CN108839360B - 一种用于复合材料自动铺放设备的丝卷安装装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于复合材料自动铺放设备的丝卷安装装置，包括：具有轴向中空结构的丝卷安装轴，设置在丝卷安装轴两侧的挡丝盘，以及丝卷防滑涨紧机构，所述丝卷防滑涨紧机构包括：滑动设置在所述轴向中空结构内的活塞体，设置在活塞体上的弹簧片，控制所述活塞体轴向滑动的驱动单元，以及受所述活塞体轴向滑动时弹簧片产生的径向力驱动的涨紧单元。该丝卷安装装置有效地解决了丝束卷或衬纸卷与安装装置之间的打滑现象。

Description

一种用于复合材料自动铺放设备的丝卷安装装置
技术领域
本发明属于复合材料自动铺放技术领域，具体涉及一种用于复合材料自动铺放设备的丝卷安装装置。
背景技术
近些年来，复合材料由于具有比强度高、比刚度大、抗疲劳、耐腐蚀等优点，已经成为世界各国飞机研制的首选材料。传统的复合材料构件成型方法主要是人工铺放和纤维缠绕。人工铺放的方法生产效率低、劳动强度大、废料率较高，且铺放质量严重依赖工人的经验和技术；纤维缠绕的方法只能用来生产大型的且表面曲率处处为正的构件，所以采用复合材料自动铺放的方法是现代飞机制造领域的一大趋势。
复合材料自动铺放技术分为复合材料窄带自动铺放和复合材料丝束自动铺放。复合材料窄带自动铺放采用的是有隔离衬纸的窄带，只能铺放简单曲面或者平面类构件；复合材料丝束自动铺放采用的是多束预浸纱，分别独立输送、切断，由铺丝头将数根预浸纱集束成为一条宽度可变的预浸带，再热压铺放到模具上定形。复合材料丝束自动铺放技术可用于铺放形状复杂的双曲面结构，如机身、S进气道等，适用范围更广。
由于复合材料丝束是独立输送的，所以当一卷预浸纱用完之后，需要及时更换丝束卷和衬纸卷。中国发明专利(CN 105690801A)公开一种碳纤维复合材料自动铺丝通用铺放装置，其中丝束铺丝单元包含支撑盘，支撑盘上安装有丝束恒温箱，丝束恒温箱内设有若干个丝筒组件，丝筒组件绕固定在支撑盘上的丝筒心轴转动。丝筒组件包含丝筒，丝束缠绕在丝筒表面，丝束层与层之间通过塑料薄膜隔开，丝筒套在丝筒心轴上，丝筒通过丝筒驱动电机驱动丝筒转动放丝，每个丝筒组件旁边设有剥膜辊轴，丝束间塑料剥膜由剥膜辊轴缠绕收集。
中国发明专利(CN 104626610 A)公开一种用于复合材料自动铺放的模块化铺丝头，其中丝卷安装模块用于快速的安装和拆卸铺层用的铺层材料丝卷，该模块的主要零部件包括：用于调节丝束张力的磁粉制动器，用于安装轴承的轴承座，用于轴承外圈定位轴承端盖，角接触球轴承，将轴承端盖和磁粉制动器连接在一起的垫环，丝卷，用于安装丝卷的中间轴，将磁粉制动器的扭矩传递给中间轴的联轴器，用于丝卷定位的挡圈，固定丝卷的螺母。其功能实现的原理为，用螺母、挡圈实现丝卷的固定，用挡圈与丝卷内轴的摩擦力矩实现丝卷与中间轴的固定，然后一起旋转。可知目前公开资料所见的丝束卷和衬纸卷安装装置很少，不仅无法有效地解决丝束卷或衬纸卷与安装装置之间的打滑现象，而且大多数安装装置的拆装过程繁琐、效率低下。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于复合材料自动铺放设备的丝卷安装装置，有效地解决了丝束卷或衬纸卷与安装装置之间的打滑现象。
本发明所提供的技术方案为：
一种用于复合材料自动铺放设备的丝卷安装装置，包括：具有轴向中空结构的丝卷安装轴，设置在丝卷安装轴两侧的挡丝盘，以及丝卷防滑涨紧机构，所述丝卷防滑涨紧机构包括：滑动设置在所述轴向中空结构内的活塞体，设置在活塞体上的弹簧片，控制所述活塞体轴向滑动的驱动单元，以及受所述活塞体轴向滑动时弹簧片产生的径向力驱动的涨紧单元。
