CN105619830B - 一种飞机桨叶大梁带缠绕工作头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种飞机桨叶大梁带缠绕工作头，包括缠绕工作头架体、预浸带放卷机构、压辊机构和隔离膜收卷机构；所述的预浸带放卷机构中的料盘、压辊机构中的压辊和隔离膜收卷机构中的收卷轮三者处于同一水平面内，三者中心连线呈直角三角形分布，位于缠绕工作头架体下方。本发明采用了包含磁粉制动器的预浸带放卷机构，实现预浸带恒张力精确放卷，保证缠绕成型件的力学性能；本发明采用了气动式压辊机构，实现对预浸带稳定压紧力的施加，使相邻叠层间结合均匀紧密；本发明采用了摩擦式隔离膜收卷机构，实现隔离膜稳张力同步收卷，保证收卷的整洁；本发明满足飞机桨叶大梁带自动化缠绕成型要求，提高成型件质量和缠绕效率，保证工作可靠性。
Description
技术领域
本发明属于纤维缠绕技术领域，涉及一种适用于飞机桨叶大梁带缠绕成型的缠绕工作头。
背景技术
纤维缠绕成型指的是将纤维预浸带按照设计规律缠绕在特制外形缠绕芯模上，再通过固化与切割等后续处理，最终得到特定形状的成型构件。其制品具有比强度高、比模量大和耐疲劳性好等一系列优点。
飞机桨叶大梁带是一种异形细长状纤维增强复合材料构件，是飞机旋翼系统中的主要承力单元，具有较高的物理与力学性能要求，可通过纤维缠绕成型技术制得。
缠绕工作头作为实现缠绕成型工艺的核心功能部件，主要负责将纤维预浸带以设计的工艺参数缠绕在缠绕芯模或已置叠层表面上，并完成隔离膜的同步回收，工作过程中保证缠绕质量的同时，也需保持高效和稳定。
缠绕工作头需满足复杂的动作执行和施力控制等要求，目前，针对飞机桨叶大梁带的缠绕成型，应用的传统缠绕工作头主要存在以下不足：(1)放卷过程不稳定，预浸带张力变化大；(2)预浸带相对于缠绕芯模或已置叠层表面的压紧力不可控或不稳定，缠绕几何精度低；(3)隔离膜收卷过程中与放卷轮不同步，隔离膜易发生堆积或扯断；(4)传统缠绕工作头结构冗杂、体积大、重量大，造成移动缓慢，效率低下，易发故障，同时制造与维护成本高昂。
为保证飞机桨叶大梁带缠绕成型质量、提高生产效率且降低成本，设计制造新型缠绕工作头已经成为亟待解决的问题。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的是针对飞机桨叶大梁带的缠绕成型提供一种缠绕工作头，该缠绕工作头能够实现预浸带的精确放卷和恒张力控制，压辊对预浸带的稳定压紧，以及隔离膜的同步稳定收卷，同时缠绕工作头具备结构紧凑、重量轻、刚度好和高速移动稳定性好等特点，满足飞机桨叶大梁带高质高效缠绕成型要求。
本发明的技术方案是：一种飞机桨叶大梁带缠绕工作头，包括缠绕工作头架体、预浸带放卷机构、压辊机构和隔离膜收卷机构；
所述的缠绕工作头架体建立于其底部的底板座之上，底板座上安装有筒座，筒座上端通过轴承连接有C轴；
所述的预浸带放卷机构安装于C轴的下端，位于底板座正下方；
所述的压辊机构通过压辊连杆与预浸带放卷机构相连接；
所述的隔离膜收卷机构通过收卷轮连杆与压辊机构相连接；
所述的预浸带放卷机构中的料盘、压辊机构中的压辊和隔离膜收卷机构中的收卷轮三者处于同一水平面内，三者中心连线呈直角三角形分布，位于缠绕工作头架体下方。
所述的预浸带放卷机构由C轴端连接座、磁粉制动器、导电环、料盘安装轴和料盘组成。C轴端连接座通过键和螺纹连接结构与C轴的轴端相固连，磁粉制动器安装在C轴端连接座内部，实现对放卷预浸带施加可调恒定的张力。导电环的定子部分安装于筒座上，导电环的定子部分上的电线与控制系统输出的信号电流线连接,其转子部分安装于C轴端连接座上，导电环的转子部分上的电线与磁粉制动器的控制电流线连接。料盘安装轴的头端安装于磁粉制动器的转轴内、其尾端通过花键与螺纹实现对料盘的安装。
所述的压辊机构由安装架、气动马达、减速机、C轴、C轴端连接座、压辊连杆、压辊和预浸带限位辊组成。安装架固定于底板座上，实现对气动马达和减速机的安装。气动马达、减速机、C轴和C轴端连接座四者依次由上至下串联装配，实现扭矩动力的产生与传递。压辊连杆在同一水平面内连接C轴端连接座与压辊，相当于“力臂”，实现扭矩向压辊的直线压紧力转化。压辊包括压辊内轮和压辊外缘，通过改变压辊外缘的材质和宽度以适应不同规格的预浸带，压辊用于实现预浸带向缠绕芯模或已置叠层表面的压紧。预浸带限位辊安装于压辊外缘周向，实现对预浸带的几何限位。
