M200A氣瓶的三維造型設計【說明書+SOLIDWORKS】

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氣瓶的國內外研究現狀自上世紀后半葉以來，復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。經過數年努力，他們都拿出了自己的產品或研究成果。國內的研發(fā)項目已經解決了CNG氣瓶殼體預緊壓力設計和樹脂配方設計等關鍵技術，完成了樹脂配方全部原材料實現國產化及定型工作、建立了力學計算模型，確定了纖維纏繞角度、鋪層結構的工藝參數，開展了爆破、公益性試驗及振動和疲勞性能研究、設計制造了兩工位計算機控制纖維纏繞機并形成了小規(guī)模生產能力的生產線，該技術還可在國防領域得到相關應用。目前，國內對氣瓶的研究內容有：對鋼制內膽環(huán)向纖維纏繞氣瓶進行系統(tǒng)研究2；對氣瓶設計、結構和受力情況進行有限元分析3；對氣瓶進行優(yōu)化設計，對氣瓶的制造工藝提出全面分析，提出優(yōu)化制造工藝4；對鋼內膽和復合材料層在疲勞試驗中的模量匹配問題進行深入研究，綜合考慮表面的壓應力、疲勞應力、鋼和玻璃纖維的彈性模量及在疲勞中應變量和變形匹配，提出和完善復合材料纏繞工藝5。我國的復合材料氣瓶產業(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6。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 本文的具體工作本文的具體工作如下：(1) 對M200A氣瓶現有的結構、原理進行詳細分析；(2) 設計M200A氣瓶的整體結構，并運用SolidWorks三維建模軟件建立氣瓶的實體模型；(3) 完成M200A氣瓶這個產品中各零件的三維造型、工程圖生成及最終的裝配；(4) 制定相應的工藝文件。2 M200A氣瓶的總體設計M200A氣瓶一種比較精密的儀器，它的各個部件的選擇不是憑空想象的，每個部件的確定都有其一定的科學規(guī)律。本課題設計的氣瓶所裝的鉬源氣體主要運用于集成電路板，所以要求所設計的氣瓶以盡可能輕的重量，盡可能小的體積，儲存盡可能多的氣體。并且由于鉬源是有毒的，對氣瓶的密封性要求很高，在實際生產中，對氣瓶的焊縫質量、焊接接頭的力學性能等都提出了很高的要求。2.1 M200A氣瓶的總體結構及其工作原理鑒于其它氣瓶已有的結構，可以知道一個氣瓶大致有以下幾個部分組成：瓶身、進氣管、排氣管、控制閥門等。其工作原理也很簡單：由進氣管充氣，通過控制閥門的開/關進行氣體的排放?？紤]到所設計的氣瓶用到的場合較特殊，每個部件需仔細對比方案后再進行設計。2.2 方案的比較及確定在正式用軟件對零件進行三維造型設計之前，需有一個方案的確定。所以，一般某個零件的設計都是先制定處二至三個方案，然后討論篩選出較為滿意的方案進行深入，深入過程實際是進一步細化。討論并最終確定方案，這時的方案會比較細致，包括產品系列化方案、顏色方案等等。下面就對每一個具體的零件進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整體，也就是不分瓶蓋、瓶身和瓶底。這樣的瓶身制造起來方便，但精度不高，也不適用于不銹鋼材料的氣瓶，而本文設計的氣瓶材料采用316L和1Cr18Ni9Ti，都是不銹鋼材料。所以瓶身采用瓶蓋、瓶身、瓶底的分開設計。瓶身的設計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)點是耐用、密封性好；相對的缺點就是造價比較高。(2) 單層瓶身。這種瓶身的優(yōu)點就是造價相對低；缺點是沒有雙層瓶身耐用。考慮到使用的方便性，氣瓶要盡可能的輕，盡可能小的體積，儲存盡可能多的氣體，且造價也不宜太高，本文采用單層瓶身。瓶底的方案：考慮到鉬源氣體的珍貴，為了能使氣體通過排氣管徹底用完，在瓶底的設計處增加了一個小凹槽，這樣就能保證氣體不浪費了。瓶蓋的方案：瓶蓋上需焊接進氣管和排氣管，需挖兩個孔。但考慮到本文所設計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清洗閥，便于瓶身的清洗。所以在瓶蓋上還需開一個孔，用來焊接清洗閥。2.2.2 進氣管和排氣管的方案進氣管和排氣管都可以設計成彎曲的造型和筆直的管，考慮整個氣瓶的美觀性，本文采用彎管。2.2.3 瓶內管的設計氣體的排放如若經過一個管道則會排放的更加干凈，所以本文的設計增加了一根瓶內管，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，裝配時管子的兩端需對準孔和凹槽。2.2.4 通氣閥的設計沖入氣體和排出氣體都需要通過一個部件，那就是通氣帽。通氣帽由五個零件構成，分別是：通氣蓋、通氣管、螺帽、螺母和墊片。相應的零件尺寸大小可以查相關的手冊。2.2.5 其它部件的設計或選用氣體排放的速度和量的多少由一種標準件VCR接頭控制。所謂標準件，就是可以直接按照相關參數（如排氣管的直徑）來選定。至于清洗閥，它的結構和通氣閥是一樣的，只要確定其各個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 鋼絲繩的設計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的放置，可以直接吊在繩索上。