CN107457159B - 一种丝线体缠绕装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种丝线体缠绕装置，包括装置本体，所述装置本体设置传动轴，所述传动轴上设置模板球，模板球上设置模版端导头，所述装置本体设置支柱，所述支柱的外壁上设置压缩弹簧，所述支柱的顶部设置盖子，所述盖子的顶部设置定位及导向滚动体，所述传动轴上设置工作球基体，所述工作球基体上设置工作端导头，所述传动轴上设置蜗杆机构，所述装置本体设置导向通键，所述装置本体设置双缩放比例机构；本发明实现了每片层可控、最终衬层形状、位置和厚度完全达标，同一尺寸规格的衬层的同一性高度一致，关节轴承在高可靠性、高稳定性和高寿命等方面得到明显提高；且保证轴承合拢后，精度可到保证。

Description

一种丝线体缠绕装置

技术领域

本发明涉及丝线体缠绕成形的一种技术装备，具体是一种丝线体缠绕装置。

背景技术

丝线体缠绕通常在一支撑体上进行，在丝线体的涂布装置与支撑体胎之间形成某种相对运动，丝线体实现涂布。以碳纤维-环氧树脂复合材料制备内衬形成的新型关节轴承(见图1)，因其特殊的结构功能要求，难以按一般丝线体涂布，必须另辟蹊径。

本发明采用往复缠绕式制作技术，实现在球面上指定区域的敷层。其基本方法是设计和制作一套通用系统，采用以特殊设计和加工的球面螺旋面副——模板球机构，再运用缩放机构对工作点进行缩放，而工作点与丝线体进给系统相连，在模球单向旋转运动情况下，同时沿轴线方向往复直线运动，从而实现新型关节轴承内衬的制作。

关节轴承，在航空航天等领域有特别重要的用途，要求高精度、高可靠性、高稳定性和高寿命。对于每一个“高”，都有一定难度；同时达到“四高”则更加不易。目前，主要在制造工艺技术上进行改进，不仅成本高，难度大，而且改进提高的空间有限。本发明面向以碳纤维-环氧树脂复合材料制备内衬形成的新型关节轴承的制造工艺，提供实现其核心工艺的技术装备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种丝线体缠绕装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种丝线体缠绕装置，包括装置本体，所述装置本体设置传动轴，传动轴通过轴承的作用与工作支架转动连接，所述传动轴上设置模板球，所述模板球上设有双向螺旋槽，模板球上设置模版端导头，所述模版端导头与双向螺旋槽形成摩擦低副，所述装置本体设置支柱，所述支柱的外壁上设置压缩弹簧，所述压缩弹簧套接在支柱上，所述支柱的顶部设置盖子，所述盖子的顶部设置定位及导向滚动体，所述传动轴上设置工作球基体，所述工作球基体与模板球做同步运动，所述工作球基体上设置工作端导头，所述传动轴上设置蜗杆机构，所述装置本体设置导向通键，所述导向通键设置在传动轴上，模板球同步转动并在导向通键作用下沿轴向左右运动，所述装置本体设置双缩放比例机构，所述双缩放比例机构分为缩放比例机构一和缩放比例机构二，所述缩放比例机构一和缩放比例机构二的底部都设置支架，通过支架的作用将缩放比例机构一和缩放比例机构二固定，所述缩放比例机构一和缩放比例机构二的中间位置设置一个双机构调节装置。

作为本发明进一步的方案：所述传动轴的左端部设置步进电机，所述步进电机的输出端与传动轴连接。

作为本发明再进一步的方案：所述传动轴的右端设置分度装置，所述分度装置设置在工作球基体的右侧。

作为本发明再进一步的方案：所述蜗杆机构以蜗杆为输入，蜗轮双向回转为输出。

作为本发明再进一步的方案：在轴向方向固定的所述定位及导向滚动体作用下，模板球同步转动并在导向通键作用下沿轴向左右运动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明实现只用一根丝线体连续往复式缠绕获得“准工作态衬层”的功能，加之每片层实时检测其厚度和直径，并根据需要进行补偿，使得每片层可控、最终衬层形状、位置和厚度完全达标，同一尺寸规格的衬层的同一性高度一致。由于敷设的碳纤维复合材料，它具有高强度、高耐磨性、高化学稳定性(直接为耐腐蚀性)和耐高温等特性，使得关节轴承在高可靠性、高稳定性和高寿命等方面得到明显提高；又由于外圈凹球面设计，设置两个定位装置，从而保证轴承合拢后，精度可到保证。

