基于UG的家用燃气热水器的燃烧器的参数化设计(已处理)

1、基于UG的家用燃气热水器的燃烧器的参数化设计太原理工大学毕 业 设 计（论文）任 务 书毕业设计 （ 论文） 题目:基于UG的家用燃气热水器的燃烧器的参数化设计毕业设计 （论文）要求及原始数据 （资料）:要求:1. 根据原始数据和有关资料 , 进行文献检索、调查研究工作 ;2. 综合应用所学基础理论和专业知识 , 制定最佳设计方案 ;3. 所设计的燃烧器应满足各项性能要求 ;4. 设计图纸要求布局合理 , 正确清晰, 符合国家制图标准及有关规定 ;5. 毕业设计说明书要求内容完整、层次清晰、文理通顺 , 具体按照太原理工 大学毕业论文规范撰写 ;6. 通过毕业设计 , 掌握汽油机配气机构的结构

2、型式与设计方法 ;7. 结合本课题查阅并翻译 1 万印刷字符的英文资料 ;8. 独立按时完成毕业设计所承担的各项任务。原始数据 （资料）:1、实习厂提供的燃烧器样机一台 ;2、可供测绘、剖析火排三片 ;3、我国主要城市气源组分报告 ; 、4、实习厂提供的燃气热水器热负荷实测参数 ;5、控制程序流程图 ;6、低热值 35800kJ/N7、相对密度 s0.568、密度 0.72kg/9、理论空气需要量 9.510、过空气系数a 1.0511 、负荷调节比 312、热水产率 :58L/min13、工作噪音 :58dB;14、烟气中CC含量W 0.06%;15、热交换率 85%;16、排烟温度： 11

3、0C;17、耐高温达 800?C;18、加热时间： 45s;19、热水温升： 45K;毕业设计（论文）主要内容 ：参照样品 , 设计一种用于燃气热水器作燃烧器的口琴式燃烧器。 采用折流式U型构造,混合燃气经引射器进入中部变截面的分配段后，上升气流经收颈部,其上有带不等宽通槽的平衡板 , 与发火板之间构成为一均压室。发火板带有发火 唇及入口圆角 , 发火缝横向左中右交错排列。构成引燃能力强、火焰稳定均匀、 燃气燃烧充分、高效节能的良好效果 ,发火板与平衡板均采用可拆式卡装构造 有利于用户能经常清扫积炭和适用于多种气源使用在熟悉UG软件基本理论的基础上，根据实习厂的实际情况，掌握产品的结构, 绘出

4、工作原理图 , 完成燃烧器总体设计。依据燃气热水器的基本原理 , 提出 与硬件配套的装配结构图 , 在 UG/Modeling 模块中,利用自由曲面建模 , 建立的 参数化骨架实体模型 , 引用到 Drafting 模块中进行投影从而生成平面工程图 , 平 面工程图与三维实体模型完全相关。UG 使用的模块 :建模、装配、自由体建模、参数化建模 ; 学生应交出的设计文件 ( 论文):燃气热水器燃烧器总装图 (A0);燃烧器零件图 (A1);两张支架零件图 (A2);部件骨架参数化模型图表设计任务书 (50 页左右 ) 。主要参考文献 (资料 ):1. 姜正侯主编 .燃气工程手册 同济大学出版社

5、2003年。2. 同济大学等院校编 燃气燃烧与应用 中国建筑工业出版社 2000 年。3. 夏昭知 燃气热水器 重庆大学出版社 2004 年。4、邱宣怀等 机械设计 高等教育出版社 2005 年。5、 洪如瑾UG NX6快速入门指导 清华大学出版社2009年。6、赵波 UG NX4 相关参数化设计培训教程清华大学出版社 2007年。7、赵翠莲UG制图基础培训教程 赵翠莲清华大学出版社2001年8、付本国等 零点工作室编 UG NX 4 机械设计实例教程电子工业出版社2006年专业班级机电 0603 班 学生 范 正 萌要求设计 （论文）工作起止日期 2010.3.22 ? 2010.6.25指

6、导教师签字 日期 教研室主任审查签字 日期 系主任批准签字日期 摘要燃气燃烧器作为人工煤气热水器的关键设备 , 集引射器、点火器、安全装 置于一体 , 能以最简单、最紧凑的结构发挥满意的燃烧效果。其性能好坏对人工 煤气热水器的性能指标有着很重要的影响。 燃气燃烧器是根据燃烧条件按一定比 例混合燃气和空气 , 经点火完全燃烧后产生热量的加热装置。本文在充分研究了与本研究课题相关的国内外文献的基础上, 对基于模型的参数化设计的原理和方法、 开发平台和工具的选择进行了探讨和研究。 系统 的总结了燃烧器的发展现状；通过对人工煤气燃烧器实体进行测绘，利用UG进行 了曲面造型设计 , 采用基于参数化设计方

7、法 , 手工建立零件模型。 通过设计、分析 , 为对人工煤气燃烧器机构的进一步优化设计奠定了基础。关键词: 燃气热水器 ；燃烧器；曲面造型；三维设计AbstractAs key equipment of the manufactured gas water heater ,gas burners, which sets ejector, ignition, safety device together, can perfectly burn using the simplest and most compact device .The rationality of its design has

8、 a significant impact on its performance index. According to the working contation of brning gas burners are proportionally mixing fuel and air.After the ignition and completely combustion,heat generats.The sufficient research and literature research related on thebasis of the system are fully study

9、ed.The model based on parameterized design principle,selection of the development platforms and tools as well as the development situation of gas burner has explored and researched .Through the surveying and mapping of gas burners entity, using UG software designs the surface modeling, using model-b

10、ased parametric design methods to set up the parts model manually, 3d model is established. Through the design and analysis ,the manufactured gas burner institutions for the further optimization design has laid a foundation.Keywords: gas water heater, Burner, Surface modeling, 3d design 目录第一章 概述 11.

