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1 引言 1.1 本課題研究背景和意義 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(yáng)工業(yè)范疇。氣體應(yīng)用技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)也達(dá)到了80余種。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)民生產(chǎn)總值每增加1%，氣瓶需求量就增加1.5%，而國(guó)際市場(chǎng)每年大約以5%的速度增長(zhǎng)。全世界年需求氣瓶量可達(dá)到500萬(wàn)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(diǎn)的復(fù)合材料氣瓶。據(jù)悉，全世界有300萬(wàn)只復(fù)合材料氣瓶在運(yùn)行[1]。原有的各類(lèi)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(fèi)用，也不會(huì)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。 氣瓶的種類(lèi)有很多，具體分類(lèi)如表1： 表1 氣瓶的分類(lèi) 分類(lèi) 按制造方法分 按充裝介質(zhì)的性質(zhì)分 按公稱工作壓力分 （1） 鋼制無(wú)縫氣瓶 永久氣體氣瓶 高壓氣瓶 （2） 鋼制焊接氣瓶 液化氣體氣瓶 低壓氣瓶 （3） 纏繞玻璃纖維氣瓶 溶解氣體氣瓶 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。 1.2 氣瓶的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 自上世紀(jì)后半葉以來(lái)，復(fù)合材料氣瓶在西方國(guó)家得到飛速的發(fā)展。以CNG氣瓶的研發(fā)和開(kāi)發(fā)方面為例，美國(guó)的Lincol公司、SCI公司和Hydospin公司都走在世界前列。改革開(kāi)放后的中國(guó)自然也有所作為，國(guó)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(gè)行列中來(lái)。經(jīng)過(guò)數(shù)年努力，他們都拿出了自己的產(chǎn)品或研究成果。 國(guó)內(nèi)的研發(fā)項(xiàng)目已經(jīng)解決了CNG氣瓶殼體預(yù)緊壓力設(shè)計(jì)和樹(shù)脂配方設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)，完成了樹(shù)脂配方全部原材料實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化及定型工作、建立了力學(xué)計(jì)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(kāi)展了爆破、公益性試驗(yàn)及振動(dòng)和疲勞性能研究、設(shè)計(jì)制造了兩工位計(jì)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(guó)防領(lǐng)域得到相關(guān)應(yīng)用。 目前，國(guó)內(nèi)對(duì)氣瓶的研究?jī)?nèi)容有：對(duì)鋼制內(nèi)膽環(huán)向纖維纏繞氣瓶進(jìn)行系統(tǒng)研究[2]；對(duì)氣瓶設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)和受力情況進(jìn)行有限元分析[3]；對(duì)氣瓶進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)氣瓶的制造工藝提出全面分析，提出優(yōu)化制造工藝[4]；對(duì)鋼內(nèi)膽和復(fù)合材料層在疲勞試驗(yàn)中的模量匹配問(wèn)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[5]。 我國(guó)的復(fù)合材料氣瓶產(chǎn)業(yè)雖然才剛剛起步，但我國(guó)的纖維纏繞技術(shù)根基深厚，氣瓶制造只要堅(jiān)持下去，必有成績(jī)和回報(bào)[6]。而計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)的引入給設(shè)計(jì)領(lǐng)域的傳統(tǒng)方法帶來(lái)了一場(chǎng)變革，準(zhǔn)確掌握和應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，對(duì)軟件行業(yè)及機(jī)械行業(yè)都有著重大對(duì)意義。 