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三通管缠绕机设计与研究

作　者: 卢少春
导　师: 王志辉
学　校: 武汉理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 缠绕机线型网格仿真有限元分析
分类号: TH122
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 97次
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内容摘要

随着科技的进步,不断涌现出多种新型材料并成功应用于人们的日常生产和生活当中。其中,复合材料以其优异的综合性能,广泛应用于多个领域。在复合材料的成型工艺中,纤维缠绕成型工艺由于具有产品强度高、可整体成型及能更好发挥纤维高强度特性等特点,得到了广泛的应用。纤维缠绕机作为生产聚合物基复合纤维缠绕制品的专用设备,它的设计和生产是机械制造行业中的一个新门类。但目前的缠绕设备还远远不能满足我国工业现代化的要求。通常的缠绕设备大多应用于圆柱体,圆锥体或球面体的缠绕,而国内对于类似三通管缠绕机这样的异形体的缠绕机设备还处于起步阶段。所以本课题将针对三通管的缠绕进行探索并提出自己的看法。本文针对三通管的特点设计了合理的线型缠绕方案,并在此基础上设计一台六轴数控缠绕机,以满足三通管的缠绕需求,文章提出了缠绕机的整体设计方案、设计目标和功能要求,给出了缠绕机的整体结构、传动执行部件和自动控制系统的具体设计实现方案。采用Pro/E三维辅助设计软件进行缠绕机的三维造型设计。由于缠绕机的结构和尺寸在以后设计中可能会有所调整,我们会利用Pro/E对缠绕机的部分尺寸进行关联和参数化设计,这些尺寸在后来的设计过程中是可能要修改的。这样可以为以后的修改过程带来很大的方便,大大加快了缠绕机的再次修改设计,缩短二次设计时间。当所有的结构设计完毕后,然后将最关键和最薄弱的环节进行强度检验,将Pro/E中建好的模型导入ANSYS中,采用ANSYS软件对一些重要的位置进行有限元分析,为结构的设计提供更加全面的理论分析参考。此外,还将使用Pro/E对该缠绕机进行仿真,以发现和解决存在的问题,使设计更加合理。

全文目录

中文摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-19
  1.1 纤维缠绕成型工艺简介  9-11
    1.1.1 缠绕成型的基本原理  9
    1.1.2 纤维缠绕成型工艺的特点  9-10
    1.1.3 纤维缠绕成型工艺的分类  10-11
  1.2 缠绕设备  11-17
    1.2.1 机械缠绕机的类型  11-13
    1.2.2 程序控制缠绕机  13-15
    1.2.3 弯管缠绕设备  15-16
    1.2.4 纤维缠绕成型制品的应用  16-17
  1.3 本课题国内外研究概况和发展趋势  17
  1.4 课题研究的目的和意义  17-18
  1.5 课题研究的主要内容  18-19
第二章:三通管缠绕的线型设计  19-29
  2.1 三通管的类型  19-21
    2.1.1 两圆柱体相贯的T型芯模  19-20
    2.1.2 中间有球形体的T型管芯模  20-21
  2.2 纤维缠绕的基本线型  21-23
    2.2.1 环向缠绕  21
    2.2.2 螺旋缠绕  21-22
    2.2.3 纵向缠绕  22-23
    2.2.4 其它线型  23
  2.3 两圆柱贯穿的三通管的缠绕  23-25
    2.3.1 圆柱表面的缠绕  23-24
    2.3.2 圆柱面上的非测地线缠绕  24-25
    2.3.3 主管与支管过渡点缠绕角的确定  25
  2.4 缠绕运动轨迹设计  25-29
    2.4.1 参数化设计  26
    2.4.2 网格化设计  26-29
第三章三通管缠绕机的结构设计  29-43
  3.1 缠绕设备选型及其设计原则  29-33
    3.1.1 主要缠绕机的各系统和主要部件的选型基本原则  29-31
    3.1.2 运动控制系统  31
    3.1.3 辅助系统  31-32
    3.1.4 张力控制系统  32-33
  3.2 三通管缠绕机的结构  33-43
    3.2.1 简述  33-34
    3.2.2 小车底座结构  34-35
    3.2.3 小车的横向传动结构  35-36
    3.2.4 小车的纵向传动机构  36
    3.2.5 小车垂直方向传动机构  36-37
    3.2.6 绕丝嘴旋转运动  37-38
    3.2.7 收线装置  38-39
    3.2.8 主机底座  39-40
    3.2.9 机头装置  40-41
    3.2.10 尾座装置  41-43
第四章三通管缠绕机关键结构的有限元分析  43-59
  4.1 有限元分析的概念  43-44
    4.1.1 有限元分析  43
    4.1.2 网格划分  43-44
    4.1.3 施加载荷  44
  4.2 有限元分析的组成  44-45
    4.2.1 有限元分析前处理  44-45
    4.2.2 有限元主分析计算  45
    4.2.3 有限元后处理  45
  4.3 有限元分析的基本步骤  45-46
    4.3.1 结构离散  45-46
  4.4 ANSYS主要功能  46-48
    4.4.1 结构分析  46-47
    4.4.2 热力学分析  47
    4.4.3 流体分析  47
    4.4.4 ANSYS电磁场分析  47-48
    4.4.5 耦合场分析  48
  4.5 缠绕机关键结构及零部件的有限元分析  48-59
    4.5.1 机头托举架的有限元分析  48-54
      4.5.1.1 实体建模  48
      4.5.1.2 有限元划分  48-50
      4.5.1.3 施加载荷  50-51
      4.5.1.4 后处理  51-54
      4.5.1.5 结果分析  54
    4.5.2 主机尾座的有限元分析  54-59
第五章三通管缠绕机的运动仿真  59-65
  5.1 机构仿真运动中装配连接的概念及定义  59-60
  5.2 动画设置  60-65
    5.2.1 Pro/E动画设置简介  60-61
    5.2.2 三通管缠绕机运动仿真及动画设置  61-65
第六章总结与展望  65-66
参考文献  66-69
致谢  69-70
攻读硕士学位期间发表的学术论文  70

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