CN1087146A

CN1087146A - 编织三维整体结构物的方法和装置

Info

Publication number: CN1087146A
Application number: CN 93115537
Authority: CN
Inventors: 任钧国; 陆寅初; 郑荣跃
Original assignee: National University of Defense Technology
Current assignee: National University of Defense Technology
Priority date: 1993-10-14
Filing date: 1993-10-14
Publication date: 1994-05-25

Abstract

一种编织三维整体结构物的方法和装置，涉及机械编织技术及其装备。该编织装置采用了二步运动法，由底盘、驱动传动部分、轴、拨叉轮、滑杆、凸轮机构和弹簧压杆等组成。由固定在传动系统上的拨叉轮带动带有纤维的滑杆在该装置内沿一定轨迹运动，从而编织出截面为方形、工字形及梯形的编织物。本发明的编织方法和装置可有效地提高编织速度，能实现大规模的自动化工业生产。

Description

本发明涉及一种机械编织技术及装置，其国际专利分类号为D04。

在现有技术中，二维编织物（主要为纺织品）已完全为人类所接受，但用机械自动编织出三维整体结构物还未被大多数人所理解，三维整体编织物由于其强度与重量之比高，抗拉压、剪切、断裂及整体性能好等许多优点，已在许多工业部门受到越来越高的重视。国内某些部门虽已开展了这项工作的研究，但都未取得比较成功的突破，国外，主要是美国在这方面做了比较深入的研究工作，其公布的专利文献US Patent 4312261，Jan.26.1982描述了一种编织三维整体结构物的机械装置。这种装置依靠移动放置在制作面内的多个携带有纱线（纤维）的运送单元（内嵌永久磁铁由非磁性材料制成的立方体导纱器）来实现三维整体结构物的编织，其采用的方法是四步折线运动法，该装置比较成功地解决了三维整体结构物的编织问题，但由于其采用的方法所限，使该装置存在着结构复杂、工艺要求高、造价昂贵、运送单元移动困难，编织大尺寸结构物不易实现大规模的自动化生产等问题。

为解决上述问题，本发明提供了一种新的编织三维整体结构物的方法和装置，该方法简单可靠，易于实现，能有效提高编织速度，该装置构造简单巧妙，运转灵活，大尺寸结构物编织易实现大规模的自动化工业性生产。

本发明是通过如下方式实现的：

该编织方法包括二步运动，第一步为正向运动，即当主动轮逆时针方向转动180°时，使底盘内位于奇数排的从动轮顺时针方向转动180°，位于偶数排的从动轮则逆时针方向转动180°;第二步为第一步的反向运动，即当主动轮顺时针方向转动180°时，使位于奇数排的从动轮逆时针方向转动180°，而位于偶数排的从动轮则顺时针方向转动180°;如此正、反二步运动反复进行，固定在从动轮上的拨叉轮就带动许多个带有纤维的滑杆在顶面的环形轨道内沿一定轨迹运动，编织出事先设定形状的三维编织物。本方法亦可认为第一步为反向运动，第二步为正向运动，都对编织无影响。

该编织装置由底盘、驱动传动部份、轴、拨叉轮、凸轮机构、弹簧压杆、圆盖、滑杆、方形盖及紧固件等组成;轴按一定间隔距离固定安装在底盘上，主、从动轮安装在轴上贴近底盘的位置，其安装间隙控制在可使主、从动轮灵活转动的范围内，传动方式可以是齿轮也可以采用其它形式;拨叉轮穿过轴与从动轮固定在一起，由从动轮带动旋转，拨叉轮分为中拨叉轮、Ⅰ型边拨叉轮和Ⅱ型边拨叉轮，中拨叉轮固定在位于中间位置的从动轮上，Ⅰ型边拨叉轮固定在位于上、下边界位置的从动轮上，Ⅱ型边拨叉轮固定在位于左右边界（含四个角）位置的从动轮上;中拨叉轮和Ⅰ型边拨叉轮每个上面都装有四个弹簧压杆，Ⅱ型边拨叉轮每个上面都装有四个凸轮机构，弹簧压杆装在凸轮机构上表面，所有弹簧压杆都位于同一个水平面内;圆盖穿过轴与轴固连，并与设置在拨叉轮间的方形盖构成环形轨道形成该装置的顶面;滑杆由拨叉轮带动，并由拨叉轮上的弹簧压杆导向，凸轮机构和弧形缺口定位沿顶面的环形轨道运动。

