本科畢業(yè)設計說明書（論文）第1頁共29頁1引言1.1三維設計的背景和意義隨著計算機軟硬件技術的發(fā)展，微型計算機上的三維設計終于進入了設計領域。從前，設計師在設計對象時，總要把三維的設計對象轉化到用二維設計的語言在圖紙上表述；這種轉化過程的本身就難免會產(chǎn)生錯誤和歧義，而且設計師有相當一部分的精力用在這種轉換上，影響了設計質(zhì)量和設計水平的完全發(fā)揮。如今，微型計算機三維設計突破了設計領域傳統(tǒng)的設計模式，讓設計師完全回歸到自然的、正常的從設計到表達的直接的設計思路中去1。這雖然看似一次簡單的設計方式的改革，但帶來的將會是重大的設計思想改變，必定帶來設計質(zhì)量的提升。如果說十多年前的“甩圖板運動”只是計算機設計的引進階段的話，那么三維設計將是設計領域中一次革命的變革。正確地、清楚地認識三維設計系統(tǒng)及其相關的各方面知識，才能使我們更好地去引進三維設計系統(tǒng)，并且更快地掌握和運用它。計算機輔助設計（CAD）技術和計算機輔助制造（CAM）技術在近幾年來發(fā)展迅速,在設計單位與制造企業(yè)的應用日趨廣泛。三維CAD/CAM技術作為企業(yè)技術創(chuàng)新、市場開拓的重要技術手段正逐步成為企業(yè)科技進步的主流技術,同時，它也是全面提升企業(yè)產(chǎn)品設計與制造水平必須采用的核心技術。所以,企業(yè)對三維CAD/CAM方面的人才需求更加迫切,需求量也不斷增加2。這對機械類專業(yè)學生的能力培養(yǎng)提出了新的要求。目前市場上CAD/CAM軟件比較豐富,從AutoCAD到Solidworks、Solidedge、UG、Pro/E，還有國產(chǎn)軟件CAXA開目CAD等。仔細分析這些軟件,各有優(yōu)缺點,但軟件本身的結構形式與功用基本大同小異。讓學生學習和掌握每一種軟件,顯然是不現(xiàn)實的。只有通過剖析CAD/CAM軟件的共性,并在此基礎上了解軟件開發(fā)的基礎知識，才能真正掌握軟件本身的內(nèi)涵,達到融會貫通的目的。本科畢業(yè)設計是高等教育中培養(yǎng)應用型人才的十分重要的實踐性教學系統(tǒng)工程，是持續(xù)時間最長、接觸工程實際問題最多和最有利于培養(yǎng)和增強學生三維CAD/CAM應用能力的關鍵性教學環(huán)節(jié)，是辦出應用型高等教育特色的突破口。在畢業(yè)設計環(huán)節(jié)中盡快引入新型課題、新技術和新方法以適應人才需求的發(fā)展趨勢是當務之急。所以將三維CAD/CAM技術引入應用型本科機械類專業(yè)畢業(yè)設計，并由淺入深在課題的深度和廣度上不斷拓展勢在必行3。本科畢業(yè)設計說明書（論文）第2頁共29頁1.2國內(nèi)外氣瓶的發(fā)展概況在經(jīng)濟高速發(fā)展的現(xiàn)代社會中，氣瓶制造業(yè)被認為屬于朝陽工業(yè)范疇4。建國五十多年來，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。但是應該承認我國的氣瓶產(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年代的復合氣瓶市場，日本政府批準了復合氣瓶，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合氣瓶開始陸續(xù)達到5O年使用壽命的極限，更新復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年允許碳纖維復合氣瓶的銷售，到1996年出口到歐洲的碳纖維復合氣瓶數(shù)量急劇增。1996年年底，危品辦批準了碳纖維復合氣瓶在美國市場的銷售。1997年，碳纖維復合材料氣瓶進入美國市場，比玻纖維復合氣瓶減輕重量約405。這些變化極大的刺激著復合氣瓶的市場需求、產(chǎn)量和技術創(chuàng)新。我國的復合材料氣瓶產(chǎn)業(yè)雖然才剛剛起步，但我國的纖維纏繞技術根基深厚，氣瓶制造只要堅持下去，必有成績和回報。而計算機三維設計的引入給設計領域的傳統(tǒng)方法帶來了一場變革，準確掌握和應用計算機輔助設計技術，對軟件行業(yè)及機械行業(yè)都有著重大對意義。1.3本課題的具體工作本課題研究的是M500A鉬源氣瓶，由于鉬源是一種劇毒性的氣體，因此對它的各項要求非常嚴格。