纤维树脂基复合材料是一种性能优越，用途广泛的复合材料，目前是国内外大力提倡发展的复合材料之一。而纤维缠绕机又是纤维复合构件成型中使用最广的机械，大力发展各种规格的纤维缠绕机是发展纤维复合构件成型的重要手段。缠绕成型工艺是将浸过树脂胶液的连续纤维(或布带、预浸纱)按照一定规律缠绕到芯模上，然后经固化、脱模，获得制品。

　　目前纤维缠绕成型这项材料成型技术在国内主要用于高端领域，如军用工业；然而在普通工业和民用工业上，这一技术的使用非常的不理想，并且应用较多是简单的两轴运动缠绕机构，存在很多的缺点，如缠绕效率差、精度不够，导致成品质量不达标。以上的现象，也是一直以来限制我国缠绕成型机械向高精度高质量发展的因素。

　　本说明书主要是针对管道类构件缠绕机设计，提出设计较高精度的缠绕大量固定类型缠绕构件的纤维缠绕机设想，设计三轴管道纤维缠绕机机械结构，同时需要对一些零件机构的力进行校核以及各标准器件包括电机的选取，使用SolidWorks软件对所有零件进行三维造型，完成整体的组装，最后使用AutoCAD生成二维工程图，并编写设计说明书。进而提高纤维材料成型效率，有助于缠绕成型技术的发展。

　　本章首先介绍纤维材料材料的应用前景，在此基础上提出纤维缠绕机在国民生产中的重要性。本章的目的在于告诉读者，社会的进步和科技的发展是需要各个行业技术的不断完善和提高，让读者重视纤维缠绕成型这一行业的现状和未来。本章在介绍纤维缠绕工艺后，又分别介绍机械式纤维缠绕机、液压伺服式纤维缠绕机和微机控制式纤维缠绕机的特点，接着提出纤维缠绕机的发展方向。通过对比两轴纤维缠绕机和高端纤维缠绕机的工作原理、结构特点，总结出三轴纤维缠绕机的设计方向，进而确定出主要研究内容。

　　复合材料由纤维和树脂体系组成，纤维所占体积分数通常为0.5~0.7，要求这样高体积分数是为了增加刚度和强度。用缠绕法制成不同形状旋转体复合材料制品是一种重要材料成型工艺。而纤维缠绕构件是一种现阶段国内外正高速发展使用的复合材料，其性能优越，正不断在社会各个领域取代各种金属材料，拥有很好的发展前景。纤维缠绕成型机械是复合材料成型工业中的重要一环。近年来材料成形的国际形势是，我国和世界先进各国还存在一定的差距，相比之下，我国材料成型工业目前发展还不足够，但是发展很快，正在逐渐遍布国内各省市，复合材料成型工业之所以被我们广泛接受，主要是这项技术有足够的优点吸引客户和厂商，如成本低、可设计、耐腐蚀。无论是生产工艺和设备，和国外想比，中国存在很大的问题，就拿成品采用手糊工艺的占比来说，我国的占据了九成以上，而相比日本才占到不足四成，这只是我国材料成型工业弱点的一部分体现。设备的更新换代，工艺流程的优化，这是目前最迫切的任务。

　　纤维材料是复合材料的两种主要组分的其中一种，复合材料许多特殊的性能实际上是取决与纤维材料的种类和占用比列，比如当缩小纤维的直径时，其制成成品的强度会大幅度的提高。玻璃纤维的整合非常困难，不是说整合结果的整块玻璃纤维会得到增强升华，相反整块的强度要低于个体的玻璃纤维，这是因为在没有树脂的情况下，个体纤维件只可以承担拉应力，而其他的应力如弯应力、剪切应力的承受能力很低，所以很难在这种情况下形成一个固定的强度高的整体。但是，将玻璃纤维间加如一种‘调和剂’树脂，就构成了纤维构件，其强度高、耐腐蚀、电绝缘、隔热性好。可用于各种环境，可用于代替传统材料。玻璃及其他纤维复合材料在现代工业和尖端科学技术中的应用与日俱增，缠绕发成型是制造复合材料零件的重要方法。

