課程設(shè)計(jì) 臺(tái)式滅菌器,課程設(shè)計(jì),臺(tái)式滅菌器,臺(tái)式,滅菌 摘 要 I 摘要 滅菌是指用物理或化學(xué)方法將所有致病和非致病的微生物全部殺滅，滅菌 法是指殺滅或除去所有微生物的繁殖體和芽孢或孢子的技術(shù)。我所設(shè)計(jì)的小型 臺(tái)式滅菌器，以山東新華醫(yī)療器械廠生產(chǎn)的 TMQ.J-2540 型臺(tái)式滅菌器為參考， 是一種以壓力蒸汽為介質(zhì)的小型高溫、高壓快速滅菌設(shè)備。適合于口腔科、眼 科、手術(shù)室、實(shí)驗(yàn)室，對(duì)齒科器械、手術(shù)器械、玻璃器皿、敷料、和液體等可 以耐受高壓、高溫蒸汽作用的物品的滅菌。 滅菌器的主要結(jié)構(gòu)包括門組件、水箱組件、控制面板、主體部分、隔架組 件、手柄組件、外罩、底腳、加熱圈、控制支架等，滅菌器中大部分零件選用 0Cr18Ni9 這種材料,滲鉻零件具有優(yōu)良的力學(xué)性能，耐蝕性和抗氧化性，碳化 鉻層具有高的耐磨性，可提高鋼在高溫下的持久強(qiáng)度。 本文對(duì)滅菌器的工作原理、零件設(shè)計(jì)、建模技術(shù)的發(fā)展、技術(shù)基礎(chǔ)、以及 比較流行的三維軟件作了簡單的介紹。通過本文的介紹，使讀者對(duì) UG 軟件及 在 UG 軟件下滅菌器的具體實(shí)現(xiàn)有了一個(gè)客觀性的了解。 關(guān)鍵詞：滅菌，滅菌器，0Cr18Ni9，建模技術(shù) Abstract II Abstract Sterilization refers to physical or chemical means all pathogenic and non- pathogenic microbes to kill all, the sterilization method is to kill or remove all the propagation of microbes and spores of Bacillus or technology. I designed a small desktop sterilizer to Xinhua production TMQ.J-2540-sterilizer for reference, is a steam pressure for medium to small high-temperature, high pressure rapid sterilization equipment. Suitable for dentistry, ophthalmology, the operating room, laboratory, dental equipment, surgical instruments, glassware, dressings, and liquid, can be tolerance of high pressure, high temperature steam sterilization . Sterilizer, including the main structure of the door components, water components, control panels, the main part of next-components, handle components, housings, pad feet, heating circle, control stent. Sterilizer in most parts optional 0Cr18Ni9 of such material, infiltration chrome parts have excellent mechanical properties, corrosion resistance and anti-oxidation, chromium carbide layer has a high wear resistance, increased at a high temperature of the lasting strength. This paper made a brief introduction about the working principle of sterilizer, part design, modeling technology development, technology infrastructure, as well as the more popular of the three-dimensional software. through the introduction of this article so that readers of UG in UG software and software under the sterilizer to achieve a specific understanding of objectivity. Keywords: sterilization, sterilizer, 0Cr18Ni9, modeling technology 目 錄 III 目 錄 摘要 ................................................................I ABSTRACT.........................................................II 目 錄 .............................................................III 第一章 引言 .......................................................1 1.1 臺(tái)式滅菌器的課題介紹 ..........................................1 1.1.1 產(chǎn)品的概述 ...............................................1 1.1.2 技術(shù)參數(shù) .................................................2 1.1.3 性能特點(diǎn) .................................................2 1.1.4 工作原理 .................................................2 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ................................................3 1.3 國內(nèi)其他生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的幾款臺(tái)式滅菌器 ..........................5 1.4 本章總結(jié) ......................................................6 第二章 滅菌器壓力部件設(shè)計(jì)及計(jì)算 ...................................7 2.1 滅菌器圓筒 ....................................................8 2.1.1 滅菌器圓筒的設(shè)計(jì) .........................................8 2.1.2 滅菌器圓筒的壁厚計(jì)算 .....................................8 2.2 滅菌器后封頭 .................................................10 2.2.1 滅菌器后封頭的設(shè)計(jì) ......................................10 2.2.2 滅菌器后封頭的壁厚計(jì)算 ..................................11 