CN102749078B - 光纤陀螺用脱骨光纤环的绕制夹具与绕制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤陀螺用脱骨光纤环的绕制夹具与绕制方法。两个活动绕纤柱分别对称插入固定安装在主环架小端内，分环架小端外螺纹柱旋入到主环架内螺纹孔，两个活动绕纤柱与主环架小端长度相同。本发明方法包括：在主分环架轴肩面和绕纤面上均涂硅胶层，固化后绕制光纤环，再刷光纤环用胶，固化后通过温度循环分离硅胶层与光纤环用胶；取出活动绕纤柱，用薄劈刀分开硅胶层与光纤环用胶，取出粘有光纤环用胶的光纤环。本发明的脱出方法保证光纤环无损，能有效提升无骨光纤环的成品率；其制作工艺简单，并通过对光纤环用胶的选取可针对性地提高光纤环的温度适应性和抗冲击能力，更好地发挥了光纤陀螺无转动部件的优势。

Description

光纤陀螺用脱骨光纤环的绕制夹具与绕制方法

技术领域

本发明涉及一种光纤环的绕制夹具与绕制方法，尤其是涉及一种光纤陀螺用脱骨光纤环的绕制夹具与绕制方法。

背景技术

光纤陀螺的敏感核心是光纤环，光纤环的稳定性、质量和体积很大程度上决定着光纤陀螺的性能、质量和体积。

传统光纤陀螺的光纤环是在金属支架上绕制而成的，存在材料失配等一系列问题而导致在温度变化、振动条件下，性能和环境一致性与稳定性方面欠佳；另外，传统的光纤环绕制方法由于不能去除金属支架，增加了光纤陀螺的质量和体积。虽然有脱骨光纤环及其拆卸装置相关的报道，但其绕制方法均为在某一刚性结构件或特制材料结构件上直接绕制光纤环并涂光纤环用胶，而没有一个完整的能够保证光纤环无损脱出结构件的绕制夹具以及无损脱出光纤环的工艺方法。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提出一种光纤陀螺用脱骨光纤环的绕制夹具与绕制方法，将光纤环绕制并胶合为一体后再脱出绕制夹具，这样制作的胶合光纤环无骨架，可以通过胶粘安装在陀螺结构中。

本发明采用的技术方案是：

一、一种光纤陀螺用脱骨光纤环绕制夹具

本发明包括主环架、两个结构相同的活动绕纤柱和分环架；两个径向截面形状为扇形的活动绕纤柱分别对称插入固定安装在呈阶梯形圆柱的主环架小端内，呈阶梯形圆柱的分环架的小端的外螺纹，与呈阶梯形圆柱的主环架小端的内螺纹孔配合，两个活动绕纤柱与主环架小端长度相同；两个活动绕纤柱扇形外侧中间的柱面上均设有沿活动绕纤柱轴向等长的凸条，靠近分环架一端的活动绕纤柱端面上设有与凸条两侧相连接的凸耳；两个凸耳分别嵌入分环架的小端面内，用螺钉固定，靠近主环架大端的活动绕纤柱的凸条端面上设有螺孔，与主环架大端用螺钉固定；两个活动绕纤柱的凸条嵌入主环架小端圆柱面的槽中，凸条外柱面与主环架小端柱面在同一圆柱面上组成绕纤面。

所述的凸条沿轴向的两个侧面相互平行。

所述的两个活动绕纤柱端面沿轴向均开有通孔。

二、一种光纤陀螺用脱骨光纤环绕制方法，包括以下步骤：

1）在绕制夹具的主环架和分环架轴肩面以及绕纤面上均匀涂上硅胶；

2）绕制夹具绕轴心旋转保持不变转速进行硅胶固化，直到硅胶完全固化为止；

3）当硅胶完全固化为硅胶层后，在硅胶层上绕制光纤环，再在光纤环上均匀刷上光纤环用胶，然后等光纤环用胶完全固化后，将绕制夹具放入温箱中进行温度循环，由于硅胶与光纤环用胶之间的热膨胀系数不同，导致硅胶层与粘有光纤环用胶的光纤环之间出现间隙；

