关 键 词：

机械类 m200a 三维 造型 设计 cad

资源描述：

机械类M200A气瓶的三维造型设计带CAD图,机械类,m200a,三维,造型,设计,cad

内容简介：

南京理工大学泰州科技学院毕业设计(论文)前期工作材料学生姓名:任蕾蕾学 号：05010203系部:机械工程系专 业:机械工程及自动化设计(论文)题目:M200A气瓶的三维造型设计指导教师:黄新燕副教授 (姓 名) (专业技术职务)材 料 目 录序号名 称数量备 注1毕业设计(论文)选题、审题表12毕业设计(论文)任务书13毕业设计(论文)开题报告含文献综述14毕业设计(论文)外文资料翻译含原文15毕业设计（论文）中期检查表12009年5月南京理工大学泰州科技学院毕业设计(论文)前期工作材料学生姓名:任蕾蕾学 号：05010203系部:机械工程系专 业:机械工程及自动化设计(论文)题目:M200A气瓶的三维造型设计指导教师:黄新燕副教授 (姓 名) (专业技术职务)材 料 目 录序号名 称数量备 注1毕业设计(论文)选题、审题表12毕业设计(论文)任务书13毕业设计(论文)开题报告含文献综述14毕业设计(论文)外文资料翻译含原文15毕业设计（论文）中期检查表12009年5月 南京理工大学泰州科技学院毕业设计（论文）任务书系部：机械工程系专 业：机械工程及自动化学 生 姓 名：任蕾蕾学 号：05010203设计(论文)题目：M200A气瓶的三维造型设计起 迄 日 期:2009年03月09日 06月14日设计(论文)地点:南京理工大学泰州科技学院指 导 教 师:黄新燕 张乐莹专业负责人:龚光容发任务书日期: 2009年 2月 26日任务书填写要求1毕业设计（论文）任务书由指导教师根据各课题的具体情况填写，经学生所在专业的负责人审查、系部领导签字后生效。此任务书应在第七学期结束前填好并发给学生；2任务书内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴；3任务书内填写的内容，必须和学生毕业设计（论文）完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业及系部主管领导审批后方可重新填写；4任务书内有关“系部”、“专业”等名称的填写，应写中文全称，不能写数字代码。学生的“学号”要写全号；5任务书内“主要参考文献”的填写，应按照国标GB 77142005文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性；6有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 74082005数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。毕 业 设 计（论 文）任 务 书1本毕业设计（论文）课题应达到的目的： 通过本次毕业设计，将进一步巩固所学的机械设计、计算机辅助设计及辅助制造等机械制造领域的相关专业知识，并锻炼其运用所学的知识来分析和解决问题的能力。在毕业设计中，通过对通用CAD设计软件工具的运用，也可进一步提高学生对新知识的学习、运用能力。本次毕业设计也可培养学生外文文献的阅读和翻译以及相关资料的查阅能力，从而从整体上提高学生的综合素质。2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：本次毕业设计的课题是气瓶的三维造型设计。该同学在这个课题中主要负责完成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并制定相应的工艺文件。具体要求包括：（1）外文资料翻译，至少3000字；（2）阅读相关文献资料，了解国内外相关领域的研究现状，撰写文献综述；（3）气瓶材料采用316L和1Cr18Ni9Ti；(4) 气瓶的内表面粗糙度，机加工应达到1.6,机械抛光应达到0.1，最后经电抛光处理；（5）气瓶直径，瓶身高150；（6）利用通用CAD软件完成零件造型、装配及工程图生成；（7）撰写毕业设计论文说明书；毕 业 设 计（论 文）任 务 书3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括毕业设计论文、图表、实物样品等：1气瓶全套二维工程图2气瓶全套三维造型文档3毕业设计说明书（一份）4主要参考文献：1 陈伯雄. 