2.3 本章小結(jié) .....................................................12 第三章 滅菌器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .................................13 3.1 滅菌器密封門的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .......................................13 3.2 滅菌器門組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .......................................14 3.3 滅菌器手柄組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .....................................16 3.4 滅菌器的外殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .........................................17 3.5 滅菌器消毒盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .........................................17 3.6 滅菌器水箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .........................................18 目 錄 IV 3.7 本章小結(jié) .....................................................19 第四章 滅菌器整體結(jié)構(gòu)的三維實(shí)現(xiàn) ...................................20 4.1 三維建模技術(shù)及相關(guān)軟件 .......................................20 4.1.1 三維建模技術(shù)的發(fā)展概況以及最新的動(dòng)態(tài) ....................20 4.1.2 產(chǎn)品設(shè)計(jì)與三維建模 ......................................20 4.1.3 計(jì)算機(jī)三維模型的理論基礎(chǔ) ................................20 4.1.4 關(guān)于三維造型軟件 UG 的介紹 ................................21 4.2 UG 的基本功能 ................................................22 4.2.1 UG 軟件的三維造型功能 ....................................22 4.2.2 UG 軟件的裝配功能 ........................................24 4.2.3 UG 軟件的二維制圖功能 ....................................25 4.3 UG 下滅菌器的零件造型、總體裝配及二維制圖 ....................26 4.3.1 基于 UG 軟件臺(tái)式滅菌器具體零件的三維建模 .................26 4.3.2 基于 UG 軟件的臺(tái)式滅菌器裝配體的具體實(shí)現(xiàn) .................30 4.3.3 UG 下臺(tái)式滅菌器零件工程圖的生成 ..........................34 4.3.4 臺(tái)式滅菌器的總裝配體 ....................................35 4.4 本章總結(jié) .....................................................35 第五章 總結(jié)與展望 ................................................36 5.1 總結(jié) .........................................................36 5.2 展望 .........................................................37 參考文獻(xiàn) ..........................................................38 致 謝 .............................................................39 第一章 引言 - 1 - 第一章 引言 1.1 臺(tái)式滅菌器的課題介紹 滅菌是殺滅或除去外環(huán)境中一切微生物的過程。在醫(yī)療用品中，凡是接觸 病人的血液或進(jìn)入無菌組織和柔軟黏膜的器材，都必須達(dá)到滅菌。消毒滅菌是 醫(yī)院最重要的基礎(chǔ)工作之一，隨著醫(yī)療工作的需要和醫(yī)療器械產(chǎn)品的發(fā)展，醫(yī) 學(xué)界對(duì)消毒滅菌工作提出了更高的要求和期望，因此，企業(yè)界也在努力研究開 發(fā)適于當(dāng)今需要的新型滅菌設(shè)備。新型滅菌設(shè)備必需具備高效、低溫、低濕、 無毒的某些特點(diǎn)，各國科技人員正致力于更完善的醫(yī)用滅菌設(shè)備研究。因此滅 菌設(shè)備即滅菌器（Sterilizer）在醫(yī)療方面應(yīng)用很廣。 臺(tái)式滅菌器是一種適于口腔科、眼科、手術(shù)室、實(shí)驗(yàn)室，對(duì)齒科器械、手 術(shù)器械、玻璃器皿、敷料等可耐受壓力蒸汽作用物品滅菌的設(shè)備，目前應(yīng)用非 常廣泛。它利用真空密閉容器，將要滅菌消毒的物品放入滅菌室內(nèi)，然后利用 高溫來殺滅病菌。滅菌器要求密封性能好，滅菌速度快。因此該課題的研究對(duì) 滅菌器行業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)的發(fā)展都具有重要的意義。 我所設(shè)計(jì)的小型臺(tái)式滅菌器，以新華醫(yī)療器械廠生產(chǎn)的 TMQ.J-2540 型臺(tái) 式滅菌器為參考，是一種以壓力蒸汽為介質(zhì)的小型高溫、高壓快速滅菌設(shè)備。 適合于口腔科、眼科、手術(shù)室、實(shí)驗(yàn)室，對(duì)齒科器械、手術(shù)器械、玻璃器皿、 敷料、和液體等可以耐受高壓、高溫蒸汽作用的物品的滅菌。 1.1.1 產(chǎn)品的概述 （1）超穩(wěn)溫自動(dòng)保護(hù)裝置：超過設(shè)定溫度范圍，系統(tǒng)自動(dòng)切斷電源。 （2）門安全連鎖裝置：室內(nèi)有壓力，滅菌器的門無法打開。 （3）超壓自動(dòng)泄壓的安全閥：超過設(shè)置的壓力范圍，安全閥自動(dòng)打開。 （4）溫度在 100—134℃可以調(diào)節(jié)。 （5）左開門 第一章 引言 - 2 - 1.1.2 技術(shù)參數(shù) （1）內(nèi)部腔體尺寸： 250×440mm （2）內(nèi)部腔體容積： 23L （3）托盤尺寸： 440×195mm （4）外包裝尺寸： 700×530×380mm （5）消耗電量： 2.2KW （6）電源： 220V （7）滅菌時(shí)間/滅菌溫度： 20/121min/℃ (4/134min/℃ ) （8）真空度：-0.07MPa 1.1.3 性能特點(diǎn) （1）微電腦控制技術(shù)，觸摸式按鍵。菜單化程序設(shè)計(jì)選擇，液晶數(shù)字選 擇。