11、1 引言 11.2 国内外相关研究现状 21.2.1 国内外UG技术发展概况21.2.2 燃气燃烧器的国内外研究现状 41.3 课题提出和主要研究内容 61.4 课题的意义 6第二章 三维系统设计平台 72.1 设计平台的选择 72.1.1 设计平台选取的原则 72.1.2 UG 的特点 7第三章 人工煤气燃烧器概述 93.1 燃烧器的工作原理 93.2 燃烧器的分类 10第四章 燃烧器的计算和测绘 114.1 高压引射器的计算 114.1.1 计算喷头出口速度及直径 114.1.2 引射器计算 114.1.3 头部火孔尺寸的计算 124.2 实物测绘 124.2.1 实物测绘方法 13第五章

12、 零件设计过程 145.1 使用UG各模块创建引射器部件145.1.1 绘制总体草图曲线 145.1.2 火孔部分的创建 14195.1.3 根据计算数据和测绘数据 ,创建复杂曲面部分5.2 创建其他的零件 305.3 装配 32结束语 34参考文献 35致谢 36附录一 英文资料翻译 37附录二 英文资料原文 48附录三 截面线图表 61第一章 概述1.1 引言我国是现今世界上最大的能源消费国。长期以来在能源利用方面大多以 煤作为主要燃料。但是 ,燃煤会产生大量含有较大颗粒悬浮灰分的烟尘 , 大量的 S02、C02和NOx气体,给周围环境带来极大的污染。另外，由于煤体本身的特性, 在运输和储

13、藏过程中 , 也会造成污染。随着国际上普遍对环境保护的日益重视 , 我国对于能源消费的结构有所 调整, 燃料结构出现多元化 , 燃烧迅速、完全、低污染 , 热效率高等优点的燃气燃 料在燃料中所占比例逐渐增加并开始在我国得到发展应用。 人工煤气是一种非常 清洁的矿物燃料 ,因此,在民用能源中人工煤气占有相当大的比例 ,家用热水器首 选燃料当属人工煤气。随着我国对环境污染治理力度的加大 , 人工煤气在燃料中 的比例将不断增加。 因此, 如何更好地利用人工煤气 , 相关的研究受到越来越广泛 的重视。目前人工煤气首先满足的对象是民用 ,那么对燃用人工煤气的民用燃烧 器的研究和设计也具有相当重要的意义。

14、燃气热水器又称燃气热水炉 , 它是指以燃气作为燃料 , 通过燃烧加热方式 将热量传递到流经热交换器的冷水中以达到制备热水的目的的一种燃气用具。燃气热水器的基本工作原理是冷水进入热水器 , 流经水气联动阀体在流 动水的一定压力差值作用下 , 推动水气联动阀门 , 并同时推动直流电源微动开关 将电源接通并启动脉冲点火器 , 与此同时打开燃气输气电磁阀门 , 通过脉冲点火 器继续自动再次点火 , 直到点火成功进入正常工作状态为止 , 当燃气热水器在工 作过程或点火过程出现缺水或水压不足、缺电、缺燃气、热水温度过高、意外吹 熄火等故障现时 ,脉冲点火器将通过检测感应针反馈的信号 ,自动切断电源 , 燃

15、气 输气电磁阀门的缺电供给的情况下立刻回复原来的常闭阀状态 , 也就是说此时已 切断燃气通路 , 关闭燃气热水器起安全保护作用。 一台合格的燃气热水器 , 从点火 状态到进入正常工作状态的整个过程是全自动控制 , 无需人为调整或附加设置 , 只要打开冷水开关或接通冷水水源 , 通过水量调节装置和气量调节装置调节得到 合适的水量与水温 , 燃气热水器就立刻在较短的时间内进入正常工作状态 , 同时 产出热水 ,一旦出现以上意外故障 ,燃气热水器将会自动停止工作 , 并立刻切断燃 气通路,防止燃气继续流出 , 且不能自动重新开启 , 除非人为地排除以上故障后再 重新启动燃气热水器 , 方能正常工作状

16、态 , 因此,其工作性能较为安全可靠。根据 燃气热水器使用气源可分为液化石油燃气热水器、 天然气燃气热水器和人工煤气 燃气热水器等 ; 按热水器面材质可分为不锈钢热水器、搪瓷热水器、烤漆热水器 和钢化玻璃热水器等 ; 按燃烧器引入一次空气位置可分为上进风热水器和下进风 热水器; 按燃烧方式可分为大气式燃气热水器和完全预混式燃气热水器。20 世纪 90年代, 家用热水器逐步走进大众的家庭。 燃烧器作为热水器的 关键部件 ,集引射器、点火器、安全装置于一体 ,能以最简单、 最紧凑的结构发挥 满意的燃烧效果。燃烧器是用来提供热源的装置。 按使用燃料的不同 , 燃烧器可以分为固体 燃烧器如燃煤燃烧器、