至此，M200A氣瓶的總體設計就基本上完成了。下面就可以用三維造型軟件進行具體的設計了。3 M200A氣瓶的三維造型隨著計算機輔助設計技術的飛速發(fā)展與功能的不斷完善，為工程技術人員提供的高效方法和手段越來越豐富。尤其是三維CAD/CAM軟件的廣泛應用與普及，使得現代機械產品設計逐步進入三維設計時代。三維設計具有形象、直觀、精確、快速的特點，在產品開發(fā)、結構分析、產品性能的評估、確定和優(yōu)化物理樣機參數過程中起到決定性作用，為新產品研發(fā)一次成功，提供了強有力的技術支持。3.1 三維造型軟件介紹目前,市場上流行很多三維設計軟件,如Pro /E、UG、CAXA 、SolidWorks等,這些三維設計軟件都具有強大的實體建模、參數化特征造型、曲面造型和大型裝配處理等功能,它們被廣泛用于機械、汽車、航空等領域。美國PTC公司開發(fā)的Pro/E軟件是基于參數化的三維實體設計軟件，共有近30個大模塊，其功能非常強大，幾乎涵蓋了機械學科的各個專業(yè)。其中，實體造型、曲面造型、模具設計、數控加工、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)標準模塊和數據轉換接口，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Solid Works公司在總結和繼承了大型機械CAD 軟件的基礎上,在Windows環(huán)境下實現的第一個機械三維CAD軟件。它全面采用非全約束的特征建模技術,其設計過程全相關性,可以在設計過程的任何階段修改設計。該軟件具有產品配置功能,可以為用戶設計不同構性的產品。它集成了設計、分析、加工和數據管理過程,所獲得的分析和加工模擬結果成為產品模型的屬性,它將2D造型繪圖與3D造型技術融為一體,能自動生成零件尺寸、材料明細表(BOM) 、具有指引線的零部件編號等技術資料,從而簡化了工程圖樣的生成過程。同時有中英文兩種界面可以選擇,其先進的特征樹結構使操作更加簡便和直觀。具有交好的開發(fā)性接口和功能擴充性。能輕松實現各種CAD軟件之間的數據轉換傳送。SolidWorks軟件的主要特點:(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, 而是在空間直接畫草圖。此外3D草圖還可作為裝配環(huán)境下的布局草圖進行關聯(lián)設計。(2) SolidWorks提供了一個動畫功能, 可以生成實體的裝配過程、爆炸過程、運動過程的動畫文件, 同時也生成各個過程的組合動畫文件。(3) SolidWorks友好的界面。圖形菜單設計簡單明快、形象化, 一看即知。系統(tǒng)的所有參數設置全部集中在一個選項中, 容易查找和設置。實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單且容易理解。對實體的放大, 縮小和旋轉等操作可以在任何命令過程中使用, 實體的選取非常容易和方便。(4) SolidWorks建模迅速, 操作靈活, 是一種尺寸驅動且基于特征的三維設計軟件, 具有構造歷史以供事后修改, 更加適合學生在機械制圖綜合實踐中使用8。3.2 M200A氣瓶的三維造型設計的M200A氣瓶的裝配圖如圖1。圖1 M200A氣瓶結構圖如圖所示，M200A主要由瓶蓋、瓶底、瓶身、VCR接頭、清洗閥、進氣管、內管、排氣管等零件組成。3.2.1 清洗閥的設計清洗閥是M200A氣瓶中的關鍵部件，它既用于清洗，還可以檢測所剩氣體的多少。所以在設計清洗閥的時候應該充分考慮其光潔度、耐腐蝕性等綜合要求，以及為實現這些要求而采用的熱處理方式，同時考慮制造工藝問題加以選用，力求經濟合理。清洗閥是標準件，市面上現在可以直接買到。清洗閥由無氧銅墊片、通氣管、通氣蓋、螺帽和螺母裝配而成，結構如圖2：圖2 清洗閥結構圖(1) 無氧銅墊片無氧銅墊片的主要起密封作用，結構如圖3：圖3 無氧銅墊片(2) 螺母螺母用于和螺帽連接，結構如圖4：圖4 螺母(3) 螺帽 螺帽的結構如圖5： 圖5 螺帽(4) 通氣蓋通氣蓋的結構如圖6：圖6 通氣蓋(5) 通氣管通氣管的結構如圖7：圖7 通氣管為了表達清楚清洗閥的裝配結構，見如下爆炸視圖8：圖8 清洗閥的爆炸視圖3.2.2 瓶底的設計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。而為了使瓶內的氣體完全排完，特別在瓶底挖了一個槽，這樣一個小小的設計就能保證氣體不浪費了。并且瓶底做了倒圓角處理。瓶底結構如圖9：圖9 瓶底3.2.3 瓶蓋的設計瓶蓋上三個孔的位置是有要求的：需考慮應力的分布，重量的分布，也就是整個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。瓶蓋結構如圖10：圖10 瓶蓋(1) 孔的大小孔的大小是根據管的直徑來決定的。(2) 孔的倒角處理為了便于排氣管和內管的連接，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 瓶身的設計瓶身作為瓶蓋與瓶體的連接體，也是氣體主要儲存的地方，對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。