M200A氣瓶的三維造型設(shè)計【說明書+SOLIDWORKS】

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1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫 2000字左右的文獻(xiàn)綜述： 文 獻(xiàn) 綜 述 摘要 簡單介紹了氣瓶的主要分類，對復(fù)合材料氣瓶在國內(nèi)外的一些研究和成果進(jìn)行了概括性的論述，并簡述了目前國內(nèi)這一行業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r及前景；同時對CAD/CAM軟件（包括Auto CAD、Solid Works和Pro/E）在氣瓶三維設(shè)計中的運用進(jìn)行了簡單的介紹。 關(guān)鍵詞 氣瓶 復(fù)合材料 三維CAD技術(shù) 設(shè)計 1 氣瓶的分類 1．1 按充裝介質(zhì)的性質(zhì)分類 （1） 永久氣體氣瓶 永久氣體(壓縮氣體)因其臨界溫度小于－10℃，常溫下呈氣態(tài)，所以稱為永久氣體，如氫、氧、氮、空氣、煤氣及氬、氦、氖、氪等。這類氣瓶一般都以較高的壓力充裝氣體，目的是增加氣瓶的單位容積充氣量，提高氣瓶利用率和運輸效率。 （2） 液化氣體氣瓶 液化氣體氣瓶充裝時都以低溫液態(tài)灌裝。有些液化氣體的臨界溫度較低，裝入瓶內(nèi)后受環(huán)境溫度的影響而全部氣化。有些液化氣體的臨界溫度較高，裝瓶后在瓶內(nèi)始終保持氣液平衡狀態(tài)，因此，可分為高壓液化氣體和低壓液化氣體。 （3） 溶解氣體氣瓶 是專門用于盛裝乙炔的氣瓶。由于乙炔氣體極不穩(wěn)定，故必須把它溶解在溶劑(常見的為丙酮)中。氣瓶內(nèi)裝滿多孔性材料，以吸收溶劑。乙炔瓶充裝乙炔氣，一般要求分兩次進(jìn)行，第一次充氣后靜置8h以上，再第二次充氣。 1．2 按制造方法分類 （1） 鋼制無縫氣瓶 是以鋼坯為原料，經(jīng)沖壓拉伸制造或以無縫鋼管為材料，經(jīng)熱旋壓收口收底制造的鋼瓶。瓶體材料為采用堿性平爐、電爐或吹氧堿性轉(zhuǎn)爐冶煉的鎮(zhèn)靜鋼，如優(yōu)質(zhì)碳鋼、錳鋼、鉻鉬鋼或其它合金鋼。用于盛裝永久氣體(壓縮氣體)和高壓液化氣體。 （2） 鋼制焊接氣瓶 是以鋼板為原料，沖壓卷焊制造的鋼瓶。瓶體及受壓元件材料為采用平爐、電爐或氧化轉(zhuǎn)爐冶煉的鎮(zhèn)靜鋼，材料要求有良好的沖壓和焊接性能。這類氣瓶用于盛裝低壓液化氣體。 （3） 纏繞玻璃纖維氣瓶 是以玻璃纖維加粘結(jié)劑纏繞或碳纖維制造的氣瓶。一般有一個鋁制內(nèi)筒，其作用是保證氣瓶的氣密性，承壓強(qiáng)度則依靠玻璃纖維纏繞的外筒，這類氣瓶由于絕熱性能好、重量輕、多用于盛裝呼吸用壓縮空氣，供消防、毒區(qū)或缺氧區(qū)域作業(yè)人員隨身背挎并配以面罩使用。 1．3 按公稱工作壓力分類 氣瓶按公稱工作壓力分為高壓氣瓶和低壓氣瓶。 2 研究背景 在經(jīng)濟(jì)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。氣體應(yīng)用技術(shù)在發(fā)達(dá)國家已經(jīng)達(dá)到很高水平，全世界已有130種氣體要用氣瓶充裝，中國也達(dá)到了80余種。據(jù)統(tǒng)計，國民生產(chǎn)總值每增加1%，氣瓶需求量就增加1.5%，而國際市場每年大約以5%的速度增長。全世界年需求氣瓶量可達(dá)到500萬支，產(chǎn)值約40億美元。這其中一部分自然也包括了新興的以“輕質(zhì)高強(qiáng)”為特點的復(fù)合材料氣瓶。據(jù)悉，全世界有300萬只復(fù)合材料氣瓶在運行[1]。原有的各類氣瓶基本都是金屬氣瓶，而新型復(fù)合材料氣瓶具有良好的承載能力、密封性、抗腐蝕性以及安全性，既可以降低能源消耗和費用，也不會像金屬氣瓶爆炸是產(chǎn)生碎片，所以將成為金屬氣瓶的最佳取代品。 3 研究現(xiàn)狀 3．1 國內(nèi)外對氣瓶的研究 自上世紀(jì)后半葉以來，復(fù)合材料氣瓶在西方國家得到飛速的發(fā)展。