三维设计是CAD技术应用的必然趋势. 北京：机械工业出版社，20002 刘永翔. 产品设计实用基础M. 北京:化学工业出版社,20033 康晓东. CAD技术(上)J. 机械工程师,19974 许发樾. 模具结构设计. 北京:机械工业出版社，20035 李德群.现代模具设计方法.北京:机械工业出版社，20016 张阿维,王会燃. 计算机辅助工业设计的现状与发展J. 西北纺织工学院学报,19997 袁波. 基于三维模型的二三维一体化设计. 计算机辅助设计与制造，19988 评测专家组. 三维CAD/CAM软件评测总结. 计算机辅助设计与制造，19999 樊柄辉，李江云. 三维参数化特征造型机械CAD北京：清华大学出版社，199910 李启炎.三维CAD设计及制图教程. 上海：同济大学出版社,2000毕 业 设 计（论 文）任 务 书5本毕业设计（论文）课题工作进度计划：起 迄 日 期工 作 内 容2009年 3月9日 3月19日 3月20日 4月9 日4月10日 5月1日5月2日 5月10 日5月11日 5月20日5月21日 6月5日6月6日 6月10日6月11日 6月14日下达毕业设计任务，翻译英文资料，完成资料的查询完成文献综述和开题报告和课题前期准备零件的三维造型设计产品的装配撰写工艺文件撰写论文修改论文论文答辩所在专业审查意见：负责人： 年 月 日系部意见：系部主任： 年 月 日PAGE 南京理工大学泰州科技学院毕业设计（论文）任务书系部：机械工程系专 业：机械工程及自动化学 生 姓 名：任蕾蕾学 号：05010203设计(论文)题目：M200A气瓶的三维造型设计起 迄 日 期:2009年03月09日 06月14日设计(论文)地点:南京理工大学泰州科技学院指 导 教 师:黄新燕 张乐莹专业负责人:龚光容发任务书日期: 2009年 2月 26日任务书填写要求1毕业设计（论文）任务书由指导教师根据各课题的具体情况填写，经学生所在专业的负责人审查、系部领导签字后生效。此任务书应在第七学期结束前填好并发给学生；2任务书内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴；3任务书内填写的内容，必须和学生毕业设计（论文）完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业及系部主管领导审批后方可重新填写；4任务书内有关“系部”、“专业”等名称的填写，应写中文全称，不能写数字代码。学生的“学号”要写全号；5任务书内“主要参考文献”的填写，应按照国标GB 77142005文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性；6有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 74082005数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。毕 业 设 计（论 文）任 务 书1本毕业设计（论文）课题应达到的目的： 通过本次毕业设计，将进一步巩固所学的机械设计、计算机辅助设计及辅助制造等机械制造领域的相关专业知识，并锻炼其运用所学的知识来分析和解决问题的能力。在毕业设计中，通过对通用CAD设计软件工具的运用，也可进一步提高学生对新知识的学习、运用能力。本次毕业设计也可培养学生外文文献的阅读和翻译以及相关资料的查阅能力，从而从整体上提高学生的综合素质。2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：本次毕业设计的课题是气瓶的三维造型设计。该同学在这个课题中主要负责完成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并制定相应的工艺文件。具体要求包括：（1）外文资料翻译，至少3000字；（2）阅读相关文献资料，了解国内外相关领域的研究现状，撰写文献综述；（3）气瓶材料采用316L和1Cr18Ni9Ti；(4) 气瓶的内表面粗糙度，机加工应达到1.6,机械抛光应达到0.1，最后经电抛光处理；（5）气瓶直径，瓶身高150；（6）利用通用CAD软件完成零件造型、装配及工程图生成；（7）撰写毕业设计论文说明书；毕 业 设 计（论 文）任 务 书3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括毕业设计论文、图表、实物样品等：1气瓶全套二维工程图2气瓶全套三维造型文档3毕业设计说明书（一份）4主要参考文献：1 陈伯雄. 