CN103407152B - 一种碳纤维缠绕机纤维传导装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳纤维缠绕机纤维传导装置，张力调整装置、前部包角调节辊、刮胶装置、主动浸胶辊、后部包角调节辊、挤胶装置、张力测量装置、机架底板、左机架、右机架。纤维从各传导辊的中间部分经过，主动浸胶辊由伺服电机驱动，通过轴承座安装在机架上，刮胶辊可以通过滑台调整与挤胶辊之间的间隙，前部包角调节辊和后部包角调节辊的位置可调，挤胶装置通过滑台调整挤胶辊之间的间隙，张力测量导辊安装在张力传感器上。该纤维传导装置能够有效减小纤维传导过程中的损伤，减小纤维缠绕成型时的起毛、断线等问题，保证纤维的含胶量和含胶均匀性，从而提高纤维缠绕制品的质量。

Description

一种碳纤维缠绕机纤维传导装置

技术领域

本发明涉及一种碳纤维缠绕机纤维传导装置，属于复合材料加工技术领域。

背景技术

碳纤维复合材料相比于传统的金属材料具有比强度高、质量轻等优点，因此在航天领域的应用越来越广泛，缠绕机是碳纤维复合材料的重要成型设备，高模量碳纤维缠绕过程中，纤维的含胶量、展开宽度等工艺参数对碳纤维制品的最终质量其关键作用。纤维传导过程中如果纤维损伤过大、展开宽度不均匀、含胶量不均匀，将引起碳纤维制品的力学性能下降，并且纤维损伤过大容易引起纤维起毛、断线，从而造成生产效率下降，产品质量降低。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种碳纤维缠绕机纤维传导装置，能够有效控制纤维的含胶量，保证纤维均匀展开，减小纤维传导过程中损伤，减小碳纤维起毛、断线等问题，保证高模量碳纤维纤维制品的缠绕成型质量。

一种碳纤维缠绕机纤维传导装置，包括两个张力调整装置、前部包角调节辊、刮胶装置、主动浸胶辊、后部包角调节辊、挤胶装置、张力测量装置、机架底板、左机架、右机架；

左机架、右机架分别固定在机架底板上，两侧高度相同，之间通过连接板进行连接，前部包角调节辊、刮胶装置、主动浸胶辊、后部包角调节辊、挤胶装置分别固定在左机架和右机架上；

其中一个张力调整装置、左机架和右机架、挤胶装置、另一个张力调整装置、张力测量装置分别从左至右固定在机架底板上，刮胶装置、前部包角调节辊、主动浸胶辊、后部包角调节辊分别从左至右固定在左机架和右机架上；

张力调整装置包括底座、支撑板、导向轴支架、导向轴、直线导轨、连接板、导向辊、弹簧、水平连接板、导向辊轴、导向辊轴、滑块、导向辊外圈；底座的一端与支撑板固定连接，支撑板的另一端固定连接导向轴支架；导向轴的两端分别固定连接底座和导向轴支架，导向轴上设有导轨安装台；直线导轨固定在导向轴的导轨安装台内；弹簧安装在直线导轨和导向轴的外圈，弹簧的内径大于导向轴和直线导轨的外径；竖直运动的导向辊中的导向辊轴通过连接板与滑块固定连接，滑块与直线导轨滑动连接，竖直运动的导向辊通过滑块能够在直线导轨上上下移动，并且，竖直运动的导向辊压缩弹簧；两个水平连接板通过螺钉固定在支撑板的两个侧面，两个固定导向辊分别固定连接在两个水平连接板上；竖直运动的导向辊、固定导向辊中的导向辊相同，导向辊包括导向辊轴和导向辊外圈，导向辊外圈能够绕导向辊轴旋转；张力调整装置中底座固定连接机架底板；

刮胶装置包括刮胶辊、间隙调整滑台和连接板；刮胶辊为固定辊，两端通过连接板安装在两个间隙调整滑台上，其中一个间隙调整滑台固定连接在左机架上，另一个间隙调整滑台固定连接在右机架上；间隙调整滑台上设有刻度值和锁紧旋钮，根据刻度值，调节两个间隙调整滑台的高度，保持两个间隙调整滑台调整距离一致，使刮胶辊与浸胶辊平行，通过调整间隙调整滑台高度，改变刮胶辊与浸胶辊之间的间隙，间隙调整完成后，通过锁紧旋钮锁定间隙调整滑台高度不变，固定刮胶辊的位置；