內(nèi)部設(shè)置進(jìn)口真空泵三次脈動(dòng)真空。真空度可以達(dá)到-0.07Mpa。可以將敷 料、消毒袋內(nèi)和牙科手機(jī)間隙內(nèi)空氣完全抽出，以達(dá)到最佳蒸汽飽和狀態(tài)。高 滲透功能，保證高溫蒸汽快速滲透到多孔物品（敷料） 、消毒袋內(nèi)和牙科手機(jī) 間隙，確保滅菌徹底。 （2）溫度、壓力、時(shí)間、液晶動(dòng)態(tài)顯示。故障顯示系統(tǒng)。故障自動(dòng)檢索， 液晶顯示故障信息。 （3）設(shè)置有 4 個(gè)滅菌程序，和一個(gè)培養(yǎng)基滅菌保溫程序，一個(gè)培養(yǎng)基溶 解保溫程序，供用戶選擇。 （4）設(shè)置有 B/D 測試、真空檢測程序，真空泄露率小于 0.13KPa/min。0.2μm 細(xì)菌空氣過濾器。保證破除真空的空氣為無菌空氣。避免 再次污染?？梢赃x擇配置打印機(jī)，記錄滅菌過程信息。滅菌循環(huán)結(jié)束，蜂鳴顯 示。 1.1.4 工作原理 TMQ.J-2540 臺(tái)式滅菌器是受壓力與溫度的復(fù)合控制，以溫度控制為主，采 第一章 引言 - 3 - 用 PID 控制算法?？刂圃硐冗M(jìn)、恒溫滅菌、精度高、穩(wěn)定性可靠性高；功能 多、使用簡便、顯示直觀；適應(yīng)性好，在不同的環(huán)境溫度、加熱功率、電壓波 動(dòng)條件下，均有高的控制精度。采用內(nèi)外加熱方式。它是利用飽和水蒸汽作為 工作介質(zhì)，在短時(shí)間內(nèi)有效地滅菌。按滅菌工藝要求，其蒸汽滅菌工藝過程含 準(zhǔn)備、脈動(dòng)真空、升溫滅菌、排氣、干燥、無菌等幾個(gè)階段，各階段的控制要 求如下： （1）準(zhǔn)備階段：滅菌物品置入箱體，關(guān)閉密封門，接通控制電源，蒸汽 發(fā)生器開始工作，并在蒸汽壓力達(dá)到滅菌要求時(shí)發(fā)出進(jìn)入脈動(dòng)真空階段控制信 號(hào)。 （2）脈動(dòng)真空階段：抽真空和送蒸汽交替進(jìn)行數(shù)次。抽真空時(shí)真空泵工 作，真空閥開啟；送蒸汽時(shí)真空閥關(guān)閉，蒸汽閥開啟。 （3）升溫滅菌階段：蒸汽閥開啟，送蒸汽，使滅菌器內(nèi)蒸汽溫度達(dá)滅菌 溫度，保溫一段時(shí)間。 （4）排氣階段：打開排氣閥，放出滅菌器內(nèi)蒸汽。 （5）干燥階段：抽真空，以保持滅菌器內(nèi)負(fù)壓，以利滅菌物干燥。 （6）無菌階段：開啟回氣閥，使干凈空氣進(jìn)入滅菌器。打開密封門，滅 菌工作結(jié)束。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，消毒滅菌技術(shù)及設(shè)備在國內(nèi)外均有新的進(jìn)展， 尤其是在發(fā)達(dá)國家這方面發(fā)展得更快。目前應(yīng)用較廣發(fā)展較快的幾種滅菌方法 有熱力滅菌、微波等離子消毒滅菌、電離輻射滅菌等。 高壓蒸汽滅菌設(shè)備是沿用歷史最長、應(yīng)用面最廣的一種滅菌方式之一，如 今仍在廣泛應(yīng)用。但是人們已經(jīng)在傳統(tǒng)的方式上進(jìn)行了改進(jìn)，推出了脈動(dòng)真空 方式的蒸汽式滅菌設(shè)備，提高了滅菌質(zhì)量，縮短了滅菌周期。國內(nèi)已有山東新 華醫(yī)療器械集團(tuán)公司和連云港千櫻醫(yī)療設(shè)備有限公司生產(chǎn)這種設(shè)備，其他生產(chǎn) 企業(yè)也在積極開發(fā)這種產(chǎn)品。 近期國外文獻(xiàn)又報(bào)道了一種在脈動(dòng)真空方式基礎(chǔ)上發(fā)展出來，被稱為“動(dòng)態(tài) 第一章 引言 - 4 - 脈動(dòng)式”的滅菌方式，這種滅菌方式突破了脈動(dòng)真空方式的在常壓與負(fù)壓之間的 脈動(dòng)方式，在負(fù)壓與正壓之間反復(fù)進(jìn)行增壓減壓，達(dá)到進(jìn)一步增強(qiáng)蒸汽浸透性 的目的。這種動(dòng)態(tài)脈動(dòng)方式比脈動(dòng)真空方式更具有升溫速度快，滅菌徹底并可 進(jìn)一步縮短滅菌周期，預(yù)計(jì)將來動(dòng)態(tài)脈動(dòng)方式的蒸汽滅菌設(shè)備將會(huì)成為蒸汽滅 菌的主流產(chǎn)品。 另一種趨勢是向小型快速方向發(fā)展。為適應(yīng)口腔科器械和其它手術(shù)器械快 速滅菌的需要，國外許多公司推出了小型快速蒸汽滅菌器。這種滅菌器多采用 高溫高壓的方式，使滅菌倉的溫度可達(dá) 121--134℃。一般容積在 10 升左右的， 滅菌僅需 6--9 分鐘，可滿足大部分臨床的需要。 現(xiàn)在使用的預(yù)真空壓力蒸汽滅菌器也有很多不足之處。對(duì)密閉容器的性能 要求極為嚴(yán)格，根據(jù)美國國家標(biāo)準(zhǔn)：AN-SI/AAMI ST8 的規(guī)定，預(yù)真空壓力蒸 汽滅菌器柜室內(nèi)的空氣的擁入率不得超過 1.33Kpa/min，而滅菌器在長期使用 過程中因密封圈、管道閘門部件的磨損、老化等，柜室內(nèi)密閉性能不可避免的 受到影響，特別是柜室密封性能下降的初期表現(xiàn)是隱形密封不良，一般很難發(fā) 現(xiàn)，影響滅菌效果。要監(jiān)測瀉涌量是否在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，可將設(shè)備開啟，利用設(shè) 備的真空泵抽真空，抽真空到-0.05MPa，關(guān)閉電源讓設(shè)備內(nèi)部保持負(fù)壓狀態(tài) 30min，正常狀態(tài)下，負(fù)壓值應(yīng)不變，否則設(shè)備系統(tǒng)就有泄漏。 在設(shè)備技術(shù)方面：國內(nèi)：(1)微電腦控制技術(shù)，觸摸式按鍵。菜單化程序設(shè) 計(jì)選擇，液晶數(shù)字選擇。內(nèi)部設(shè)置進(jìn)口真空泵三次脈動(dòng)真空。真空度可以達(dá)到- 0.09Mpa?？梢詫⒎罅稀⑾敬鼉?nèi)和牙科手機(jī)間隙內(nèi)空氣完全抽出，以達(dá)到最 佳蒸汽氣飽和狀態(tài)。高滲透功能，保證高溫蒸汽快速滲透到多孔物品（敷料） 、 消毒袋內(nèi)和牙科手機(jī)間隙，確保滅菌徹底。(2)溫度、壓力、時(shí)間、液晶動(dòng)態(tài)顯 示。故障顯示系統(tǒng)。故障自動(dòng)檢索，液晶顯示故障信息。 國外：(1)設(shè)置有 4 個(gè)滅菌程序，和一個(gè)培養(yǎng)基滅菌保溫程序，一個(gè)培養(yǎng)基 溶解保溫程序，供用戶選擇。(2)設(shè)置有 B/D 測試、真空檢測程序，真空泄露率 小于 0.13KPa/min。0.2μm 細(xì)菌空氣過濾器。保證破除真空的空氣為無菌空氣。 避免再次污染?？梢赃x擇配置打印機(jī)，記錄滅菌過程信息。滅菌循環(huán)結(jié)束，蜂 鳴顯示。 第一章 引言 - 5 - 1.3 國內(nèi)其他生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的幾款臺(tái)式滅菌器 圖 1-1 TMQ-300E 型臺(tái)式滅菌器 圖 1-2 LMQ.R-3260B 自動(dòng)立式滅菌器 內(nèi)腔容積：23L；耗電量：2.5(220V)；凈重：60Kg 圖 1-3 真空臺(tái)式滅菌器 采用微電腦控制技術(shù)，觸摸式按鍵，溫度、時(shí)間液晶動(dòng)態(tài)顯示,故障顯示系統(tǒng)。 圖 1-4（ 1）小型一次預(yù)真空高溫滅菌器（12L ） （2）日本 SANYO 高壓蒸汽滅菌器 第一章 引言 - 6 - 圖 1-5（ 1）LMQ.R-3260B 自動(dòng)立式滅菌器 （2）XG1.X(Y)系列臥式壓力蒸汽滅菌器 在以上列舉的幾種臺(tái)式滅菌器中，都采用了國內(nèi)比較先進(jìn)的密封技術(shù)，圖 1-1、圖 1-2 采用的是螺旋機(jī)構(gòu)，利用螺紋的自鎖功能實(shí)現(xiàn)密封，而 TMQ.J- 2540 型臺(tái)式滅菌器的密封技術(shù)是采用插銷式的密封方式，在控制方面這些滅菌 器的原理也都大同小異，他們的機(jī)械結(jié)構(gòu)和其它許多技術(shù)特點(diǎn)，都有相似之處。 