摘 要

纤维缠绕技术是指通过丝嘴与模具间的运动将束纱按照某种规律缠绕到模具上，并制造出复合材料构件的缠绕成型技术，由其制成的罐形容器是一种用途十分广泛的产品，经过纤维缠绕之后的容器具有较强的抗疲劳强度，能够适应各种恶劣场景，满足工业的性能要求。

经过纤维缠绕后的制品拥有那么多优秀的性能，所以普遍用于多种重要领域，起着十分重要的作用。普通的容器制品存在较多缺陷，比如医疗上经常用到的氧气瓶，虽然能够满足一般的医疗需求。但是由于内部氧气的气压，如果在某些相对恶劣的环境，如炎热的火山口地区，气压会急剧增加，氧气在内部不断冲击氧气瓶内壁，一旦氧气瓶内壁承受不住气压冲击，那将可能会导致爆炸，而引发伤亡。在此种情况下，就需要一种能够保证容器强度的技术，纤维缠绕技术就是容器在较为恶劣的情况下，还可以确保容器的强度，不会轻易被外部因素影响，从而导致较为严重的事故。同时纤维缠绕技术也可以用于航天航空的燃料瓶缠绕，提高燃料瓶的强度，不会轻易被气压的成绩下，产生严重后果。随着复合材料在工业中的应用越来越广泛，其市场需求也随之增加。为了适应复合材料的批量生产，纤维缠绕机的生产与制造成为当前复合材料工业的重点。本次论文就是要设计一台应用在缠绕罐形容器三轴φ1600×4000容器缠绕机。

关键词：容器缠绕机；纤维缠绕技术；罐形容器

Abstract

Filament winding technology refers to the relative motion between the nozzle and the mould will beam yarn winding according to certain rules to mold and create composite components are winding technology, made of the cylindrical container is a very versatile product, after a filament wound vessel has stronger resistance to fatigue strength, can adapt to all kinds of bad scene, meet the performance requirements of the industry.

The filament wound product has so many excellent properties that it is widely used in many important fields and plays a very important role. Common container products have many defects, such as oxygen cylinders, which are often used in medical treatment, although they can meet general medical needs. However, due to the pressure of internal oxygen, if in some relatively harsh environment, such as the hot crater area, the pressure will increase sharply, and the oxygen will constantly impact the inner wall of the oxygen cylinder. Once the inner wall of the oxygen cylinder cannot withstand the pressure impact, it may lead to the explosion of the oxygen cylinder, causing casualties. In this case, a technology is needed to ensure the strength of the container. The fiber winding technology can ensure the strength of the container under bad conditions and will not be easily affected by external factors, leading to serious accidents. At the same time, fiber winding technology can also be used in aerospace fuel cylinder winding, improve the strength of fuel cylinder, will not be easily pneumatic results, serious consequences. With the wide application of composite materials in industry, the market demand increases. In order to adapt to the mass production of composite materials, the production and manufacture of fiber winding machine has become the focus of current composite material industry. This paper is to design an application in winding pot container triaxial phi 1600 4000 container winding machine.

Key words: container winding machine; Fiber winding technology;Cylindrical container

