缠绕成型(2)

le1
2r1
b 在芯模筒段，纱片的有效宽度 b cos
b b’
1 i n
b lc a le2
D
2r2
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缠满整个筒体的必要条件：
b b D nb n = cos i cos
b 则： i D cos
b b’
3.4 缠绕工艺设计
缠绕工艺设计包含内容： (1) 根据产品使用和设计要求、技术质量指标，进行结 构造型、缠绕线型和芯模设计； (2) 选择原材料； (3) 根据产品强度要求、原材料性能及缠绕线型进行缠 绕层数计算； (4) 根据选定的原材料和工艺方法，确定工艺流程及工 艺参数； (5) 根据缠绕线型选定缠绕设备，或为缠绕设备设计提 供参数。
4
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1
1 5 4
1 2 4
1 3
3 1
2 3 1 4 3 4
2
3
1
2 42
5
1 5
2 2 3 3
5
2
3
4
n=3
n=4 多切点的排布图
n=5
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c、一个完整循环的n个切点必将等分极孔圆周
由于芯模匀速转动，丝嘴每往返一次的时间又相同。 因此，一个完整循环的n点切点必将等分极孔圆周。 3）纤维在芯模表面均匀布满的条件 a、一个完整循环的诸切点均布在极孔圆周上。 b 、位置相邻的两切点所对应的纱片在筒身 段错开的距离等于一个纱片宽度。
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考虑到速比微调部分 (即纱片宽度对应角度 )的影响， 实际转速比：
θn=(K/n+N)360°±Δθ/n
i 360 n 360
n

i(
K N) n n 360
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(2) 纤维在芯模表 面位置稳定，不 打滑。
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2. 缠绕线型分类
环向缠绕 纵向缠绕 螺旋缠绕
缠绕角通常 为85-90°
封头 纱带
筒身
芯模绕自轴匀速转动，导丝头 在筒身区间作平行于轴线方向 运动。芯模自转一周，导丝头 近似移动一个纱片宽度的缠绕。 该法只能缠绕直筒段，相邻纱 片之间相接而不相交，其缠绕 角在85°~90°之间。
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3.3 螺旋缠绕的转速比
单位时间内，芯模转数与导丝头往返次数之比，完 成一个完整循环，芯模转数与导丝头往返次数之比。
一个完整循环的芯模转数
M i0 S0 n
一个完整循环中导丝头往返数 定义线型在数值 上等于转速比
不同的线型严格对应 着不同的转速比
在极孔圆周上按时间顺序相继出现的两个切点称 为时序相邻的两切点。
时序相邻的切点的位置只能有两种情况： 1) 两切点紧密排布，中间不能再加入其他切点， 称为两切点“位置相邻”。 2) 两切点之间还可以加入其他切点，称两切点位 置不相邻。
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b、单切点与多切点的概念
为防止纤维打滑，平面缠绕通常采用预浸纱缠绕， 同时，极孔直径一般不超过筒体直径的30%。
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(2) 强度要求 螺旋缠绕
纤维在筒身上交叉程度相当大， 从强度观点看是不利的。
因为交叉点处的纤维在承载状态下有被拉 直的趋势，纤维交叉程度大就容易产生分层和 损坏；其次，由于纤维交叉孔隙率偏高，而孔 隙率是使制品剪切强度降低的主要原因。 平面缠绕 纤维在筒体是不交叉的，而以完整的缠绕 层依次逐层重叠，排列较好。因此，平面缠绕 可望获得高强度，并因而减轻制品质量。
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弯管芯模，灰色为圆 环面，绿色为柱面
机器缠绕芯模数个 来回后的纤维分布
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导丝头缠绕芯模一 层后的纤维分布
复合材料弯管成品
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（2）一个完整循环的切点数及分布规律 a、切点位置“时序相邻”和“位置相邻”的概念
单切点缠绕 完成一个完整循环缠 绕，极孔圆周上只有 一个切点的情况。
多切点缠绕
完成一个完整循环 缠绕，极孔圆周上 有多个切点的情况
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完成一个完整的循环缠绕有两种情况：
1) 时序相邻的两切点位置也相邻。即在出现 与初始切点位置相邻的切点以前，极孔上只 有一个切点，这种缠绕线形称单切点线型。
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3.2.2 纤维缠绕芯模转角(即缠绕中心角)与线型的关系 设完成一个n切点的完整循环缠绕，芯模转角 为θ，导丝头每往返一次芯模转角为θn，则： 当从切点1绕到切点2或从切点2绕到切 θn＝θ/n 点3时，芯模转过中心角将是 360°土 Δθ，或者再加上360 °的整数倍。 θn的推导： 单切点： θ1=(1+N)360°±Δθ （N=0， 1，2，· · · · · · ） 其中Δθ是使位置相邻的两切点对应 的纱片在筒身段错开一个纱片的距离。
2) 在出现与起始切点位置相邻的切点以前，极孔上 已经出现了两个或两个以上切点，即时序相邻切点 位置不相邻，这种缠绕线形称为多切点线型。
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在极孔上的切点线型排布
3 3 2 1
1
2
纤维从切点1绕到 与它时序相邻的切 点2时，芯模转过 中心角为360o/2 单切点线型 双切点线型 单切点与双切点排布图
纤维缠绕轨迹：
由圆筒上的螺旋线和 封头上与极孔相切的 空间曲线组成。 螺旋缠绕
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（3）纵向缠绕 （又称平面缠绕）
导丝头在固定平面内 做匀速圆周运动，芯模绕 自轴慢速旋转，导丝头转 一周，芯模转动微小角度， 反映在芯模表面上近似一 个纱片宽度。 纱片与芯模轴线间成0°~ 25°交角， 纤维轨迹是一条单圆平面封闭曲线。
每条纤维都对应于极孔圆周上的 一个切点，相同方向邻近纱片之 间相接而不相交，不同方向的纤 维则相交。当纤维均匀缠满芯模 表面时实际以构成了双层。
螺旋缠绕
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芯模绕自轴匀速转动，导丝头依特 定速度沿芯模轴线方向往复运动。
可以缠绕圆筒段，也 可缠绕端头(封头)。
缠绕成型工艺及应用
授 课 人：刘东雷(博士）
单 位：南昌大学机电工程学院
系 所：材料成型系
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目 录

