本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）第1頁共25頁1引言1.1三維設(shè)計(jì)的意義與作用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)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(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率，明顯降低設(shè)計(jì)成本，充分縮短設(shè)計(jì)、生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，濃縮和提高優(yōu)秀的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，提高整個(gè)設(shè)計(jì)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(jì)與一般二維設(shè)計(jì)系統(tǒng)不完全相同，三維CAD系統(tǒng)中的工程圖設(shè)計(jì)可以直接由三維模型投影而成，從而保證各個(gè)視圖的正確性，使用者只需要對(duì)視圖中個(gè)別線條進(jìn)行調(diào)整，并標(biāo)注工程符號(hào)，即可滿足工程圖紙的要求。三維模型設(shè)計(jì)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(cè)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(jì)中，可以調(diào)節(jié)渲染所設(shè)計(jì)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(dá)到渲染產(chǎn)品外觀的效果。從設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)來看，人們頭腦中所構(gòu)思的設(shè)計(jì)對(duì)象就是三維物體，因此，直接用三維實(shí)體形式來描述設(shè)計(jì)對(duì)象是最直觀、方便省力的設(shè)計(jì)方式。隨著三維CAD圖形技術(shù)的發(fā)展，使用三維設(shè)計(jì)的有如下優(yōu)勢(shì)：（1）三維模型比二維圖形更接近真實(shí)的對(duì)象。（2）三維模型可以轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄠€(gè)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(diǎn)是：對(duì)于模型和任何修改將自動(dòng)反映到相應(yīng)的視圖上。（3）三維模型可生成具有真實(shí)感的渲染圖。產(chǎn)品圖是非常有價(jià)值的，但渲染圖常?？梢愿宄卣宫F(xiàn)一個(gè)設(shè)計(jì)，并有利于找出設(shè)計(jì)缺陷和驗(yàn)證設(shè)計(jì)。（4）可直接作為不需要用圖紙的對(duì)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(jì)中，才可能建立進(jìn)行有限元分析的原始基本數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)。用三維模型在裝配狀態(tài)下進(jìn)行零件設(shè)計(jì)，可避免實(shí)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(jì)只能在局部勉強(qiáng)達(dá)到。因此，采用三維設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)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(jì)說明書（論文）第2頁共25頁1.2CAD在三維設(shè)計(jì)中的應(yīng)用三維CAD系統(tǒng)作為一種直觀、形象的設(shè)計(jì)輔助工具，可以幫助設(shè)計(jì)人員建立產(chǎn)品的三維模型。隨著計(jì)算機(jī)軟件和硬件技術(shù)的發(fā)展以及數(shù)學(xué)方法的引入，計(jì)算機(jī)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(jī)械上的工程應(yīng)用和特殊效果的設(shè)計(jì)等，尤其是在現(xiàn)代加工技術(shù)下，數(shù)控加工設(shè)備對(duì)零件的三維模型依賴越來越高，通過使用CAM軟件對(duì)零件的三維模型的處理來實(shí)現(xiàn)零件的數(shù)控加工設(shè)計(jì)5，就會(huì)及早取得經(jīng)濟(jì)和技術(shù)效益，因?yàn)樗荂AD應(yīng)用發(fā)展的必然趨勢(shì)。隨著CAD產(chǎn)品的不斷升級(jí)更新，它的三維設(shè)計(jì)功能會(huì)越來越強(qiáng)大。一方面對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行造型設(shè)計(jì)、外觀設(shè)計(jì)，完成后的三維實(shí)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(jìn)行裝配仿真、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真來進(jìn)行尺寸干涉檢查和運(yùn)動(dòng)干涉檢查，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)尺寸的“無差錯(cuò)設(shè)計(jì)”。CAD軟件主要用來繪制工程圖，由于其強(qiáng)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(huì)越來越強(qiáng)，使用會(huì)更加方便。1.3國內(nèi)外氣瓶的發(fā)展現(xiàn)狀在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的現(xiàn)代社會(huì)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(jì)建設(shè)需求的增長(zhǎng)，更主要是氣體工業(yè)的發(fā)展，帶動(dòng)了氣瓶制造業(yè)的興起和發(fā)展。從1957年設(shè)計(jì)制造了第一批40升15Mpa級(jí)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(qiáng)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(dú)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(zhǎng)和發(fā)展。90年代的復(fù)合氣瓶市場(chǎng)，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(jià)格驟跌，意味著以碳纖維為增強(qiáng)材料的商用復(fù)合氣瓶成本會(huì)降低。美國市場(chǎng)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(dá)到5O年使用壽命的極限，更新復(fù)合氣瓶的市場(chǎng)商機(jī)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(jì)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(chǎng)的銷售。1997年，碳纖維復(fù)合材料氣瓶進(jìn)入美國市場(chǎng)，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(chǎng)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(dòng)向主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)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(gè)復(fù)合材料制成的保護(hù)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(gè)總閥門和減壓裝置，這樣可以減少系統(tǒng)部件。保護(hù)殼將氣瓶完全包裹起來，并裝有簡(jiǎn)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(chǔ)能器。五是航空用氣瓶。1.4本文主要工作在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的現(xiàn)代化社會(huì)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(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，氣瓶越來越多的被使用在經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)生活中。而在現(xiàn)代化的制造企業(yè)中都普遍采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件來進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作，能夠運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)一種安全、低成本、使用壽命長(zhǎng)的氣瓶以滿足應(yīng)用需求將會(huì)越來越受歡迎。本文采用SolidWorks，以一個(gè)實(shí)際的產(chǎn)品M200A氣瓶為研究對(duì)象設(shè)計(jì)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(jì)說明書（論文）第4頁共25頁2M1000A氣瓶的總體設(shè)計(jì)2.1幾種氣瓶結(jié)構(gòu)性能簡(jiǎn)介2.1.1鋁合金內(nèi)膽纖維全纏繞氣瓶該氣瓶?jī)?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(qiáng)，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(jìn)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(chǔ)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?？梢栽谙狸?duì)員或救護(hù)人員進(jìn)入煙霧、毒氣、粉塵或缺氧等惡劣環(huán)境時(shí)提供有效的呼吸系統(tǒng)保護(hù)，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