瓶身結構如圖11：圖11 瓶蓋3.2.5 進氣管與排氣管的設計進氣管與排氣管的設計思路是一樣的，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內管連接，所以排氣管應比進氣管短一些。進氣管和排氣管如圖12、圖13所示： 圖12 進氣管 圖13 排氣管3.2.6 通氣閥的設計通氣閥的結構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接頭是標準件，市面上可以直接買到。它的主要作用是用來連接通氣閥與進、排氣管，以及準確控制氣體流動的速度與用量它的結構如圖14：圖14 VCR接頭3.3 工程圖工程圖是設計者思想的表達，是加工零部件的依據，是進行技術交流的重要文本資料。SolidWorks工程圖能將2D造型繪圖與3D造型技術融為一體，能自動生成零件尺寸、材料明細表（BOM）、具有指引線的零部件編號等技術資料，從而簡化了工程圖樣的生成過程9。SolidWorks工程圖文件中包含兩個獨立的部分：圖紙格式和工程圖視圖。圖紙格式包含工程圖圖幅的大小、標題欄設置、零件明細表及其定位等。由于圖紙格式在工程圖文件中相對比較穩(wěn)定，所以一般先設置或者創(chuàng)建需要的工程圖圖紙格式10。3.3.1 圖紙格式的設置圖紙格式包括圖紙的大小、方向及圖框的種類。通過設置圖紙格式，用戶可以設置需要的圖紙邊框與標題欄等內容。SolidWorks在創(chuàng)建工程圖時，必須設置需要的圖紙格式。SolidWorks提供三種圖紙格式，分別為標準圖紙格式、用戶圖紙格式與無圖紙格式。(1) 標準圖紙格式SolidWorks提供了12種標準圖紙格式，每一種圖紙格式都包含了確定的圖框與標題欄，用戶可以根據需要選用。圖紙的設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置的圖紙格式。(3) 無圖紙格式該方式只能定義圖紙的大小，沒有圖框和標題欄，是一張空白的圖紙。實際應用中，各單位的圖紙格式往往不一樣，所以用戶需要設計符合自己的圖紙格式并儲存，以后用到的時候，只要調用該圖紙格式即可。本文采用用戶圖紙格式，根據所設計氣瓶的總體尺寸和各個零部件的尺寸，需用到A2和A4圖紙。完成了圖紙的一系列相關設定后，就可以建立工程視圖了。3.3.2 工程圖視圖工程視圖包括：標準三視圖、命名視圖、投影視圖、剖面視圖、旋轉剖視圖、輔助視圖和局部放大圖。(1) 標準三視圖標準三視圖能為零件或裝配體同時生成三個相關的默認正交視圖，默認的標準三視圖為前視、上視及右視3個視圖。常用創(chuàng)建標注三視圖的方法有兩種：直接選取法和文件插入法。(2) 模型視圖當生成新工程圖，或者將一模型視圖插入到工程圖文件中時，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、當前模型視圖、上下二等角軸側及左右二等角軸測等多種視圖。(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個正投影視圖中的其中一個視圖。(4) 剖面視圖剖面視圖可以顯示設計零件內部特征的厚度、斜度等構造。適當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、階梯剖視圖和旋轉剖視圖等。建立剖視圖必須有一條剖面線。對于全剖視圖，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剖面線。對于部分剖視圖，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剖面線。對于旋轉剖視圖，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剖面線。(5) 輔助視圖輔助視圖類似于投影視圖，但是如果零件中包含斜面特征，只以一般正投影視圖來觀測的話，則可能無法了解斜面上的實際形狀。這時只有通過輔助視圖命令，才能清楚了解斜面的特征。(6) 局部放大圖局部視圖用來放大顯示模型上較為復雜或者微小的部分。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械設計中更具優(yōu)勢和直觀性，但工人在制造零件時依據的還是工程圖。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瓶蓋的內部結構了。（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，這樣的表現手法可以清晰的地表現出部件的裝配關系了。（3） 標準三視圖（如圖17）圖17 通氣蓋工程圖以上是通氣蓋的標準三視圖，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剖視圖來表現，這樣就更清楚地表現出通氣蓋的內部結構了。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際裝配時采用的是焊接形式，而不是簡單的機械連接，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。