17、 液体燃烧器如燃油燃烧器和气体燃烧器如人工煤气燃烧器 三种。燃烧器一般由燃料供给系统、供风系统、点火装置、控制器及各种保护装置几部分构成 , 是把燃气输送及组合在一起的设备。它除了能保证较好供给燃 料并使之完全燃烧外 , 还设有报警及保护装置。燃气燃烧器具有燃烧效率高、环 境效益好、工作安全可靠、自动控制水平高等优点。目前 , 国内燃气燃烧器种类 繁多, 传统的设计手段不便于迅速快捷的改进设计 ,产品开发周期长。因此，需要根据人工煤气燃烧器的设计要求，在UG平台下进行燃烧器三 维部件的设计来解决这些问题。1.2 国内外相关研究现状1.2.1 国内外UG技术发展概况制造业信息化是当今世界制造业发

18、展的大趋势 , 是以信息化带动工业化战 略的重要组成部分。从制造业的角度看 ,就是要实现产品设计数字化、制造数字 化、管理数字化、咨询服务数字化等。 数字化技术的应用导致了制造信息的表述、 存储、处理、传递等方法的深刻变革 , 使制造业逐步从传统的生产型向知识型模 式转化 , 数字化已逐渐成为产品生命周期中不可缺少的驱动因素 , 从而使数字化 制造技术的发展成为必然。 数字化设计、 加工、分析技术以及数字化制造中的资 源管理技术等构成了数字化制造的支撑技术 , 是实现数字化制造的重要途径。Uni graphics Solutio ns公司简称UGS是全球著名的 MCAD供应商,主要为汽车与交通

19、、 航空航天、日用消费品、通用机械以及电子工业等领域通过其 虚拟产品开发VPD的理念提供多级化的、集成的、企业级的包括软件产品与服务 在内的完整的MCAD军决方案。其主要的CAD产品是UGUG 公司的产品主要有为机械制造企业提供包括从设计、 分析到制造应用 的Uni graphics 软件、基于 Win dows的设计与制图产品 Solid Edge、集团级产品数据管理系统iMAN产品可视化技术Productvision 以及被业界广泛使用的 高精度边界表示的实体建模核心 Parasolid 在内的全线产品UG 在航空航天、汽车、通用机械、工业设备、医疗器械以及其它高科技 应用领域的机械设计和

20、模具加工自动化的市场上得到了广泛的应用。多年来 ,UGS一直在支持美国通用汽车公司实施目前全球最大的虚拟产品开发项目 , 同时 Uni graphics也是日本著名汽车零部件制造商 DENS（公司的计算机应用标准,并 在全球汽车行业得到了很大的应用 , 如 Navistar 、底特律柴油机厂、 Winnebago 和 Robert Bosch AG 等。另外,UGS公司在航空领域也有很好的的表现：在美国的航空业，安装了 超过10,000套UG软件;在俄罗斯航空业,UG软件具有90鸠上的市场；在北美汽 轮机市场,UG软件占80%UGS在喷气发动机行业也占有领先地位，拥有如Pratt & Whit

21、ney 和 GE 喷气发动机公司这样的知名客户。 航空业的其它客户还有 ：B/E 航 空公司、波音公司、 以色列飞机公司、英国航空公司、伊尔飞机。UGS 公司的产品同时还遍布通用机械、医疗器械、电子、高技术以及日 用消费品等行业 , 如 ： 飞利浦公司、吉列公司、 Timex、 Eureka 和 Arctic Cat 等。UG 在中国的业务有了很大的发展 , 中国已成为远东区业务增长最快的国 家。UG 公司的产品主要有为机械制造企业提供包括从设计、 分析到制造应用 的Uni graphics 软件、基于 Win dows的设计与制图产品 Solid Edge、集团级产 品数据管理系统iMAN产

22、品可视化技术Productvision 以及被业界广泛使用的 高精度边界表示的实体建模核心 Parasolid 在内的全线产品。UG 是一个以预测工程为特色、从设计到制造都可称之为世界领先的软件。它是面向产品、 企业级、 集成完整的 cad/cam/cae 解决方案的建立全局产品 模型为目标的三维设计与分析软件。为有效地完成数字化设计与制造任务 , 工程技术人员已经将此软件技术 全面应用于航空发动机、 燃气轮机、转包产品等计算机辅助设计 / 辅助制造方面 , 并已充分显示出其强大的功能且发挥了重要作用。本文主要介绍 ug 软件在某型 燃机数字化样机装配过程中的应用 , 利用 assembly

23、模块完成了某型燃机数字化 样机装配 （主要为燃机的主机部分 , 不包括发电机和机组成套部分的内容 ）。真正 实现了提升设计人员的工程分析能力 , 优化了制造工艺 ,提高了产品质量。UG 软件的发展历史 :1960年McDonnell Douglas Automation 公司成立。1976年收购 Unigraphics CAD/CAM/CAE 系统的开发商 ?United Computer 公 司 ,Unigraphics 雏形产品问世。1983年Unigraphics II 进入市场。1986年Unigraphics 吸 取 了 业 界 领 先 的 、 为 实 践 所 证 实 的 实 体 建