1.3 本文的具體工作 本文的具體工作如下： (1) 對(duì)M200A氣瓶現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)、原理進(jìn)行詳細(xì)分析； (2) 設(shè)計(jì)M200A氣瓶的整體結(jié)構(gòu)，并運(yùn)用SolidWorks三維建模軟件建立氣瓶的實(shí)體模型； (3) 完成M200A氣瓶這個(gè)產(chǎn)品中各零件的三維造型、工程圖生成及最終的裝配； (4) 制定相應(yīng)的工藝文件。 2 M200A氣瓶的總體設(shè)計(jì) M200A氣瓶一種比較精密的儀器，它的各個(gè)部件的選擇不是憑空想象的，每個(gè)部件的確定都有其一定的科學(xué)規(guī)律。本課題設(shè)計(jì)的氣瓶所裝的鉬源氣體主要運(yùn)用于集成電路板，所以要求所設(shè)計(jì)的氣瓶以盡可能輕的重量，盡可能小的體積，儲(chǔ)存盡可能多的氣體。并且由于鉬源是有毒的，對(duì)氣瓶的密封性要求很高，在實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)氣瓶的焊縫質(zhì)量、焊接接頭的力學(xué)性能等都提出了很高的要求。 2.1 M200A氣瓶的總體結(jié)構(gòu)及其工作原理 鑒于其它氣瓶已有的結(jié)構(gòu)，可以知道一個(gè)氣瓶大致有以下幾個(gè)部分組成：瓶身、進(jìn)氣管、排氣管、控制閥門(mén)等。其工作原理也很簡(jiǎn)單：由進(jìn)氣管充氣，通過(guò)控制閥門(mén)的開(kāi)/關(guān)進(jìn)行氣體的排放?？紤]到所設(shè)計(jì)的氣瓶用到的場(chǎng)合較特殊，每個(gè)部件需仔細(xì)對(duì)比方案后再進(jìn)行設(shè)計(jì)。 2.2 方案的比較及確定 在正式用軟件對(duì)零件進(jìn)行三維造型設(shè)計(jì)之前，需有一個(gè)方案的確定。所以，一般某個(gè)零件的設(shè)計(jì)都是先制定處二至三個(gè)方案，然后討論篩選出較為滿意的方案進(jìn)行深入，深入過(guò)程實(shí)際是進(jìn)一步細(xì)化。討論并最終確定方案，這時(shí)的方案會(huì)比較細(xì)致，包括產(chǎn)品系列化方案、顏色方案等等。下面就對(duì)每一個(gè)具體的零件進(jìn)行方案的比較和最終的確定。 2.2.1 瓶身的方案 普通氣瓶的瓶身是一個(gè)整體，也就是不分瓶蓋、瓶身和瓶底。這樣的瓶身制造起來(lái)方便，但精度不高，也不適用于不銹鋼材料的氣瓶，而本文設(shè)計(jì)的氣瓶材料采用316L和1Cr18Ni9Ti，都是不銹鋼材料。所以瓶身采用瓶蓋、瓶身、瓶底的分開(kāi)設(shè)計(jì)。 瓶身的設(shè)計(jì)有兩種方案可供選擇： (1) 具有不銹鋼襯里的雙層瓶身。這種瓶身的優(yōu)點(diǎn)是耐用、密封性好；相對(duì)的缺點(diǎn)就是造價(jià)比較高。 (2) 單層瓶身。這種瓶身的優(yōu)點(diǎn)就是造價(jià)相對(duì)低；缺點(diǎn)是沒(méi)有雙層瓶身耐用。 考慮到使用的方便性，氣瓶要盡可能的輕，盡可能小的體積，儲(chǔ)存盡可能多的氣體，且造價(jià)也不宜太高，本文采用單層瓶身。 瓶底的方案：考慮到鉬源氣體的珍貴，為了能使氣體通過(guò)排氣管徹底用完，在瓶底的設(shè)計(jì)處增加了一個(gè)小凹槽，這樣就能保證氣體不浪費(fèi)了。 瓶蓋的方案：瓶蓋上需焊接進(jìn)氣管和排氣管，需挖兩個(gè)孔。但考慮到本文所設(shè)計(jì)的氣瓶所裝的鉬源氣體十分珍貴，為了保證在氣體沖入瓶中后不被污染，該氣瓶還需配有一個(gè)清洗閥，便于瓶身的清洗。所以在瓶蓋上還需開(kāi)一個(gè)孔，用來(lái)焊接清洗閥。 2.2.2 進(jìn)氣管和排氣管的方案 進(jìn)氣管和排氣管都可以設(shè)計(jì)成彎曲的造型和筆直的管，考慮整個(gè)氣瓶的美觀性，本文采用彎管。 2.2.3 瓶?jī)?nèi)管的設(shè)計(jì) 氣體的排放如若經(jīng)過(guò)一個(gè)管道則會(huì)排放的更加干凈，所以本文的設(shè)計(jì)增加了一根瓶?jī)?nèi)管，便于鉬源氣體的徹底排放。管的彎曲度則由瓶蓋上的孔和瓶底的小凹槽決定，裝配時(shí)管子的兩端需對(duì)準(zhǔn)孔和凹槽。 2.2.4 通氣閥的設(shè)計(jì) 沖入氣體和排出氣體都需要通過(guò)一個(gè)部件，那就是通氣帽。通氣帽由五個(gè)零件構(gòu)成，分別是：通氣蓋、通氣管、螺帽、螺母和墊片。相應(yīng)的零件尺寸大小可以查相關(guān)的手冊(cè)。 2.2.5 其它部件的設(shè)計(jì)或選用 氣體排放的速度和量的多少由一種標(biāo)準(zhǔn)件——VCR接頭控制。所謂標(biāo)準(zhǔn)件，就是可以直接按照相關(guān)參數(shù)（如排氣管的直徑）來(lái)選定。 至于清洗閥，它的結(jié)構(gòu)和通氣閥是一樣的，只要確定其各個(gè)零件的尺寸大小就可以了，而它的尺寸也可以按瓶蓋上孔的大小作為參照尺寸。 2.2.6 鋼絲繩的設(shè)計(jì) 在通氣帽上連接著一根鋼絲繩，這是為了方便通氣蓋擰下時(shí)的放置，可以直接吊在繩索上。 至此，M200A氣瓶的總體設(shè)計(jì)就基本上完成了。下面就可以用三維造型軟件進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)了。 