所謂焊接結構裝配焊接工藝(以下簡稱裝焊工藝) ,就是一個焊接結構的實際生產過程,主要是指組成結構件的零部件裝配焊接的先后次序及相應的裝配焊接內容,即具體的加工工藝路線。而焊接結構裝焊工藝的設計,就是通過對焊接結構的結構和功能的分析,對其整體裝焊工藝進行規(guī)劃,從而保證整體裝焊工藝的完整性和有效性的過程11。本課題所設計的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，它的流動性能好，致密性強，成型美觀，韌性和強度較高，防腐蝕能力強，是化工容器的良好使用材料。對于1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼而言，一般情況下能很好地是適應于溶化焊接，但是從經濟、實用和機械器具及技術性能方面考慮，還是采用手工電弧焊接較好12。裝配時根據1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼的特點、性能進行裝配加工。氣瓶裝配時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圓周焊檢驗烘干抽真空沖入氣體13。4.2 裝配過程在現代制造業(yè)中, 裝配是產品生命周期的重要環(huán)節(jié),裝配成本占產品制造成本的40%50%, 裝配工作量占整個制造工作量的20%70%, 且手工作業(yè)工作量大, 裝配自動化一直是制造自動化中的瓶頸問題。因此, 1980 年代初, 出現了對計算機輔助裝配規(guī)劃( Computer AidedAssembly Process Planning, CAAPP) 技術的研究。目前,計算機輔助裝配規(guī)劃已經成為CAD 技術推廣應用的熱點研究內容之一, 其目的是給設計人員提供設計決策支持, 達到縮短產品設計周期, 提高產品裝配效率的目的。SolidWorks為用戶提供了一個高效、易用的裝配設計環(huán)境。在這個環(huán)境中用戶既可以通過自底向上的方式將單個的零件裝配為低級的子裝配，進而由低級的子裝配組裝為更高一級的子裝配，最后完成整個裝配；也可以通過頂向下的裝配方式直接在裝配環(huán)境中派生設計零件。在創(chuàng)建新零件時，可直接參考其他零件并保持關聯(lián)14。4.2.1 裝配規(guī)劃的方法裝配規(guī)劃實質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)先約束關系的裝配序列生成方法獲取優(yōu)先約束關系是最直觀的裝配順序生成方法,該方法的關鍵是裝配優(yōu)先約束關系的獲取, 采用人機交互的方法, 工作量大, 人員要求高, 易出錯, 自動獲取優(yōu)先約束難度大, 優(yōu)點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) 基于部件識別的裝配序列求解方法根據零件的部件分類, 分層次生成部件的裝配順序,依據一定的規(guī)則綜合部件的裝配順序, 即可求得產品的裝配序列?；诓考R別的求解方法有效地抑制了裝配順序生成的組合爆炸問題, 但需借助知識去除那些理論上可行但實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求解零件的拆卸順序來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) 基于知識的求解方法基于知識的方法求解裝配序列, 采用一階謂詞邏輯來表達產品結構序列優(yōu)先約束和裝配資源約束等知識。系統(tǒng)以產品CAD 模型為輸入, 通過人機交互獲取零部件裝配優(yōu)先約束。通過圖搜索算法求解產品配合特征圖的最小割集來產生裝配序列, 該方法對于特定產品的裝配序列求解比較有效, 缺點是適用面窄, 且領域知識的獲取較難。（5) 基于矩陣運算的方法該方法以矩陣表示裝配體中有配合關系的零件之間的聯(lián)接關系, 矩陣中的每個元素代表零件的裝配關系。矩陣用線性代數中的有關運算進行變換規(guī)約, 簡化了聯(lián)結關系矩陣對應的裝配序列。4.2.2 裝配序列的評價及優(yōu)化即使產品的零件數目較少, 其裝配序列也具有多種組合的可能性。如何提出合適的評價指標對所規(guī)劃的裝配序列進行評價意義重大, 目前, 采用的裝配序列評價方法主要有定性和定量兩種。定性準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。定量因素有裝配時間、裝配成本等。定性準則主要為裝配順序的選擇提供有益的參考, 但不便實際應用。定量的評價因素考慮了裝配工藝的特性, 為完成裝配順序的自動評價提供了量化的指標。體現了裝配操作的方便程度。4.2.3 裝配關系表達及應用零件的裝配關系一般可分為三種: 凹凸特征間的匹配關系; 特征為兩個對應的裝配特征占有相同的體積; 同時具有相同的參考原點; 平面特征間的貼合關系; 特征為兩個對應的裝配特征不占有相同的體積, 但是互相接觸;平面特征間的對齊關系, 特征為兩個對應的裝配特征不占有相同的體積, 但是相互對稱。