24、 模 核 心 ?Parasolid 的部分功能1989年Uni graphics宣布支持UNIX平台及开放系统结构，并将一个新的与STEP标准兼容的三维实体建模核心 Parasolid 引入 Unigraphics 。1990年Unigraphics 作 为 McDonnell Douglas 现 在 的 波 音 公 司 的 机 械CAD/CAM/CA 的标准。1991年Unigraphics开始了从CADA大型机版本到工作站版本的移植1993年Unigraphics 引入复合建模的概念 , 可将实体建模、曲面建模、线框建模、 半参数化及参数化建模融为一体。1995年Uni graphics首

25、次发布 Win dows NT版本。1996年Unigraphics 发布了能够自动进行干涉检查的高级装配功能模块、最先进的CAM模块以及具有A类曲面造型能力的工业造型模块；它在全球迅猛发展, 占领了巨大的市场份额,已成为高端、中端及商业 CAD/CAM/CA应用开发的常用 软件。1997年Uni graphics新增了包括WAV在内的一系列工业领先的新功能，WAVB这一功能可以定义、控制和评估产品模板 ； 被认为是在未来五年中业界最有影响的 新技术。2000年发布新版本-UGV17新版本的发布,使UGS成为工业界第一个可装载包含深层嵌入“基于工程知识” （KBE）语言的世界级MCA软件产品的

26、主要供应商。利 用 UGV17, 制 造 业 公 司 在 产 品 设 计 中 可 以 通 过 一 个 叫 做“KnowledgeDrivenAutomation ”（KDA）的处理技术来获取专业知识。2001年发布新版本-UGV18新版本中对旧版本中对话框做了大量的调整，使在更 少的对话框中完成更多的工作从而使设计更加便捷。自从UG出现以后，在航空航天、汽车、通用机械、工业设备、医疗器械以及其它高科技应用领域的机械设计 和模具加工自动化的市场上得到了广泛的应用。多年来 ,UGS 一直在支持美国通 用汽车公司实施目前全球最大的虚拟产品开发项目 , 同时 Unigraphics 也是日本 著名汽车

27、零部件制造商DENS公司的计算机应用标准,并在全球汽车行业得到了 很大的应用,如Navistar、底特律柴油机厂、Winnebago和Robert Bosch AG等。 另外,UG软件在航空领域也有很好的的表现：在美国的航空业，安装了超过10,000套UG软件;在俄罗斯航空业,UG软件具有90%以上的市场；在北美汽轮机 市场,UG软件占80% UGS在喷气发动机行业也占有领先地位，拥有如Pratt & Whitney 和 GE 喷气发动机公司这样的知名客户。 航空业的其它客户还有 ：B/E 航 空公司、波音公司、 以色列飞机公司、英国航空公司、 Northrop 伊尔飞机。同时,UGS公司的产

28、品同时还遍布通用机械、医疗器械、电子、高技术以 及日用消费品等行业 , 如： 飞利浦公司、吉列公司、 Timex、 Eureka 和 Arctic Cat 等。1.2.2 燃气燃烧器的国内外研究现状燃气燃烧器跟随着工业燃烧器的使用发展到现在的多样化形式 , 经过了 漫长的历程。从早期熔炉简单装配的几套空气与燃气开口燃烧器 , 到后来的预混 燃烧器,再到后来类似的喷嘴混合燃烧器 ,和现在为满足不同需求而产生的特种 燃烧器, 燃烧器在理论及结构上都发生了深刻的变化 , 自预混式燃烧器产生以后 到了 20世纪 20年代早期,有几款喷嘴混合燃烧器开始了商业销售。二次世界大 战和朝鲜战争促使新金属与新材

29、料得到发展。与此同时 , 工业热循环逐步被人们 所认识, 得出了燃烧器要在比以前更宽泛的燃料空气比例下工作的设计要求特别 是空气过剩的情况下 ,为以后燃烧器的改进设计提供了理论依据 ;到了 20世纪 60 年代, 高速或者高动量燃烧器开始出现。这种燃烧器相当于在燃烧器的出口处增 设一个带有烟气喷嘴的燃烧室 ;到了20世纪 80年代,大部分工业操作的灵活性和 传热需要得到了满足。但是，燃烧器设计与发展新出现了新的挑战？?减少NOx的 排放。许多支持高燃烧效率、低一氧化碳及烃类排放的燃烧器都会提高 NOX的排 放级别。目前,国内外已采用的多种新型低 NOx燃烧器,其抑制原理大都是采用促 进混合,烟

