CN103552253A - 复合材料铺丝头重送和压紧止动一体化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合材料铺丝重送和压紧止动一体化装置，该装置包括：驱动臂，连接驱动系统与连杆；固定臂，安装在装置基座上；连杆，连接驱动臂/固定臂轴承系统、重送轮装置和压紧止动装置；重送轮装置，与连杆连接，与重送轮轴配合实现复合材料的重送；压紧止动装置，与连杆连接，与导向槽配合使用将纤维丝束挤压到导向槽的丝束通道内；固定臂和驱动臂轴承系统，分别与固定臂和驱动臂连接；导向槽，置于压紧止动装置的下方，与压紧止动装置配合对纤维丝束进行导向；重送轮轴，置于重送轮装置的下方，与重送轮装置配合将纤维丝束送至导向槽的对应槽内。本发明空间结构紧凑，可靠性高。

Description

复合材料铺丝头重送和压紧止动一体化装置

技术领域

本发明涉及复合材料自动铺放成型技术领域，尤其是一种复合材料铺丝头重送和压紧止动一体化装置，主要用于复合材料丝束铺放控制过程中对多束纤维丝束的独立压紧止动和重送。

背景技术

复合材料具有高比强度、高比模量，耐疲劳，减振性好，工艺性好等优点，这些优点对于飞行器的性能具有很大的价值，在航天航空工业中已经得到了广泛的应用。同时在其他行业，复合材料的用量也在日益增多。

对高曲率轮廓复材整体构件，如飞机机身段，以及其他诸如喷气发动机整流罩、进气道、喷管、锥形管、压气机叶片、圆形或“C”形通道管等椭圆高曲率轮廓整体复材构件，使用自动铺带机设备将无法进行铺放加工制造。自动铺丝机由于可以对每一束丝带进行单独控制，可根据铺放层轮廓形状对丝束进行切断，可铺放复杂的、甚至带窗口的曲面。因此，对于此类复杂构件，需要使用自动铺丝机来实现铺放加工制造。

压紧止动装置和重送装置是自动铺丝机的核心部件，其与剪切装置配合，共同保证了铺丝机对复杂轮廓铺放功能的实现。

现有的复合材料丝束压紧止动和重送功能通常都是采用两套独立的系统实现。压紧止动和重送两套系统分别进行独立控制，不仅使得驱动元件的数量翻倍，更增加了装置的总质量和体积；在控制方面，每一束纤维丝束的压紧系统和重送系统还需要相互协同，保证丝束准确的切断和铺放，在复杂性方面也有所增加。一旦控制失调，压紧和重送没有按照设定功能进行配合，就会出现压紧系统和重送系统同时动作或不动作，两套系统动作的时序出现偏差，影响铺丝机的正常工作，轻则导致铺丝精度不准确，重则会导致铺丝机系统出现运行故障。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种复合材料铺丝重送和压紧止动一体化装置。

本发明提出的一种复合材料铺丝重送和压紧止动一体化装置包括：驱动臂、连杆、固定臂、重送轮装置、重送轮轴、导向槽、压紧止动装置、固定臂轴承系统和驱动臂轴承系统，其中：

