摘要：本文采用Visua1C++6.0作为程序开发语言，开发出机械式控制纤维缠绕机线型及传动系统计算机辅助设计软件，通过给定缠绕制品的基本参数即可快速计算出纤维缠绕型的基本规律及传动系统的实际传动经、固定传动比、挂轮传动比、主轴的转速以及环链的长度、链节数、链轮的节圆直径及链轮的排布方式等传动系统的设计，为工程技术人员对纤维缠绕机缠绕线型及传动系统的设计提供了简捷、快速、精确的途径。
关键词：纤维缠绕机 线型 传动系统 计算机辅助设计
1 前言
机械式控制链传动纤维缠绕机的缠绕运动控制是通过机械传动系统来实现，从而达到所要求的缠绕线型。缠绕方式是由导丝头(也称为丝嘴)和芯模的相对运动来实现的。缠绕工艺适用于碳纤维或玻璃纤维管道、容器、贮罐及火箭发动机壳体等制品。由于缠绕制品的类型不同、规格不同，这就需要设计出不同的缠绕机。当缠绕制品的某个参数发生改变时，相应地要改变缠绕机的设计，特别是其传动系统部分的设计，而且计算较为烦琐，手工计算十分不便。针对这种情况，笔者编写了该软件，以减轻工程设计人员的工作量。
随着计算机技术的迅速发展以及程序开发语言的不但推陈出新，可以选用不同的编程语言、编程方法和思路去实现。本文选用了Microsoft公司的Visua1C＋＋6.0作为程序开发语言，在 Windows平台上实现了对纤维缠绕机线型及传动系统的计算机辅助设计和计算。
2 程序编制的基本思路
一个好的程序不仅能实现特定的功能，还要考虑维护上的方便，采用模块化的编程方式可以轻松做到这一点。本程序正是采用程序功能的模块化设计，程序编制方法如下：
2.1 程序的主控菜单功能模块
包含程序的主要功能菜单，即缠绕类型以及传动系统设计两大主菜单。缠绕类型的下拉式主菜单中主要包括容器类螺旋缠绕、管道类螺旋缠绕、贮罐类螺旋缠绕以及环向缠绕四大功能干菜单。它主要应用于求解各类型制品的缠绕中心角、基本速比、微调速比、实际速比以及切点数；传动系统设计主菜单主要包括芯模转速的确定、传动链长及排布方式、固定传动比以及挂轮传动比的确定四大功能子菜单。通过各功能于菜单能快速激活所需要的程序功能模块，且操作简单、方便。
2.2 螺旋以及环向缠绕线型参数和速比确定功能模块
在纤维缠绕时，纱带按照特定的布线轨迹稳定而均匀地布满芯模表面，这种布线规律称为缠绕线型规律。缠绕线型设计主要是根据制品的结构设计和缠绕工艺要求来确定缠绕角、缠绕中心角、缠绕速比和切点数。由于纤维缠绕机主要应用于缠绕容器、管道、贮罐等制品，缠绕线型主要为螺旋缠绕及环向缠绕，因此笔者研究了螺旋缠绕以及环向缠绕线型规律的程序设计。其中包括容器、管道及贮罐的螺旋缠绕，管道、容器及贮罐筒身段的环向缠绕。这个功能模块还包括四个子功能模块，即容器类螺旋缠绕及线型设计功能模块、管道类螺旋缠绕及线型设计功能模块、贮罐类螺旋缠绕及线型设计功能模块、环向缠绕及线型设计功能模块。从面向对象的程序设计思想出发，这里基于每一个子功能模块都定义了一个对话框类，依次为容器类、管道类、罐类以及环向缠绕类，即为CVesse1、CPipe、Cjar、CHuan。它们都是对话框类CDia1og的派生类。在四个对话框类中分别增加消息处理函数OnResnit()，接受由键盘、鼠标传来的消息。只需要用键盘在对话框界面中输入已知的制品几何参数和工艺参数，计算机接收到所要求的参数后，运行相应的计算程序对输入数据进行计算和处理，并将结果显示在对话框中。如果输入数据不符合设计要求，显示屏将有消息及时告诉你，以便进行修改并重新计算。最终，OnResuIt()函数计算出各类制品以及各类型缠绕方式的缠绕角，基本速比、微调速比、实际缠绕速比、非线性段缠绕中心角，线性段缠绕中心角、封头段缠绕中心角和切点数等。