1.4 本章總結(jié) 本章對(duì)設(shè)計(jì)課題及臺(tái)式滅菌器在技術(shù)參數(shù)、性能特點(diǎn)和工作原理等方面進(jìn) 行了簡單的介紹，給讀者展示了 TMQ.J-2540 型臺(tái)式滅菌器的三維裝配圖，滅 菌器的機(jī)械結(jié)構(gòu)不是特別復(fù)雜，包括門組件、水箱、控制面板、主體部分、隔 架、手柄組件、外罩、墊腳、加熱圈、控制支架，等子裝配體組成，還有部分 其他的零件。在最后還介紹了滅菌器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及幾款國內(nèi)的滅菌器。在 后面的章節(jié)中將對(duì)滅菌器零件的三維建模，即裝配過程進(jìn)行討論。 第二章 滅菌器壓力部件設(shè)計(jì)及計(jì)算 - 7 - 第二章 滅菌器壓力部件設(shè)計(jì)及計(jì)算 真空容器是石油、化工生產(chǎn)中常見的設(shè)備。其殼體外受大氣壓力的均勻作 用。當(dāng)真空容器根據(jù)工藝需要，于殼體上裝設(shè)夾套并向夾套內(nèi)通入加熱或冷卻 介質(zhì)時(shí)，由于介質(zhì)本身的壓力作用，使殼體除承受上述大氣壓的作用外，還要 承受夾套內(nèi)介質(zhì)的壓力作用。真空容器或承受介質(zhì)外壓作用的真空容器，均屬 于外壓容器范疇。 外壓容器在工作時(shí)，其壁厚截面內(nèi)產(chǎn)生壓應(yīng)力，最大壓應(yīng)力為周向應(yīng)力。 設(shè)計(jì)外壓容器時(shí)，除保證最大壓應(yīng)力應(yīng)小于許用應(yīng)力外，尚要保證容器殼體的 穩(wěn)定性。這是因?yàn)橥鈮喝萜鞴ぷ鲿r(shí)，常會(huì)發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。即殼壁的壓應(yīng)力還遠(yuǎn) 遠(yuǎn)小于材料的屈服極限時(shí)，容器就會(huì)突然被壓扁或被壓成波形而喪失穩(wěn)定。失 穩(wěn)的筒體其筒壁金屬環(huán)向“纖維” 發(fā)生了彎曲，所以筒體抗彎能力的強(qiáng)弱會(huì)直接 影響容器的穩(wěn)定性。從大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)： （1）筒壁厚 S 與直徑 D 之比愈大，筒體的抗彎能力愈強(qiáng)，則穩(wěn)定性愈好。 （2）筒體上的封頭、法蘭、塔盤和加強(qiáng)圈等構(gòu)件較筒體抗彎能力強(qiáng)。受 到上述構(gòu)件加強(qiáng)的筒體，構(gòu)件間距愈小，則筒身抗彎能力愈強(qiáng)，其穩(wěn)定性愈好。 （3）容器的穩(wěn)定性與材料的彈性模量有關(guān)，與材料的強(qiáng)度指標(biāo)無關(guān)，彈 性模量愈大，筒身的穩(wěn)定性愈高。 （4）容器的橢圓度 e 大小，對(duì)自身的穩(wěn)定性有較大影響，橢圓度愈大，則 容器愈易失穩(wěn)。 （5）材料的均勻性（愈均勻穩(wěn)定性愈高） 、容器的空間位置（立式較臥式 穩(wěn)定性高）以及受力是否均勻等對(duì)容器的穩(wěn)定性有關(guān)。 在設(shè)計(jì)時(shí)除選定適當(dāng)?shù)墓酱_定壁厚外，還需考慮上述因素，就結(jié)構(gòu)、材 料、受力狀態(tài)和制造等提出有利于增強(qiáng)穩(wěn)定性的方案和要求，使設(shè)計(jì)合理、安 全。 第二章 滅菌器壓力部件設(shè)計(jì)及計(jì)算 - 8 - 滅菌器中受部件壓力主要為圓筒和后封頭，為使其能夠滿足使用要求，防 止被壓扁或被壓成波形而喪失穩(wěn)定，因此需對(duì)圓筒和后封頭進(jìn)行外形設(shè)計(jì)和厚 度計(jì)算。 2.1 滅菌器圓筒 2.1.1 滅菌器圓筒的設(shè)計(jì) 根據(jù)滅菌器的設(shè)計(jì)要求，滅菌器在工作時(shí)承受內(nèi)、外壓作用，如受壓容器 外形采用矩形，則會(huì)產(chǎn)生容器受壓不均勻，部分區(qū)域應(yīng)力過于集中，穩(wěn)定性差， 且設(shè)計(jì)容器時(shí)各處厚度不一，難以設(shè)計(jì)制造。為了使容器穩(wěn)定性好，各處受力 均勻，因此采用圓筒形容器，而且圓筒形容器焊接時(shí)方便，便于設(shè)計(jì)制造。如 圖 2-1 所示： 圖 2-1 滅菌器圓筒三維圖 2.1.2 滅菌器圓筒的壁厚計(jì)算 長圓筒在喪失穩(wěn)定時(shí)的外壓稱為臨界壓力。 （2-1）302.(/)tkpPESD? 式中： ——臨界壓力（Pa） ；kpP ——材料在工作溫度下的彈性模量（Pa） ；tE 第二章 滅菌器壓力部件設(shè)計(jì)及計(jì)算 - 9 - ——筒體的理論壁厚（cm） ；0S ——筒體的中性面直徑（為設(shè)計(jì)方便近似取筒體外徑 D0，使設(shè)計(jì)偏D 于安全） （cm） 。 由上式可得出壁厚： （2-2）302.tmPSDCE?? 式中： ——設(shè)計(jì)壁厚（cm） ；S ——筒體外徑（cm） ；0D m——穩(wěn)定系數(shù)。我國取 m=3。 （2-3）123C?? 式中： ——附加厚度（cm） ；C ——鋼板負(fù)偏差（cm） ，按表 2-1 選?。? ——腐蝕裕量，腐蝕裕量根據(jù)介質(zhì)的腐蝕速度和容器的設(shè)計(jì)壽命確定。2 在一般情況下，對(duì)碳鋼和低合金鋼取 0.1cm；對(duì)不銹鋼（當(dāng)介質(zhì)腐2C? 蝕性極微弱時(shí)）取 =0；2C ——壁厚在加工過程中由于拉伸作用而產(chǎn)生的減薄量。該值可根據(jù)生3C 產(chǎn)廠實(shí)際經(jīng)驗(yàn)取之。一般情況下，對(duì)冷卷的筒體 =0，對(duì)熱壓成型的封3 頭可按計(jì)算壁厚（不包括壁厚附加量的厚度）的 10%取之，但不大于 0.4cm； P——設(shè)計(jì)外壓力（Pa） 。 表 2-1 鋼板厚度負(fù)偏差 值（cm ）1C 鋼板 厚度 2.0 ×10-1 2.2 ×10-1 2.5 ×10-1 2.8~3.0 ×10-1 3.2~3.5 ×10-1 3.8~4.0 ×10-1 4.5~5.5 ×10-1 負(fù)偏 差 C1 0.18 ×10-1 0.19 ×10-1 0.2 ×10-1 0.22 ×10-1 0.25 ×10-1 0.30 ×10-1 0.50 ×10-1 鋼板 6~7 8~25 26~30 32~34 36~40 42~50 52~56 第二章 滅菌器壓力部件設(shè)計(jì)及計(jì)算 - 10 - 厚度 ×10-1 ×10-1 ×10-1 ×10-1 ×10-1 ×10-1 ×10-1 負(fù)偏 差 C1 0.6 ×10-1 0.8 ×10-1 0.9 ×10-1 1.0 ×10-1 1.1 ×10-1 1.2 ×10-1 1.3 ×10-1 外壓容器的設(shè)計(jì)壓力應(yīng)取不小于在實(shí)際工作過程中任何時(shí)間內(nèi)可能產(chǎn)生的 最大內(nèi)外壓力差。而真空容器是按外壓容器設(shè)計(jì)的，其設(shè)計(jì)壓力為：當(dāng)裝有安 全控制裝置時(shí)，取 1.25 倍的最大內(nèi)外壓力差或 105 Pa 兩者中的較小者；當(dāng)無安 全控制裝置時(shí)，取 105 Pa。對(duì)帶有夾套的真空容器，按上述原則再加夾套壓力。 最小壁厚：當(dāng)設(shè)計(jì)的真空容器壁厚 S 很小，不能滿足制造、運(yùn)輸和安裝的 剛度要求時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加壁厚。 