M500A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29页1引言1.1三维设计的背景和意义随着计算机软硬件技术的发展，微型计算机上的三维设计终于进入了设计领域。从前，设计师在设计对象时，总要把三维的设计对象转化到用二维设计的语言在图纸上表述；这种转化过程的本身就难免会产生错误和歧义，而且设计师有相当一部分的精力用在这种转换上，影响了设计质量和设计水平的完全发挥。如今，微型计算机三维设计突破了设计领域传统的设计模式，让设计师完全回归到自然的、正常的从设计到表达的直接的设计思路中去1。这虽然看似一次简单的设计方式的改革，但带来的将会是重大的设计思想改变，必定带来设计质量的提升。如果说十多年前的“甩图板运动”只是计算机设计的引进阶段的话，那么三维设计将是设计领域中一次革命的变革。正确地、清楚地认识三维设计系统及其相关的各方面知识，才能使我们更好地去引进三维设计系统，并且更快地掌握和运用它。计算机辅助设计（CAD）技术和计算机辅助制造（CAM）技术在近几年来发展迅速,在设计单位与制造企业的应用日趋广泛。三维CAD/CAM技术作为企业技术创新、市场开拓的重要技术手段正逐步成为企业科技进步的主流技术,同时，它也是全面提升企业产品设计与制造水平必须采用的核心技术。所以,企业对三维CAD/CAM方面的人才需求更加迫切,需求量也不断增加2。这对机械类专业学生的能力培养提出了新的要求。目前市场上CAD/CAM软件比较丰富,从AutoCAD到Solidworks、Solidedge、UG、Pro/E，还有国产软件CAXA开目CAD等。仔细分析这些软件,各有优缺点,但软件本身的结构形式与功用基本大同小异。让学生学习和掌握每一种软件,显然是不现实的。只有通过剖析CAD/CAM软件的共性,并在此基础上了解软件开发的基础知识，才能真正掌握软件本身的内涵,达到融会贯通的目的。本科毕业设计是高等教育中培养应用型人才的十分重要的实践性教学系统工程，是持续时间最长、接触工程实际问题最多和最有利于培养和增强学生三维CAD/CAM应用能力的关键性教学环节，是办出应用型高等教育特色的突破口。在毕业设计环节中尽快引入新型课题、新技术和新方法以适应人才需求的发展趋势是当务之急。所以将三维CAD/CAM技术引入应用型本科机械类专业毕业设计，并由浅入深在课题的深度和广度上不断拓展势在必行3。本科毕业设计说明书（论文）第2页共29页1.2国内外气瓶的发展概况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4。建国五十多年来，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405。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。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。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本课题的具体工作本课题研究的是M500A钼源气瓶，由于钼源是一种剧毒性的气体，因此对它的各项要求非常严格。具体工作如下：(1)对气瓶的结构、原理进行详细分析选择适用的材料；(2)设计气瓶的整体结构，运用SolidWorks三维建模软件绘制气瓶的实体模型；(3)完成气瓶各零件的三维造型、工程图的生成以及最终的装配；(4)根据需要生成爆炸图并制定相应的工艺文件。本科毕业设计说明书（论文）第3页共29页2M500A气瓶的总体设计工业产品从设计到加工的过程中,单凭经验和反复的采用实物试验验证的传统制造方法,已经远远不能适应降低制造成本、减少设计和生产周期、快速适应市场变化和增强市场竞争力的需要了。随着科学技术的发展,虚拟制造、虚拟实验使得在实际的产品制造之前就能发现产品在使用和制造中可能存在的问题,提高了产品质量,降低了工业产品的设计与试制的成本6。气瓶是具有潜在危险性的特种容器7。瓶内充装的气体具有压力、可燃性、氧化性、窒息性、毒性、腐蚀性、化学不稳定性等特点,使用环境的特殊性表现在没有固定的使用地点,没有专责的操作人员,使用环境经常变迁,流动性大。可重复充装和搬运,管理比较复杂。一旦发生爆炸或泄漏,就可能引起建筑物和设备的破坏,继而引起原材料和产品的烧毁。不仅使生产活动中断,还会给该地区的居民带来灾难8,9。所以我们在设计气瓶之前要详细了解它潜在的危险，相对的做出合理的设计，只有这样我们所设计出来的气瓶才有真正的价值。2.1M500A气瓶材料的选择本课题研究的是钼源气瓶，由于钼源是一种剧毒性的气体，所以对输送、贮存这类气体气瓶的安装、焊接、严密性、洁净度、耐腐蚀都有严格的要求。所以根据钼源的特性我们采用1Cr18Ni9Ti作为M500A气瓶的制作材料，1Cr18Ni9Ti有较高的抗拉强度，较低的屈服点，极好的塑性和韧性，焊接性能和冷弯成型性能好，1Cr18Ni9Ti含有抗晶界腐蚀的钛，可以通过热处理提高它的抗晶界腐蚀能力10。所以很适合装钼源这种剧毒性的气体。2.2M500A气瓶的总体结构及其工作原理本章通过对国内外现有气瓶的设计加工方案、原理进行了详细的分析比较，并且针对钼源这种有剧毒性的气体作出必要的研究。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。所以为了防止毒气泄漏，维护广大消费者的人身安全，我们对设计的气瓶采取焊接的方案，对气瓶的其它附件均符合国家气瓶技术标准。经过对国内外各式各样气瓶设计方案的考究，我设计的M500A气瓶的参数总图如下图2.1。如图2.1所示，M500A气瓶主要由瓶盖、瓶底、瓶身、VCR接头、清洗阀、进气本科毕业设计说明书（论文）第4页共29页阀、出气阀、进气管、内管、排气管等零件组成。151532914283201301516550145（展开长147.6）（插入入口管3mm后,管口至盖内表面的长度应小于145）83.513830313标记处数分区更改文件号签名年、月、日设计标准化审查工艺批准重量比例阶段标记共张第张M500A参数总图M500A-0012图2.1M500A气瓶的参数总图工作原理如下：M500A气瓶在工作之前先要打开清洗阀对瓶子的内部进行清洗，清洗后再烘干这样是保证瓶内的干净无杂质。因为M500A气瓶是用来装钼源这种剧毒性的气体，如果要保证钼源的纯度，在烘干气瓶后还要进行抽真空以保证瓶内合理的气体压力。等一切准备就绪关闭清洗阀，通过有关的设备钼源气体就会从进气阀通过VCR接口、进气管、内管进入气瓶内。相同的道理当使用钼源气体时，也会借助相应的设备使气体被使用。从图2.1可以看出来为了保证气瓶的密封性我们有七处采取了焊接的方案是气体不容易泄漏，这七处分别是：排气阀、排气管与VCR接口的连接口各有一处；进气管、清洗阀、排气管与瓶盖的连接各一处；瓶盖与瓶身的连接处；瓶身与瓶底的连接处都有焊接。2.3M500A气瓶主要零件的设计要点设计是一种寻找和确定最优设计方案的技术。所谓“最优设计”,指的是一种方案可以满足所有的设计要求,而且所需的支出(如重量,面积,体积,应力,费用等)最小。设计方案的任何方面都是可以优化的,如尺寸、形状、支撑位置、制造费用、自然频