主动浸胶辊的两端分别固定在左机架、右机架上，主动浸胶辊还连接电机，电机驱动主动浸胶辊转动，为纤维挂上胶；

前部包角调节辊包括前部包角调节辊支架、前部包角调节辊轴和前部包角调节辊外圈；前部包角调节辊位于纤维浸胶之前，前部包角调节辊支架固定在左机架上，前部包角调节辊轴的一端固定在调节辊支架上，前部包角调节辊外圈位于前部包角调节辊轴的外围，两者通过轴承连接，前部包角调节辊外圈能够绕前部包角调节辊轴转动；

后部包角调节辊包括后部包角调节辊轴、辊筒外圈、加热器；后部包角调节辊位于纤维浸胶之后，后部包角调节辊轴通过螺栓连接固定在右机架的凹槽中，后部包角调节辊轴能够沿右机架凹槽上下移动，辊筒外圈位于后部包角调节辊轴的外围，两者通过轴承连接，辊筒外圈能够绕后部包角调节辊轴转动；加热器位于后部包角调节辊轴与辊筒外圈之间；

挤胶装置包括挤胶支架、滑台和两个挤胶辊；挤胶辊包括挤胶辊轴和挤胶辊外圈，挤胶辊外圈位于胶辊轴外围，两者通过轴承连接，挤胶辊外圈能够绕胶辊轴转动；挤胶辊轴的一端通过螺栓连接滑台，当螺栓拧松时，挤胶辊轴能够在滑台上移动，当螺栓拧紧时，挤胶辊轴能够固定在滑台上；滑台通过螺栓连接固定在挤胶支架上，挤胶支架通过螺钉固定在机架底板上；

张力测量装置包括机架、两个辅助导辊、张力导辊和张力传感器；机架上设有通孔，一端通过螺纹固定在机架底板上，张力传感器固定在机架的一面，两个辅助导辊和张力导辊固定在机架的另一面；辅助导辊包括辅助导辊外圈和辅助导辊轴，辅助导辊外圈位于辅助导辊轴外围，两者通过轴承连接，辅助导辊外圈能够绕辅助导辊轴转动，辅助导辊轴的一端通过螺纹固定连接机架；张力导辊包括张力导辊外圈和张力导辊轴，张力导辊外圈位于张力导辊轴外围，两者通过轴承连接，张力导辊外圈能够绕张力导辊轴转动，张力导辊轴的一端通过机架上的通孔与张力传感器的中空轴固定连接；辅助导辊分别位于张力导辊的两侧。

本发明的优点在于：

（1）通过合理布置各传导辊的位置，能够有效减小纤维传导过程中的损伤；

（2）减小纤维传导过程中起毛、断线等问题，提高产品质量；

（3）能够保证纤维缠绕时张力波动小，纤维含胶量和展开宽度均匀；

（4）装置的稳定性强、可靠性高，易于维护。

附图说明

图1是本发明一种纤维传导装置的结构示意图；

图2是本发明一种纤维传导装置的张力调整装置示意图；

图3是本发明一种纤维传导装置的前部包角调节辊示意图；

图4是本发明一种纤维传导装置的刮胶装置示意图；

图5是本发明一种纤维传导装置的后部包角调节辊示意图；

图6是本发明一种纤维传导装置的挤胶装置示意图；

图7是本发明一种纤维传导装置的张力测量装置示意图；

图中：

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种碳纤维缠绕机纤维传导装置，如图1所示，包括张力调整装置1、前部包角调节辊2、刮胶装置3、主动浸胶辊4、后部包角调节辊5、挤胶装置6、张力测量装置7、机架底板8、左机架9、右机架10。

左机架9、右机架10分别固定在机架底板8上，两侧高度相同，之间通过连接板进行连接，使得左机架9和右机架10结构稳定，前部包角调节辊2、刮胶装置3、主动浸胶辊4、后部包角调节辊5、挤胶装置6分别固定在左机架9和右机架10上。

一个张力调整装置1、左机架9和右机架10、挤胶装置6、另一个张力调整装置1、张力测量装置7分别从左至右固定在机架底板8上，刮胶装置3、前部包角调节辊2、主动浸胶辊4、后部包角调节辊5分别从左至右固定在左机架9和右机架10上。

