装配图的能力。

本设计的主要任务是：

1．运用测量工具对球阀各零部件进行测量，提高自己运用各种量具进行测量的能力。

2．用CAD软件绘制出各零部件的标准视图和装配图并正确标注，要求熟练运用CAD技术。

3．用PRO/E软件绘制出各零部件的实物图和装配图，掌握并运用好PRO/E。

希望通过这次毕业设计培养：

1．严谨的工作态度、勇于创新、敢于探索、实事求是、团结协作的精神。

2．掌握球阀的设计原理、工作原理，进而具有综合运用所学的知识，研究、改进及开发球阀的能力。

3．具有运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料的能力。

4．掌握典型球阀的实验方法，并获得实验技能的基本训练；

5．了解国家当前的有关技术经济政策，并对球阀设计的新发展有所了解。

在本设计过程中，要综合运用先修课程中所学的有关知识与技能，结合自己在学校所掌握的知识逐步提高自己的理论水平、构思能力、洞察力和判断力，特别是不断的汲取、融汇与分析问题及解决问题的能力，为自己将来从事相关行业打下宽广而坚实的基础。

改革开放三十余载，我们的祖国发生了巨大的变化，正在朝着更高、更快、更强的方向迈进。

与此同时，我国正在大力推进科教兴国和科技创新的重要举措。

值此历史佳遇，必将努力学好机械专业的基本理论、基本知识和基本技能，并在此基础上，刻苦钻研，努力奋斗，不断推陈出新，为国家的科技繁荣做出应有的贡献！

2测绘前的准备及测绘步骤

2．1测绘前的准备工作

全面细致地了解测绘对象的用途、性能、工作原理、结构特点以及装配关系等，了解测绘目的和任务，在组织、资料、场地、工具等方面做好充分准备。

进行测绘时主要的测量工具有：

游标卡尺、钢直尺、螺纹规、圆弧规、以及内外卡钳等等。

如图2-1为几种常用的测量工具。

图2-1测量工具图

2．2测绘主要步骤

1．拆卸零部件

对测绘的零部件进行拆卸，弄清被测零部件的工作原理和结构形状，并对零件进行记录、分组和编号

2．绘制零部件草图

进行测量装配体中除标准件外的每一个零件，应根据零件内、外结构特点，选择合适的表达方案画出零件草图。

3．绘制装配示意图

根据所拆卸的零件间的位置装配关系，绘制球阀的装配示意图，以供回装零件和画装配图使用。

4．测量零部件

用相应的量具对拆卸后的零件进行测量，得到零件的尺寸和相关参数，并标注在草图上，通过查阅资料确定零件符合国家标准的尺寸和相应的技术要求。

5．绘制装配草图

根据装配示意图和零件草图绘制装配草图。

6．绘制标准图样

用CAD软件根据所测量的零部件尺寸进行绘图，包括二维零件图和装配图。

严格按照国家标准执行。

7．绘制实物图

用PRO/E软件根据所有的零件尺寸进行绘制零件实体图，最终装配成一个完整的球阀装配实体图，另外根据装配实体图绘制爆炸图。

3球阀的拆卸

3．1球阀的拆卸要求

拆卸零部件是为了准确方便的进行零件上有关尺寸的测量及形位公差、表面粗糙度和表面硬度的测定，以确定相应的技术要求。

拆卸时的要求：

遵循“恢复原机”的原则，按照装配关系和装配方式选择正确的拆卸方法。

在开始拆卸时就应该考虑到再装配时要与原机相同，即保证原机的完整性、准确度和密封性等。

3．2球阀拆卸时注意事项

1．选择合理的拆卸步骤。

机械设备的拆卸顺序，一般是由附件到主机、由外部到内部、由上到下进行拆卸，不能盲目乱拆乱卸。

2．对零件编号和作标记。

拆卸时应对每个零件命名并作标记，按拆卸顺序分组摆好并进行编号。

编号时可采用双面胶纸，将双面胶纸的一面贴于零件上，另一面贴上白纸，在白纸上写上组号和零件号。

也可用数码相机将拆卸的过程拍摄下来备用。

3．正确放置零部件。

拆下的部件和零件（如阀体、阀门、螺栓、螺母、垫片等）必须有次序、有规则地按原来的装配顺序放置在木架、木箱或零件盘内，对精密的零件应小心安放并包扎好，以防弯曲变形和碰伤。

