摘 要

复合材料目前广泛应用于各行各业之中，为了满足人们的需求，纤维缠绕机的设计与研发也成为了重中之重。本设计为φ200×800数控纤维缠绕（主机部分设计），属于中小型缠绕机。通过对目前市场上已有的纤维缠绕机进行分析与研究，了解并熟悉缠绕机各个部分的组成。首先进行主轴、小车、伸臂和尾座部分的方案设计，并对一些主要零部件进行设计与选型。然后又对电动机与减速器进行了设计与选型。最后，又针对几个重要的部件进行了校核计算，检测是否符合要求。

通过对于已有机械的分析与研究，本设计完成了对缠绕机的设计，选择了最优的方案，实现了设计内容。

关键词：纤维缠绕机；方案设计；计算选型

Abstract

Composite materals are widely used in all walks of life. In order to satisfy the needs of the people, the design and development of filament winding machine has become the top priority. This design is φ200×800 numerical control fiber winding (main machine part design), which belongs to the small and medium-sized winding machine. Through the analysis and research of the existing filament winding machine in the market, we can understand and be familiar with the composition of each part of the winding machine. Firstly, we designed the spindle, the trolley, the outrigger and the tailstock, and selected some main parts. Then the motors and the reducers are designed and selected by us. Finally, we checked and calculated several important components and imspected whether they met the requirements.

Through the analysis and research of the existing machinery, this design completed the design of the winding machine, selected the optimal scheme, and realized the design contents.

Keywords：filament winding and placement machine; conceptual design; calculation and selection

目录

第1章 绪论 1

1.1复合材料的优势 1

1.2纤维缠绕机的发展现状 1

1.3纤维缠绕机的发展历程 2

1.4纤维缠绕技术的意义 2

第2章 纤维缠绕机的相关理论和方案设计 3

2.1纤维缠绕机的介绍 3

2.2纤维缠绕机的成型原理 3

2.3纤维缠绕机的方案设计 4

2.3.1主轴的方案设计 4

2.3.2小车的方案设计 6

2.3.3伸臂的方案设计 6

2.3.4尾座的方案设计 7

第3章 主要零部件的计算与选型 9

3.1电动机的选型 9

3.1.1伺服电机的介绍 9

3.1.2伺服电机的工作原理 9

3.1.3伺服电机的优点 10

3.1.4电机的选型 10

3.2减速器的选型 11

3.2.1行星齿轮减速器的介绍 11

3.2.2主轴减速器的选型 13

3.2.3DB、DC型圆锥、圆柱齿轮减速器的简介 14

3.2.4小车减速器的选型 15

第4章 主要零部件的设计与校核 17

4.1齿轮的校核 17

4.1.1 设计直齿圆柱齿轮 17

4.1.2根据齿面的接触强度计算 17

4.1.3根据齿根弯曲强度进行设计 18

4.2轴的校核 19

结论 22

致谢 23

参考文献 24

1. 绪论

随着时代的发展，复合材料以高性能、低成本的优势成为了人们在进行设计时的首选材料，如何提升复合材料的产量与质量已经成为了全世界工业面临的首要难题。伴随着纤维缠绕机的问世，人们找到了快速、高效的复合材料生产方法。从此，对纤维缠绕机的设计研发也成为了各国工业发展的重中之重。

1.1复合材料的优势

复合材料不仅用于军事、航空航天等高精尖领域的多种重要零部件的设计生产，广泛应用于日常生活各行各业中结构迥异用途不同的缠绕制品生产。与普通材料相比，复合材料拥有以下非常优越的性能。

比强度与比刚度更高：在相同的密度条件下，复合材料的强度与刚度要远远高普通的材料，在相同的负载状况下，复合材料的安全性能更高。

可以进行复杂的结构设计和力学性能设计：复合材料是将纤维缠绕到基体材料上，经过后续的加工步骤完成生产。我们可以根据产品的需求，提前进行结构分析和力学性能分析，然后计算各个部分的组成情况，最后通过控制缠绕机的加工参数进行特定复合材料的生产。

安全性、耐腐蚀性、减震性更加良好：安全性体现在当复合材料受到破坏时，少数纤维断裂之后，其负载的载荷会迅速均匀的分配给其余未破坏的纤维，并不会影响整体材料的性能；而且复合材料的破坏通常都会从纤维逐渐扩散到基体，很容易被发现，方便材料的维护与更换。耐腐蚀性体现在纤维材料本身性质稳定，不易发生腐蚀，而基体则被纤维保护在中间，与外界接触极少，也不容易发生腐蚀。减震性是由于纤维的多重缠绕，可以将震动逐渐削减而实现。

1.2纤维缠绕机的发展现状

国外对纤维缠绕技术的研究相对较早，目前的发展比较成熟，再加上国外的CAD/CAM软件发展程度很高，已经开始进行设计多轴缠绕机以提高生产效率。我国的纤维技术研究较之国外相对晚了一些，但随着微机和自动化技术的发展，我国的纤维缠绕技术也已经实现了由微机控制进行加工。虽然我国的纤维缠绕工业已经初具规模，某些方面已经接近甚至达到世界先进水平，但是在自主研发方面仍然不如发达国家。此外，由于超过4轴的缠绕机大部分都被西方国家列为对我国的禁运物资，所以也在一定程度上影响了我国缠绕机的发展。

纤维缠绕机的出现，促进了军事、航空航天、农业、交通、包装等多种行业的发展，在现在的加工生产行业之中有着难以替代的地位。对于纤维缠绕机进行更加精细的研发设计，不仅可以丰富我国的纤维缠绕机的种类与型号，还能在一定程度上打破国外对我国的技术垄断，提高我国的国际地位。

1.3纤维缠绕机的发展历程