二工位气瓶缠绕自动挂纱机构设计与研究

摘要

随着复合材料缠绕制品在军工和民用工业的使用越来越广泛，对纤维缠绕机的工作效率和自动化程度提出了更高要求。目前德国等国对缠绕机的研发和制造已步入完备阶段，其自动化和集成化程度很高，但对我国一直实行技术壁垒，因此需要我们对于缠绕机的研发和创新进行不断探索。通过对国内外的纤维缠绕机的发展现状进行分析，发现目前国内缠绕机虽然已经步入成熟发展阶段，但是仍存在一定的不足。包括还未实现完全自动挂纱，仍依赖人工进行悬挂纤维束。其次还未实现自动更换芯模的功能，需要人工进行更换和安装新的芯模。 为了让缠绕机自动化程度和效率更高，本课题针对自动挂纱机构进行设计和研究。首先是根据生产需求和工作环境，提出多个可行挂纱方案，进而评价分析并选定方案；之后设计自动挂纱机构的详细结构，并进行仿真；最后对关键零部件进行有限元分析并优化。本课题的主要工作如下： （1）根据现有二工位气瓶纤维缠绕机的尺寸、工作条件、操作空间以及挂纱动作的要求，制定了三种自动挂纱方案，并对方案进行比较，选择最佳方案。 （2）根据选定的挂纱方案，对气瓶纤维缠绕机的结构进行分析，设计挂纱模块，加紧模块，剪切模块等的机构，利用三维建模软件完成建模与装配。 （3）利用运动仿真软件，对所建立的挂纱机构进行运动学仿真。通过添加材料，约束和驱动，对不同尺寸的气瓶芯模进行挂纱仿真，检验该机构各部分运动情况，得到其运动曲线，和理论设计进行对比和检验，验证结构的可靠性。 （4）对挂纱机构的重要零部件进行有限元分析。导入有限元分析软件中，通过添加材料、载荷、扭矩等进行仿真分析，通过观察分析云图，分析结果修改设计结构来满足设计准则，保证结构的强度和刚度，避免出现应力集中，形变量过大等问题，对大尺寸的部件进行轻量化设计分析，优化结构。 通过完成以上设计工作，设计出二工位气瓶纤维缠绕机的自动挂纱机构，结构合理紧凑，工作方便快捷且占地较小可解决实际问题，增加缠绕机的自动化程度。

目录

第1章 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题背景

1.3 纤维缠绕机在国内外研究现状

1.4 课题研究的目的及意义

1.5 本课题主要研究内容

1.6 本章小结

第2章 挂纱机构方案选择

2.1 挂纱原理分析

2.2 挂纱方案设计

2.3 方案评价

2.4 本章小结

第3章 自动挂纱机构详细设计

3.1 纤维缠绕机的工作原理

3.2 纤维缠绕机的结构

3.3 自动挂纱机构设计

3.4 系统总装与工作流程

3.5 本章小结

第4章 挂纱机构运动学分析

4.1 ADAMS 简介

4.2 建立运动学方程

4.3 挂纱机构的运动学仿真

4.4 本章小结

第5章 挂纱机构关键部件的有限元分析

5.1 有限单元法介绍

5.2 有限元软件ANSYS Workbench

5.3 压辊和连接轴的静态特性分析

5.4 挂纱机构整体模态分析

5.5 挂纱底座的优化设计

5.6 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文和科研成果