三维设计是CAD技术应用的必然趋势. 北京：机械工业出版社，20002 刘永翔. 产品设计实用基础M. 北京:化学工业出版社,20033 康晓东. CAD技术(上)J. 机械工程师,19974 许发樾. 模具结构设计. 北京:机械工业出版社，20035 李德群.现代模具设计方法.北京:机械工业出版社，20016 张阿维,王会燃. 计算机辅助工业设计的现状与发展J. 西北纺织工学院学报,19997 袁波. 基于三维模型的二三维一体化设计. 计算机辅助设计与制造，19988 评测专家组. 三维CAD/CAM软件评测总结. 计算机辅助设计与制造，19999 樊柄辉，李江云. 三维参数化特征造型机械CAD北京：清华大学出版社，199910 李启炎.三维CAD设计及制图教程. 上海：同济大学出版社,2000毕 业 设 计（论 文）任 务 书5本毕业设计（论文）课题工作进度计划：起 迄 日 期工 作 内 容2009年 3月9日 3月19日 3月20日 4月9 日4月10日 5月1日5月2日 5月10 日5月11日 5月20日5月21日 6月5日6月6日 6月10日6月11日 6月14日下达毕业设计任务，翻译英文资料，完成资料的查询完成文献综述和开题报告和课题前期准备零件的三维造型设计产品的装配撰写工艺文件撰写论文修改论文论文答辩所在专业审查意见：负责人： 年 月 日系部意见：系部主任： 年 月 日南京理工大学泰州科技学院学生毕业设计（论文）中期检查表学生姓名任蕾蕾学 号05010203指导教师黄新燕选题情况课题名称M200A 气瓶的三维造型设计难易程度偏难适中偏易工作量较大合理较小符合规范化的要求任务书有无开题报告有无外文翻译质量优良中差学习态度、出勤情况好一般差工作进度快按计划进行慢中期工作汇报及解答问题情况优良中差中期成绩评定：良好所在专业意见：该学生学习态度认真，能积极主动地完成布置的任务，达到所要求的工作进度。 负责人： 年 月 日南京理工大学泰州科技学院学生毕业设计（论文）中期检查表学生姓名任蕾蕾学 号05010203指导教师黄新燕选题情况课题名称M200A 气瓶的三维造型设计难易程度偏难适中偏易工作量较大合理较小符合规范化的要求任务书有无开题报告有无外文翻译质量优良中差学习态度、出勤情况好一般差工作进度快按计划进行慢中期工作汇报及解答问题情况优良中差中期成绩评定：良好所在专业意见：该学生学习态度认真，能积极主动地完成布置的任务，达到所要求的工作进度。 负责人： 年 月 日南京理工大学泰州科技学院本科生毕业设计（论文）选题、审题表系部机械工程系指导教师姓 名黄新燕专业技术职 务副教授课题名称M200A 气瓶的三维造型设计适用专业机械工程及自动化课题性质ABCDE课题来源ABCD课题预计工作量大小大适中小课题预计难易程度难适中易课题简介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。因此，对于机械工程专业的学生，如果能很好地掌握一种CAD工具进行相关的设计工作，将有助于学生在今后的工作岗位上更快地投入工作中。本课题以一个实际的产品M200A气瓶为研究对象，达到培养学生运用通用的三维设计软件完成产品的整个设计工作的能力。课题应完成的任务和对学生的要求本课题需完成的任务包括：l 所有零件的三维造型l 零、部件及最终产品的装配l 非标零件工程图以及产品装配图为了较好地完成以上任务，要求学生已掌握一种CAD设计软件，在毕业设计中能积极、认真地和老师配合，按照老师的要求完成任务。所在专业审定意见： 专业负责人(签名)： 年 月 日本课题由 任蕾蕾 同学选定，学号： 05010203 注：1该表由指导教师填写，经所在专业负责人签名后生效，作为该专业学生毕业设计（论文）选题使用；2有关内容的填写见背面的填表说明，并在表中相应栏内打“”； 3课题一旦被学生选定，此表须放在学生“毕业设计（论文）资料袋”中存档。填 表 说 明1该表的填写只针对1名学生做毕业设计（论文）时选择使用，如同一课题由2名及2名以上同学选择，应在申报课题的名称上加以区别（加副标题），并且在“设计（论文）要求”一栏中说明。