M200A氣瓶的三維造型設(shè)計(jì)畢業(yè)論文.doc

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）第1頁共22頁1引言1.1本課題研究背景和意義在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的現(xiàn)代社會中，氣瓶制造業(yè)被認(rèn)為屬于朝陽工業(yè)范疇。氣體應(yīng)用技術(shù)在發(fā)達(dá)國家已經(jīng)達(dá)到很高水平，全世界已有130種氣體要用氣瓶充裝，中國也達(dá)到了80余種。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國民生產(chǎn)總值每增加1%，氣瓶需求量就增加1.5%，而國際市場每年大約以5%的速度增長。全世界年需求氣瓶量可達(dá)到500萬支，產(chǎn)值約40億美元。這其中一部分自然也包括了新興的以“輕質(zhì)高強(qiáng)”為特點(diǎn)的復(fù)合材料氣瓶。據(jù)悉，全世界有300萬只復(fù)合材料氣瓶在運(yùn)行1。原有的各類氣瓶基本都是金屬氣瓶，而新型復(fù)合材料氣瓶具有良好的承載能力、密封性、抗腐蝕性以及安全性，既可以降低能源消耗和費(fèi)用，也不會像金屬氣瓶爆炸是產(chǎn)生碎片，所以將成為金屬氣瓶的最佳取代品。氣瓶的種類有很多，具體分類如表1：表1氣瓶的分類分類按制造方法分按充裝介質(zhì)的性質(zhì)分按公稱工作壓力分（1）鋼制無縫氣瓶永久氣體氣瓶高壓氣瓶（2）鋼制焊接氣瓶液化氣體氣瓶低壓氣瓶（3）纏繞玻璃纖維氣瓶溶解氣體氣瓶本課題研究的是鉬源氣瓶，鉬作為一種金屬元素，通常用作合金及不銹鋼的添加劑，它可增強(qiáng)合金的強(qiáng)度、硬度、可焊性及韌性，還可增強(qiáng)其耐高溫強(qiáng)度及耐腐蝕性能。但鉬是有毒物質(zhì)，所以鉬源氣瓶要求很高的密封性。1.2氣瓶的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀自上世紀(jì)后半葉以來，復(fù)合材料氣瓶在西方國家得到飛速的發(fā)展。以CNG氣瓶的研發(fā)和開發(fā)方面為例，美國的Lincol公司、SCI公司和Hydospin公司都走在世界前列。改革開放后的中國自然也有所作為，國內(nèi)許多公司企業(yè)、科研院以及高度院校也紛紛加入到這個行列中來。經(jīng)過數(shù)年努力，他們都拿出了自己的產(chǎn)品或研究成果。國內(nèi)的研發(fā)項(xiàng)目已經(jīng)解決了CNG氣瓶殼體預(yù)緊壓力設(shè)計(jì)和樹脂配方設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)，完成了樹脂配方全部原材料實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化及定型工作、建立了力學(xué)計(jì)算模型，確定了纖維纏繞角度、鋪層結(jié)構(gòu)的工藝參數(shù)，開展了爆破、公益性試驗(yàn)及振動和疲勞性能本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）第2頁共22頁研究、設(shè)計(jì)制造了兩工位計(jì)算機(jī)控制纖維纏繞機(jī)并形成了小規(guī)模生產(chǎn)能力的生產(chǎn)線，該技術(shù)還可在國防領(lǐng)域得到相關(guān)應(yīng)用。目前，國內(nèi)對氣瓶的研究內(nèi)容有：對鋼制內(nèi)膽環(huán)向纖維纏繞氣瓶進(jìn)行系統(tǒng)研究2；對氣瓶設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)和受力情況進(jìn)行有限元分析3；對氣瓶進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，對氣瓶的制造工藝提出全面分析，提出優(yōu)化制造工藝4；對鋼內(nèi)膽和復(fù)合材料層在疲勞試驗(yàn)中的模量匹配問題進(jìn)行深入研究，綜合考慮表面的壓應(yīng)力、疲勞應(yīng)力、鋼和玻璃纖維的彈性模量及在疲勞中應(yīng)變量和變形匹配，提出和完善復(fù)合材料纏繞工藝5。我國的復(fù)合材料氣瓶產(chǎn)業(yè)雖然才剛剛起步，但我國的纖維纏繞技術(shù)根基深厚，氣瓶制造只要堅(jiān)持下去，必有成績和回報(bào)6。而計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)的引入給設(shè)計(jì)領(lǐng)域的傳統(tǒng)方法帶來了一場變革，準(zhǔn)確掌握和應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，對軟件行業(yè)及機(jī)械行業(yè)都有著重大對意義。