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪 论 1

1.1 论文的研究背景 1

1.2 论文研究的目的和意义 2

1.3 纤维缠绕技术在国内外的发展历程及未来发展趋势 2

1.3.1纤维缠绕技术简介 2

1.3.2纤维缠绕设备 2

1.3.3纤维缠绕技术的应用 3

1.3.4缠绕机在国内外的发展历程 3

1.3.5缠绕机未来的发展趋势 4

1.4 论文的主要研究内容 5

1.5本章小结 5

第2章 罐形容器的缠绕规律 5

2.1 纤维缠绕规律概述 5

2.2 纤维缠绕的基本线型 5

2.2.1 环向缠绕 6

2.2.2 螺旋缠绕 6

2.2.3 纵向缠绕 7

2.3 本章小结 8

第三章 罐形容器概述 8

3.1 罐形容器的应用 8

3.2 罐形容器的封头外型 8

3.2.1均衡型等张力封头 8

3.2.2均衡型平面封头 9

3.2.3扁椭球形封头 9

3.3 螺旋缠绕的参数选择 9

3.3.1缠绕角的选择 9

3.3.2切点数的选择 10

3.3.3芯模转角的选择 10

3.3.4线型的选择 10

3.3.5转速比的确定 10

3.4 本章小结 10

第四章 缠绕机结构设计 11

4.1 罐形容器缠绕机的结构 11

4.2 缠绕机电机的选择 13

4.2.1求缠绕角 13

4.2.2缠绕功率P 13

4.3 缠绕机主轴的设计 14

4.3.1 初算轴的直径 14

4.3.2 校核轴的强度 14

4.4 缠绕机小车结构设计 14

4.4.1 横向进给机构 15

4.4.2 小车纵向进给机构 15

4.5 卡盘夹紧机构 16

4.6 缠绕机的进纱机构 17

4.7 本章小结 18

第五章 总结与展望 18

5.1 总结 18

5.2展望 18

参考文献 20

致谢 22

第1章 绪 论

纤维缠绕成型技术是一种新型的成型技术,目前技术相对来说较为成熟,但国内外差距依旧存在。纤维缠绕成型技术一般用于工业上的一些壳体产品,或是旋转体,比如战机的压缩空气瓶是最早使用纤维缠绕技术的例子,并且为军事工业做出了不少贡献。纤维缠绕技术也常常在某些特殊领域,如检测,科研,军事使用。因为纤维缠绕成型技术后的产品具有高强度,耐高温和高压,工业需求是很大的。工业上,我们将采用纤维缠绕技术的设备,称作缠绕机,在缠绕技术不断发展下,缠绕机设备也越来越完善,更加能够满足工业的需求,甚至逐渐应用在民用范围,能够满足一般的民用性能要求。

1.1 论文的研究背景

在生产纤维的复合材料加工技术中，纤维缠绕成型技术是最早开发并使用最为广泛的一种加工方法，也是最为重要的生产技术之一^[1]。相较于其他的成型方法，在使用纤维缠绕技术之后的复合材料产品，具有陈列整齐的纤维、较高的精准度等特点，因此刚度和强度均为较高^[2]。纤维缠绕成型技术是在上世纪三十年代发展起来的，由于材料工艺加工技术、装备加工技术的发展，纤维缠绕成型技术开始了一段十分迅速的发展历史。历史上第一台计算机控制的纤维缠绕机设备是在1976年投放到市场上，是复合材料成型技术的一个重要里程碑。在采用纤维缠绕技术的机器，我们称作缠绕机设备，当然，国内外的缠绕机设备差距依旧较大，不仅仅是因为不同国家的研发情况不同，更是因为国情不一样，在我国，缠绕机设备的应用还是不及欧美国家。但是，差距并不是一直存在的，我国也在研制更高要求的缠绕机设备，分析改善纤维缠绕技术，让它可以满足我国的需求，而且慢慢的将缠绕机设备的应用范围扩大，通过缠绕机设备制作的产品，即纤维缠绕制品的应用领域也渐渐扩大，从航空航天气瓶慢慢拓宽到民用的纤维缠绕管道、储存罐等领域^[3]。纤维缠绕制品在各范围的占比，如下图1-1所示。其中，管道储存和建筑的占比最大，可知缠绕制品在工业领域是 十分收欢迎的，不仅仅是因为它的高性能，高强度可以满足工业的性能要求，更是因为它的强实用性、强适用性，可以用在诸多领域，并在诸多领域内绽放光彩，并且可以在较为恶劣的地区使用，对环境的要求并不高，而且具有高抗疲劳强度和高耐腐蚀性，能够满足不同工业对环境的要求，即使在恶劣甚至极端几条下，纤维缠绕制品依旧可以维持状态，尽可能的减少发生事故的概率，减少损失，提高工业的生产效率，还可以为民众提供更多便利。

图1-1：纤维缠绕制品的各范围占比

1.2 论文研究的目的和意义

在世界上发达国家中，如美国及一些欧洲国家，他们的纤维缠绕技术已经十分成熟，因为他们具有较强的研发制作能力，我国与他们的差距依旧存在，而且欧美国家的纤维缠绕机已经形成了产业化，能够广泛用于实践制作。而且欧美国家制作的缠绕机精度较高，能够完成较为复杂的容器缠绕，从而满足各种不同的工业性能要求。在采用纤维缠绕技术的纤维缠绕机设备是决定缠绕制品是否安全可靠的至关重要的因素。