30、气再循环,阶段燃烧,浓淡燃烧以及它们的组合形式。国外对燃气应用技术 , 包括工业燃烧器的研究已有相当长的时间 , 对燃烧 器的理论研究和计算机仿真已经比较深入 , 而且从事燃烧器生产的专业厂家如德 国、意大利、日本等国家的企业 , 凭其在这一领域取得的丰富经验 , 同时拥有科学 的生产管理和先进的技术装备 ,较强的规模和技术优势 ,使得其产品具有可靠的 质量、优异的性能、完善的自控及火焰保护系统等优点 , 因而迅速占领了中国市 场上相当大的份额。由于历史原因 , 我国对气体燃料的燃烧技术和燃烧设备的研 究较少。直到在国外品牌大举进入中国市场的同时 , 国内一些科研院所开始关注 这个产业 , 并

31、开始着手对燃烧器进行国产化研究设计。 但是, 由于最初阶段很多燃 烧器的关键部件依赖进口 , 而进口渠道不够畅通 , 同时国内配套又存在很多困难 , 因此, 初期没有取得预想的效果。与国外燃烧器产品相比 , 国产燃烧器具有价格低廉的优势。但另一方面 国产燃烧器设计水平不高 ,燃烧效率低 , 自动化程度低 ,造成了燃气浪费和环境污染;同时, 国产燃烧器的技术落后 ,基本上无控制系统 ,主要靠手动调节 ,也给用户 的安全使用带来了困难。与国外制造商相比 , 无论是资金、技术、人员素质、管 理水平等方面都存在较大的差距 ,规模经济远没有形成。 总的来说 , 在最近一段时 间,特别是 20世纪 90年

32、代以后 ,随着我国科学技术的发展和对燃烧设备进行的深 入研究 , 我国燃气燃烧器在设计水平和生产上取得了一定的成绩 , 但计算机三维 设计在燃气燃烧器的设计中应用还不普遍。通过阅读和检索大量文献 , 发现目前 的燃气燃烧器研究主要存在着以下问题 :1 现在的设计多是经验设计通过试验得 到公式,设计手段水平低 , 不能很好的保证产品的性能 ;2 结构设计上的不合理和 燃烧的不合理 ,使得燃气燃烧不充分 , 环境污染比较严重 ,热效率低 ;3 尽管有的 企业用了计算机绘图 , 但不能从真正意义上达到计算机辅助设计的水平 , 对已有 设计的资源利用不够 , 没有形成一个完整的计算机设计制造辅助系统

33、;4 设计自 动化程度低 , 现存的经验加随机设计 ,使燃烧器的设计很难达到标准化、 系列化的 程度。1.3 课题提出和主要研究内容自上世纪 70年代以来 ,世界市场由过去传统的相对稳定逐步演变成动态 多变的特征 , 由局部竞争演变成全球范围内的竞争 :同行业之间、跨行业之间的相 互渗透、相互竞争日益激烈。传统人工煤气燃烧器设计多是经验设计 , 设计手段 还停留在手工计算 ,不能很好的保证产品的性能 ; 设计方法落后、产品的性能指标 不高。为了适应这样的发展趋势 , 从20 世纪 80 年代初开始 , 出现了计算机集成制 造系统、并行工程、虚拟制造等新的制造理念。 这些新的制造技术得到迅速发展

34、 随着制造过程中自动化程度和柔性化的不断提高 , 致使设计问题变成了产品整个 制造过程中的一个 “瓶颈” ,计算机辅助设计成为一种必然的趋势。 因此, 为了解 决这些问题 , 提高人工煤气燃烧器的设计水平和性能指标 ,缩短产品开发周期 ,降 低开发费用 , 必须采用计算机辅助技术和先进的设计理念。 所以, 本文在国内外研 究人工煤气燃烧器己有成果的基础上，根据人工煤气燃烧器的设计要求，在UG平 台下进行燃烧器三维部件设计。1.4 课题的意义 利用燃气代替固体燃料不仅能够节约能源 , 提高产品的质 量及数量 , 实现生产自动化 , 改善劳动条件 , 同时能减轻城市交通运输负担及提高 人民生活水平

35、 , 而且还能防止大气污染 , 保护城市环境。完全预混式燃气燃烧器作为人工煤气热水器的关键设备 , 由于预混了燃 烧 所需的 全 部 空气 , 具 有燃 烧 完全 , 化学 不完 全燃 烧较 少, 过 剩空气少 (1.05-1.10), 燃烧温度高 , 加热快, 安全性能好 , 自动化程度高 , 不易损坏 , 维护方 便, 操作简单 , 噪音低等优点 , 这也决定了其巨大的需求潜力和市场前景。但是 , 人工煤气燃烧器结构复杂 , 并且在燃烧器的传统设计中 , 原有的几何模型是设计 者利用固定的尺寸值得到的 , 零件的结构形状不能灵活的改变 , 一旦零件尺寸发 生变化 , 必须重新绘制其对应的几

36、何模型 , 以至于工程师们不得不花费大量的时 间进行几乎相同公式计算 , 这样在燃烧器的相似性设计上消耗了大量的人力物力 设计效率低下。所以开发人工煤气燃烧器的三维建模系统是非常必要和迫切的。 人工煤气燃烧器三维建模的研究 , 对提高设计产品的性能指标 , 缩短产品开发周 期, 降低开发费用都有很好的意义。第二章 三维系统设计平台三维系统设计平台的目的是选择软件系统来辅助具体的机械设计。系统 设计不同于传统的手绘设计 , 主要在于它是在设计软件平台上进行开发。系统设 计后的功能和性能在很大程度上取决于支撑软件平台本身的性能和开放程度。 因 此,选用一套成熟的、 先进的、适合本设计的软件 , 可

