CN104527087A - 纤维增强复合材料环形试样缠绕装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种纤维增强复合材料环形试样缠绕装置，包括模具、环形试样缠绕机构，环形试样缠绕机构包括无极变速电动机、主轴、模具定位组件、传动组件、导纱组件，模具定位组件模具定位圆盘、旋紧螺母、模具定位栓；传动组件包括传动轴、副轴、传送皮带；导纱组件包括椭圆形铁盘、摆臂、伸缩弹簧；该装置提高了来回转体缠绕的精度，整个缠绕过程稳定可靠，机械化程度高，操作方便，可比较精确的缠绕高质量的环形试样，且成本较低。

Description

纤维增强复合材料环形试样缠绕装置
技术领域
    本发明涉及一种纤维增强复合材料环形试样缠绕装置。
背景技术
纤维缠绕增强塑料制品，由于其质量轻、强度高、耐腐蚀和隔热的优点，在石油、化工、建筑、航空、环保领域得到广泛使用。缠绕成型工艺是一种常用的复合材料成型工艺。目前，市场上的主流缠绕机都采用微机和自动化控制技术，国内大部分纤维缠绕设备也实现了微机控制，中低档的两轴、三轴微机控制纤维缠绕机制造技术，缠绕工艺已经基本成熟，并在管道、储罐以及各种压力容器的缠绕成型方面发挥了重要作用。
在研发新型复合材料缠绕制品时，对复合制品进行力学性能测试是一项不可少的工作，测试用的试样有一定的数量和尺寸要求，通常试样具有数量较少，尺寸较小的特点。如采用市场上主流的生产用大型缠绕机制备试样，则具有使用成本高的特点：一方面大型缠绕机价格昂贵，使用和维护成本很高，需要专人操作，占用空间也较大。如果仅是用来制作小批量的测试用样品，会造成机器的闲置和巨大的使用成本；另一方面如使用车间生产用的大型缠绕机，会影响正常的制品生产秩序，降低生产效率。
综合来说，使用大型缠绕机的成本较高。所以在制作测试用小批量的环形试样时，就迫切需要一种成本低廉，操作方便可靠，占地面积小的小型缠绕机。因此，提出了一种纤维增强复合材料环形试样缠绕装置，用于缠绕环形试样的力学性能测试。
发明内容
为了满足低成本、快捷、精确可靠的制作测试用缠绕成型环形试样的技术要求，本发明提出了一种小型的机械化缠绕装置，该装置可以显著降低新缠绕成型复合材料制品的研发成本，可以根据工艺要求缠绕一定厚度和宽度的环形纤维增强复合材料制品，而且操作简便、快捷。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种纤维增强复合材料环形试样缠绕装置，包括模具、环形试样缠绕机构，环形试样缠绕机构包括无极变速电动机、主轴、模具定位组件、传动组件、导纱组件，
模具定位组件模具定位圆盘、旋紧螺母、模具定位栓，主轴的一端连接在无极变速电动机的转轴上，主轴的中部固定有模具定位圆盘，主轴的另一端设有与旋紧螺母配合的外螺纹，通过旋紧螺母将模具固定于模具定位圆盘上，模具通过模具定位栓定位在模具定位圆盘上；
传动组件包括传动轴、副轴、传送皮带，传动轴的端部设有计数器，传动轴的另一端部设有传动齿轮，副轴设有椭圆形铁盘和锥形齿轮，锥形齿轮与设于传动轴端部的传动齿轮啮合，传动轴的中部设有皮带轮一，皮带轮一通过传送皮带连接主轴中部的皮带轮二；
导纱组件包括椭圆形铁盘、摆臂、伸缩弹簧，摆臂采用方柱状铁质摆臂，摆臂中下部安装旋转轴承，旋转轴承固定在U型夹槽内，摆臂的下端固定伸缩弹簧，弹簧的另一端用螺栓固定在工作台横梁上,在伸缩弹簧的作用下，摆臂的中部紧靠椭圆形铁盘的切面，摆臂的上端与主轴齐平，摆臂的上端设有穿纱瓷眼，摆臂由椭圆形铁盘的转动进行纵向摆动。
进一步地，环形试样缠绕机构设于工作台上，工作台除设有固定轴承的定位台，还设有纤维浸胶的树脂胶槽，工作台的端部设有纱架。