所述驱动臂将外部驱动系统通过所述驱动臂轴承系统与连杆连接到一起，以将所述驱动系统的动力传递到所述连杆上；

所述固定臂安装在装置基座上，保证所述固定臂轴承系统的回转中心相对于整个装置的位置是固定的；

所述连杆用于将所述驱动臂轴承系统、所述固定臂轴承系统、重送轮装置和压紧止动装置连接在一起；

所述重送轮装置与所述连杆连接，用于与重送轮轴配合，实现复合材料的重送；

所述压紧止动装置与所述连杆连接，其与置于下方的所述导向槽配合使用，以将纤维丝束紧紧挤压到导向槽的丝束通道内，实现对于运动丝束的运动限制；

所述固定臂轴承系统与所述固定臂连接，用于实现固定臂和连杆之间绕固定臂轴承系统的相对转动；

所述驱动臂轴承系统与所述驱动臂连接，用于实现驱动臂推动连杆绕固定臂轴承系统的相对转动；

所述导向槽置于所述压紧止动装置的下方，用于配合所述压紧止动装置，对纤维丝束进行导向；

所述重送轮轴置于所述重送轮装置的下方，用于与所述重送轮装置相配合，将纤维丝束压在重送轮轴上，以通过重送轮轴的摩擦力将纤维丝束送至导向槽的对应槽内。

压紧止动装置和重送装置是两套功能互斥的装置，在进行对丝束的压紧止动时，重送装置处于停止工作状态，以保证对丝束的正常切断和铺放；当处于重送状态时，压紧止动装置释放铺丝通道，以保证纤维丝束顺利通过和铺放。本发明将重送和压紧止动装置融为一体，在结构上，不仅将驱动元件的总数量减半，减轻了铺丝头的总质量，而且空间占用少；在可靠性方面，一体化设计避免了压紧止动和重送两套装置控制的相互协同配合，保证正常的压紧重送切换时序和互斥的切换动作，极大的降低了故障率，提高了系统可靠性。

附图说明

图1是本发明复合材料铺丝头重送和压紧止动一体化装置的结构示意图；

图2是本发明复合材料铺丝头重送和压紧止动一体化装置的剖面图；

图3是本发明驱动臂的结构示意图；

图4(a)是驱动连接块的结构示意图，图4(b)是第一连接臂的结构示意图；

图5是本发明连杆的结构示意图；

图6是本发明重送轮装置的结构示意图；

图7(a)是第二连接臂的结构示意图，图7(b)是重送轮的结构示意图，图7(c)是第一轴承的结构示意图；

图8是本发明压紧止动装置的结构示意图；

图9(a)是第三连接臂的结构示意图，图9(b)是压紧止动轮的结构示意图；

图10是本发明轴承系统的结构示意图；

图11是连接轴的结构示意图；

图12是本发明导向槽的结构示意图；

图13是本发明重送轮轴的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明提出一种针对多丝束（16束或更多）复合材料的重送和压紧止动一体化装置，如图1和图2所示，该装置包括驱动臂a、连杆b、固定臂c、重送轮装置d、重送轮轴e、导向槽f、复合材料纤维丝束g、压紧止动装置h、固定臂轴承系统i和驱动臂轴承系统j。

所述驱动臂a将外部驱动系统通过所述驱动臂轴承系统j与连杆b连接到一起，以将所述驱动系统的动力传递到所述连杆b上；

图3是本发明驱动臂的结构示意图，如图3所示，所述驱动臂a包括驱动连接块a1和两片第一连接臂a2，所述驱动连接块a1为由两个大小不同的矩形块组成的结构，所述两片第一连接臂a2分别安装于位于所述驱动连接块a1下部的小矩形块的两侧；

图4(a)是驱动连接块的结构示意图，如图4(a)所示，位于所述驱动连接块a1下部的小矩形块的侧面开设有多个螺纹通孔a1-2，用于与所述第一连接臂a2连接，位于所述驱动连接块a1上部的大矩形块的顶部开设有多个螺纹孔a1-1，用于与外部驱动系统进行螺纹连接，所述螺纹孔a1-1和螺纹通孔a1-2的数量和孔径不限于图中所示，可根据实际连接要求进行设计和更改。

图4(b)是第一连接臂的结构示意图，如图4(b)所示，所述第一连接臂a2为片状矩形圆头结构，所述第一连接臂a2的下部开设有大通孔a2-2，用于与所述驱动臂轴承系统j连接，所述第一连接臂a2的上部开设有多个埋头孔a2-1，其尺寸与数量与所述驱动连接块a1的螺纹孔a1-2匹配，用于通过沉头螺钉将第一连接臂a2与驱动连接块a1连接到一起。

所述固定臂c安装在装置基座上，保证所述固定臂轴承系统i的回转中心相对于整个装置的位置是固定的，使得重送和压紧止动一体化装置围绕这个中心旋转，实现重送和压止的正常工作。

