摘 要

玻璃钢缠绕机是生产高性能罐体和管道的设备。玻璃纤维缠绕的玻璃钢管道和罐体，其强度、防腐性等性能都得到了提升。这些年来国内外对玻璃钢缠绕机的研究持续不断。在前人研究的基础上面，本文研究设计的玻璃钢缠绕机，使用链传动来实现小车的自动往返功能。缠绕制品规格为φ300X1500毫米。本文将涉及制品环向缠绕和螺旋缠绕两种缠绕方式，以及电动机的选型、标准件的选用、多级传动传动比分配、换速装置设计、主要零件的强度计算与校核这些方面。

关键词：链传动  换速装置  自动往返

Abstract

FRP winding machine is the equipment for producing high performance tank and pipe. The strength and antiseptic properties of fiberglass wrapped fiberglass pipes and tanks have been improved. The research on FRP winding machine has been continuous at home and abroad in recent years. On the basis of previous studies, this paper studies the design of FRP winding machine, using chain drive to realize the car's automatic return and return function. The dimensions of the winding product are ivy 300X1500 mm. This article will involve products toroidal twisting and spiral wound two winding way, as well as the selection of the motor, the selection of standard parts, multi-stage transmission gear ratio distribution, changing speed device design, strength calculation and check these aspects of main parts.

Key Words ：chain transmission；gearshift ；automatic returning；

目录

摘要 I

Abstract II

第1章绪论 1

1.1玻璃钢缠绕机发展概况 1

1.2研究的目的 1

1.3论文的主要工作 2

第2章玻璃钢缠绕机简介 3

2.1工作原理介绍 3

2.2纤维缠绕基本线型介绍 3

2.3缠绕工艺 4

2.4玻璃钢缠绕工艺的现状及今后研究方向 6

第3章玻璃钢缠绕机设计 8

3.1传动方案选择 8

3.2链传动实现小车的往复运动 8

3.3电动机选用 8

3.4传动比分配 9

3.5转速分配 9

3.6减速器的选择 10

3.7联轴器选用 10

3.8键选用 11

3.9轴承选用 11

3.10轴承端盖 12

3.11润滑与密封 12

3.12箱体设计 12

3.13链轮设计 12

第4章主要零件校核 14

4.1主轴（轴II）强度校核 14

4.2主轴齿轮校核 15

4.2.1齿根弯曲疲劳强度校核 15

4.2.2齿面接触疲劳强度校核 15

总结与展望 17

参考文献 18

致谢 19

第1章绪论

1.1玻璃钢缠绕机发展概况

1.1.1玻璃钢缠绕机国内外发展现状

玻璃钢纤维缠绕机刚开始出现的时候，都是机械控制的。但是，随着计算机技术的飞速发展，再加上微电子技术的迅速发展，通用PC机逐渐得到普及，基于通用PC机开发的数控系统开始出现，由这类数控系统控制的玻璃钢缠绕机也慢慢出现了。从这个时候开始，慢速发展的玻璃钢缠绕机初次开始加速发展。在这个纤维缠绕机技术快速发展的阶段，出现了三轴以及三轴以上的纤维缠绕机，使得玻璃钢缠绕机的劳动生产效率大大提高，且其缠绕制品应用范围也得到了进一步扩大，如：出租车上的储气罐就是一种玻璃钢纤维缠绕制品。此前人工手糊生产通用管道配件的方式，现今已被计算机控制的多轴缠绕机生产方式取代。国际上已经出现六轴以上的计算机控制的玻璃钢缠绕机。轴数的提高使得缠绕机运动更为复杂，计算机控制又使得缠绕机的复杂运动的可控性得到加强，这类缠绕机的灵活性大大提高，使得玻璃钢缠绕机生产复杂产品的能力被进一步激发出来。

我国玻璃钢缠绕机研究与开发较国外晚，很多工艺技术与国外还有点距离。此外，我国玻璃钢缠绕机生产的管道制品，相当一部分仍是手糊加工出来的，管道的强度低、性能分散，品质有高有低，无法保证。