切不可将零件杂乱的堆放，使相似的零件混在一起，甚至遗失。

这样重新装配时装错或装反，造成不必要的返工甚至无法装配。

4．做好记录。

拆卸记录必须详细具体，对每一拆卸步骤应逐条记录并整理出装配注意事项，尤其要注意装配时的相对位置，在记录本上绘制装配位置，连接草图帮助记忆，力求记清每个零件的拆卸顺序和位置，以备重新组装。

对复杂组件，最好在拆卸前做好照相记录。

对在装配中有一定的啮合位置、调整位置的零部件，应先测量、鉴定，标出记号，并详细记录。

本球阀的拆卸顺序如下所示：

（1）拆卸扳手，标序号为1。

（2）拆卸阀盖，拆下零件共四件，标螺栓序号为2，垫圈序号为3，阀盖为4，密封圈列为其他零件。

（3）拆卸阀体，拆下零件共六件，标阀芯序号为5，阀杆序号为6，压紧套序号为7，阀体序号为8，填料和密封垫圈列为其他零件。

5．绘制完善各种示意图。

此次测绘的球阀示意图如图3-1：

图3-1球阀装配示意图

4球阀各零部件的测绘

4．1扳手的测绘

扳手的作用主要是用于打开或闭合球阀，也可用于调整流量大小。

扳手是长度方向不在同一平面内的零件。

测量扳手过程中用到了游标卡尺、高度尺、和角度尺。

游标卡尺用内测量爪测量外形尺寸，用外测量爪测量内方孔尺寸。

高度尺测量整个扳手的高度，将扳手平放在平板上进行测量。

角度尺测量扳手折弯处的角度。

然后通过标准件比较得出各表面的表面粗糙度，再经过查阅资料得出圆整后扳手的尺寸。

具体如下表4-1：

表4-1扳手各处尺寸

名称

尺寸

名称

尺寸

手柄宽度

26mm

手柄厚度

8mm

手柄尾部圆弧半径

R13mm

头部厚度

16mm

头部台阶高度

2mm

头部方形孔宽度

10×10mm

头部圆直径

Ф38mm

折弯处角度

45°

注：

本件所有表面粗糙度为Ra25，材料为Al。

有了测量得到的尺寸后，通过CAD软件绘制出其零件图（见图4-1），用PRO/E绘制其实物图（见图4-2）。

在此过程中必须运用好所学的CAD和PRO/E基础进行绘制。

设置图形单位、图形界限、工具栏、图层、线型、文字样式、标注样式、表格样式、颜色、捕捉追踪、制作标题栏等。

图4-1扳手零件图

图4-2扳手实物图

4．2螺栓的测绘

螺栓用于连接阀体和阀盖，并固定两者的位置。

根据此螺栓的作用主要是用来承受力可知其为粗牙螺纹，根据拆装螺栓的过程可知其为右旋螺纹，通过目视判断其为单线螺纹。

测量螺栓用到游标卡尺、螺纹规和钢尺；游标卡尺测量各轮廓尺寸，钢尺测量牙型长度。

因为其为标准件，所以只需测量其出大径便可根据公式计算出其小径，在这里采用模糊计算法：

d1=d×0.85。

也可用螺纹规测量，螺纹规的使用方法如图4-3。

测绘具体尺寸见下表4-2：

表4-2螺栓各处尺寸

名称

尺寸

名称

尺寸

螺栓总长

36mm

六棱螺栓头厚度

6mm

牙型长度

27mm

六棱头凹槽深度

2mm

螺纹大径

10mm

凹槽底圆直径

Ф13mm

六棱头对边宽度

17mm

注：

其材料为35号钢。

图4-3螺纹规的使用

图4-4图4-5分别为零件图和实物图：

图4-4螺栓零件图

图4-5螺栓实物图

4．3垫圈的测绘

垫圈在螺纹连接中起的是防松作用，使螺栓与阀体间轴向力增大，属于摩擦防松的一种。

垫圈是标准件。

测量垫圈用到游标卡尺，外圆用内测量爪测量，内孔用外测量爪测量。

所得尺寸在国家标准中查找、规整，找出其标准代号。

特别要指出的是，在这次垫圈的测绘中，为了方便装配，经过指导老师指导，将不在同一平面的弹簧垫圈简画成在同一平面的普通垫圈。

测量垫圈内径尺寸为Ф10mm，外径尺寸为Ф15mm，厚度为2mm。

经查国标得到其标准代号为：

GB/T9310。

材料为：

35。

图4-6为垫圈零件图，图4-7为垫圈实物图。

图4-6垫圈零件图

4．4阀盖的测绘

阀盖的用途有两个：

一是给阀杆定位，保证阀杆正常传动开关。

二是密封作用，具有一定的强度，防止内部的流体流出。

阀盖的测量主要是用游标卡尺进行的，游标卡尺可测量出外形尺寸、内孔尺寸和孔距之间的距离。

因为外形宽度方向跨距较大，高度方向游标卡尺不能测量，所以采用高度尺进行测量。