1.3本文的具體工作本文的具體工作如下：(1)對M200A氣瓶現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)、原理進(jìn)行詳細(xì)分析；(2)設(shè)計(jì)M200A氣瓶的整體結(jié)構(gòu)，并運(yùn)用SolidWorks三維建模軟件建立氣瓶的實(shí)體模型；(3)完成M200A氣瓶這個產(chǎn)品中各零件的三維造型、工程圖生成及最終的裝配；(4)制定相應(yīng)的工藝文件。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）第3頁共22頁2M200A氣瓶的總體設(shè)計(jì)M200A氣瓶一種比較精密的儀器，它的各個部件的選擇不是憑空想象的，每個部件的確定都有其一定的科學(xué)規(guī)律。本課題設(shè)計(jì)的氣瓶所裝的鉬源氣體主要運(yùn)用于集成電路板，所以要求所設(shè)計(jì)的氣瓶以盡可能輕的重量，盡可能小的體積，儲存盡可能多的氣體。并且由于鉬源是有毒的，對氣瓶的密封性要求很高，在實(shí)際生產(chǎn)中，對氣瓶的焊縫質(zhì)量、焊接接頭的力學(xué)性能等都提出了很高的要求。2.1M200A氣瓶的總體結(jié)構(gòu)及其工作原理鑒于其它氣瓶已有的結(jié)構(gòu)，可以知道一個氣瓶大致有以下幾個部分組成：瓶身、進(jìn)氣管、排氣管、控制閥門等。其工作原理也很簡單：由進(jìn)氣管充氣，通過控制閥門的開/關(guān)進(jìn)行氣體的排放?？紤]到所設(shè)計(jì)的氣瓶用到的場合較特殊，每個部件需仔細(xì)對比方案后再進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.2方案的比較及確定在正式用軟件對零件進(jìn)行三維造型設(shè)計(jì)之前，需有一個方案的確定。所以，一般某個零件的設(shè)計(jì)都是先制定處二至三個方案，然后討論篩選出較為滿意的方案進(jìn)行深入，深入過程實(shí)際是進(jìn)一步細(xì)化。討論并最終確定方案，這時(shí)的方案會比較細(xì)致，包括產(chǎn)品系列化方案、顏色方案等等。下面就對每一個具體的零件進(jìn)行方案的比較和最終的確定。2.2.1瓶身的方案普通氣瓶的瓶身是一個整體，也就是不分瓶蓋、瓶身和瓶底。這樣的瓶身制造起來方便，但精度不高，也不適用于不銹鋼材料的氣瓶，而本文設(shè)計(jì)的氣瓶材料采用316L和1Cr18Ni9Ti，都是不銹鋼材料。所以瓶身采用瓶蓋、瓶身、瓶底的分開設(shè)計(jì)。瓶身的設(shè)計(jì)有兩種方案可供選擇：(1)具有不銹鋼襯里的雙層瓶身。這種瓶身的優(yōu)點(diǎn)是耐用、密封性好；相對的缺點(diǎn)就是造價(jià)比較高。(2)單層瓶身。這種瓶身的優(yōu)點(diǎn)就是造價(jià)相對低；缺點(diǎn)是沒有雙層瓶身耐用。考慮到使用的方便性，氣瓶要盡可能的輕，盡可能小的體積，儲存盡可能多的氣體，且造價(jià)也不宜太高，本文采用單層瓶身。瓶底的方案：考慮到鉬源氣體的珍貴，為了能使氣體通過排氣管徹底用完，在瓶本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）第4頁共22頁底的設(shè)計(jì)處增加了一個小凹槽，這樣就能保證氣體不浪費(fèi)了。瓶蓋的方案：瓶蓋上需焊接進(jìn)氣管和排氣管，需挖兩個孔。但考慮到本文所設(shè)計(jì)的氣瓶所裝的鉬源氣體十分珍貴，為了保證在氣體沖入瓶中后不被污染，該氣瓶還需配有一個清洗閥，便于瓶身的清洗。所以在瓶蓋上還需開一個孔，用來焊接清洗閥。2.2.2進(jìn)氣管和排氣管的方案進(jìn)氣管和排氣管都可以設(shè)計(jì)成彎曲的造型和筆直的管，考慮整個氣瓶的美觀性，本文采用彎管。2.2.3瓶內(nèi)管的設(shè)計(jì)氣體的排放如若經(jīng)過一個管道則會排放的更加干凈，所以本文的設(shè)計(jì)增加了一根瓶內(nèi)管，便于鉬源氣體的徹底排放。管的彎曲度則由瓶蓋上的孔和瓶底的小凹槽決定，裝配時(shí)管子的兩端需對準(zhǔn)孔和凹槽。2.2.4通氣閥的設(shè)計(jì)沖入氣體和排出氣體都需要通過一個部件，那就是通氣帽。通氣帽由五個零件構(gòu)成，分別是：通氣蓋、通氣管、螺帽、螺母和墊片。相應(yīng)的零件尺寸大小可以查相關(guān)的手冊。2.2.5其它部件的設(shè)計(jì)或選用氣體排放的速度和量的多少由一種標(biāo)準(zhǔn)件VCR接頭控制。所謂標(biāo)準(zhǔn)件，就是可以直接按照相關(guān)參數(shù)（如排氣管的直徑）來選定。至于清洗閥，它的結(jié)構(gòu)和通氣閥是一樣