1 前言

      機(jī)械式控制鏈傳動(dòng)纖維纏繞機(jī)的纏繞運(yùn)動(dòng)控制是通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而達(dá)到所要求的纏繞線型。纏繞方式是由導(dǎo)絲頭(也稱為絲嘴)和芯模的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。纏繞工藝適用于碳纖維或玻璃纖維管道、容器、貯罐及火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體等制品。由于纏繞制品的類型不同、規(guī)格不同，這就需要設(shè)計(jì)出不同的纏繞機(jī)。當(dāng)纏繞制品的某個(gè)參數(shù)發(fā)生改變時(shí)，相應(yīng)地要改變纏繞機(jī)的設(shè)計(jì)，特別是其傳動(dòng)系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì)，而且計(jì)算較為煩瑣，手工計(jì)算十分不便。針對(duì)這種情況，筆者編寫了該軟件，以減輕工程設(shè)計(jì)人員的工作量。

      隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展以及程序開(kāi)發(fā)語(yǔ)言的不但推陳出新，可以選用不同的編程語(yǔ)言、編程方法和思路去實(shí)現(xiàn)。本文選用了Microsoft公司的Visua1C＋＋6.0作為程序開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，在 Windows平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了對(duì)纖維纏繞機(jī)線型及傳動(dòng)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算。

2 程序編制的基本思路

       一個(gè)好的程序不僅能實(shí)現(xiàn)特定的功能，還要考慮維護(hù)上的方便，采用模塊化的編程方式可以輕松做到這一點(diǎn)。本程序正是采用程序功能的模塊化設(shè)計(jì)，程序編制方法如下：

2.1 程序的主控菜單功能模塊 

       包含程序的主要功能菜單，即纏繞類型以及傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩大主菜單。纏繞類型的下拉式主菜單中主要包括容器類螺旋纏繞、管道類螺旋纏繞、貯罐類螺旋纏繞以及環(huán)向纏繞四大功能干菜單。它主要應(yīng)用于求解各類型制品的纏繞中心角、基本速比、微調(diào)速比、實(shí)際速比以及切點(diǎn)數(shù)；傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主菜單主要包括芯模轉(zhuǎn)速的確定、傳動(dòng)鏈長(zhǎng)及排布方式、固定傳動(dòng)比以及掛輪傳動(dòng)比的確定四大功能子菜單。通過(guò)各功能于菜單能快速激活所需要的程序功能模塊，且操作簡(jiǎn)單、方便。

2.2 螺旋以及環(huán)向纏繞線型參數(shù)和速比確定功能模塊

       在纖維纏繞時(shí)，紗帶按照特定的布線軌跡穩(wěn)定而均勻地布滿芯模表面，這種布線規(guī)律稱為纏繞線型規(guī)律。纏繞線型設(shè)計(jì)主要是根據(jù)制品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和纏繞工藝要求來(lái)確定纏繞角、纏繞中心角、纏繞速比和切點(diǎn)數(shù)。由于纖維纏繞機(jī)主要應(yīng)用于纏繞容器、管道、貯罐等制品，纏繞線型主要為螺旋纏繞及環(huán)向纏繞，因此筆者研究了螺旋纏繞以及環(huán)向纏繞線型規(guī)律的程序設(shè)計(jì)。其中包括容器、管道及貯罐的螺旋纏繞，管道、容器及貯罐筒身段的環(huán)向纏繞。這個(gè)功能模塊還包括四個(gè)子功能模塊，即容器類螺旋纏繞及線型設(shè)計(jì)功能模塊、管道類螺旋纏繞及線型設(shè)計(jì)功能模塊、貯罐類螺旋纏繞及線型設(shè)計(jì)功能模塊、環(huán)向纏繞及線型設(shè)計(jì)功能模塊。從面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)思想出發(fā)，這里基于每一個(gè)子功能模塊都定義了一個(gè)對(duì)話框類，依次為容器類、管道類、罐類以及環(huán)向纏繞類，即為CVesse1、CPipe、Cjar、CHuan。它們都是對(duì)話框類CDia1og的派生類。在四個(gè)對(duì)話框類中分別增加消息處理函數(shù)OnResnit()，接受由鍵盤、鼠標(biāo)傳來(lái)的消息。只需要用鍵盤在對(duì)話框界面中輸入已知的制品幾何參數(shù)和工藝參數(shù)，計(jì)算機(jī)接收到所要求的參數(shù)后，運(yùn)行相應(yīng)的計(jì)算程序?qū)斎霐?shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和處理，并將結(jié)果顯示在對(duì)話框中。如果輸入數(shù)據(jù)不符合設(shè)計(jì)要求，顯示屏將有消息及時(shí)告訴你，以便進(jìn)行修改并重新計(jì)算。最終，OnResuIt()函數(shù)計(jì)算出各類制品以及各類型纏繞方式的纏繞角，基本速比、微調(diào)速比、實(shí)際纏繞速比、非線性段纏繞中心角，線性段纏繞中心角、封頭段纏繞中心角和切點(diǎn)數(shù)等。

2.3 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能模塊

2.3.1 芯模轉(zhuǎn)速確定功能模塊

       兩軸運(yùn)動(dòng)的纏繞過(guò)程，無(wú)論是螺旋纏繞還是環(huán)向纏繞，一般都是芯模軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)絲頭(或小車)沿芯模軸向作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，纏繞紗帶通過(guò)導(dǎo)絲頭的引導(dǎo)接線型排布規(guī)律以一定的纏繞角纏繞到芯模表面上。這樣，芯模轉(zhuǎn)速與紗帶速度、小車速度及纏繞角有關(guān)。其中，纏繞角由纏繞制品的形狀以及線型設(shè)計(jì)來(lái)確定。