2“课题性质”一栏：A产品设计；B工程技术研究；C软件开发；D研究论文或调研报告；E其它。3“课题来源”一栏：A自然（社会）科学基金与省（部）、市级以上科研课题；B企、事业单位委托课题；C校、院（系）级基金课题；D自拟课题。4“课题简介”一栏：主要指该课题的背景介绍、理论意义或实用价值。南京理工大学泰州科技学院本科生毕业设计（论文）选题、审题表系部机械工程系指导教师姓 名黄新燕专业技术职 务副教授课题名称M200A 气瓶的三维造型设计适用专业机械工程及自动化课题性质ABCDE课题来源ABCD课题预计工作量大小大适中小课题预计难易程度难适中易?课题简介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。因此，对于机械工程专业的学生，如果能很好地掌握一种CAD工具进行相关的设计工作，将有助于学生在今后的工作岗位上更快地投入工作中。本课题以一个实际的产品M200A气瓶为研究对象，达到培养学生运用通用的三维设计软件完成产品的整个设计工作的能力。课题应完成的任务和对学生的要求本课题需完成的任务包括：所有零件的三维造型零、部件及最终产品的装配非标零件工程图以及产品装配图为了较好地完成以上任务，要求学生已掌握一种CAD设计软件，在毕业设计中能积极、认真地和老师配合，按照老师的要求完成任务。所在专业审定意见： 专业负责人(签名)： 年 月 日本课题由 任蕾蕾 同学选定，学号： 05010203 注：1该表由指导教师填写，经所在专业负责人签名后生效，作为该专业学生毕业设计（论文）选题使用；2有关内容的填写见背面的填表说明，并在表中相应栏内打“”； 3课题一旦被学生选定，此表须放在学生“毕业设计（论文）资料袋”中存档。填 表 说 明1该表的填写只针对1名学生做毕业设计（论文）时选择使用，如同一课题由2名及2名以上同学选择，应在申报课题的名称上加以区别（加副标题），并且在“设计（论文）要求”一栏中说明。2“课题性质”一栏：A产品设计；B工程技术研究；C软件开发；D研究论文或调研报告；E其它。3“课题来源”一栏：A自然（社会）科学基金与省（部）、市级以上科研课题；B企、事业单位委托课题；C校、院（系）级基金课题；D自拟课题。4“课题简介”一栏：主要指该课题的背景介绍、理论意义或实用价值。南京理工大学泰州科技学院毕业设计（论文）评语学生姓名： 任蕾蕾 班级、学号： 05010203 题 目： M200A气瓶的三维造型设计 综合成绩： 指导者评语：该生通过本次毕业设计使用Solidworks计算机辅助设计平台对M200A气瓶进行了三维造型设计、装配和工程图的生成，探讨了气瓶的装配工艺。完成了毕业设计任务书规定的设计任务，达到了“（论文）任务书”的要求，具有一定的实用价值和创新性。从本次毕业设计可以反映该生具备较强的独立工作能力，工作态度认真，作风严谨。该论文内容较完整，论述基本正确，撰写语句较流畅，全文打印格式较规范，图表符合要求。但尚存在对科研资料查阅较少，对国内外现状了解欠深入等问题。依照校毕业论文管理相关规定，同意该生提交答辩，建议成绩评定为良好。 指导者(签字)： 2009 年 5 月 10 日毕业设计（论文）评语评阅者评语： 评阅者(签字)： 年 月 日答辩委员会（小组）评语： 答辩委员会（小组）负责人(签字)： 年 月 日南京理工大学泰州科技学院毕业设计（论文）评语学生姓名： 任蕾蕾 班级、学号： 05010203 题 目： M200A气瓶的三维造型设计 综合成绩： 指导者评语：该生通过本次毕业设计使用Solidworks计算机辅助设计平台对M200A气瓶进行了三维造型设计、装配和工程图的生成，探讨了气瓶的装配工艺。完成了毕业设计任务书规定的设计任务，达到了“（论文）任务书”的要求，具有一定的实用价值和创新性。从本次毕业设计可以反映该生具备较强的独立工作能力，工作态度认真，作风严谨。该论文内容较完整，论述基本正确，撰写语句较流畅，全文打印格式较规范，图表符合要求。但尚存在对科研资料查阅较少，对国内外现状了解欠深入等问题。依照校毕业论文管理相关规定，同意该生提交答辩，建议成绩评定为良好。 