纖維纏繞機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、說(shuō)明書(shū)】【三維SolidWorks】

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Filament winding process is a under the condition of tension control and the predetermined linear, application special winding equipment continuous fiber or cloth impregnated resin glue continuous, uniform and regular winding in core mould or lining, then under certain temperature environment to be solidified, becoming a certain shape products, composite molding method. This paper first analyzes the development of the fiber winding machine at home and abroad, and then in the Solidworks platform, completed the hot roll structure and pressure system, tension system and the structure of the three parts of the system design. Finally, this paper based on the motion Solidworks plug-in, the common core module simulation system for research. Key words: Winding machine Tension Rectification Hot roll  摘要 復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度、高比剛度、輕質(zhì)、放熱、吸波等特點(diǎn)，是航空航天、國(guó)防、石油化工、能源動(dòng)力等領(lǐng)域重大裝備新材料和新結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)，是實(shí)現(xiàn)其減重、增效和改善性能的關(guān)鍵。纖維纏繞工藝是在張力控制條件下和預(yù)定的線性、應(yīng)用專用纏繞設(shè)備連續(xù)纖維或布浸膠料連續(xù)、均勻、規(guī)則纏繞在芯?；蛞r線，然后在一定的溫度環(huán)境下固化，成為一種具有一定形狀的產(chǎn)品，復(fù)合成型方法。本課題先是分析了纖維纏繞機(jī)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r，然后在Solidworks平臺(tái)下，完成了熱壓輥結(jié)構(gòu)及壓力系統(tǒng)、張力系統(tǒng)及糾偏系統(tǒng)這三部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。最后應(yīng)用Solidworks motion對(duì)芯模纏繞進(jìn)行仿真。 關(guān)鍵詞：纏繞機(jī) 張力 糾偏 熱壓輥  第1章 1.1引言 由復(fù)合材料科學(xué)STAU薛定諤在二十年代初提出的長(zhǎng)鏈分子結(jié)構(gòu)，建立了大型的復(fù)合產(chǎn)業(yè)體系，復(fù)合材料從概念到大規(guī)模應(yīng)用，但短短幾十年的時(shí)間。在過(guò)去的幾十年中，復(fù)合材料的高強(qiáng)度，高模量，重量輕，隔熱，隔音等性能優(yōu)良，深受相關(guān)行業(yè)迅速認(rèn)可。目前，航空，建筑，汽車，電器，化學(xué)和材料的使用等行業(yè)，復(fù)合材料具有相當(dāng)大的比重。在此階段，不存在材料，無(wú)料比鋼，這是比復(fù)合材料更廣泛的應(yīng)用。在新的世紀(jì)，科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，研究在各個(gè)領(lǐng)域各個(gè)行業(yè)的不斷深入，這將不可避免地導(dǎo)致材料提出了更高的要求，這使得新世紀(jì)復(fù)合應(yīng)用將更加廣泛的性能。科學(xué)家預(yù)測(cè)，在百年新世紀(jì)的，該復(fù)合材料來(lái)代替鋼作為最廣泛使用的。 在用于復(fù)合材料，復(fù)合材料的市場(chǎng)需求的快速增加，復(fù)合成型已限制的瓶頸的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。在復(fù)合成型過(guò)程中，卷繞過(guò)程是在最廣泛使用的技術(shù)之一的復(fù)合材料模制工藝。與其它成型工藝相比，使用長(zhǎng)絲纏繞過(guò)程生產(chǎn)出的產(chǎn)品具有光滑表面和高纖維取向均勻，結(jié)構(gòu)緊湊，高強(qiáng)度和比強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)。為了適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的復(fù)合材料，提高生產(chǎn)效率，纖維纏繞機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。 1.2纏繞機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r與趨勢(shì) 1947年世界上第一個(gè)二自由度由凱洛格公司繞線機(jī)，率先推出了第一個(gè)大規(guī)模生產(chǎn)這種類型的復(fù)合材料產(chǎn)品的。隨著纖維產(chǎn)品的需求不斷增加，形狀纖維產(chǎn)品變得越來(lái)越復(fù)雜，傳統(tǒng)的兩自由度機(jī)械纏繞機(jī)已無(wú)法滿足市場(chǎng)需求。為了提高生產(chǎn)效率纖維產(chǎn)品來(lái)滿足的纖維產(chǎn)品的需求，以產(chǎn)生復(fù)雜的形狀，我們開(kāi)發(fā)了一種更先進(jìn)的纖維纏繞機(jī)。目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)繞線機(jī)的主流機(jī)型，雖然仍有2自由度和三個(gè)自由度，但自上世紀(jì)80年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，傳感技術(shù)，控制技術(shù)，纏繞機(jī)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展有了很大的提高。 1.2.1纖維纏繞機(jī)國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r 外國(guó)絡(luò)筒機(jī)的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個(gè)過(guò)程：機(jī)械繞線機(jī)，數(shù)字程控繞線機(jī)，電腦控制繞線機(jī)。纖維纏繞技術(shù)起源于20世紀(jì)40年代，當(dāng)時(shí)在軍中的主體作用。在1945，美國(guó)使用光纖纏繞技術(shù)生產(chǎn)的第一玻璃纖維增強(qiáng)塑料杯，在著名的曼哈頓原子彈項(xiàng)目使用。1946年纖維纏繞技術(shù)已經(jīng)由凱洛格公司取得了美國(guó)專利，第一機(jī)械絡(luò)筒機(jī)1947年。自那時(shí)起，導(dǎo)致更繞線機(jī)的類型，如在60年代初，以創(chuàng)建entec400類型和mccelnaanderosnw-2型卷繞機(jī)。在此期間，卷繞機(jī)的發(fā)展是一個(gè)雙自由度繞線機(jī)，主軸轉(zhuǎn)速和車速比齒輪傳動(dòng)比。由于齒輪的影響，不卷繞機(jī)卷繞機(jī)卷繞纖維的產(chǎn)品，但該產(chǎn)品的精度不高。 到了二十世紀(jì)中期，60年代中期，為了有一個(gè)更高性能的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，以滿足空間形態(tài)的特殊需求，開(kāi)發(fā)了高精度數(shù)控繞線機(jī)。美國(guó)entee800麥克萊恩andersonw-18型和相對(duì)常規(guī)機(jī)械纏繞卷繞機(jī)采用液壓馬達(dá)提供電力的電車線和移動(dòng)電位移控制脈沖信號(hào)應(yīng)用的主軸角位移。