3 M200A氣瓶的三維造型 ?隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(lái)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(jì)逐步進(jìn)入三維設(shè)計(jì)時(shí)代。三維設(shè)計(jì)具有形象、直觀、精確、快速的特點(diǎn)，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、結(jié)構(gòu)分析、產(chǎn)品性能的評(píng)估、確定和優(yōu)化物理樣機(jī)參數(shù)過(guò)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。 3.1 三維造型軟件介紹 目前,市場(chǎng)上流行很多三維設(shè)計(jì)軟件,如Pro /E、UG、CAXA 、SolidWorks等,這些三維設(shè)計(jì)軟件都具有強(qiáng)大的實(shí)體建模、參數(shù)化特征造型、曲面造型和大型裝配處理等功能,它們被廣泛用于機(jī)械、汽車(chē)、航空等領(lǐng)域。 美國(guó)PTC公司開(kāi)發(fā)的Pro/E軟件是基于參數(shù)化的三維實(shí)體設(shè)計(jì)軟件，共有近30個(gè)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(gè)專業(yè)。其中，實(shí)體造型、曲面造型、模具設(shè)計(jì)、數(shù)控加工、虛擬裝配、運(yùn)動(dòng)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[7]。 SolidWorks是一套基于W indows的CAD /CAE /CAM /PDM桌面集成系統(tǒng),是美國(guó)Solid Works公司在總結(jié)和繼承了大型機(jī)械CAD 軟件的基礎(chǔ)上,在Windows環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的第一個(gè)機(jī)械三維CAD軟件。它全面采用非全約束的特征建模技術(shù),其設(shè)計(jì)過(guò)程全相關(guān)性,可以在設(shè)計(jì)過(guò)程的任何階段修改設(shè)計(jì)。該軟件具有產(chǎn)品配置功能,可以為用戶設(shè)計(jì)不同構(gòu)性的產(chǎn)品。它集成了設(shè)計(jì)、分析、加工和數(shù)據(jù)管理過(guò)程,所獲得的分析和加工模擬結(jié)果成為產(chǎn)品模型的屬性,它將2D造型繪圖與3D造型技術(shù)融為一體,能自動(dòng)生成零件尺寸、材料明細(xì)表(BOM) 、具有指引線的零部件編號(hào)等技術(shù)資料,從而簡(jiǎn)化了工程圖樣的生成過(guò)程。同時(shí)有中英文兩種界面可以選擇,其先進(jìn)的特征樹(shù)結(jié)構(gòu)使操作更加簡(jiǎn)便和直觀。具有交好的開(kāi)發(fā)性接口和功能擴(kuò)充性。能輕松實(shí)現(xiàn)各種CAD軟件之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換傳送。 SolidWorks軟件的主要特點(diǎn): (1) SolidWorks提供了直接繪制三維草圖的功能,在友好的用戶界面下, 象繪制線架圖一樣不再局限在平面上, 而是在空間直接畫(huà)草圖。此外3D草圖還可作為裝配環(huán)境下的布局草圖進(jìn)行關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)。 (2) SolidWorks提供了一個(gè)動(dòng)畫(huà)功能, 可以生成實(shí)體的裝配過(guò)程、爆炸過(guò)程、運(yùn)動(dòng)過(guò)程的動(dòng)畫(huà)文件, 同時(shí)也生成各個(gè)過(guò)程的組合動(dòng)畫(huà)文件。 (3) SolidWorks友好的界面。圖形菜單設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單明快、形象化, 一看即知。系統(tǒng)的所有參數(shù)設(shè)置全部集中在一個(gè)選項(xiàng)中, 容易查找和設(shè)置。實(shí)體的建模和裝配完全符合于自然的三維世界。特別是裝配約束的概念非常簡(jiǎn)單且容易理解。對(duì)實(shí)體的放大, 縮小和旋轉(zhuǎn)等操作可以在任何命令過(guò)程中使用, 實(shí)體的選取非常容易和方便。 (4) SolidWorks建模迅速, 操作靈活, 是一種尺寸驅(qū)動(dòng)且基于特征的三維設(shè)計(jì)軟件, 具有構(gòu)造歷史以供事后修改, 更加適合學(xué)生在機(jī)械制圖綜合實(shí)踐中使用[8]。 3.2 M200A氣瓶的三維造型 設(shè)計(jì)的M200A氣瓶的裝配圖如圖1。 圖1 M200A氣瓶結(jié)構(gòu)圖 如圖所示，M200A主要由瓶蓋、瓶底、瓶身、VCR接頭、清洗閥、進(jìn)氣管、內(nèi)管、排氣管等零件組成。 