所述固定臂c与驱动臂a采用相同的结构形式，只是在尺寸上有所不同，这里不再赘述；

所述连杆b用于将所述驱动臂轴承系统j、所述固定臂轴承系统i、重送轮装置d和压紧止动装置h连接在一起；

图5是本发明连杆的结构示意图，如图5所示，所述连杆b的顶部开设有第一方形通孔b1，用于安装所述驱动臂轴承系统j，其外部锪有圆形凹槽，圆形凹槽的设计是为了避免驱动臂轴承系统j上的轴承内圈与连杆发生干涉；

所述连杆b的腰部开设有第二方形通孔b4，用于安装所述固定臂轴承系统i，其外部锪有圆形凹槽，圆形凹槽的设计是为了避免固定臂轴承系统i上的轴承内圈与连杆发生干涉；

所述连杆b的右侧面开设有螺纹通孔b2和b3，用于安装顶丝，以限制固定臂轴承系统i和驱动臂轴承系统j在连杆内的窜动和旋转，保持固定臂轴承系统i和驱动臂轴承系统j与连杆b之间稳定的位置关系；

所述连杆b下部设有凸台b5，以作为连杆b与重送轮装置d和压紧止动装置h的安装连接面，所述凸台b5不仅要求具有足够的厚度，保证连接的刚度和强度，还要求其在与重送轮装置d和压紧止动装置h安装后的整体厚度在一定的范围内，防止多丝束共同工作时，多套系统之间发生机械干涉；所述凸台b5上开设有两组螺纹通孔b6，分别用于与所述重送轮装置d和压紧止动装置h进行连接。

所述重送轮装置d与所述连杆b连接，用于与重送轮轴e配合，实现复合材料的重送；

图6是本发明重送轮装置的结构示意图，如图6所示，所述重送轮装置d包括两片第二连接臂d1、一对第一轴承d2和重送轮d3，其中：

图7(a)是第二连接臂的结构示意图，如图7(a)所示，所述第二连接臂d1为片状圆头结构，其下部开设有大通孔d1-2，用于与第一轴承d2连接，所述第二连接臂d1的上部开设有多个埋头孔d1-1，其尺寸与数量与连杆b的螺纹通孔b6匹配，用于通过沉头螺钉将两片第二连接臂d1与连杆b连接到一起；

图7(b)是重送轮的结构示意图，图7(c)是第一轴承的结构示意图，如图7(b)和图7(c)所示，所述第一轴承选用带肩轴承，所述第一轴承包括内圈d2-1和肩部d2-2，所述重送轮d3的轴肩用于对第一轴承d2的内圈d2-1进行限位，第二连接臂d1对第一轴承d2的肩部d2-2进行限位，再通过将第二连接臂d1通过螺钉固定在连杆b上，即可实现对重送轮装置的安装和定位；另外，在外部驱动的作用下，重送轮始终压紧在重送轮轴e上，即使重送轮有磨损，也能保证与重送轮轴e的紧密接触，补偿掉磨损造成的间隙，因此可以说，所述重送轮具有磨损自补偿能力。

所述压紧止动装置h与所述连杆b连接，其与置于下方的所述导向槽f配合使用，以将纤维丝束紧紧挤压到导向槽f的丝束通道内，实现对于运动丝束的运动限制。

图8是本发明压紧止动装置的结构示意图，如图8所示，所述压紧止动装置h包括两片第三连接臂h1和压紧止动轮h2，其中：

图9(a)是第三连接臂的结构示意图，如图9(a)所示，所述第三连接臂h1与重送轮装置的第二连接臂d1的结构相似，上部开设有多个埋头孔h1-1，下部开设有大通孔h1-2，与所述第二连接臂d1的不同之处在于下部开孔h1-2的形状不同，所述第三连接臂h1的下部开孔h1-2为腰孔结构，而重送轮装置的第二连接臂d1的下开孔d1-2为圆孔结构。

图9(b)是压紧止动轮的结构示意图，如图9(b)所示，所述压紧止动轮h2的轴头铣出两个平面h2-1，其与所述第三连接臂h1的下部开孔h1-2配合，一方面可以限制压紧止动轮的旋转，保证良好的压紧止动效果；另一方面，轴头铣出平面后，在轴上留有两个凸台可以限制压紧止动装置第三连接臂h1向压紧止动轮方向运动，起到了对压紧止动装置第三连接臂h1的定位作用；另外，在外部驱动的作用下，压紧止动轮始终压紧在导向槽f上，即使压紧止动轮有磨损，也能保证与导向槽f紧密接触，补偿掉磨损造成的间隙，因此可以说，所述压紧止动轮h2具有磨损自补偿能力。