所述的隔离膜收卷机构由收卷轮连杆、带传动机构、中空转轴、摩擦机构和收卷轮组成。收卷轮连杆一端与压辊连杆端部固接，另一端通过轴承结构连接中空转轴。带传动机构中的主动带轮安装在压辊之上，从动带轮位于中空转轴端部，实现压辊对收卷机构的收卷运动传递。中空转轴通过其内侧的轴承结构安装在收卷轮连杆尾端、其外侧连接摩擦机构和收卷轮。摩擦机构包括定摩擦环、动摩擦环和压键，定摩擦环安装在中空转轴外侧，动摩擦环安装在收卷轮中孔内侧，压键沿动摩擦环周向布置，通过紧定螺钉按压压键实现对摩擦力矩的调节，摩擦机构实现收卷轮的时变转速补偿，并为隔离膜收卷提供张力。收卷轮受摩擦机构驱动，其上下轮盘可拆分，实现对隔离膜的收卷与回收。
本发明的效果和益处是：
1、本发明采用了包含磁粉制动器的预浸带放卷机构，实现预浸带精确放卷，同时满足其放卷张力稳恒可控的要求，保证飞机桨叶大梁带成型件的物理与力学性能；
2、本发明采用了气动式压辊机构，实现对预浸带的稳定可控压紧力施加，使相邻叠层间结合均匀紧密，排除空气间隙，提高纤维结构占积率；
3、本发明采用了摩擦式隔离膜收卷机构，实现隔离膜稳张力同步收卷，过程中不发生堆积或拉断问题，保证收卷的整洁；
4、本发明的缠绕工作头转弯时轮系(压辊、料盘和收卷轮)整体自转所需的“C轴”与压辊机构合二为一，用气动的方式实现轮系相对缠绕芯模的自适应转动，免去传统结构中的“C轴”电机及伺服控制系统，结构更加简洁可靠，同时降低成本；
5、本发明的缠绕工作头结构紧凑、体积小、重量低，适宜高速移动，提高缠绕效率；
6、本发明可实现飞机桨叶大梁带的高质高效自动化缠绕成型，此外，本发明具备较高扩展性，可广泛适用于其它结构形式构件的高性能平面缠绕成型。
附图说明
图1是飞机大梁带缠绕工作头的结构示意图。
图2是缠绕工作头架体及预浸带放卷机构的结构示意图。
图3是缠绕工作头架体及压辊机构的结构示意图。
图4是隔离膜收卷机构的结构示意图。
图5是图4的A处放大图。
图6是飞机大梁带缠绕工作头的缠绕运动过程示意图。
图中：1、缠绕工作头架体，2、预浸带放卷机构，3、压辊机构，4、隔离膜收卷机构，5、底板座，6、筒座，7、C轴，8、压辊连杆，9、收卷轮连杆，10、C轴端连接座，11、磁粉制动器，12、导电环，13、料盘安装轴，14、料盘，15、安装架，16、气动马达，17、减速机，18、压辊，19、压辊内轮，20、压辊外缘，21、预浸带限位辊，22、带传动机构，23、中空转轴，24、摩擦机构，25、收卷轮，26、主动带轮，27、从动带轮，28、定摩擦环，29、动摩擦环，30、压键，31、底板座中心轨迹线，32、缠绕芯模位置。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
如图1所示，一种飞机桨叶大梁带缠绕工作头，包括缠绕工作头架体1、预浸带放卷机构2、压辊机构3和隔离膜收卷机构4；
所述的缠绕工作头架体1建立于其底部的底板座5之上，底板座5上安装有筒座6，筒座6上端通过轴承连接有C轴7；
所述的预浸带放卷机构2安装于C轴7的下端，位于底板座5正下方；
所述的压辊机构3通过压辊连杆8与预浸带放卷机构2相连接；
所述的隔离膜收卷机构4通过收卷轮连杆9与压辊机构3相连接；
所述的预浸带放卷机构2中的料盘14、压辊机构3中的压辊18和隔离膜收卷机构4中的收卷轮25三者处于同一水平面内，三者中心连线呈直角三角形分布，位于缠绕工作头架体1下方。
如图2所示，所述的预浸带放卷机构2由C轴端连接座10、磁粉制动器11、导电环12、料盘安装轴13和料盘14组成。C轴端连接座10通过键和螺纹连接结构与C轴7的轴端相固连，磁粉制动器11安装在C轴端连接座10内部，实现对放卷预浸带施加可调恒定的张力。导电环12的定子部分安装于筒座6上，导电环12的定子部分上的电线与控制系统输出的信号电流线连接,其转子部分安装于C轴端连接座10上，导电环12的转子部分上的电线与磁粉制动器11的控制电流线连接。料盘安装轴13的头端安装于磁粉制动器11的转轴内、其尾端通过花键与螺纹实现对料盘14的安装。