在繞組的精度，可以控制和繞組的產(chǎn)品的質(zhì)量，相比以前的卷繞機(jī)具有較大的升級(jí)。但由于這種繞線機(jī)需要在非線性繞組中使用，由于其限制的原因，繞組的機(jī)械不能滿足復(fù)雜形狀的產(chǎn)品要求。 自20世紀(jì)70年代末，隨著傳感技術(shù)，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，纖維纏繞機(jī)的快速發(fā)展也是一個(gè)很大的飛躍。 1973年，計(jì)算機(jī)控制卷繞機(jī)卷繞機(jī)，打標(biāo)到計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展。為計(jì)算機(jī)控制的纏繞機(jī)的用戶，有良好的計(jì)算機(jī)程序，以預(yù)先計(jì)算的長(zhǎng)絲纏繞軌道所示，計(jì)算機(jī)將根據(jù)該方案的要求，通過(guò)控制伺服馬達(dá)驅(qū)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)卷繞過(guò)程。繞線機(jī)，電腦存儲(chǔ)空間，各種存儲(chǔ)纏繞方案，并通過(guò)現(xiàn)代通信手段可以在卷繞機(jī)功能監(jiān)控，遠(yuǎn)程更新和纏繞工藝信息，極大的提高了復(fù)卷機(jī)的靈活性，以適應(yīng)和提高精度和效率的實(shí)現(xiàn)的繞組。 在最近幾年，隨著微電子技術(shù)和微電子技術(shù)的快速發(fā)展，以滿足生產(chǎn)更復(fù)雜部件的需要，逐步開(kāi)發(fā)出了更復(fù)雜的多自由度的繞線機(jī)，現(xiàn)在國(guó)際計(jì)算機(jī)具有最多11軸控制纖維纏繞機(jī)，異形組件（三通，彎頭）繞線機(jī)前出現(xiàn)的變化只能粘貼和半手糊手的情況，更好地滿足社會(huì)生產(chǎn)我們需要在促進(jìn)社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮更大的作用。 1.2.2纖維纏繞機(jī)國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r 與西方國(guó)家相比，中國(guó)的發(fā)展繞線機(jī)起步較晚，20世紀(jì)50年代20年來(lái)，1968年南京研究設(shè)計(jì)院研制成功的光纖，一種高強(qiáng)度纖維，在同一時(shí)期，中國(guó)第一臺(tái)機(jī)纖維纏繞機(jī)由北京開(kāi)發(fā)玻璃纖維研究所。北京玻璃鋼研究已成功開(kāi)發(fā)并纏繞機(jī)中國(guó)第一家數(shù)字化控制程序，它是在繞線機(jī)歷史上的一個(gè)重要步驟。 70年代末，第三代計(jì)算機(jī)控制纏繞機(jī)在全球的出現(xiàn)。在此期間，中國(guó)縮小與發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)差距，以滿足自己的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)防建設(shè)的需要，開(kāi)發(fā)了一個(gè)計(jì)算機(jī)控制纖維纏繞機(jī)作為國(guó)家快速發(fā)展的國(guó)家重點(diǎn)工程得到了迅速 的發(fā)展。從1983年到1986年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)使用和維護(hù)參考脈沖產(chǎn)生的取軸的頻率控制的運(yùn)動(dòng)控制方式恒轉(zhuǎn)速，已成功試jkcr50 / 400K，jkcrl00 / 600B和jkcrl20 / 400K三套，微機(jī)控制纖維纏繞機(jī)。三臺(tái)計(jì)算機(jī)是根據(jù)核心模型的形狀和尺寸進(jìn)行預(yù)先計(jì)算的，由地線理論預(yù)先計(jì)算出光纖的繞線路徑，并大大提高了產(chǎn)品的精度。 自那時(shí)以來(lái)，引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的提高和自身科研實(shí)力，纖維纏繞技術(shù)在中國(guó)的發(fā)展更為迅速。它已經(jīng)逐漸從一開(kāi)始就在多層次，多學(xué)科，多元化的方向發(fā)展。在最近幾年，隨著微電子技術(shù)和通信技術(shù)的快速發(fā)展，由中國(guó)近年來(lái)生產(chǎn)的關(guān)鍵因素絡(luò)筒機(jī)卷繞張力是在長(zhǎng)絲纏繞張力，樹(shù)脂含量，過(guò)程等一系列長(zhǎng)絲纏繞質(zhì)量也能準(zhǔn)確控制，六軸計(jì)算機(jī)控制繞線機(jī)已經(jīng)研制成功。理論建模，該理論提出了電網(wǎng)傷口，以促進(jìn)纏繞一個(gè)新的高度的理論和技術(shù)。目前，復(fù)合材料成型生產(chǎn)，已基本形成了完整的產(chǎn)業(yè)體系，在一定程度上，要趕上世界先進(jìn)水平，但從產(chǎn)品應(yīng)用的角度來(lái)看，目前我國(guó)大部分國(guó)家，生產(chǎn)的產(chǎn)品是旋轉(zhuǎn)體組件的管道、儲(chǔ)罐和火箭殼等特殊場(chǎng)合在復(fù)雜產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝和技術(shù)還不完善。 1.2.3纏繞機(jī)的主要結(jié)構(gòu)類型 纏繞機(jī)可以分成以下幾類： (1)臥式纏繞機(jī)，如圖1-1所示。在繞線機(jī)，鏈條用于驅(qū)動(dòng)滑架往復(fù)運(yùn)動(dòng)的心軸芯模型驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)調(diào)整車輛和卷繞筒管的旋轉(zhuǎn)速度的軸的移動(dòng)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。繞線機(jī)擁有細(xì)長(zhǎng)部件的范圍很廣，集裝箱梁繞組。 圖1-1 臥式纏繞機(jī) (2)繞臂立式纏繞機(jī)，如圖1-2所示，繞線機(jī)的特征是纏繞在臂圍繞芯的旋轉(zhuǎn)恒定速度。當(dāng)旋轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)動(dòng)臂的核心，驅(qū)動(dòng)軸勻速旋轉(zhuǎn)的核心模型。纖維纏繞機(jī)產(chǎn)品線的統(tǒng)一。在干燥繞組的繞線機(jī)，以適應(yīng)傷口短容器。 圖1-2 繞臂式纏繞機(jī) (3)軌道式纏繞機(jī)，如圖1-3所示，該卷繞機(jī)具有水平和卷繞機(jī)，它設(shè)有一個(gè)轎廂的軌跡是垂直或水平的圓形軌道的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)沿軌道車移動(dòng)需要1周，心軸驅(qū)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)，紗線寬度的旋轉(zhuǎn)。水平軸風(fēng)角度的大部分地區(qū)，繞線機(jī)生產(chǎn)。 圖1-3 軌道式纏繞機(jī) (4)球形纏繞機(jī)，如圖1-4所示，該卷繞機(jī)具有四個(gè)自由度：繞線機(jī)電線端口旋轉(zhuǎn)軸偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)軸，使用第四軸線口進(jìn)入運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)紗線片被卷繞，以減少纖維細(xì)孔的積累，提高了產(chǎn)品的均勻性。通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)控制心軸和導(dǎo)線嘴，通過(guò)調(diào)節(jié)心軸的纖維均勻地圍繞心軸表面以調(diào)整偏轉(zhuǎn)線圈角。 圖1-4 球形芯模纏繞機(jī) (5)行星式纏繞機(jī)，如圖1-5所示，絡(luò)筒機(jī)卷繞角軸線與水平面的夾角。圍繞心軸做自傳和旋轉(zhuǎn)噴嘴保持部件方面固定軸線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，卷繞機(jī)廣泛用于生產(chǎn)。 