4）从温箱中取出绕制夹具，用刀片割断绕纤面与分环架上已固化的硅胶层，将分环架从主环架中拧下，把配合金属棒插入到两个活动绕纤柱端面中间的通孔中，向主环架轴心施力，使两个活动绕纤柱脱离硅胶层后，将两个活动绕纤柱取出；

5）用刀片沿主环架轴线方向将绕纤面上的硅胶层割断；用薄劈刀伸入硅胶层与光纤环之间的间隙中沿圆环环绕将间隙中残存的光纤环用胶与硅胶层分割开；

6）将粘有光纤环用胶的光纤环沿主环架轴线方向取出。

所述步骤3）的温度循环采用以下方式：重复循环三个周期，每个周期为：从常温开始以2℃每分钟的降温速率降至-40℃后，保持30分钟，再以2℃每分钟的升温速率升至60℃后，保持30分钟，然后以2℃每分钟的降温速率降常温。

本发明的有益效果是：

本发明不仅能够去除光纤环中的环架，减轻了光纤环重量，而且光纤环的脱出方法保证光纤无损，能有效提升无骨光纤环的成品率；其制作工艺简单，容易脱卸，并通过对光纤环用胶的选取可针对性地提高光纤环的温度适应性和抗冲击能力，由于去除了结构件的刚性连接而通过胶体减振后振动将不会直接传递，更好发挥光纤陀螺无转动部件的优势。

本发明制作的胶合光纤环工艺简单，容易脱卸，光纤不易折断，减轻了重量；通过对在光纤环上所涂光纤环用胶的选取，有效提升温度适应性和抗冲击能力，适用于光纤陀螺中。

附图说明

图1是完成装配的本发明整体结构示意图。

图2是本发明的爆炸图。

图3是本发明的主环架的立体示意图。

图4是本发明的主环架的立体示意图。

图5是本发明的主环架一部分的立体示意图。

图6是本发明的活动绕纤柱的立体示意图。

图7是本发明的活动绕纤柱的立体示意图。

图8是本发明的分环架的立体示意图。

图9是进行温度循环时温箱的温度随时间变化函数。

图10是温度循环后硅胶层和光纤环在主环架横截面上的分布示意图。

图11是温度循环后主环架上硅胶层和光纤环的分布示意图。

图12是用配合金属棒拆卸活动绕纤柱的示意图。

图13是卸载光纤环时薄劈刀所在位置示意图。

图14是卸载光纤环时薄劈刀所在位置的横截面示意图。

图中：1、主环架，2、活动绕纤柱，3、分环架，4、绕纤面，5、配合金属棒，6、硅胶层，7、光纤环，8、间隙，9、薄劈刀，21、凸条，22、凸耳。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

如图1~图8所示，本发明包括主环架1、两个结构相同的活动绕纤柱2和分环架3；主环架1中心开有沿主环架轴线方向的通孔，主环架1的通孔在靠近小端端面的一段设有内螺纹孔；主环架1的小端对称地开有两个贯穿小端的扇形孔；主环架1小端分为两瓣，两瓣上四个小平面之间相互平行；主环架1的小端端面上开有四个凹槽；主环架1的四个凹槽上分别开有四个螺纹孔，主环架1的轴肩面上对称地开有两个沉头孔；两个径向截面形状为扇形的活动绕纤柱2分别对称插入固定安装在呈阶梯形圆柱的主环架1小端内，两个活动绕纤柱2与主环架1小端的轴向长度相等；呈阶梯形圆柱的分环架3的小端的外螺纹，与呈阶梯形圆柱的主环架1小端的内螺纹孔配合；两个活动绕纤柱2扇形外侧中间的柱面上均设有沿活动绕纤柱2轴向等长的凸条21。

靠近分环架3一端的活动绕纤柱2端面上设有与凸条21两侧相连接的凸耳22，两个凸耳22分别嵌入分环架3的小端面内，用螺钉固定；靠近主环架1大端的活动绕纤柱2的凸条21端面上设有螺纹孔，与主环架1大端用螺钉固定；两个活动绕纤柱2的凸条21外柱面嵌入主环架1小端圆柱面的槽中，并与主环架1小端柱面在同一圆柱面上组成绕纤面4。