指导者(签字)： 2009 年 5 月 10 日毕业设计（论文）评语评阅者评语： 评阅者(签字)： 年 月 日答辩委员会（小组）评语： 答辩委员会（小组）负责人(签字)： 年 月 日 本科毕业设计说明书（论文） 第 24 页 共 24 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。2 M200A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。2.1 M200A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的，只要确定其各个零件的尺寸大小就可以了，而它的尺寸也可以按瓶盖上孔的大小作为参照尺寸。2.2.6 钢丝绳的设计在通气帽上连接着一根钢丝绳，这是为了方便通气盖拧下时的放置，可以直接吊在绳索上。至此，M200A气瓶的总体设计就基本上完成了。下面就可以用三维造型软件进行具体的设计了。3 M200A气瓶的三维造型随着计算机辅助设计技术的飞速发展与功能的不断完善，为工程技术人员提供的高效方法和手段越来越丰富。尤其是三维CAD/CAM软件的广泛应用与普及，使得现代机械产品设计逐步进入三维设计时代。三维设计具有形象、直观、精确、快速的特点，在产品开发、结构分析、产品性能的评估、确定和优化物理样机参数过程中起到决定性作用，为新产品研发一次成功，提供了强有力的技术支持。3.1 三维造型软件介绍目前,市场上流行很多三维设计软件,如Pro /E、UG、CAXA 、SolidWorks等,这些三维设计软件都具有强大的实体建模、参数化特征造型、曲面造型和大型装配处理等功能,它们被广泛用于机械、汽车、航空等领域。美国PTC公司开发的Pro/E软件是基于参数化的三维实体设计软件，共有近30个大模块，其功能非常强大，几乎涵盖了机械学科的各个专业。其中，实体造型、曲面造型、模具设计、数控加工、虚拟装配、运动仿真、工程管理、工程图绘制等都是它的基本功能。该软件还提供了大量是工业标准模块和数据转换接口，其功能之丰富、专业程度之高、涵盖面之广，在众多CAD软件系列中都是少有的7。SolidWorks是一套基于W indows的CAD /CAE /CAM /PDM桌面集成系统,是美国Solid Works公司在总结和继承了大型机械CAD 软件的基础上,在Windows环境下实现的第一个机械三维CAD软件。它全面采用非全约束的特征建模技术,其设计过程全相关性,可以在设计过程的任何阶段修改设计。该软件具有产品配置功能,可以为用户设计不同构性的产品。它集成了设计、分析、加工和数据管理过程,所获得的分析和加工模拟结果成为产品模型的属性,它将2D造型绘图与3D造型技术融为一体,能自动生成零件尺寸、材料明细表(BOM) 、具有指引线的零部件编号等技术资料,从而简化了工程图样的生成过程。同时有中英文两种界面可以选择,其先进的特征树结构使操作更加简便和直观。具有交好的开发性接口和功能扩充性。能轻松实现各种CAD软件之间的数据转换传送。SolidWorks软件的主要特点:(1) SolidWorks提供了直接绘制三维草图的功能,在友好的用户界面下, 象绘制线架图一样不再局限在平面上, 而是在空间直接画草图。此外3D草图还可作为装配环境下的布局草图进行关联设计。(2) SolidWorks提供了一个动画功能, 可以生成实体的装配过程、爆炸过程、运动过程的动画文件, 同时也生成各个过程的组合动画文件。(3) SolidWorks友好的界面。图形菜单设计简单明快、形象化, 一看即知。系统的所有参数设置全部集中在一个选项中, 容易查找和设置。实体的建模和装配完全符合于自然的三维世界。特别是装配约束的概念非常简单且容易理解。对实体的放大, 缩小和旋转等操作可以在任何命令过程中使用, 实体的选取非常容易和方便。(4) SolidWorks建模迅速, 操作灵活, 是一种尺寸驱动且基于特征的三维设计软件, 具有构造历史以供事后修改, 更加适合学生在机械制图综合实践中使用8。3.2 M200A气瓶的三维造型设计的M200A气瓶的装配图如图1。图1 M200A气瓶结构图如图所示，M200A主要由瓶盖、瓶底、瓶身、VCR接头、清洗阀、进气管、内管、排气管等零件组成。3.2.1 清洗阀的设计清洗阀是M200A气瓶中的关键部件，它既用于清洗，还可以检测所剩气体的多少。所以在设计清洗阀的时候应该充分考虑其光洁度、耐腐蚀性等综合要求，以及为实现这些要求而采用的热处理方式，同时考虑制造工艺问题加以选用，力求经济合理。