3.2.1 清洗閥的設(shè)計(jì) 清洗閥是M200A氣瓶中的關(guān)鍵部件，它既用于清洗，還可以檢測(cè)所剩氣體的多少。所以在設(shè)計(jì)清洗閥的時(shí)候應(yīng)該充分考慮其光潔度、耐腐蝕性等綜合要求，以及為實(shí)現(xiàn)這些要求而采用的熱處理方式，同時(shí)考慮制造工藝問(wèn)題加以選用，力求經(jīng)濟(jì)合理。清洗閥是標(biāo)準(zhǔn)件，市面上現(xiàn)在可以直接買(mǎi)到。清洗閥由無(wú)氧銅墊片、通氣管、通氣蓋、螺帽和螺母裝配而成，結(jié)構(gòu)如圖2： 圖2 清洗閥結(jié)構(gòu)圖 (1) 無(wú)氧銅墊片 無(wú)氧銅墊片的主要起密封作用，結(jié)構(gòu)如圖3： 圖3 無(wú)氧銅墊片 (2) 螺母 螺母用于和螺帽連接，結(jié)構(gòu)如圖4： 圖4 螺母 (3) 螺帽 螺帽的結(jié)構(gòu)如圖5： 圖5 螺帽 (4) 通氣蓋 通氣蓋的結(jié)構(gòu)如圖6： 圖6 通氣蓋 (5) 通氣管 通氣管的結(jié)構(gòu)如圖7： 圖7 通氣管 為了表達(dá)清楚清洗閥的裝配結(jié)構(gòu)，見(jiàn)如下爆炸視圖8： 圖8 清洗閥的爆炸視圖 3.2.2 瓶底的設(shè)計(jì) 瓶底主要是起支撐作用的，所以它的厚度有一定的要求，不能太薄。而為了使瓶?jī)?nèi)的氣體完全排完，特別在瓶底挖了一個(gè)槽，這樣一個(gè)小小的設(shè)計(jì)就能保證氣體不浪費(fèi)了。并且瓶底做了倒圓角處理。瓶底結(jié)構(gòu)如圖9： 圖9 瓶底 3.2.3 瓶蓋的設(shè)計(jì) 瓶蓋上三個(gè)孔的位置是有要求的：需考慮應(yīng)力的分布，重量的分布，也就是整個(gè)氣瓶裝配好以后的重心必須落在瓶身的中心線上，不然氣瓶就不能站穩(wěn)了。瓶蓋結(jié)構(gòu)如圖10： 圖10 瓶蓋 (1) 孔的大小 孔的大小是根據(jù)管的直徑來(lái)決定的。 (2) 孔的倒角處理 為了便于排氣管和內(nèi)管的連接，在孔的底部做了倒角處理。 (3) 孔的位置 孔的位置考慮了在上面焊接的管、VCR接頭等的重量分布情況。 3.2.4 瓶身的設(shè)計(jì) 瓶身作為瓶蓋與瓶體的連接體，也是氣體主要儲(chǔ)存的地方，對(duì)其壁厚有一定的要求，倒角處理以后需與瓶蓋與瓶身吻合，以便于焊接。瓶身結(jié)構(gòu)如圖11： 圖11 瓶蓋 3.2.5 進(jìn)氣管與排氣管的設(shè)計(jì) 進(jìn)氣管與排氣管的設(shè)計(jì)思路是一樣的，兩根管子的彎度要一致，這是為了在瓶蓋上的重量分布均勻，但考慮到排氣管還與瓶?jī)?nèi)管連接，所以排氣管應(yīng)比進(jìn)氣管短一些。進(jìn)氣管和排氣管如圖12、圖13所示： 圖12 進(jìn)氣管 圖13 排氣管 3.2.6 通氣閥的設(shè)計(jì) 通氣閥的結(jié)構(gòu)和清洗閥是一模一樣的，只是尺寸不同，在此就不贅述了。 3.2.7 VCR接頭 VCR接頭是標(biāo)準(zhǔn)件，市面上可以直接買(mǎi)到。它的主要作用是用來(lái)連接通氣閥與進(jìn)、排氣管，以及準(zhǔn)確控制氣體流動(dòng)的速度與用量它的結(jié)構(gòu)如圖14： 圖14 VCR接頭 3.3 工程圖 工程圖是設(shè)計(jì)者思想的表達(dá)，是加工零部件的依據(jù)，是進(jìn)行技術(shù)交流的重要文本資料。SolidWorks工程圖能將2D造型繪圖與3D造型技術(shù)融為一體，能自動(dòng)生成零件尺寸、材料明細(xì)表（BOM）、具有指引線的零部件編號(hào)等技術(shù)資料，從而簡(jiǎn)化了工程圖樣的生成過(guò)程[9]。 SolidWorks工程圖文件中包含兩個(gè)獨(dú)立的部分：圖紙格式和工程圖視圖。圖紙格式包含工程圖圖幅的大小、標(biāo)題欄設(shè)置、零件明細(xì)表及其定位等。由于圖紙格式在工程圖文件中相對(duì)比較穩(wěn)定，所以一般先設(shè)置或者創(chuàng)建需要的工程圖圖紙格式[10]。 3.3.1 圖紙格式的設(shè)置 圖紙格式包括圖紙的大小、方向及圖框的種類(lèi)。通過(guò)設(shè)置圖紙格式，用戶可以設(shè)置需要的圖紙邊框與標(biāo)題欄等內(nèi)容。SolidWorks在創(chuàng)建工程圖時(shí)，必須設(shè)置需要的圖紙格式。SolidWorks提供三種圖紙格式，分別為標(biāo)準(zhǔn)圖紙格式、用戶圖紙格式與無(wú)圖紙格式。 (1) 標(biāo)準(zhǔn)圖紙格式 SolidWorks提供了12種標(biāo)準(zhǔn)圖紙格式，每一種圖紙格式都包含了確定的圖框與標(biāo)題欄，用戶可以根據(jù)需要選用。圖紙的設(shè)置方向通常有橫向和縱向兩種。 (2) 用戶圖紙格式 用戶圖紙格式是讀者自行設(shè)置的圖紙格式。 (3) 無(wú)圖紙格式 該方式只能定義圖紙的大小，沒(méi)有圖框和標(biāo)題欄，是一張空白的圖紙。 實(shí)際應(yīng)用中，各單位的圖紙格式往往不一樣，所以用戶需要設(shè)計(jì)符合自己的圖紙格式并儲(chǔ)存，以后用到的時(shí)候，只要調(diào)用該圖紙格式即可。