低壓環(huán)境實(shí)驗(yàn)艙的設(shè)計(jì)-課件

低壓環(huán)境實(shí)驗(yàn)艙的設(shè)計(jì)低壓環(huán)境實(shí)驗(yàn)艙的設(shè)計(jì)1低壓艙的工作原理低壓艙是通過(guò)調(diào)節(jié)抽氣量與進(jìn)氣量的比例來(lái)實(shí)施上升與下降的。上升時(shí)抽氣量大于進(jìn)氣量，停留時(shí)抽氣量等于進(jìn)氣量，下降時(shí)抽氣量小于進(jìn)氣量。原則是在模擬不同低氣壓條件的同時(shí)，保證艙內(nèi)充分的通氣量。經(jīng)過(guò)了200多年的發(fā)展，各種低壓艙應(yīng)運(yùn)而生。它由艙體、抽氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、供氧系統(tǒng)、連接管道、照明及通訊等組成。如下圖所示：低壓艙的工作原理低壓艙是通過(guò)調(diào)節(jié)抽氣量與進(jìn)氣量的比例來(lái)實(shí)施上2低壓艙結(jié)構(gòu)示意圖低壓艙結(jié)構(gòu)示意圖3低壓艙的應(yīng)用：航天中的應(yīng)用1，飛行員、航天員的選拔2，飛行員、航天員的健康檢查鑒定3，航空航天醫(yī)學(xué)體驗(yàn)4，航空航天醫(yī)學(xué)體驗(yàn)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域1，支氣管哮喘2，術(shù)前耐受性訓(xùn)練3，體育訓(xùn)練4，高原適應(yīng)低壓艙的應(yīng)用：航天中的應(yīng)用4第二章低壓艙真空管路系統(tǒng)圖的擬定和說(shuō)明

低壓艙系統(tǒng)是由進(jìn)氣系統(tǒng)，抽氣系統(tǒng)，真空泵，管路系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。該系統(tǒng)的原理圖如下：第二章低壓艙真空管路系統(tǒng)圖的擬定和說(shuō)明

5低壓環(huán)境實(shí)驗(yàn)艙的設(shè)計(jì)--課件6工作原理低壓艙艙體是一個(gè)密封低壓艙，它由進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)氣，抽氣系統(tǒng)抽氣，造成艙內(nèi)壓力減小，達(dá)到低壓效果。抽氣設(shè)備主要是真空泵，它由變頻器控制抽氣速率。不管是進(jìn)氣系統(tǒng)，抽氣系統(tǒng)都是由控制臺(tái)控制，它控制進(jìn)氣速率與真空泵的頻率來(lái)改變抽氣速率，使艙內(nèi)的壓力達(dá)到我們我希望達(dá)到的值。工作原理低壓艙艙體是一個(gè)密封低壓艙，它由進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)氣，抽氣系7

進(jìn)氣系統(tǒng)有孔板流量計(jì)，電磁閥，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，截止閥和消音器五種設(shè)備。孔板流量計(jì)接在新空氣端，它測(cè)量進(jìn)氣速率，消音器接在靠近艙體端，為了太消除空氣動(dòng)力性噪聲的設(shè)備。在孔板流量計(jì)與消音器之間是由電磁閥，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥與截止閥串聯(lián)后與截止閥并聯(lián)所組成。低壓環(huán)境實(shí)驗(yàn)艙的設(shè)計(jì)--課件8抽氣系統(tǒng)圖如下：抽氣系統(tǒng)圖如下：9抽氣系統(tǒng)有消音器，緩沖罐，真空泵，真空止回閥和水泵組成。真空止回閥與真空泵之間用可撓型接頭連接。