對(duì)于一般真空容器，當(dāng)采用碳鋼和低合金鋼時(shí)： ，則 且不小于 3mm。380tDm?in2/10tSD?? ，則 按運(yùn)輸和現(xiàn)場制造條件確定。t?i 對(duì)不銹鋼制真空容器，取 不小于 2mm。min 由已知條件得： ；m=3；025c?0.7aPM? 查相關(guān)資料得：20℃時(shí)不銹鋼的 ；5193tE? 205℃時(shí)不銹鋼的 。.t a 由插入法計(jì)算得；150℃時(shí)不銹鋼的 580t P? 由式 2-2，將所有值帶入，可得： S=3.16mm； 查表 2-1 得，鋼板厚度負(fù)偏差 =0.2mm； =0mm 所以容器計(jì)算壁厚為1C2 3.36mm。 根據(jù)最小壁厚理論， (其中 約等于 250mm)及不銹鋼制min2/0tSD??t 真空容器，取 不小于 2mm， ，因此現(xiàn)取 S=4mm。min 第二章 滅菌器壓力部件設(shè)計(jì)及計(jì)算 - 11 - 2.2 滅菌器后封頭 2.2.1 滅菌器后封頭的設(shè)計(jì) 真空操作下封頭型式常見有半球形、橢圓形、無折邊球形和錐形、平板蓋， 對(duì)比之下，半球形后封頭外表美觀，受力均勻，便于與圓筒進(jìn)行焊接，并且制 造時(shí)容易，因此我選用半球形后封頭。如圖 2-2 示： 圖 2-2 半球形密封頭三維圖 2.2.2 滅菌器后封頭的壁厚計(jì)算 當(dāng)半球形在真空操作條件或承受外壓條件下工作時(shí)，殼體發(fā)生壓癟的臨界 外壓力 Pkp 為 (2-4) 203(1)tkpESPR??? 式中： ——臨界外壓力（Pa） ；kpP ——球殼中性面半徑（cm） ；R ——泊桑系數(shù)，對(duì)鋼材可取 =0.3；?? ——壁溫下的彈性模量（Pa） ；tE 第二章 滅菌器壓力部件設(shè)計(jì)及計(jì)算 - 12 - ——理論厚度（cm） 。0S 設(shè)計(jì)壁厚時(shí)，可將式 2-4 改變?yōu)椋? (2-5)24003(1)/tSCRmPEC?????? 式中： ——球殼外半徑（cm） ；0R m——穩(wěn)定系數(shù)對(duì)球殼取 m=15； P——設(shè)計(jì)外壓（Pa） ； C——壁厚附加量（cm） 。 真空操作下的半球形封頭或球殼，其設(shè)計(jì)外壓 P=2.7×105 Pa，如取鋼材的泊桑 系數(shù)：μ=0.3; C=0.2; 穩(wěn)定系數(shù) m=15 則上式可簡化為： （2-6）003.5/4/ttSREC??? 式中： ——球殼外半徑（cm） ；0R ——球殼材料壁溫下的彈性模量（Pa） 。 =1.83×105MPatEtE 將數(shù)值帶入，所以理論厚度為： =1.22mm，0S 為了提高安全性，因此取 S=2mm。 2.3 本章小結(jié) 本章主要對(duì)滅菌器中主要受壓部件進(jìn)行了外形設(shè)計(jì)以及最小安全壁厚計(jì)算， 通過設(shè)計(jì)計(jì)算，使讀者從中了解到外壓容器選擇時(shí)應(yīng)從哪幾方面入手以及應(yīng)如 何計(jì)算其最小壁厚，為下面的設(shè)計(jì)奠定了良好的基礎(chǔ)。 第三章 滅菌器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) - 13 - 第三章 滅菌器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 滅菌器的主要結(jié)構(gòu)包括門組件、水箱組件、控制面板、主體部分、隔架組 件、手柄組件、外罩、墊腳、加熱圈、控制支架等，為使滅菌器達(dá)到預(yù)定的使 用功能且外表美觀，需對(duì)滅菌器的一些主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 3.1 滅菌器密封門的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 為防止工作介質(zhì)從機(jī)器和設(shè)備中泄露或防止外界雜質(zhì)侵入機(jī)器和設(shè)備內(nèi)部 的一種裝置或措施稱為密封。密封性能是評(píng)價(jià)機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。 圖 3-1 密封門結(jié)構(gòu)圖 密封可分為靜密封和動(dòng)密封兩大類，滅菌器工作時(shí)密封門關(guān)閉，因此選用 靜密封，靜密封主要有墊密封、密封膠密封和直接接觸密封三大類。其中墊密 封廣泛用于管道、壓力容器以及各種殼體的接合面密封中。密封墊有非金屬密 封墊、非金屬與金屬組合密封墊和金屬密封墊三類。一般來講，在常溫低壓時(shí)， 選用非金屬軟密封墊；中壓高溫時(shí)，選用非金屬與金屬組合密封墊或金屬密封 墊；滅菌器屬于中壓高溫范疇，因此可選用非金屬與金屬組合密封墊或金屬密 封墊，但是金屬密封墊對(duì)材料的表面粗糙度要求非常高，況且在門的經(jīng)常性開 關(guān)過程中容易使墊片的表面產(chǎn)生劃傷或碰傷，從而使得密封性能下降。因此我 第三章 滅菌器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) - 14 - 選用非金屬與金屬組合密封墊，二者結(jié)合可以產(chǎn)生雙重密封保障。滅菌器密封 門是為防止抽真空時(shí)外部氣體在大氣壓的作用下進(jìn)入圓筒內(nèi)部，通過考慮壓力、 溫度、速度、腐蝕情況及材料因素等，我選用門膠圈（硅橡膠）與 O 形金屬壓 圈組合來進(jìn)行密封，利用門膠圈來將 O 形壓圈固定，以達(dá)到良好的密封效果， 如圖 3-1 所示，其具有以下優(yōu)點(diǎn)： （1） 材料致密性好，不易泄漏介質(zhì) （2） 壓縮性和回彈性好，永久性變形小 （3） 抗腐蝕性能好 （4） 耐磨性好 （5） 具有與密封面貼合的柔軟性 （6） 經(jīng)濟(jì)性好 3.2 滅菌器門組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 為了能夠?qū)崿F(xiàn)門的固定與旋轉(zhuǎn)，用門栓銷將門組件與面罩連接，這里簡單 的介紹一下設(shè)計(jì)過程： 首先從所設(shè)計(jì)的零件庫中調(diào)用柜門作為固定件放置在絕對(duì)原點(diǎn)，接著調(diào)用 門膠圈，利用配對(duì)使門膠圈與內(nèi)門在同一平面上，再利用中心對(duì)齊使兩零件配 合，要實(shí)現(xiàn)門的良好密封性，必須安裝壓圈，采用上述的兩種約束就可以把壓 圈固定在門膠圈上，這時(shí)密封門就裝配完畢。其裝配過程如下面幾個(gè)圖： 圖 3-2 門膠圈的調(diào)用 第三章 滅菌器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) - 15 - 圖 3-3 利用中心、配對(duì)實(shí)現(xiàn)門膠圈的裝配 圖 3-5 門壓圈裝配成功 再次，從零件庫中調(diào)用門罩，密封門的凸耳與門罩加強(qiáng)筋上所開的螺紋孔 同心、面重合就可以裝配，這時(shí)門組件就裝配完成。但是要實(shí)現(xiàn)門組件的旋轉(zhuǎn)， 就必須使左鉸鏈與門組件左側(cè)直徑為 10 的孔配合時(shí)有一定的距離，否則，若 此處不留距離，只能實(shí)現(xiàn)固定不能實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)。因此，經(jīng)過計(jì)算，取此處的距離 為 5.5mm。完成上述步驟后只能在理論上實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，要讓門在實(shí)際中自由的轉(zhuǎn) 動(dòng)還要將門組件與左鉸鏈連接起來。在查閱了機(jī)械設(shè)計(jì)手冊后，我在這里選擇 了銷連接。