具體工作如下：(1)對氣瓶的結構、原理進行詳細分析選擇適用的材料；(2)設計氣瓶的整體結構，運用SolidWorks三維建模軟件繪制氣瓶的實體模型；(3)完成氣瓶各零件的三維造型、工程圖的生成以及最終的裝配；(4)根據(jù)需要生成爆炸圖并制定相應的工藝文件。本科畢業(yè)設計說明書（論文）第3頁共29頁2M500A氣瓶的總體設計工業(yè)產(chǎn)品從設計到加工的過程中,單憑經(jīng)驗和反復的采用實物試驗驗證的傳統(tǒng)制造方法,已經(jīng)遠遠不能適應降低制造成本、減少設計和生產(chǎn)周期、快速適應市場變化和增強市場競爭力的需要了。隨著科學技術的發(fā)展,虛擬制造、虛擬實驗使得在實際的產(chǎn)品制造之前就能發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在使用和制造中可能存在的問題,提高了產(chǎn)品質(zhì)量,降低了工業(yè)產(chǎn)品的設計與試制的成本6。氣瓶是具有潛在危險性的特種容器7。瓶內(nèi)充裝的氣體具有壓力、可燃性、氧化性、窒息性、毒性、腐蝕性、化學不穩(wěn)定性等特點,使用環(huán)境的特殊性表現(xiàn)在沒有固定的使用地點,沒有專責的操作人員,使用環(huán)境經(jīng)常變遷,流動性大。可重復充裝和搬運,管理比較復雜。一旦發(fā)生爆炸或泄漏,就可能引起建筑物和設備的破壞,繼而引起原材料和產(chǎn)品的燒毀。不僅使生產(chǎn)活動中斷,還會給該地區(qū)的居民帶來災難8,9。所以我們在設計氣瓶之前要詳細了解它潛在的危險，相對的做出合理的設計，只有這樣我們所設計出來的氣瓶才有真正的價值。2.1M500A氣瓶材料的選擇本課題研究的是鉬源氣瓶，由于鉬源是一種劇毒性的氣體，所以對輸送、貯存這類氣體氣瓶的安裝、焊接、嚴密性、潔凈度、耐腐蝕都有嚴格的要求。所以根據(jù)鉬源的特性我們采用1Cr18Ni9Ti作為M500A氣瓶的制作材料，1Cr18Ni9Ti有較高的抗拉強度，較低的屈服點，極好的塑性和韌性，焊接性能和冷彎成型性能好，1Cr18Ni9Ti含有抗晶界腐蝕的鈦，可以通過熱處理提高它的抗晶界腐蝕能力10。所以很適合裝鉬源這種劇毒性的氣體。2.2M500A氣瓶的總體結構及其工作原理本章通過對國內(nèi)外現(xiàn)有氣瓶的設計加工方案、原理進行了詳細的分析比較，并且針對鉬源這種有劇毒性的氣體作出必要的研究。鉬作為一種金屬元素，通常用作合金及不銹鋼的添加劑，它可增強合金的強度、硬度、可焊性及韌性，還可增強其耐高溫強度及耐腐蝕性能。所以為了防止毒氣泄漏，維護廣大消費者的人身安全，我們對設計的氣瓶采取焊接的方案，對氣瓶的其它附件均符合國家氣瓶技術標準。經(jīng)過對國內(nèi)外各式各樣氣瓶設計方案的考究，我設計的M500A氣瓶的參數(shù)總圖如下圖2.1。如圖2.1所示，M500A氣瓶主要由瓶蓋、瓶底、瓶身、VCR接頭、清洗閥、進氣本科畢業(yè)設計說明書（論文）第4頁共29頁閥、出氣閥、進氣管、內(nèi)管、排氣管等零件組成。151532914283201301516550145（展開長147.6）（插入入口管3mm后,管口至蓋內(nèi)表面的長度應小于145）83.513830313標記處數(shù)分區(qū)更改文件號簽名年、月、日設計標準化審查工藝批準重量比例階段標記共張第張M500A參數(shù)總圖M500A-0012圖2.1M500A氣瓶的參數(shù)總圖工作原理如下：M500A氣瓶在工作之前先要打開清洗閥對瓶子的內(nèi)部進行清洗，清洗后再烘干這樣是保證瓶內(nèi)的干凈無雜質(zhì)。因為M500A氣瓶是用來裝鉬源這種劇毒性的氣體，如果要保證鉬源的純度，在烘干氣瓶后還要進行抽真空以保證瓶內(nèi)合理的氣體壓力。等一切準備就緒關閉清洗閥，通過有關的設備鉬源氣體就會從進氣閥通過VCR接口、進氣管、內(nèi)管進入氣瓶內(nèi)。相同的道理當使用鉬源氣體時，也會借助相應的設備使氣體被使用。從圖2.1可以看出來為了保證氣瓶的密封性我們有七處采取了焊接的方案是氣體不容易泄漏，這七處分別是：排氣閥、排氣管與VCR接口的連接口各有一處；進氣管、清洗閥、排氣管與瓶蓋的連接各一處；瓶蓋與瓶身的連接處；瓶身與瓶底的連接處都有焊接。2.3M500A氣瓶主要零件的設計要點設計是一種尋找和確定最優(yōu)設計方案的技術。所謂“最優(yōu)設計”,指的是一種方案可以滿足所有的設計要求,而且所需的支出(如重量,面積,體積,應力,費用等)最小。設計方案的任何方面都是可以優(yōu)化的,如尺寸、形狀、支撐位置、制造費用、自然頻