纖維纏繞機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、說明書】【三維SolidWorks】
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機(jī)械學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)說明書題 目:纖維纏繞機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 專 業(yè): 班 級: 學(xué) 號: 學(xué)生姓名: 指導(dǎo)教師: 年 月 目錄ABSTRACT3摘要4第1章51.1引言51.2纏繞機(jī)國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r與趨勢51.2.1纖維纏繞機(jī)國外發(fā)展?fàn)顩r61.2.2纖維纏繞機(jī)國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r71.2.3纏繞機(jī)的主要結(jié)構(gòu)類型81.2.4纏繞機(jī)的發(fā)展趨勢101.3纖維纏繞工藝概述111.4課題研究的目的和意義131.5該課題的主要研究內(nèi)容13第2章 纖維纏繞機(jī)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)152.1纖維纏繞機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)152.2纖維纏繞機(jī)主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)162.3纖維纏繞機(jī)行走小車設(shè)計(jì)172.4吐絲頭伸縮機(jī)構(gòu)192.5張力檢測控制機(jī)構(gòu)202.5.1測力機(jī)構(gòu)202.5.2傳感器202.5.3磁粉制動器212.6主軸與糾偏機(jī)構(gòu)222.6.1纖維帶跑偏的原因232.6.2纖維帶糾偏的可行性242.6.3糾偏控制系統(tǒng)原理252.6.4糾偏控制系統(tǒng)模型252.6.5步進(jìn)電機(jī)的選型272.7熱壓輥結(jié)構(gòu)及壓力系統(tǒng)設(shè)計(jì)282.7.1壓力系統(tǒng)設(shè)計(jì)282.7.2加熱裝置312.7.3溫度傳感器31第3章 纏繞系統(tǒng)仿真333.1計(jì)算機(jī)仿真概述333.2纏繞系統(tǒng)模型的構(gòu)建33總結(jié)36致謝37ABSTRACT Composite material has high specific strength, high specific stiffness, light, heat, the ceiling wave characteristics is the development trend of the field of aerospace, defense, petroleum chemical industry, energy power major equipment in the new materials and new structure, is the key to weight loss, increasing efficiency and improving the performance. 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、國防、石油化工、能源動力等領(lǐng)域重大裝備新材料和新結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢,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)則纏繞在芯模或襯線,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)的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r,然后在Solidworks平臺下,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,但短短幾十年的時間。在過去的幾十年中,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,研究在各個領(lǐng)域各個行業(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??茖W(xué)家預(yù)測,在百年新世紀(jì)的,該復(fù)合材料來代替鋼作為最廣泛使用的。 在用于復(fù)合材料,復(fù)合材料的市場需求的快速增加,復(fù)合成型已限制的瓶頸的開發(fā)和應(yīng)用。在復(fù)合成型過程中,卷繞過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,使用長絲纏繞過程生產(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)國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r與趨勢 1947年世界上第一個二自由度由凱洛格公司繞線機(jī),率先推出了第一個大規(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)品變得越來越復(fù)雜,傳統(tǒng)的兩自由度機(jī)械纏繞機(jī)已無法滿足市場需求。為了提高生產(chǎn)效率纖維產(chǎn)品來滿足的纖維產(chǎn)品的需求,以產(chǎn)生復(fù)雜的形狀,我們開發(fā)了一種更先進(jìn)的纖維纏繞機(jī)。目前,國內(nèi)市場繞線機(jī)的主流機(jī)型,雖然仍有2自由度和三個自由度,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)國外發(fā)展?fàn)顩r 外國絡(luò)筒機(jī)的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個過程: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)時在軍中的主體作用。在1945,美國使用光纖纏繞技術(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專利,第一機(jī)械絡(luò)筒機(jī)1947年。自那時起,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)展是一個雙自由度繞線機(jī),主軸轉(zhuǎn)速和車速比齒輪傳動比。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,為了有一個更高性能的火箭發(fā)動機(jī),火箭發(fā)動機(jī),以滿足空間形態(tài)的特殊需求,開發(fā)了高精度數(shù)控繞線機(jī)。美國entee800麥克萊恩andersonw-18型和相對常規(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電位移控制脈沖信號應(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。