將門栓銷與左鉸鏈通過同心和面重合實(shí)現(xiàn)裝配，這時(shí)的門便轉(zhuǎn)動(dòng)自 如了。 圖 3-6 門罩與柜門的中心對(duì)齊 圖 3-7 十字盤頭螺栓的裝配 第三章 滅菌器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) - 16 - 圖 3-8 門的固定 圖 3-9 門的旋轉(zhuǎn) 門安裝完成后，為了實(shí)現(xiàn)它的密封，要在門罩右側(cè)裝配上右鉸鏈，使其與 面罩上的鉸鏈裝配。用門插銷把它們連接起來，這樣就可以實(shí)現(xiàn)圓筒的密封了。 3.3 滅菌器手柄組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)思路一：開關(guān)采用螺旋擰緊方式，此種方案操作復(fù)雜，外觀丑陋，且 使用過程中螺紋磨損嚴(yán)重，容易產(chǎn)生松動(dòng)，導(dǎo)致密封性能下降。 設(shè)計(jì)思路二：將開關(guān)設(shè)計(jì)成如下圖 3-10 所示滑塊形式： 圖 3-10 滅菌器的手柄組件 第三章 滅菌器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) - 17 - 這種方案具有操作方便，外觀優(yōu)美，磨損較小，密封性能好等優(yōu)點(diǎn)。 通過以上兩種方案的比較，我采用設(shè)計(jì)方案二。 3.4 滅菌器的外殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 我所設(shè)計(jì)的滅菌器外殼總體為矩形，外觀大方，包裝方便，在相應(yīng)外殼表 面開有通氣孔，使內(nèi)部熱量能夠及時(shí)散發(fā)出來，各外罩之間采用螺釘連接，便 于拆裝。其各部分結(jié)構(gòu)如圖 3-11、3-12、3-13 所示。 圖 3-11 滅菌器底板結(jié)構(gòu)圖 圖 3-12 滅菌器后罩結(jié)構(gòu)圖 圖 3-13 滅菌器頂罩結(jié)構(gòu)圖 3.5 滅菌器消毒盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 消毒盤工作時(shí)將作為盛具放入圓筒中對(duì)器皿進(jìn)行消毒，為了能更好的利用 第三章 滅菌器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) - 18 - 圓筒空間，提高消毒量，我所設(shè)計(jì)的消毒盤總體外形為長矩形，這樣設(shè)計(jì)能夠 分層同時(shí)對(duì)多個(gè)消毒盤中器皿進(jìn)行消毒。消毒盤帶有外翻邊，這樣不但便于拿 放，而且能夠平放在隔架角鐵上，可以進(jìn)行自由推拉，同時(shí)為了使器皿能夠更 好的與高溫蒸汽接觸，達(dá)到良好的滅菌效果，我所設(shè)計(jì)的消毒盤中開有若干通 孔，從而更大程度的加大接觸面。其結(jié)構(gòu)如圖 3-14 所示。 圖 3-14 消毒盤結(jié)構(gòu)圖 3.6 滅菌器水箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 滅菌器的水箱要求能夠在一定的空間內(nèi)最大限度的裝水，并能耐受水汽， 防止變形老化，因此設(shè)計(jì)時(shí)我采用聚丙烯材料，其外形如下圖所示，這樣在有 限空間內(nèi)達(dá)到最大蓄水量，同時(shí)，為了固定水箱，防止其產(chǎn)生滑動(dòng)，在水箱兩 側(cè)分別安裝支架對(duì)其進(jìn)行固定。其結(jié)構(gòu)如圖 3-15 所示。 圖 3-15 水箱結(jié)構(gòu)圖 第三章 滅菌器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) - 19 - 3.7 本章小結(jié) 本章中對(duì)臺(tái)式滅菌器的主要零部件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了具體的設(shè)計(jì)，通過查閱資料 和方案對(duì)比，從中選擇了較優(yōu)方案，使滅菌器的性能趨于良好，為下面的三維 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)。 第四章 滅菌器整體結(jié)構(gòu)的三維實(shí)現(xiàn) - 20 - 第四章 滅菌器整體結(jié)構(gòu)的三維實(shí)現(xiàn) 4.1 三維建模技術(shù)及相關(guān)軟件 4.1.1 三維建模技術(shù)的發(fā)展概況以及最新的動(dòng)態(tài) 隨著計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展，三維建模的理論日趨成熟，所謂三維建模，也就 是通常所說的三維造型。就是從二維信息中提取三維信息，通過對(duì)這些信息進(jìn) 行分析和分類，綜合等一系列的處理，在三維空間中重新構(gòu)造出二維信息所對(duì) 應(yīng)的三維形體，恢復(fù)形體的點(diǎn)、線、面及其拓?fù)潢P(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)形體的重建。 近些年來，不斷有高水平，功能強(qiáng)大的三維設(shè)計(jì)軟件推出，國內(nèi)的軟件處 于研發(fā)為主向應(yīng)用逐漸過度的階段，但是，相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)的研究已經(jīng)具備相 當(dāng)?shù)纳疃?，大?guī)模的普及和推廣工作僅僅是一個(gè)時(shí)間問題。 4.1.2 產(chǎn)品設(shè)計(jì)與三維建模 所謂產(chǎn)品設(shè)計(jì)不僅僅包含單個(gè)零件的設(shè)計(jì)，也包括將所有零件總裝成一個(gè) 整體。因而，設(shè)計(jì)的意義可理解為總裝、布局、外型和結(jié)構(gòu)造型，還有設(shè)計(jì)人 員的構(gòu)思、創(chuàng)作想象和發(fā)明。在以往的常規(guī)設(shè)計(jì)中，只能得到機(jī)械產(chǎn)品的工程 投影圖，沒有產(chǎn)品的三維模型，因而，無法預(yù)知產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的潛在錯(cuò)誤和不合 理結(jié)構(gòu)，也無法分析產(chǎn)品的裝配性能、結(jié)構(gòu)性能和動(dòng)力學(xué)性能，致使設(shè)計(jì)周期 延長。在現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，引用三維建模技術(shù)可以獲得結(jié)構(gòu)的立體模型，并對(duì) 其進(jìn)行虛擬的綜合設(shè)計(jì)與分析。在三維建模技術(shù)的支持下，產(chǎn)品設(shè)計(jì)已不再停 留在傳統(tǒng)的原理符號(hào)設(shè)計(jì)階段，而逐步由產(chǎn)品的二維平面設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向三維模型設(shè) 計(jì)。 4.1.3 計(jì)算機(jī)三維模型的理論基礎(chǔ) 三維 CAD 是隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及 CAD 的應(yīng)用的深入而 發(fā)展起來的，基于工程圖紙的三維形體重建，三維形體重建就是從二維信息中 提取三維信息，通過這些信息進(jìn)行分類，綜合等一系列處理，在三維空間中重 新構(gòu)造出二維信息所對(duì)應(yīng)的三維形體，恢復(fù)形體的點(diǎn)、線、面及拓?fù)潢P(guān)系，從 而實(shí)現(xiàn)形體的重建。 