三个温度传感器11分别位于主动浸胶辊4、后部包角调节辊5、挤胶装置6之上，测量主动浸胶辊4、后部包角调节辊5、挤胶装置6中胶液的温度。

如图2所示，张力调整装置1包括底座101、支撑板102、导向轴支架103、导向轴104、直线导轨105、连接板106、导向辊107、弹簧108、水平连接板109、导向辊轴110、导向辊轴111、滑块112、导向辊外圈113。

底座101的一端与支撑板102固定连接，支撑板102的另一端固定连接导向轴支架103；导向轴104的两端分别通过螺钉固定连接底座101和导向轴支架103，导向轴104上设有导轨安装台；直线导轨105固定在导向轴104的导轨安装台内，导轨安装台用于保证直线导轨105与底座101垂直设置；弹簧108安装在直线导轨105和导向轴104的外圈，弹簧108的内径大于导向轴104和直线导轨105的外径，保证竖直运动的导向辊107在上下移动过程中，直线导轨105不与弹簧108发生干涉，根据不同的张力值，更换不同刚度系数的弹簧108，从而保证张力稳定装置的通用性；竖直运动的导向辊107中的导向辊轴111通过连接板106与滑块112固定连接，滑块112与直线导轨105滑动连接，竖直运动的导向辊107通过滑块112能够在直线导轨105上上下移动，并且，竖直运动的导向辊107压缩弹簧108；两个水平连接板109通过螺钉固定在支撑板102的两个侧面，两个固定导向辊110分别固定连接在两个水平连接板109上；竖直运动的导向辊107、固定导向辊110中的导向辊相同，导向辊包括导向辊轴111和导向辊外圈113，导向辊外圈113能够绕导向辊轴111旋转，导向辊外圈113覆盖一层特氟龙贴膜，以减小导向辊对碳纤维的损伤；张力调整装置1中底座101固定连接机架底板8。

如图4所示，刮胶装置3包括刮胶辊303、间隙调整滑台301和连接板302。

刮胶辊303为固定辊，两端通过连接板302安装在两个间隙调整滑台301上，其中一个间隙调整滑台301通过螺栓安装在左机架9上，另一个间隙调整滑台301通过螺栓安装在右机架10上。间隙调整滑台301上设有刻度值和锁紧旋钮，根据刻度值，调节两个间隙调整滑台301的高度，保持两个间隙调整滑台301调整距离一致，使刮胶辊303与浸胶辊4平行，通过调整间隙调整滑台301高度，进而改变刮胶辊303与浸胶辊4之间的间隙，间隙调整完成后，通过锁紧旋钮锁定间隙调整滑台301高度不变，进而固定刮胶辊303的位置。加工时保证刮胶辊303的圆柱度，在装配时通过调整滑台301保证刮胶辊303和浸胶辊4的平行度。

主动浸胶辊4采用现有的浸胶辊，例如，本发明采用申请号：2013100549724，发明名称为“一种纤维缠绕设备用浸胶辊”的浸胶辊。主动浸胶辊4的两端分别固定在左机架9、右机架10上，主动浸胶辊4还连接电机，电机驱动主动浸胶辊4转动，为纤维挂上胶。

如图3所示，前部包角调节辊2包括前部包角调节辊支架201、前部包角调节辊轴202和前部包角调节辊外圈203。

前部包角调节辊2位于纤维浸胶之前，前部包角调节辊支架201通过螺钉固定在左机架10上，前部包角调节辊轴202的一端通过螺纹连接固定在调节辊支架201上，前部包角调节辊外圈203位于前部包角调节辊轴202的外围，与前部包角调节辊轴202通过轴承连接，前部包角调节辊外圈203能够绕前部包角调节辊轴202转动。前部包角调节辊2用于调节纤维浸胶的包角，控制纤维的含胶量。

如图5所示，后部包角调节辊5包括后部包角调节辊轴501、辊筒外圈502、加热器503。

后部包角调节辊5位于纤维浸胶之后，后部包角调节辊轴501通过螺栓连接固定在右机架10的凹槽中，后部包角调节辊轴501能够沿右机架10凹槽上下移动，辊筒外圈502位于后部包角调节辊轴501的外围，与后部包角调节辊轴501通过轴承连接，辊筒外圈502能够绕后部包角调节辊轴501转动。加热器503位于后部包角调节辊轴501与辊筒外圈502之间，用于加热，后部包角调节辊5和前部包角调节辊2配合使用，达到调节纤维浸胶的包角的作用。