凸条21沿轴向的两个侧面相互平行。

两个活动绕纤柱2端面沿轴向均开有通孔。

两个活动绕纤柱2的凸条21与凸耳22相反的一端上开有螺纹孔。

每个凸耳22上开有沉头孔，主环架1小端上与各自凸耳22沉头孔对应位置均开有螺纹孔。

主环架1大端面上开有两个中心对称的沉头孔，两个沉头孔分别与各自活动绕纤柱2中凸条21与凸耳22相反的一端上的螺纹孔对应，使活动绕纤柱2固定在主环架1上。

主环架1小端端面上开有四个凹槽，凹槽上开有螺纹孔；在与活动绕纤柱2配合时，活动绕纤柱的凸耳21伸入到凹槽内，凸耳22的沉头孔与凹槽上的螺纹孔通过螺钉配合，将活动绕纤柱2固定在主环架1上。

如图2、图3、图6所示，两个径向截面形状为扇形的活动绕纤柱2插入到主环架1的扇形孔内，且两个活动绕纤柱2的外圆弧柱面与主环架1小端扇形孔的内壁面之间紧贴，并通过螺钉配合相对应的沉头孔与螺纹孔，将活动绕纤柱2固定在主环架1上。

如图3、图6，两个活动绕纤柱2上平行于与其自身轴线的两个侧面同主环架1小端的两个扇形孔的两个侧面之间分别留有间隙，目的为在卸载光纤环7时两活动绕纤柱2上的凸条21可以向主环架1轴心方向平行移动以脱离硅胶层6。

如图4、图7所示，主环架1轴肩面上两个对称的沉头孔与两个活动绕纤柱2端面上的两个螺纹孔相互配合；主环架1轴肩面上沉头孔的作用在于使配合螺钉不超出主环架的大端端面，从而使转动装置易于夹持所述绕制夹具。

如图3、图6所示，活动绕纤柱2的凸耳22上在装配时嵌入主环架1小端上的凹槽内，凹槽的深度应不小于凸耳的厚度，即在装配时凸耳22的上端面被凹槽完全覆盖，以防止涂在绕纤面4上的硅胶渗漏到所述绕制夹具内部。

如图3、图6所示，主环架1小端的四个凹槽上开有螺纹孔，与四个凸耳22上的沉头孔通过螺钉相互配合；凸耳22上沉头孔的作用在于使配合螺钉不超出主环架小端的端面，从而分环架3与主环架的小端端面紧密相贴，防止涂在绕纤面4上的硅胶渗漏到所述绕制夹具的内部。

如图3、图5、图6所示，两个凸条21沿轴向的两个侧面之间相互平行，目的为在卸载光纤环7时凸条21可以向主环架1轴心方向平行移动以脱离硅胶层6；两个凸条21沿轴向的两个侧面与主环架1上槽内的四个内侧面之间紧密相贴，以保证硅胶不渗透到凸条21与主环架1小端面之间的缝隙中。

如图6、图12、图13所示，活动绕纤柱2上凸条21的作用在于：在卸载光纤环7时将活动绕纤柱2连同凸条21从主环架1中取出时，凸条21脱离硅胶层6，可将薄劈刀9伸入活动绕纤柱脱离后留下的扇形孔中，用薄劈刀9沿主环架1的轴向划断硅胶层6，并将薄劈刀9从硅胶层6的断口处伸入粘有光纤环用胶的光纤环7与硅胶层6之间的间隙8中，切断残存的已固化的两种胶的混合体。

如图1、图4、图6所示，两个活动绕纤柱2上凸条21的外柱面表面积较小，占绕纤面4总面积的10%以下，在卸载光纤环7时两个活动绕纤柱2的凸条与硅胶层6之间的粘连面积较小，活动绕纤柱2易于脱离硅胶层6，从而便于卸载。

