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硕士学位论文 罐形容器纤维缠绕机设计及仿真研究
摘要
罐形容器是一种用途很广的产品，用纤维复合材料对其表面进行加固，均匀平衡其所受的等效应力，使其受压均匀。它广泛应用于航天、能源、化工、冶金等领域，在国内经济中发挥着巨大作用。罐形容器是一种缠绕制品，其生产、加工由纤维缠绕机来完成。因此很有必要对其生产一种专门的纤维缠绕机，使容器壁强度更高，各个方向所受压力均匀，保证存储和运输的安全。国内大多数缠绕机都是 2、3 轴的，满足不了罐形容器的缠绕范围，所以本课题以纤维缠绕技术为基础，研制了一台四自由度龙门式罐形容器纤维缠绕机。
本文在大量阅读国内外罐形容器缠绕机文献的基础上，结合了四自由度缠绕机的现状，有针对性的提出了罐形容器缠绕机的总体设计方案，并对缠绕机进行仿真与分析，验证设计的合理性。在设计过程中，先对罐形容器的缠绕规律进行分析，并通过测地线方程进行计算，得到缠绕机的缠绕角、芯模转角和转速比。设计中引入 CAD/CAE 技术，利用 Pro/E 软件建立了罐形容器缠绕机的三维模型。并基于有限元理论，利用 ANSYS 软件对小车吊架和缠绕机翻转机构进行了静力学分析和模态分析。并将缠绕机实体模型导入到 ADAMS 软件
中，对其进行仿真，并对缠绕机小车进行运动学分析和振动分析，从而验证结构设计的合理性。
本文所设计的四自由度龙门式罐形容器纤维缠绕机是一种专门缠绕罐形容器的数控机床。经过对缠绕机的建模、仿真和分析，充分验证了该型缠绕机结构设计的合理性和可靠性。在课题中，该缠绕机所缠绕的罐形容器就是一种存储氧气的氧气瓶，产品几何参数为半径 R=200mm，长 L=2000mm。该缠绕机还可以缠绕其他的罐形缠绕制品，因此在其他领域也有着广泛的应用前景。
关键词 罐形容器缠绕机；静力学分析；动力学分析；运动学仿真

目录
摘 要 I 
Abstract II
第 1 章 绪论 1 
11 课题来源 1 
12 课题背景及研究的目的与意义 1 
13 缠绕机在国内外研究现状和发展趋势 2 
131 国外发展及研究现状 2 
132 国内发展及研究现状 3 
133 缠绕机的发展趋势 5 
14 主要研究内容 5 
第 2 章 罐形容器缠绕机线型分析 6 
21 纤维缠绕规律概述 6 
22 纤维缠绕的基本线型 6 
221 环向缠绕 6 
222 纵向缠绕 7 
223 螺旋缠绕 8 
23 罐形容器的缠绕规律 8 
231 罐形容器的特点 8 
232 罐形容器的封头 9 
233 螺旋缠绕的参数选择 10 
234 罐形容器的缠绕规律 13 
24 本章小结 14 
第 3 章 缠绕机结构的研究 15 
31 罐形容器缠绕机概述 15 
311 工作原理概述 15 
312 罐形容器缠绕机的结构原理 16 
32 缠绕机小车 19 
321 小车横向进给机构 19 
322 小车纵向进给机构 20 
323 小车翻转机构 21 
33 卡盘夹紧机构 22 
34 缠绕机尾座手柄调整机构和夹紧机构 23 
35 缠绕机进纱机构 24 
36 龙门架支撑机构 24 
37 本章小结 25 
第 4 章 缠绕机小车的有限元分析 26 
41 有限元分析概述 26 
42 ANSYS 软件的简介 26 
43 有限元分析 27 
431 静力学分析理论 27 
432 静力学分析基本步骤 27 
44 小车的有限元分析 27 
441 模型的导入 27 
442 设置材料属性 28 
443 定义材料属性及网格划分 28 
444 施加约束及载荷 29 
445 模型求解及后处理 31 
446 结果分析 33 
45 小车吊架模态分析 34 
451 模态分析理论 34 
452 模态分析 35 
46 本章小结 36 
第 5 章 缠绕机运动学与动力学分析 37 
51 ADAMS 简介 37 
52 仿真分析基本原理 37 
521 运动学基本原理 37 
522 模态分析原理 38 
523 刚柔耦合仿真原理 38 
53 机构运动仿真的基本思路 38 
54 缠绕机仿真研究 39 
541 缠绕机工作过程的描述 39
542 运动学仿真分析 41 
543 动力学模态分析 43 
55 本章小结 48 
结论 49 
参考文献 50 
攻读硕士期间发表的论文 53 
致谢 54