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)算的長絲纏繞軌道所示,計(jì)算機(jī)將根據(jù)該方案的要求,通過控制伺服馬達(dá)驅(qū)動軸旋轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)卷繞過程。繞線機(jī),電腦存儲空間,各種存儲纏繞方案,并通過現(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,逐步開發(fā)出了更復(fù)雜的多自由度的繞線機(jī),現(xiàn)在國際計(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,更好地滿足社會生產(chǎn)我們需要在促進(jìn)社會發(fā)展中發(fā)揮更大的作用。1.2.2纖維纏繞機(jī)國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r 與西方國家相比,中國的發(fā)展繞線機(jī)起步較晚,20世紀(jì)50年代20年來,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,在同一時期,中國第一臺機(jī)纖維纏繞機(jī)由北京開發(fā)玻璃纖維研究所。北京玻璃鋼研究已成功開發(fā)并纏繞機(jī)中國第一家數(shù)字化控制程序,它是在繞線機(jī)歷史上的一個重要步驟。 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,中國縮小與發(fā)達(dá)國家的技術(shù)差距,以滿足自己的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國防建設(shè)的需要,開發(fā)了一個計(jì)算機(jī)控制纖維纏繞機(jī)作為國家快速發(fā)展的國家重點(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。 自那時以來,引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)的提高和自身科研實(shí)力,纖維纏繞技術(shù)在中國的發(fā)展更為迅速。它已經(jīng)逐漸從一開始就在多層次,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,由中國近年來生產(chǎn)的關(guān)鍵因素絡(luò)筒機(jī)卷繞張力是在長絲纏繞張力,樹脂含量,過程等一系列長絲纏繞質(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)用的角度來看,目前我國大部分國家,生產(chǎn)的產(chǎn)品是旋轉(zhuǎn)體組件的管道、儲罐和火箭殼等特殊場合在復(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)動滑架往復(fù)運(yùn)動的心軸芯模型驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,通過調(diào)整車輛和卷繞筒管的旋轉(zhuǎn)速度的軸的移動速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。繞線機(jī)擁有細(xì)長部件的范圍很廣,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)動臂的核心,驅(qū)動軸勻速旋轉(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)沿軌道車移動需要1周,心軸驅(qū)動軸的旋轉(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)具有四個自由度:繞線機(jī)電線端口旋轉(zhuǎn)軸偏轉(zhuǎn)運(yùn)動,旋轉(zhuǎn)軸,使用第四軸線口進(jìn)入運(yùn)動實(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。通過轉(zhuǎn)動控制心軸和導(dǎo)線嘴,通過調(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)動的運(yùn)動和旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,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,可以來回移動沿著心軸,完整縱向放置過程的軸線方向: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回移動以完成箍纏繞過程。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,在卷繞過程中,芯可旋轉(zhuǎn),可在軸向方向上往復(fù)運(yùn)動,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)動沿著蜿蜒。帶來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 (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。在繞制過程中,在光纖中的張力是更合理,纖維的強(qiáng)度,剛度優(yōu)勢將得到充分發(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發(fā)和改進(jìn)。 (3) 卷繞過程是由機(jī)器人和繞線機(jī)的組合來實(shí)現(xiàn)的。由于機(jī)器人可以靈活移動,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)。目前市場上流行的軟件由國外軟件為主,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程中的重要,它是纖維通過一定量的樹脂浸膠槽浸,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 量的樹脂膠中。濕的過程是曲折的,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 對于濕法 纏繞的過程,干燥過程是纖維纏 繞前的預(yù)浸膠的過程,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 半干制過程類似于干燥過程,而且纖維在預(yù)浸過程中先經(jīng)過浸漬處理,然后干燥,但干燥時間短于干燥過程。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)備全自動繞線,減少人工參與,卷繞速度,提高生產(chǎn)效率,產(chǎn)品型號可大量生產(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,無法適應(yīng) 市場需求。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)出一種價格相對較低,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該課題的主要研究內(nèi)容 (1) 以普通旋轉(zhuǎn)體和非旋轉(zhuǎn)體為研究對象,分析了核心模型的繞線過程。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)動過程。