清洗阀是标准件，市面上现在可以直接买到。清洗阀由无氧铜垫片、通气管、通气盖、螺帽和螺母装配而成，结构如图2：图2 清洗阀结构图(1) 无氧铜垫片无氧铜垫片的主要起密封作用，结构如图3：图3 无氧铜垫片(2) 螺母螺母用于和螺帽连接，结构如图4：图4 螺母(3) 螺帽 螺帽的结构如图5： 图5 螺帽(4) 通气盖通气盖的结构如图6：图6 通气盖(5) 通气管通气管的结构如图7：图7 通气管为了表达清楚清洗阀的装配结构，见如下爆炸视图8：图8 清洗阀的爆炸视图3.2.2 瓶底的设计瓶底主要是起支撑作用的，所以它的厚度有一定的要求，不能太薄。而为了使瓶内的气体完全排完，特别在瓶底挖了一个槽，这样一个小小的设计就能保证气体不浪费了。并且瓶底做了倒圆角处理。瓶底结构如图9：图9 瓶底3.2.3 瓶盖的设计瓶盖上三个孔的位置是有要求的：需考虑应力的分布，重量的分布，也就是整个气瓶装配好以后的重心必须落在瓶身的中心线上，不然气瓶就不能站稳了。瓶盖结构如图10：图10 瓶盖(1) 孔的大小孔的大小是根据管的直径来决定的。(2) 孔的倒角处理为了便于排气管和内管的连接，在孔的底部做了倒角处理。(3) 孔的位置孔的位置考虑了在上面焊接的管、VCR接头等的重量分布情况。3.2.4 瓶身的设计瓶身作为瓶盖与瓶体的连接体，也是气体主要储存的地方，对其壁厚有一定的要求，倒角处理以后需与瓶盖与瓶身吻合，以便于焊接。瓶身结构如图11：图11 瓶盖3.2.5 进气管与排气管的设计进气管与排气管的设计思路是一样的，两根管子的弯度要一致，这是为了在瓶盖上的重量分布均匀，但考虑到排气管还与瓶内管连接，所以排气管应比进气管短一些。进气管和排气管如图12、图13所示： 图12 进气管 图13 排气管3.2.6 通气阀的设计通气阀的结构和清洗阀是一模一样的，只是尺寸不同，在此就不赘述了。3.2.7 VCR接头VCR接头是标准件，市面上可以直接买到。它的主要作用是用来连接通气阀与进、排气管，以及准确控制气体流动的速度与用量它的结构如图14：图14 VCR接头3.3 工程图工程图是设计者思想的表达，是加工零部件的依据，是进行技术交流的重要文本资料。SolidWorks工程图能将2D造型绘图与3D造型技术融为一体，能自动生成零件尺寸、材料明细表（BOM）、具有指引线的零部件编号等技术资料，从而简化了工程图样的生成过程9。SolidWorks工程图文件中包含两个独立的部分：图纸格式和工程图视图。图纸格式包含工程图图幅的大小、标题栏设置、零件明细表及其定位等。由于图纸格式在工程图文件中相对比较稳定，所以一般先设置或者创建需要的工程图图纸格式10。3.3.1 图纸格式的设置图纸格式包括图纸的大小、方向及图框的种类。通过设置图纸格式，用户可以设置需要的图纸边框与标题栏等内容。SolidWorks在创建工程图时，必须设置需要的图纸格式。SolidWorks提供三种图纸格式，分别为标准图纸格式、用户图纸格式与无图纸格式。(1) 标准图纸格式SolidWorks提供了12种标准图纸格式，每一种图纸格式都包含了确定的图框与标题栏，用户可以根据需要选用。图纸的设置方向通常有横向和纵向两种。(2) 用户图纸格式用户图纸格式是读者自行设置的图纸格式。(3) 无图纸格式该方式只能定义图纸的大小，没有图框和标题栏，是一张空白的图纸。实际应用中，各单位的图纸格式往往不一样，所以用户需要设计符合自己的图纸格式并储存，以后用到的时候，只要调用该图纸格式即可。本文采用用户图纸格式，根据所设计气瓶的总体尺寸和各个零部件的尺寸，需用到A2和A4图纸。完成了图纸的一系列相关设定后，就可以建立工程视图了。3.3.2 工程图视图工程视图包括：标准三视图、命名视图、投影视图、剖面视图、旋转剖视图、辅助视图和局部放大图。(1) 标准三视图标准三视图能为零件或装配体同时生成三个相关的默认正交视图，默认的标准三视图为前视、上视及右视3个视图。常用创建标注三视图的方法有两种：直接选取法和文件插入法。(2) 模型视图当生成新工程图，或者将一模型视图插入到工程图文件中时，将弹出【模型视图】属性管理器，可从指定的视图名称选择一方向，然后生成工程图视图。模型视图可以创建前视、后视、左视、右视、上视、下视、等轴测、当前模型视图、上下二等角轴侧及左右二等角轴测等多种视图。(3) 投影视图投影视图是指将工程图中已存在的视图，建立以该视图为前视图的上、下、左、右4个正投影视图中的其中一个视图。