　　纤维缠绕成品是近五十多年高速发展的一种复合材料，因其性能优异而被大量应用在工业生活的各个领域。在航空航天领域，飞机上常被用作油箱和管道，宇航员的微型氧气瓶等。在艺术领域，被用来制作各种雕塑，电影道具等。在生活领域，用来制作燃气管道，液化气罐等。在工业领域，这是缠绕构件应用最多的地方，工业上各种管道，薄壁件，抗高压元器件等。在众多的纤维缠绕构件的使用情况中，管道类纤维缠绕构件使用需要最多，目前我国民用管道纤维缠绕构件缠绕精度急需提高。

　　纤维材料成型的分类方法有多种，大体上来分，主要是湿法接触法和干法加压成型。另一方面，从工艺特点上说，又分缠绕成型、层压成型、RTM法等。其中的缠绕成型机械按外形特点又可以分为滚翻式、绕臂式、卧式、轨道式、行星式、球形、电缆式纵环向缠绕机。本说明书时针对卧式纤维缠绕机。

　　纤维材料缠绕成型方法根据成型型时的树脂基体的物理化学状态的不同，主要分三种，为干法缠绕、湿法缠绕和干法缠绕成型。

　　干法缠绕：使用提前浸泡过树脂液的纤维带，通过纤维缠绕机上的温度控制装置加热至粘流态之后将其缠绕至芯模上。预先使用的浸纱是用专用预浸设备制造的，因而可以使纱带的胶含量和尺寸得到严格控制。缠绕制品有很多的优点如质量稳定、速度快，但缺点也很明显，其设备投资非常大。

　　湿法缠绕：将无捻粗纱或布带浸渍树脂胶液后直接缠绕到芯模上。使用这种方法不需要配置额外的浸渍设备。湿法缠绕对加工材料的要求比较宽限，也是这个原因，湿法缠绕可以节约很大的成本。但是湿法缠绕的缺点也是比较明显，缠绕之前没有其他工艺流程，只有浸泡，所以控制和检验纱片的质量需要花费很大精力。

　　半干法缠绕：将无捻粗纱或布带浸渍树脂胶液，提前烘干后立即缠绕到芯模上。半干法开运体育控股有限公司和湿法相比，缠绕之前增加了一个烘干程序。半干法与干法相比，优点是不需要设置成套的浸泡设备，减少了烘干时间，对缠绕环境要求也更低，缠绕过程可以在20多度的常温下进行。使用半干法缠绕，既可以降低成本，又可以提高成品的质量。

　　纤维缠绕工艺生产出来的成品的强度非常高，但是由于其层间能承受的剪切应力很低，导致了成品的几何形状有一定的局限，只适合加工一些回转体如椭球体、圆柱体、球体、等，然而对于其他一些复杂的几何形状却很难实现。

　　纤维缠绕成型工艺是一项非常优秀的工艺过程，由它生产出来的成品优点也非常的多，如精度高、强度性能好、质量高等，其工艺本身的优点如全自动自动化、生产可机械化程度高、成本更低以及生产效率高等。

　　纤维缠绕制品主要有管道、储存罐、各种空心构件等。缠绕机的分类特别多，按不同的方法分类得到的结果也不一样，按易控制的难度分为机械式缠绕机、液压伺服式缠绕机和微机控制式缠绕机，控制难度递减。