附图说明

图1为丝线体缠绕装置的结构示意图。

图2为丝线体缠绕装置中往复式球面螺旋曲面副与蜗杆副组合的结构示意图。

图3为丝线体缠绕装置中碳纤维环氧树脂复合材料内衬式关节轴承的结构示意图。

图4为碳纤维环氧树脂复合材料内衬式关节轴承的俯视图。

图5为碳纤维环氧树脂复合材料内衬式关节轴承中A-A向的剖视图。

图6为碳纤维环氧树脂复合材料内衬式关节轴承中关节轴承衬层端剖面示意图。

图7为丝线体缠绕装置中双缩放比例机构的结构示意图。

图中：1-传动轴、2-模板球、21-外圈、22-内圈、23-纤维衬、24-轴杆、3-模版端导头、31-碳纤维、32-环氧树脂、33-关节轴承内圈、34-工业石蜡、4-缩放比例机构一、5-双机构调节装置、6-缩放比例机构二、7-工作端导头、8-分度装置、9-工作球基体、10-蜗杆机构、11-定位及导向滚动体、12-盖子、13-压缩弹簧、14-支柱、15-导向通键、16-步进电机、17-轴承。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

请参阅图1-7，一种丝线体缠绕装置，包括装置本体，所述装置本体设置传动轴1，传动轴1通过轴承17的作用与工作支架转动连接，所述传动轴1上设置模板球2，所述传动轴1的左端部设置步进电机16，所述步进电机16的输出端与传动轴1连接，所述模板球2上设有双向螺旋槽，模板球2上设置模版端导头3，所述模版端导头3与双向螺旋槽形成摩擦低副，所述装置本体设置支柱14，所述支柱14的外壁上设置压缩弹簧13，所述压缩弹簧13套接在支柱14上，所述支柱14的顶部设置盖子12，所述盖子12的顶部设置定位及导向滚动体11，在轴向方向固定的定位及导向滚动体11作用下，模板球2同步转动并在导向通键15作用下沿轴向左右运动，所述传动轴1上设置工作球基体9，所述工作球基体9与模板球2做同步运动，所述工作球基体9上设置工作端导头7，所述传动轴1的右端设置分度装置8，所述分度装置8设置在工作球基体9的右侧，所述传动轴1上设置蜗杆机构10，所述蜗杆机构10以蜗杆为输入，蜗轮双向回转为输出，配合丝线体的换向进给喂入，所述装置本体设置导向通键15，所述导向通键15设置在传动轴1上，模板球2同步转动并在导向通键15作用下沿轴向左右运动。

所述装置本体设置双缩放比例机构，所述双缩放比例机构分为缩放比例机构一4和缩放比例机构二6，所述缩放比例机构一4和缩放比例机构二6的底部都设置支架，通过支架的作用将缩放比例机构一4和缩放比例机构二6固定，所述缩放比例机构一4和缩放比例机构二6的中间位置设置一个双机构调节装置5。

内衬式关节轴承设置轴杆24，所述轴杆24的端部设置外圈21，所述外圈21的内侧设置内圈22，所述内圈22和外圈24之间设置纤维衬23，所述纤维衬23是通过碳纤维环氧树脂复合材料制成，所述纤维衬23通过装置本体来制备，所述关节轴承内圈33的外侧设置碳纤维31，所述碳纤维31余关节轴承内圈33相互接触处设置工业石蜡34，所述关节轴承外圈设置环氧树脂32。

本发明的工作原理：

该系统在步进电机16驱动下由模板球2，通过传动轴1接受扭矩而绕轴向作单向回转，模板球2在与传动轴1轴向方向相对固定的定位及导向滚动体11作用下，沿装于传动轴1上的导向通键15作轴向移动，模板球2上制有双向螺旋槽，模版端导头3与之形成摩擦低副，随着模板球2的转动和轴向移动，模版端导头3作杠杆端运动，带动双机构调节装置5运动，即带动缩放比例机构一4的另一端运动，而这一端即是缩放比例机构一4的输出端，亦是缩放比例机构二6的输入端，它的运动使缩放比例机构二6输出运动，工作球基体9是装于传动轴1上的，它与模板球2做同步运动，即回转加直线运动，通过两个缩放机构和丝线体的连续喂入，在工作球基体9上就按缩放比绕上丝线体，蜗杆机构10以蜗杆为输入，蜗轮双向回转为输出，配合丝线体的换向进给喂入。

由于丝线体直径尺寸小和模板球2螺旋槽导程关系缠绕一层丝线体需要多次往复，故使用分度装置8使下一次缠绕相对本次缠绕转过一个角度；同时模版端导头3其上的换向装置动作，模板球2反向回转和反向沿导向通键15作直线运动的合成运动，通过双缩放机构就又一次缠绕了丝线体，持续下去，这层丝线体缠绕完毕。