如图6所示，挤胶装置6包括挤胶支架601、滑台602和两个挤胶辊。

挤胶辊包括挤胶辊轴603和挤胶辊外圈604，挤胶辊外圈604位于胶辊轴603外围，两者通过轴承连接，挤胶辊外圈604能够绕胶辊轴603转动。挤胶辊轴603的一端通过螺栓连接滑台602，当螺栓拧松时，挤胶辊轴603能够在滑台602上移动，当螺栓拧紧时，挤胶辊轴603能够固定在滑台602上。滑台602通过螺栓连接固定在挤胶支架601上，挤胶支架601通过螺钉固定在机架底板8上。通过两个挤胶辊在滑台602上滑动，调节两个挤胶辊之间的间隙，间隙调整完成后，通过锁紧螺栓，使两个挤胶辊之间的间隙固定不变，通过调整间隙可调节纤维束上的胶液厚度，同时为纤维束的均匀展开提供一定的压紧力。

如图7所示，张力测量装置7包括机架701、两个辅助导辊、张力导辊和张力传感器706。

机架701上设有通孔，一端通过螺纹固定在机架底板8上，张力传感器706固定在机架701的一面，两个辅助导辊和张力导辊固定在机架701的另一面。辅助导辊包括辅助导辊外圈702和辅助导辊轴703，辅助导辊外圈702位于辅助导辊轴703外围，两者通过轴承连接，辅助导辊外圈702能够绕辅助导辊轴703转动，辅助导辊轴703的一端通过螺纹固定连接机架701。张力导辊包括张力导辊外圈704和张力导辊轴705，张力导辊外圈704位于张力导辊轴705外围，两者通过轴承连接，张力导辊外圈704能够绕张力导辊轴705转动，张力导辊轴705的一端通过机架701上的通孔与张力传感器706的中空轴固定连接。辅助导辊分别位于张力导辊的两侧。

工作过程：

纤维首先经过张力调整装置1的固定导向辊110和竖直运动的导向辊107，通过调整竖直运动的导向辊107和弹簧108的压缩程度调整纤维的送出量；调整刮胶装置3的间隙调整滑台301和主动浸胶辊4的间隙确定主动浸胶辊4的含胶量，调整前部包角调节辊2在前部包角调节辊支架201的位置和后部包角调节辊5在左机架9的位置调节纤维在主动浸胶辊4的包角，伺服电机通过同步带轮驱动主动浸胶辊4旋转，使纤维浸润胶液；纤维浸胶后，通过挤胶装置6的滑台602调节两个挤胶辊之间的间隙以调节纤维的含胶量和厚度；然后纤维经过张力调整装置1的固定导向辊110和竖直运动的导向辊107，通过调整竖直运动的导向辊107和弹簧108的压缩程度调整纤维的送出量，最后纤维经过张力测量装置7的辅助导辊外圈702和张力导辊705测量纤维的张力。

Claims (2)

1.一种碳纤维缠绕机纤维传导装置，包括两个张力调整装置、前部包角调节辊、刮胶装置、主动浸胶辊、后部包角调节辊、挤胶装置、张力测量装置、机架底板、左机架和右机架；

左机架、右机架分别固定在机架底板上，两侧高度相同，之间通过连接板进行连接，前部包角调节辊、刮胶装置、主动浸胶辊、后部包角调节辊、挤胶装置分别固定在左机架和右机架上；

其中一个张力调整装置、左机架和右机架、挤胶装置、另一个张力调整装置、张力测量装置分别从左至右固定在机架底板上，刮胶装置、前部包角调节辊、主动浸胶辊、后部包角调节辊分别从左至右固定在左机架和右机架上；

