千米沥青碳纤维收丝系统结构设计与试验研究

摘要

碳纤维作为高性能纤维的代表，属于高技术密集型产品，其生产技术复杂，产业发展涉及环节多。它是发展航天航空和军事工业等尖端技术必不可少的新材料，同时也是民用工业更新换代的基础材料。 本千米沥青碳纤维收丝系统主要由收丝辊筒、滚动轴承、轴承支架、横梁、辊筒端盖、辊筒驱动电机和控制系统组成。由于传动轴直接带动质量较大的辊筒进行高速的转动，故而动能较大，因此主要是对传动轴进行静力学分析和动力学分析。 本文首先对设备进行了初步的总体设计，主要通过设计要求来设计出机械设备的初步模型，首先根据收丝长度的要求和现实可行性来初步确定辊筒模型；再由辊筒传动轴、辊筒端盖、辊筒支架等的顺序来定下初步模型，得出两套方案；之后进行辊筒结构的动力学分析，先在UG三维软件平台下创建模型，然后转换成x_t格式导入ADAMS中进行运动模拟仿真分析，仿真出机构的角速度、角加速度和动能曲线，并进行分析；最后进行辊筒结构的静力学分析，首先在ANSYS软件平台下创建模型，之后先进行在静止状态下辊筒对传动轴的应力分析和校核；最后进行装置急停状态下辊筒对传动轴的扭矩分析和校核。 试验表明，辊筒机构在静态和动态载荷下均能够正常工作，并获得了比较满意的收丝效果，为国内高模量沥青碳纤维的生产提供了有力的技术支持。

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第一章绪论

1.1碳纤维的性质与分类

1.2碳纤维的应用

1.3沥青碳纤维原丝成型的关键技术

1.4千米沥青碳纤维原丝成型的工艺设想

1.5本章小结

第二章千米碳纤维收丝系统的初步构思和设计

2.1初步总体设计

2.2收卷辊筒的结构方案

2.3导丝机构方案

2.4传动轴的设计

2.5其他关键元件的研究

2.6本章小结

第三章千米碳纤维收丝系统的动力学分析

3.1千米碳纤维收丝系统动力学分析的理论基础

3.2辊筒装置的仿真分析

3.3本章小结

第四章千米碳纤维收丝系统的结构力学的校核和分析

4.1 ANSYS软件

4.2收丝辊筒机构分析设计方法

4.3结构方案一的传动轴在ANSYS中的力学分析

4.4结构方案二的右传动轴在ANSYS中的力学分析

4.5结构方案二的左传动轴在ANSYS中的力学分析

4.6结构方案一的传动轴在急停状态下的ANSYS分析

4.7本章小结

第五章千米沥青碳纤维收丝的试验研究

5.1收丝辊筒的加工

5.2纳米沥青碳纤维的制备试验准备

5.3千米沥青碳纤维收丝系统调试

5.4千米沥青碳纤维收丝试验

5.5本章小结

第六章总结

参考文献

致 谢

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