隨著航空航天等領域的飛速發(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域,亟需開發(fā)出新型材料制件,既能滿足機械性能要求,又能最大程度減輕自身重量。在此背景下,復合材料以其特有的優(yōu)勢應運而生。目前,對于輪廓復雜的大型構件難以制造和成本居高不下是阻礙復合材料大量應用的兩個難題,同時國民經濟快速發(fā)展和綜合國力的增強使得對高性能復合材料構件需求日益增加。二十世紀中期出現(xiàn)的纖維纏繞機和自動鋪帶機對復材制品的推廣使用起到了促進作用,然而對于制造出形狀結構復雜的大型復合材料構件的兩大難題,還未能完全解決。而在這兩者基礎上發(fā)展而來的自動鋪絲機則較好地解決了這個問題。目前,自動鋪絲機的關鍵技術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構以及鋪絲機整體結構入手,設計了一臺碳纖維自動鋪絲機的原理樣機,其結構和功能基本滿足鋪絲機要求。本文主要研究內容如下:1.鋪絲頭的結構設計:(1)引線重送機構: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部運動。(2)剪切夾緊機構:氣缸帶動切刀在滑槽內滑動,在切斷纖維束的同時,切刀尾部滑塊還能將其夾緊在切刀墊塊上。(3)施壓機構:雙氣缸連接導向件,推動壓緊輪在芯模表面進行鋪放。(4)其它輔助機構例如導向槽等的設計。(5)鋪絲頭內部整體結構設計:合理安排各個機構的布局,將多束纖維分成上下兩路,分別對其進行控制,達到鋪絲頭的功能要求。2.運動執(zhí)行機構的設計:主要是龍門結構的設計以及導軌、絲杠等的選型計算。3.鋪絲機關鍵零部件的有限元分析:利用ANSYS對關鍵零部件進行有限元分析,查看其變形和應力分布狀態(tài),并據此對其結構提出改進意見。4.自動鋪絲機的運動仿真:利用Solidworks對整個自動鋪絲機的運動進行仿真,了解鋪絲機的運動過程。5.自動鋪絲機鋪層設計理論:首先將復材構件分為單層、層合板和制品結構三個結構層次;然后從材料力學的角度對層合板的力學性能進行分析;最后提出了常用鋪層設計方法和原則,為后續(xù)鋪層設計研究奠定了基礎。
【學位單位】：東華大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TB33
【部分圖文】：

圖 1-1 典型的自動鋪絲設備自動鋪絲技術與纖維纏繞和自動鋪帶技術相比具有明顯的優(yōu)越性。對于纏繞機和鋪帶機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雜的復材構件，鋪絲機也能夠很好的完成鋪放任務，所以其在各行各業(yè)應用的范圍也比纏繞機和鋪帶機更加廣泛[30][31][32]。該技術使得對復材構件鋪放的靈活性得到了很大提升，同時對于復雜輪廓的復材構件的成型生產效率也得到了很大提高。因此全球許多飛機制造廠商都投入了大量時間和精力在自動鋪絲技術的研究和發(fā)展中。并利用該技術制造飛機上所需的復合材料部件，來自于飛機自身重量方面的壓力大大減小，同時飛機的各方面的性能也得到了很大的提升[33]。其主要特點和優(yōu)點如下[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立地進行控制的，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動軸、鋪絲頭的定位以及鋪絲頭和芯模轉動的控制都是由計算機來精確完成，這樣一來就使得鋪放過程中鋪放角度和各個纖維絲束之間的距離的精度大大提高；（3）自動鋪絲機的多自由度特性使得其能夠靈活地應對各種輪廓復雜的復材構件的鋪放任務，同時在

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。絲機總體布局設計中，機床的總體尺寸為：4500mm×2800mm× 2布局設計如圖2-5所示。門式自動鋪絲機的主要技術參數如下：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，重復定位精度0.2mm，最大進給速度40軸全程定位精度0.4mm，重復定位精度0.2mm，最大進給速度20方向上各參數與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部設置隔板和加強筋。圖2-6為總體結構設計。圖2-6龍門式鋪絲機總體結構設計圖2.3 鋪絲機運動執(zhí)行機構設計2.3.1 直線運動軸的設計1.直線運動軸傳動方式的選擇在三維空間中，鋪絲頭可以到達芯模表面任意指定的位置，這需要由鋪絲機的龍門結構來完成，因此機身至少應該具有三個直線運動軸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