张力调整装置包括底座、支撑板、导向轴支架、导向轴、直线导轨、连接板、导向辊、弹簧、水平连接板、固定导向辊轴、导向辊轴、滑块和导向辊外圈；底座的一端与支撑板固定连接，支撑板的另一端固定连接导向轴支架；导向轴的两端分别固定连接底座和导向轴支架，导向轴上设有导轨安装台；直线导轨固定在导向轴的导轨安装台内；弹簧安装在直线导轨和导向轴的外圈，弹簧的内径大于导向轴和直线导轨的外径；竖直运动的导向辊中的导向辊轴通过连接板与滑块固定连接，滑块与直线导轨滑动连接，竖直运动的导向辊通过滑块能够在直线导轨上上下移动，并且，竖直运动的导向辊压缩弹簧；两个水平连接板通过螺钉固定在支撑板的两个侧面，两个固定导向辊轴分别固定连接在两个水平连接板上；竖直运动的导向辊、固定导向辊轴中的导向辊相同，导向辊包括导向辊轴和导向辊外圈，导向辊外圈能够绕导向辊轴旋转；张力调整装置中底座固定连接机架底板；

刮胶装置包括刮胶辊、间隙调整滑台和连接板；刮胶辊为固定辊，两端通过连接板安装在两个间隙调整滑台上，其中一个间隙调整滑台固定连接在左机架上，另一个间隙调整滑台固定连接在右机架上；间隙调整滑台上设有刻度值和锁紧旋钮，根据刻度值，调节两个间隙调整滑台的高度，保持两个间隙调整滑台调整距离一致，使刮胶辊与浸胶辊平行，通过调整间隙调整滑台高度，改变刮胶辊与浸胶辊之间的间隙，间隙调整完成后，通过锁紧旋钮锁定间隙调整滑台高度不变，固定刮胶辊的位置；

主动浸胶辊的两端分别固定在左机架、右机架上，主动浸胶辊还连接电机，电机驱动主动浸胶辊转动，为纤维挂上胶；

前部包角调节辊包括前部包角调节辊支架、前部包角调节辊轴和前部包角调节辊外圈；前部包角调节辊位于纤维浸胶之前，前部包角调节辊支架固定在左机架上，前部包角调节辊轴的一端固定在调节辊支架上，前部包角调节辊外圈位于前部包角调节辊轴的外围，两者通过轴承连接，前部包角调节辊外圈能够绕前部包角调节辊轴转动；

后部包角调节辊包括后部包角调节辊轴、辊筒外圈和加热器；后部包角调节辊位于纤维浸胶之后，后部包角调节辊轴通过螺栓连接固定在右机架的凹槽中，后部包角调节辊轴能够沿右机架凹槽上下移动，辊筒外圈位于后部包角调节辊轴的外围，两者通过轴承连接，辊筒外圈能够绕后部包角调节辊轴转动；加热器位于后部包角调节辊轴与辊筒外圈之间；

挤胶装置包括挤胶支架、滑台和两个挤胶辊；挤胶辊包括挤胶辊轴和挤胶辊外圈，挤胶辊外圈位于胶辊轴外围，两者通过轴承连接，挤胶辊外圈能够绕胶辊轴转动；挤胶辊轴的一端通过螺栓连接滑台，当螺栓拧松时，挤胶辊轴能够在滑台上移动，当螺栓拧紧时，挤胶辊轴能够固定在滑台上；滑台通过螺栓连接固定在挤胶支架上，挤胶支架通过螺钉固定在机架底板上；

张力测量装置包括机架、两个辅助导辊、张力导辊和张力传感器；机架上设有通孔，一端通过螺纹固定在机架底板上，张力传感器固定在机架的一面，两个辅助导辊和张力导辊固定在机架的另一面；辅助导辊包括辅助导辊外圈和辅助导辊轴，辅助导辊外圈位于辅助导辊轴外围，两者通过轴承连接，辅助导辊外圈能够绕辅助导辊轴转动，辅助导辊轴的一端通过螺纹固定连接机架；张力导辊包括张力导辊外圈和张力导辊轴，张力导辊外圈位于张力导辊轴外围，两者通过轴承连接，张力导辊外圈能够绕张力导辊轴转动，张力导辊轴的一端通过机架上的通孔与张力传感器的中空轴固定连接；辅助导辊分别位于张力导辊的两侧。

2.根据权利要求1所述的一种碳纤维缠绕机纤维传导装置，所述的装置还包括三个温度传感器，三个温度传感器分别位于主动浸胶辊、后部包角调节辊、挤胶装置之上。