圖1-5 行星式纏繞機(jī) (6)電纜式纏繞機(jī)，如圖1-6所示，繞線機(jī)用于生產(chǎn)的圓筒形管和容器的產(chǎn)品，將其與紗線的球和旋轉(zhuǎn)同步旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸線的工作原理，可以來(lái)回移動(dòng)沿著心軸，完整縱向放置過(guò)程的軸線方向：環(huán)是安裝在車體上的旋轉(zhuǎn)紗線球的兩側(cè)，心軸的旋轉(zhuǎn)，沿心軸的車沿軸向來(lái)回移動(dòng)以完成箍纏繞過(guò)程。 1-縱向沙盤；2-轉(zhuǎn)環(huán)；3-芯模；4-小車；5-小車絲杠；6-小車導(dǎo)軌； 7-轉(zhuǎn)換傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；8-環(huán)向纏繞紗團(tuán) 圖1-6 電纜式纏繞機(jī) (7)多向纏繞機(jī)，如圖1-7所示，繞線機(jī)的工作原理，在卷繞過(guò)程中，芯可旋轉(zhuǎn)，可在軸向方向上往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所述線路端口不變的位置，和管芯的結(jié)束和自傳軸向運(yùn)動(dòng)沿著蜿蜒。帶來(lái)了極大的方便的繞線機(jī)，電線管固定的優(yōu)點(diǎn)，為職工辦理斬首，花絲：多線可以實(shí)現(xiàn)大量的紗線卷繞，卷繞速度、紗線均勻分布，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量。 1-浸膠導(dǎo)紗裝置；2-絲嘴；3-芯模；4-紗帶 圖1-7 多向式纏繞機(jī) 1.2.4纏繞機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) (1) 在張力控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，新理論被纏繞在繞線機(jī)上，采用先進(jìn)的傳感器控制技術(shù)，我們將有更先進(jìn)的控制系統(tǒng)，高精密卷繞。在繞制過(guò)程中，在光纖中的張力是更合理，纖維的強(qiáng)度，剛度優(yōu)勢(shì)將得到充分發(fā)揮，制作將具有較高的強(qiáng)度和抗疲勞性。 (2) 絡(luò)筒機(jī)將復(fù)合材料的加工過(guò)程中，一機(jī)多采用方向的進(jìn)一步發(fā)展。根據(jù)不同的機(jī)械結(jié)構(gòu)和不同纏繞工藝產(chǎn)品生產(chǎn)的具體情況，控制系統(tǒng)的左擴(kuò)展空間控制程序的二次開(kāi)發(fā)和改進(jìn)。 (3) 卷繞過(guò)程是由機(jī)器人和繞線機(jī)的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于機(jī)器人可以靈活移動(dòng)，大的工作空間，自由和更好，并且可以根據(jù)機(jī)器人路徑將來(lái)所需產(chǎn)物，機(jī)器人的組合和卷繞機(jī)的形狀進(jìn)行規(guī)劃，特別適用于包裝小復(fù)合組合物，非軸對(duì)稱部位或雙凹組分如繞組。 (4) 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/ CAM的仿真技術(shù)。目前市場(chǎng)上流行的軟件由國(guó)外軟件為主，如cadfil，CADWIND，等等。在武漢大學(xué)和哈爾濱工業(yè)大學(xué)的國(guó)產(chǎn)軟件模擬也有一定的貢獻(xiàn)。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/凸輪和仿真技術(shù)在復(fù)卷機(jī)將是發(fā)展的一個(gè)重要發(fā)展方向。 1.3纖維纏繞工藝概述 纖維纏繞是一種纖維的形成過(guò)程中的重要，它是纖維通過(guò)一定量的樹(shù)脂浸膠槽浸，按照糾纏線性規(guī)則均勻覆蓋的心軸和固化后，脫模的過(guò)程，最后形成具有特定形狀的玻璃纖維制品生產(chǎn)技術(shù)。繞線機(jī)、鋪設(shè)機(jī)等專用纖維成型設(shè)備的出現(xiàn)，提高了繞組產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，纖維纏繞原理，如圖1-8所示。 圖1-8 纖維纏繞原理圖 根據(jù)纖維束是否浸滲，纖維纏繞過(guò)程可分為濕、干、半干三種方法，如圖1-9所示。 (1)濕法纏繞 濕法纏繞工藝是將 纖維束浸在一定 量的樹(shù)脂膠中。濕的過(guò)程是曲折的，纖維的張力是難以控制的，該產(chǎn)品很容易通過(guò)外部溫度和濕度等條件固化，卷繞機(jī)需要增加輔助卷繞裝置等。 (2)干法纏繞 干法纏繞工藝是相 對(duì)于濕法 纏繞的過(guò)程，干燥過(guò)程是纖維纏 繞前的預(yù)浸膠的過(guò)程，然后將纖維 干燥。繞組將在干燥后的纖維纏繞到芯軸上，使芯模加熱固化膠在二次軟化并使纖維與纖維之間的層間相互粘合，并固化后，在生產(chǎn)中完成。干燥繞組的過(guò)程容易控制繞組的張力、卷繞速度等。但干燥繞組需配置預(yù)浸漬干燥設(shè)備，卷繞系統(tǒng)復(fù)雜，產(chǎn)品的生產(chǎn)成本較高。 (3)半干法纏繞 半干制過(guò)程類似于干燥過(guò)程，而且纖維在預(yù)浸過(guò)程中先經(jīng)過(guò)浸漬處理，然后干燥，但干燥時(shí)間短于干燥過(guò)程。繞組 可以在室溫下進(jìn)行，采用半 干法的方法進(jìn)行纖維纏繞。半干法工藝具有干濕雙繞組的優(yōu)點(diǎn)，可以提高繞組的速度，減少繞組的設(shè)備，降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。 通過(guò)纏繞方法獲得的產(chǎn)品 有以下優(yōu)點(diǎn)： (1)可設(shè)計(jì)性強(qiáng) 我們可以以纖維纏繞各向異性的優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮，根據(jù)特定的產(chǎn)品的承載能力，設(shè)計(jì)不同的繞組線，提高了產(chǎn)品的抗張強(qiáng)度。 (2)生產(chǎn)率高 繞組設(shè)備全自動(dòng)繞線，減少人工參與，卷繞速度，提高生產(chǎn)效率，產(chǎn)品型號(hào)可大量生產(chǎn)后確定。 (3)可靠性高 卷繞機(jī)在張力控制系統(tǒng)中的作用，在一個(gè)可調(diào)范圍內(nèi)的纖維張力，生產(chǎn)的產(chǎn)品可以充分發(fā)揮纖維的強(qiáng)度，該產(chǎn)品更均勻，穩(wěn)定。 (4) 完成巨型結(jié)構(gòu)的繞組 一些復(fù)合產(chǎn)品如石油、煉油、儲(chǔ)油罐等復(fù)合材料的成型生產(chǎn)是非常困難和曲折的技術(shù)可以很容易地完成，目前生產(chǎn)的大型結(jié)構(gòu)的繞組。 (5)強(qiáng)度較高 較小直徑的玻璃纖維，高強(qiáng)度，低損傷率。玻璃纖維是玻璃纖維和玻璃纖維，材料的強(qiáng)度之間的應(yīng)力載荷傳遞。 (6)纏繞材料廣泛 對(duì)于同樣的產(chǎn)品，你可以從多種材料可供選擇，而目前材料成本并不高。 1.4課題研究的目的和意義 在這一階段由于市場(chǎng)上繞線機(jī)一般都是一二度自由度或三度機(jī)械繞線機(jī)，生產(chǎn)和 產(chǎn)品質(zhì)量低下，無(wú)法適應(yīng) 市場(chǎng)需求。多度的繞線機(jī)可以很好地滿足繞組的需要，但成本高的繞線機(jī)，不適應(yīng)企業(yè)的實(shí)際發(fā)展。本論文根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的需要，設(shè)計(jì)出一種價(jià)格相對(duì)較低，具有一定 通用性的絡(luò)筒機(jī)，可滿足普通 芯模如錐、壓力容器、卷筒纏繞、纖維張力的纏繞功能，更好的控制和生產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品。 1.5該課題的主要研究?jī)?nèi)容 (1) 以普通旋轉(zhuǎn)體和非旋轉(zhuǎn)體為研究對(duì)象，分析了核心模型的繞線過(guò)程。在以往的機(jī)械式纏繞機(jī)的基礎(chǔ)上增加了鋪設(shè)伸縮機(jī)構(gòu)、張力控制機(jī)構(gòu)的頭，設(shè)計(jì)了纏繞機(jī)的一般模型，基于SolidWorks完成繞線機(jī)系統(tǒng)建設(shè)。 (2) 基于SolidWorks的 參數(shù)化纏繞運(yùn) 動(dòng)插件，模擬系統(tǒng) 的研究，以及人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)模擬卷繞系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。  