消音器連在靠近艙體一端；之后連接的是緩沖罐，緩沖罐可以減小真空泵抽氣帶來(lái)的壓力波動(dòng)；之后連接的是真空止回閥；之后連接的是真空泵，真空泵抽取艙體的氣體拍到室外。真空泵靠的是變頻控制器抽氣速率，其會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，所以在真空泵上接上了一個(gè)水泵對(duì)真空泵進(jìn)行冷卻降溫。抽氣系統(tǒng)有消音器，緩沖罐，真空泵，真空止回閥和水泵組成。真空10第三章艙體的設(shè)計(jì)艙體設(shè)計(jì)要求：要求用高壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行抽氣，通過(guò)變頻器控制高壓風(fēng)機(jī)的抽氣速率來(lái)平衡高度，新風(fēng)端采用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥自動(dòng)進(jìn)行新風(fēng)補(bǔ)給。（1）艙內(nèi)有效尺寸：4m（長(zhǎng)）×2m（寬）×2m（高），艙內(nèi)容積：16m3；（2）設(shè)計(jì)高度：5500米（海拔）（3）工作高度：4500米（海拔）（4）上升、下降速率：1～30m/s可調(diào)（5）艙室通風(fēng)量：≥120m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）（6）上升速率控制精度：≯±1m（7）下降速率控制精度：≯±1m（8）高度控制精度：±30m第三章艙體的設(shè)計(jì)艙體設(shè)計(jì)要求：11艙體設(shè)計(jì)計(jì)算艙體設(shè)計(jì)計(jì)算12低壓環(huán)境實(shí)驗(yàn)艙的設(shè)計(jì)--課件13艙體材料選擇：考慮到成本問(wèn)題，選用常用的45#鋼材作為艙體機(jī)構(gòu)材料。查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得45#鋼參數(shù)如下：標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：GB699—88，密度7.85g/cm3,彈性模量210GPa,泊松比0.3，σb=600mpa，σs=355MPa。艙體材料選擇：考慮到成本問(wèn)題，選用常用的45#鋼材作為艙體機(jī)14艙體受力計(jì)算：由于艙體要求，受力為四周受力，設(shè)計(jì)成長(zhǎng)方體。所以，艙體面相當(dāng)于周界鉸接。查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)·平板受力》結(jié)果如下：艙體受力計(jì)算：由于艙體要求，受力為四周受力，設(shè)計(jì)成長(zhǎng)方體。所15低壓環(huán)境實(shí)驗(yàn)艙的設(shè)計(jì)--課件16法蘭設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中，艙體的進(jìn)氣口，出氣口都是運(yùn)用法蘭連接，法蘭孔徑為80mm，法蘭與艙體用焊接處理，法蘭之間用螺栓連接，法蘭上孔的直徑為18mm，螺栓選用M16的螺栓，法蘭厚度為18mm。具體示意圖如下：法蘭設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中，艙體的進(jìn)氣口，出氣口都是運(yùn)用法蘭連接，法17低壓環(huán)境實(shí)驗(yàn)艙的設(shè)計(jì)--課件18筋的設(shè)計(jì)：有意圖艙體經(jīng)常使用，且在使用過(guò)程中撓度過(guò)大，所以設(shè)計(jì)時(shí)在艙體外表面加上了加強(qiáng)筋。筋尺寸如下：筋的設(shè)計(jì)：有意圖艙體經(jīng)常使用，且在使用過(guò)程中撓度過(guò)大，所以設(shè)19窗的設(shè)計(jì)：