1.1.2研究玻璃钢缠绕机的意义

玻璃钢缠绕机主要用于生产缠绕管道和玻璃钢罐体，加工出来的玻璃钢缠绕制品具有很高的防腐性，不会对水和其它介质产生二次污染，故而近些年来经常使用纤维缠绕玻璃钢管道输送自来水、天然气与石油等等。此外，作为新型成型工艺，较之其它复合材料成型工艺，玻璃钢缠绕工艺生产出来的产品具有强度高、生产效率好、质量轻、成本低等优点。基于以上几点，玻璃钢缠绕制品应用广泛，对玻璃钢缠绕机的研究与开发能促进经济发展，提高国家综合实力，具有远大的意义。

在这个信息时代，机器的智能化、自动化趋势无可阻挡，网络的参与也是势在必行，玻璃钢缠绕技术的发展，必将沿着自动及智能化的道路前进。

1.2研究的目的

作为一种比较新的成型工艺，研究玻璃钢缠绕机有多方面的的目的，就本科生教学方面还有社会方面来说，目的有以下几点。第一，改进玻璃钢成型工艺，扩大玻璃钢缠绕机的生产范围，提高经济效益，为社会进步作出贡献。第二，作为本科生教学阶段的评估，考验本科生大学四年来学到知识的深度与广度以及动手设计能力。

1.3论文的主要工作

本文主要从事的是φ300×1500玻璃钢缠绕机的设计与研究，主要进行的是玻璃钢缠绕机的机械设计工作。本次毕业设计将使用绘图软件进行玻璃钢缠绕机的二维绘图，其后对设计出的玻璃钢缠绕机的主要零件进行校核验算，最终使得设计出来的缠绕机可以生产φ300×1500毫米的玻璃钢管道制品。其中还涉及到电动机的选型、减速器的选用、联轴器的选用、轴承的选用以及螺栓螺母、垫片垫圈等标准件的选用。

第2章玻璃钢缠绕机简介

2.1工作原理介绍

玻璃钢缠绕机的工作原理类似于车床车削螺纹，主轴每旋转一圈，车刀走过一定的距离，不同的是，玻璃钢缠绕机设备进行直线运动的是缠绕小车，主轴旋转一周小车走过一定的距离，小车上面的玻璃纤维就缠到钢管上面去了。就这样，工件旋转运动，缠绕小车来回直线走动，玻璃纤维就一层层缠绕到工件上面，缠绕层厚度达到要求之后，玻璃钢缠绕制品就算是制造出来了。

2.2纤维缠绕基本线型介绍

玻璃纤维缠绕机生产的玻璃钢内压容器,一般有两部分组成，主体（中间）部分是薄壁长圆筒，两端部分是封头。缠绕线型种类繁多,缠绕的容器规格形状也不尽相同，但缠绕线型大致可以分为以下三种：环向缠绕、纵向缠绕和螺旋缠绕。

图2.1

2.2.1环向缠绕

环向缠绕是制品圆周方向的缠绕。玻璃钢制品加工制造时,工件绕自己轴线作匀速转动,缠绕小车在平行于工件轴线方向的简身区间运动。缠绕小车移动一个纱片宽度的同时工件也在匀速转动且刚好转过一周,此过程来回反复,直至纱片均匀布满工件圆简段表面为止。

环向缠绕的适用于工件筒身段的缠绕,不适合缠绕工件封头。此外，环向缠绕不能使邻近纱片之间相交，只能使邻近纱片相接。这样加工出来的制品质量才能有所保证。环向纤维的缠绕角度常在85°～ 90°之间。布带的缠绕角通常为75°～ 90°。

2.2.2纵向缠绕

纵向缠绕，别称平面缠绕。这种缠绕方式类似于环向缠绕，不同的是，缠绕时,丝嘴运动速度比芯模速度快很多，且丝嘴绕着芯模在水平面上匀速圆周运动，丝嘴缓慢转动，这样丝嘴走一圈，芯模转一个小角度。使得纱片缠绕到芯模上。最终各股纱片互相紧挨着，缠满芯模表面。纱片与纵轴的交角称为缠绕角(α)。

