M200A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22页1引言1.1本课题研究背景和意义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。气体应用技术在发达国家已经达到很高水平，全世界已有130种气体要用气瓶充装，中国也达到了80余种。据统计，国民生产总值每增加1%，气瓶需求量就增加1.5%，而国际市场每年大约以5%的速度增长。全世界年需求气瓶量可达到500万支，产值约40亿美元。这其中一部分自然也包括了新兴的以“轻质高强”为特点的复合材料气瓶。据悉，全世界有300万只复合材料气瓶在运行1。原有的各类气瓶基本都是金属气瓶，而新型复合材料气瓶具有良好的承载能力、密封性、抗腐蚀性以及安全性，既可以降低能源消耗和费用，也不会像金属气瓶爆炸是产生碎片，所以将成为金属气瓶的最佳取代品。气瓶的种类有很多，具体分类如表1：表1气瓶的分类分类按制造方法分按充装介质的性质分按公称工作压力分（1）钢制无缝气瓶永久气体气瓶高压气瓶（2）钢制焊接气瓶液化气体气瓶低压气瓶（3）缠绕玻璃纤维气瓶溶解气体气瓶本课题研究的是钼源气瓶，钼作为一种金属元素，通常用作合金及不锈钢的添加剂，它可增强合金的强度、硬度、可焊性及韧性，还可增强其耐高温强度及耐腐蚀性能。但钼是有毒物质，所以钼源气瓶要求很高的密封性。1.2气瓶的国内外研究现状自上世纪后半叶以来，复合材料气瓶在西方国家得到飞速的发展。以CNG气瓶的研发和开发方面为例，美国的Lincol公司、SCI公司和Hydospin公司都走在世界前列。改革开放后的中国自然也有所作为，国内许多公司企业、科研院以及高度院校也纷纷加入到这个行列中来。经过数年努力，他们都拿出了自己的产品或研究成果。国内的研发项目已经解决了CNG气瓶壳体预紧压力设计和树脂配方设计等关键技术，完成了树脂配方全部原材料实现国产化及定型工作、建立了力学计算模型，确定了纤维缠绕角度、铺层结构的工艺参数，开展了爆破、公益性试验及振动和疲劳性能本科毕业设计说明书（论文）第2页共22页研究、设计制造了两工位计算机控制纤维缠绕机并形成了小规模生产能力的生产线，该技术还可在国防领域得到相关应用。目前，国内对气瓶的研究内容有：对钢制内胆环向纤维缠绕气瓶进行系统研究2；对气瓶设计、结构和受力情况进行有限元分析3；对气瓶进行优化设计，对气瓶的制造工艺提出全面分析，提出优化制造工艺4；对钢内胆和复合材料层在疲劳试验中的模量匹配问题进行深入研究，综合考虑表面的压应力、疲劳应力、钢和玻璃纤维的弹性模量及在疲劳中应变量和变形匹配，提出和完善复合材料缠绕工艺5。我国的复合材料气瓶产业虽然才刚刚起步，但我国的纤维缠绕技术根基深厚，气瓶制造只要坚持下去，必有成绩和回报6。而计算机三维设计的引入给设计领域的传统方法带来了一场变革，准确掌握和应用计算机辅助设计技术，对软件行业及机械行业都有着重大对意义。1.3本文的具体工作本文的具体工作如下：(1)对M200A气瓶现有的结构、原理进行详细分析；(2)设计M200A气瓶的整体结构，并运用SolidWorks三维建模软件建立气瓶的实体模型；(3)完成M200A气瓶这个产品中各零件的三维造型、工程图生成及最终的装配；(4)制定相应的工艺文件。本科毕业设计说明书（论文）第3页共22页2M200A气瓶的总体设计M200A气瓶一种比较精密的仪器，它的各个部件的选择不是凭空想象的，每个部件的确定都有其一定的科学规律。本课题设计的气瓶所装的钼源气体主要运用于集成电路板，所以要求所设计的气瓶以尽可能轻的重量，尽可能小的体积，储存尽可能多的气体。并且由于钼源是有毒的，对气瓶的密封性要求很高，在实际生产中，对气瓶的焊缝质量、焊接接头的力学性能等都提出了很高的要求。2.1M200A气瓶的总体结构及其工作原理鉴于其它气瓶已有的结构，可以知道一个气瓶大致有以下几个部分组成：瓶身、进气管、排气管、控制阀门等。其工作原理也很简单：由进气管充气，通过控制阀门的开/关进行气体的排放。考虑到所设计的气瓶用到的场合较特殊，每个部件需仔细对比方案后再进行设计。2.2方案的比较及确定在正式用软件对零件进行三维造型设计之前，需有一个方案的确定。所以，一般某个零件的设计都是先制定处二至三个方案，然后讨论筛选出较为满意的方案进行深入，深入过程实际是进一步细化。讨论并最终确定方案，这时的方案会比较细致，包括产品系列化方案、颜色方案等等。下面就对每一个具体的零件进行方案的比较和最终的确定。2.2.1瓶身的方案普通气瓶的瓶身是一个整体，也就是不分瓶盖、瓶身和瓶底。这样的瓶身制造起来方便，但精度不高，也不适用于不锈钢材料的气瓶，而本文设计的气瓶材料采用316L和1Cr18Ni9Ti，都是不锈钢材料。所以瓶身采用瓶盖、瓶身、瓶底的分开设计。瓶身的设计有两种方案可供选择：(1)具有不锈钢衬里的双层瓶身。这种瓶身的优点是耐用、密封性好；相对的缺点就是造价比较高。(2)单层瓶身。这种瓶身的优点就是造价相对低；缺点是没有双层瓶身耐用。考虑到使用的方便性，气瓶要尽可能的轻，尽可能小的体积，储存尽可能多的气体，且造价也不宜太高，本文采用单层瓶身。瓶底的方案：考虑到钼源气体的珍贵，为了能使气体通过排气管彻底用完，在瓶本科毕业设计说明书（论文）第4页共22页底的设计处增加了一个小凹槽，这样就能保证气体不浪费了。瓶盖的方案：瓶盖上需焊接进气管和排气管，需挖两个孔。但考虑到本文所设计的气瓶所装的钼源气体十分珍贵，为了保证在气体冲入瓶中后不被污染，该气瓶还需配有一个清洗阀，便于瓶身的清洗。所以在瓶盖上还需开一个孔，用来焊接清洗阀。2.2.2进气管和排气管的方案进气管和排气管都可以设计成弯曲的造型和笔直的管，考虑整个气瓶的美观性，本文采用弯管。2.2.3瓶内管的设计气体的排放如若经过一个管道则会排放的更加干净，所以本文的设计增加了一根瓶内管，便于钼源气体的彻底排放。管的弯曲度则由瓶盖上的孔和瓶底的小凹槽决定，装配时管子的两端需对准孔和凹槽。2.2.4通气阀的设计冲入气体和排出气体都需要通过一个部件，那就是通气帽。通气帽由五个零件构成，分别是：通气盖、通气管、螺帽、螺母和垫片。相应的零件尺寸大小可以查相关的手册。2.2.5其它部件的设计或选用气体排放的速度和量的多少由一种标准件VCR接头控制。所谓标准件，就是可以直接按照相关参数（如排气管的直径）来选定。至于清洗阀，它的结构和通气阀是一样