摘 要

纤维缠绕复合材料制品具有性能优良、结构稳定、比强度高等优点，纤维缠绕成型工艺在国防和民用复合材料制品的生产中得到广泛应用，需求强劲。纤维缠绕机就是运用数控技术，控制芯模的回转运动和纤维出丝嘴在芯模表面的往复运动，将浸有树脂的纤维丝按缠绕规律缠绕在芯模表面上的装备。本论文依据台式纤维缠绕机构造以及相关资料进行其三维设计，包括：
1.分析了解纤维缠绕机工作原理及其机械结构；
2.设计4轴φ160×800台式纤维缠绕机三维模型一套

本设计为四轴联动完成常见芯模的缠绕过程的纤维缠绕机，该缠绕机具有通过计算机控制的四个自由度，分别是：小车的往复移动、芯模主轴转动、丝嘴回以及伸臂伸缩运动。主要是在Solidworks软件建模功能下，完成了缠绕机以上四自由度运动相关结构的设计。本设计利用Solidworks motion插件功能，对纤维缠绕机运动进行简单仿真，以期对实际生产具有一定的指导作用。

关键词：纤维缠绕机、Solidworks三维建模、运动仿真系统

Abstract

Filament wound composite materials products have excellent performance, stable structure, high specific strength, etc. The filament winding forming technology in national defense and civil products widely used in the production of composite materials, strong demand. Filament winding machine is using numerical control technology, control of mandrel rotary motion and fiber out of the nozzle on the surface of the mandrel, reciprocating motion, the winding course leaching with resin fibre winding in the mandrel on the surface of the equipment. This design is designed according to the structure of the table fiber winding machine and related data, including:

1. Analyze the working principle and mechanical structure of filament winding machine;

2. Design the 3d model of the 4 axis and 160 x 800 table fiber winding machine.

Common core module of the completion of this design for four axes linkage of the twisting process of filament winding machine, the winding machine is through the computer control of four degrees of freedom, respectively is: car reciprocating movement, mandrel spindle rotation, silk mouth, back and arm contractions. Mainly in the software modeling of Solidworks, the design of the four-degree-of-freedom motion related structure is completed. This design utilizes the function of Solidworks motion to simulate the motion of filament winding machine, so as to provide some guidance for actual production.

Key Words： Fiber winding machine, Solidworks 3d modeling and motion simulation system.

目录

第1章 绪论 1

1.1引言 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1纤维缠绕机国外发展状况 1

1.2.2纤维缠绕机国内发展状况 2

1.3缠绕机的分类 3

1.4缠绕机的发展趋势 5

1.5纤维缠绕工艺概述 6

1.6 Solidworks软件在机械设计中的应用 8

1.7本课题的目的和意义 8

1.8该课题的主要研究内容 9

第2章 基于Solidworks纤维缠绕机结构设计 10

2.1缠绕机的工作原理 10

2.2纤维缠绕机总体结构设计 10

2.2.1纤维缠绕机主机底座结构设计 11

2.2.1纤维缠绕机尾座结构设计 12

2.2.3纤维缠绕机伸臂翻转机构结构设计 13

2.2.4纤维缠绕机张力检测控制机构 15

2.2.5纤维缠绕机床头结构设计 15

第3章缠绕系统运动仿真研究 18

3.1计算机仿真概述 18

3. 2 Solidworks motion基本设置与仿真流程 18

3.3基于Solidworks motion缠绕过程的仿真 19

3.3.1缠绕运动系统简化模型的构建 19

3.3.2缠绕仿真系统的建立 20

3. 4本章小结 24

第4章总结 25

参考文献 26

致谢 28

第1章 绪论

1.1引言

二十世纪初，Stau dinger提出的大分子长链结构理论开启了复合材料科学的大门。在后来的几十年中，复合材料工业体系发展无比迅速，完成了复合材料从概念到应用的跨越。而后，因为复合材料具有质量轻、模量高、强度高、隔音隔热性能好等等性能，使得其在相关行业大规模发展。到现在复合材料已经在各个领域中广泛运用，可以说是使用最为广泛的材料之一。伴随着时代科技的发展进步，复合材料的性能变得日益优良，在未来，复合材料必将成为各个行业内的主流材料^[1]。

由于复合材料的需求量快速上升，与复合材料息息相关的成型工艺成为了制约复合材料的重要因素，在成型的相关工艺中，缠绕技术是最早使用也是到现在为止使用最普遍的技术^[2]。与其他成型工艺相比较，使用缠绕技术，可以使产品表面高度光洁、纤维丝分布均匀细致、高刚度强度等特点。以缠绕技术为理论支持的纤维缠绕机对复合材料大规模使用具有重要意义。