第2章 纖維纏繞機(jī)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 在市場上,對回轉(zhuǎn)體纖維產(chǎn)品的需求量不斷增加,對纖維纏繞機(jī)提出了更高的要求。為了滿足市場需求,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)的一個便宜,可以滿足繞組的繞組需要,是每個人的共同愿望。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)了各種型號的繞線機(jī),但其工作原理和繞線機(jī)結(jié)構(gòu),基本沒有根本改變。卷繞機(jī)的主要工作原理是:通過卷繞機(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,浸漬樹脂膠纖維按一定規(guī)律均勻地布置在芯模表面,然后通過模壓和固化得到穩(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) 提高張力檢測與控制系統(tǒng),能較好地控制纖維張力的卷繞過程,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) 自動化程度高,通過計(jì)算機(jī)控制各軸聯(lián)動,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)會自動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 力檢測與控制機(jī)構(gòu)、糾偏機(jī)構(gòu)。三軸聯(lián)動的纖維 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,在水平面上鋪設(shè) 頭臂伸縮運(yùn)動。通過計(jì)算機(jī)控制纖維纏繞機(jī)這三個自由度的自由度來完成卷繞過程的核心模型。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)提供動力,并可以通過變頻器調(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號鋼焊接的增長,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。傳動帶用于主軸箱驅(qū)動的變頻電機(jī)和主軸。皮帶具有良好的彈性和彈性,傳動過程平穩(wěn),可減少機(jī)械在工作過程中的振動和沖擊,可起到過載保護(hù);帶傳動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)的卷繞過程中,通過控制系統(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)時采集,信息反饋到控制系統(tǒng)??刂葡到y(tǒng)通過編碼器計(jì)算返回脈沖信號來確定主軸的轉(zhuǎn)速,并與設(shè)定轉(zhuǎn)速相比,從而對電機(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) 在卷繞過程中,小車的主要作用是在小車的運(yùn)動中起到支撐作用。小車的支架長度為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,需要在工作過程中保持準(zhǔn)確、穩(wěn)定的平均傳動比要求,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,減少了不必要的摩擦,并對紗線的損傷機(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,汽車的長期工作環(huán)境也相對較差。 汽車采用的是驅(qū)動螺桿傳動,相比于螺桿傳動和齒輪傳動,使得安裝精度不太嚴(yán)格要求和螺桿驅(qū)動可以在較低成本下實(shí)現(xiàn)長距離傳動:并與變速器和螺桿傳動相比,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)動速度和其他信息。通過計(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),以保證繞線過程中的模芯和一個鋪頭速度比,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,在長時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)軌額定壽命長度計(jì)算公式:L=ftfwCPn350km (2-1)式中:L-額定 壽命長度(km);C-額定 動載荷(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1.01.5。2)線性導(dǎo)軌額定壽命旋轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)算公式:L=1fwCaPa,n3106rev (2-2)式中:L-額定壽命 (旋轉(zhuǎn)圈數(shù));C-額定動 載荷(N);Pa,n-軸向工作 載荷(N);fw-負(fù)載系數(shù),取1.01.5。2.5張力檢測控制機(jī)構(gòu)2.5.1測力機(jī)構(gòu) 在卷繞過程中,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形成過程。張力對卷繞過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)時檢測紗線張力,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)輥和一個測量輥組成的三角形壓縮力測量裝置,將光纖的張力傳遞給測量輥上的壓力,然后用壓力傳感器來檢測壓力。 導(dǎo)紗和測卷機(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)算時間量,提高實(shí)時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)荷在輥和摩擦測量力偏轉(zhuǎn)的兩端,從而降低了測量誤差,提高測量精度。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項(xiàng)目。傳感器的類型是通過施加一組激勵電壓,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磁粉制動器 磁制動器是電磁制動器,它是通過在轉(zhuǎn)子和通過在磁場的嵌套循環(huán)的電激勵所述定子線圈,兩個旋轉(zhuǎn)體之間通過的磁力的組合和磁性粒子的運(yùn)動部件的摩擦扭矩傳遞連接在一起。 磁粉制動器具有以下特點(diǎn): 1)勵磁 電流傳遞/制動 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)由勵磁電流控制、速度、相對速度等因素限制,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)滑動狀態(tài)下運(yùn)行。 4)時間短,轉(zhuǎn)矩時間常數(shù)小,響應(yīng)速度快,組合和分離穩(wěn)定,無沖擊,無振動,無噪音。 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)動的功能,主軸與主軸箱通過萬向聯(lián)軸器連接,主軸的旋轉(zhuǎn)速度通過控制主軸箱中的電機(jī)轉(zhuǎn)速來控制。因?yàn)楣艿喇a(chǎn)品具有很長的特性,所以要求主軸具有一定的長度。