(4) 剖面视图剖面视图可以显示设计零件内部特征的厚度、斜度等构造。适当使用剖面图可以使零件的工程图更为清晰，便于读图。剖面视图一般分为：全剖视图、部分剖视图、阶梯剖视图和旋转剖视图等。建立剖视图必须有一条剖面线。对于全剖视图，利用直线或者中心线命令，既可以在执行剖视命令前在视图中剖视位置先画剖面线，也可以在执行剖视命令后在视图中剖视位置再画剖面线。对于部分剖视图，既可以在执行剖视命令前也可以在执行剖视命令后在视图中的剖视位置先画剖面线。阶梯剖视图的剖面线一般为多条连续的直线。创建阶梯剖视图，必须在执行剖视命令前在视图中剖视位置先画剖面线。对于旋转剖视图，既可以在执行剖视命令前也可以在执行剖视命令后在视图中的剖视位置画剖面线。(5) 辅助视图辅助视图类似于投影视图，但是如果零件中包含斜面特征，只以一般正投影视图来观测的话，则可能无法了解斜面上的实际形状。这时只有通过辅助视图命令，才能清楚了解斜面的特征。(6) 局部放大图局部视图用来放大显示模型上较为复杂或者微小的部分。局部视图可以是正交视图、空间视图、剖面视图、裁剪视图、爆炸装配体视图或者另一局部视图。二维工程图与三维图两者是相辅相成，密不可分的。虽然三维造型图在机械设计中更具优势和直观性，但工人在制造零件时依据的还是工程图。3.3.3 M200A气瓶的工程图（1） 剖视图（如图15）图15 瓶盖工程图以上是瓶盖的剖视图，这种表示法就可以清楚地表现瓶盖的内部结构了。（2） 爆炸工程图（如图16）图16 清洗阀工程图以上是清洗阀的爆炸工程图，这样的表现手法可以清晰的地表现出部件的装配关系了。（3） 标准三视图（如图17）图17 通气盖工程图以上是通气盖的标准三视图，分别是主视图、俯视图和左视图。这种视图表示法适用于三视图不一样的零件，而本图中的左视图又通过剖视图来表现，这样就更清楚地表现出通气盖的内部结构了。4 M200A气瓶的装配工艺分析和装配4.1 气瓶装配工艺气瓶在实际装配时采用的是焊接形式，而不是简单的机械连接，这是一种不可拆卸的连接。这是为了保证气瓶的密封性，防止所装有毒气体的泄露。所谓焊接结构装配焊接工艺(以下简称装焊工艺) ,就是一个焊接结构的实际生产过程,主要是指组成结构件的零部件装配焊接的先后次序及相应的装配焊接内容,即具体的加工工艺路线。而焊接结构装焊工艺的设计,就是通过对焊接结构的结构和功能的分析,对其整体装焊工艺进行规划,从而保证整体装焊工艺的完整性和有效性的过程11。本课题所设计的M200A气瓶所用的材料为1Cr18Ni9Ti不锈钢，这种奥氏体不锈钢在焊接时，它的流动性能好，致密性强，成型美观，韧性和强度较高，防腐蚀能力强，是化工容器的良好使用材料。对于1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢而言，一般情况下能很好地是适应于溶化焊接，但是从经济、实用和机械器具及技术性能方面考虑，还是采用手工电弧焊接较好12。装配时根据1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢的特点、性能进行装配加工。气瓶装配时所采取的工艺流程如下：各零件加工打磨清洗超声波清洗定位焊检验圆周焊检验烘干抽真空冲入气体13。4.2 装配过程在现代制造业中, 装配是产品生命周期的重要环节,装配成本占产品制造成本的40%50%, 装配工作量占整个制造工作量的20%70%, 且手工作业工作量大, 装配自动化一直是制造自动化中的瓶颈问题。因此, 1980 年代初, 出现了对计算机辅助装配规划( Computer AidedAssembly Process Planning, CAAPP) 技术的研究。目前,计算机辅助装配规划已经成为CAD 技术推广应用的热点研究内容之一, 其目的是给设计人员提供设计决策支持, 达到缩短产品设计周期, 提高产品装配效率的目的。SolidWorks为用户提供了一个高效、易用的装配设计环境。在这个环境中用户既可以通过自底向上的方式将单个的零件装配为低级的子装配，进而由低级的子装配组装为更高一级的子装配，最后完成整个装配；也可以通过顶向下的装配方式直接在装配环境中派生设计零件。在创建新零件时，可直接参考其他零件并保持关联14。