裝配關系表達主要有以下幾種模型:（1) 關聯(lián)圖模型采用關聯(lián)圖表達產品裝配關系的優(yōu)點是方法簡單, 缺點是零件之間的聯(lián)系并不對應具體的裝配操作, 利用聯(lián)系圖模型難以實現自動裝配序列規(guī)劃。（2) 聯(lián)接矩陣法裝配關系聯(lián)接矩陣是關聯(lián)圖模型的矩陣表示形式。用聯(lián)接矩陣表示裝配關系的優(yōu)點是根據聯(lián)接矩陣, 能判斷出裝配體中零件的聯(lián)接情況, 并可通過單位值最多的行或列對應的零件, 識別出裝配體的基礎件。(3) 產品等級裝配模型產品總是由一個或多個功能部件和零件裝配而成,這些部件分別實現自己的功能, 又往往包含下一級子裝配體, 下一級子裝配體又包含更下一級子裝配體, 如此拆分, 直到最終不可拆分的零件。等級模型用子裝配體表達一組功能上或物理結構上相關的零件集，其優(yōu)點是能表達產品中零部件間的層次關系15。4.2.4 M200A氣瓶的裝配流程通過比較和分析，以先從子部件裝配再到整體裝配，以從內到外、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，這兩個部件的結構是一樣的，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合適的位置壓緊、固定。通氣閥的裝配關系如圖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：進氣管和排氣管分別與瓶蓋焊接，注意裝配時彎管的角度；同時清洗閥伸入瓶蓋上16孔內與瓶蓋焊接；然后瓶內管插入入口管3mm后與排氣管進行定位焊，注意使兩根管子在同一平面內。(3) 再次是進行圓周焊：先是瓶蓋連同上面已經焊接好的進氣管、排氣管、通氣閥以及瓶內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接頭的時候要與瓶身正面成15的角度。至此，M200A氣瓶已經全部焊接裝配完畢。M200A氣瓶的裝配關系見如下爆炸工程圖19：圖19 M200A氣瓶裝配爆炸工程圖結束語本文以SolidWorks2008為工具，對M200A氣瓶進行了深入細致的分析，深刻領會了它的結構體系，設計方法，同時參考了國內外氣瓶設計的先進實例，查閱了一定數量的相關資料，總結出一般氣瓶的設計思路，本文的具體工作如下：(1) 對M200A現有的結構、原理進行了詳細分析；(2) 設計了M200A氣瓶的整體結構，并運用SolidWorks三維建模軟件建立了氣瓶的實體模型；(3) 細致研究了其各個部分的設計原理，并在借鑒前人理論分析成果的基礎上，總結自己的設計理念及設計思路，得出了氣瓶的設計流程。由于作者的水平所限，很多地方考慮的還不是很全面。需要的改進的地方還有很多：(1) 論文中的M200A氣瓶的設計方法僅適用于集成電路板中所用的小型氣瓶。氣瓶的種類很多，有些用于特殊常場合的氣瓶工作原理和工作方式與一般的氣瓶有很大差別，可能會不適合于本設計的思路。(2) 氣瓶在實際的焊接裝配中要考慮很多問題，這個是理論設計考慮不到的，有些變量對結果影響很小，可以忽略不計，有些影響卻很大，這就造成了理論設計與實際生產的出入很大。另外這些誤差有的以現在的科技水平暫時還分析不出原因，這時往往用經驗公式計算的結果更加準確，就拿經驗公式代替了理論公式。但是經驗公式往往有其局限性，不可能適合所有的情況，應該具體問題具體分析對待。通過總結，希望能為后續(xù)研究者提供一點思路，早日解決這些難題，給實際生產提供更有用的幫助。致 謝在本文完成之際，首先向我的指導老師黃新燕副教授和張樂瑩老師表示衷心的謝意。在我完成畢業(yè)設計的過程中，導師對我進行了全面的訓練，并且一直給予贊揚和肯定，使我深受鼓舞。導師淵博的知識、塌實的工作作風、科學的工作方法、嚴謹的治學態(tài)度和敏銳的洞察力，使我深受教育。這些會給我以后的學習生活產生很大的影響，受益終身。感謝戶廷勇輔導員在畢業(yè)設計中對我的督促。感謝李小忠老師在畢業(yè)設計中對我的特別指導。感謝同組的石芳、許巧兵、馬磊等同學在畢業(yè)設計過程中給予的熱情幫助和支持。感謝評審老師在百忙中審查我的論文，并對論文提出寶貴的指導和建議。祝你們工作順利，心想事成！最后，衷心感謝我的父母，為了支持我學業(yè)付出的勞苦艱辛。參 考 文 獻1 張潔. 國內復合材料氣瓶發(fā)展及氣瓶標準概況J. 纖維復合材料， 2007, (3): 3842.2 周海成等. 纖維纏繞復合材料氣瓶的發(fā)展及其標準情況J. 壓力容器， 2004，(9): 3236.3 常新龍， 張曉軍， 劉新國， 簡斌. 復合材料氣瓶有限元分析與爆破壓力預測J. 火箭推進, 2008, 34(4)： 2831.4 李小明， 邱桂杰， 劉錦霞. 某型復合材料氣瓶優(yōu)化設計J. 纖維復合材料， 2007， 24(1)： 21.5 陳汝訓. 復合材料天然氣氣瓶設計的幾個問題J. 宇航材料工藝，2001， (5): 5557.6 林再文， 李濤， 孫浩偉等. 幾種纖維復合材料壓力容器的性能對比研究J. 纖維復合材料, 2005, 22(1)： 21.7 馬希青， 李河宗， 崔堅. 以Pro/E為支撐搭建基地平臺，強化實體設計課程建設J. 