由于艙體尺寸為4m×2m×2m，壓力為49KPa。查《壓力容器設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)》，將艙體的窗口大小設(shè)計(jì)為400mm×300mm，圓角半徑為30mm。在門上是窗口設(shè)計(jì)成圓形，直徑為200mm。窗口都是裝上玻璃。在艙體上的窗口四周預(yù)留了10mm的邊界，即玻璃尺寸為420mm×320mm，眼角半徑為30mm。玻璃從外面裝上，然后在四周加上密封墊。而門上的窗口則是運(yùn)用螺栓固定密封在門上。如下圖：窗的設(shè)計(jì)：由于艙體尺寸為4m×2m×2m，壓力為49KPa20門上的窗艙體上的窗低壓環(huán)境實(shí)驗(yàn)艙的設(shè)計(jì)--課件21設(shè)計(jì)完后，運(yùn)用pro/e軟件三維繪圖，艙體結(jié)構(gòu)圖如下:設(shè)計(jì)完后，運(yùn)用pro/e軟件三維繪圖，艙體結(jié)構(gòu)圖如下:22門的設(shè)計(jì)：在設(shè)計(jì)中將門洞大小尺寸為高1460mm，寬為760mm。門框厚度為20mm。材料為45#鋼。具體尺寸和結(jié)構(gòu)如圖所示：門的設(shè)計(jì)：在設(shè)計(jì)中將門洞大小尺寸為高1460mm，寬為76023門艙的連接門與艙體之間通過(guò)鉸接，鉸接實(shí)現(xiàn)門的開(kāi)關(guān)作用。鉸鏈焊接在艙體與門上。鉸接用銷釘相連，如下圖所示：門艙的連接門與艙體之間通過(guò)鉸接，鉸接實(shí)現(xiàn)門的開(kāi)關(guān)作用。鉸鏈焊24門鎖設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮到艙體內(nèi)部沒(méi)有貴重物品，沒(méi)有必要安裝防盜系統(tǒng)，加上成本問(wèn)題，所以設(shè)計(jì)了普通不用鑰匙的鎖。門鎖包含把手，彈簧，固定擋片，凸輪，鎖芯，拉手，滑動(dòng)片，外殼等零件。門鎖設(shè)計(jì)25把手：把手的作用是連接鐵條，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)凸輪旋轉(zhuǎn)，從而拉動(dòng)鎖芯，實(shí)現(xiàn)開(kāi)門動(dòng)作。設(shè)計(jì)完成，結(jié)果如圖：把手：把手的作用是連接鐵條，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)凸輪旋轉(zhuǎn)，從而拉動(dòng)鎖芯26拉手：拉手與把手功能相似，只不過(guò)拉手在艙內(nèi)，艙外是把手而已。拉手與鎖芯連接塊螺紋連接，拉手左右拉動(dòng)帶動(dòng)鎖芯，實(shí)現(xiàn)鎖住狀態(tài)。拉手示意圖如下：拉手：拉手與把手功能相似，只不過(guò)拉手在艙內(nèi)，艙外是把手而已。27彈簧：彈簧的作用是為了能夠自動(dòng)彈出，使鎖芯能夠自動(dòng)回鎖，達(dá)到設(shè)計(jì)目的。彈簧繪制完成，效果如圖：彈簧：彈簧的作用是為了能夠自動(dòng)彈出，使鎖芯能夠自動(dòng)回鎖，達(dá)到28固定擋片：固定擋片的作用是固定彈簧的一端，使彈簧能夠被壓縮，這樣彈簧具有了壓縮量，才能實(shí)現(xiàn)鎖芯自動(dòng)彈出的功能。得到如圖示：固定擋片：固定擋片的作用是固定彈簧的一端，使彈簧能夠被壓縮，29凸輪：凸輪的作用是通過(guò)旋轉(zhuǎn)來(lái)帶動(dòng)鎖芯移動(dòng)，壓縮彈簧，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)門。得到如圖示：凸輪：凸輪的作用是通過(guò)旋轉(zhuǎn)來(lái)帶動(dòng)鎖芯移動(dòng)，壓縮彈簧，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)30鎖芯連接塊：鎖芯連接塊是連接鎖芯和凸輪之間運(yùn)動(dòng)的重要部件，凸輪通過(guò)和鎖芯連接塊的接觸，來(lái)拉動(dòng)鎖芯，壓縮彈簧，實(shí)現(xiàn)鎖的原理。完成效果圖如下：鎖芯連接塊：鎖芯連接塊是連接鎖芯和凸輪之間運(yùn)動(dòng)的重要部件，凸31鎖芯:鎖芯是進(jìn)行整個(gè)開(kāi)關(guān)閉合的一個(gè)連接部分，和焊接在門框上的鎖扣配合。創(chuàng)建螺紋完畢，效果圖如圖：鎖芯:鎖芯是進(jìn)行整個(gè)開(kāi)關(guān)閉合的一個(gè)連接部分，和焊接在門框上的32外殼：外殼作用是將上述零件抱起來(lái)，外殼是固定不動(dòng)的，其中固定擋片就是固定在外殼上面。如下面兩圖所示：外殼：外殼作用是將上述零件抱起來(lái)，外殼是固定不動(dòng)的，其中固定33將上述零件裝配后如下圖所示：將上述零件裝配后如下圖所示：34當(dāng)安裝好后實(shí)現(xiàn)動(dòng)作如下：彈簧開(kāi)初處于自然狀態(tài)，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)把手時(shí)，把手帶動(dòng)鐵心一起轉(zhuǎn)動(dòng)，鐵心又帶動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)鎖芯連接塊移動(dòng)，鎖芯連接塊與鎖芯通過(guò)螺紋連接一起的，所以帶動(dòng)鎖芯壓縮彈簧，一實(shí)現(xiàn)開(kāi)門動(dòng)作。拉動(dòng)拉手也是同樣道理。當(dāng)放手是，由于彈簧彈力作用，有使得鎖芯回到當(dāng)初動(dòng)作狀態(tài)。當(dāng)安裝好后實(shí)現(xiàn)動(dòng)作如下：彈簧開(kāi)初處于自然狀態(tài)，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)把手時(shí)，35在設(shè)計(jì)完之后將上述所設(shè)計(jì)的零件組裝之后裝配圖如下圖所示：在設(shè)計(jì)完之后將上述所設(shè)計(jì)的零件組裝之后裝配圖如下圖所示：36第四章有限元分析有限元分析是用較簡(jiǎn)單的問(wèn)題代替復(fù)雜問(wèn)題后再求解。它將求解域看成是由許多稱為有限元的小的互連子域組成，對(duì)每一單元假定一個(gè)合適的(較簡(jiǎn)單的）近似解，然后推導(dǎo)求解這個(gè)域總的滿足條件(如結(jié)構(gòu)的平衡條件），從而得到問(wèn)題的解。這個(gè)解不是準(zhǔn)確解，而是近似解，因?yàn)閷?shí)際問(wèn)題被較簡(jiǎn)單的問(wèn)題所代替。由于大多數(shù)實(shí)際問(wèn)題難以得到準(zhǔn)確解，而有限元不僅計(jì)算精度高，而且能適應(yīng)各種復(fù)雜形狀，因而成為行之有效的工程分析手段。第四章有限元分析有限元分析是用較簡(jiǎn)單的問(wèn)題代替復(fù)雜問(wèn)題后再37對(duì)艙體有仙緣分析中，對(duì)艙體與地接觸面進(jìn)行約束，艙體四周均布49KPa的載荷。如下圖所示：對(duì)艙體有仙緣分析中，對(duì)艙體與地接觸面進(jìn)行約束，艙體四周均布438之后進(jìn)行靜態(tài)分析。結(jié)果如下：

