碳纤维多层织机织边机构优化设计及工艺研究

摘要

碳纤维及其碳纤维复合材料以其优异的性能正广泛地应用于航空航天、风力发电、船舶等先进领域，因此高性能碳纤维的纺织装备的研发显得尤为重要。本文的碳纤维多层织机织边关键技术研究及应用为现代三维织造设备的设计和研发提供了坚实的理论基础。论文主要对以下几个方面进行研究和探讨:
　　根据碳纤维特性及整机织造技术要求，设计出更优的适合织机织造的三维立体织物机织结构的方案。再根据三维立体织物结构提出了三十层碳纤维织造的多层织机整体设计方案，并对主要模块进行合理时间分配，设计出开口、引纬、打纬、送经、卷取、自动换纱时序图。
　　根据对碳纤维的特性、碳纤维纺织装备技术和三维机织结构的研究，设计了一套预打纬装置，该装置可以随引纬机构按照开口位置的变换进行不同层数纬纱的预打纬，并对该装置进行了曲柄滑块机构的优化设计和负压吸嘴的创新设计。同时为了满足预打纬装置精确控制，系统动力方面主要使用步进电机作为动力源，并对其分类以及工作方式进行了详细的阐述。对预打纬装置进行三维建模以及分析了工作原理过程，对装置中的重要零件钩针进行了静力学分析并且优化。
　　应用现代设计软件对电子提花机织边机构进行集成设计，即采用Solidworks对织边筒子架机构进行了三维建模，运用电子提花机专用软件对边纱进行编程，输入到电子提花机驱动器，实现对不同边纱提升的控制。为了更好了解地织边机构中边纱在运动过程中张力变化，对边纱进行了数学模型的建立。织边筒子架是织边系统中的关键机构，进行了三维建模并且详细阐述了其工艺过程;弹性张力片是筒子架中的重要零件，运用ANSYS对弹性张力片进行了静力学分析。织边筒子架安装了自动断头急停传感器，传感器显示断头信号位置并且将控制信号传输到主机控制器，然后主机停车并且接上断纱，提高了生产效率。
　　该碳纤维多层织机预打纬装置和电子提花织边机构是集机电一体化、控制及纺织工艺技术于一体，为碳纤维复合材料产品的研发提供了实验平台，为进一步开发新型的碳纤维复合材料织物的加工设备打下坚实的基础。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 课题的背景及研究意义

1．3 碳纤维复合材料及其织造装备技术发展状况

1．3．1 碳纤维复合材料发展状况

1．3．2 碳纤维织造装备织造技术的国内外发展状况

1．3．3 织边机构的特点及国内外发展状况

1．4 本课题研究的主要内容

第二章 碳纤维织物编织工艺及织机整体方案研究

2．1 碳纤维多层织机的技术要求

2．2 常见碳纤维织立体织物种类及编织过程

2．3 三维编织复合材料的结构参数对其力学性能的影响

2．4 碳纤维多层织机整体方案的研究

2．4．1 碳纤维多层织机的设计特点及原则

2．4．2 碳纤维多层织机原理方案的研究

2．5 本章小结

第三章 碳纤维多层织机预打纬机构优化设计及仿真

3．1 预打纬机构技术背景

3．2 吸气系统的创新设计

3．2．1 负压吸嘴空气动力学模型建立及仿真模拟

3．2．2 负压吸嘴模型的创新设计

3．3 预打纬装置偏置曲柄滑块的Matlab优化设计

3．3．1 设计目标的建立

3．3．2 根据设计要求，确定约束条件

3．3．3 利用MATLAB编制优化程序

3．3．4 程序运行结果及处理

3．3．5 对优化结果进行验证和分析

3．3．6 预打纬装置偏置曲柄滑块Simulink机构仿真模拟

3．3．7 对仿真结果进行分析

3．4 预打纬装置模型的建立

3．4．1 预打纬装置工作原理

3．4．2 步进电机工作方式及选择

3．4．3 直线导轨工作方式及选择

3．5 预打纬装置Solidworks下三维模型的建立

3．5．1 Solidworks下三维模型的建立

3．5．2 预打纬装装置关键零件静力学分析

3．6 本章小结

第四章 碳纤维多层织机织边机构创新设计

4．1 创新设计技术概述

4．2 碳纤维多层织机织边原理及方案研究

4．2．1 不同织边方案的提出及其原理分析

4．2．2 碳纤维多层织机织边方案的选择

4．3 碳纤维多层织机电子提花机的选择

4．4 边纱张力的数学模型的建立

4．5 织边机构筒子架的设计

4．5．1 织边机构筒子架的工艺要求

4．5．2 断头自停装置

4．5．3 织边机构筒子架装置的设计

4．5．4 弹性张力片储纱量计算

4．5．5 弹性张力片静力学分析

4．6 本章小结

第五章 实验与结果分析

5．1 实验环境及准备

5．2 试织调试与结果分析

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