图2.2

2.2.3螺旋缠绕

螺旋缠绕也称测地线缠绕。可以简单的看成是环向缠绕的加强版本，采用这种缠绕方式时,芯模依旧是匀速圆周运动,丝嘴来回往复直线运动，这个直线运动的速度比环向缠绕快得多，而且还有一定的运动规律，就罐体制品来说，缠绕小车在两端速度慢，中间速度较快。这样，缠绕出来的线型就如上图所示，故而称之为螺旋缠绕。

2.3缠绕工艺

玻璃纤维好比白纸，给白纸涂上胶水，玻璃纤维就有了粘接力，此时按照一定规律把玻璃纤维缠绕到芯模上，室温下风干或者加热烘干，玻璃纤维就与制品粘结成一体，这种成型工艺方法叫纤维缠绕成型工艺。

2.3.1工艺种类

用连续玻璃纤维缠绕制得的玻璃钢产品，统称为缠绕玻璃钢。根据缠绕时树脂基体所处化学物理状态的不同，生产上分为干法、温法及半干法三种。

2.3.1.1干法缠绕

简单说来，玻璃纤维已经提前加工成纱带胶卷，在缠绕制品的提前是胶卷软化，在缠绕到制品上面去，缠绕上去的胶卷很快硬化，与制品结为一体。因为胶带上面没有湿哒哒的树脂基体，纱带的尺寸易于确定，纱带上面的含胶量也容易控制，所以干法缠绕工艺缠绕的制品质量较高，而且制品质量比较稳定。此外，没有液体浇水的存在还带来了其他好处，一个是缠绕设备清洁，可改善劳动环境，再一个是不用担心胶水飞溅可以提高缠绕速度，缠绕速度可达100～200m／min。自动化干法缠绕工艺的控制也好实现。自动化易于实现使得干法缠绕工艺发展迅速。但是，这种工艺方法，要求使用要求更严格的胶纱，还要求使用前软化，完整的工艺流程比较长，因此干法缠绕设备投资较大，结构也更复杂。

2.3.1.2湿法缠绕

湿法缠绕是将玻璃纤维集中成一束束的，然后给玻璃纤维束上胶，浸胶后直接缠绕在芯模上，然后固化成型的工艺方法。这种方法需要用到的设备相对简单。而且可以选用不同的原材，既实惠又方便。上胶后纱带可以立即进行缠绕，虽然缠绕的及时性得到了保证，但是，因为胶水的液体状态，使得纱带的质量难以检验与控制，此外，胶水在凝固的过程当中，胶水里面含有的一些物质会挥发，产生的气泡对生产影响很大，再加上缠绕时候纱带的张力控制比较困难这个问题，湿法缠绕还存在很多的缺陷。但是这些缺陷还算比较小，湿法缠绕最大的问题是，胶辊需要经常护理，一旦护理工作做不到位，胶辊就容易胶结在一起，阻断生产。

2.3.1.3半干法缠绕

在湿法缠绕工艺的基础上面添加烘干工序，这就是半干法缠绕。半干法缠绕较之干法缠绕，烘干花费的时间更短，使得纱带的烘干程度有所降低，带来的好处便是室温下的缠绕过程得以进行。较之湿法缠绕，半干法缠绕的烘干工序能够很好的既除去溶剂，因而可以提高纱带的缠绕速度。大大的提高了生产效率。

2.3.2玻璃钢制品的优点

纤维缠绕玻璃钢制品同其它工艺方法生产的玻璃制品相比较，它还具有很多的优点。第一，纤维强化玻璃钢制品的比强度很高，甚至于可以高过钛合金。第二，纤维强化玻璃钢制品的重量很轻，但是产品的质量很高，应用十分广泛。第三，玻璃钢缠绕机的自动化控制已经实现并且投入使用，生产出来的玻璃钢的质量不仅稳定，还十分的高，大批量生产容易实现。第四，纤维缠绕玻璃钢的材料比较廉价，生产出来的玻璃钢成本不高。