4.2.1 装配规划的方法装配规划实质上就是在各种几何约束条件及工艺约束条件的制约下, 求解出满足各种约束条件、效率优良的装配顺序, 装配序列的规划方法可分为如下几种:（1) 基于装配优先约束关系的装配序列生成方法获取优先约束关系是最直观的装配顺序生成方法,该方法的关键是装配优先约束关系的获取, 采用人机交互的方法, 工作量大, 人员要求高, 易出错, 自动获取优先约束难度大, 优点是获得零件装配的优先约束后, 容易求得零件的装配顺序。（2) 基于部件识别的装配序列求解方法根据零件的部件分类, 分层次生成部件的装配顺序,依据一定的规则综合部件的装配顺序, 即可求得产品的装配序列。基于部件识别的求解方法有效地抑制了装配顺序生成的组合爆炸问题, 但需借助知识去除那些理论上可行但实际装配操作工艺性差的装配序列。（3) 拆卸法求解装配顺序的方法拆卸法通过求解零件的拆卸顺序来获得零件的装配顺序。但前提是装配和拆卸必须互为可逆。（4) 基于知识的求解方法基于知识的方法求解装配序列, 采用一阶谓词逻辑来表达产品结构序列优先约束和装配资源约束等知识。系统以产品CAD 模型为输入, 通过人机交互获取零部件装配优先约束。通过图搜索算法求解产品配合特征图的最小割集来产生装配序列, 该方法对于特定产品的装配序列求解比较有效, 缺点是适用面窄, 且领域知识的获取较难。（5) 基于矩阵运算的方法该方法以矩阵表示装配体中有配合关系的零件之间的联接关系, 矩阵中的每个元素代表零件的装配关系。矩阵用线性代数中的有关运算进行变换规约, 简化了联结关系矩阵对应的装配序列。4.2.2 装配序列的评价及优化即使产品的零件数目较少, 其装配序列也具有多种组合的可能性。如何提出合适的评价指标对所规划的装配序列进行评价意义重大, 目前, 采用的装配序列评价方法主要有定性和定量两种。定性准则有装配方向换向的频繁、子装配体的稳定性和安全性等。定量因素有装配时间、装配成本等。定性准则主要为装配顺序的选择提供有益的参考, 但不便实际应用。定量的评价因素考虑了装配工艺的特性, 为完成装配顺序的自动评价提供了量化的指标。体现了装配操作的方便程度。4.2.3 装配关系表达及应用零件的装配关系一般可分为三种: 凹凸特征间的匹配关系; 特征为两个对应的装配特征占有相同的体积; 同时具有相同的参考原点; 平面特征间的贴合关系; 特征为两个对应的装配特征不占有相同的体积, 但是互相接触;平面特征间的对齐关系, 特征为两个对应的装配特征不占有相同的体积, 但是相互对称。装配关系表达主要有以下几种模型:（1) 关联图模型采用关联图表达产品装配关系的优点是方法简单, 缺点是零件之间的联系并不对应具体的装配操作, 利用联系图模型难以实现自动装配序列规划。（2) 联接矩阵法装配关系联接矩阵是关联图模型的矩阵表示形式。用联接矩阵表示装配关系的优点是根据联接矩阵, 能判断出装配体中零件的联接情况, 并可通过单位值最多的行或列对应的零件, 识别出装配体的基础件。(3) 产品等级装配模型产品总是由一个或多个功能部件和零件装配而成,这些部件分别实现自己的功能, 又往往包含下一级子装配体, 下一级子装配体又包含更下一级子装配体, 如此拆分, 直到最终不可拆分的零件。等级模型用子装配体表达一组功能上或物理结构上相关的零件集，其优点是能表达产品中零部件间的层次关系15。4.2.4 M200A气瓶的装配流程通过比较和分析，以先从子部件装配再到整体装配，以从内到外、从定位焊到圆周焊的原则，M200A气瓶采用如下的装配（焊接）流程：(1) 首先是进行子部件的装配：M200A气瓶的子部件包括通气阀和清洗阀，这两个部件的结构是一样的，都是由通气盖、通气管、螺帽、螺母和垫片组成的。通气盖和螺帽先装配在一起，然后加入垫片，再压入通气管，最后由螺母旋到一个合适的位置压紧、固定。通气阀的装配关系如图18：图18 通气阀工程图(2) 其次是子部件与子部件之间的焊接装配：进气管和排气管分别与瓶盖焊接，注意装配时弯管的角度；同时清洗阀伸入瓶盖上16孔内与瓶盖焊接；然后瓶内管插入入口管3mm后与排气管进行定位焊，注意使两根管子在同一平面内。(3) 再次是进行圆周焊：先是瓶盖连同上面已经焊接好的进气管、排气管、通气阀以及瓶内管与瓶身的焊接装配，然后是瓶身与瓶底的焊接。(4) 最后，依次在进气管和排气管上焊接VCR接头和通气阀，注意焊接VCR接头的时候要与瓶身正面成15的角度。至此，M200A气瓶已经全部焊接装配完毕。M200A气瓶的装配