第2章 纖維纏繞機(jī)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 在市場(chǎng)上，對(duì)回轉(zhuǎn)體纖維產(chǎn)品的需求量不斷增加，對(duì)纖維纏繞機(jī)提出了更高的要求。為了滿足市場(chǎng)需求，降低光纖產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，節(jié)約資源，許多研究人員一直在開(kāi)發(fā)一種新的多軸繞線機(jī)。目前，雖然新的研究和多絲的自由發(fā)展繞線機(jī)可以快速且容易地纏結(jié)纖維產(chǎn)品的要求，但與卷繞器生產(chǎn)成本增加的自由度。因此，生產(chǎn)的一個(gè)便宜，可以滿足繞組的繞組需要，是每個(gè)人的共同愿望。 2.1纖維纏繞機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在此期間，雖然纖維纏繞機(jī)已經(jīng)有了一些重大改進(jìn)，出現(xiàn)了各種型號(hào)的繞線機(jī)，但其工作原理和繞線機(jī)結(jié)構(gòu)，基本沒(méi)有根本改變。卷繞機(jī)的主要工作原理是：通過(guò)卷繞機(jī)控制系統(tǒng)，控制卷繞機(jī)特定的機(jī)械結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，浸漬樹(shù)脂膠纖維按一定規(guī)律均勻地布置在芯模表面，然后通過(guò)模壓和固化得到穩(wěn)定性能的產(chǎn)品。雖然某些特殊產(chǎn)品的形狀和性能要求，相應(yīng)的繞線機(jī)的結(jié)構(gòu)是不一樣的，繞線機(jī)和控制系統(tǒng)的外觀和控制策略也不同，但繞線機(jī)系統(tǒng)或類似。 繞線機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)： (1) 繞組功能比較完善，繞組的機(jī)械通用性可以大大提高，不僅可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)體組件的繞組，而且還完成了繞組的非旋轉(zhuǎn)部件，基本可以產(chǎn)生普通的纖芯產(chǎn)品。 (2) 提高張力檢測(cè)與控制系統(tǒng)，能較好地控制纖維張力的卷繞過(guò)程，使產(chǎn)品質(zhì)量更高，更能發(fā)揮材料本身特性的優(yōu)點(diǎn)。 (3) 自動(dòng)化程度高，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制各軸聯(lián)動(dòng)，用戶只需輸入相關(guān)的參數(shù)，在電腦操作界面上，繞線機(jī)會(huì)自動(dòng)跟隨繞組需要完成繞組。纏繞機(jī)的 總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-1所示。 圖2-1 纏繞機(jī)總體結(jié)構(gòu) 該纖維纏繞機(jī)主要由以下 部分組成：主軸箱、芯模主軸、主軸支架、繞線式行走小車、以及鋪設(shè)頭伸縮機(jī)構(gòu)、光纖張 力檢測(cè)與控制機(jī)構(gòu)、糾偏機(jī)構(gòu)。三軸聯(lián)動(dòng)的纖維 纏繞機(jī)三度的自由度：芯軸旋轉(zhuǎn)、繞線行走小車沿軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在水平面上鋪設(shè) 頭臂伸縮運(yùn)動(dòng)。通過(guò)計(jì)算機(jī)控制纖維纏繞機(jī)這三個(gè)自由度的自由度來(lái)完成卷繞過(guò)程的核心模型。以下是本組織設(shè)計(jì)的一部分。 2.2纖維纏繞機(jī)主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 主軸箱是繞線機(jī)的主要部件之一，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用變頻電機(jī)、編碼器等元件，通過(guò)聯(lián)軸器與主軸組件主軸相連接。主軸箱主要 用于為主軸的旋轉(zhuǎn)提供動(dòng)力，并可以通過(guò)變頻器調(diào)節(jié) 電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)主軸回 轉(zhuǎn)的控制。主軸箱采用5號(hào)鋼焊接的增長(zhǎng)，寬度和高度分別為1500mm，1000mm，矩形框2200mm。由于主軸箱安裝電機(jī)等部件，所以，在主軸箱中要有相應(yīng)的安裝支撐。支持支持表是5號(hào)鋼的焊接，焊接厚度為10mm以上的板，并在上面打安裝定位螺栓連接孔來(lái)調(diào)整電機(jī)的位置。從而使主軸的核心模式旋轉(zhuǎn)使纖維纏繞。傳動(dòng)帶用于主軸箱驅(qū)動(dòng)的變頻電機(jī)和主軸。皮帶具有良好的彈性和彈性，傳動(dòng)過(guò)程平穩(wěn)，可減少機(jī)械在工作過(guò)程中的振動(dòng)和沖擊，可起到過(guò)載保護(hù)；帶傳動(dòng)中心的距離可以更大，能適應(yīng)不同中心距離的要求。在卷繞機(jī)的卷繞過(guò)程中，通過(guò)控制系統(tǒng)、變頻器和編碼器組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速的控制。編碼器安裝在主軸的軸端，主軸轉(zhuǎn)速的信息實(shí)時(shí)采集，信息反饋到控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)通過(guò)編碼器計(jì)算返回脈沖信號(hào)來(lái)確定主軸的轉(zhuǎn)速，并與設(shè)定轉(zhuǎn)速相比，從而對(duì)電機(jī)變頻器發(fā)出指令，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變頻調(diào)速電機(jī)，從而滿足繞組的需要。主軸箱及其內(nèi)部元器件如圖2-2所示。 圖2-2 主軸箱 2.3纖維纏繞機(jī)行走小車設(shè)計(jì) 在卷繞過(guò)程中，小車的主要作用是在小車的運(yùn)動(dòng)中起到支撐作用。小車的支架長(zhǎng)度為2.5 m。小車支架如圖2-3所示。 圖2-3 小車支架 繞線機(jī)是機(jī)械繞線的核心部分，紡紗機(jī)的繞線機(jī)、伸縮機(jī)構(gòu)、卷繞機(jī)的張力控制機(jī)構(gòu)是一個(gè)重要的組成部分，位于汽車上，如圖2-4所示。設(shè)計(jì)行走小車主要考慮以下幾方面的因素： (1) 為了滿足繞線角的要求，需要在工作過(guò)程中保持準(zhǔn)確、穩(wěn)定的平均傳動(dòng)比要求，以滿足汽車的繞線要求。； (2) 旋轉(zhuǎn)頭伸縮和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，張力檢測(cè)控制機(jī)構(gòu)，膠水浸漬槽，膠水等具有一定的重量，所以汽車可以承受一定的負(fù)荷； (3) 該車的結(jié)構(gòu)合理，使紗線在各種機(jī)制中都能順利滑動(dòng)，減少了不必要的摩擦，并對(duì)紗線的損傷機(jī)理產(chǎn)生了不必要的損害。 (4) 由于繞線管的特殊性質(zhì)，使其具有一定的距離，此外，汽車的長(zhǎng)期工作環(huán)境也相對(duì)較差。 汽車采用的是驅(qū)動(dòng)螺桿傳動(dòng)，相比于螺桿傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)，使得安裝精度不太嚴(yán)格要求和螺桿驅(qū)動(dòng)可以在較低成本下實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離傳動(dòng)：并與變速器和螺桿傳動(dòng)相比，由伺服電機(jī)與減速器相連，將繞線行走小車的功率和減速器連接在一起，將其與絲杠連接，以使其在行走小車上有一個(gè)傳遞扭矩的能力。繞線由計(jì)算機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)伺服電機(jī)的速度，汽車本身攜帶編碼器可以汽車運(yùn)動(dòng)速度和其他信息。通過(guò)計(jì)算機(jī)和控制汽車的伺服電機(jī)和主軸伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，以保證繞線過(guò)程中的模芯和一個(gè)鋪頭速度比，從而保證繞組的角度。 