第四章 滅菌器整體結(jié)構(gòu)的三維實(shí)現(xiàn) - 21 - 三維軟件在實(shí)現(xiàn)過程中應(yīng)考慮的關(guān)鍵技術(shù)有： 1.實(shí)體的造型能力（含復(fù)雜曲面造型） 。 2.大型裝配體（大于 100 個(gè)零件）的處理能力。 3.二維工程圖的處理能力。 4.與上下游的 CAD/CAE 軟件的接口。 5.與其他 CAD 文件的交換。 4.1.4 關(guān)于三維造型軟件 UG 的介紹 UG 是當(dāng)今世界應(yīng)用最廣泛 的三維系統(tǒng)軟件之一。UG 公司是世界領(lǐng)先并 多次獲得大獎(jiǎng)的三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件公司。新一代的設(shè)計(jì)軟件 UG 是“基于 Windows 的 CAD/CAE/CAM 桌面集成系統(tǒng)” 的，建模核心是 UG 軟件。UG 軟 件是 Windows 原創(chuàng)軟件的典型代表。UG 軟件是在總結(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) CAD 軟件。UG 軟件是面向 產(chǎn)品級(jí)的機(jī)械設(shè)計(jì)工具，他全面采用非全約束的特征建模技術(shù)，為設(shè)計(jì)師提供 了極其強(qiáng)大的設(shè)計(jì)靈活性。其設(shè)計(jì)過程的全相關(guān)性，使得設(shè)計(jì)師可以在設(shè)計(jì)過 程的任何階段修改設(shè)計(jì)，同時(shí)，牽動(dòng)相關(guān)部分的改變。UG 完整的機(jī)械設(shè)計(jì)軟 件包括了設(shè)計(jì)師必備的設(shè)計(jì)工具：零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)、工程圖。 由于 UG 軟件是在 Windows 環(huán)境下重新開發(fā)的，他能夠充分利用 Windows 的優(yōu)秀界面，為設(shè)計(jì)師提供簡易方便的工作界面。UG 首創(chuàng)的特征管理員，能 夠?qū)⒃O(shè)計(jì)過程的每一步記錄下來。并形成特征管理樹，放在屏幕的左側(cè)。設(shè)計(jì) 師可以隨時(shí)任意一個(gè)特征進(jìn)行修改，還可以隨意調(diào)整特征樹的順序，以改變零 件的形狀。由于 UG 全面采用 Windows 技術(shù)，因此在零件設(shè)計(jì)時(shí)可以對(duì)零件的 特征進(jìn)行 剪切、復(fù)制、粘貼等等的操作。 UG 對(duì)大型裝配的處理能力表明 UG 不是一個(gè)簡單的實(shí)體建模工具,而是一 個(gè)面向產(chǎn)品級(jí)的機(jī)械設(shè)計(jì)系統(tǒng)。他既提供自底向上的的裝配方法，同時(shí)還提供 自頂向下的裝配方法。自頂向下的裝配方法使工程師能夠在裝配環(huán)境中參考裝 配體其他零件的位置及尺寸設(shè)計(jì)新零件。更加符合工程習(xí)慣。在裝配設(shè)計(jì)中， 特別是大型裝配的情形下，UG 設(shè)計(jì)了具有獨(dú)創(chuàng)性的“ 封套” 功能，分塊處理復(fù) 第四章 滅菌器整體結(jié)構(gòu)的三維實(shí)現(xiàn) - 22 - 雜裝配體。裝配設(shè)計(jì)中的“產(chǎn)品配置功能” ，為用戶設(shè)計(jì)不同 “構(gòu)型”的產(chǎn)品提供 了解決方案，同時(shí)為產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的實(shí)施打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 4.2 UG 的基本功能 UG 軟件基本功能主要為對(duì)零件進(jìn)行三維造型，生成裝配體以及工程制圖 等，這些基本功能充分應(yīng)用于滅菌器的設(shè)計(jì)中。NX 是一個(gè)交互的計(jì)算機(jī)輔助 設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造、計(jì)算機(jī)輔助工程（CAD/CAM/CAE）系統(tǒng)。NX 是一 全三維、雙精度系統(tǒng)，它允許用戶精確地描述幾乎任一幾何形狀。通過組合這 些形狀，用戶可以設(shè)計(jì)、分析產(chǎn)品和建立他們的工程圖。 4.2.1 UG 軟件的三維造型功能 大部分 UG 零件的特征都是特征建模開始的.我們也可以使用 UG 生成 3D 草圖。在 3D 草圖中，實(shí)體存在于 3D 空間中，他們不與特征草圖的基準(zhǔn)面有關(guān)， 基于 UG 的三維模型的建立通常采用以下幾步： 第一步 草圖繪制 草圖繪制的主題包括： 1. 標(biāo)注草圖的尺寸并添加和刪除幾何關(guān)系 2. 完全定義草圖 3. 開始新的 2D 草圖 4. 訪問和使用草圖繪制工具 5. 從一個(gè)草圖派生新的草圖 6. 在零件的面上繪制草圖 7. 選擇草圖的起始基準(zhǔn)面 8. 確定草圖的復(fù)雜程度 第二步 將 2D 草圖轉(zhuǎn)換到 3D 模型 2D 草圖可以是輸入的工程圖，或者是在 UG 中構(gòu)建的草圖。在這兩種情 第四章 滅菌器整體結(jié)構(gòu)的三維實(shí)現(xiàn) - 23 - 況下，使用的都是零件文件中的單個(gè)草圖。轉(zhuǎn)換過程大致如下： 1.編輯草圖 2.為前視、上視、等中的視圖中提取草圖，草圖折疊到合適的視向。 3.對(duì)齊草圖 4.拉伸基體特征 5.切除或拉伸其他特征 第三步 對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行特征加工： 特征是一個(gè)專業(yè)術(shù)語，它兼有形狀和功能兩種屬性，包括特定幾何形狀、 拓?fù)潢P(guān)系、典型功能、繪圖表示方法、制造技術(shù)和公差要求。特征造型是 UG 中所采用的主要建模技術(shù)。特征建模就是將一個(gè)一個(gè)的特征組合起來,形成一個(gè) 三維的實(shí)體零件?；谔卣鞯脑O(shè)計(jì)是把特征作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的單元，并將機(jī)械產(chǎn) 品描述成特征的有機(jī)集合。 常用的特征包括： 1. 拉伸基體/凸臺(tái) 由截面輪廓草圖經(jīng)過拉伸形成，適合于構(gòu)造等截面的 實(shí)體特征，是最常用的特征。 2. 旋轉(zhuǎn)凸臺(tái)/基體 由特征截面圍繞中心線旋轉(zhuǎn)而成的一類特征，適合于 構(gòu) 造旋轉(zhuǎn)體零件。 3. 圓角 圓角特征可以在一個(gè)零件上生成一個(gè)內(nèi)圓角或外圓面， 有助于造型上的變換。 4. 掃描 有二維草圖沿一條平面或空間軌跡線掃描而成的特征。 5. 抽殼 抽殼可以掏空零件的內(nèi)部，使所選的面敞開，在其他 的面上留下薄壁。 6. 筋 只能做增加材料的特征，不能生成切除特征。 第四章 滅菌器整體結(jié)構(gòu)的三維實(shí)現(xiàn) - 24 - 7. 鏡向 如果零件的結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的，用戶可以生成一半的零件 模型，用鏡向的命令生成另一半。 8. 陣列 特征陣列用于將任意特征作為原始樣本特征。 4.2.2 UG 軟件的裝配功能 裝配是三維設(shè)計(jì)軟件的基本功能之一，在現(xiàn)代設(shè)計(jì)中，可以利用已有的三 維零件模型，將兩個(gè)或多個(gè)零件按照一定的約束關(guān)系進(jìn)行組合，形成產(chǎn)品的虛 擬裝配；也可以采用更加符合工程習(xí)慣的由上而下的裝配設(shè)計(jì)方式，即在裝配 環(huán)境中，參考裝配體中其他零件的位置及尺寸設(shè)計(jì)新的零件和裝配。