摘 要

复合材料是新材料技术中一个重要组成部分，纤维缠绕是复合材料制品成型常用的一种工艺方法，可以充分发挥纤维材料拉伸强度高的性能。缠绕机是纤维缠绕技术的重要设备，纤维缠绕的制品设计要通过缠绕机实现,制品的性能和质量要靠缠绕机保证。

纤维缠绕机按控制形式缠绕机可分为机械式缠绕机、数字控制缠绕机、微机控制缠绕机及计算机数控缠绕机，这实际上也是缠绕机发展的四个阶段。本文设计的是四轴联动数控纤维缠绕机，运动部件主要包括主轴、小车、伸臂、丝嘴。本文借助计算数字化设计软件CAXA设计了一款四轴三工位门式气瓶缠绕机的机械部分。

缠绕机的机架采用了门架式系统，整体性好，方便安装，芯模可以从下方装入，装卸方便。缠绕机的传动系统是主轴与其他系统均采用伺服电机，缠绕机可以实现0°缠绕。

关键词：纤维缠绕；缠绕机；四轴联动

Abstract

Composite is an important part of new material technology, Fiber winding is a composite process commonly used in composite materials, can give full play to the high tensile strength of fiber materials. Winding machine is an important equipment for fiber winding technology, fiber winding products designed to achieve through the winding machine, the performance and quality of products depends on winding machine to ensure.

The filament winding machine can be divided into mechanical winding machine, digital controlled winding machine, computer controlled winding machine and computer numerical control winding machine. This is actually the four stages of the winding machine development. This paper is designed for four-axis CNC fiber winding machine, moving parts mainly include the spindle, car, arm, silking mouth In this paper, the mechanical design of a four-axis three-station gasket winding machine is designed by means of the digital design software CAXA.

he winding machine frame with a mast system, good integrity, easy to install, core mold can be loaded from the bottom, easy loading and unloading. Winding machine drive system is the spindle and other systems are used servo motor, winding machine can achieve 0 ° winding.

Key words：filament winding; winding machine; four axes coordin

目录

第1章 绪论 1

1.1设计背景及研究的意义 1

1.2纤维缠绕技术简介 2

1.3纤维缠绕技术的发展 3

第2章 缠绕机整体设计 7

2.1缠绕设备介绍 7

2.2缠绕机总体设计 7

2.3张力控制和浸胶 10

第3章 主轴设计 13

3.1传动齿轮设计 13

3.2齿轮强度校核 14

3.3其它零件选择 16

第4章 小车的传动设计 18

4.1齿轮参数选择与计算 18

4.2 齿轮的疲劳强度计算 19

4.3齿条的设计计算 20

第5章 伸臂与吐丝嘴设计 22

5.1伸臂传动设计 22

5.2绕丝嘴传动设计 23

第6章 总结与展望 26

6.1总结 26

6.2展望 26

参考文献 27

致 谢 28

第1章 绪论

复合材料正随着科技的不断发展，在航天航空、军事、民用等领域被广泛的应用。纤维缠绕作为一种广泛应用的复合材料成型技术，由于其生产高效、容易实现自动化、制品稳定、成本较低等特点被广泛应用于新领域，这也是市场新的机遇^[1]。

1.1设计背景及研究的意义

在生产纤维复合材料的各项技术中，纤维缠绕技术是最早开发的，也是最广泛应用的。纤维缠绕技术能够充分的发挥出纤维拉伸强度高的性能，由于纤维缠绕的制品成本较低、质量较稳定、耐腐蚀等优秀性能，并且容易批量化，自动化、高效率生产，纤维缠绕技术成为了一项重要的复合材料加工工艺。纤维缠绕机是纤维缠绕技术的主要设备，纤维缠绕机是达成缠绕成型制品的外形和功能的基础。纤维缠绕机一般是由机身、传动系统和控制系统等几部分组成。辅助设备有浸胶装置、张力测控系统等。缠绕机按控制形式分可分成机械式缠绕机、数字控制缠绕机、微机控制缠绕机及计算机数控缠绕机，这实际上也是缠绕机发展的四个阶段^[2]。

1947年世界上第一台机械式缠绕机由美国公司研制，此后更多的纤维缠绕机被研制出来并投入使用，在纤维缠绕机发展的早期，均是研制的两自由度机械式缠绕机。主轴转速和小车的运行速度绕速比都由齿轮的啮合实现，因此缠绕机不能实现任意角度缠绕，精度也无法保证。之后，有着更高控制精度的数控缠绕机被研制出来，使用了液压马达提供动力，应用脉冲信号，可以实现对主轴的角位移量和小车的位移进行控制，但是数控缠绕机任然不能实现缠绕形状较复杂的制品。而到了70年代后期，纤维缠绕机由于计算机控制技术的发展有了很大飞跃，将提前设计好的缠绕轨迹用计算机程序表示，可以通过更改存储器中的程序改变纤维缠绕的轨迹。计算机的存储空间大，可以存储很多中缠绕不同制品缠绕轨迹的程序，同时也能实现远程调控和自动化。

我国对于纤维缠绕技术的研究开始于对“两弹一星”国防建设中，围绕玻璃钢固体火箭发动机壳体、压力气瓶等开始了研究纤维缠绕技术，在20世纪60年代，成功研制出了链条式缠绕机^[3]。由于国内外市场的拉动，我国的纤维行业发展较为迅速，国外市场主要由于许多国际企业退出玻璃纤维行业，而国内市场是快速发展的消费行业的需求，这都对纤维缠绕设备有着需求。1989年，我国的第二代缠绕机被研制出来，也就是SYC数字缠绕机，使用了程序控制的伺服电机。至今，我国的纤维缠绕技术的研究和应用已有一定规模，但自我研发能力任然有着不足，缠绕成型制品性能质量依旧和部分发达国家有一定差距，我们发展缠绕机的道路依旧很长，需要我们每个工程技术相关人员的努力。

1.2纤维缠绕技术简介

缠绕工艺就是将浸润过树脂胶液的连续纤维，依照着一定的空间规律缠绕到芯模上去，然后经过固化、脱模和打模喷漆，成为成品的工艺流程^[4]。流程图如图1-1^[5]。