本发明中所述丝卷安装装置可以用于安装丝束卷或衬纸卷。
本发明中通过驱动单元控制活塞体在轴向中空结构内进行轴向滑动，活塞体滑动时弹簧片对涨紧单元的径向力大小不同，当径向力较小时或接近零时，涨紧单元处于收缩状态，不会对安装在丝卷安装轴上的丝束卷或衬纸卷的内表面产生摩擦力。而相反的，当径向力较大时，涨紧单元处于涨紧状态，对安装在丝卷安装轴上的丝束卷或衬纸卷的内表面产生摩擦力，防止丝束卷或衬纸卷出现打滑现象。
作为改进，所述弹簧片整体倾斜设置在活塞体上，仅一端固定在活塞体。由于弹簧片整体倾斜设置，在活塞体滑动时弹簧片与涨紧单元接触的受力位置不同，导致弹簧片给予涨紧单元的作用力大小不同。
本发明中所述涨紧单元包括：设置在丝卷安装轴壁面上可伸缩的O型圈和穿过丝卷安装轴壁面的驱动体；所述驱动体能够受弹簧片的径向力而产生位移，并驱动所述O型圈伸缩。
本发明中所述驱动体由O型圈顶块和连接块组成；所述O型圈顶块抵靠在O型圈与连接块之间，所述连接块抵靠在弹簧片与O型圈顶块之间。作为改进，所述O型圈顶块与连接块的接触面上设有限位凹槽，防止两者在受力时挣脱，同时也保证弹簧片的作用力能够最大程度地传递到O型圈顶块及O型圈。
本发明中所述驱动体与丝卷安装轴的壁面上相应设有能够容纳O型圈的凹槽。凹槽的结构设计能够便于O型圈在非涨紧状态下隐藏，不会影响到丝束卷或衬纸卷从丝卷安装轴上拆除。
本发明中所述驱动单元包括手柄和设置在轴向中空结构内的第一连接轴，所述第一连接轴一端与活塞体连接，另一端穿出轴向中空结构与手柄连接。手柄、第一连接轴与活塞体的三者结构设计，便于通过抽拉手柄控制活塞体的位置。
本发明中所述第一连接轴上设有限位销。限位销主要是为了对手柄抽拉活塞体的位置进行限制。
本发明中所述丝卷防滑涨紧机构的数量可以根据实际工况进行选择。作为改进，本发明中所述丝卷防滑涨紧机构为两组，相邻所述活塞体之间通过第二连接轴连接。通过第二连接轴的作用实现两组丝卷防滑涨紧机构的联动。
本发明中所述丝卷安装装置还包括挡丝盘的拆除机构；所述拆除机构包括：固定在丝卷安装轴侧端被驱动单元穿过的法兰盘，固定在法兰盘上被驱动单元穿过的弹簧限位块，滑动穿套在法兰盘上的压紧块以及抵靠在弹簧限位块与压紧块之间的压缩弹簧；所述压缩弹簧通过挤压压紧块将挡丝盘压紧在法兰盘上，所述挡丝盘具有在非压紧状态下将其拆除的避让孔。上述的结构设计，仅需通过拉动压紧块，使得挡丝盘处于非压紧状态，利用避让孔将其拆除，实现快速地拆装。
作为改进，所述避让孔与法兰盘外侧轮廓形成具有限制挡丝盘径向位移的卡合结构。卡合结构使得挡丝盘在压紧状态下不能相对于法兰盘进行轴向滑动或者转动。
作为改进，所述避让孔与压紧块的轮廓形状相同，且压紧块能够从避让孔穿过。该设置仅需拉动压紧块，并转动压紧块使其与避让孔对应，便可以将挡丝盘拆除，快速方便。
作为改进，所述丝卷防滑涨紧机构包括两组或四组对称设置在活塞体上的弹簧片和涨紧单元。
同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
(1)本发明中丝卷安装装置采用丝卷防滑涨紧机构，通过驱动单元控制活塞体在轴向中空结构内进行轴向滑动，活塞体滑动时弹簧片对涨紧单元的径向力大小不同实现对涨紧单元的涨紧状态的控制，并对安装在丝卷安装轴上的丝束卷或衬纸卷的内表面产生摩擦力，防止丝束卷或衬纸卷出现打滑现象。
(2)本发明中丝卷安装装置同时还设有挡丝盘的拆除机构，仅需通过拉动压紧块，使得挡丝盘处于非压紧状态，利用避让孔将其拆除，实现快速地拆装。
