M1000A气瓶的三维造型设计毕业论文.doc

本科毕业设计说明书（论文）第1页共25页1引言1.1三维设计的意义与作用现代计算机技术和CAD应用软件技术的发展，决定了CAD应用应当以显著提高设计质量和设计效率，明显降低设计成本，充分缩短设计、生产准备周期，浓缩和提高优秀的设计经验，提高整个设计技术的管理水平为目的1。三维CAD系统中的工程图设计与一般二维设计系统不完全相同，三维CAD系统中的工程图设计可以直接由三维模型投影而成，从而保证各个视图的正确性，使用者只需要对视图中个别线条进行调整，并标注工程符号，即可满足工程图纸的要求。三维模型设计中包括了产品完整的几何结构，还可以从三维模型中产生其他各种视图，除基本标准的三视图外，还可生成轴测图、向视图、各种剖视图、局部视图等。在三维的CAD产品设计中，可以调节渲染所设计产品的一些基本属性，如光源设置，模型属性(颜色、透明度、反射系数等)，还可以设置模型的颜色、纹理、反射、景深、阴影等效果，从而达到渲染产品外观的效果。从设计的观点来看，人们头脑中所构思的设计对象就是三维物体，因此，直接用三维实体形式来描述设计对象是最直观、方便省力的设计方式。随着三维CAD图形技术的发展，使用三维设计的有如下优势：（1）三维模型比二维图形更接近真实的对象。（2）三维模型可以转变为多个视图，并可在标注带有尺寸的二维产品图，从而获得二者的最佳形式。这种从三维模型转为二维图形的优点是：对于模型和任何修改将自动反映到相应的视图上。（3）三维模型可生成具有真实感的渲染图。产品图是非常有价值的，但渲染图常常可以更清楚地展现一个设计，并有利于找出设计缺陷和验证设计。（4）可直接作为不需要用图纸的对象成型。通常，采用第三方面的程序将模型转换为数控加工的格式2。只有在三维的CAD设计中，才可能建立进行有限元分析的原始基本数据，进而实现产品的优化设计。用三维模型在装配状态下进行零件设计，可避免实际的干涉现象起到事半功倍的作用。凡此种种，二维的绘图设计只能在局部勉强达到。因此，采用三维设计是设计理念的一种变革，是CAD的真正应用的开始3,4。本科毕业设计说明书（论文）第2页共25页1.2CAD在三维设计中的应用三维CAD系统作为一种直观、形象的设计辅助工具，可以帮助设计人员建立产品的三维模型。随着计算机软件和硬件技术的发展以及数学方法的引入，计算机三维技术得到了迅速的发展和广泛的应用，包括建筑、机械上的工程应用和特殊效果的设计等，尤其是在现代加工技术下，数控加工设备对零件的三维模型依赖越来越高，通过使用CAM软件对零件的三维模型的处理来实现零件的数控加工设计5，就会及早取得经济和技术效益，因为它是CAD应用发展的必然趋势。随着CAD产品的不断升级更新，它的三维设计功能会越来越强大。一方面对产品进行造型设计、外观设计，完成后的三维实体模型图像逼真，可用于制作产品样本、宣传样本等；另一方面，通过进行装配仿真、机构运动仿真来进行尺寸干涉检查和运动干涉检查，能及时发现设计中的错误，实现产品设计尺寸的“无差错设计”。CAD软件主要用来绘制工程图，由于其强有力的图形处理功能吸引了众多的用户使用，又由于CAD系统方便的二次开发环境吸引了众多专业人员支开发它，因此CAD系统功能将会越来越强，使用会更加方便。1.3国内外气瓶的发展现状在经济高速发展的现代社会中，气瓶制造业被认为属于朝阳工业范畴6。多年来，我国气瓶行业走过了从无到有，从小到大的道路。