概述 芯模 缠绕规律 缠绕成型工艺 课后作业
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3 缠绕规律
学习内容 3.1 概述 3.2 螺旋缠绕线型
b
环向缠绕
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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纱片螺距：
W＝πDctgα W b D α W 环向缠绕参数关系图 πD D α
纱片宽：
b＝Wsinα = πDctgαsinα ＝πDcosα
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(2) 螺旋缠绕 又称测地线缠绕，芯模绕自身轴线匀速转动，导丝头按 一定的速比要求沿轴线方向往复运动。芯模的筒身和封 头上就实现了交叉缠绕。其缠绕角一般为45°－70°。
3.3 转速比
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3.1 概述
1. 缠绕规律的内容
描述纱片均匀、稳定、 连续、排布在芯模表面， 以及芯模与导丝头间运 动关系的规律。
2. 缠绕线型分类
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(1) 纤维既不重叠又 不离缝，均匀连续 布满芯模表面。
=(1/3+N) 360°±Δθ/3
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2
3
n个切点： θn=[(1+N)360°±Δθ]/n =(1/n+N) 360°±Δθ/n n=3
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但是，n≥3时各切点的排序与时间顺序不一定一致，例 如θ3有2个值： θ3-1=（1/3+N）360°±Δθ/3
πD
a
D
△θ
s
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平面缠绕的速比： 单位时间内，芯模旋转周数与导丝头绕芯模旋转的圈数比 或绕丝头转一圈时导丝头绕芯模旋转的圈数。
纱片宽度
b i D cos
缠绕角
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证明 ： 因为芯模转一周时，恰好纱片在芯模上布满一 层。设此时导丝头转了n圈，由速比定义有：
3
2 1
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两切点：一个完整循环导丝头 往返2次才错过一个Δθ，导丝 头往返一次时应错开Δθ/2。 θ2=[(1+N)360°±Δθ]/2 =(1/2+N) 360°±Δθ/2
2
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1
三切点： θ =[(1+N)360°±Δθ]/3 3
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3.5 缠绕类型的选择
制品的结构形 状和几何尺寸