相對(duì)于WCS原點(diǎn)的主MMOI和主軸:（單位：Pa）

最大主應(yīng)力

中間主應(yīng)力

最小主應(yīng)力1.76191e+071.76007e+078.69343e+06WCSX:-5.93655e-04-9.47174e-049.99999e-01WCSY:5.06277e-018.62370e-011.11737e-03WCSZ:8.62370e-01-5.06278e-013.24168e-05

相對(duì)于WCS原點(diǎn)的質(zhì)心位置:(-1.69679e+00,-1.05089e+01,9.57029e-01)之后進(jìn)行靜態(tài)分析。結(jié)果如下：相對(duì)于WCS原點(diǎn)的主MM39質(zhì)心的質(zhì)量慣性矩:Ixx:8.69264e+06Ixy:-9.82958e+03Iyy:1.76054e+07Ixz:-3.09885e+02Iyz:7.96417e+03Izz:1.76136e+07

相對(duì)于COM的主MMOI和主軸:（Pa）

最大主應(yīng)力

中間主應(yīng)力

最小主應(yīng)力1.76184e+071.76005e+078.69263e+06WCSX:-6.03505e-04-9.23672e-049.99999e-01WCSY:5.21108e-018.53490e-011.10284e-03WCSZ:8.53490e-01-5.21109e-013.37522e-05質(zhì)心的質(zhì)量慣性矩:40分析結(jié)果：有限元分析結(jié)果中，最大主應(yīng)力1.76191e+07Pa≈17MPa，與艙體材料45#鋼相比，小于σs，合乎材料要求。分析結(jié)果：有限元分析結(jié)果中，最大主應(yīng)力1.76191e+0741第五章管路設(shè)備元件及其選型在這低壓艙的設(shè)計(jì)中，主要用到的管路元件有孔板流量計(jì)，壓力傳感器，電磁閥，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，截止閥，消音器，緩沖罐，真空泵，水泵。具體選型如下：第五章管路設(shè)備元件及其選型在這低壓艙的設(shè)計(jì)中，主要用到的管42孔板流量計(jì)的選擇：節(jié)流件名稱：法蘭取壓標(biāo)準(zhǔn)孔板適用管道（DNmm）：50-1000適用直徑比B（d/D）0.2-0.75應(yīng)用特點(diǎn)：易于清除污物，適用于各種介質(zhì)型號(hào)：ISO5167GB/T2624－93材料：鑄鋼廠家：北京宣雷自動(dòng)

化設(shè)備有限公司孔板流量計(jì)的選擇：節(jié)流件名稱：法蘭取壓標(biāo)準(zhǔn)孔板43電磁閥型號(hào)：ZCA-1P溫度：≤90o通徑（DNmm）：6-100功率：15W材料：不銹鋼廠家：上海金剛自控閥門有限公司電磁閥型號(hào)：ZCA-1P44電動(dòng)調(diào)節(jié)閥型號(hào)：ZDLP-3810L通徑（DNmm）：40,50,65，80，100電壓：AC220V材料：鑄鋼廠家：上海金剛自控

閥門有限公司電動(dòng)調(diào)節(jié)閥型號(hào)：ZDLP-3810L45截止閥型號(hào)：JY41W-40P口徑：15～400MM壓力：2.5～4.0Mpa溫度：常溫材料：碳鋼截止閥型號(hào)：JY41W-40P46緩沖罐型號(hào)：WG18-1200-5公稱容積：3m3公稱直徑：1200mm接口：80mm壓力：0.1-1Mpa材料：鑄鋼廠家：江蘇民生高壓

容器制造有限公司緩沖罐型號(hào)：WG18-1200-547消音器規(guī)格型號(hào)：KAD-205/1.61-15壓力（Mpa）：低壓0.5-2.5溫度（℃）：≤400排