随着国家经济建设需求的增长，更主要是气体工业的发展，带动了气瓶制造业的兴起和发展。从1957年设计制造了第一批40升15Mpa级钢质无缝气瓶开始，到以后相应的铝合金无缝气瓶，液化石油气钢瓶,各种焊接气瓶以及近几年开发的高强钢无缝气钢瓶，汽车用液化石油气钢瓶等等。中国是大量生产和使用气瓶的国家，已经是国际上不容忽视的气瓶大国。但是应该承认我国的气瓶产品还存在着普通产品低档化，高、精、尖、特产品制造能力存在着空白或尚属起步阶段。正如其它行业，气瓶行业具有着自身独特的规律和周期。在国外气瓶行业不断的经历着成长和发展。90年代的复合气瓶市场，日本政府批准了复合气瓶，从美国到日本及其它亚洲国家的出口量剧增。1991年商用碳纤维的价格骤跌，意味着以碳纤维为增强材料的商用复合气瓶成本会降低。美国市场在70年代末，80年代初投入使用的第一批复合气瓶开始陆续达到5O年使用寿命的极限，更新复合气瓶的市场商机开始显现出来。英国、德国和其它欧洲国家于1993年允许碳纤维复合气瓶的销售，到1996年出本科毕业设计说明书（论文）第3页共25页口到欧洲的碳纤维复合气瓶数量急剧增。1996年年底，危品办批准了碳纤维复合气瓶在美国市场的销售。1997年，碳纤维复合材料气瓶进入美国市场，比玻纤维复合气瓶减轻重量约40。这些变化极大的刺激着复合气瓶的市场需求、产量和技术创新。目前复合材料气瓶在美国的研究发展动向主要体现在以下几个方面：一是燃料整体供给系统。该系统是将普通的CNG复合气瓶装入一个复合材料制成的保护壳内，里面填充有防冲撞的泡沫，气瓶与汇流管路相连，并有一个总阀门和减压装置，这样可以减少系统部件。保护壳将气瓶完全包裹起来，并装有简易把手和安装支架，这样看起来，无论是尺寸还是外观，都与普通的汽油箱很相似。二是气瓶的重量趋向更轻，成本趋向更低。三是氢燃料贮气瓶。四是复合材料储能器。五是航空用气瓶。1.4本文主要工作在经济高速发展的现代化社会中，气瓶制造业也不断朝着高、精、尖、特产品发展。随着社会经济的高速发展，气瓶越来越多的被使用在经济建设和社会生活中。而在现代化的制造企业中都普遍采用计算机辅助设计软件来进行产品的设计工作，能够运用计算机辅助设计软件设计一种安全、低成本、使用寿命长的气瓶以满足应用需求将会越来越受欢迎。本文采用SolidWorks，以一个实际的产品M200A气瓶为研究对象设计了M1000A气瓶，制作了该气瓶所有零部件的三维构造模型和非标准零件的工程图以及产品的装配图。在此基础上，出于制造的目的，形象地分析它们零部件之间的相互关系，将装配图按照零部件的配合条件产生爆炸试图。本科毕业设计说明书（论文）第4页共25页2M1000A气瓶的总体设计2.1几种气瓶结构性能简介2.1.1铝合金内胆纤维全缠绕气瓶该气瓶内胆以优质6061铝合金材料，经冲压、拉伸、热处理、数控旋压收口、内表面处理等工序加工制作而成。内胆壁厚均匀、壁厚差小，肩、底形状精度高、一致性强，内表面采用阳极氧化处理，具有更加良好抗腐蚀性能。气瓶缠绕层采用进口优质碳纤维、环氧树脂等原材料，经数控缠绕、高温固化等工序加工而成。较金属气瓶具有更优良的综合性能，工作压力大幅度提高，储气量增加，重量减轻约50%，具有更好的耐腐蚀性、绝缘性、减震性和安全性。可以在消防队员或救护人员进入烟雾、毒气、粉尘或缺氧等恶劣环境时提供有效的呼吸系统保护，广泛应用于消防、矿山、化工、冶金、石油、电力、医疗、防暴、天然气汽车等领域。造型如图2.1所示。图2.1铝合金内胆