河北工程大學學報（社會科學版）， 2007， 24（3）： 718.8 江慶. SolidWorks三維造型在機械制圖綜合實踐中的應用J. 機械管理開發(fā)， 2008， 23（1）： 1831849 丁杰. 基于SolidWorks的機械零件參數化設計方法J. 甘肅科技， 2009， 25（3）： 2021.10 張樂樂， 郭北苑， 胡仁喜. SolidWorks應用教程M. 北京： 清華大學出版社北京交通大學出版社， 2007. 183222.11 白二平， 朱志明， 陳丙森， 袁崇福， 張崇軻. 計算機輔助裝配焊接工藝設計J. 焊接， 2001， （6）： 2225.12 易偉， 朱魁. 1Cr18Ni9Ti鋼管在脫硫系統(tǒng)中的裝配、焊接及其應用J. WISCO TECHNOLOGY, 2003, 41(1): 5461.13 樊兆寶. 某型號壓力氣瓶的焊接工藝J. 航空精密制造技術， 2008， 44（1）： 4648.14 李云鵬. SolidWorks裝配解決方案J. CAD/CAM與制造業(yè)信息化， 2007， （9）： 3842.15 卜云峰. 面向中小企業(yè)的計算機輔助裝配工藝規(guī)劃J. 機械工程師， 2007， （9）： 106107.南京理工大學泰州科技學院學生畢業(yè)設計（論文）中期檢查表學生姓名任蕾蕾學 號05010203指導教師黃新燕選題情況課題名稱M200A 氣瓶的三維造型設計難易程度偏難適中偏易工作量較大合理較小符合規(guī)范化的要求任務書有無開題報告有無外文翻譯質量優(yōu)良中差學習態(tài)度、出勤情況好一般差工作進度快按計劃進行慢中期工作匯報及解答問題情況優(yōu)良中差中期成績評定：良好所在專業(yè)意見：該學生學習態(tài)度認真，能積極主動地完成布置的任務，達到所要求的工作進度。 負責人： 年 月 日 南京理工大學泰州科技學院畢業(yè)設計（論文）任務書系部：機械工程系專 業(yè)：機械工程及自動化學 生 姓 名：任蕾蕾學 號：05010203設計(論文)題目：M200A氣瓶的三維造型設計起 迄 日 期:2009年03月09日 06月14日設計(論文)地點:南京理工大學泰州科技學院指 導 教 師:黃新燕 張樂瑩專業(yè)負責人:龔光容發(fā)任務書日期: 2009年 2月 26日任務書填寫要求1畢業(yè)設計（論文）任務書由指導教師根據各課題的具體情況填寫，經學生所在專業(yè)的負責人審查、系部領導簽字后生效。此任務書應在第七學期結束前填好并發(fā)給學生；2任務書內容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網頁上下載）打印，不得隨便涂改或潦草書寫，禁止打印在其它紙上后剪貼；3任務書內填寫的內容，必須和學生畢業(yè)設計（論文）完成的情況相一致，若有變更，應當經過所在專業(yè)及系部主管領導審批后方可重新填寫；4任務書內有關“系部”、“專業(yè)”等名稱的填寫，應寫中文全稱，不能寫數字代碼。學生的“學號”要寫全號；5任務書內“主要參考文獻”的填寫，應按照國標GB 77142005文后參考文獻著錄規(guī)則的要求書寫，不能有隨意性；6有關年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 74082005數據元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數字書寫。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。畢 業(yè) 設 計（論 文）任 務 書1本畢業(yè)設計（論文）課題應達到的目的： 通過本次畢業(yè)設計，將進一步鞏固所學的機械設計、計算機輔助設計及輔助制造等機械制造領域的相關專業(yè)知識，并鍛煉其運用所學的知識來分析和解決問題的能力。在畢業(yè)設計中，通過對通用CAD設計軟件工具的運用，也可進一步提高學生對新知識的學習、運用能力。本次畢業(yè)設計也可培養(yǎng)學生外文文獻的閱讀和翻譯以及相關資料的查閱能力，從而從整體上提高學生的綜合素質。2本畢業(yè)設計（論文）課題任務的內容和要求（包括原始數據、技術要求、工作要求等）：本次畢業(yè)設計的課題是氣瓶的三維造型設計。該同學在這個課題中主要負責完成氣瓶這個產品中各零件的三維造型、工程圖生成及最終的裝配并制定相應的工藝文件。具體要求包括：（1）外文資料翻譯，至少3000字；（2）閱讀相關文獻資料，了解國內外相關領域的研究現狀，撰寫文獻綜述；（3）氣瓶材料采用316L和1Cr18Ni9Ti；(4) 氣瓶的內表面粗糙度，機加工應達到1.6,機械拋光應達到0.1，最后經電拋光處理；（5）氣瓶直徑，瓶身高150；（6）利用通用CAD軟件完成零件造型、裝配及工程圖生成；（7）撰寫畢業(yè)設計論文說明書；畢 業(yè) 設 計（論 文）任 務 書3對本畢業(yè)設計（論文）課題成果的要求包括畢業(yè)設計論文、圖表、實物樣品等：1氣瓶全套二維工程圖2氣瓶全套三維造型文檔3畢業(yè)設計說明書（一份）4主要參考文獻：1 陳伯雄. 三維設計是CAD技術應用的必然趨勢. 北京：機械工業(yè)出版社，20002 劉永翔. 產品設計實用基礎M. 