如图3所示，所述的压辊机构由安装架15、气动马达16、减速机17、C轴7、C轴端连接座10、压辊连杆8、压辊18和预浸带限位辊21组成。安装架15固定于底板座5上，实现对气动马达16和减速机17的安装。气动马达16、减速机17、C轴7和C轴端连接座10四者依次由上至下串联装配，实现扭矩动力的产生与传递。压辊连杆8在同一水平面内连接C轴端连接座10与压辊18，相当于“力臂”，实现扭矩向压辊18的直线压紧力转化。压辊18包括压辊内轮19和压辊外缘20，通过改变压辊外缘20的材质和宽度以适应不同规格的预浸带，压辊18用于实现预浸带向缠绕芯模或已置叠层表面的压紧。预浸带限位辊21安装于压辊外缘20周向，实现对预浸带的几何限位。
如图4-5所示，所述的隔离膜收卷机构4由收卷轮连杆9、带传动机构22、中空转轴23、摩擦机构24和收卷轮25组成。收卷轮连杆9一端与压辊连杆8端部固接，另一端通过轴承结构连接中空转轴。带传动机构22中的主动带轮26安装在压辊18之上，从动带轮27位于中空转轴23端部，实现压辊18对收卷机构4的收卷运动传递。中空转轴23通过其内侧的轴承结构安装在收卷轮连杆9尾端、其外侧连接摩擦机构24和收卷轮25。摩擦机构24包括定摩擦环28、动摩擦环29和压键30，定摩擦环28安装在中空转轴23外侧，动摩擦环29安装在收卷轮25中孔内侧，压键30沿动摩擦环周向布置，通过紧定螺钉按压压键30实现对摩擦力矩的调节，摩擦机构24实现收卷轮25的时变转速补偿，并为隔离膜收卷提供张力。收卷轮25受摩擦机构24驱动，其上下轮盘可拆分，实现对隔离膜的收卷与回收。
如图6所示，本发明在缠绕运动过程中，缠绕工作头架体1在工作平面内受两轴直线联动控制，围绕处于缠绕芯模位置32上的特制外形缠绕芯模，实现如底板座中心轨迹线31为例的运动轨迹，同时，预浸带放卷机构2对预浸带进行恒张力放卷，压辊机构3对预浸带向缠绕芯模或已置叠层表面压紧，并为缠绕头转弯时轮系(压辊18、料盘14和收卷轮25)整体自转所需的“C轴”提供动力，隔离膜收卷机构4对隔离膜进行同步稳张力收卷，实现飞机桨叶大梁带的缠绕成型工作。
Claims (1)
1.一种飞机桨叶大梁带缠绕工作头，包括缠绕工作头架体(1)、预浸带放卷机构(2)、压辊机构(3)和隔离膜收卷机构(4)；其特征在于：缠绕工作头架体(1)建立于其底部的底板座(5)之上，底板座(5)上安装有筒座(6)，筒座(6)上端通过轴承连接有C轴(7)，预浸带放卷机构(2)安装于C轴(7)的下端，位于底板座(5)正下方，压辊机构(3)通过压辊连杆(8)与预浸带放卷机构(2)相连接，隔离膜收卷机构(4)通过收卷轮连杆(9)与压辊机构(3)相连接，预浸带放卷机构(2)中的料盘(14)、压辊机构(3)中的压辊(18)和隔离膜收卷机构(4)中的收卷轮(25)三者处于同一水平面内，三者中心连线呈直角三角形分布，位于缠绕工作头架体(1)下方；
所述的压辊机构(3)由安装架(15)、气动马达(16)、减速机(17)、C轴(7)、C轴端连接座(10)、压辊连杆(8)、压辊(18)和预浸带限位辊(21)组成；其中气动马达(16)、减速机(17)、C轴(7)和C轴端连接座(10)四者依次由上至下串联装配，实现扭矩动力的产生与传递；压辊连杆(8)在同一水平面内连接C轴端连接座(10)与压辊(18)，相当于“力臂”，实现扭矩向压辊(18)的直线压紧力转化；
所述的隔离膜收卷机构(4)由收卷轮连杆(9)、带传动机构(22)、中空转轴(23)、摩擦机构(24)和收卷轮(25)组成；收卷轮连杆(9)一端与压辊连杆(8)端部固接，另一端通过轴承结构连接中空转轴(23)；带传动机构(22)中的主动带轮(26)安装在压辊(18)之上，从动带轮(27)位于中空转轴(23)端部，实现压辊(18)对收卷机构(4)的收卷运动传递；中空转轴(23)外侧连接摩擦机构(24)和收卷轮(25)，摩擦机构(24)实现收卷轮(25)的时变转速补偿，为隔离膜收卷提供张力；收卷轮(25)受摩擦机构(24)驱动，其上下轮盘可拆分，实现对隔离膜的回收。
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