所述固定臂轴承系统i与所述固定臂c连接，用于实现固定臂c和连杆b之间绕固定臂轴承系统i的相对转动；所述驱动臂轴承系统j与所述驱动臂a连接，用于实现驱动臂a推动连杆b绕固定臂轴承系统j的相对转动。

所述固定臂轴承系统i和驱动臂轴承系统j的结构完全相同，如图10所示，所述固定臂轴承系统i和驱动臂轴承系统j均包括一对第二轴承i1（j1）和连接轴i2（j2），其中：

所述第二轴承i1（j1）为带肩的标准轴承；

图11是连接轴的结构示意图，如图11所示，在本发明一实施例中，所述连接轴i2（j2）为圆头方轴，其中部为方体轴体i2-1（j2-1），其与所述连杆b的方形通孔配合连接，方形轴体的设计一方面起到定位轴位置的作用，另一方面，矩形结构设计可以防止轴体在连杆b的方形通孔内旋转，并可通过采用顶丝顶紧轴体，约束连接轴沿其轴向的窜动；

方体轴体i2-1（j2-1）的两端车有轴肩方体轴体i2-2（j2-2），用于对第二轴承i1（j1）的内圈进行限位，还可避免方体轴体i2-1（j2-1）对第二轴承i1（j1）外圈的干涉；

连接轴i2（j2）的最外部为圆柱形轴体i2-3（j2-3），用于安装第二轴承i1（j1）。

所述导向槽f置于所述压紧止动装置h的下方，用于配合所述压紧止动装置h，对纤维丝束进行导向，以按照技术要求，实现对纤维丝束的压紧和止动。

图12是本发明导向槽的结构示意图，如图12所示，在本发明一实施例中，所述导向槽为直角梯形结构，所述导向槽f的直角梯形底面上等间隔均布多条比如16条导向槽，以约束纤维丝束的运动方向，其中梯形倒角的设计可以避免与重送轮轴e配合运动时发生机械干涉。

所述重送轮轴e置于所述重送轮装置d的下方，用于与所述重送轮装置d相配合，将纤维丝束压在重送轮轴e上，以通过重送轮轴e的摩擦力将纤维丝束送至导向槽f的对应槽内。

图13是本发明重送轮轴的结构示意图，如图13所示，所述重送轮轴e为槽轴结构，其从左至右顺序包括键槽e1、轴肩e2、纤维丝束导向槽e3和轴肩e2，其中，键槽e1开设在所述重送轮轴e的轴端细径处，用于连接传动部件；两个轴肩e2用于安装第三轴承；纤维丝束导向槽e3包括多条等间隔均布的导向槽，以约束纤维丝束的按照预定方向运动，所述重送轮轴e的导向槽与导向槽f的开口宽度及间隔一致，以配合使用。

综上，本发明的复合材料铺丝头重送和压紧止动一体化装置将原有的重送和压紧止动两套驱动系统简化为一套驱动系统，从而减少了驱动器件的数量，减轻质量；本发明装置中的重送与压紧止动功能互斥，因而不会产生控制上的误动；本发明中的多套重送轮和压紧止动装置可独立进行调整，彼此独立，没有相互影响，并且重送轮和压紧止动装置的数量可以根据实际要求进行增减；本发明采用标准化的重送轮装置和压紧止动装置，因而可整体拆卸更换、本发明中的接头亦为标准化设计，因而固定臂和驱动臂的连接块可以互换；本发明所使用的驱动系统可以采用气动驱动，但不局限于气动，也可以采用电动平台驱动，所述驱动系统采用直线运动，不需要旋转运动。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合材料的重送和压紧止动一体化装置，其特征在于，该装置包括：驱动臂、连杆、固定臂、重送轮装置、重送轮轴、导向槽、压紧止动装置、固定臂轴承系统和驱动臂轴承系统，其中：