37、保证系统设计的优良性、 界 面的友好性和功能的强大性。2.1 设计平台的选择2.1.1 设计平台选取的原则1 软件的应用领域要广 , 软件用户数量要多 , 要符合通用性的要求 ; 2软件的功能模块要丰富 , 支持以特征参数化技术为基础的实体建模 ;3 软件要有良好的开放性和友好的系统设计界面 ;4 软件数据库要具有高度一体化 , 并支持跨平台、多接口的数据通讯。 当前比较流行的三维设计软件主要有 UG、SolidWorks 、Solid Edge、Pro-E 、I-DEAS、CATIA CAXA等。在为数众多的CAD软件中,UG是具有代表性的优秀软 件之一。由于它的功能强大，该软件在国内的应用

38、数量很大。UG具有基于特征、 尺寸驱动、单一全关联的数据库等特点 , 并因其基于参数化的设计思想 , 已成为产 品设计与研发领域应用广、技术相对成熟的CAD软件之一,因此，本课题选择UG作为开发平台开发用于燃烧器设计的 CAD应用软件。2.1.2 UG 的特点UG以下简称UG软件系统是美国参数化公司推出的产品,是一个用于产品 的三维模型设计、加工、分析、绘图等的三维CADCAMCA软件系统。UG软件在电子、机械、模具、工业设计、汽车、航空航天、家电等行业得到广泛应用 , 它集零件设计、产品装配、模具开发、 NC加工、钣金件设计、铸造件设计、造 型设计、逆向工程、机构模拟、产品管理等功能于一体

39、，为当前CAD技术的应用提供了优良的软体工作环境。UG突破了传统的CADS计理念,提出了实体造型、 参数化设计、特征建模以及单一数据库全相关的新理论。在这些思想的指导下 使用UG进行三维建模操作更加简便，对设计意图的变更更易于实现。UG的主要 特点有:1 参数化设计 .传统的CAD软件建立模型后,若想对其中某个零件进行修改会比较麻烦。 UG 引进了参数化的实际思想 , 即以约束来表达产品模型的形状特征 , 以一组参数来 控制设计结果 , 从而能通过变换一组参数值方便地创建一系列形状相似的零件。 设计人员只需要更改已经设定好的尺寸参数 , 图形就会立即依照新的尺寸发生变 化, 实现设计与工作的一

40、致性 , 避免了因人为更改图纸造成的疏漏。 这项参数式设 计的功能不但改变了设计的概念 , 并且将设计的便捷性推进了一大步。2 基于特征的参数化建模特征就是一组具有特定功能的图元 ,是设计者在一个设计阶段完成的全部图 元的总和。基于特征的参数化设计 , 即参数化特征造型 , 意在将基于特征的设计方 法和参数化设计方法有机地结合起来 , 以特征为操作单位 , 并对特征信息参数化 基于特征参数化设计的关键是对特征及其相关尺寸、公差等的变量化描述。UG把用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素。任何复杂的机械零件都可以看成由一些简单的特征所组成。把特征作为最小的模型元素 ,一个完整 的模型由若干特征

41、所组成。零件的修改可以通过修改零件的特征参数值来实现 , 而不用直接修改几何图素 , 这样大大方便了零件的设计修改过程 , 提高了设计效 率和准确性。3 多功能模块管理UG主要包括以下几大模块：工业设计模块、机械设计模块、功能仿真模块、 制造模块、数据管理模块和数据交换模块。 它为用户提供了从产品设计到生 产的全套解决方案。在应用最广泛的机械设计模块中 , 包括了二维草图模块、三 维零件设计模块、曲面造型模块、零件装配模块以及工程图模块等众多功能单元 , 通过数据管理模块可以实现并行工程的目的。第三章 人工煤气燃烧器概述3.1 燃烧器的工作原理燃烧装置是以燃料为热源 ,用以实现燃料燃烧过程的装

42、置。 根据加热要求 , 各种燃烧器应满足的基本要求是 ： 在规定的热负荷条件下保证燃料的完全燃烧 ; 燃烧过程要稳定 ,既不脱火也不回火 ,能向燃气炉连续供热 ; 火焰的方向、外形、 刚性和铺展性符合炉型及加热工艺的要求 ;结构简单 , 能够保证安全和满足环保 要求。燃烧器一般由燃料供给系统、供风系统、点火装置、控制器及各种保护装 置几部分构成。随着对燃气热水器的功率、安全性要求的提高, 燃气热水器正在向大功率、安全化、智能化的方向发展高压引射式燃气热水器以其特有的优势 , 逐渐成 为我国燃气热水器市场的主流产品。当前燃气快速热水器多为火排并联结构 , 高 压引射式燃气热水器与直排式、 烟道式