圖2-4 纏繞行走小車 2.4吐絲頭伸縮機(jī)構(gòu) 為了使旋轉(zhuǎn)頭的軌跡，曲線對(duì)應(yīng)的設(shè)置，繞線機(jī)增加了旋轉(zhuǎn)頭的伸縮機(jī)構(gòu)，以滿足復(fù)雜的彎曲表面頭部傷口，在平面垂直于主軸的要求的位移。在該系統(tǒng)中，選擇了滾珠絲杠的線性模塊，在長(zhǎng)時(shí)間的摩擦下保持較高的精度，能承受較大的切向載荷，易于裝配，具有良好的兼容性。線性模塊的鋪設(shè)頭伸縮機(jī)構(gòu)更靈活。將鋪設(shè)伸縮機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組合在一起，可以有效地節(jié)省空間，如圖2-5減少其他機(jī)構(gòu)的支持，減輕汽車重量，提高精密卷繞。為了保證紡絲頭的運(yùn)動(dòng)精度，選擇HIWIN直線導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)和模型選擇kk86導(dǎo)軌和導(dǎo)距離10mm。線性模塊導(dǎo)軌的選擇原則如下： 1)線性導(dǎo)軌額定壽命長(zhǎng)度計(jì)算公式： L=ftfw?CPn3×50km (2-1) 式中：L-額定 壽命長(zhǎng)度(km)；C-額定 動(dòng)載荷(N)；Pn-導(dǎo)軌 工作載荷(N)；ft-接觸 系數(shù)，一般取1.0；fw-負(fù)載系數(shù)，取1.0～1.5。 2)線性導(dǎo)軌額定壽命旋轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)算公式： L=1fw?CaPa,n3×106rev （2-2） 式中：L-額定壽命 (旋轉(zhuǎn)圈數(shù))；C-額定動(dòng) 載荷(N)；Pa,n-軸向工作 載荷(N)；fw-負(fù)載系數(shù)，取1.0～1.5。 2.5張力檢測(cè)控制機(jī)構(gòu) 2.5.1測(cè)力機(jī)構(gòu) 在卷繞過(guò)程中，纖維的張力是指從卷到卷繞的纖維的張力，由卷繞的芯模的整個(gè)形成過(guò)程。張力對(duì)卷繞過(guò)程中紗線的量有很大的影響，產(chǎn)品外觀的光潔度，產(chǎn)品的連續(xù)性，穩(wěn)定性和機(jī)械性能的影響。在卷繞機(jī)中間，將張力傳感器的紗線張力檢測(cè)元件安裝在導(dǎo)絲引導(dǎo)機(jī)構(gòu)的中間，靠近核心模式的位置，可實(shí)時(shí)檢測(cè)紗線張力，并將信息反饋給控制系統(tǒng)。紗線張力控制機(jī)構(gòu)主要采用磁粉制動(dòng)器，在紗線進(jìn)入紗導(dǎo)紗機(jī)構(gòu)中，在擠壓機(jī)構(gòu)上安裝，既能實(shí)現(xiàn)張力的控制，又能控制紗線中的膠量。 本文采用雙紗導(dǎo)輥和一個(gè)測(cè)量輥組成的三角形壓縮力測(cè)量裝置，將光纖的張力傳遞給測(cè)量輥上的壓力，然后用壓力傳感器來(lái)檢測(cè)壓力。 導(dǎo)紗和測(cè)卷機(jī)之間的安裝角度為0度，即光纖與平行軸的傳感器，橫向力不，壓力傳感器可以敏感的檢測(cè)的張力增加，所以壓力傳感器的壓力傳感器和實(shí)際張力相等，從而避免角度計(jì)算造成的計(jì)算誤差，減少的計(jì)算和計(jì)算時(shí)間量，提高實(shí)時(shí)控制并降低該裝置的制造成本。使用輥和軸承座之間的線性負(fù)載，以減少所造成的不平衡力的負(fù)荷在輥和摩擦測(cè)量力偏轉(zhuǎn)的兩端，從而降低了測(cè)量誤差，提高測(cè)量精度。 2.5.2傳感器 使用bhr-23式負(fù)荷 傳感器華東電子儀器廠在這個(gè)項(xiàng)目。傳感器的類型是通過(guò)施加一組激勵(lì)電壓，改變的重量或力的變化的輸出電壓成正比的轉(zhuǎn)換器。型bhr-23式負(fù)荷 傳感器具有以下特點(diǎn)： 1）該裝置采用密封和填充氮?dú)獾慕Y(jié)構(gòu)，使傳感器和彈性體部分和應(yīng)變片和穩(wěn)定的大氣中的部分內(nèi)補(bǔ)償元件。 2）bhr-23型傳感器具有雙層膜結(jié)構(gòu)，提高了傳感器的負(fù)載電阻的性能，并具有較高的精度。 3）該傳感器采用高性能應(yīng)變儀和補(bǔ)償膜，具有良好的穩(wěn)定性。 4）在電路中采用了多種補(bǔ)償措施，使電路的性能得以維持在很寬的溫度范圍內(nèi)。 2.5.3磁粉制動(dòng)器 磁制動(dòng)器是電磁制動(dòng)器，它是通過(guò)在轉(zhuǎn)子和通過(guò)在磁場(chǎng)的嵌套循環(huán)的電激勵(lì)所述定子線圈，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)體之間通過(guò)的磁力的組合和磁性粒子的運(yùn)動(dòng)部件的摩擦扭矩傳遞連接在一起。 磁粉制動(dòng)器具有以下特點(diǎn)： 1）勵(lì)磁 電流傳遞/制動(dòng) 力矩具有良好的線性關(guān)系，并且可以很好的轉(zhuǎn)矩控制。 2）由勵(lì)磁電流控制、速度、相對(duì)速度等因素限制，并與其它因素?zé)o關(guān)，轉(zhuǎn)矩控制的準(zhǔn)確性。 3）散熱結(jié)構(gòu)合理，散熱量大，散熱結(jié)構(gòu)允許在連續(xù)滑動(dòng)狀態(tài)下運(yùn)行。 4）時(shí)間短，轉(zhuǎn)矩時(shí)間常數(shù)小，響應(yīng)速度快，組合和分離穩(wěn)定，無(wú)沖擊，無(wú)振動(dòng)，無(wú)噪音。 5）空載切換力矩小，性能好，操作方便，準(zhǔn)確可靠。 圖2-6 磁粉 制動(dòng)器原理圖 2.6主軸與糾偏機(jī)構(gòu) 主軸具有支撐和驅(qū)動(dòng)的功能，主軸與主軸箱通過(guò)萬(wàn)向聯(lián)軸器連接，主軸的旋轉(zhuǎn)速度通過(guò)控制主軸箱中的電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)控制。因?yàn)楣艿喇a(chǎn)品具有很長(zhǎng)的特性，所以要求主軸具有一定的長(zhǎng)度。為了保證卷繞過(guò)程中玻璃纖維制品的卷繞精度，減小主軸自重的影響，在保證主軸剛度的前提下，將主軸加工成一個(gè)空心軸。主軸的定位主要取決于軸的位置和支撐。主軸支承在繞線機(jī)工作過(guò)程中，以支持主軸和主軸的作用為核心，以便使主軸模型更好的工作。主軸及主軸支架分別如圖2-7所示。 2.6.1纖維帶跑偏的原因 纖維和行走的導(dǎo)輥，纖維帶和在一定范圍內(nèi)的輥面接觸和摩擦，然后在纖維上的點(diǎn)，并且在垂直于輥?zhàn)拥闹行木€，皮帶張力均勻分布的纖維，如圖2-8（a）所示。當(dāng)光纖帶背襯輥，垂直于與滾筒的中心軸線的纖維運(yùn)行。 當(dāng)在導(dǎo)輥行走的時(shí)候，內(nèi)邊界摩擦如果彼此平行，所述光纖帶和導(dǎo)輥軸之間的輥接觸，以及纖維橫截面直，厚度均勻，在纖維上的應(yīng)變分布均勻，從而使纖維步行上會(huì)有一個(gè)輥，它可保持在操作，而輥?zhàn)拥闹行牡臋M向位移“偏差”。但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)各種外界干擾的在纖維上的正常行走，從而使偏差纖維帶。當(dāng)在圖2-8（b）所示所示的偏差纖維帶的拉伸應(yīng)力的分布。 圖2-8 纖維帶上的張力分布 圖中顯示，當(dāng)英利光纖帶的偏差分布不均勻時(shí)，一個(gè)大、一個(gè)小。而光纖帶將偏移到一個(gè)側(cè)面的張力，造成偏差。沿導(dǎo)輥寬度方向由皮帶張力引起的力的影響。在相同的摩擦條件下，纖維的張力小，壓力小，摩擦小，拉力大，壓力大，摩擦力大。因此在相同的力下，與纖維是由摩擦小的側(cè)邊運(yùn)動(dòng)的摩擦，是由張力側(cè)的張力側(cè)的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致偏差。由偏差的纖維帶張力分布，方向和在不平衡張力的影響是繞點(diǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，由于方向和固定在支架上，使纖維與轉(zhuǎn)向正確的方式獲得的瞬態(tài)平衡偏差。 2.6.2纖維帶糾偏的可行性 纖維帶跑偏后的受力狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如圖2-9所示 （a）從力學(xué)角度分析 （b）從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度分析 圖2-9 纖維帶糾偏的可行性 圖2-9（a）是從力學(xué)的角度 分析可糾偏性的。