M1000A氣瓶的三維造型設(shè)計畢業(yè)論文.doc

本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第1頁共25頁1引言1.1三維設(shè)計的意義與作用現(xiàn)代計算機技術(shù)和CAD應(yīng)用軟件技術(shù)的發(fā)展，決定了CAD應(yīng)用應(yīng)當(dāng)以顯著提高設(shè)計質(zhì)量和設(shè)計效率，明顯降低設(shè)計成本，充分縮短設(shè)計、生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，濃縮和提高優(yōu)秀的設(shè)計經(jīng)驗，提高整個設(shè)計技術(shù)的管理水平為目的1。三維CAD系統(tǒng)中的工程圖設(shè)計與一般二維設(shè)計系統(tǒng)不完全相同，三維CAD系統(tǒng)中的工程圖設(shè)計可以直接由三維模型投影而成，從而保證各個視圖的正確性，使用者只需要對視圖中個別線條進行調(diào)整，并標(biāo)注工程符號，即可滿足工程圖紙的要求。三維模型設(shè)計中包括了產(chǎn)品完整的幾何結(jié)構(gòu)，還可以從三維模型中產(chǎn)生其他各種視圖，除基本標(biāo)準(zhǔn)的三視圖外，還可生成軸測圖、向視圖、各種剖視圖、局部視圖等。在三維的CAD產(chǎn)品設(shè)計中，可以調(diào)節(jié)渲染所設(shè)計產(chǎn)品的一些基本屬性，如光源設(shè)置，模型屬性(顏色、透明度、反射系數(shù)等)，還可以設(shè)置模型的顏色、紋理、反射、景深、陰影等效果，從而達到渲染產(chǎn)品外觀的效果。從設(shè)計的觀點來看，人們頭腦中所構(gòu)思的設(shè)計對象就是三維物體，因此，直接用三維實體形式來描述設(shè)計對象是最直觀、方便省力的設(shè)計方式。隨著三維CAD圖形技術(shù)的發(fā)展，使用三維設(shè)計的有如下優(yōu)勢：（1）三維模型比二維圖形更接近真實的對象。（2）三維模型可以轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄠€視圖，并可在標(biāo)注帶有尺寸的二維產(chǎn)品圖，從而獲得二者的最佳形式。這種從三維模型轉(zhuǎn)為二維圖形的優(yōu)點是：對于模型和任何修改將自動反映到相應(yīng)的視圖上。（3）三維模型可生成具有真實感的渲染圖。產(chǎn)品圖是非常有價值的，但渲染圖常?？梢愿宄卣宫F(xiàn)一個設(shè)計，并有利于找出設(shè)計缺陷和驗證設(shè)計。（4）可直接作為不需要用圖紙的對象成型。通常，采用第三方面的程序?qū)⒛Ｐ娃D(zhuǎn)換為數(shù)控加工的格式2。只有在三維的CAD設(shè)計中，才可能建立進行有限元分析的原始基本數(shù)據(jù)，進而實現(xiàn)產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計。用三維模型在裝配狀態(tài)下進行零件設(shè)計，可避免實際的干涉現(xiàn)象起到事半功倍的作用。凡此種種，二維的繪圖設(shè)計只能在局部勉強達到。因此，采用三維設(shè)計是設(shè)計理念的一種變革，是CAD的真正應(yīng)用的開始3,4。本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第2頁共25頁1.2CAD在三維設(shè)計中的應(yīng)用三維CAD系統(tǒng)作為一種直觀、形象的設(shè)計輔助工具，可以幫助設(shè)計人員建立產(chǎn)品的三維模型。隨著計算機軟件和硬件技術(shù)的發(fā)展以及數(shù)學(xué)方法的引入，計算機三維技術(shù)得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，包括建筑、機械上的工程應(yīng)用和特殊效果的設(shè)計等，尤其是在現(xiàn)代加工技術(shù)下，數(shù)控加工設(shè)備對零件的三維模型依賴越來越高，通過使用CAM軟件對零件的三維模型的處理來實現(xiàn)零件的數(shù)控加工設(shè)計5，就會及早取得經(jīng)濟和技術(shù)效益，因為它是CAD應(yīng)用發(fā)展的必然趨勢。隨著CAD產(chǎn)品的不斷升級更新，它的三維設(shè)計功能會越來越強大。一方面對產(chǎn)品進行造型設(shè)計、外觀設(shè)計，完成后的三維實體模型圖像逼真，可用于制作產(chǎn)品樣本、宣傳樣本等；另一方面，通過進行裝配仿真、機構(gòu)運動仿真來進行尺寸干涉檢查和運動干涉檢查，能及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的錯誤，實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計尺寸的“無差錯設(shè)計”。