论文摘要
复合材料作为一种新兴材料,在飞机结构上的应用从70年代开始至今不过40年左右的历史,正处在不断发展的阶段。由碳纤维和树脂结合而成的复合材料,由于其比重小、韧性好和强度高而成为一种先进的航空航天材料。本课题主要针对传统机翼重量大的缺陷,以轻型飞机机翼为研究对象,选用碳纤维作为增强材料,在原有的铺层理论的基础上,研制新型的复合材料机翼铺放制造设备——机翼铺放机,并进行运动仿真和重要部件的有限元分析,为工业应用提供必要的依据。本文设计了龙门式铺放机来铺放机翼。龙门式铺放机主要包括龙门基座、运动传动机构、铺放头、机翼芯模夹具四个部分,包括铺放头的旋转,芯模夹紧机构的旋转,铺放头的纵向和横向移动4个运动的自由度。其中铺放头是整个设计中最重要的机构部分,主要包括送料装置、测力装置、超声波切割装置、加热箱、铺放辊、收卷装置及导向等辅助装置。机翼芯模夹紧机构包括机头和尾座,主要实现芯模沿自身轴线的旋转。龙门式铺放机结构紧凑,设计更显合理,铺放角度调整更容易实现,空间占用更小。设计过程中以Pro/E为平台,对整个铺放设备建立了完整的三维模型。同时,利用Pro/E中Pro/Mechanism模块对龙门式铺放机做出了机翼铺放过程运动仿真,使整个运动过程更加直观,对指导生产过程有很大帮助。本文运用ANSYS强大的有限元分析功能,选取龙门式铺放机中支撑整个铺放小车横向移动的横向溜板进行了有限元分析,与实际理论计算结果相比较,证明了设计的可行性和可靠性。