文档介绍：硕士学位论文
纤维铺放设备中铺丝头的关键技术研究
RESEARCH ON KEY TECHNOLOGIES OF FIBER
PLACEMENT HEAD IN FIBER PLACEMENT
EQUIPMENT
张凤强
哈尔滨工业大学
2011 年 6 月
图书分类号: 学校代码:10213
国际图书分类号: 密级:公开
工程硕士学位论文
纤维铺放设备中铺丝头的关键技术研究
硕士研究生:张凤强
导师:路华教授级高级工程师
申请学位:工程硕士
学科:机械制造及其自动化
所在单位:机电工程学院
答辩日期:2011 年 6 月
授予学位单位:哈尔滨工业大学
Classified Index:
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Dissertation for the Master Degree in Engineering
RESEARCH ON KEY TECHNOLOGIES OF FIBER
PLACEMENT HEAD IN FIBER PLACEMENT
EQUIPMENT
Candidate: Zhang Fengqiang
Supervisor: Prof. Lu Hua
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Speciality: Mechanical Manufacturing and
Automation
Affiliation: School of Mechatronics Engineering
Date of Defence: June, 2011
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文
摘要
复合材料具有高比强度、高比模量,耐疲劳,减振性好,工艺性好等优点,在
航天航空等领域得到了广泛应用。纤维铺放技术作为一种先进复合材料成型技术,
在国外已经相当成熟,而国内仍处于起步阶段,这制约了复合材料在我国各领域的
应用。我国大飞机项目规划的复合材料用量达到 20%左右,最终复合材料用量可能
会达到波音 787 飞机上的复合材料用量。因此纤维铺放设备的成功研制对我国的航
空航天及国防事业具有重大意义。
本文主要研究对象是纤维铺放设备中的铺丝头。通过深入分析铺丝头剪切、压
紧和重送等主要功能的实现过程,掌握各机构的功能要求。采取功能模块设计的方
法,分别对剪切、压紧、重送、导向、送压缩风和送冷风等机构进行设计。按照铺
放 8 路纤维的要求,将各功能模块合理组合成完整的铺丝头结构。设计中提出:剪
切机构中采用轴套导向式刀具剪切纤维方案,动作可靠;导向机构中采用上下导向
槽错位排布方案,充分利用有限空间;重送机构中采用挤压摩擦传动送纱并辅以风
力吹送方案,纤维重送准确;铺丝头末端过渡段采用与三角体整体化设计方案,增
加了刚度。为了合理选择元件和设计零件,对刀具剪切力、轴的强度和刚度进行分
析计算,使设计满足了要求。
为验证铺丝头的功能,研制铺丝头试验台,开发了 PLC 控制程序,并组成试验
台控制系统。PLC 控制系统可实现功能顺序控制、剪切次数计数、显示电机转速等
功能;验证实验表明:铺丝头试验台能够可靠地完成纤维的剪切、压紧和重送主要
功能,达到了预期要求。为了深入分析重送、剪切机构功能,进行重送、剪切重复
性实验,实验表明:纤维重送长度误差为 3%,基本满足要求;在保证重送纤维长度
准确的条件下,电机最快转速在 ~ 之间;与聚氨酯相比,HT100
材料可以对纤维产生更大的摩擦力,适合张力更大的纤维重送;纤维连续剪切次数
受到刀具与砧间隙的影响。为了观察分析纤维可能对刀具产生的磨损,进行刀具磨
损实验,结果表明:硬质合金刀具和高速钢刀具磨损并不严重,剪切纤维次数均达
到 3000 次以上。
关键词:铺丝头;纤维铺放技术;PLC;刀具
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哈尔滨工业大学工程硕士学位论文
Abstract
Composite materials have been widely applied in the aerospace ind