以CNG氣瓶的研發(fā)和開發(fā)方面為例，美國的Lincol公司、SCI公司和Hydospin公司都走在世界前列。改革開放后的中國自然也有所作為，國內(nèi)許多公司企業(yè)、科研院以及高度院校也紛紛加入到這個行列中來。經(jīng)過數(shù)年努力，他們都拿出了自己的產(chǎn)品或研究成果。 國內(nèi)的研發(fā)項目已經(jīng)解決了CNG氣瓶殼體預(yù)緊壓力設(shè)計和樹脂配方設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)，完成了樹脂配方全部原材料實現(xiàn)國產(chǎn)化及定型工作、建立了力學(xué)計算模型，確定了纖維纏繞角度、鋪層結(jié)構(gòu)的工藝參數(shù)，開展了爆破、公益性試驗及振動和疲勞性能研究、設(shè)計制造了兩工位計算機(jī)控制纖維纏繞機(jī)并形成了小規(guī)模生產(chǎn)能力的生產(chǎn)線，該技術(shù)還可在國防領(lǐng)域得到相關(guān)應(yīng)用。 3．2 主要研究內(nèi)容 目前，國內(nèi)對氣瓶的研究內(nèi)容有：對鋼制內(nèi)膽環(huán)向纖維纏繞氣瓶進(jìn)行系統(tǒng)研究[2]；對氣瓶設(shè)計、結(jié)構(gòu)和受力情況進(jìn)行有限元分析[3,4]；對氣瓶進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，對氣瓶的制造工藝提出全面分析，提出優(yōu)化制造工藝[5]；對鋼內(nèi)膽和復(fù)合材料層在疲勞試驗中的模量匹配問題進(jìn)行深入研究，綜合考慮表面的壓應(yīng)力、疲勞應(yīng)力、鋼和玻璃纖維的彈性模量及在疲勞中應(yīng)變量和變形匹配，提出和完善復(fù)合材料纏繞工藝[6,7]。 4 三維CAD/CAM軟件在氣瓶設(shè)計中的應(yīng)用 4．1 二維設(shè)計 從某種意義上來講，工程設(shè)計中沒有二維設(shè)計，只有用二維圖紙來表現(xiàn)三維設(shè)計[8]。過去，我們用傳統(tǒng)的鉛筆、圖版、丁字尺畫圖，后來用AutoCAD畫圖，其工作過程都是一樣的，只是介質(zhì)變了，但本質(zhì)沒變。他們都是工具畫圖，其工具本身沒有設(shè)計思想。用AutoCAD畫圖只能冠以計算機(jī)輔助設(shè)計[9]。 4．2 三維設(shè)計 三維設(shè)計與二維設(shè)計一樣，首先分析在整個設(shè)計過程中，體現(xiàn)主要設(shè)計成分的是設(shè)計師還是計算機(jī)。如果是設(shè)計師，而計算機(jī)偏重于表現(xiàn)，通過表現(xiàn)來幫助設(shè)計師完善設(shè)計方案，那么，計算機(jī)在整個設(shè)計過程中所承擔(dān)的是一個輔助角色，也是屬于計算機(jī)輔助設(shè)計。 那么，何謂計算機(jī)三維設(shè)計呢？當(dāng)然是要強(qiáng)調(diào)“設(shè)計”二字，而不是“畫圖”，由計算機(jī)來完成整個或者部分的設(shè)計過程[10～12]。 4．3 氣瓶的三維設(shè)計 儲氣鋼瓶是壓力容器類產(chǎn)品，在強(qiáng)度、剛度和可靠性方面具有很高的要求。長期以來，鋼制氣瓶的設(shè)計依據(jù)是以屈服強(qiáng)度和常規(guī)五大指標(biāo)為基礎(chǔ)，給設(shè)計生產(chǎn)帶來一定的不確定性，借助有限元分析方法對鋼制氣瓶進(jìn)行應(yīng)力和變形（位移）分析，直觀反應(yīng)氣瓶工作狀況，為氣瓶制造和編制鋼制氣瓶技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)提供可靠的參考依據(jù)。氣瓶的設(shè)計和制造有專門的規(guī)程,但是有限元分析能使氣瓶設(shè)計達(dá)到相當(dāng)精確的程度,減少設(shè)計的盲目性,使氣瓶設(shè)計和優(yōu)化達(dá)到最佳程度。 ?