當(dāng)纖維向右轉(zhuǎn)偏差時(shí)，糾偏輥向右轉(zhuǎn)，纖維帶由輸送方 向和相反的摩擦F。沿水平方向 與輥中心線垂直方向的分解，并得到的力為Fx、Ft，在何處為導(dǎo)向的 修正和旋轉(zhuǎn)的切向分量，使纖維向左移動(dòng)部件，即為校正力。他們的大小為： Ft=FsecαFx=Ftanα (2-1) 圖2-9（b）是從運(yùn)動(dòng)學(xué)的角度加以分析的。纖維帶的 跑偏，滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦力矩在FtR，切向 速度Vt。Vt可以分解為V和Vx沿垂直方 向和水平方向，其中V是光纖帶的速度，和Vx是運(yùn)動(dòng)纖維的 正常位置的速度。它們的大小為： V=VtcosαVx=Vtsinα (2-2) 所以無(wú)論從 力學(xué)角度還是從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度出發(fā)，對(duì)光纖的 帶偏差進(jìn)行校正，即對(duì)側(cè)傾角的偏差進(jìn)行校正。 2.6.3糾偏控制系統(tǒng)原理 通過(guò)上面的分析，我們知道，偏差的原因是不統(tǒng)一由于引起纖維帶的緊張情緒，這股力量是根本原因偏差造成的。目前，為了解決在生產(chǎn)方法中使用的偏差，因?yàn)樗遣荒芎?好地與纖維張力保持平衡，所以整流 的實(shí)際效果并不十分理想。在這篇文章中，我們使用邊緣控制技術(shù)更先進(jìn)的位置，纖維膠帶偏差數(shù)據(jù)調(diào)制型光電傳感器采用MCS-51單片機(jī)控制系統(tǒng)的分析和比較數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，通過(guò)調(diào)整位置校正收集手段，調(diào)節(jié)皮帶的張力，實(shí)現(xiàn)了正確的光纖自我 - 平衡法。 單片機(jī)控制系統(tǒng)主要是模糊 控制和程序模塊和輸入輸出接口電路控制;驅(qū)動(dòng)模塊包括一個(gè)脈沖發(fā)生器，脈沖分配器和功率放大器，脈沖發(fā)生步驟和方向和速度由軟件實(shí)現(xiàn)時(shí)，大大提高了控制系統(tǒng)的靈活性;傳輸 主驅(qū)動(dòng)電機(jī)和螺栓連接不只是推出并通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分析采樣數(shù)據(jù)糾正，命令步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)輥轉(zhuǎn)動(dòng)整頓一定角度，纖維張力分布平衡區(qū)，從而達(dá)到校正檢測(cè)的目的傳感器；采用紅外光電傳感器gd-8a調(diào)制，降低干燥系統(tǒng)干擾的外部來(lái)源。 2.6.4糾偏控制系統(tǒng)模型 通過(guò)上述 分析，對(duì)智能控制系統(tǒng)的工 作原理進(jìn)行了分析，糾偏控制 系統(tǒng)的功能方框圖如圖2-10所示。 圖2-10 糾偏系統(tǒng)的控制方框圖 圖2-10 糾偏原理 通過(guò)分析，我們知道只要輥矯偏 側(cè)傾角可以正確地對(duì)光纖 的偏差進(jìn)行校正。由圖2-10可知，當(dāng)糾偏輥 前傾一角度α?xí)r，總摩擦力F所產(chǎn)生 的糾偏力為Fx=Ftanα，在α角度 較小的情況下有Fx≈F?α，而纖維帶橫 向位移量隨著糾偏力Fx作用時(shí)間而增加，即?x=0tF?αdt，它被認(rèn)為是在本質(zhì)上的偏差校正輥是一個(gè)不可分割的一部分。步進(jìn)電機(jī)和傳 動(dòng)系統(tǒng)，我們近似的 慣性環(huán)節(jié)。由此我們可以得到糾偏 系統(tǒng)的功能方框圖如圖2-11所示。 圖2-11 糾偏控制 系統(tǒng)功能方框圖 由中間電路向步進(jìn) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源控制信號(hào)的脈 沖數(shù)字信號(hào)，所以該系統(tǒng)應(yīng)被視為一個(gè)非 線性系統(tǒng)。三位繼電器與死區(qū)的 描述功能可以用控制理論來(lái)描述： NX=4MπX1??2X?1NX =?πX4M11??X2 總的傳遞函數(shù)為： Gs=G1G2H1=K1K2T1sT2s+1 即：Gjω=K1K2T1jωT2jω+1 式中：k1——傳感器的放大倍數(shù)； k2——電機(jī)、放大器及 絲杠總的放大倍數(shù)； ?——死區(qū)寬度； T1、T2——時(shí)間常數(shù)。 求出本系統(tǒng)的 有關(guān)參數(shù)代入上式，并作出 ?1NX和 Gjω曲線，不管 T1、k1、k2以及 ?等于多少，Gjω 穿過(guò)負(fù)實(shí)軸的點(diǎn)落 在?π?/2的右側(cè)，兩者不能相交，因而不會(huì)出現(xiàn)極限環(huán)。這時(shí) ?1NX位于 Gjω 的左側(cè)，系統(tǒng)是穩(wěn)定的。在實(shí)際操作中，纖維或小的偏差理論。因?yàn)殛P(guān)系是基于一個(gè)90度的纖維帶和輥，而事實(shí)上，該光纖帶輥曲線是大于90。因?yàn)閮蓚€(gè)非平行于滾筒不均勻纖維磁帶張力，拉伸應(yīng)力變大的一面，而在拉應(yīng)力的另一側(cè)變化不大與光纖的中心線是彎曲的，因此，在實(shí)際量之間的偏差減小，所以一般的類型也乘以一個(gè)校正因子的是。 2.6.5步進(jìn)電機(jī)的選型 步進(jìn)電機(jī) 控制是工業(yè)控制 和儀器儀表的主要內(nèi)容之一。在這個(gè)系統(tǒng)中，該角度可以通過(guò)螺釘被轉(zhuǎn)換成線性位移。由于步進(jìn)電機(jī)元素顯著的特點(diǎn)是能夠快速啟動(dòng)，精度高。在非重載，電機(jī)速度和停止位置僅取決于頻率和脈沖信號(hào)的數(shù)目，而不管負(fù)載的變化，即馬達(dá)和一個(gè)脈沖信號(hào)，電動(dòng)機(jī)是一步一步的角度。這樣的線性關(guān)系的存在，和步進(jìn)馬達(dá)僅周期性誤差和累積誤差。它可以很容易地控制在速度，位置等的領(lǐng)域中的步進(jìn)電機(jī)的控制。根據(jù)電機(jī)的結(jié)構(gòu)可以分為三大類： （1）可變磁阻式（VR型）：基于轉(zhuǎn)子的軟鐵的加工成齒，當(dāng)有沒(méi)有激勵(lì)電壓對(duì)定子線圈，保持 轉(zhuǎn)矩為零，所以轉(zhuǎn)子 慣性小，響應(yīng) 速度快，但允許 負(fù)載慣性小，步進(jìn)角 通常為15度。 （2）永久磁鐵式（PM型）：轉(zhuǎn)子由永磁體組成，軸向磁化方向?yàn)檩S向磁化，無(wú)勵(lì)磁轉(zhuǎn)矩控制。根據(jù)轉(zhuǎn)子材料，步進(jìn)角度是45度，90度和7.5度，11.25度，15度，18度，等。 （3）混合式 （HB型）：轉(zhuǎn)子由軸向 磁化的磁鐵，使復(fù)極形 狀極，和可變磁阻步進(jìn)電機(jī)、永磁式步進(jìn)電 機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，精度高，扭矩大，步進(jìn)角。目前，在市場(chǎng)上使用的步進(jìn)電機(jī)的工業(yè)是最常見(jiàn)的混合模式。 步進(jìn)馬達(dá)可以被分為兩種類型的反應(yīng)性和電感性的。反應(yīng)步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，與反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)用永久磁鐵轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的常規(guī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)感應(yīng)相比，工作點(diǎn)，以提供一個(gè)軟磁性材料，而定子勵(lì)磁只是提供磁場(chǎng)的變化而無(wú)需提供能量，使電機(jī)具有高效率、小電流、低熱量。由于永磁體的存在，電機(jī)具有很強(qiáng)的反電動(dòng)勢(shì)，其自身的阻尼效應(yīng)比較好，所以在運(yùn)行過(guò)程中，低噪聲、低頻振動(dòng)是相對(duì)穩(wěn)定的。感應(yīng)步 進(jìn)電機(jī)可分為兩相電機(jī)、三相電機(jī)、四相電機(jī)、五相電機(jī)等。