(3)本发明中通过丝卷防滑涨紧机构与拆除机构地配合，有效地缩短了丝束卷或衬纸卷的的安装时间，提高了效率。
附图说明
图1为丝卷安装装置的立体图；
图2为丝卷安装装置的主视图；
图3为丝卷安装装置的局部放大图；
图4为丝卷安装装置处于涨紧状态的剖面图；
图5为丝卷安装装置处于非涨紧状态的剖面图。
其中，1、丝卷安装轴；2、挡纱盘；3、活塞体；4、轴向中空结构；5、弹簧片；6、连接块；7、O型圈顶块；8、O型圈；9、第一连接轴；10、第二连接轴；11、手柄；12、法兰盘；13、弹簧限位块；14、压紧块；15、压缩弹簧；16、限位销；17、避让孔；18、凹槽；19、轴向伸出部；20、限位凹槽。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明作进一步详细地说明。
实施例
如图1和2所示的丝卷安装装置一般可以安装在复合材料自动铺放设备的铺丝头上，用于安装丝束卷或衬纸卷。
丝卷安装装置包括具有轴向中空结构4的丝卷安装轴1，安装在丝卷安装轴1两侧的挡纱盘2，丝卷防滑涨紧机构，以及挡纱盘2的拆除机构。丝卷安装轴1一侧的挡纱盘2采用可拆卸式的方式安装，相应的拆除机构也安装在此侧，而另一侧的挡纱盘2可以固定安装在丝卷安装轴1上。
如图4和5所示，本实施例中丝卷安装轴1内具有两组丝卷防滑涨紧机构，当然根据实际工况也可以增加或者减少丝卷防滑涨紧机构的数量。
由于两组丝卷防滑涨紧机构的结构相同，本实施例仅介绍其中一组。丝卷防滑涨紧机构包括活塞体3、弹簧片5、O型圈8、O型圈顶块7和连接块6。活塞体3滑动设置在丝卷安装轴1的轴向中空结构4内，活塞体3的环形侧壁上对称设有四组弹簧片5、O型圈顶块7和连接块6。相邻的活塞体3之间采用第二连接轴10固定安装，位于可拆卸挡纱盘2侧的活塞体3与第一连接轴9固定连接，第一连接轴9穿出轴向中空结构4则与手柄11固定连接，手柄11、第一连接轴9和第二连接轴10都位于丝卷安装轴1的轴心上。
弹簧片5一端固定安装在活塞体3的环形侧壁上，弹簧片5整体相对于活塞体3的环形侧壁倾斜设置，由于弹簧片5整体倾斜设置，在活塞体3滑动时弹簧片5与连接块6接触的受力位置不同，导致弹簧片5给予O型圈8的作用力大小不同。O型圈顶块7穿过丝卷安装轴1的环形壁面，对应设置在弹簧片5上部，弹簧片5与O型圈顶块7之间安装有连接块6，使得O型圈顶块7抵靠在O型圈8与连接块6之间，连接块6则抵靠在弹簧片5与O型圈顶块7之间。O型圈顶块7与连接块6的接触面上设有限位凹槽20，防止两者在受力时挣脱，同时也保证弹簧片5的作用力能够最大程度地传递到O型圈顶块7及O型圈8。
可伸缩的O型圈8设置在丝卷安装轴1环形壁面上，O型圈顶块7与丝卷安装轴1的环形壁面上相应设有能够容纳O型圈8的凹槽18。
如图3所示，位于可拆卸挡纱盘2侧的拆除机构包括：法兰盘12、弹簧限位块13、压紧块14以及压缩弹簧15。法兰盘12固定安装在丝卷安装轴1的侧端，挡纱盘2中心具有一避让孔17，挡纱盘2通过避让孔17卡合安装在法兰盘12上，限制挡纱盘2径向位移或者旋转。
弹簧限位块13则通过螺纹结构固定在法兰盘12的轴向伸出部19上，两者均同心安装在丝卷安装轴1的轴心上。法兰盘12与弹簧限位块13均被第一连接轴9穿过，手柄11则安装在第一连接轴9穿出部分，位于弹簧限位块13外侧。此外，第一连接轴9在轴向中空结构4内的部分上还设有限位销16，通过限位销16和弹簧限位块13实现对活塞体3的滑动距离的控制。
压紧块14滑动穿套在法兰盘12的轴向伸出部19上，压缩弹簧15分别抵靠在弹簧限位块13与压紧块14之间，压缩弹簧15抵靠压紧块14将挡纱盘2压紧在法兰盘12上。