隨著計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)的飛速發(fā)展與功能的不斷完善，為工程技術(shù)人員提供的高效方法和手段越來越豐富。尤其是三維CAD/CAM軟件的廣泛應(yīng)用與普及，使得現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計逐步進(jìn)入三維設(shè)計時代。三維設(shè)計具有形象、直觀、精確、快速的特點，在產(chǎn)品開發(fā)、結(jié)構(gòu)分析、產(chǎn)品性能的評估、確定和優(yōu)化物理樣機(jī)參數(shù)過程中起到?jīng)Q定性作用，為新產(chǎn)品研發(fā)一次成功，提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。 SolidWorks是基于Windows環(huán)境的軟件[13]。為廣大工程技術(shù)人員提供的用戶界面更友好，運行環(huán)境更大眾化，各種專業(yè)功能更齊全。單一的Windows界面上無縫集成實體造型、有限元分析和優(yōu)化設(shè)計、裝配、三維機(jī)構(gòu)運動仿真、運動干涉檢查、工藝規(guī)程生成、數(shù)控加工、三維實體圖轉(zhuǎn)化二維工程圖、產(chǎn)品數(shù)據(jù)共享與集成功能等。 美國PTC公司開發(fā)的Pro/E軟件是基于參數(shù)化的三維實體設(shè)計軟件，共有近30個大模塊，其功能非常強(qiáng)大，幾乎涵蓋了機(jī)械學(xué)科的各個專業(yè)。其中，實體造型、曲面造型、模具設(shè)計、數(shù)控加工、虛擬裝配、運動仿真、工程管理、工程圖繪制等都是它的基本功能。該軟件還提供了大量是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)模塊和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口，其功能之豐富、專業(yè)程度之高、涵蓋面之廣，在眾多CAD軟件系列中都是少有的[14]。 5 結(jié)論 復(fù)合材料氣瓶屬于朝陽產(chǎn)業(yè)，目前正方興未艾。我國的復(fù)合材料氣瓶產(chǎn)業(yè)雖然才剛剛起步，但我國的纖維纏繞技術(shù)根基深厚，氣瓶制造只要堅持下去，必有成績和回報[15]。而計算機(jī)三維設(shè)計的引入給設(shè)計領(lǐng)域的傳統(tǒng)方法帶來了一場變革，準(zhǔn)確掌握和應(yīng)用計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)，對軟件行業(yè)及機(jī)械行業(yè)都有著重大對意義。 參 考 文 獻(xiàn) [1] 張潔. 國內(nèi)復(fù)合材料氣瓶發(fā)展及氣瓶標(biāo)準(zhǔn)概況[J]. 纖維復(fù)合材料， 2007, (3): 38～42. [2] 周海成等. 纖維纏繞復(fù)合材料氣瓶的發(fā)展及其標(biāo)準(zhǔn)情況[J]. 壓力容器， 2004，(9): 32～36. [3] 常新龍， 張曉軍， 劉新國， 簡斌. 復(fù)合材料氣瓶有限元分析與爆破壓力預(yù)測[J]. 火箭推進(jìn), 2008, 34(4)： 28～31. [4] 岳中第等. 基于ISO11439標(biāo)準(zhǔn)及ANSYS平臺的CNG氣瓶有限元應(yīng)力分析[J]. 航空制造技術(shù)， 2002： 32. [5] 李小明， 邱桂杰， 劉錦霞. 某型復(fù)合材料氣瓶優(yōu)化設(shè)計[J]. 纖維復(fù)合材料， 2007， 24(1)： 21. [6] 黃再滿. 復(fù)合材料天然氣氣瓶耐疲勞性能的理論和實驗研究[D]. 武漢： 武漢理工大學(xué)， 2001. [7] 陳汝訓(xùn). 復(fù)合材料天然氣氣瓶設(shè)計的幾個問題[J]. 宇航材料工藝，2001， (5): 55～57. [8] 孫家廣， 楊長貴. 