因阀盖上螺纹主要用于密封，所以此螺纹为细牙螺纹，用螺纹规测量出螺距后确定此螺纹的代号。

由于阀盖有密封作用，所以对内部表

图4-7垫圈实物图

面质量要求较高，通过标准试样对比可得出各表面的表面质量。

在此零件的测绘过程中需要参阅许多资料来确定其尺寸精度。

又因为其为铸造件，铸造圆角需要用圆弧规测量。

具体尺寸见下表4-3：

表4-3阀盖各处尺寸

名称

尺寸

名称

尺寸

阀盖宽度

76mm

连接孔中心距

56mm

螺栓连接孔直径

Ф10mm

阀盖圆弧半径

R10mm

台阶轴直径小

Ф41mm

台阶轴直径中

Ф50mm

台阶轴直径大

Ф53mm

台阶轴端内孔直径

Ф35mm

台阶轴端内孔深度

7mm

通孔直径

Ф20mm

螺纹端内孔直径

Ф28mm

螺纹端内孔深度

4mm

螺纹代号

M36X2

端盖总厚度

48mm

螺纹退刀槽直径

Ф32mm

阀盖最宽处厚度

12mm

注：

材料为Al。

图4-8为其零件图，途中Z=Ra25,Y=Ra12.5。

图4-9为其实物图：

图4-7阀盖零件图

图4-9阀盖实物图

4．5阀芯的测绘

阀芯是控制流体通断的重要零件，用游标卡尺测量所得尺寸：

阀芯直径SФ40mm，内孔直径Ф20mm，槽底距最远端距离34mm，槽宽8mm，内孔两端距离32mm。

零件图见图4-10，实物图见图4-11：

图4-10阀芯零件图

图4-11阀芯实物图

4．6阀杆的测绘

阀杆是连接扳手与阀芯的零件，测量主要用游标卡尺和圆弧规。

测量尺寸见表4-4：

表4-4阀杆各处测量尺寸

名称

尺寸

名称

尺寸

阀杆总长

60mm

大圆柱直径

Ф18mm

小圆柱直径

Ф14mm

铣方平面宽度

10X10mm

铣方平面长度

21mm

大圆柱厚度

12mm

阀杆头部宽度

8mm

头部深度

8mm

头部球半径

SR20

注：

其材料为Al。

图4-12为阀杆零件图，实物图见图4-13：

图4-12阀杆零件图

图4-13阀杆实物图

4．7压紧套的测绘

压紧套是套在阀杆上，通过螺纹与阀体固定并对阀杆施加力的零件。

压紧套虽然体积较小，但技术要求、质量要求较高，加工比较困难。

主要还是通过游标卡尺进行测量，配合螺纹规测量螺纹。

测量尺寸见表4-5：

表4-5压紧套各处测量尺寸

名称

尺寸

名称

尺寸

总长

14mm

内台阶高度

4mm

内台阶直径

Ф16mm

内孔直径

Ф14mm

槽宽

4mm

外圆直径

Ф22mm

外圆长度

3mm

螺纹代号

M24X1．5

注：

材料为Al。

图4-14为压紧套零件图，图4-15为实物图：

图4-14压紧套零件图

图4-15压紧套实物图

4．8阀体的测绘

阀体是球阀的最重要部件，结构最为复杂，加工难度最高，尺寸多而且不容易测量。

测量阀体用到了：

游标卡尺、钢尺、内卡钳、高度尺、螺纹规等。

特别要说明的是：

内卡钳是间接测量工具，只能与钢尺配合使用，主要是用来测量游标卡尺测量不到的深孔。

因尺寸繁多，在这里不一一列出，详见表4-6：

表4-6阀体的测量尺寸（部分）

名称

尺寸

名称

尺寸

总高

76mm

外螺纹代号

M36X2

小内螺纹代号

M10

小内螺纹间距

56mm

阀体最大内孔直径

Ф44mm

外螺纹端处内孔直径

Ф20mm

扳手配合处台阶高度

3mm

填料放置处内孔直径

Ф22mm

阀体外圆柱直径

Ф54mm

安放密封圈处直径

Ф35mm

具体零件图见图4-16，实物图见图4-17：

图4-16阀体零件图

图4-17阀体实物图（半剖）

4．9其他零部件的测绘

密封圈和填料在球阀中起密封作用，填料还有传力的作用。

密封圈零件图见图4-18，填料零件图见图4-19，密封圈实物图见图4-20；填料实物图见图4-21：

图4-18密封圈零件图

图4-19填料零件图

图4-20密封圈实物图

图4-21填料实物图

5球阀的装配

5．1零件图的装配

装配图是表达机器、部件或组件的图样。

是设计意图的反映，是机器设计、制造、装配的重要技术依据。