本文采用用戶圖紙格式，根據(jù)所設(shè)計(jì)氣瓶的總體尺寸和各個(gè)零部件的尺寸，需用到A2和A4圖紙。完成了圖紙的一系列相關(guān)設(shè)定后，就可以建立工程視圖了。 3.3.2 工程圖視圖 工程視圖包括：標(biāo)準(zhǔn)三視圖、命名視圖、投影視圖、剖面視圖、旋轉(zhuǎn)剖視圖、輔助視圖和局部放大圖。 (1) 標(biāo)準(zhǔn)三視圖 標(biāo)準(zhǔn)三視圖能為零件或裝配體同時(shí)生成三個(gè)相關(guān)的默認(rèn)正交視圖，默認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)三視圖為前視、上視及右視3個(gè)視圖。常用創(chuàng)建標(biāo)注三視圖的方法有兩種：直接選取法和文件插入法。 (2) 模型視圖 當(dāng)生成新工程圖，或者將一模型視圖插入到工程圖文件中時(shí)，將彈出【模型視圖】屬性管理器，可從指定的視圖名稱選擇一方向，然后生成工程圖視圖。模型視圖可以創(chuàng)建前視、后視、左視、右視、上視、下視、等軸測(cè)、當(dāng)前模型視圖、上下二等角軸側(cè)及左右二等角軸測(cè)等多種視圖。 (3) 投影視圖 投影視圖是指將工程圖中已存在的視圖，建立以該視圖為前視圖的上、下、左、右4個(gè)正投影視圖中的其中一個(gè)視圖。 (4) 剖面視圖 剖面視圖可以顯示設(shè)計(jì)零件內(nèi)部特征的厚度、斜度等構(gòu)造。適當(dāng)使用剖面圖可以使零件的工程圖更為清晰，便于讀圖。剖面視圖一般分為：全剖視圖、部分剖視圖、階梯剖視圖和旋轉(zhuǎn)剖視圖等。 建立剖視圖必須有一條剖面線。對(duì)于全剖視圖，利用直線或者中心線命令，既可以在執(zhí)行剖視命令前在視圖中剖視位置先畫(huà)剖面線，也可以在執(zhí)行剖視命令后在視圖中剖視位置再畫(huà)剖面線。 對(duì)于部分剖視圖，既可以在執(zhí)行剖視命令前也可以在執(zhí)行剖視命令后在視圖中的剖視位置先畫(huà)剖面線。 階梯剖視圖的剖面線一般為多條連續(xù)的直線。創(chuàng)建階梯剖視圖，必須在執(zhí)行剖視命令前在視圖中剖視位置先畫(huà)剖面線。 對(duì)于旋轉(zhuǎn)剖視圖，既可以在執(zhí)行剖視命令前也可以在執(zhí)行剖視命令后在視圖中的剖視位置畫(huà)剖面線。 (5) 輔助視圖 輔助視圖類(lèi)似于投影視圖，但是如果零件中包含斜面特征，只以一般正投影視圖來(lái)觀測(cè)的話，則可能無(wú)法了解斜面上的實(shí)際形狀。這時(shí)只有通過(guò)輔助視圖命令，才能清楚了解斜面的特征。 (6) 局部放大圖 局部視圖用來(lái)放大顯示模型上較為復(fù)雜或者微小的部分。局部視圖可以是正交視圖、空間視圖、剖面視圖、裁剪視圖、爆炸裝配體視圖或者另一局部視圖。 二維工程圖與三維圖兩者是相輔相成，密不可分的。雖然三維造型圖在機(jī)械設(shè)計(jì)中更具優(yōu)勢(shì)和直觀性，但工人在制造零件時(shí)依據(jù)的還是工程圖。 3.3.3 M200A氣瓶的工程圖 （1） 剖視圖（如圖15） 圖15 瓶蓋工程圖 以上是瓶蓋的剖視圖，這種表示法就可以清楚地表現(xiàn)瓶蓋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)了。 （2） 爆炸工程圖（如圖16） 圖16 清洗閥工程圖 以上是清洗閥的爆炸工程圖，這樣的表現(xiàn)手法可以清晰的地表現(xiàn)出部件的裝配關(guān)系了。 （3） 標(biāo)準(zhǔn)三視圖（如圖17） 圖17 通氣蓋工程圖 以上是通氣蓋的標(biāo)準(zhǔn)三視圖，分別是主視圖、俯視圖和左視圖。這種視圖表示法適用于三視圖不一樣的零件，而本圖中的左視圖又通過(guò)剖視圖來(lái)表現(xiàn)，這樣就更清楚地表現(xiàn)出通氣蓋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)了。 4 M200A氣瓶的裝配工藝分析和裝配 4.1 氣瓶裝配工藝 氣瓶在實(shí)際裝配時(shí)采用的是焊接形式，而不是簡(jiǎn)單的機(jī)械連接，這是一種不可拆卸的連接。這是為了保證氣瓶的密封性，防止所裝有毒氣體的泄露。所謂焊接結(jié)構(gòu)裝配焊接工藝(以下簡(jiǎn)稱裝焊工藝) ,就是一個(gè)焊接結(jié)構(gòu)的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程,主要是指組成結(jié)構(gòu)件的零部件裝配焊接的先后次序及相應(yīng)的裝配焊接內(nèi)容,即具體的加工工藝路線。而焊接結(jié)構(gòu)裝焊工藝的設(shè)計(jì),就是通過(guò)對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和功能的分析,對(duì)其整體裝焊工藝進(jìn)行規(guī)劃,從而保證整體裝焊工藝的完整性和有效性的過(guò)程[11]。 本課題所設(shè)計(jì)的M200A氣瓶所用的材料為1Cr18Ni9Ti不銹鋼，這種奧氏體不銹鋼在焊接時(shí)，它的流動(dòng)性能好，致密性強(qiáng)，成型美觀，韌性和強(qiáng)度較高，防腐蝕能力強(qiáng)，是化工容器的良好使用材料。