同時(shí)，裝 配已拓展到更多的工程應(yīng)用領(lǐng)域，如運(yùn)動(dòng)分析和干涉檢查。 裝配體是將各種零件模型插入到裝配體文件中，利用配合方式來限制各個(gè) 零件的相對(duì)位置，使其構(gòu)成機(jī)構(gòu)的某一部分（稱為子裝配體）或直接配合成一 個(gè)完整的機(jī)器。UG 的裝配操作可同時(shí)針對(duì)零件、子裝配體甚至整個(gè)裝配體進(jìn) 行，在各級(jí)子裝配進(jìn)行操作時(shí)，系統(tǒng)將把子裝配作為一個(gè)整體，在對(duì)整個(gè)裝配 體執(zhí)行操作時(shí)，子裝配體被作為一個(gè)整體，對(duì)他的操作與獨(dú)立的零件基本相同。 在裝配操作前，應(yīng)先確定裝配方式：由上而下或由下而上。由下而上設(shè)計(jì) 是指裝配體的零件是在零件文件中完成構(gòu)建，在裝配文件中進(jìn)行組裝，這種裝 配方式的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)建快速，畫面簡單，缺點(diǎn)是零件分別在零件文件中構(gòu)建，零 件之間的尺寸配合無關(guān)聯(lián)性。由上而下的設(shè)計(jì)是指，直接在裝配體環(huán)境中建立 各個(gè)零件，然后再插入裝配體中進(jìn)行組裝，這種裝配的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)建零件時(shí)可以 互相參考外形，省去繪制草圖及使用配合條件的操作，缺點(diǎn)是在裝配體中所建 立的各個(gè)零件都是完全配合限制，無法實(shí)現(xiàn)“旋轉(zhuǎn)零部件” 和“移動(dòng)零部件”的操 作。 要實(shí)現(xiàn)對(duì)零部件及子裝配間的裝配，用戶首先必須建立一個(gè)裝配文件，在 熟悉裝配界面的基礎(chǔ)上，能夠根據(jù)需要設(shè)置合適的用戶環(huán)境，這樣，就可以通 過插入零部件、旋轉(zhuǎn)零部件，及移動(dòng)零部件等操作為形成裝配體奠定基礎(chǔ)了。 裝配體設(shè)計(jì)的基本操作步驟如下： 第四章 滅菌器整體結(jié)構(gòu)的三維實(shí)現(xiàn) - 25 - （1）設(shè)定裝配體的第一個(gè)零件，一般其位置是固定的。 （2）將其他零部件調(diào)入裝配環(huán)境，尚未指定其配合關(guān)系時(shí)，這些零件可 以隨意移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，即為浮動(dòng)零件。 （3）為浮動(dòng)零件添加裝配關(guān)系。 （4）根據(jù)裝配需要，重復(fù)（2）和（3）步驟的操作，以及移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)零 部件的操作方法。 在裝配的過程中常用到的配合關(guān)系有： （5）配對(duì)：定位相同類型的兩個(gè)對(duì)象，使它們重合。對(duì)于平面對(duì)象，其 法向?qū)⒅赶蛳喾吹姆较颉?（6）對(duì)齊：對(duì)于平面對(duì)象，將兩個(gè)對(duì)象定位，使它們共面和相鄰。對(duì)于 軸對(duì)稱對(duì)象，則對(duì)齊軸。 （7）角度：定義兩個(gè)對(duì)象間的角度尺寸。 （8）平行：定義兩個(gè)對(duì)象的方向矢量為互相平行。 （9）垂直：定義兩個(gè)對(duì)象的。方向矢量為互相垂直。 （10）中心：允許您將一個(gè)對(duì)象居中于另一個(gè)對(duì)象中心的任意位置，或?qū)?一個(gè)或兩個(gè)對(duì)象居中于一對(duì)對(duì)象之間。 （11）距離: 指定兩個(gè)對(duì)象之間的最小 3D 距離。您可通過使用正負(fù)值來 控制解應(yīng)在表面的哪一側(cè)。 (12)相切：定義兩個(gè)對(duì)象之間的物理相切。 4.2.3 UG 軟件的二維制圖功能 工程圖是表達(dá)設(shè)計(jì)者思想，以及加工和制造零部件的依據(jù)，是工程界進(jìn)行 技術(shù)交流的重要資料。一般來說，工程圖應(yīng)有一組視圖、完整或必要的尺寸、 技術(shù)要求、標(biāo)題欄、明細(xì)表四部分組成。 （1）視圖可以使用 UG 設(shè)計(jì)的實(shí)體零件和裝配體直接生成，也可以由現(xiàn)有 的視圖建立視圖。例如,剖面視圖是由現(xiàn)有的工程視圖生成的。 第四章 滅菌器整體結(jié)構(gòu)的三維實(shí)現(xiàn) - 26 - （2）工程圖上的尺寸，既可以在實(shí)體建模時(shí)在草圖中和生成特征中給定， 也可以由用戶通過尺寸標(biāo)注工具直接標(biāo)注。 （3）技術(shù)要求包括尺寸公差，形位公差、表面粗糙度和文本等，他們在 UG 的工程圖中屬于注釋內(nèi)容，同樣可以在模型中給定，也可以在工程圖中給 定。 （4）零件、裝配體、和工程圖是相互聯(lián)結(jié)的文件，對(duì)零件或裝配體所做 得更該會(huì)導(dǎo)致工程圖文件相應(yīng)的變更。 UG 的工程圖文件有相對(duì)獨(dú)立的兩部分組成，即圖紙格式文件和工程圖內(nèi) 容。圖紙格式文件是包括工程圖的圖幅大小、標(biāo)題欄設(shè)置、零件明細(xì)表定位點(diǎn) 等。這些內(nèi)容在工程圖中保持相對(duì)穩(wěn)定。建立工程圖文件首先要制定圖紙的格 式。 4.3 UG 下滅菌器的零件造型、總體裝配及二維制圖 4.3.1 基于 UG 軟件臺(tái)式滅菌器具體零件的三維建模 零件的三維建模是強(qiáng)烈依靠計(jì)算機(jī)和三維軟件的行為，眾多的設(shè)計(jì)思路和 建模操作技能只有在計(jì)算機(jī)上演示。因此，很難在書面上介紹清楚三維建模的 過程和三維操作的技巧，由于這些原因，我在這里僅以柜門為例介紹三維建模 的過程，但由于紙上談兵，零件模型中的一些細(xì)節(jié)也不易詳細(xì)，清楚闡述，僅 做一般性的介紹。 門罩組件的一個(gè)零件是內(nèi)門，零件圖如圖 4-1 所示： 第四章 滅菌器整體結(jié)構(gòu)的三維實(shí)現(xiàn) - 27 - 圖 4-1 內(nèi)門的零件圖 其生成過程如下： （1）單擊“草圖繪制”在前視基準(zhǔn)面上繪制草圖 1 如下圖 4-2 所示，單擊 特征工具欄中的“旋轉(zhuǎn)”，生成特征圖。 （2）在第一次旋轉(zhuǎn)的實(shí)體上，繪制草圖 2 如圖 4-3 所示：選擇“拉伸特征” ，方向中選擇“給定深度”，輸入尺寸 24.5mm.。 圖 4-2 草圖 1 的繪制 提示：在旋轉(zhuǎn)特征中，草圖圍繞中心線旋轉(zhuǎn)，從而形成了旋轉(zhuǎn)特征，旋轉(zhuǎn) 特征適用于大多數(shù)的軸、盤類零件。他以下面幾種類型的零件建模： ①環(huán)形零件 第四章 滅菌器整體結(jié)構(gòu)的三維實(shí)現(xiàn) - 28 - ②球體或是含有球面的零件 ③階梯軸，或者是有多個(gè)階梯的盤類零件 旋轉(zhuǎn)特征的基本要素 ：必須有旋轉(zhuǎn)的特征和中心線，在建立旋轉(zhuǎn)特征之 前應(yīng)該使作為旋轉(zhuǎn)中心的中心線保持被選中狀態(tài)。 圖 4-3 內(nèi)門的加強(qiáng)筋的拉伸示意草圖 （3）建立基準(zhǔn)面，生成兩側(cè)的筋。單擊參考幾何體按鈕,選擇基準(zhǔn)面，建 立與底面垂直的基準(zhǔn)面，在基準(zhǔn)面上繪制一條生成筋的斜直線，選擇特征工具 欄中的筋命令，在厚度欄中，選擇兩側(cè)，尺寸欄中輸入 15mm。選擇拉伸的方 向，單擊確定。 技巧：可以生成一側(cè)的之后，選擇鏡向特征命令，生成另一側(cè)的部分。熟 練的使用每個(gè)命令，這樣可以節(jié)約時(shí)間，提高效率。 （4）對(duì)所生成的實(shí)體進(jìn)行切除—拉伸，如下圖 4-4 所示，步驟：選擇基準(zhǔn) 面，單擊草圖繪制