图1：第一步运动示意图

图2：第二步运动示意图

图3：编织装置俯视图

图4：图3的A向剖视图

图5：齿轮啮合关系图

图6：拨叉轮、凸轮机构、弹簧压杆与滑杆装配示意图

图7：滑杆结构示意图

图8：中拨叉轮结构示意图

图9：Ⅰ型边拨叉轮结构示意图

图10：Ⅱ型边拨叉轮结构示意图

图11：滑杆沿环形轨道运动示意图

图12：编织机示意图

下面结合附图详细描述本发明的一个实施例。

附图给出了编织方形截面编织物的实施例，该实施例采用电机驱动、齿轮传动。

图1给出了本发明的二步运动法的第一步正向运动原理图。图中空心点表示轴、实心点表示纤维（纱线），箭头表示纤维绕轴运动方向。当主动轮绕轴A逆时针方向转动180°时，带动所有位于奇数排的从动轮绕轴（图中空心点）顺时针方向转动180°、位于偶数排的从动轮则绕轴逆时针方向转动180°，纤维（图中实心点）由滑杆带动从图中实心点处沿箭头所示方向运动到箭头处。图2则给出了第二步反向运动原理图，当主动轮绕轴A顺时针方向转动180°时，带动所有位于奇数排的从动轮绕轴逆时针方向转动180°、位于偶数排的从动轮则绕轴顺时针方向转动180°纤维由滑杆带动从图中实心点处沿箭头所示方向运动到箭头处。如此二步运动反复进行，滑杆就带着纤维在编织面内依一定轨迹运动，参照图11，编织出截面为方形的三维编织物。

参照图3、图4，该编织装置包括：底盘1、主动轮A、齿轮传动系统2、轴3、拨叉轮4、凸轮机构10、弹簧压杆9、滑杆5、圆盖6、方形盖7、挡块8及紧固件等。轴3按一定间隔距离固定在底盘1上，齿轮传动系2由主动轮驱动A，其啮合关系参见图5，由图5可见，当主动轮A逆时针方向转动时，1、3、5排即奇数排齿轮是顺时针方向转动的，而2、4排即偶数排齿轮则是逆时针方向转动的，而当A顺时针方向转动时，1、3、5排齿轮是逆时针方向转动的，2、4排齿轮则顺时针方向转动。圆盖6与四边为圆弧曲线的方形盖7构成本装置顶面的环形轨道11。参照图4，拨叉轮4穿过轴3与齿轮2安装在一起由齿轮2带动旋转，弹簧压杆9安装在拨叉轮4上，其压杆顶在滑杆5的两翼上对滑杆5的两翼上对滑杆5起导向作用，而滑杆5在环形轨道11中运动的动力则来自拨叉轮4。

图6示出了拨叉轮4、凸轮机构10、弹簧压杆9与滑杆5的装配图。拨叉轮4有三种形式，即中拨叉轮4a、Ⅰ型边拨叉轮4b和Ⅱ型边拨叉轮4c，中拨叉轮4a安装在位于中间位置的齿轮上，Ⅰ型边拨叉轮4b安装在位于上、下边界的齿轮上，Ⅱ型边拨叉轮4c安装在位于左、右边界（含四个角）的齿轮上。参照图8，中拨叉轮4a为在沿周向二二相邻四分之一周长的位置开有半圆形槽的扁圆柱体，弹簧压杆9安装在中拨叉轮4a的上表面，其位置如图所示。参照图9，Ⅰ型边拨叉轮4b为沿周向开有二个圆心角为90°的圆弧形缺口的扁圆柱体，为使弹簧压杆9的压杆与中拨叉轮4a上的位于同一水平面内，在Ⅰ型边拨叉轮上加装有一个扁圆柱体12。参照图10，Ⅱ型边拨叉轮4c为一扁圆柱体，在其上表面装有4个凸轮机构10，弹簧压杆9装在凸轮机构10上。安装时，为使滑杆5在同一水平面内运动，应将中拨叉轮4a上下交替排列（参照图4），以使中拨叉轮4a上的半圆形槽能相互咬住滑杆5的力臂15，带动滑杆5灵活运动。

图7示出了滑杆5的形状，其中间部份的槽13用于在环形轨道11中运动，在下边缘有两翼14，其作用是与拨叉轮4a、4b、4c上的弹簧压杆9配合为滑杆5运动导向，力臂15由拨叉轮4上的槽、缺口或凸轮机构带动。

