整体穿刺机碳布输送装置及张力控制研究

摘要

整体穿刺碳/碳复合材料是一种新型耐高温材料，由于具有良好的整体结构和较高的纤维体积含量，是制作高性能结构材料和热防护材料的优良基材，目前广泛应用于航空航天、化工、汽车、医疗以及其他高新技术领域。
　　由于碳纤维立体织物成型工艺复杂，技术难度高，目前我国整体穿刺成型碳纤维立体织物织造设备以半机械、半自动化的装备为主，有的甚至是手工操作。本文在已研制完成的叠层机织碳布整体穿刺机穿刺加压设备的基础上，根据现有的工作空间，结合机织缎纹碳布的结构特点，对碳布输送装置进行设计并研究，主要包括以下几个方面:
　　设计并研制了适用于叠层机织碳布整体穿刺机的碳布输送装置，该装置主要包括调偏机构，张力控制机构，送布机构，控布机构和压布机构;送布机构由滚珠丝杠驱动，采用悬臂式结构，便于送布机构进出穿区域，压布机构使用双轴气缸作为伸缩平台，结构简单，方便控制;各机构之间协同配合完成碳布输送。
　　通过ANSYS对个关键件进行静力学分析，并通过ANSYS对滚珠丝杠进行模态粉丝，避免发生共振。通过复数矢量法和MATLAB程序对曲柄滑块进行了运动分析，并通过ADAMS对其进行运动仿真，对分析结果进行了验证。
　　建立了非连续放卷张力模型，推导了张力波动与非连续加速度之间的线性关系模型;研究了放卷速度、卷径、等因素对放卷张力稳定的影响。采用自适应PID控制算法，获得的放卷张力仿真曲线具有响应快、稳定性高、超调量小等特点，张力波动呈现明显的周期性。在同一加速度条件下，张力波动随卷径的减小而增加;在同一卷径条件下，张力波动与加速度呈近似线性关系。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题来源

1．2 课题目的和意义

1．3 碳布输送工艺介绍

1．4 整体穿刺技术国内外研究现状

1．4．1 国外研究现状

1．4．2 国内研究现状

1．5 研究内容与章节安排

第二章 碳布输送装置整体结构设计

2．1 碳布输送装置功能要求

2．2 叠层机织碳布整体穿刺机整体方案设计

2．2．2 压布机构方案设计

2．2．1 送布机构方案设计

2．2．3 张力控制方案设计

2．3 碳布输送装置详细设计

2．3．1 送布机构设计

2．3．2 压布机构设计

2．3．3 控布机构设计

2．3．4 张力控制机构设计

2．4 碳布输送装置协同工作配合关系研究

2．5 本章小结

第三章 整体虚拟样机建立及有限元分析

3．1 送布底板校核

3．2 压布U型槽校核

3．3 滚珠丝杠模态分析

3．4 气缸选型与压力校核

3．4．1 夹布气缸

3．4．2 压布气缸

3．4．3 压布工作台气缸

3．4．4 控布气缸

3．5 样机各机构工作关系的设计

3．5 本章小结

第四章 张力控制系统建模及仿真

4．1 放卷张力系统数学建模

4．1．1 连续放卷张力系统建模

4．1．2 非连续放卷张力系统建

4．2 张力波动影响因素分析

4．2．1 速度对张力波动的影响

4．2．2 卷径对张力波动的影响

4．3 放卷张力控制系统模型仿真

4．3．1 自适应PID控制

4．3．2 力矩电机放卷张力系统控制仿真

4．4 本章小结

第五章 张力控制平台搭建与实验

5．1 碳布输送装置实验平台搭建

5．2 张力主要控制元件选型

5．2．1 交流步进电机

5．2．2 力矩电

5．3 放卷张力稳定控制实验

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 未来展望

参考文献

发表论文及科研情况

致谢