2.3 传动系统设计功能模块
2.3.1 芯模转速确定功能模块
两轴运动的缠绕过程，无论是螺旋缠绕还是环向缠绕，一般都是芯模轴作旋转运动而导丝头(或小车)沿芯模轴向作往复直线运动，缠绕纱带通过导丝头的引导接线型排布规律以一定的缠绕角缠绕到芯模表面上。这样，芯模转速与纱带速度、小车速度及缠绕角有关。其中，缠绕角由缠绕制品的形状以及线型设计来确定。
从工艺的角度讲，纱带速度不宜过大。否则，容易造成胶液外溅，一般V纱不超过1.0m／s，但过小又将降低生产率。小车速度也有一定的限制，速度过大使小车往返运动产生振动，从而影响排线精度，一般V车不得超过0.8m／s。当V纱和V车都处于最大极限速度时，可得到对应的缠绕角ao。当由线型设计所得到的制品线性段缠绕角ac＞a。时，芯模的最大转速n芯max必须以v纱max来限定。当ac＜a。时，芯模的最小转速n芯max必须以v车max来确定。这些都是程序设计过程中所必须考虑的条件和限制。在程序设计中，将芯模转速的计算程序定义为一个基于对话框类CDia1og的派生类CRotateSPeed。对话框界面中输入工艺要求所规定的纱带和小车的最大极限速度，通过螺旋及环向缠绕线型参数和速比确定功能模块中所确定的缠绕制品的直径以及缠绕角，由CRotatesped类中的消息处理函数OnResu1t()就能快速地求解出芯模的转速。
2.3.2 链长及环链排布方式确定功能模块
对机械式控制缠绕机，当制品几何尺寸和线型参数发生改变时，环链长度及链轮的布局方案必须随之改变，并要重新设计和更换。通过运行此功能模块，可迅速得到环链长度、环链节数、链轮节圆直径以及链轮的排布方式。
首先定义一个对话框类CChain和消息处理函数OnResuIt()。在其对话框界面中输入丝嘴距缠绕制品表面的距离、环链的节距，在一组单选按钮中选定缠绕制品的类型及缠绕方式，并通过由螺旋及环向缠绕线型参数和速比确定功能模块中传递过来的缠绕角、缠绕中心角、缠绕速比以及缠绕制品的直径，由OnResuIt()函数即可计算出环链长度、环链节数、链轮节圆直径以及链轮的排布方式。
2.3.3 固定传动比确定功能模块
为了确定传动系统的具体方案，须首先确定传动系统中固定轮系部分的传动比，称为固定速比，包括螺旋缠绕方式的固定传动比i螺固和环向缠绕方式的固定传动比i环固。这里首先定义一个对话框类CFixrate和消息处理函数OnResuit() 。在对话框界面中输入缠绕制品的最大、最小长度，最大、最小直径，最大、最小缠绕角以及链节距，在一组缠绕方式的单选按钮中选定螺旋缠绕或环向缠绕方式，即可由对话框类CFixrate的消息处理函数OnResuIt()求解出i螺固或i环固。
2.3.4 挂轮传动比确定功能模块
对于每一种类型和同类型的各种规格尺寸的制品，通过螺旋及环向缠绕线型参数和速比确定功能模块中所确定的各类型制品和缠绕方式的实际速比，链轮及排布方式确定功能模块中所确定的链节数以及链轮直径，固定传动比确定功能模块中所确定的固定传动比，即可由所创建的对话框类CChangerate中的消息处理函数OnResu1t()函数求出不同类型、不同规格制品挂轮的传动比。
3 结束语
本文通过机械式控制两轴纤维缠绕机线型及传动系统的计算机辅助设计，编制出相应的软件。它能够较好地解决由于改变制品的规格及缠绕方式所致的缠绕线型及传动系统部分须做相应整调带来的不便。实验表明，纤维缠绕线型及传动系统计算机辅助设计软件能够大大缩短纤维缠绕机的设计时间，增加效率，提高设计精度，使缠绕机的设计更加合理化、科学化。
3/20/2005
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