       從工藝的角度講，紗帶速度不宜過(guò)大。否則，容易造成膠液外濺，一般V紗不超過(guò)1.0m／s，但過(guò)小又將降低生產(chǎn)率。小車速度也有一定的限制，速度過(guò)大使小車往返運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生振動(dòng)，從而影響排線精度，一般V車不得超過(guò)0.8m／s。當(dāng)V紗和V車都處于最大極限速度時(shí)，可得到對(duì)應(yīng)的纏繞角ao。當(dāng)由線型設(shè)計(jì)所得到的制品線性段纏繞角ac＞a。時(shí)，芯模的最大轉(zhuǎn)速n芯max必須以v紗max來(lái)限定。當(dāng)ac＜a。時(shí)，芯模的最小轉(zhuǎn)速n芯max必須以v車max來(lái)確定。這些都是程序設(shè)計(jì)過(guò)程中所必須考慮的條件和限制。在程序設(shè)計(jì)中，將芯模轉(zhuǎn)速的計(jì)算程序定義為一個(gè)基于對(duì)話框類CDia1og的派生類CRotateSPeed。對(duì)話框界面中輸入工藝要求所規(guī)定的紗帶和小車的最大極限速度，通過(guò)螺旋及環(huán)向纏繞線型參數(shù)和速比確定功能模塊中所確定的纏繞制品的直徑以及纏繞角，由CRotatesped類中的消息處理函數(shù)OnResu1t()就能快速地求解出芯模的轉(zhuǎn)速。

2.3.2 鏈長(zhǎng)及環(huán)鏈排布方式確定功能模塊 

       對(duì)機(jī)械式控制纏繞機(jī)，當(dāng)制品幾何尺寸和線型參數(shù)發(fā)生改變時(shí)，環(huán)鏈長(zhǎng)度及鏈輪的布局方案必須隨之改變，并要重新設(shè)計(jì)和更換。通過(guò)運(yùn)行此功能模塊，可迅速得到環(huán)鏈長(zhǎng)度、環(huán)鏈節(jié)數(shù)、鏈輪節(jié)圓直徑以及鏈輪的排布方式。

       首先定義一個(gè)對(duì)話框類CChain和消息處理函數(shù)OnResuIt()。在其對(duì)話框界面中輸入絲嘴距纏繞制品表面的距離、環(huán)鏈的節(jié)距，在一組單選按鈕中選定纏繞制品的類型及纏繞方式，并通過(guò)由螺旋及環(huán)向纏繞線型參數(shù)和速比確定功能模塊中傳遞過(guò)來(lái)的纏繞角、纏繞中心角、纏繞速比以及纏繞制品的直徑，由OnResuIt()函數(shù)即可計(jì)算出環(huán)鏈長(zhǎng)度、環(huán)鏈節(jié)數(shù)、鏈輪節(jié)圓直徑以及鏈輪的排布方式。

2.3.3 固定傳動(dòng)比確定功能模塊

       為了確定傳動(dòng)系統(tǒng)的具體方案，須首先確定傳動(dòng)系統(tǒng)中固定輪系部分的傳動(dòng)比，稱為固定速比，包括螺旋纏繞方式的固定傳動(dòng)比i螺固和環(huán)向纏繞方式的固定傳動(dòng)比i環(huán)固。這里首先定義一個(gè)對(duì)話框類CFixrate和消息處理函數(shù)OnResuit() 。在對(duì)話框界面中輸入纏繞制品的最大、最小長(zhǎng)度，最大、最小直徑，最大、最小纏繞角以及鏈節(jié)距，在一組纏繞方式的單選按鈕中選定螺旋纏繞或環(huán)向纏繞方式，即可由對(duì)話框類CFixrate的消息處理函數(shù)OnResuIt()求解出i螺固或i環(huán)固。

2.3.4 掛輪傳動(dòng)比確定功能模塊

       對(duì)于每一種類型和同類型的各種規(guī)格尺寸的制品，通過(guò)螺旋及環(huán)向纏繞線型參數(shù)和速比確定功能模塊中所確定的各類型制品和纏繞方式的實(shí)際速比，鏈輪及排布方式確定功能模塊中所確定的鏈節(jié)數(shù)以及鏈輪直徑，固定傳動(dòng)比確定功能模塊中所確定的固定傳動(dòng)比，即可由所創(chuàng)建的對(duì)話框類CChangerate中的消息處理函數(shù)OnResu1t()函數(shù)求出不同類型、不同規(guī)格制品掛輪的傳動(dòng)比。

3 結(jié)束語(yǔ)

       本文通過(guò)機(jī)械式控制兩軸纖維纏繞機(jī)線型及傳動(dòng)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，編制出相應(yīng)的軟件。它能夠較好地解決由于改變制品的規(guī)格及纏繞方式所致的纏繞線型及傳動(dòng)系統(tǒng)部分須做相應(yīng)整調(diào)帶來(lái)的不便。實(shí)驗(yàn)表明，纖維纏繞線型及傳動(dòng)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件能夠大大縮短纖維纏繞機(jī)的設(shè)計(jì)時(shí)間，增加效率，提高設(shè)計(jì)精度，使纏繞機(jī)的設(shè)計(jì)更加合理化、科學(xué)化。(end)