電機(jī)的外徑）可分為42BYG（BYG歸納成機(jī)器代碼），57byg，86byg，110byg，像70byg，90byg，130byg等國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)。 本控制系統(tǒng) 使用反應(yīng)式三相 45BF003 型步進(jìn)電機(jī)，步距角為 1.5°/3°，所需外部電壓為 60V，電流2A，保持轉(zhuǎn)矩0.196Kg·cm，它的外形尺寸如圖2-12所示。 圖2-12 步進(jìn)電機(jī)的外形尺寸 2.7熱壓輥結(jié)構(gòu)及壓力系統(tǒng)設(shè)計(jì) 卷繞壓力應(yīng)用方式采用壓輥和芯模對(duì)輥，并將氣缸用壓輥施加到卷繞纖維帶上。 2.7.1壓力系統(tǒng)設(shè)計(jì) 壓力施加機(jī)構(gòu)，采用氣動(dòng)、液壓、電氣和機(jī)械等多種方式，其中液壓伺服、氣壓伺服壓力最常用的方式，在不同應(yīng)用中伺服壓力的優(yōu)缺點(diǎn)。 氣動(dòng)執(zhí)行器輸出力的機(jī)制有一個(gè)適度，遠(yuǎn)程控制和信號(hào)傳輸具有施工方便、維護(hù)簡(jiǎn)單、泄漏，這些缺點(diǎn)可以用于控制閥門的開(kāi)度打開(kāi)或其他形式來(lái)增加系統(tǒng)的阻尼比。同時(shí)，隨著氣體壓力的增加，即高壓氣體、氣動(dòng)功率的環(huán)路補(bǔ)償方法的改進(jìn)。而其泄漏不會(huì)影響環(huán)境，不會(huì)造成繞組的產(chǎn)品報(bào)廢（氣源必須采用除油和天然氣）的優(yōu)點(diǎn)，繞組設(shè)備尤為重要。 表2-1 氣動(dòng)技術(shù)與其他控制技術(shù)的性能比較 對(duì)比性能 執(zhí)行元件的輸出力 動(dòng)作快慢 負(fù)載變化的影響 工作環(huán)境條件 無(wú)級(jí)調(diào)速 遠(yuǎn)距離控制能力 信號(hào)傳遞 外泄漏影響 構(gòu)造 工作壽命 維護(hù) 價(jià)格 氣動(dòng) 中等 較快 大 適應(yīng)性強(qiáng)、可用于易燃、易爆、多塵、潮濕、沖擊的惡劣環(huán)境 較好 中距離 較易 不污染環(huán)境 簡(jiǎn)單 長(zhǎng) 簡(jiǎn)單 低廉 液壓 最大 較慢 小 不怕震 良好 短距離 較難 污染環(huán)境、易燃 復(fù)雜 一般 復(fù)雜 較貴 電控 電器 中等 快 幾乎沒(méi)有 要求高 良好 遠(yuǎn)距離 最容易 漏電影響安全 最復(fù)雜 短 最復(fù)雜 最貴 電子 最小 最快 沒(méi)有 要求最高 良好 遠(yuǎn)距離 最容易 漏電影響安全 最復(fù)雜 短 最復(fù)雜 最貴 機(jī)械 較大 一般 沒(méi)有 一般 困難 短距離 最難 —— 一般 一般 簡(jiǎn)單 一般 表2-1的性能的各種控制方法的比較，用繞線機(jī)的氣動(dòng)伺服控制系統(tǒng)作為項(xiàng)目纏繞壓力控制系統(tǒng)的特殊特性的實(shí)際工作相結(jié)合。 2.7.2加熱裝置 該加熱裝置是將預(yù)浸膠帶的功能在模具的前端，以快速加熱至熔融狀態(tài)，以保證模具的周圍的致密配合，否則將分離層分離，不能形成一個(gè)整體。加熱裝置是最難設(shè)計(jì)和移動(dòng)短時(shí)間加熱熔化狀態(tài)時(shí)繞組的預(yù)浸纖維蛋白凝膠易傷。然而，加熱溫度不能太高，以防止熔融樹(shù)脂纖維與燒焦的。 由于繞組 的空間很小，難度越來(lái) 越大的機(jī)構(gòu)，所以施加的壓 力的使用，在其內(nèi)部的電線安裝，電熱絲發(fā) 熱采用壓輥表熱，外界的壓力和表面溫度，使在壓力和預(yù)浸帶熔軟接頭（圖2-13）。該集成穩(wěn)壓器塊設(shè)備是用來(lái)控制加熱和調(diào)整到最佳繞組溫度（室溫至120度）。 圖2-13 熱壓輥結(jié)構(gòu)示意圖 2.7.3溫度傳感器 溫度傳感器是一種用于測(cè)量溫度變化的物理參數(shù)（如幾何尺寸、壓力、電阻、熱電勢(shì)、輻射強(qiáng)度等）的裝置。常用的溫度檢測(cè)元件如表2-2。 表2-2 常用的溫度測(cè)量元件 種類 原理 特點(diǎn) 適用范圍 熱電阻 物質(zhì)的電阻隨環(huán)境溫度變化而變化 精度高 熱電偶 利用熱電效應(yīng) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量范圍寬，不需測(cè)量電路，但穩(wěn)定性差 中高溫區(qū) 熱敏電阻 半導(dǎo)體材料電阻率隨溫度變化而變化 靈敏度高、響應(yīng)速度快，分辨率高，形小體輕，但互換性差，測(cè)量范圍小 遠(yuǎn)距離測(cè)量 輻射式高溫計(jì) 將輻射能轉(zhuǎn)換成電信號(hào) 測(cè)溫上限高，響應(yīng)迅速，但精度低 腐蝕性高純物體及運(yùn)動(dòng)物體 因?yàn)樵诶w維纏繞設(shè)備的加熱預(yù)浸料沒(méi)有經(jīng)過(guò)酚醛樹(shù)脂纖維加熱熔融狀態(tài)，在纏繞過(guò)程中纖維一直處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。因此，我們需要溫度傳感器具有良好的物理和化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧能力強(qiáng)，同時(shí)，它應(yīng)該具有測(cè)量范圍寬，精度高，線性度和良好的特點(diǎn)。 電阻溫度傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)是： （1）測(cè)量精度高，對(duì)溫度不敏感。； （2）具有較大的測(cè)量范圍，靈敏度高； （3）線性度好，易于自動(dòng)測(cè)量。 為了滿足上述要求，制造純金屬材料往往采用電阻，特別是鉑、銅、鎳等，其中鉑的主要優(yōu)點(diǎn) 是物理和化學(xué)性質(zhì)非常 穩(wěn)定，耐氧化 能力強(qiáng)，在較寬 的溫度范圍內(nèi)可 以保持上述性能，在一定溫度范圍內(nèi)具有良好的線性度。因此，本課題將使用指數(shù)為PT100鉑電阻作為溫度傳感器的系統(tǒng)，同時(shí)根據(jù)0 ~ 120℃測(cè)量繞組溫度范圍的要求。  第3章 纏繞系統(tǒng)仿真 3.1計(jì)算機(jī)仿真概述 數(shù)字仿真起源于二十世紀(jì)80年代初，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的過(guò)程中發(fā)生了顯著變化，通過(guò)連續(xù)的系統(tǒng)研究對(duì)象逐漸轉(zhuǎn)向離散系統(tǒng)，并注意建立系統(tǒng) 模型和仿真結(jié)果分析 計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果更接近真實(shí)世界。機(jī)械設(shè)計(jì)，采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，完成三維建模系統(tǒng)，裝配和整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)仿真。通過(guò)該系統(tǒng)的三維模型的圖像，我們可以清楚地看到，整個(gè)系統(tǒng)滿足預(yù)定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，是否有問(wèn)題的運(yùn)動(dòng)部件之間??的干擾，提出改進(jìn)措施。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)于提高機(jī)械設(shè)計(jì)效率，設(shè)備的研發(fā)速度的成套是非常重要的。 基于SolidWorks，紙完成整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和繞線絡(luò)筒機(jī)部件?；赟olidWorks參數(shù)上鏈機(jī)芯，系統(tǒng)。通過(guò)模擬繞組的運(yùn)動(dòng)，繞組可以在由力，加速度，速度，位移和卷繞軌道的各種自由度來(lái)計(jì)算。這些參數(shù)可以是可視呈現(xiàn)的圖形或動(dòng)畫的形式。與這些參數(shù)的動(dòng)畫圖像和可視圖像，就可以在一個(gè)紡絲頭，小車，主軸運(yùn)動(dòng)分析，這可能在的判定的問(wèn)題和包裝線的過(guò)程中出現(xiàn)的，以滿足產(chǎn)品的要求判斷可能的問(wèn)題。