43、、强制引风式热水器的不同之处在于热水 器工作时 ,燃烧室处于负压状态 , 它采用的是完全预混式燃烧 , 燃烧所需的空气分 为一次空气和二次空气 , 燃气以一定的速度从喷嘴喷出并卷吸一定量的空气称 为一次空气 , 一次空气被燃气喷嘴喷出的高速燃气引射到燃烧器中 , 在燃烧器中 一次空气和燃气进行混合 , 再经引射器混合形成一次空气燃气混合气 , 在火孔处 逸出进入燃烧室燃烧 ; 来自风机的空气经火排之间的条形缝隙进入燃烧室成为二 次空气。高压引射器属于负压吸气的引射器 ,也称第一类引射器。 工作原理如下图 质量流量为的燃气在压力下进入喷嘴 , 流出喷嘴后压力降至 , 而流速则升 高到, 在此过程

44、中燃气的静压转变为动压。 高速燃气与空气进行动量交换 , 将质量 流量为的一次空气以的速度吸进引射器。动量交换的的结果是燃气流速降低 , 空 气流速增高在实际的燃烧器引射器中 , 燃气喷嘴的出口平面与引射器的入口平面 有一段距离 , 这就使得空气在引射器入口处已经有一定的速度 , 相应的造成的压 力降为。为了便于推导 , 假设喷嘴出口平面与引射器入口平面重合 , 空气在风仓内 的速度为 0, 静压为 0,空气在入口平面处的速度为 , 压力降为 , 因此, 在入口平面 处的空气静压为 -, 这种近似所造成的误差是比较小的。在混合管中 , 燃气的动压 进一步减小 , 其中一部分传给空气 ,使空气动

45、压增大 , 另一部分用以克服流动中的 阻力。在混合管出口处燃气和空气混合均匀 , 速度场呈均匀分布 ,燃气-空气混合 物的速度为 , 压力由升高到。在扩压管内混合气体的动压进一步转化为静压 , 速度 由降至,压力由升至。混合气体在扩压管出口总的静压力为 , 该静压力为头部所需 静压与燃烧室背压之和。3.2 燃烧器的分类由于各种燃料的燃烧过程不同 , 因而燃烧装置的结构也各不相同。 燃烧器 可以从不同角度进行分类 .按一次空气系数分类可分为扩散式燃烧器 , 即燃气和空气不预混 , 一次空气 系数 0; 大气式燃烧器 , 即燃气和一部分空气预先混合 , 一次空气系数 0.2-0.8; 完 全预混式

46、燃烧器 , 燃气和空气完全预混 ,1.按空气的供给方式分类可分为引射式燃烧器 , 空气被燃气射流吸入或燃气被 空气射流吸入 ;鼓风式燃烧器 ,用古风设备将空气送入燃烧系统 ;自然引风式燃烧 器, 靠炉膛中的负压将空气吸入燃烧系统。第四章 燃烧器的计算和测绘4.1 高压引射器的计算已知：本燃烧器燃烧人工煤气，低热值35800kJ/N,相对密度sO.56,密度0.72kg/,理论空气需要量9.5。过空气系数a 1.05,负荷调节比3。4.1.1 计算喷头出口速度及直径选取系数1.5，假定14mm査rsq表8-1,得2.8Nm/s,则喷头的出口速度为2.816.65Nm/s14.07mm取 14mm

47、4.1.2 引射器计算计算最佳面积比选用如下图所示引射器 ,0.7, 假定 K1.52, 则uB0.8601-B1-0.6040.767计算引射器尺寸(1) 确定喉部直径140(2) 确定扩压管出口直径1.251.251417.5mm 校核 K值：1.45(3) 扩压管长度6()6(4) 引射器总长度L3.25+72引射器其余尺寸采取的倍数4.1.3 头部火孔尺寸的计算 根据火焰传播及燃烧稳定理论可知 ,火孔尺寸 越大, 火焰传播速度越快 , 越容易回火。火孔尺寸越小 , 火焰传播速度越慢 , 越容易 脱火。查燃气燃烧与应用 表 7-1, 得人工煤器燃烧器的方孔火孔尺寸为 1.0mm x 4.

48、0mm,4.2 实物测绘两次在指导老师的带领下去工厂参观 , 在太原某燃气设备公司看到了燃 烧器的实物 , 如下图所示。图3在设计人员的热情讲解和耐心解答下 , 我对此次毕业设计要建模的零件 燃烧器有了更为深刻和实际的了解。设计师给我讲解了燃烧器的工作原理 , 特别 是引射部分的工作原理 , 让我对燃气手册上的零件有了新的认识。接着设计人员 介绍了燃烧器组件的加工材料 , 各部分的名称和作用 , 以及设计时需要考虑的问对燃烧器的主要零件引射器进行分析 , 引射器主要由火孔和引射器管路 两部分组成，建模的难点主要在引射器管路上复杂曲面的造型上。 UG的自由曲面造型需要实际数据的支持才可以完成 ,

49、 所以先进行实物测绘。4.2.1 实物测绘方法设A边为X轴。沿A边把A边等分成24份,每隔5mm取一个截面,测量在 每个截面上的实际的引射器曲面曲线。 测量后记录在坐标纸上。 测量结果见附录 3表1。同理对B边取50cm,每隔5mn取一个截面,测量在每个截面上的实际的引 射器曲面曲线。测量结果见附录 3表 2。在每条曲线上取10至15个点,测量每个点的x坐标和y坐标,记录下来, 点的坐标见表三。第五章 零件设计过程5.1 使用UG各模块创建引射器部件5.1.1 绘制总体草图曲线草图是UG建模中建立参数化模型的一个重要手段，草图曲线是一条参数 化曲线, 通过使用平面曲线来建立零件的大致轮廓。在进

