圆锥体斜缠机构的设计与研究

论文摘要

玻璃钢(玻璃纤维增强塑料)复合材料是一种力学性能优异的新材料。它主要由玻璃纤维和环氧树脂结合而成。由于它具有比重小、刚性好和强度高等特点,所以广泛应用于军工、航空航天、汽车等其他领域。斜缠就是针对重叠缠绕制品抗高速气流冲刷能力较差的缺点,提出的一种斜叠缠绕加工方式,即:纱带与芯模母线缠绕方向呈一定角度。采用这种缠绕方法生产的制品可以大大提高制品抗高速气流冲刷能力。本文对斜缠的纤维缠绕机进行了设计与研究。它主要由斜缠小车、尾座顶尖、机头卡盘以及床身四个大部分组成。其中斜缠小车是整个设计中最重要的机构部分。它包括斜缠小车辊轮结构、纱带放带卷机构、纱带纠偏装置、缠绕小车旋转机构、缠绕小车纵向进给机构以及横向进给机构。每个运动组成部件都由相应的伺服电机驱动。本文采用PRO/ENGINEER为平台,利用其强大的参数关联和尺寸驱动功能对整个斜缠设备建立了零件图、装配图、工程图的模板,保证整个设计过程设计参数的关联性以及在三者之间设计信息的传递。然后通过这些模板建立了三维模型、参数化标准件库以及对应缠绕机的工程图。由于PRO/ENGINEER中采用的是唯一数据库,所以设计数据的更改会变得很方便。本文采用HyperMesh软件对重要的复杂零部件结构进行了有限元模型的网格划分,然后利用HyperMesh前处理与ANSYS通用后处理器联合使用的方式,将建立好的有限元模型运用到ANSYS后处理器中进行了求解计算。为了使传动轴受的扭矩在ANSYS中正确的等效施加,本文采取了节点耦合的方法。最后制作了机构的运动动画,使整个运动过程更能直观的显示。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题研究的目的及意义
• 1.3 课题相关国内外现状
• 1.4 主要研究内容和关键问题
• 第2章 斜缠机构的设计及建模
• 2.1 斜缠机构概述
• 2.2 斜缠工艺与其他缠绕方法工艺对比
• 2.2.1 平行缠绕原理
• 2.2.2 重叠缠绕原理
• 2.2.3 斜叠缠绕原理
• 2.2.4 斜叠缠绕对纱带的要求
• 2.3 斜缠机构的设计
• 2.3.1 斜缠小车机构原理概述
• 2.3.2 斜缠小车设计
• 2.3.2.1 斜缠小车的各种传动机构的选择
• 2.3.2.2 斜缠小车辊轮结构设计
• 2.3.2.3 纱带放带卷机构设计
• 2.3.2.4 纱带纠偏装置设计
• 2.3.2.5 缠绕小车旋转机构设计
• 2.3.2.6 缠绕小车纵向进给机构设计
• 2.3.2.7 缠绕小车横向平移机构设计
• 2.3.3 尾座顶尖设计
• 2.3.4 机头卡盘夹紧机构设计
• 2.4 斜缠机构的最终设计
• 2.5 斜缠机构设计小结
• down设计思想'>2.5.1 斜缠机构Top_down设计思想
• down设计步骤'>2.5.2 斜缠机构Top_down设计步骤
• 2.5.2.1 定义斜缠设计意图
• 2.5.2.2 定义初步的斜缠结构框架
• 2.5.2.3 定义斜缠机构的骨架模型
• 2.5.2.4 通过斜缠机构的装配结构传递设计意图
• 2.5.2.5 斜缠机构详细设计
• 2.5.2.6 管理斜缠机构各零件之间的相互性
• 2.5.3 斜缠机构零件图、装配图和工程图模板设计
• 2.5.3.1 零件图模板定义
• 2.5.3.2 装配图模板定义
• 2.5.3.3 工程图模板定义
• 第3章 斜缠机构重要零部件结构分析
• 3.1 结构分析概述
• 3.1.1 HyperMesh网格划分功能
• 3.1.1.1 HyperMesh自由网格划分
• 3.1.1.2 HyperMesh映射网格划分
• 3.1.1.3 HyperMesh网格划分质量检查
• 3.1.2 ANSYS网格划分功能
• 3.1.2.1 ANSYS自由网格划分
• 3.1.2.2 ANSYS映射网格划分
• 3.1.2.3 ANSYS拖拉、扫略网格划分
• 3.1.3 网格划分原则
• 3.1.4 单元类型选择原则
• 3.2 HyperMesh结合ANSYS求解器求解
• 3.2.1 更新单元
• 3.2.2 定义单元特性
• 3.2.3 更新载荷类型
• 3.2.4 输出HyperMesh文件到ANSYS中
• 3.2.5 在ANSYS求解器中调入文件
• 3.3 小车底板结构分析
• 3.3.1 建立小车底板有限元模型
• 3.3.2 选取参数和建立边界条件
• 3.3.2.1 参数的选取
• 3.3.2.2 约束和外力的施加
• 3.3.3 模型求解和后处理
• 3.3.3.1 整个小车底板位移云图
• 3.3.3.2 整个小车底板应力云图
• 3.3.4 结果分析
• 3.4 尾架底座结构分析
• 3.4.1 建立尾架底座有限元模型
• 3.4.2 选取参数和建立边界条件
• 3.4.2.1 参数的选取
• 3.4.2.2 约束和外力的施加
• 3.4.3 模型求解和后处理
• 3.4.3.1 整个尾架底座位移云图
• 3.4.3.2 整个尾架底座应力云图
• 3.4.4 结果分析
• 3.5 法兰轴结构分析
• 3.5.1 建立法兰轴有限元模型
• 3.5.2 选取参数和建立边界条件
• 3.5.2.1 参数的选取
• 3.5.2.2 约束和外力的施加
• 3.5.3 模型求解和后处理
• 3.5.3.1 整个法兰轴位移云图
• 3.5.3.2 整个法兰轴应力云图
• 3.5.4 结果分析
• 第4章 斜缠机构运动仿真
• 4.1 运动仿真概述
• 4.2 基于Pro/E的斜缠机构运动仿真
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文