因此，有可能實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題，繞線機(jī)，該原型可預(yù)先獲得卷繞機(jī)之前可以找到，并且可以使該實(shí)驗(yàn)以確定卷繞參數(shù)的產(chǎn)品的生產(chǎn)，最小產(chǎn)品前的質(zhì)量。目的提高時(shí)間繞線機(jī)和行參數(shù)。 3.2纏繞系統(tǒng)模型的構(gòu)建 使用SOLIDWORK繞組仿真建模系統(tǒng)，可以直接調(diào)用solidworksmotion插件來(lái)模擬曲折的過(guò)程系統(tǒng)。然而，由于在創(chuàng)建整個(gè)仿真系統(tǒng)的繞組的數(shù)量過(guò)多，則一部分，該部分是太復(fù)雜了，對(duì)于直接模擬整個(gè)繞組系統(tǒng)。目前，電腦無(wú)法完成整個(gè)系統(tǒng)的纏繞工藝模擬。因此，為了更好地利用在計(jì)算機(jī)模擬過(guò)程資源來(lái)完成，需要減少部件的數(shù)量和系統(tǒng)的部件的數(shù)量，為簡(jiǎn)化模擬系統(tǒng)繞組之間。簡(jiǎn)化的模擬系統(tǒng)模擬過(guò)程不影響繞組，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)化的模擬系統(tǒng)和完整的系統(tǒng)是完全一樣的。從而簡(jiǎn)化了模擬系統(tǒng)纏繞，以保持整個(gè)系統(tǒng)的主要機(jī)構(gòu)：支持主軸，芯模主軸，手推車，手推車架，鋪設(shè)頭縮回機(jī)構(gòu)。纏繞工藝設(shè)備主要依賴于支持與這些組織合作。卷繞系統(tǒng)簡(jiǎn)化現(xiàn)有的機(jī)構(gòu)不僅可以模擬纏繞工藝，并能節(jié)省計(jì)算的電腦。 經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化的系統(tǒng)的建設(shè)，新的系統(tǒng)將被保存，為未來(lái)的繞組仿真系統(tǒng)的核心模型準(zhǔn)備。 經(jīng)過(guò)多次循環(huán)后的繞組卷繞系統(tǒng)將模擬過(guò)程結(jié)束，但由于曲折的過(guò)程，計(jì)算和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)龐大，需要記住每一時(shí)刻各運(yùn)動(dòng)副零部件的速度，位置和其他相關(guān)信息，從而模擬時(shí)間計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量越多，占用的計(jì)算機(jī)內(nèi)存可能最終導(dǎo)致SolidWorks的出現(xiàn)自動(dòng)關(guān)閉內(nèi)存已用完。為了避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，提出了模擬的線性設(shè)置一定的圓，要求，以滿足視圖線和鋪設(shè)頭速度的關(guān)鍵點(diǎn)，也可以充分利用計(jì)算機(jī)內(nèi)存資源來(lái)完成繞組過(guò)程模擬。 在繞組端部的過(guò)程中，繞組的轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定等，很容易引起線的現(xiàn)象，因此在繞組過(guò)程中不能發(fā)生轉(zhuǎn)速抖動(dòng)現(xiàn)象。在頭部的 位移和速度運(yùn)動(dòng) 曲線的頭部傷口的過(guò)程中如圖 3-1(a)、圖 3-1(b)所示。 圖3-1 吐絲頭伸出臂位移與速度曲線 從圖中可以看出，在繞線過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的鋪設(shè)頭，無(wú)速度突變情況。將頭伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，繞組頭需要一個(gè)自由度，旋轉(zhuǎn)頭繞組速度穩(wěn)定，減少紗線的實(shí)際卷繞過(guò)程，紗線的斷裂情況對(duì)卷繞過(guò)程有重要意義 提供良好的基礎(chǔ)。 速度是鋪設(shè)在頭部傷口的頭的過(guò)程在圖3-2中曲線所示，紡絲速度汽車速度和鋪放頭臂的運(yùn)動(dòng)速度運(yùn)動(dòng)的合成速度圖可以看到從線，落紗點(diǎn)移動(dòng)速度一直處于穩(wěn)定的突變，可以更好地完成繞組的過(guò)程。 圖3-2 吐絲頭速度隨時(shí)間變化曲線  總結(jié) 本文的主要任務(wù)是針對(duì)目前繞線機(jī)的多功能性的現(xiàn)狀，一般都沒(méi)有很強(qiáng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)前兩個(gè)自由度機(jī)械繞線機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)成本相對(duì)較低的模型，用三度自由度的纖維纏繞機(jī)。該繞線機(jī)可實(shí)現(xiàn)錐、壓力容器、管道等一些常見(jiàn)的鐵芯繞組，具有較廣泛的通用性和開(kāi)發(fā)的卷繞機(jī)，可大幅降低生產(chǎn)纖維制品的成本，對(duì)推動(dòng)卷繞機(jī)的開(kāi)發(fā)具有一定的作用。本文的主要工作為： (1) 通過(guò)了解相關(guān)文獻(xiàn)，了解纖維纏繞機(jī)的歷史，主要繞線機(jī)的類型和發(fā)展，未來(lái)趨勢(shì)和繞線機(jī)等方面的當(dāng)前狀態(tài)。 (2) 本文介紹了總體設(shè)計(jì)方案和三軸聯(lián)動(dòng)纖維纏繞機(jī)的主要部件的設(shè)計(jì)理念，引入了繞線機(jī)，智能校正系統(tǒng)和熱壓的操作模式的張力控制系統(tǒng)。 (3) 基于SolidWorks的運(yùn)動(dòng)參數(shù)插上仿真系統(tǒng)絡(luò)筒機(jī)，構(gòu)建交互式界面，完成卷繞過(guò)程模擬分析，通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)不足，提高了繞線機(jī)的設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)可以提供幫助。  致謝 在這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)間我最想感謝我的導(dǎo)師XXX。在設(shè)計(jì)過(guò)程中也遇到了很多不明白的問(wèn)題，教師XXX利用個(gè)人休息的時(shí)間幫我來(lái)分析這個(gè)問(wèn)題，并提出了許多寶貴建議，為我的畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成奠定了良好的基礎(chǔ)。在實(shí)習(xí)期間，XXX親自率領(lǐng)一個(gè)星期的實(shí)習(xí)大大拓寬了我們的視野，也讓我們有我們的設(shè)計(jì)理解設(shè)計(jì)感覺(jué)。接近尾聲時(shí)，XXX老師仔細(xì)閱讀我們的設(shè)計(jì)，很多地方提出有見(jiàn)地的修改意見(jiàn)，并在最初的設(shè)計(jì)糾正錯(cuò)誤，給了我們很大的幫助。 最后感謝母校的大力培養(yǎng)。  參考文獻(xiàn)： [1]劉道春．復(fù)合材料在高新技術(shù)中的地位與發(fā)展趨勢(shì)[J]．化學(xué)工業(yè)，2012，30(9)：33．37． [2]宋力聽(tīng)．航天材料發(fā)展趨勢(shì)分析，中國(guó)空間科學(xué)學(xué)會(huì)第七次學(xué)術(shù)年會(huì)[C]．大連：2009． [3]瑛琪，蓋登宇，宋以國(guó)，等．纖維纏繞技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]．材料導(dǎo)報(bào)，201 1，25(3)：110-1 13． [4]蘇峰，于柏峰，賀晶等．纖維纏繞設(shè)備的創(chuàng)新和發(fā)展[J]．纖維復(fù)合材料，2008(1)：49-5 1． [5]許家忠．內(nèi)固化高壓玻璃鋼管制造工藝及技術(shù)研究[D]．哈爾濱：哈爾濱理工大學(xué)，2007． [6]申濤．組合回轉(zhuǎn)體纏繞運(yùn)動(dòng)控制程序開(kāi)發(fā)[D]．哈爾濱：哈爾濱理工大學(xué)，2007． [7]陳靜．纖維纏繞機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[D]．天津：天津工業(yè)大學(xué)，2005． 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