隨著航空航天等領(lǐng)域的飛速發(fā)展,傳統(tǒng)材料在綜合性能上越發(fā)表現(xiàn)出其不足之處,在滿足強(qiáng)度、剛度、韌性等綜合條件的前提下,制件重量成為制約其發(fā)展的一個(gè)重要因素。而現(xiàn)代科技的發(fā)展,對材料提出了越來越高的要求,尤其是在航空航天等高尖端領(lǐng)域,亟需開發(fā)出新型材料制件,既能滿足機(jī)械性能要求,又能最大程度減輕自身重量。在此背景下,復(fù)合材料以其特有的優(yōu)勢應(yīng)運(yùn)而生。目前,對于輪廓復(fù)雜的大型構(gòu)件難以制造和成本居高不下是阻礙復(fù)合材料大量應(yīng)用的兩個(gè)難題,同時(shí)國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和綜合國力的增強(qiáng)使得對高性能復(fù)合材料構(gòu)件需求日益增加。二十世紀(jì)中期出現(xiàn)的纖維纏繞機(jī)和自動鋪帶機(jī)對復(fù)材制品的推廣使用起到了促進(jìn)作用,然而對于制造出形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型復(fù)合材料構(gòu)件的兩大難題,還未能完全解決。而在這兩者基礎(chǔ)上發(fā)展而來的自動鋪絲機(jī)則較好地解決了這個(gè)問題。目前,自動鋪絲機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)主要掌握在歐美國家手中,我國對這方面的研究起步較晚,目前正大力追趕中。所以本課題從鋪絲頭的機(jī)構(gòu)以及鋪絲機(jī)整體結(jié)構(gòu)入手,設(shè)計(jì)了一臺碳纖維自動鋪絲機(jī)的原理樣機(jī),其結(jié)構(gòu)和功能基本滿足鋪絲機(jī)要求。本文主要研究內(nèi)容如下:1.鋪絲頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):(1)引線重送機(jī)構(gòu):采用雙輥輪的方式,通過輥輪的擠壓以及摩擦力,牽引纖維束在鋪絲頭內(nèi)部運(yùn)動。(2)剪切夾緊機(jī)構(gòu):氣缸帶動切刀在滑槽內(nèi)滑動,在切斷纖維束的同時(shí),切刀尾部滑塊還能將其夾緊在切刀墊塊上。(3)施壓機(jī)構(gòu):雙氣缸連接導(dǎo)向件,推動壓緊輪在芯模表面進(jìn)行鋪放。(4)其它輔助機(jī)構(gòu)例如導(dǎo)向槽等的設(shè)計(jì)。(5)鋪絲頭內(nèi)部整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):合理安排各個(gè)機(jī)構(gòu)的布局,將多束纖維分成上下兩路,分別對其進(jìn)行控制,達(dá)到鋪絲頭的功能要求。2.運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì):主要是龍門結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及導(dǎo)軌、絲杠等的選型計(jì)算。3.鋪絲機(jī)關(guān)鍵零部件的有限元分析:利用ANSYS對關(guān)鍵零部件進(jìn)行有限元分析,查看其變形和應(yīng)力分布狀態(tài),并據(jù)此對其結(jié)構(gòu)提出改進(jìn)意見。4.自動鋪絲機(jī)的運(yùn)動仿真:利用Solidworks對整個(gè)自動鋪絲機(jī)的運(yùn)動進(jìn)行仿真,了解鋪絲機(jī)的運(yùn)動過程。5.自動鋪絲機(jī)鋪層設(shè)計(jì)理論:首先將復(fù)材構(gòu)件分為單層、層合板和制品結(jié)構(gòu)三個(gè)結(jié)構(gòu)層次;然后從材料力學(xué)的角度對層合板的力學(xué)性能進(jìn)行分析;最后提出了常用鋪層設(shè)計(jì)方法和原則,為后續(xù)鋪層設(shè)計(jì)研究奠定了基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB33
【部分圖文】：

圖 1-1 典型的自動鋪絲設(shè)備自動鋪絲技術(shù)與纖維纏繞和自動鋪帶技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)越性。對于纏繞機(jī)和鋪帶機(jī)無法鋪放的彎曲程度較大或者含有窗口特征的表面輪廓較為復(fù)雜的復(fù)材構(gòu)件，鋪絲機(jī)也能夠很好的完成鋪放任務(wù)，所以其在各行各業(yè)應(yīng)用的范圍也比纏繞機(jī)和鋪帶機(jī)更加廣泛[30][31][32]。該技術(shù)使得對復(fù)材構(gòu)件鋪放的靈活性得到了很大提升，同時(shí)對于復(fù)雜輪廓的復(fù)材構(gòu)件的成型生產(chǎn)效率也得到了很大提高。因此全球許多飛機(jī)制造廠商都投入了大量時(shí)間和精力在自動鋪絲技術(shù)的研究和發(fā)展中。并利用該技術(shù)制造飛機(jī)上所需的復(fù)合材料部件，來自于飛機(jī)自身重量方面的壓力大大減小，同時(shí)飛機(jī)的各方面的性能也得到了很大的提升[33]。其主要特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)如下[34]-[38]：（1）在鋪放過程中，每一根纖維絲束的切斷、壓緊和重送等步驟都是由鋪絲頭獨(dú)立地進(jìn)行控制的，因此該方法鋪放的靈活性得到了很大提升；（2）與人工操作相比，該方法在鋪放過程中對運(yùn)動軸、鋪絲頭的定位以及鋪絲頭和芯模轉(zhuǎn)動的控制都是由計(jì)算機(jī)來精確完成，這樣一來就使得鋪放過程中鋪放角度和各個(gè)纖維絲束之間的距離的精度大大提高；（3）自動鋪絲機(jī)的多自由度特性使得其能夠靈活地應(yīng)對各種輪廓復(fù)雜的復(fù)材構(gòu)件的鋪放任務(wù)，同時(shí)在

圖2-4汽車引擎蓋模型引擎蓋長為1440mm，寬1200mm，引擎蓋中心頂點(diǎn)到左右圓弧邊 ，選取厚度為 10mm 。引擎蓋的整體彎度可看成圓弧形狀，mm。絲機(jī)總體布局設(shè)計(jì)中，機(jī)床的總體尺寸為：4500mm×2800mm× 2布局設(shè)計(jì)如圖2-5所示。門式自動鋪絲機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如下：軸（縱向）滑動動程3200mm；軸（橫向）滑動動程為1800mm；軸（垂直方向）滑動動程為1200cm；軸全程定位精度0.6mm，重復(fù)定位精度0.2mm，最大進(jìn)給速度40軸全程定位精度0.4mm，重復(fù)定位精度0.2mm，最大進(jìn)給速度20方向上各參數(shù)與Y軸一致。

尤其是立柱和橫梁，為了防止過大變形造成鋪放精度不足，可以在立柱和橫梁內(nèi)部設(shè)置隔板和加強(qiáng)筋。圖2-6為總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。圖2-6龍門式鋪絲機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖2.3 鋪絲機(jī)運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)2.3.1 直線運(yùn)動軸的設(shè)計(jì)1.直線運(yùn)動軸傳動方式的選擇在三維空間中，鋪絲頭可以到達(dá)芯模表面任意指定的位置，這需要由鋪絲機(jī)的龍門結(jié)構(gòu)來完成，因此機(jī)身至少應(yīng)該具有三個(gè)直線運(yùn)動軸X、Y、Z。直線傳動軸的傳動方式主要有三種：
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本文編號：2880435