摘 要

本研究的主要目标是对原有PK18型铺放头进行优化设计，原有结构存在剪切模块功能无法实现，重送纤维带无法压实等问题。原有PK18型铺放头的结构主要包含导丝模块、重送模块、压头模块、切割模块。

本文完成了纤维丝铺放头的结构优化设计，利用计算机软件AUTODESK INVENTOR的三维建模功能对所改进的零部件进行了三维实体建模和装配；INVENTOR有驱动约束功能，用该功能进行了铺放头的运动仿真，模拟机构的运动情况、压头伸出、剪切纤维带等；利用环境-应力分析对铺放头关键零部件进行了有限元分析，主要是对铺放头的主支架和连接架进行结构力学分析，得出结果并进行分析，找出机构的不足之处和缺陷。利用INVENTOR自带动画功能完成各零部件运转动画和整体演示动画的制作。

关键词：铺放头；运动仿真；结构

Abstract

The main objective of this study is to optimize the original PK18 placement head. The original structure has some problems, such as the function of shear module can not be realized and the re-feeding fiber belt can not be compacted. The structure of the original PK18 placement head mainly includes the guide wire module, the re-delivery module, the die module and the cutting module.

In this paper, the structure of fiber placement head is optimized, and the improved parts are modeled and assembled by using 3D modeling function of AUTODESK INVENTOR, which has the function of driving and restraining, the function is used to simulate the Movement of the placement head, the movement of the mechanism, the protrusion of the INDENTER, the shearing of the fiber belt, etc. , the main purpose of this paper is to analyze the Structural mechanics of the main bracket and the connecting bracket of the laying head, to get the result and to find out the deficiency and defect of the mechanism. The use of INVENTOR with its own animation function to complete the parts of the animation and animation of the overall demonstration.

Key Words：Laying head; dynamic simulation; structure

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究的目的和意义 1

第二章 原PK18型铺放头的结构与功能分析 3

2.1 重送机构 3

2.2 剪切机构 3

2.3 压辊部分 4

2.3.1 重送压辊组 4

2.3.2 铺放压辊组 5

2.4 收膜机构 6

2.5 支撑部分结构 6

2.5.1 主支架结构 6

2.5.2 连接架结构 9

2.6 其他 9

2.6.1 放卷盘 10

2.6.2 出带槽 10

2.7 本章小结 11

第三章 PK18型铺放头的结构改进设计 12

3.1 改进设计方案 12

3.1.1 总体改进方案 12

3.2 对各部分的改进设计 12

3.2.1 主支架 12

3.2.2 剪切机构 18

3.2.3 重送压辊部分 26

3.2.4 完善收膜部分 30

3.2.5 调整放卷盘部分 31

3.2.6 加热机构的布局 34

3.2.7 连接架的设计 35

3.3本章小结 39

第四章 PK18型铺放头的运动仿真及动画制作 40

4.1 重送机构 40

4.2 重送压辊组 41

4.3 放卷盘部分 43

4.4 铺放压辊组 43

4.5 剪切机构 44

4.6 整体动画的制作 45

4.7 本章小结 47

第五章 总结 48

参考文献 49

致谢 50

附录 51

绪论

研究背景

自从纤维铺放技术被提出来，各种铺放机就不断更新换代，纤维铺放技术从而得到了迅速的发展。文献[2]部分内容介绍了铺放头的概念以及第一台原理样机的研发，文献[15]介绍了美国与欧洲自动铺放技术的发展情况以及该技术在航空航天领域如何应用。文献[20]与文献[4]对国内目前纤维铺放技术做了介绍，对我国对于研究纤维铺放技术阶段做了总结并且对铺放机的结构，功能模块做了详细介绍与分析。文献[5]对国外铺放头设备制造商进行了分类，并列举出了各地区比较有代表性的公司。与文献[5]相似，文献[6]对纤维缠绕铺带铺丝成型设备进行了分析，包括纤维缠绕技术的发展，铺放机的发展以及纤维铺放机的发展。在该文献中还介绍了堪萨斯大学开发的复合材料分析与设计系统。

此外，纤维铺放技术在近年来也不断受到关注与研究。自动铺放技术与复合材料密不可分，文献[1]分析了复合材料与铺放技术，对复合材料的铺放成型做了深入研究并提出了如何对复合材料进行铺放成型的方案与应用。说到研究，就会涉及到专利问题，文献[8]对于该技术的专利做了分析，从该文献得到的数据可以看出自动铺丝机的专利申请主要集中在欧盟和美国，中国相对而言比较少。文献[14]则从研究方向出发，对目前的研究状况进行了一次汇总。

对于铺放机，铺放头是其功能实现的核心构件。文献[2]对于铺放头的结构与功能做了分析：铺放头主要由送料、收束、加热、剪切、重送、加压等装置构成，并且该文献还阐述了铺放头各部分如何运转以及相对应的控制系统如何发送与接受信号来实现功能。文献[11]说明了铺放机的自由度，对不规则零件如何加工方法以及在节省材料方面的优越性。

纤维铺放机将来依旧会成为研究热点，具有广阔的发展前景，可能应用于各个行业。

1.2 研究的目的和意义

我的论文题目是：PK18型铺放头改进设计，研究这个课题主要是因为铺放头的设计是纤维铺放成型技术的核心之一。随着国家正在实施的大飞机等工程项目，复合材料将广泛应用在航空航天以及汽车行业，其对自动铺放设备提出了更高的要求，因而对铺放头也提出了更高的要求，铺放头的设计优化将会起着重要作用。