為了保證卷繞過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有一個輥,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)過程中,會出現(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,一個大、一個小。而光纖帶將偏移到一個側(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)動的摩擦,是由張力側(cè)的張力側(cè)的運(yùn)動,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)逆時針旋轉(zhuǎn)的趨勢,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)動狀態(tài)如圖2-9所示(a)從力學(xué)角度分析 (b)從運(yùn)動學(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,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,使纖維向左移動部件,即為校正力。他們的大小為:Ft=FsecFx=Ftan (2-1) 圖2-9(b)是從運(yùn)動學(xué)的角度加以分析的。纖維帶的 跑偏,滾筒轉(zhuǎn)動摩擦力矩在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)動纖維的 正常位置的速度。它們的大小為:V=VtcosVx=Vtsin (2-2) 所以無論從 力學(xué)角度還是從運(yùn)動學(xué)角度出發(fā),對光纖的 帶偏差進(jìn)行校正,即對側(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)動步進(jìn)電機(jī),通過調(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)動模塊包括一個脈沖發(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,大大提高了控制系統(tǒng)的靈活性;傳輸 主驅(qū)動電機(jī)和螺栓連接不只是推出并通過計(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)動輥轉(zhuǎn)動整頓一定角度,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)干擾的外部來源。2.6.4糾偏控制系統(tǒng)模型 通過上述 分析,對智能控制系統(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 通過分析,我們知道只要輥矯偏 側(cè)傾角可以正確地對光纖 的偏差進(jìn)行校正。由圖2-10可知,當(dāng)糾偏輥 前傾一角度時,總摩擦力F所產(chǎn)生 的糾偏力為Fx=Ftan,在角度 較小的情況下有FxF,而纖維帶橫 向位移量隨著糾偏力Fx作用時間而增加,即x=0tFdt,它被認(rèn)為是在本質(zhì)上的偏差校正輥是一個不可分割的一部分。步進(jìn)電機(jī)和傳 動系統(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)動電源控制信號的脈 沖數(shù)字信號,所以該系統(tǒng)應(yīng)被視為一個非 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描述:NX=4MX12X1NX=X4M11X2總的傳遞函數(shù)為:Gs=G1G2H1=K1K2T1sT2s+1即:Gj=K1K2T1jT2j+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 Gj曲線,不管 T1、k1、k2以及 等于多少,Gj 穿過負(fù)實(shí)軸的點(diǎn)落 在/2的右側(cè),兩者不能相交,因而不會出現(xiàn)極限環(huán)。這時 1NX位于 Gj 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€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。在這個系統(tǒng)中,該角度可以通過螺釘被轉(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,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的數(shù)目,而不管負(fù)載的變化,即馬達(dá)和一個脈沖信號,電動機(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)有沒有激勵電壓對定子線圈,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,無勵磁轉(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,在市場上使用的步進(jìn)電機(jī)的工業(yè)是最常見的混合模式。 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)電動機(jī)感應(yīng)相比,工作點(diǎn),以提供一個軟磁性材料,而定子勵磁只是提供磁場的變化而無需提供能量,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)的反電動勢,其自身的阻尼效應(yīng)比較好,所以在運(yùn)行過程中,低噪聲、低頻振動是相對穩(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0.196Kgcm,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、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)。 氣動執(zhí)行器輸出力的機(jī)制有一個適度,遠(yuǎn)程控制和信號傳輸具有施工方便、維護(hù)簡單、泄漏,這些缺點(diǎn)可以用于控制閥門的開度打開或其他形式來增加系統(tǒng)的阻尼比。同時,隨著氣體壓力的增加,即高壓氣體、氣動功率的環(huán)路補(bǔ)償方法的改進(jìn)。而其泄漏不會影響環(huán)境,不會造成繞組的產(chǎn)品報廢(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 氣動技術(shù)與其他控制技術(shù)的性能比較對比性能執(zhí)行元件的輸出力動作快慢負(fù)載變化的影響工作環(huán)境條件無級調(diào)速遠(yuǎn)距離控制能力信號傳遞外泄漏影響構(gòu)造工作壽命維護(hù)價格氣動中等較快大適應(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)境簡單長簡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)械較大一般沒有一般困難短距離最難一般一般簡單一般 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,不能形成一個整體。加熱裝置是最難設(shè)計(jì)和移動短時間加熱熔化狀態(tài)時繞組的預(yù)浸纖維蛋白凝膠易傷。然而,加熱溫度不能太高,以防止熔融樹脂纖維與燒焦的。 