进一步地，无极变速电动机带动纵向设置的主轴转动，主轴依次通过传送皮带、锥形齿轮的机械传动，驱动横向设置的副轴转动，从而带动椭圆形铁盘的转动，通过椭圆形铁盘具有的长径差，椭圆形铁盘在旋转中驱动摆臂在纵向来回摆动，同时主轴带动模具转动，纱架的纤维在树脂胶槽浸渍树脂后，纤维通过摆臂上的瓷眼与模具相连接，实现纤维以固定的步长在模具上均匀缠绕。
进一步地，无极变速电动机设有电动机开关和调速旋钮，通过调速旋钮调节纤维铺放速率，通过计数器确定要缠绕环形试样的厚度。
本发明的有益效果是：该种纤维增强复合材料环形试样缠绕装置，提高了来回转体缠绕的精度，整个缠绕过程稳定可靠，机械化程度高，操作方便，可比较精确的缠绕高质量的环形试样，且成本较低。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是图1的A向视图；
图3是图1的B向视图；
图4是传动组件的右向视图；
其中：1-主轴，2-模具定位圆盘，3-旋紧螺母，4-模具定位栓，5-传动轴，6-副轴，7-椭圆形铁盘，8-锥形齿轮，9-摆臂，10-瓷眼，11-伸缩弹簧，12-传送皮带，13-无极变速电动机，14-计数器，15-电动机开关，16-调速旋钮，17-模具，18-树脂胶槽，19-纱架，20-工作台，21-U型夹槽，22-定位台。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
实施例
实施例提高一种纤维增强复合材料环形试样缠绕装置，具有制作使用成本低廉、易于操作、轻量便捷的优点，同时又能满足缠绕一定尺寸的测试用高性能环形试样的要求。该装置适用于碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等各种纤维增强复合材料环形试样样品的制备。
该种纤维增强复合材料环形试样缠绕装置，包括模具17、环形试样缠绕机构，模具17用于样品成型，环形试样缠绕机构包括无极变速电动机13、主轴1、模具定位组件、传动组件、导纱组件，如图1，图1为该装置的俯视结构图。通过模具定位组件实现对模具17的定位，通过主轴1带动模具17的转动，主轴1由无极变速电动机13提供动力。通过导纱组件实现对纤维缠绕位置的自动控制。通过传动组件为导纱组件提供动力。
模具定位组件模具定位圆盘2、旋紧螺母3、模具定位栓4，主轴1的一端连接在无极变速电动机13的转轴上，主轴1的中部固定有模具定位圆盘2，主轴1的另一端设有与旋紧螺母3配合的外螺纹，通过旋紧螺母3将模具17固定于模具定位圆盘2上，模具17通过模具定位栓4定位在模具定位圆盘2上。从而实现模具17的定位，并由主轴1的转动带动模具17的转动。
传动组件包括传动轴5、副轴6、传送皮带12，如图3和图4，传动轴5的端部设有计数器14，通过计数器14对模具17上纤维的缠绕圈数进行控制，传动轴5的另一端部设有传动齿轮，副轴6设有椭圆形铁盘7和锥形齿轮8，锥形齿轮8与设于传动轴5端部的传动齿轮啮合，传动轴5的中部设有皮带轮一，皮带轮一通过传送皮带12连接主轴1中部的皮带轮二；从而由主轴1的转动带动皮带轮二转动，通过传送皮带12驱动皮带轮一转动，带动传动轴5转动，使传动轴5上的传动齿轮，来驱动锥形齿轮8转动，实现副轴6转动。以此，实现使用传送皮带12从无极变速电动机13获得动力。
导纱组件包括椭圆形铁盘7、摆臂9、伸缩弹簧11，如图2，摆臂9采用方柱状铁质摆臂9，摆臂9中下部安装旋转轴承，旋转轴承固定在U型夹槽21内，U型夹槽21固定在定位台22上，摆臂9的下端连接伸缩弹簧11，由伸缩弹簧11作用使摆臂9的中部紧贴在椭圆形铁盘7的切面上，摆臂9的上端与主轴1齐平，摆臂9的上端设有穿纱瓷眼10。摆臂9由椭圆形铁盘7的转动进行纵向摆动，具体为：传动组件中副轴6的转动带动椭圆形铁盘7转动，利用椭圆形铁盘7具有的长径差，椭圆形铁盘7在旋转中驱动摆臂9在纵向来回摆动。
