低压环境实验舱的设计-课件

低压环境实验舱的设计低压环境实验舱的设计1低压舱的工作原理低压舱是通过调节抽气量与进气量的比例来实施上升与下降的。上升时抽气量大于进气量，停留时抽气量等于进气量，下降时抽气量小于进气量。原则是在模拟不同低气压条件的同时，保证舱内充分的通气量。经过了200多年的发展，各种低压舱应运而生。它由舱体、抽气系统、控制系统、供氧系统、连接管道、照明及通讯等组成。如下图所示：低压舱的工作原理低压舱是通过调节抽气量与进气量的比例来实施上2低压舱结构示意图低压舱结构示意图3低压舱的应用：航天中的应用1，飞行员、航天员的选拔2，飞行员、航天员的健康检查鉴定3，航空航天医学体验4，航空航天医学体验医学领域1，支气管哮喘2，术前耐受性训练3，体育训练4，高原适应低压舱的应用：航天中的应用4第二章低压舱真空管路系统图的拟定和说明

低压舱系统是由进气系统，抽气系统，真空泵，管路系统和控制系统组成。该系统的原理图如下：第二章低压舱真空管路系统图的拟定和说明

5低压环境实验舱的设计--课件6工作原理低压舱舱体是一个密封低压舱，它由进气系统进气，抽气系统抽气，造成舱内压力减小，达到低压效果。抽气设备主要是真空泵，它由变频器控制抽气速率。不管是进气系统，抽气系统都是由控制台控制，它控制进气速率与真空泵的频率来改变抽气速率，使舱内的压力达到我们我希望达到的值。工作原理低压舱舱体是一个密封低压舱，它由进气系统进气，抽气系7

进气系统有孔板流量计，电磁阀，电动调节阀，截止阀和消音器五种设备。孔板流量计接在新空气端，它测量进气速率，消音器接在靠近舱体端，为了太消除空气动力性噪声的设备。在孔板流量计与消音器之间是由电磁阀，电动调节阀与截止阀串联后与截止阀并联所组成。低压环境实验舱的设计--课件8抽气系统图如下：抽气系统图如下：9抽气系统有消音器，缓冲罐，真空泵，真空止回阀和水泵组成。真空止回阀与真空泵之间用可挠型接头连接。

消音器连在靠近舱体一端；之后连接的是缓冲罐，缓冲罐可以减小真空泵抽气带来的压力波动；之后连接的是真空止回阀；之后连接的是真空泵，真空泵抽取舱体的气体拍到室外。真空泵靠的是变频控制器抽气速率，其会产生大量的热量，所以在真空泵上接上了一个水泵对真空泵进行冷却降温。抽气系统有消音器，缓冲罐，真空泵，真空止回阀和水泵组成。真空10第三章舱体的设计舱体设计要求：要求用高压风机进行抽气，通过变频器控制高压风机的抽气速率来平衡高度，新风端采用电动调节阀自动进行新风补给。（1）舱内有效尺寸：4m（长）×2m（宽）×2m（高），舱内容积：16m3；（2）设计高度：5500米（海拔）（3）工作高度：4500米（海拔）（4）上升、下降速率：1～30m/s可调（5）舱室通风量：≥120m3/h（标准状态下）（6）上升速率控制精度：≯±1m（7）下降速率控制精度：≯±1m（8）高度控制精度：±30m第三章舱体的设计舱体设计要求：11舱体设计计算舱体设计计算12低压环境实验舱的设计--课件13舱体材料选择：考虑到成本问题，选用常用的45#钢材作为舱体机构材料。查《机械设计手册》得45#钢参数如下：标准号：GB699—88，密度7.85g/cm3,弹性模量210GPa,泊松比0.3，σb=600mpa，σs=355MPa。舱体材料选择：考虑到成本问题，选用常用的45#钢材作为舱体机14舱体受力计算：由于舱体要求，受力为四周受力，设计成长方体。所以，舱体面相当于周界铰接。查《机械设计手册·平板受力》结果如下：舱体受力计算：由于舱体要求，受力为四周受力，设计成长方体。所15低压环境实验舱的设计--课件16法兰设计在本设计中，舱体的进气口，出气口都是运用法兰连接，法兰孔径为80mm，法兰与舱体用焊接处理，法兰之间用螺栓连接，法兰上孔的直径为18mm，螺栓选用M16的螺栓，法兰厚度为18mm。具体示意图如下：法兰设计在本设计中，舱体的进气口，出气口都是运用法兰连接，法17低压环境实验舱的设计--课件18筋的设计：有意图舱体经常使用，且在使用过程中挠度过大，所以设计时在舱体外表面加上了加强筋。筋尺寸如下：筋的设计：有意图舱体经常使用，且在使用过程中挠度过大，所以设19窗的设计：