對(duì)于1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼而言，一般情況下能很好地是適應(yīng)于溶化焊接，但是從經(jīng)濟(jì)、實(shí)用和機(jī)械器具及技術(shù)性能方面考慮，還是采用手工電弧焊接較好[12]。裝配時(shí)根據(jù)1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼的特點(diǎn)、性能進(jìn)行裝配加工。 氣瓶裝配時(shí)所采取的工藝流程如下： 各零件加工→打磨清洗→超聲波清洗→定位焊→檢驗(yàn)→圓周焊→檢驗(yàn)→烘干→抽真空→沖入氣體[13]。 4.2 裝配過(guò)程 在現(xiàn)代制造業(yè)中, 裝配是產(chǎn)品生命周期的重要環(huán)節(jié),裝配成本占產(chǎn)品制造成本的40%～50%, 裝配工作量占整個(gè)制造工作量的20%～70%, 且手工作業(yè)工作量大, 裝配自動(dòng)化一直是制造自動(dòng)化中的瓶頸問(wèn)題。因此, 1980 年代初, 出現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)輔助裝配規(guī)劃( Computer AidedAssembly Process Planning, CAAPP) 技術(shù)的研究。目前,計(jì)算機(jī)輔助裝配規(guī)劃已經(jīng)成為CAD 技術(shù)推廣應(yīng)用的熱點(diǎn)研究?jī)?nèi)容之一, 其目的是給設(shè)計(jì)人員提供設(shè)計(jì)決策支持, 達(dá)到縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期, 提高產(chǎn)品裝配效率的目的。 SolidWorks為用戶提供了一個(gè)高效、易用的裝配設(shè)計(jì)環(huán)境。在這個(gè)環(huán)境中用戶既可以通過(guò)自底向上的方式將單個(gè)的零件裝配為低級(jí)的子裝配，進(jìn)而由低級(jí)的子裝配組裝為更高一級(jí)的子裝配，最后完成整個(gè)裝配；也可以通過(guò)頂向下的裝配方式直接在裝配環(huán)境中派生設(shè)計(jì)零件。在創(chuàng)建新零件時(shí)，可直接參考其他零件并保持關(guān)聯(lián)[14]。 4.2.1 裝配規(guī)劃的方法 裝配規(guī)劃實(shí)質(zhì)上就是在各種幾何約束條件及工藝約束條件的制約下, 求解出滿足各種約束條件、效率優(yōu)良的裝配順序, 裝配序列的規(guī)劃方法可分為如下幾種: （1) 基于裝配優(yōu)先約束關(guān)系的裝配序列生成方法獲取優(yōu)先約束關(guān)系是最直觀的裝配順序生成方法,該方法的關(guān)鍵是裝配優(yōu)先約束關(guān)系的獲取, 采用人機(jī)交互的方法, 工作量大, 人員要求高, 易出錯(cuò), 自動(dòng)獲取優(yōu)先約束難度大, 優(yōu)點(diǎn)是獲得零件裝配的優(yōu)先約束后, 容易求得零件的裝配順序。 （2) 基于部件識(shí)別的裝配序列求解方法 根據(jù)零件的部件分類(lèi), 分層次生成部件的裝配順序,依據(jù)一定的規(guī)則綜合部件的裝配順序, 即可求得產(chǎn)品的裝配序列?；诓考R(shí)別的求解方法有效地抑制了裝配順序生成的組合爆炸問(wèn)題, 但需借助知識(shí)去除那些理論上可行但實(shí)際裝配操作工藝性差的裝配序列。 （3) 拆卸法求解裝配順序的方法拆卸法通過(guò)求解零件的拆卸順序來(lái)獲得零件的裝配順序。但前提是裝配和拆卸必須互為可逆。 （4) 基于知識(shí)的求解方法 基于知識(shí)的方法求解裝配序列, 采用一階謂詞邏輯來(lái)表達(dá)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)序列優(yōu)先約束和裝配資源約束等知識(shí)。系統(tǒng)以產(chǎn)品CAD 模型為輸入, 通過(guò)人機(jī)交互獲取零部件裝配優(yōu)先約束。通過(guò)圖搜索算法求解產(chǎn)品配合特征圖的最小割集來(lái)產(chǎn)生裝配序列, 該方法對(duì)于特定產(chǎn)品的裝配序列求解比較有效, 缺點(diǎn)是適用面窄, 且領(lǐng)域知識(shí)的獲取較難。 （5) 基于矩陣運(yùn)算的方法 該方法以矩陣表示裝配體中有配合關(guān)系的零件之間的聯(lián)接關(guān)系, 矩陣中的每個(gè)元素代表零件的裝配關(guān)系。矩陣用線性代數(shù)中的有關(guān)運(yùn)算進(jìn)行變換規(guī)約, 簡(jiǎn)化了聯(lián)結(jié)關(guān)系矩陣對(duì)應(yīng)的裝配序列。 4.2.2 裝配序列的評(píng)價(jià)及優(yōu)化 即使產(chǎn)品的零件數(shù)目較少, 其裝配序列也具有多種組合的可能性。如何提出合適的評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)所規(guī)劃的裝配序列進(jìn)行評(píng)價(jià)意義重大, 目前, 采用的裝配序列評(píng)價(jià)方法主要有定性和定量?jī)煞N。 