　　纤维缠绕机机械结构主要有主轴部分、芯模支持架、芯模、芯模尾座、运动小车与导轨、传动机构、机床床身、绕丝嘴等部分。经过一定规律运动的传动方式，纤维按照预想的方式缠绕在芯模上，形成纤维缠绕构件。在这些装置中，需要经过一连串的机械传动方式或结构，来实现小车的轨道运动和主轴带动芯模转动的相互配合。纤维缠绕机按照不同的分类方法，也可分为很多种，最常用的分为卧式、轨道式、行星式、球形等，其中卧式和立式是比较常用的，卧式的布局及运动形式与普通车床非常相似，主轴带动芯模做旋转运动，绕丝嘴随着运动着的小车同步运动并且沿着芯模轴线平行线方向作周期运动，喷出的纤维在芯模表面层上印出一条交叉的轨迹线。通过一系列传动改变丝嘴与主轴芯模的相对速度，可以改变生产出来的成品的相关性能，如强度，这是因为这一调节使纤维的轨迹线的夹角发生了改变。运动小车通过链条链轮与机床主体相连接，通过改变链条和链轮的相关指标可以改变小车运动的状况，如当想要改变小车的运动速度，可以改变链轮链条的传动比来实现，或者想要改变运动小车的行程，也就是改变纤维缠绕的行程，适当的调节链条的长度可以做到这一改变。但是，每当改变这些因素，就需要重新装新的链轮或链条，同时需要计算相关的数据如传动比，相当的麻烦和复杂。要完成这些工作需要大量的人力物力以及时间，少则1到2小时，多到2到3天，这也变相的增加了生产成本，降低了生产效率，最严重的是显示出机器的一个重大缺点，机器缺乏灵活。随着社会需求的发展，要求生产力也跟这提高，对产品的形式和种类要求也更多，特别对于复合材料加工这一块，加工出的成品要求几何形状也越来越复杂，因此对机器的灵活性要求很高。机械型的纤维缠绕机放在当今显得缺点满满，并不能满足生产的要求。不过，机械型的纤维缠绕机也有很多不可忽略的优点存在，如机器容易制造出，生产工作稳定，生产成本低，易与控制和维修，用于大量生产定型的产品，也算是一种经济实用的设备，值得去研究它，不断优化。

　　液压伺服式缠绕机相比机械式纤维缠绕机器，它的优点是精度更高，但是由于液压伺服式缠绕机中存在着不够成熟完善的系统，与微机控制系统的缠绕机相比，其精度还是不够高，并且微机控制的纤维缠绕机设备还有更简单、设备成本低等优点，所以现在的趋势是，微机控制式取代液压式。

　　与机械式缠绕机控制原理差不多，不同的是微机控制式缠绕机应用了许多个伺服电机来控制小车做周期运动与主轴芯模转速的合理匹配，微机系统控制每一个电机，作为独立的动力源，去控制机构的运转。采用微机系统控制的纤维缠绕机具有难以忽略的优点，自动化程度高、质量稳定、适应性强、使用方便等优点，并且还是一种低耗能的节能设备。当今世界缠绕成型的大趋势是微机控制，世界上领先的各工业大国已经普遍采用微机控制的纤维缠绕机，反观我国还处于机械控制，比较而言较落后。但是我国正在向世界的大趋势靠拢，首先是在航天工业和高端领域部门进行的，我国先后研制三台不同型号（包括开环和闭环系统）的微机控制纤维缠绕机。借鉴于普通加工车床，又根据纤维材料成型的工艺要求，并且赋予它本身自我特点，我国研制出具有特色的纤维缠绕成型机器。但同时也存在很多的缺点，我国需要做的事是，不断总结，不断创新，为继续设计和生产微机控制纤维缠绕机的系列产品提供重大帮助，或者说打下坚实基础。微机控制式缠绕机也是现在纤维缠绕机的大势所趋，是由于其缠绕精度高、生产柔性大、控制性能好、操作方便简单，并且适于大规模发展。

　　微机控制式缠绕机是现在主要的缠绕机发展方向，而采用微机控制后，发展缠绕机的主要任务是优化功能体系，可以是不断增加新的功能，使生产出的成品能具有更高的质量和更多的性能优点；也可以是优化现有的系统功能，提高机器的质量；减少机器结构的复杂性，从而增加稳定性，降低成本，易于维修；提高自动化程度，方便用户操作。

　　本课题主要针对管道类构件缠绕机设计，提出设计较高精度的缠绕大量固定类型缠绕构件的纤维缠绕机设想，针对目前国内民用缠绕机的不足（主要是国产缠绕机精度较低和进口缠绕机价格高昂不便于维护维修），提出设计较高精度的缠绕大量固定类型缠绕构件的纤维缠绕机设想，努力实现三轴管道纤维缠绕机设计。

　　(1)分析、研究重型纤维缠绕机的主要特点和结构，掌握各组成部件设计计算的公式、准则。在此基础上确定纤维缠绕机总体布局、结构方案。

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