避让孔17与压紧块14的轮廓形状相同，且压紧块14能够从避让孔17穿过，该设置仅需拉动压紧块14，并转动压紧块14使其与避让孔17对应，便可以将挡丝盘拆除，快速方便。
工作过程如下：
如图4所示，连接块6位于弹簧片5最大受力处，连接块6将弹簧片5的作用力通过O型圈顶块7传递到O型圈8，此时丝卷安装装置中的O型圈8处于涨紧状态，丝束卷或衬纸卷的内表面与丝卷安装轴1之间具有摩擦力，防止丝束卷或衬纸卷出现打滑现象。
当需要更换丝束卷或衬纸卷时，首先拉动压紧块14，并转动压紧块14使其与挡纱盘2上的避让孔17对应，便可以将挡纱盘2取下。
如图5所示，接着拉动手柄11，手柄11带动第一连接轴9以及两组丝卷防滑涨紧机构发生位移。此时，连接块6不受弹簧片5的作用，O型圈8处于收缩状态，便可以将旧的丝束卷或衬纸卷拆除，更换新的丝束卷或衬纸卷。
然后将手柄11推回到图4中的状态，使得新的丝束卷或衬纸卷的内表面与丝卷安装轴1之间具有摩擦力，防止打滑。
装上挡纱盘2，使得挡纱盘2的避让孔17卡合安装在法兰盘12上，并拉动压紧块14，然后转动压紧块14使其与挡纱盘2上的避让孔17错位，压缩弹簧15抵靠压紧块14将挡纱盘2压紧在法兰盘12上。

Claims (9)

1.一种用于复合材料自动铺放设备的丝卷安装装置，包括：具有轴向中空结构的丝卷安装轴，设置在丝卷安装轴两侧的挡丝盘，以及丝卷防滑涨紧机构，其特征在于，所述丝卷防滑涨紧机构包括：滑动设置在所述轴向中空结构内的活塞体，设置在活塞体上的弹簧片，控制所述活塞体轴向滑动的驱动单元，以及受所述活塞体轴向滑动时弹簧片产生的径向力驱动的涨紧单元；所述涨紧单元包括：设置在丝卷安装轴壁面上可伸缩的O型圈和穿过丝卷安装轴壁面的驱动体；所述驱动体能够受弹簧片的径向力而产生位移，并驱动所述O型圈伸缩。
2.根据权利要求1所述的用于复合材料自动铺放设备的丝卷安装装置，其特征在于，所述驱动体由O型圈顶块和连接块组成；所述O型圈顶块抵靠在O型圈与连接块之间，所述连接块抵靠在弹簧片与O型圈顶块之间。
3.根据权利要求1所述的用于复合材料自动铺放设备的丝卷安装装置，其特征在于，所述驱动体与丝卷安装轴的壁面上相应设有能够容纳O型圈的凹槽。
4.根据权利要求1所述的用于复合材料自动铺放设备的丝卷安装装置，其特征在于，所述驱动单元包括手柄和设置在轴向中空结构内的第一连接轴，所述第一连接轴一端与活塞体连接，另一端穿出轴向中空结构与手柄连接。
5.根据权利要求4所述的用于复合材料自动铺放设备的丝卷安装装置，其特征在于，所述第一连接轴上设有限位销。
6.根据权利要求1所述的用于复合材料自动铺放设备的丝卷安装装置，其特征在于，所述丝卷防滑涨紧机构为两组，相邻所述活塞体之间通过第二连接轴连接。
7.根据权利要求1所述的用于复合材料自动铺放设备的丝卷安装装置，其特征在于，还包括挡丝盘的拆除机构；所述拆除机构包括：固定在丝卷安装轴侧端被驱动单元穿过的法兰盘，固定在法兰盘上被驱动单元穿过的弹簧限位块，滑动穿套在法兰盘上的压紧块以及抵靠在弹簧限位块与压紧块之间的压缩弹簧；所述压缩弹簧通过挤压压紧块将挡丝盘压紧在法兰盘上，所述挡丝盘具有在非压紧状态下将其拆除的避让孔。
8.根据权利要求7所述的用于复合材料自动铺放设备的丝卷安装装置，其特征在于，所述避让孔与法兰盘外侧轮廓形成具有限制挡丝盘径向位移的卡合结构。
9.根据权利要求1所述的用于复合材料自动铺放设备的丝卷安装装置，其特征在于，所述丝卷防滑涨紧机构包括两组或四组对称设置在活塞体上的弹簧片和涨紧单元。
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