北京:化學工業(yè)出版社,20033 康曉東. CAD技術(上)J. 機械工程師,19974 許發(fā)樾. 模具結構設計. 北京:機械工業(yè)出版社，20035 李德群.現代模具設計方法.北京:機械工業(yè)出版社，20016 張阿維,王會燃. 計算機輔助工業(yè)設計的現狀與發(fā)展J. 西北紡織工學院學報,19997 袁波. 基于三維模型的二三維一體化設計. 計算機輔助設計與制造，19988 評測專家組. 三維CAD/CAM軟件評測總結. 計算機輔助設計與制造，19999 樊柄輝，李江云. 三維參數化特征造型機械CAD北京：清華大學出版社，199910 李啟炎.三維CAD設計及制圖教程. 上海：同濟大學出版社,2000畢 業(yè) 設 計（論 文）任 務 書5本畢業(yè)設計（論文）課題工作進度計劃：起 迄 日 期工 作 內 容2009年 3月9日 3月19日 3月20日 4月9 日4月10日 5月1日5月2日 5月10 日5月11日 5月20日5月21日 6月5日6月6日 6月10日6月11日 6月14日下達畢業(yè)設計任務，翻譯英文資料，完成資料的查詢完成文獻綜述和開題報告和課題前期準備零件的三維造型設計產品的裝配撰寫工藝文件撰寫論文修改論文論文答辯所在專業(yè)審查意見：負責人： 年 月 日系部意見：系部主任： 年 月 日南京理工大學泰州科技學院畢業(yè)設計(論文)前期工作材料學生姓名:任蕾蕾學 號：05010203系部:機械工程系專 業(yè):機械工程及自動化設計(論文)題目:M200A氣瓶的三維造型設計指導教師:黃新燕副教授 (姓 名) (專業(yè)技術職務)材 料 目 錄序號名 稱數量備 注1畢業(yè)設計(論文)選題、審題表12畢業(yè)設計(論文)任務書13畢業(yè)設計(論文)開題報告含文獻綜述14畢業(yè)設計(論文)外文資料翻譯含原文15畢業(yè)設計（論文）中期檢查表12009年5月 南京理工大學泰州科技學院畢業(yè)設計(論文)外文資料翻譯系部： 機械工程系 專 業(yè)： 機械工程及自動化 姓 名： 任蕾蕾 學 號： 05010203 (用外文寫)外文出處：U.S. DEPARTMENT OF THE NAVY CARDEROCK DIVISION, NAVAL SURFACE WARFARE CENTER 附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。 指導教師評語： 所選原文資料內容符合本畢業(yè)設計及專業(yè)方向要求，篇幅飽滿，翻譯用詞準確，語句通順。 簽名： 2009 年 3 月 18 日注：請將該封面與附件裝訂成冊。附件1：外文資料翻譯譯文產品模型是造船環(huán)境中的核心信息源 摘要在造船CAD / CAM系統(tǒng)中，產品模型是在設計過程中逐步建立起來的，其中包括幾何和非幾何信息。在設計的同時，對模型作進一步擴展增加制造信息（一些國家稱其為產品工程信息），如造船生產計劃和裝配結構的定義。 零件制造所需的信息來自模型，如工程圖，零部件明細表和數控設備所需的信息。當造船生產計劃的定義和產品模型相結合時，如零部件清單、裝配圖等所需要的信息就可以直接從產品模型得到，而不需手工建立。 使用產品模型這個概念建立的系統(tǒng)，以及有組織地實施的方法可以降低成本、提高生產力和競爭力。 引言背景船舶及海上的建筑往往是不成系列的或單件定制的產品。這種產品的復雜性意味著高強度的設計和規(guī)劃過程，許多任務必需同時進行。通常，產品中的一個零件在制造的同時，另一個零件正在進行詳細的設計。對更高的效率和更短的交貨時間的要求則意味著重疊進行的工作不斷增加而使得整個過程也將變得更加復雜。除此之外，許多設計中的變更提出得太遲。 一些企業(yè)引用一種新的行業(yè)術語來形容這種情形：“并行工程”。盡管這個術語是新的，但對造船業(yè)來說，這種狀況卻不是新的，很多年來工人們已習慣于從事重疊性的工作。以可控的方式處理重疊工作的能力在很大程度上影響了一個組織的效率。增加工作的重疊性的關鍵是對信息流的管理和控制。 在大多數情況下造船廠中詳細設計和生產都是在公司內部進行的，并且是在造船廠管理部門直接控制下。這在某種程度上成為唯一發(fā)現有效的處理信息流并把潛在的信息處理問題轉化為信息處理技能的一種可能，創(chuàng)造競爭的優(yōu)勢。 造船曾被描述為“從最簡單的零件，以非常復雜的方式組裝，到生產出高精密產品這樣一個過程”，這是一個很好的說明。生產有足夠的精度的零部件很重要，但真正的挑戰(zhàn)是對設計和裝配過程進行管理，以提高效率和縮短交貨時間。 自東歐的政治變革后，一些國家將進入商業(yè)造船市場上，成為新成員。以前主要建造軍艦的國家，將會進入新的制造領域；而新的發(fā)展中國家，尤其是遠東地區(qū)的，也將會以造船國的身份進入該市場。此外，目前一些主要的造船國將通過再投資來保護他們目前的地位。所有這些變化將導致造船能力的提高和激烈的市場競爭形勢。 許多國家在造船手段和現代化設備方面進行了投資，如機器人和自動化生產線。這些投資結合工序的改變和對員工培訓，以求達到一個最佳的解決方案。這些新投資能獲得最大回報的一個關鍵是確?？刂七@些過程的信息系統(tǒng)已經按經營的要求優(yōu)化并和新的方法緊密結合。