由于繞組 的空間很小,難度越來 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量溫度變化的物理參數(shù)(如幾何尺寸、壓力、電阻、熱電勢、輻射強(qiáng)度等)的裝置。常用的溫度檢測元件如表2-2。表2-2 常用的溫度測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)簡單,測量范圍寬,不需測量電路,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,測量范圍小遠(yuǎn)距離測量輻射式高溫計(jì)將輻射能轉(zhuǎn)換成電信號測溫上限高,響應(yīng)迅速,但精度低腐蝕性高純物體及運(yùn)動物體 因?yàn)樵诶w維纏繞設(shè)備的加熱預(yù)浸料沒有經(jīng)過酚醛樹脂纖維加熱熔融狀態(tài),在纏繞過程中纖維一直處于運(yùn)動狀態(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,它應(yīng)該具有測量范圍寬,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)測量精度高,對溫度不敏感。; (2)具有較大的測量范圍,靈敏度高; (3)線性度好,易于自動測量。 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),同時根據(jù)0 120測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)的過程中發(fā)生了顯著變化,通過連續(xù)的系統(tǒng)研究對象逐漸轉(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),裝配和整個機(jī)械系統(tǒng)仿真。通過該系統(tǒng)的三維模型的圖像,我們可以清楚地看到,整個系統(tǒng)滿足預(yù)定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),是否有問題的運(yùn)動部件之間的干擾,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)。通過模擬繞組的運(yùn)動,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計(jì)算。這些參數(shù)可以是可視呈現(xiàn)的圖形或動畫的形式。與這些參數(shù)的動畫圖像和可視圖像,就可以在一個紡絲頭,小車,主軸運(yùn)動分析,這可能在的判定的問題和包裝線的過程中出現(xiàn)的,以滿足產(chǎn)品的要求判斷可能的問題。因此,有可能實(shí)現(xiàn)的問題,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插件來模擬曲折的過程系統(tǒng)。然而,由于在創(chuàng)建整個仿真系統(tǒng)的繞組的數(shù)量過多,則一部分,該部分是太復(fù)雜了,對于直接模擬整個繞組系統(tǒng)。目前,電腦無法完成整個系統(tǒng)的纏繞工藝模擬。因此,為了更好地利用在計(jì)算機(jī)模擬過程資源來完成,需要減少部件的數(shù)量和系統(tǒng)的部件的數(shù)量,為簡化模擬系統(tǒng)繞組之間。簡化的模擬系統(tǒng)模擬過程不影響繞組,實(shí)現(xiàn)了簡化的模擬系統(tǒng)和完整的系統(tǒng)是完全一樣的。從而簡化了模擬系統(tǒng)纏繞,以保持整個系統(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)過簡化的系統(tǒng)的建設(shè),新的系統(tǒng)將被保存,為未來的繞組仿真系統(tǒng)的核心模型準(zhǔn)備。 經(jīng)過多次循環(huán)后的繞組卷繞系統(tǒng)將模擬過程結(jié)束,但由于曲折的過程,計(jì)算和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)龐大,需要記住每一時刻各運(yùn)動副零部件的速度,位置和其他相關(guān)信息,從而模擬時間計(jì)算機(jī)存儲的數(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)存資源來完成繞組過程模擬。 在繞組端部的過程中,繞組的轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定等,很容易引起線的現(xiàn)象,因此在繞組過程中不能發(fā)生轉(zhuǎn)速抖動現(xiàn)象。在頭部的 位移和速度運(yùn)動 曲線的頭部傷口的過程中如圖 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,在繞線過程中,運(yùn)動穩(wěn)定性的鋪設(shè)頭,無速度突變情況。將頭伸縮運(yùn)動時,繞組頭需要一個自由度,旋轉(zhuǎn)頭繞組速度穩(wěn)定,減少紗線的實(shí)際卷繞過程,紗線的斷裂情況對卷繞過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)動速度運(yùn)動的合成速度圖可以看到從線,落紗點(diǎn)移動速度一直處于穩(wěn)定的突變,可以更好地完成繞組的過程。圖3-2 吐絲頭速度隨時間變化曲線總結(jié) 本文的主要任務(wù)是針對目前繞線機(jī)的多功能性的現(xiàn)狀,一般都沒有很強(qiáng)的基礎(chǔ)上,根據(jù)前兩個自由度機(jī)械繞線機(jī)設(shè)計(jì)一個成本相對較低的模型,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、管道等一些常見的鐵芯繞組,具有較廣泛的通用性和開發(fā)的卷繞機(jī),可大幅降低生產(chǎn)纖維制品的成本,對推動卷繞機(jī)的開發(fā)具有一定的作用。本文的主要工作為: (1) 通過了解相關(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,未來趨勢和繞線機(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,完成卷繞過程模擬分析,通過分析發(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。致謝在這個畢業(yè)設(shè)計(jì)的時間我最想感謝我的導(dǎo)師XXX。在設(shè)計(jì)過程中也遇到了很多不明白的問題,教師XXX利用個人休息的時間幫我來分析這個問題,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。接近尾聲時,XXX老師仔細(xì)閱讀我們的設(shè)計(jì),很多地方提出有見地的修改意見,并在最初的設(shè)計(jì)糾正錯誤,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J化學(xué)工業(yè),2012,30(9):33372宋力聽航天材料發(fā)展趨勢分析,中國空間科學(xué)學(xué)會第七次學(xué)術(shù)年會C大連:20093瑛琪,蓋登宇,宋以國,等纖維纏繞技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢J材料導(dǎo)報,201 1,25(3):110-1 134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 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