用装配图来表达机器或部件的工作原理、零件间的装配关系和各零件的主要结构形状，以及装配、检验和安装时所需的尺寸和技术要求。

标注出反映机器或部件的性能、装配、检验、安装时所需的一些尺寸。

根据装配关系，按照CAD装配要求进行装配，具体见图5-1、图5-2、图5-3：

图5-1球阀装配图主视图

装配图的规定画法除了按照正常画法还应该注意：

1．两零件的接触面或基本尺寸相同的轴与孔的配合面，只画一条线，表示公共轮廓。

间隙配合即使间隙较大，也必须只画一条线。

2．相邻两零件的非接触面或非配合面，应画两条线，表示各自轮廓。

相邻两零件的基本尺寸不相同时，即使间隙很小也必须画两条线。

3．在剖视图或断面图中，相邻两零件的剖面线的倾斜方向应相反或方向相同而间隔

图5-2球阀装配图左视图

不同，如两个以上零件相邻时，可改变第三个零件剖面线的间隔或使剖面线错开，以区分不同零件。

4．在各剖视图或断面图中，同一零件的剖面线方向和间隔都必须相同。

5．当仅需要画出剖视图中的一部分图形，其边界又不画波浪线时，则应将剖面线绘制整齐。

6．在剖视图中，对于标准件和实心的轴、连杆、拉杆、手柄等零件，若纵向剖切平面通过其轴线时，则这些零件均按不剖绘制。

图5-3球阀装配图俯视图

5．1实物图的装配

用PRO/E将个零部件实物图画好后，根据装配关系进行装配，见图5-4：

图5-4球阀实物装配图（分解）

结论

当在产品设计、改进设计或积累技术资料时，常常需要进行装配体测绘。

测绘过程是在了解部件工作原理的基础上，绘出部件装配示意图，测量并绘制出所有非标准零件的草图，然后由零件草图及装配示意图整理绘制装配图，再由装配图拆画出全套零件工作图。

这次毕业设计主要是球阀测绘，球阀测绘是对装配体中的球阀实物进行绘图、测量和确定技术要求的过程。

非标准件应绘制零件草图，并测量标注全部尺寸和技术要求。

标准件，如螺母、螺栓，等，只需测量出规格尺寸并定出其标准代号，注写在示意图上，或列表表示。

本次毕业设计已达到预期结果，通过测绘最后得到二维零件图十张，装配图一张，实体装配图一张，爆炸图一张。

装配体测绘是工程图学课程重要的实践性教学环节，是对整个工程图学学习内容的综合训练，前期的部件装配示意图和零件草图锻炼徒手绘图的能力，中期用尺、规等绘图仪器画装配图，锻炼手工绘图的能力，后期用AutoCAD软件画零件工作图，用PRO/E软件绘制实体图，锻炼计算机绘图能力。

通过这一集中、系统、大量反复地强化训练，把以前所学的知识运用于实际工作中，学用结合，并在用的过程中使所学知识得以巩固和深化，最终起到提高绘图能力和实际工作能力的作用。

参考文献

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机械工业出版社，2011．

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机械工业出版社，2009．

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机械工业出版社,2007．

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天津人民出版社．2005．

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机械工业出版社，2001．

[10]史彦敏．AutoCAD2006实训教程．北京：

化学工业出版社，2009．

致谢

本次设计是在刘文芝老师的指导下完成的，在整个设计中，刘老师始终给予我热情的帮助和积极的指导。

刘老师对待工作认真负责，表现出崇高的敬业精神和高度的责任心；刘老师对我要求严格，对设计中出现的问题总是耐心帮助解决并提出许宝贵意见。

在此毕业设计完成之际，向刘老师表示感谢！

感谢刘老师在繁重的教学之余牺牲自己宝贵的休息时间给我指导毕业设计；感谢刘老师在我遇到问题时及时给予我帮助；感谢刘老师在整个毕业设计中给予我的支持和鼓励。

在我遇到困难时同组同学给予我很大的帮助，在这里也表示衷心的感谢。

大学生活即将结束，感谢所有教导我的老师们。

最后，对我查阅的所有书刊的作者表示诚挚的感谢！