1 前言

      機械式控制鏈傳動纖維纏繞機的纏繞運動控制是通過機械傳動系統(tǒng)來實現(xiàn)，從而達到所要求的纏繞線型。纏繞方式是由導絲頭(也稱為絲嘴)和芯模的相對運動來實現(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)動機殼體等制品。由于纏繞制品的類型不同、規(guī)格不同，這就需要設計出不同的纏繞機。當纏繞制品的某個參數(shù)發(fā)生改變時，相應地要改變纏繞機的設計，特別是其傳動系統(tǒng)部分的設計，而且計算較為煩瑣，手工計算十分不便。針對這種情況，筆者編寫了該軟件，以減輕工程設計人員的工作量。

      隨著計算機技術的迅速發(fā)展以及程序開發(fā)語言的不但推陳出新，可以選用不同的編程語言、編程方法和思路去實現(xiàn)。本文選用了Microsoft公司的Visua1C＋＋6.0作為程序開發(fā)語言，在 Windows平臺上實現(xiàn)了對纖維纏繞機線型及傳動系統(tǒng)的計算機輔助設計和計算。

2 程序編制的基本思路

       一個好的程序不僅能實現(xiàn)特定的功能，還要考慮維護上的方便，采用模塊化的編程方式可以輕松做到這一點。本程序正是采用程序功能的模塊化設計，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系統(tǒng)設計兩大主菜單。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、實際速比以及切點數(shù)；傳動系統(tǒng)設計主菜單主要包括芯模轉速的確定、傳動鏈長及排布方式、固定傳動比以及掛輪傳動比的確定四大功能子菜單。通過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，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。纏繞線型設計主要是根據(jù)制品的結構設計和纏繞工藝要求來確定纏繞角、纏繞中心角、纏繞速比和切點數(shù)。由于纖維纏繞機主要應用于纏繞容器、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)律的程序設計。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。這個功能模塊還包括四個子功能模塊，即容器類螺旋纏繞及線型設計功能模塊、管道類螺旋纏繞及線型設計功能模塊、貯罐類螺旋纏繞及線型設計功能模塊、環(huán)向纏繞及線型設計功能模塊。從面向?qū)ο蟮某绦蛟O計思想出發(fā)，這里基于每一個子功能模塊都定義了一個對話框類，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。它們都是對話框類CDia1og的派生類。在四個對話框類中分別增加消息處理函數(shù)OnResnit()，接受由鍵盤、鼠標傳來的消息。只需要用鍵盤在對話框界面中輸入已知的制品幾何參數(shù)和工藝參數(shù)，計算機接收到所要求的參數(shù)后，運行相應的計算程序?qū)斎霐?shù)據(jù)進行計算和處理，并將結果顯示在對話框中。如果輸入數(shù)據(jù)不符合設計要求，顯示屏將有消息及時告訴你，以便進行修改并重新計算。最終，OnResuIt()函數(shù)計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數(shù)等。

2.3 傳動系統(tǒng)設計功能模塊

2.3.1 芯模轉速確定功能模塊

       兩軸運動的纏繞過程，無論是螺旋纏繞還是環(huán)向纏繞，一般都是芯模軸作旋轉運動而導絲頭(或小車)沿芯模軸向作往復直線運動，纏繞紗帶通過導絲頭的引導接線型排布規(guī)律以一定的纏繞角纏繞到芯模表面上。這樣，芯模轉速與紗帶速度、小車速度及纏繞角有關。其中，纏繞角由纏繞制品的形狀以及線型設計來確定。

       從工藝的角度講，紗帶速度不宜過大。否則，容易造成膠液外濺，一般V紗不超過1.0m／s，但過小又將降低生產(chǎn)率。小車速度也有一定的限制，速度過大使小車往返運動產(chǎn)生振動，從而影響排線精度，一般V車不得超過0.8m／s。當V紗和V車都處于最大極限速度時，可得到對應的纏繞角ao。當由線型設計所得到的制品線性段纏繞角ac＞a。時，芯模的最大轉速n芯max必須以v紗max來限定。當ac＜a。時，芯模的最小轉速n芯max必須以v車max來確定。這些都是程序設計過程中所必須考慮的條件和限制。在程序設計中，將芯模轉速的計算程序定義為一個基于對話框類CDia1og的派生類CRotateSPeed。對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速。

2.3.2 鏈長及環(huán)鏈排布方式確定功能模塊 

       對機械式控制纏繞機，當制品幾何尺寸和線型參數(shù)發(fā)生改變時，環(huán)鏈長度及鏈輪的布局方案必須隨之改變，并要重新設計和更換。通過運行此功能模塊，可迅速得到環(huán)鏈長度、環(huán)鏈節(jié)數(shù)、鏈輪節(jié)圓直徑以及鏈輪的排布方式。

       首先定義一個對話框類CChain和消息處理函數(shù)OnResuIt()。在其對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來的纏繞角、纏繞中心角、纏繞速比以及纏繞制品的直徑，由OnResuIt()函數(shù)即可計算出環(huán)鏈長度、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 固定傳動比確定功能模塊

       為了確定傳動系統(tǒng)的具體方案，須首先確定傳動系統(tǒng)中固定輪系部分的傳動比，稱為固定速比，包括螺旋纏繞方式的固定傳動比i螺固和環(huán)向纏繞方式的固定傳動比i環(huán)固。這里首先定義一個對話框類CFixrate和消息處理函數(shù)OnResuit() 。在對話框界面中輸入纏繞制品的最大、最小長度，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 掛輪傳動比確定功能模塊

       對于每一種類型和同類型的各種規(guī)格尺寸的制品，通過螺旋及環(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，固定傳動比確定功能模塊中所確定的固定傳動比，即可由所創(chuàng)建的對話框類CChangerate中的消息處理函數(shù)OnResu1t()函數(shù)求出不同類型、不同規(guī)格制品掛輪的傳動比。

3 結束語

       本文通過機械式控制兩軸纖維纏繞機線型及傳動系統(tǒng)的計算機輔助設計，編制出相應的軟件。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系統(tǒng)部分須做相應整調(diào)帶來的不便。實驗表明，纖維纏繞線型及傳動系統(tǒng)計算機輔助設計軟件能夠大大縮短纖維纏繞機的設計時間，增加效率，提高設計精度，使纏繞機的設計更加合理化、科學化。(end)