如图6、图7、图12所示，两个活动绕纤柱2端面中间开有通孔，用于在卸载时让配合金属棒5插入通孔中，并向主环架1的轴心方向施力，让凸条21离硅胶层6。

对光纤环7实施温度循环的目的如下：光纤环用胶不同于硅胶，二者的热膨胀系数相差尽可能大，在温度循环时粘有固化光纤环用胶的光纤环7与硅胶层6之间的应力大小经历周期性变化，且变化幅度随光纤环用胶和硅胶的热膨胀系数差成正比，温度循环后硅胶层6与粘有光纤环用胶的光纤环7之间自然分离，二者间形成间隙8，如图10所示；在硅胶层6与光纤环7之间的间隙8处残存的少量相连的固化胶可用薄劈刀9将其割断，从而使粘有光纤环用胶的光纤环7沿着主环架1的轴线方向从侧面无损脱出所述绕制夹具。

本发明的方法的实施例如下：

1）将绕制夹具绕其自身轴心旋转，与此同时在绕制夹具的主环架1和分环架3的轴肩面以及绕纤面4上涂硅胶；由于硅胶的粘性不强，因此必须在涂硅胶的同时保持绕制夹具旋转，以防止液体硅胶由于自身重力作用而导致硅胶在所述绕制夹具上分布不均；

2）用刮舌刮平所述的主环架1的轴肩面以及分环架3的轴肩面上的硅胶；

3）用刮舌刮匀所述的绕纤面4上的硅胶；

4）绕制夹具绕轴心旋转保持转速不变进行硅胶固化直到硅胶完全固化为止；保持上述绕制夹具绕轴心匀速旋转的目的在于防止未固化的液体硅胶由于重力作用，导致固化后硅胶层6在所述绕制夹具上厚度分布不均；

5）待硅胶完全固化后，在硅胶层6上绕制光纤环，绕制光纤环的圈数取决于光纤的总长度与光纤直径；与此同时在光纤环7上均匀刷光纤环用胶，待光纤环用胶完全固化后，将所述的绕制夹具连同光纤环7一起放入温箱中进行温度循环；温度循环时温箱温度随时间变化曲线图如图9所示，从常温开始以2℃每分钟的降温速率降至-40℃后，保持30分钟，再以2℃每分钟的升温速率升至60℃后，保持30分钟，然后以2℃每分钟的降温速率降常温；重复上述循环三个周期；温度循环后，主环架上硅胶层在截面上的分布状态如图10所示，在温度循环时光纤环7与硅胶层6之间的应力大小经历周期性变化，温度循环后光纤环7与硅胶层6之间形成间隙8如图10所示，此时粘有光纤环用胶的光纤环7与硅胶层6在所述绕制夹具上的分布如图11所示；

6）从温箱中取出所述的绕制夹具；如果分环架3轴肩面上的硅胶层6与粘有光纤环用胶的光纤环7之间已分离，则直接将分环架3从主环架1中拧下，否则先用刀片割断与光纤环7相连的分环架3轴肩面上的硅胶层6；如图12所示，把配合金属棒5插入到两个活动绕纤柱2上的通孔中，向所述绕制夹具的轴心方向施力，使两个活动绕纤柱2的外柱面脱离硅胶层后，将两个活动绕纤柱2从主环架1小端的侧面抽出；

7）用刀片伸入所述的两个活动绕纤柱2的凸条21脱离后留下的槽中，沿主环架1轴线方向将硅胶层6割断，此时硅胶层6分为两半；

8）用楔形薄劈刀9从两活动绕纤柱2脱离后留下的两条槽中伸入硅胶层6与光纤环7之间的间隙8中；如图13、图14所示，使薄劈刀9的长直角边对应的刀面朝内贴着硅胶层6且与之相切，楔形薄劈刀9的斜边对应的刀面朝外，沿圆环环绕将间隙8中残存的光纤环用胶与硅胶层6分割开；在使用薄劈刀9时，楔形的长边接触硅胶层6的外侧，斜边接触光纤环7的内侧，其目的在于避免光纤环7被薄劈刀9刮伤；薄劈刀9的长度应不小于主环架1的小端长度，宽度应不大于两个活动绕纤柱2凸条21的宽度，厚度不大于绕纤面4上已固化的硅胶层6厚度的二分之一，以保证薄劈刀9在间隙8中切割时所受到的硅胶层6和光纤环7的阻力较小；切断间隙8处残存的混合胶后，沿主环架1的轴向取出粘有光纤环用胶的光纤环7。