定性準(zhǔn)則有裝配方向換向的頻繁、子裝配體的穩(wěn)定性和安全性等。定量因素有裝配時(shí)間、裝配成本等。定性準(zhǔn)則主要為裝配順序的選擇提供有益的參考, 但不便實(shí)際應(yīng)用。定量的評(píng)價(jià)因素考慮了裝配工藝的特性, 為完成裝配順序的自動(dòng)評(píng)價(jià)提供了量化的指標(biāo)。體現(xiàn)了裝配操作的方便程度。 4.2.3 裝配關(guān)系表達(dá)及應(yīng)用 零件的裝配關(guān)系一般可分為三種: 凹凸特征間的匹配關(guān)系; 特征為兩個(gè)對(duì)應(yīng)的裝配特征占有相同的體積; 同時(shí)具有相同的參考原點(diǎn); 平面特征間的貼合關(guān)系; 特征為兩個(gè)對(duì)應(yīng)的裝配特征不占有相同的體積, 但是互相接觸;平面特征間的對(duì)齊關(guān)系, 特征為兩個(gè)對(duì)應(yīng)的裝配特征不占有相同的體積, 但是相互對(duì)稱。裝配關(guān)系表達(dá)主要有以下幾種模型: （1) 關(guān)聯(lián)圖模型 采用關(guān)聯(lián)圖表達(dá)產(chǎn)品裝配關(guān)系的優(yōu)點(diǎn)是方法簡(jiǎn)單, 缺點(diǎn)是零件之間的聯(lián)系并不對(duì)應(yīng)具體的裝配操作, 利用聯(lián)系圖模型難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝配序列規(guī)劃。 （2) 聯(lián)接矩陣法 裝配關(guān)系聯(lián)接矩陣是關(guān)聯(lián)圖模型的矩陣表示形式。用聯(lián)接矩陣表示裝配關(guān)系的優(yōu)點(diǎn)是根據(jù)聯(lián)接矩陣, 能判斷出裝配體中零件的聯(lián)接情況, 并可通過(guò)單位值最多的行或列對(duì)應(yīng)的零件, 識(shí)別出裝配體的基礎(chǔ)件。 (3) 產(chǎn)品等級(jí)裝配模型 產(chǎn)品總是由一個(gè)或多個(gè)功能部件和零件裝配而成,這些部件分別實(shí)現(xiàn)自己的功能, 又往往包含下一級(jí)子裝配體, 下一級(jí)子裝配體又包含更下一級(jí)子裝配體, 如此拆分, 直到最終不可拆分的零件。等級(jí)模型用子裝配體表達(dá)一組功能上或物理結(jié)構(gòu)上相關(guān)的零件集，其優(yōu)點(diǎn)是能表達(dá)產(chǎn)品中零部件間的層次關(guān)系[15]。 4.2.4 M200A氣瓶的裝配流程 通過(guò)比較和分析，以先從子部件裝配再到整體裝配，以從內(nèi)到外、從定位焊到圓周焊的原則，M200A氣瓶采用如下的裝配（焊接）流程： (1) 首先是進(jìn)行子部件的裝配：M200A氣瓶的子部件包括通氣閥和清洗閥，這兩個(gè)部件的結(jié)構(gòu)是一樣的，都是由通氣蓋、通氣管、螺帽、螺母和墊片組成的。通氣蓋和螺帽先裝配在一起，然后加入墊片，再壓入通氣管，最后由螺母旋到一個(gè)合適的位置壓緊、固定。通氣閥的裝配關(guān)系如圖18： 圖18 通氣閥工程圖 (2) 其次是子部件與子部件之間的焊接裝配：進(jìn)氣管和排氣管分別與瓶蓋焊接，注意裝配時(shí)彎管的角度；同時(shí)清洗閥伸入瓶蓋上Φ16孔內(nèi)與瓶蓋焊接；然后瓶?jī)?nèi)管插入入口管3mm后與排氣管進(jìn)行定位焊，注意使兩根管子在同一平面內(nèi)。 (3) 再次是進(jìn)行圓周焊：先是瓶蓋連同上面已經(jīng)焊接好的進(jìn)氣管、排氣管、通氣閥以及瓶?jī)?nèi)管與瓶身的焊接裝配，然后是瓶身與瓶底的焊接。 (4) 最后，依次在進(jìn)氣管和排氣管上焊接VCR接頭和通氣閥，注意焊接VCR接頭的時(shí)候要與瓶身正面成15°的角度。至此，M200A氣瓶已經(jīng)全部焊接裝配完畢。 M200A氣瓶的裝配關(guān)系見(jiàn)如下爆炸工程圖19： 圖19 M200A氣瓶裝配爆炸工程圖 結(jié)束語(yǔ) 本文以SolidWorks2008為工具，對(duì)M200A氣瓶進(jìn)行了深入細(xì)致的分析，深刻領(lǐng)會(huì)了它的結(jié)構(gòu)體系，設(shè)計(jì)方法，同時(shí)參考了國(guó)內(nèi)外氣瓶設(shè)計(jì)的先進(jìn)實(shí)例，查閱了一定數(shù)量的相關(guān)資料，總結(jié)出一般氣瓶的設(shè)計(jì)思路，本文的具體工作如下： (1) 對(duì)M200A現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)、原理進(jìn)行了詳細(xì)分析； (2) 設(shè)計(jì)了M200A氣瓶的整體結(jié)構(gòu)，并運(yùn)用SolidWorks三維建模軟件建立了氣瓶的實(shí)體模型； (3) 細(xì)致研究了其各個(gè)部分的設(shè)計(jì)原理，并在借鑒前人理論分析成果的基礎(chǔ)上，總結(jié)自己的設(shè)計(jì)理念及設(shè)計(jì)思路，得出了氣瓶的設(shè)計(jì)流程。 