計算機(jī)圖形學(xué)[M]. 北京： 清華大學(xué)出版社， 1996. [9] 張玉清. AutoCAD 三維技術(shù)在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用[J]. 中國科技信息， 2008， (5): 53～55. [10] 章志榮， 蘇純. 將三維CAD/CAM技術(shù)引入應(yīng)用型本科機(jī)械類專業(yè)畢業(yè)設(shè)計的探索[J]. 江蘇技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2008， 14(1): 70～73. [11] 卜克明， 王維. 計算機(jī)三維設(shè)計系統(tǒng)應(yīng)用淺析[J]. 工程建設(shè)與設(shè)計， 2008，(4). [12] 陳伯雄. 三維設(shè)計是CAD技術(shù)應(yīng)用的必然趨勢[J]. 計算機(jī)輔助設(shè)計與制造， 2000， (8)： 11～13. [13] 王衛(wèi)兵， 楊清海， 周濤， 徐燕， 魏敏. 基于SolidWorks工程圖國標(biāo)及常用模板的定制[J]. 新技術(shù)新工藝， 2008， (5): 5～8. [14] 馬希青， 李河宗， 崔堅. 以Pro/E為支撐搭建基地平臺，強(qiáng)化實體設(shè)計課程建設(shè)[J]. 河北工程大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版）， 2007， 24（3）： 7～18. [15] 林再文， 李濤， 孫浩偉等. 幾種纖維復(fù)合材料壓力容器的性能對比研究[J]. 纖維復(fù)合材料, 2005, 22(1)： 21.  畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告 ２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 本課題主要完成M200A氣瓶這個產(chǎn)品中各個零件的三維造型、工程圖生成及最終的裝配并制定相應(yīng)的工藝文件。本課題研究的是鉬源氣瓶，鉬作為一種金屬元素，通常用作合金及不銹鋼的添加劑，它可增強(qiáng)合金的強(qiáng)度、硬度、可焊性及韌性，還可增強(qiáng)其耐高溫強(qiáng)度及耐腐蝕性能。但鉬是有毒物質(zhì)，所以鉬源氣瓶要求很高的密封性。 研究途徑: 1. 了解氣瓶所用的材料； 2. 分析氣瓶的結(jié)構(gòu)、造型； 3. 了解氣瓶的制造要求，氣瓶內(nèi)表面粗糙度； 4. 利用SolidWorks軟件完成零件造型、裝配及工程圖生成； 5. 編制相應(yīng)的工藝文件。  畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告 指導(dǎo)教師意見： 1．對“文獻(xiàn)綜述”的評語： 根據(jù)課題任務(wù)和要求，進(jìn)行了相關(guān)文獻(xiàn)資料的查閱，對有關(guān)本課題的內(nèi)容進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼撌?，了解了課題的研究目的和意義，并對課題的研究現(xiàn)狀有了一定的認(rèn)識。體現(xiàn)了較好的查閱文獻(xiàn)的能力，達(dá)到了文獻(xiàn)綜述的要求。 2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計（論文）結(jié)果的預(yù)測： 本課題是氣瓶的三維造型設(shè)計，課題具有一定的深度和廣度，工作量適中，按照任務(wù)書精度要求，認(rèn)真完成三維造型、裝配各個部分的內(nèi)容，應(yīng)能達(dá)到畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書要求。 指導(dǎo)教師： 年 月 日 所在專業(yè)審查意見： 負(fù)責(zé)人： 年 月 日