上述的刀片和薄劈刀9长度均大于两个活动绕纤柱2的长度。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种光纤陀螺用脱骨光纤环的绕制夹具，其特征在于：包括主环架（1）、两个结构相同的活动绕纤柱（2）和分环架（3）；两个径向截面形状为扇形的活动绕纤柱（2）分别对称插入固定安装在呈阶梯形圆柱的主环架（1）小端内，呈阶梯形圆柱的分环架（3）的小端的外螺纹，与呈阶梯形圆柱的主环架（1）小端的内螺纹孔配合，两个活动绕纤柱（2）与主环架（1）小端长度相同；两个活动绕纤柱（2）扇形外侧中间的柱面上均设有沿活动绕纤柱（2）轴向等长的凸条（21），靠近分环架（3）一端的活动绕纤柱（2）端面上设有与凸条（21）两侧相连接的凸耳（22）；两个凸耳（22）分别嵌入分环架（3）的小端面内用螺钉固定；靠近主环架（1）大端的活动绕纤柱（2）的凸条（21）端面上设有螺孔，与主环架（1）大端用螺钉固定；两个活动绕纤柱（2）的凸条（21）嵌入主环架（1）小端圆柱面的槽中，凸条（21）外柱面与主环架（1）小端柱面在同一圆柱面上组成绕纤面（4）。

2.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺用脱骨光纤环的绕制夹具，其特征在于：所述的凸条（21）沿轴向的两个侧面相互平行。

3.根据权利要求1所述的一种光纤陀螺用脱骨光纤环的绕制夹具，其特征在于：所述的两个活动绕纤柱（2）端面沿轴向均开有通孔。

4.一种根据权利要求3所述的夹具绕制光纤环的方法，其特征在于包括以下步骤：

1）在绕制夹具的主环架（1）和分环架（3）轴肩面以及绕纤面（4）上均匀涂上硅胶；

2）绕制夹具绕轴心旋转保持不变转速进行硅胶固化，直到硅胶完全固化为止；

3）当硅胶完全固化为硅胶层（6）后，在硅胶层（6）上绕制光纤环（7），再在光纤环（7）上均匀刷上光纤环用胶，然后等光纤环用胶完全固化后，将绕制夹具放入温箱中进行温度循环，由于硅胶与光纤环用胶之间的热膨胀系数不同，导致硅胶层（6）与粘有光纤环用胶的光纤环（7）之间出现间隙（8）；

4）从温箱中取出绕制夹具，用刀片割断绕纤面（4）与分环架（3）之间已固化的硅胶层（6），将分环架（3）从主环架（1）中拧下，把配合金属棒（5）插入到两个活动绕纤柱（2）端面轴向的通孔中，向主环架（1）轴心施力，使两个活动绕纤柱（2）脱离硅胶层（6）后，将两个活动绕纤柱（2）取出；

5）用刀片沿主环架（1）轴线方向将绕纤面上的硅胶层（6）割断；用薄劈刀（9）伸入硅胶层（6）与光纤环（7）之间的间隙（8）中沿圆环环绕将间隙（8）中残存的光纤环用胶与硅胶层（6）分割开；

6）将粘有光纤环用胶的光纤环（7）沿主环架（1）轴线方向取出。

5.根据权利要求4所述的绕制光纤环的方法，其特征在于所述步骤3）的温度循环采用以下方式：重复循环三个周期，每个周期为：从常温开始以2℃每分钟的降温速率降至-40℃后，保持30分钟，再以2℃每分钟的升温速率升至60℃后，保持30分钟，然后以2℃每分钟的降温速率降至常温。