由于作者的水平所限，很多地方考慮的還不是很全面。需要的改進(jìn)的地方還有很多： (1) 論文中的M200A氣瓶的設(shè)計(jì)方法僅適用于集成電路板中所用的小型氣瓶。氣瓶的種類(lèi)很多，有些用于特殊常場(chǎng)合的氣瓶工作原理和工作方式與一般的氣瓶有很大差別，可能會(huì)不適合于本設(shè)計(jì)的思路。 (2) 氣瓶在實(shí)際的焊接裝配中要考慮很多問(wèn)題，這個(gè)是理論設(shè)計(jì)考慮不到的，有些變量對(duì)結(jié)果影響很小，可以忽略不計(jì)，有些影響卻很大，這就造成了理論設(shè)計(jì)與實(shí)際生產(chǎn)的出入很大。另外這些誤差有的以現(xiàn)在的科技水平暫時(shí)還分析不出原因，這時(shí)往往用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的結(jié)果更加準(zhǔn)確，就拿經(jīng)驗(yàn)公式代替了理論公式。但是經(jīng)驗(yàn)公式往往有其局限性，不可能適合所有的情況，應(yīng)該具體問(wèn)題具體分析對(duì)待。 通過(guò)總結(jié)，希望能為后續(xù)研究者提供一點(diǎn)思路，早日解決這些難題，給實(shí)際生產(chǎn)提供更有用的幫助。 致 謝 在本文完成之際，首先向我的指導(dǎo)老師黃新燕副教授和張樂(lè)瑩老師表示衷心的謝意。在我完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，導(dǎo)師對(duì)我進(jìn)行了全面的訓(xùn)練，并且一直給予贊揚(yáng)和肯定，使我深受鼓舞。導(dǎo)師淵博的知識(shí)、塌實(shí)的工作作風(fēng)、科學(xué)的工作方法、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和敏銳的洞察力，使我深受教育。這些會(huì)給我以后的學(xué)習(xí)生活產(chǎn)生很大的影響，受益終身。 感謝戶廷勇輔導(dǎo)員在畢業(yè)設(shè)計(jì)中對(duì)我的督促。 感謝李小忠老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)中對(duì)我的特別指導(dǎo)。 感謝同組的石芳、許巧兵、馬磊等同學(xué)在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中給予的熱情幫助和支持。 感謝評(píng)審老師在百忙中審查我的論文，并對(duì)論文提出寶貴的指導(dǎo)和建議。祝你們工作順利，心想事成！ 最后，衷心感謝我的父母，為了支持我學(xué)業(yè)付出的勞苦艱辛。  參 考 文 獻(xiàn) [1] 張潔. 國(guó)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(guó)， 簡(jiǎn)斌. 復(fù)合材料氣瓶有限元分析與爆破壓力預(yù)測(cè)[J]. 火箭推進(jìn), 2008, 34(4)： 28～31. [4] 李小明， 邱桂杰， 劉錦霞. 某型復(fù)合材料氣瓶?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 纖維復(fù)合材料， 2007， 24(1)： 21. [5] 陳汝訓(xùn). 復(fù)合材料天然氣氣瓶設(shè)計(jì)的幾個(gè)問(wèn)題[J]. 宇航材料工藝，2001， (5): 55～57. [6] 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(duì)比研究[J]. 纖維復(fù)合材料, 2005, 22(1)： 21. [7] 馬希青， 李河宗， 崔堅(jiān). 以Pro/E為支撐搭建基地平臺(tái)，強(qiáng)化實(shí)體設(shè)計(jì)課程建設(shè)[J]. 河北工程大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版）， 2007， 24（3）： 7～18. [8] 江慶. SolidWorks三維造型在機(jī)械制圖綜合實(shí)踐中的應(yīng)用[J]. 機(jī)械管理開(kāi)發(fā)， 2008， 23（1）： 183～184 [9] 丁杰. 基于SolidWorks的機(jī)械零件參數(shù)化設(shè)計(jì)方法[J]. 甘肅科技， 2009， 25（3）： 20～21. [10] 張樂(lè)樂(lè)， 郭北苑， 胡仁喜. SolidWorks應(yīng)用教程[M]. 北京： 清華大學(xué)出版社·北京交通大學(xué)出版社， 2007. 183～222. [11] 白二平， 朱志明， 陳丙森， 袁崇福， 張崇軻. 計(jì)算機(jī)輔助裝配焊接工藝設(shè)計(jì)[J]. 焊接， 2001， （6）： 22～25. [12] 易偉， 朱魁. 1Cr18Ni9Ti鋼管在脫硫系統(tǒng)中的裝配、焊接及其應(yīng)用[J]. 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