所述驱动臂将外部驱动系统通过所述驱动臂轴承系统与连杆连接到一起，以将所述驱动系统的动力传递到所述连杆上；

所述固定臂安装在装置基座上，保证所述固定臂轴承系统的回转中心相对于整个装置的位置是固定的；

所述连杆用于将所述驱动臂轴承系统、所述固定臂轴承系统、重送轮装置和压紧止动装置连接在一起；

所述重送轮装置与所述连杆连接，用于与重送轮轴配合，实现复合材料的重送；

所述压紧止动装置与所述连杆连接，其与置于下方的所述导向槽配合使用，以将纤维丝束紧紧挤压到导向槽的丝束通道内，实现对于运动丝束的运动限制；

所述固定臂轴承系统与所述固定臂连接，用于实现固定臂和连杆之间绕固定臂轴承系统的相对转动；

所述驱动臂轴承系统与所述驱动臂连接，用于实现驱动臂推动连杆绕固定臂轴承系统的相对转动；

所述导向槽置于所述压紧止动装置的下方，用于配合所述压紧止动装置，对纤维丝束进行导向；

所述重送轮轴置于所述重送轮装置的下方，用于与所述重送轮装置相配合，将纤维丝束压在重送轮轴上，以通过重送轮轴的摩擦力将纤维丝束送至导向槽的对应槽内。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述驱动臂包括驱动连接块和两片第一连接臂，所述驱动连接块为由两个大小不同的矩形块组成的结构，所述两片第一连接臂分别安装于位于所述驱动连接块下部的小矩形块的两侧。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，位于所述驱动连接块下部的小矩形块的侧面开设有多个螺纹通孔，用于与所述第一连接臂连接，位于所述驱动连接块上部的大矩形块的顶部开设有多个螺纹孔，用于与外部驱动系统进行螺纹连接。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一连接臂为片状矩形圆头结构，所述第一连接臂的下部开设有大通孔，用于与所述驱动臂轴承系统连接，所述第一连接臂的上部开设有多个埋头孔，其尺寸与数量与所述驱动连接块的螺纹孔匹配，用于通过沉头螺钉将第一连接臂与驱动连接块连接到一起。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述连杆的顶部开设有第一方形通孔，用于安装所述驱动臂轴承系统；

所述连杆的腰部开设有第二方形通孔，用于安装所述固定臂轴承系统；

所述连杆的右侧面开设有螺纹通孔和，用于安装顶丝，以限制固定臂轴承系统和驱动臂轴承系统在连杆内的窜动和旋转；

所述连杆下部设有凸台，以作为连杆与重送轮装置和压紧止动装置的安装连接面，所述凸台上开设有两组螺纹通孔，分别用于与所述重送轮装置和压紧止动装置进行连接。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一方形通孔和第二方形通孔的外部均锪有圆形凹槽。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述重送轮装置包括两片第二连接臂、一对第一轴承和重送轮，其中：

所述第二连接臂为片状圆头结构，其下部开设有大通孔，用于与第一轴承连接，所述第二连接臂的上部开设有多个埋头孔，其尺寸与数量与连杆的螺纹通孔匹配，用于通过沉头螺钉将两片第二连接臂与连杆连接到一起；

所述第一轴承包括内圈和肩部，所述重送轮的轴肩用于对第一轴承的内圈进行限位，第二连接臂对第一轴承的肩部进行限位，再通过将第二连接臂通过螺钉固定在连杆上。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压紧止动装置包括两片第三连接臂和压紧止动轮，其中：

所述第三连接臂上部开设有多个埋头孔，下部开设有大通孔；

所述压紧止动轮的轴头铣出两个平面，其与所述第三连接臂的下部开孔配合。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述固定臂轴承系统和驱动臂轴承系统均包括一对第二轴承和连接轴，所述连接轴为圆头方轴，其中部为方体轴体，与所述连杆的方形通孔配合连接；方体轴体的两端车有轴肩方体轴体，连接轴的最外部为圆柱形轴体，用于安装第二轴承。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述导向槽为直角梯形结构，所述导向槽的直角梯形底面上等间隔均布多条导向槽。

Images