50、行零件的参数化设计中 大量采用草图 , 因为草图容易使用 , 容易建立, 容易修改。特别是复杂的零件 , 可建 立多个草图 , 几个草图之间有形状和位置关系的 , 用尺寸关系式使其产生相关性。 UG采用的是“变量化技术”的设计建模方法，在绘制草图时，不需要精确地画出 表示其轮廓形状的平面曲线 , 只是绘出零件的大致轮廓形状 , 然后通过给草图加 上尺寸约束和几何约束来精确地定义其形状 , 利用这些轮廓曲线通过拉伸或旋转 等扫描方法来建立符合设计要求的零件的三维参数化模型。要修改零件的形状 , 只需改变草图尺寸参数 , 则由草图建立的零件三维模型也相应改变。根据引射器的结构特点 , 建立基准面和

51、基准轴以及确定草图的数量。 引射 器是对称的 , 所以把坐标原点选在引射器的上下对称面。坐标原点的选取要考虑方便绘制草图及建立零件的参数关系,选定草图的构图平面为XC-YC平面,进入草图模式绘出如图所示的草图曲线。图45.1.2 火孔部分的创建5.1.2.1 以图示边和点为依据建立基准平面 ,用以构造替他特征。首先制作 火孔部分的草图。图5进行尺寸约束和位置约束。图6确定距离和方向 , 进行拉伸操作 , 作出基本的体素。图7把两侧面补齐 ,图85.1.2.2 创建火孔 .新建基准平面。创建草图 , 进入草图模式 , 绘出如图所示的草图曲线。使用修建的片体功能 ,目标对象选已创建好的片体 , 边

52、界对象为绘制的草图, 投影方向选择垂直于面 ,选择保持区域时应注意鼠标左键点击处即为保留下 来的区域。图95.1.2.3 创建火口罩新建基准平面 ,创建草图,进入草图模式 ,绘出如图所示的草图曲线。图 10使用修建的片体功能 ,目标对象选已创建好的片体 , 边界对象为绘制的草 图, 投影方向选择垂直于面 ,选择保持区域时应注意鼠标左键点击处即为保留下 来的区域。图 11完成后效果如图图 125.1.2.4 加厚生成实体以上生成都是片体 , 都是没有厚度的 , 为了更符合实物的特征 ,需要加厚 刚生成的火口部分的片体。共有四个部分，厚度值定为0.5mm布尔选择“无”,注意选择加厚的方向图 14图

53、 15图 16完成后如图所示。图 175.1.3 根据计算数据和测绘数据 , 创建复杂曲面部分5.1.3.1 建立基准平面首先, 在坐标纸上取关键点建立拟合截面曲线。和测绘截面曲线相对应,在UG中在建模环境中使用点集命令,在A边上创建24个相隔5mm勺点，以每个点 和A边为基准，创建24个基准平面。由于引射器的几何结构是对称的，为了减少 计算量 , 选用其结构勺一半建立模型在进行网格划分时需要注意的问题是 , 如果网格过密 , 计算量太大 , 一般计算机内存难以满足要求 ; 网格过于粗大 , 难以收敛图 195.1.3.2 创建调风板 , 收缩管部分 ,喉管部分 ,扩散管部分的曲面模型。 测绘

54、的调风板曲线如图。图 20在对应基准平面上创建草图 , 按照已知的坐标点绘制曲线。图 21同样在第二截面重复上面的步骤 :图 22在调峰板和喉管相连接的截面 , 再做一个平面和草图来捕捉复杂曲面的 确定的细节特征。图 23对于收缩管部分 , 喉管部分, 扩散管部分等形状规则的管路用同样方法创 建了截面线 , 截图如下。图 24使用UG建模模块中的网格曲面命令,生成上述几个部分的曲面图 25创建完成后效果如图图 265.1.3.3 创建腔体部分。5.1.3.3.1 创建网格骨架图用和上面一样的方法,在B边上取一段50mm勺线段,在该线段使用点集命令创建10个每隔5mm的点,以每个点和B边为基准,

55、创建10个平面。在每个基准 平面上按照附表 2上的相应曲线完成草图曲线 ,完成后效果如图。图 27根据腔体的实际特征 , 找到一些如体棱线 , 两面相交线等特征线做辅助特征图 28同样添加基准平面和草图曲线 , 完成后效果如图。图 29到此网格骨架图基本建立完成。5.1.3.3.2 腔体部分的曲面造型。“通过曲线网格功能” 让用户从沿着两个不同方向的一组现有的曲线轮廓(称为线串 )上生成体。 选择“相交公差” 选项会检查线串的网格以发现彼此是否 相交。如果线串不相交 , 则它们之间的最小距离必须小于指定的相交公差 , 否则系 统会显示错误信息并高亮显示错误的线串对。使用UG建模模块中的“通过网格曲面功能”,如下图,分别添加3组U方向的主曲线(primary curve *) 和3组 V 方向的交叉曲线 (cross curve *), 在选择两条曲线之间需选择添加新集功能 , 选择后的曲线串会