造船企業(yè)在當今世界上，造船業(yè)是一個極其復雜的行業(yè)，圖1以簡化的方式說明了該行業(yè)中的主要活動并歸納如下。 圖1 造船業(yè)招標。招標是船主和制造商以合同的形式就最初的設計，連同價格和交貨時間進行商榷的過程，在此確定制造方案。此過程作的決定將直接影響合同最后的成本。設計。設計活動是在最初的設計上作進一步的詳細設計，根據制造方案確定裝配順序并建立產品生產所需的信息。 生產。在生產活動中，采用在詳細設計過程中創(chuàng)建的信息來建造船只。生產通常被劃分為三個主要階段。第一階段是用原材料制造的各種不同類型的零件。第二階段是裝配即將組成整體的零件組裝到已裝配好的組件上，依此類推，直至最后的產品組裝完成。最后，在服役階段對產品進行測試和試驗。 規(guī)劃。項目計劃的完善和監(jiān)測都在規(guī)劃活動中。所有的活動都必須指定計劃并與制造方案相一致。材料。通過對包括從采購到店鋪的發(fā)貨等活動的控制，來對設計和生產提供支撐。 資金和執(zhí)行。在資金和執(zhí)行活動中，涉及公司和每一項工程的資金監(jiān)測和控制。信息流。從咨詢開始，到交貨結束，造船過程涉及許多的部門間龐大信息量的產生和交換。這會導致錯誤、重復性的工作和為等待信息而導致延誤。最終結果是企業(yè)效率低下。造船管理的任務之一是要創(chuàng)建一個針對于本行業(yè)的信息流解決方案，以確保在造船進程中各個成員盡可能的高效率。 高效率造船的關鍵因素與信息流相關的影響造船效率的關鍵因素有很多，分列如下。 產品設計。產品設計是為了確保所設計的產品能更容易地被制造出來，并且能減少人工耗時。一個考慮周全的制造方案在并行設計的早期活動中就說明了如何完善船只的制造，以確保詳細設計能最適合生產設備。這樣產品設計才能真正實現。通過確定制造方案，盡早對組件或關鍵的組件進行分解，同時將設計也考慮進去，從而保證在裝配階段可以很容易地將組件裝配，每個組裝階段必要的材料也能及時訂購并發(fā)放以滿足制造計劃的需要。試制。為了最大限度地發(fā)揮試制水平，更多的工作可以在制造過程的早期完成。當工作可以在車間條件下而不是在船架上進行時，工作費用就可減少。 完整一致的產品信息。由制造的每個階段產生的產品信息可以提高運作效率，因為所有必要的信息都放在一份文件中，工人們就不必再搜索信息。一致的信息連同適當精準的控制能確保生產項目準確地融入制造的后期階段。這些項目往往來自不同的應用領域，比如船體和管道。 數控、群控和機器人技術。數字控制（數控）設備和機器人的使用可以減少制造項目的勞動力成本。重要的是能夠從產品模型對這些機械設備創(chuàng)建控制信息，并能夠對變化作出快速響應。質量控制。生產每一階段的質量或精度控制可以減少后期的返工。 材料處理。材料信息處理的效率是受許多部門的影響的，從最初的說明書到成分的定義、采購、接收，到最后的發(fā)票清算。 造船很大程度上是裝配過程。材料的處理做得好，將影響一個項目的時間和人工耗時。 今日的挑戰(zhàn) 今日的挑戰(zhàn)是對信息的處理使用系統(tǒng)和過程，這可以降低成本和提高生產率。要對信息流進行評估，首先在觀念上重視上述關鍵因素和造船業(yè)的特殊條件是很重要的。對現有的手工操作簡單地自動化不會比在可能的情況下簡化信息流有更多的益處，而適應組織和新工具的工作方式是可以考慮的。信息流傳統(tǒng)上由技術和管理信息，以文件、圖紙、零部件清單等形式組成。一個可選擇的方法是產品模型的概念，它是產品的數據庫，以行業(yè)專用的結構存儲。產品模型概念的實施對優(yōu)化上述關鍵因素的能力是極重要的。產品模型產品模型包含幾何以及非幾何信息，非幾何信息是物體之間的聯(lián)系和從屬關系；如實體的拓撲關系和屬性、材料代碼、重量、表面處理，能耗和流量。將其稱為產品信息模型將更恰當，這樣就強調了它和基于產品的幾何或圖形信息之間的不同。不管怎樣，產品模型是常用的術語，因此在本論文中也這樣使用。 在研究像發(fā)動機的內部這樣一個復雜的區(qū)域時，需要從不同的視角不斷地進行分析，以保證截面和輪廓相對應的投影關系。手工繪圖是一項繁重的任務，因為隨著進程的進行各截面和投影必須不斷更新。多年來，許多造船廠使用塑料模型作為一種工具來解決這些問題，有時作為一種補充，有時可以替代手工繪圖。產品模型是基于造船信息為對象的。對象的內容顯示為圖解信息，從二維繪圖到設計完善階段的三維制圖，也可以顯示在列表和報告中。所有有關產品模型的信息顯示在圖2中。圖2 產品信息模型圖形表示只有當需要時才生成，比如觀看一個模式或創(chuàng)建繪圖時。這樣，圖形表示作為一個特征而生成，用二維或三維表示，由圖2 指出，隨發(fā)生時間的改變而定。儲存在對象中的信息是主要信息。圖形表示（觀點或繪圖）是次要信息，并由可視化系統(tǒng)生成。通過把對象的處理而不是圖像信息作為首要的信息資源，使設計過程中的信息流水線化。對造船信息對象的關注有助于信息的集成。每個項目應有一個單獨的模塊，這個模塊需包含整個項目的信息。因此，把工作會議聯(lián)系到文件或圖紙，或者將文件復制到新的會議都是沒有必要的。當新的模式投入使用時，所有在本學科和跨學科（如船體和全套裝備）范圍內的用戶都可以立即得到。附件2：外文原文