该层丝线体视为直径略有增加的工作球基体9，再行上述过程，另一层丝线体缠绕完成，最后满足厚度要求的丝线体衬层就形成了。

在整个缠绕过程中，丝线体表面已涂覆环氧树脂，每一层片和整体衬层就形成了牢固的整体。

此外，随着缠绕层片的增加，工作球基体9直径在增加，每一层片缠绕的次数会逐渐增加，设有检测系统和增径补偿系统，以保证每一层片和整体衬层的丝线体致密度。

由于单丝碳纤维直径在5-8nm，而衬厚一般在1.0-2.0mm，应按一定要求对这类丝线体进行“堆砌”或“涂覆”，以期达到使用目标。

缩放比例机构当在轴的一端用电机单向驱动时，带动蜗杆同步同向转动，右方球面副机构制有双向螺旋槽，在轴向方向固定的定位及导向滚动体11作用下，模板球2同步转动并在导向通键15作用下沿轴向左右运动，当移动至，接近球左端，换向，球滚体进入返回式螺旋槽，球体向左运动，定位及导向滚动体11接近模板球2接近球右端，构成一完整循环，它进入换向状态，使蜗轮间歇式实现两个转向的输出，蜗轮与丝线体供料箱配合，保证丝线体在工作端导头的持续喂入，从而实现“一根丝”缠绕整个衬层。

采用一个模板球2，通过调节比例收放机构本例为收缩机构的收放比k，即可实现不同直径关节轴承内圈球径的纤维缠绕。而对于收放比k，只需调节杠杆比。

双比例缩放机构原理方法：

线性缩放机构一由杠杆和支点组成，其缩放比：

k₁＝l₁/l₀

线性缩放机构二由杠杆和支点组成，其缩放比：

k₂＝l₃/l₂

以适当的方式连接上述两线性缩放机构输出端和输入端，我们可有：

Δy₂＝kΔy₀

Δx₂＝kΔx₀

式中

k＝k₁k₂

取k₂＝1，则k＝k₁，此时，l₃＝l₂；进一步，取l₂＝l₁，此双缩放机构通过调节线性缩放机构一两个杠杆臂比例，同时实现对线性缩放机构二的同步联动调节，即可保证式

成立。

分度或移动装置

当一根纤维按指定路线完成一次完整缠绕时，运用所设计的专门分度装置将内圈转过

180+Φ或Δφ

再行下一次缠绕，直至该层缠满---形成一层纤维层片，完成一纤维层片所需的缠绕数等于缠绕纤维螺旋线头数

式中，d_m为关节轴承内圈所涂工业石蜡直径，d_f为碳纤维丝直径，j为第j层缠绕纤维层片m为缠绕纤维层片层数，T为纤维衬厚度。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (5)

1.一种丝线体缠绕装置，其特征在于，包括装置本体，所述装置本体设置传动轴(1)，传动轴(1)通过轴承(17)的作用与工作支架转动连接，所述传动轴(1)上设置模板球(2)，所述模板球(2)上设有双向螺旋槽，模板球(2)上设置模版端导头(3)，所述模版端导头(3)与双向螺旋槽形成摩擦低副，所述装置本体设置支柱(14)，所述支柱(14)的外壁上设置压缩弹簧(13)，所述压缩弹簧(13)套接在支柱(14)上，所述支柱(14)的顶部设置盖子(12)，所述盖子(12)的顶部设置定位及导向滚动体(11)，所述传动轴(1)上设置工作球基体(9)，所述工作球基体(9)与模板球(2)做同步运动，所述工作球基体(9)上设置工作端导头(7)，所述传动轴(1)上设置蜗杆机构(10)，所述装置本体设置导向通键(15)，所述导向通键(15)设置在传动轴(1)上，模板球(2)同步转动并在导向通键(15)作用下沿轴向左右运动，所述装置本体设置双缩放比例机构，所述双缩放比例机构分为缩放比例机构一(4)和缩放比例机构二(6)，所述缩放比例机构一(4)和缩放比例机构二(6)的底部都设置支架，通过支架的作用将缩放比例机构一(4)和缩放比例机构二(6)固定，所述缩放比例机构一(4)和缩放比例机构二(6)的中间位置设置一个双机构调节装置(5)。

2.根据权利要求1所述的丝线体缠绕装置，其特征在于，所述传动轴(1)的左端部设置步进电机(16)，所述步进电机(16)的输出端与传动轴(1)连接。

3.根据权利要求1所述的丝线体缠绕装置，其特征在于，所述传动轴(1)的右端设置分度装置(8)，所述分度装置(8)设置在工作球基体(9)的右侧。

4.根据权利要求1所述的丝线体缠绕装置，其特征在于，所述蜗杆机构(10)以蜗杆为输入，蜗轮双向回转为输出。

5.根据权利要求1所述的丝线体缠绕装置，其特征在于，在轴向方向固定的所述定位及导向滚动体(11)作用下，模板球(2)同步转动并在导向通键(15)作用下沿轴向左右运动。

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