由于舱体尺寸为4m×2m×2m，压力为49KPa。查《压力容器设计指导手册》，将舱体的窗口大小设计为400mm×300mm，圆角半径为30mm。在门上是窗口设计成圆形，直径为200mm。窗口都是装上玻璃。在舱体上的窗口四周预留了10mm的边界，即玻璃尺寸为420mm×320mm，眼角半径为30mm。玻璃从外面装上，然后在四周加上密封垫。而门上的窗口则是运用螺栓固定密封在门上。如下图：窗的设计：由于舱体尺寸为4m×2m×2m，压力为49KPa20门上的窗舱体上的窗低压环境实验舱的设计--课件21设计完后，运用pro/e软件三维绘图，舱体结构图如下:设计完后，运用pro/e软件三维绘图，舱体结构图如下:22门的设计：在设计中将门洞大小尺寸为高1460mm，宽为760mm。门框厚度为20mm。材料为45#钢。具体尺寸和结构如图所示：门的设计：在设计中将门洞大小尺寸为高1460mm，宽为76023门舱的连接门与舱体之间通过铰接，铰接实现门的开关作用。铰链焊接在舱体与门上。铰接用销钉相连，如下图所示：门舱的连接门与舱体之间通过铰接，铰接实现门的开关作用。铰链焊24门锁设计

在设计过程中考虑到舱体内部没有贵重物品，没有必要安装防盗系统，加上成本问题，所以设计了普通不用钥匙的锁。门锁包含把手，弹簧，固定挡片，凸轮，锁芯，拉手，滑动片，外壳等零件。门锁设计25把手：把手的作用是连接铁条，转动时带动凸轮旋转，从而拉动锁芯，实现开门动作。设计完成，结果如图：把手：把手的作用是连接铁条，转动时带动凸轮旋转，从而拉动锁芯26拉手：拉手与把手功能相似，只不过拉手在舱内，舱外是把手而已。拉手与锁芯连接块螺纹连接，拉手左右拉动带动锁芯，实现锁住状态。拉手示意图如下：拉手：拉手与把手功能相似，只不过拉手在舱内，舱外是把手而已。27弹簧：弹簧的作用是为了能够自动弹出，使锁芯能够自动回锁，达到设计目的。弹簧绘制完成，效果如图：弹簧：弹簧的作用是为了能够自动弹出，使锁芯能够自动回锁，达到28固定挡片：固定挡片的作用是固定弹簧的一端，使弹簧能够被压缩，这样弹簧具有了压缩量，才能实现锁芯自动弹出的功能。得到如图示：固定挡片：固定挡片的作用是固定弹簧的一端，使弹簧能够被压缩，29凸轮：凸轮的作用是通过旋转来带动锁芯移动，压缩弹簧，实现开关门。得到如图示：凸轮：凸轮的作用是通过旋转来带动锁芯移动，压缩弹簧，实现开关30锁芯连接块：锁芯连接块是连接锁芯和凸轮之间运动的重要部件，凸轮通过和锁芯连接块的接触，来拉动锁芯，压缩弹簧，实现锁的原理。完成效果图如下：锁芯连接块：锁芯连接块是连接锁芯和凸轮之间运动的重要部件，凸31锁芯:锁芯是进行整个开关闭合的一个连接部分，和焊接在门框上的锁扣配合。创建螺纹完毕，效果图如图：锁芯:锁芯是进行整个开关闭合的一个连接部分，和焊接在门框上的32外壳：外壳作用是将上述零件抱起来，外壳是固定不动的，其中固定挡片就是固定在外壳上面。如下面两图所示：外壳：外壳作用是将上述零件抱起来，外壳是固定不动的，其中固定33将上述零件装配后如下图所示：将上述零件装配后如下图所示：34当安装好后实现动作如下：弹簧开初处于自然状态，当转动把手时，把手带动铁心一起转动，铁心又带动凸轮转动，凸轮转动时带动锁芯连接块移动，锁芯连接块与锁芯通过螺纹连接一起的，所以带动锁芯压缩弹簧，一实现开门动作。拉动拉手也是同样道理。当放手是，由于弹簧弹力作用，有使得锁芯回到当初动作状态。当安装好后实现动作如下：弹簧开初处于自然状态，当转动把手时，35在设计完之后将上述所设计的零件组装之后装配图如下图所示：在设计完之后将上述所设计的零件组装之后装配图如下图所示：36第四章有限元分析有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。第四章有限元分析有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再37对舱体有仙缘分析中，对舱体与地接触面进行约束，舱体四周均布49KPa的载荷。如下图所示：对舱体有仙缘分析中，对舱体与地接触面进行约束，舱体四周均布438之后进行静态分析。结果如下：

