摘 要

随着科技的发展，军工业对于材料的要求越来越高，出现了许多新型复合材料，相比于传统材料重量更轻，强度更高，因而广泛使用。纤维缠绕技术是纤维复合材料生产中最早、最广泛使用的技术，也是最重要的技术之一，而纤维缠绕机是纤维缠绕技术生产应用的专用设备，其设计与制造对于聚合物基复合纤维缠绕制品的生产至关重要。根据不同的工作要求，纤维缠绕机的结构存在差异，本课题将针对φ200×1500的芯模缠绕设计符合要求的四轴三工位数控门式纤维缠绕机。

本文在特定芯模缠绕的要求下，对于纤维缠绕机的结构进行设计，并适当做出一些改进，使其能正常生产的同时，能适应更多的工况，具备一定程度的自动化和较高的生产效率。文章的设计主要包括整机结构、传动结构、夹持机构、缠绕小车等，在完成全部结构和尺寸设计后，建立模型在Solidworks对关键薄弱部件进行静应力分析并校核强度，确保设备的可靠性。

关键词：纤维缠绕，缠绕机，结构设计，静应力分析

Abstract

With the development of science and technology, the military industry's requirements for materials are getting higher and higher. Many new composite materials have appeared, which are lighter in weight and higher in strength than traditional materials, and are therefore widely used. Fiber winding technology is the earliest and most widely used technology in the production of fiber composite materials, and it is also one of the most important technologies. The fiber winding machine is a special equipment for the application of fiber winding technology. Its design and manufacture are for polymer-based composite fiber winding. The production of products is crucial. According to different work requirements, there are differences in the structure of the fiber winding machine. This subject will design a four-axis three-station CNC portal fiber winding machine for the φ200 × 1500 mandrel winding.
In this paper, under the requirements of specific mandrel winding, the structure of the fiber winding machine is designed, and some improvements are made appropriately so that it can be normally produced while adapting to more working conditions, with a certain degree of automation and high Production efficiency. The design of the article mainly includes the structure of the whole machine, the transmission structure, the clamping mechanism, the winding trolley, etc. After completing the design of all the structures and dimensions, the model is built to perform static stress analysis and check the strength of the key weak parts in Solidworks to ensure the reliability of the equipment Sex.
Keywords: fiber winding, winding machine, structural design, static stress analysis

目录

第一章 绪论 1

1.1纤维缠绕成型工艺简介 1

1.1.1缠绕成型的基本原理 1

1.1.2纤维缠绕成型工艺的特点 1

1.1.3纤维缠绕的分类 2

1.1.4纤维缠绕制品的应用 3

1.2纤维缠绕设备简介 4

1.2.1纤维缠绕成型设备的发展过程 4

1.2.2纤维缠绕成型设备国内外现状分析和发展趋势 4

1.3课题的研究目的及意义 4

1.4课题研究的主要内容 5

第二章 四轴三工位纤维缠绕机方案设计 6

2.1.技术要求 6

2.2纤维缠绕机总体方案设计 6

2.3执行机构方案的设计 6

2.4运动机构的方案设计 8

2.5夹持机构的方案设计 9

2.6控制系统的方案设计 9

2.7辅助装置的方案设计 9

第三章 纤维缠绕机零部件的设计 10

3.1缠绕机框架的设计 10

3.1.1基座 10

3.1.2主轴箱 11

3.1.3尾架 12

3.1.4支承架 12

3.1.5横梁 13

3.1.6小车框架 14

3.2滚珠丝杆及电机选型计算 14

3.2.1滚珠丝杆的选型 14

3.2.2电机的选型 16

3.3齿轮齿条与相应电机的设计与校核 17

3.3.1齿轮齿条的设计计算 17

3.3.2齿轮的强度校核 18

3.3.2电机和减速器的选型 19

3.4齿轮和电机的设计 21

3.4.1齿轮的设计与校核 21

3.4.2电机的设计 23

3.5同步带和电机的设计 24

3.6轴承的寿命校核 26

3.6.1主轴固定轴承的寿命校核 26

3.6.2丝杆固定轴承的寿命校核 28

3.7夹持机构的设计 28

第四章 关键受力部件的静应力分析 29

4.1横梁静力学分析 29

4.2支撑架的静应力分析 31

4.3主轴箱的静应力分析 32

第五章 缠绕机整体分析与计算 34

第六章总结与展望 37

6.1本文工作总结 37

6.2未来研究展望 37

参考文献 38

致谢 40

第一章 绪论

1.1纤维缠绕成型工艺简介

1.1.1缠绕成型的基本原理

纤维缠绕指在芯模的表面缠绕浸有树脂浸胶的连续纤维带，然后加热或者常温下固化，根据不同的缠绕规律，可以得到不同的图案，产生不同的效果，进而得到一种纤维复合材料，如图1-1所示。不同的芯模，不同的缠绕方式和角度，可以得到多样化的纤维缠绕制品。

图1.1 纤维缠绕原理图

1.1.2纤维缠绕成型工艺的特点

纤维缠绕成型工艺可以根据产品的受力情况设计缠绕规律，以最大限度的发挥材料的强度，所得制品具有比强度高、可靠性高、性能优良、结构稳定等特点，并可实现机械化或自动化生产，生产效率高，成本低。

纤维缠绕成型工艺也有一定的局限性，一些复杂几何体难以加工，对于缠绕设备的性能要求也比较高。

1.1.3纤维缠绕的分类

纤维缠绕工艺根据树脂基体状态的不同可以分为三种：干法、半干法和湿法。

1. 干法

干法缠绕是指缠绕之前已经将纤维浸胶制成预浸渍带，卷在卷盘上待用。生产时先加热预浸渍带使软化，然后缠绕在需要加工的芯模上。干法缠绕的优点是可以提高缠绕速度，缠绕张力平稳且易控制，设备清洁，劳动条件得到改善，可严格控制纱带上的含胶量和尺寸，所得制品质量稳定，制成品率较高，有利于纤维缠绕的自动化生产，所以应用较为广泛。

干法缠绕的缺点是缠绕设备较复杂，投资较大。