2.3.3缠绕玻璃钢制品的应用

由于缠绕玻璃钢的优越性，使得缠绕玻璃钢制品在工业中的应用十分广泛。比较常见的工业应用有以下几种。第一种是玻璃钢压力容器，常见的有各种气瓶，好比说现在的出租车储气瓶，就有使用纤维缠绕玻璃钢的，这种储气罐，在发生意外时，会裂开而不爆炸，十分安全。第二种是玻玻璃钢化工管道，这种管道常用于输送石油、天然气和自来水等等液体。再加上玻璃钢的防腐性与易维修性，广受欢迎。第三，使用纤维缠绕玻璃钢制作的大型贮罐，在贮运酸碱盐类介质时，寿命长成本低，在这方面应用也比较广泛。

2.3.4缠绕玻璃钢与缠绕工艺的缺陷

玻璃钢缠绕工艺的优点是十分明显的，但是，不可避免的，这种工艺也有存在不足的地方，主要有一下几个方面。第一，纤维缠绕玻璃钢制品的刚度不高，容易变形。第二，玻璃纤维层间的剪切强度不高。第三，纤维缠绕玻璃钢制品的强度的方向性比较明显。第四，因为缠绕玻璃钢的延展性不高，出现应力集中问题时不能很好解决。第五，现在纤维缠绕工艺只适用于制造圆柱体、球体及某些正曲率回转体产品。对负曲率回转体即凹进去一块的产品，难以用纤维缠绕玻璃钢工艺生产。对于非回转体制品，缠绕规律及缠绕设备比较复杂，至今我国仍处于研究阶段。第六，为了降低生产纤维缠绕玻璃钢制品的成本，需要实现纤维缠绕玻工艺璃钢制品的机械自动化生产，因此，要求有缠绕机的精度要高、芯模的质量要高、要有专门用于这类工艺的固化炉等。

2.4玻璃钢缠绕工艺的现状及今后研究方向

2.4.1现状

就大体上来说，目前国际上缠绕工业的情况主要分为两种，一种是用于航天制品的缠绕工业，另一种是用于民用的玻璃钢缠绕工业。航天缠绕工业的要求设计出性能更高的、缠绕更精确的结构。比较典型的产品有玻璃纤维缠绕的火箭发动机壳体。最常用的材料是S玻璃纤维一环氧树脂。目前，虽然还有很多难点没有解决，但玻璃纤维缠绕已经开始与复合材料成型技术相结合。各种高精度的数控缠绕设备以及层出不断的新型增强材料一起出现，可以预见的是，玻璃纤维缠绕机以及派生出来的技术应用将在航空工业的领域得到进一步扩大。民用部分发展也很迅速。一个是原材料越来越便宜，再加上玻璃纤维缠绕设备的效率逐渐提升上来，民用玻璃纤维缠绕工业的领域不断加大。民用玻璃纤维缠绕工业的主要产品是管道与各种压力容器。特别是玻璃纤维等等原材料的生产技术也才提高，使得民用部分缠绕的制品性能出现水涨船高的趋势。在此之前，纤维缠绕制品的尺寸一般受到场地的限制，不能太大，新出现的“现场缠绕”技术很好的解决了这个问题。

2.4.2今后研究的研究方向

制品的性能够不够高往往取决于原材料性能的高低，玻璃纤维缠绕这种新型复合材料加工工艺也不能避开这方面的问题，玻璃纤维缠绕的研究方向必有一个是关于原材料的。玻璃纤维缠绕设备的结构优化以及机械化自动化也是研究的一个方向。总的来说，提高质量、减轻重量、工艺简便、降低费用、扩大应用范围，这就是缠绕玻璃设备的发展方向。