参照图1和2，当滑杆5运动到边界位置时，有时只转动四分之一周（90°），（对上、下边界而言是进，对左、右边界而言是出），为了实现这步运动，参照图6，在上、下边界就用Ⅰ型边拨叉轮4b，由于其上有四分之一周的缺口，而在缺口上滑杆5不运动，因此使滑杆5只运动四分之一周;而在左右边界上，用的是Ⅱ型边拨叉轮4c，其上凸轮机构10的安装位置和形状可使滑杆只运动四分之一周。

参照图11，滑杆5在环形轨道中的运动轨迹（仅以一个滑杆为例说明）是这样的：滑杆5由位置B开始起动，在边界上由Ⅰ型边拨叉轮带动走四分之一周到B₁，再由B₁经C₁到B₂，由B₂经C₂到B₃，即滑杆5的运动轨迹为B₁C₁B₂，B₂C₂B₃，B₃C₃B₄，B₄B₅，B₅B₄B₆，B₆B₄，B₄D₃B₃，B₃D₂B₂，B₂D₁B₁，B₁D₀B₀，B₀D₀，D₀E₁F₁……。

编织出的三维整体结构物截面的大小由编织装置和纤维直径控制，当编织装置拥有m列和n行齿轮时，编织物（方形）的截面积可用下式近似给出S＝mnd²，式中d为纤维直径。

参照图12，编织机由编织装置16，模18及提升装置20构成，纤维（纱）17由编织装置16编织后，由模18成形压紧形成编好的织物19。

本发明的编织三维整体结构物的方法不仅可用于编织截面为方形的编织物，而且可以编织截面为梯形、工字形、圆形、环形等的编织物，该方法具有思想新颖、简单实用、易于实现等优点。

本发明的编织装置可用于编织截面为方形、工字形和梯形编织物，经改进后可用于编织截面为圆形、环形编织物，具有构造简单，运转灵活，易实现大规模工业自动化生产等积极效果。

Claims

1、一种编织三维整体结构物的方法，其特征在于：该方法包括二步运动，第一步为正向运动，即当主动轮逆时针方向转动180°时，带动位于奇数排的从动轮顺时针方向转动180°、位于偶数排的从动轮则逆时针方向转动180°；第二步为反向运动，即当主动轮顺时针方向转动180°时，带动位于奇数排的从动轮逆时针方向转动180°、位于偶数排的从动轮则顺时针方向转动180°。

上述正反二步运动反复进行，即由固定在从动轮上的拨叉轮带动绕有纤维的滑杆在编织装置的环形轨道内沿一定轨道运动，编织出事先设定截面形状的三维编织物。

2、一种编织截面为方形、工字形或梯形的三维整体结构物的装置，其特征在于：该装置由底盘1、主动轮A、齿轮传动系2、轴3、拨叉轮4、滑杆5、圆盖6、方形盖7、挡块8、弹簧压杆9、凸轮机构10及紧固件等组成;轴3按一定间隔距离固定在底盘1上，齿轮传动系2由主动轮A驱动;拨叉轮4与齿轮固定在一起由齿轮带动旋转，拨叉轮4分为中拨叉轮4a、Ⅰ型边拨叉轮4b和Ⅱ型边拨叉轮4c，中拨叉轮4a固定在位于中间位置的齿轮上，Ⅰ型边拨叉轮4b固定在位于上、下边界位置的齿轮上，Ⅱ型边拨叉轮4c固定在位于左、右边界（含四个角）位置的齿轮上，中拨叉轮4a和Ⅰ型边拨叉轮4b的上表面装有四个弹簧压杆9，Ⅱ型边拨叉轮4c的上表面装有四个凸轮机构10，弹簧压杆9则装在凸轮机构10的上表面，所有弹簧压杆9都位于同一个水平面内;圆盖6通过紧固件与轴3装在一起，并与设置在拨叉轮间的四边为圆弧的方形盖7构成环形轨道11;滑杆5由拨叉轮4带动、弹簧压杆9导向、挡块8及凸轮机构等定位沿环形轨道11运动。

3、根据权利要求2所述的编织装置，其特征在于：中拨叉轮4a为在沿周向二二相邻四分之一周长的位置上开有半圆形槽的扁圆柱体;Ⅰ型边拨叉轮4b为沿周向开有二个圆心角为90°的圆弧形缺口的扁圆柱体。

4、根据权利要求2所述的编织装置，其特征在于：滑杆5由上、下边界进，左、右边界出时，只运动四分之一周。

5、根据权利要求2所述的编织装置，其特征在于：中拨叉轮4a采用上、下交替排列的安装方式。