CAD軟件主要用來繪制工程圖，由于其強有力的圖形處理功能吸引了眾多的用戶使用，又由于CAD系統(tǒng)方便的二次開發(fā)環(huán)境吸引了眾多專業(yè)人員支開發(fā)它，因此CAD系統(tǒng)功能將會越來越強，使用會更加方便。1.3國內(nèi)外氣瓶的發(fā)展現(xiàn)狀在經(jīng)濟高速發(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6。多年來，我國氣瓶行業(yè)走過了從無到有，從小到大的道路。隨著國家經(jīng)濟建設(shè)需求的增長，更主要是氣體工業(yè)的發(fā)展，帶動了氣瓶制造業(yè)的興起和發(fā)展。從1957年設(shè)計制造了第一批40升15Mpa級鋼質(zhì)無縫氣瓶開始，到以后相應(yīng)的鋁合金無縫氣瓶，液化石油氣鋼瓶,各種焊接氣瓶以及近幾年開發(fā)的高強鋼無縫氣鋼瓶，汽車用液化石油氣鋼瓶等等。中國是大量生產(chǎn)和使用氣瓶的國家，已經(jīng)是國際上不容忽視的氣瓶大國。但是應(yīng)該承認(rèn)我國的氣瓶產(chǎn)品還存在著普通產(chǎn)品低檔化，高、精、尖、特產(chǎn)品制造能力存在著空白或尚屬起步階段。正如其它行業(yè)，氣瓶行業(yè)具有著自身獨特的規(guī)律和周期。在國外氣瓶行業(yè)不斷的經(jīng)歷著成長和發(fā)展。90年代的復(fù)合氣瓶市場，日本政府批準(zhǔn)了復(fù)合氣瓶，從美國到日本及其它亞洲國家的出口量劇增。1991年商用碳纖維的價格驟跌，意味著以碳纖維為增強材料的商用復(fù)合氣瓶成本會降低。美國市場在70年代末，80年代初投入使用的第一批復(fù)合氣瓶開始陸續(xù)達到5O年使用壽命的極限，更新復(fù)合氣瓶的市場商機開始顯現(xiàn)出來。英國、德國和其它歐洲國家于1993年允許碳纖維復(fù)合氣瓶的銷售，到1996年出本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第3頁共25頁口到歐洲的碳纖維復(fù)合氣瓶數(shù)量急劇增。1996年年底，危品辦批準(zhǔn)了碳纖維復(fù)合氣瓶在美國市場的銷售。1997年，碳纖維復(fù)合材料氣瓶進入美國市場，比玻纖維復(fù)合氣瓶減輕重量約40。這些變化極大的刺激著復(fù)合氣瓶的市場需求、產(chǎn)量和技術(shù)創(chuàng)新。目前復(fù)合材料氣瓶在美國的研究發(fā)展動向主要體現(xiàn)在以下幾個方面：一是燃料整體供給系統(tǒng)。該系統(tǒng)是將普通的CNG復(fù)合氣瓶裝入一個復(fù)合材料制成的保護殼內(nèi)，里面填充有防沖撞的泡沫，氣瓶與匯流管路相連，并有一個總閥門和減壓裝置，這樣可以減少系統(tǒng)部件。保護殼將氣瓶完全包裹起來，并裝有簡易把手和安裝支架，這樣看起來，無論是尺寸還是外觀，都與普通的汽油箱很相似。二是氣瓶的重量趨向更輕，成本趨向更低。三是氫燃料貯氣瓶。四是復(fù)合材料儲能器。五是航空用氣瓶。1.4本文主要工作在經(jīng)濟高速發(fā)展的現(xiàn)代化社會中，氣瓶制造業(yè)也不斷朝著高、精、尖、特產(chǎn)品發(fā)展。隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，氣瓶越來越多的被使用在經(jīng)濟建設(shè)和社會生活中。而在現(xiàn)代化的制造企業(yè)中都普遍采用計算機輔助設(shè)計軟件來進行產(chǎn)品的設(shè)計工作，能夠運用計算機輔助設(shè)計軟件設(shè)計一種安全、低成本、使用壽命長的氣瓶以滿足應(yīng)用需求將會越來越受歡迎。本文采用SolidWorks，以一個實際的產(chǎn)品M200A氣瓶為研究對象設(shè)計了M1000A氣瓶，制作了該氣瓶所有零部件的三維構(gòu)造模型和非標(biāo)準(zhǔn)零件的工程圖以及產(chǎn)品的裝配圖。在此基礎(chǔ)上，出于制造的目的，形象地分析它們零部件之間的相互關(guān)系，將裝配圖按照零部件的配合條件產(chǎn)生爆炸試圖。本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第4頁共25頁2M1000A氣瓶的總體設(shè)計2.1幾種氣瓶結(jié)構(gòu)性能簡介2.1.1鋁合金內(nèi)膽纖維全纏繞氣瓶該氣瓶內(nèi)膽以優(yōu)質(zhì)6061鋁合金材料，經(jīng)沖壓、拉伸、熱處理、數(shù)控旋壓收口、內(nèi)表面處理等工序加工制作而成。內(nèi)膽壁厚均勻、壁厚差小，肩、底形狀精度高、一致性強，內(nèi)表面采用陽極氧化處理，具有更加良好抗腐蝕性能。氣瓶纏繞層采用進口優(yōu)質(zhì)碳纖維、環(huán)氧樹脂等原材料，經(jīng)數(shù)控纏繞、高溫固化等工序加工而成。較金屬氣瓶具有更優(yōu)良的綜合性能，工作壓力大幅度提高，儲氣量增加，重量減輕約50%，具有更好的耐腐蝕性、絕緣性、減震性和安全性。可以在消防隊員或救護人員進入煙霧、毒氣、粉塵或缺氧等惡劣環(huán)境時提供有效的呼吸系統(tǒng)保護，廣泛應(yīng)用于消防、礦山、化工、冶金、石油、電力、醫(yī)療、防暴、天然氣汽車等領(lǐng)域。造型如圖2.1所示。圖2.1鋁合金內(nèi)膽