相对于WCS原点的主MMOI和主轴:（单位：Pa）

最大主应力

中间主应力

最小主应力1.76191e+071.76007e+078.69343e+06WCSX:-5.93655e-04-9.47174e-049.99999e-01WCSY:5.06277e-018.62370e-011.11737e-03WCSZ:8.62370e-01-5.06278e-013.24168e-05

相对于WCS原点的质心位置:(-1.69679e+00,-1.05089e+01,9.57029e-01)之后进行静态分析。结果如下：相对于WCS原点的主MM39质心的质量惯性矩:Ixx:8.69264e+06Ixy:-9.82958e+03Iyy:1.76054e+07Ixz:-3.09885e+02Iyz:7.96417e+03Izz:1.76136e+07

相对于COM的主MMOI和主轴:（Pa）

最大主应力

中间主应力

最小主应力1.76184e+071.76005e+078.69263e+06WCSX:-6.03505e-04-9.23672e-049.99999e-01WCSY:5.21108e-018.53490e-011.10284e-03WCSZ:8.53490e-01-5.21109e-013.37522e-05质心的质量惯性矩:40分析结果：有限元分析结果中，最大主应力1.76191e+07Pa≈17MPa，与舱体材料45#钢相比，小于σs，合乎材料要求。分析结果：有限元分析结果中，最大主应力1.76191e+0741第五章管路设备元件及其选型在这低压舱的设计中，主要用到的管路元件有孔板流量计，压力传感器，电磁阀，电动调节阀，截止阀，消音器，缓冲罐，真空泵，水泵。具体选型如下：第五章管路设备元件及其选型在这低压舱的设计中，主要用到的管42孔板流量计的选择：节流件名称：法兰取压标准孔板适用管道（DNmm）：50-1000适用直径比B（d/D）0.2-0.75应用特点：易于清除污物，适用于各种介质型号：ISO5167GB/T2624－93材料：铸钢厂家：北京宣雷自动

化设备有限公司孔板流量计的选择：节流件名称：法兰取压标准孔板43电磁阀型号：ZCA-1P温度：≤90º通径（DNmm）：6-100功率：15W材料：不锈钢厂家：上海金刚自控阀门有限公司电磁阀型号：ZCA-1P44电动调节阀型号：ZDLP-3810L通径（DNmm）：40,50,65，80，100电压：AC220V材料：铸钢厂家：上海金刚自控

阀门有限公司电动调节阀型号：ZDLP-3810L45截止阀型号：JY41W-40P口径：15～400MM压力：2.5～4.0Mpa温度：常温材料：碳钢截止阀型号：JY41W-40P46缓冲罐型号：WG18-1200-5公称容积：3m3公称直径：1200mm接口：80mm压力：0.1-1Mpa材料：铸钢厂家：江苏民生高压

容器制造有限公司缓冲罐型号：WG18-1200-547消音器规格型号：KAD-205/1.61-15压力（Mpa）：低压0.5-2.5温度（℃）：≤400排