环形试样缠绕机构设于工作台20上，工作台20主体是包括定位台22在内的钢架结构，工作台20上还设有纤维浸胶的树脂胶槽18，工作台20的端部设有纱架19。
无极变速电动机13带动纵向设置的主轴1转动，主轴1依次通过传送皮带12、锥形齿轮8的机械传动，驱动横向设置的副轴6转动，从而带动椭圆形铁盘7的转动，通过椭圆形铁盘7具有的长径差，椭圆形铁盘7在旋转中驱动摆臂9在纵向来回摆动，同时主轴1带动模具17转动，纱架19的纤维在树脂胶槽18浸渍树脂后，纤维通过摆臂9上的瓷眼10与模具17相连接，实现纤维以固定的步长在模具17上均匀缠绕，制备得到指定厚度和宽度的复合材料制品。
无极变速电动机13设有电动机开关15和调速旋钮16，通过调速旋钮16调节纤维铺放速率，通过计数器14确定要缠绕环形试样的厚度。
在使用本装置对纤维制备环形试样时，对本装置的工作过程可以表述为：需要先将纤维置于纱架19上，并且将模具17通过模具定位栓4定位到缠绕装置上，做好缠绕准备工作，然后将纤维通过树脂胶槽18浸润树脂，再将纤维由摆臂9上端的瓷眼10穿过，最后连接到模具17上，摆臂9在纵向来回摆动实现纤维在模具17上的来回缠绕，通过计数器14、电动机开关15和调速旋钮16控制复合材料环形试样的厚度和宽度，最终制备得到指定厚度和宽度的复合材料制品。这样提高了来回转体缠绕的精度，整个缠绕过程稳定可靠，机械化程度高，操作方便，可比较精确的缠绕高质量的环形试样。
最后说明的是，显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种纤维增强复合材料环形试样缠绕装置，其特征在于：包括模具、环形试样缠绕机构，环形试样缠绕机构包括无极变速电动机、主轴、模具定位组件、传动组件、导纱组件，
模具定位组件模具定位圆盘、旋紧螺母、模具定位栓，主轴的一端连接在无极变速电动机的转轴上，主轴的中部固定有模具定位圆盘，主轴的另一端设有与旋紧螺母配合的外螺纹，通过旋紧螺母将模具固定于模具定位圆盘上，模具通过模具定位栓定位在模具定位圆盘上；
传动组件包括传动轴、副轴、传送皮带，传动轴的端部设有计数器，传动轴的另一端部设有传动齿轮，副轴设有椭圆形铁盘和锥形齿轮，锥形齿轮与设于传动轴端部的传动齿轮啮合，传动轴的中部设有皮带轮一，皮带轮一通过传送皮带连接主轴中部的皮带轮二；
导纱组件包括椭圆形铁盘、摆臂、伸缩弹簧，摆臂采用方柱状铁质摆臂，摆臂中下部安装旋转轴承，旋转轴承固定在U型夹槽内，摆臂的下端固定伸缩弹簧，弹簧的另一端用螺栓固定在工作台横梁上,在伸缩弹簧的作用下，摆臂的中部紧靠椭圆形铁盘的切面，摆臂的上端与主轴齐平，摆臂的上端设有穿纱瓷眼，摆臂由椭圆形铁盘的转动进行纵向摆动。
2.    如权利要求1所述的纤维增强复合材料环形试样缠绕装置，其特征在于：环形试样缠绕机构设于工作台上，工作台上还设有纤维浸胶的树脂胶槽，工作台的端部设有纱架。
3.如权利要求2所述的纤维增强复合材料环形试样缠绕装置，其特征在于：无极变速电动机带动纵向设置的主轴转动，主轴依次通过传送皮带、锥形齿轮的机械传动，驱动横向设置的副轴转动，从而带动椭圆形铁盘的转动，通过椭圆形铁盘具有的长径差，椭圆形铁盘在旋转中驱动摆臂在纵向来回摆动，同时主轴带动模具转动，纱架的纤维在树脂胶槽浸渍树脂后，纤维通过摆臂上的瓷眼与模具相连接，实现纤维以固定的步长在模具上均匀缠绕。
4.如权利要求1-3任一项所述的纤维增强复合材料环形试样缠绕装置，其特征在于：无极变速电动机设有电动机开关和调速旋钮，通过调速旋钮调节纤维铺放速率，通过计数器确定要缠绕环形试样的厚度。
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