CN112590245B - 一种大型复合材料缠绕体芯模装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及复合材料缠绕壳体芯模技术领域，具体公开了一种大型复合材料缠绕体芯模装置，包括：芯轴、外模、第一轴承座、第二轴承座、第一调心轴承、第二调心轴承；第一调心轴承、第二调心轴承均设置于芯轴上；第一轴承座、第二轴承座分别设置于第一调心轴承、第二调心轴承上；外模通过第一轴承座、第二轴承座，经第一调心轴承、第二调心轴承与芯轴连接，外模与驱动装置连接。本发明所提供的复合材料缠绕壳体芯模颠覆了现有所有芯模的运动模式，使得外模支撑跨距大幅度减小，从设计源头上成功解决了芯模挠度问题，采用两个调心轴承将外模与芯轴之间的变形完全隔离，芯轴的挠度变形或热膨胀变形不会对外模产生任何影响。

Description

一种大型复合材料缠绕体芯模装置
技术领域
本发明涉及复合材料缠绕壳体芯模技术领域。
背景技术
缠绕成型工艺是将浸过树脂胶液的连续纤维按照一定规律缠绕到芯模上，然后经过固化、脱模，获得制品。现有技术中采用的芯模装置为两端支撑、两端旋转，旋转轴与支撑轴一致，这种装置结构简单，在中小型复合材料缠绕壳体成型时精度较好，因此应用较为普遍。
然而，在大型复合材料壳体缠绕时，由于芯模本体尺寸大、重量重，现有技术中采用的芯模在使用过程中由于芯模自身挠度大、固化热膨胀量大等问题，导致制品的尺寸和性能超差较大。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种大型复合材料缠绕体芯模装置，其具有芯轴固定不动，外模通过两组调心轴承和轴承座与芯轴连接，驱动装置与外模相连，工作时，驱动装置带动外模绕芯轴旋转。这种模式颠覆了现有所有芯模的运动模式，这种模式使得外模支撑跨距大幅度减小，从设计源头上成功解决了芯模挠度问题，采用两个调心轴承将外模与芯轴之间的变形完全隔离，芯轴的挠度变形或热膨胀变形不会对外模产生任何影响。
本发明所提供的一种大型复合材料缠绕体芯模装置，包括：芯轴、外模、第一轴承座、第二轴承座、第一调心轴承、第二调心轴承；
所述第一调心轴承、第二调心轴承均设置于所述芯轴上；
所述第一轴承座、第二轴承座分别设置于第一调心轴承、第二调心轴承上；
所述外模通过第一轴承座、第二轴承座，经第一调心轴承、第二调心轴承与芯轴连接，外模与驱动装置连接。
对上述基础结构进行改进的技术方案为，还包括：变形适配器；
所述变形适配器为与所述外模端面结构吻合的可弹性变形结构，变形适配器设置于外模的前、后端面上。
对上述结构做出优选的技术方案为，所述第一调心轴承固定设置于所述芯轴上，所述第二调心轴承以可轴向滑动调节固定位置的方式设置于芯轴上。
进一步优选的技术方案为，所述外模包括：封头、柱段；
所述封头、所述柱段均为分体式结构；
分体式结构的柱段通过所述两个轴承座装配至所述芯轴上；
分体式结构的封头包括两个，两个分体式结构的封头分别组装在分体式结构的柱段的两端，两个分体式结构的封头上均设置有圆筒轴。
再进一步优选的技术方案为，所述变形适配器为多孔或多沟槽橡胶结构。
再进一步改进的技术方案为，还包括：外形维持器；所述外形维持器设置于外模外部，外形维持器的外形面与制品内形面一致。
又进一步优选的技术方案为，所述外形维持器包括：麻绳、石膏；
所述麻绳缠绕在所述外模和所述变形适配器外形面上；
所述石膏设置于麻绳上。
更进一步改进的技术方案为，还包括：驱动连接结构；所述圆筒轴上均设置有所述驱动连接结构。
再又进一步优选的技术方案为，所述变形适配器为多孔硅橡胶结构，所述多孔硅橡胶结构的厚度为变厚度，多孔硅橡胶结构的孔体积占比为30％～70％。
更加优选的技术方案为，所述多孔硅橡胶结构的孔体积占比为50％。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所提供的大型复合材料缠绕体芯模装置，采用芯轴固定不动，外模通过两组调心轴承和轴承座与芯轴连接，驱动装置与外模相连的结构，工作时，驱动装置带动外模绕芯轴旋转。这种模式颠覆了现有所有芯模的运动模式，这种模式使得外模支撑跨距大幅度减小，根据梁的均布力计算，挠度与跨距成四次方的关系，本发明的芯模装置的跨距一般为现有芯模装置跨距的1/2～1/3，因此挠度为现有芯模的1/16～1/81。从设计源头上成功解决了芯模挠度问题，有利于大型复合材料缠绕壳体的高精度成型。
2.本发明所提供的芯模装置中，采用两个调心轴承将外模与芯轴之间的变形完全隔离，芯轴的挠度变形或热膨胀变形不会对外模产生任何影响。
3.变形适配器可以实现弹性压缩和伸长，从而能够匹配外模在固化过程中的热膨胀变形，使得产品不受影响，解决了现有芯模带来的外模的热膨胀量影响制品尺寸的问题，可以大幅提高缠绕壳体的成型精度，从而保障了大型整体式复合材料缠绕壳体的性能。
本发明所提供的一种大型复合材料缠绕体芯模装置，从设计构思上，完全有别于传统芯模，从设计源头上解决了芯模挠度变形、热固化变形等问题，能够适用于大型复合材料壳体的高精度缠绕成型。本发明的装置原理清晰，结构简单，能够确保大型复合材料缠绕壳体的高精度成型。
附图说明
图1为本发明实施例的剖面结构示意图。
图2为本发明实施例中芯轴与调心轴承及轴承座装配完成后的的结构示意图。
图3为本发明实施例中外模装配完成后的结构示意图。
图4为本发明实施例中变形适配器的结构示意图。
图5为本发明实施例中变形适配器及外形维持器装配完成后的示意图。
图6为本发明实施例中驱动连接结构装配完成示意图。
其中，1-芯轴，2-外模，3-轴承座，4-调心轴承，5-变形适配器，6-外形维持器，7-驱动连接结构。
具体实施方式
为进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种大型复合材料缠绕体芯模装置的具体实施方式及工作原理进行详细说明。
如图1所示，本发明实施例所提供的大型复合材料缠绕体芯模装置，利用芯轴1停放在缠绕工位上，通过驱动装置连接外模2实现外模2旋转，从而实现缠绕功能。
芯轴1、调心轴承4、轴承座5之间的连接结构如图2所示，两个调心轴承4的内圈均连接在芯轴1上，两个调心轴承4的外圈各与一个轴承座3相连。外模2与芯轴1之间采用两个调心轴承4连接，调心轴承4的作用一方面是减小外模2旋转摩擦力，另一方面是适应芯轴1变形。优选的，本实施例中的两个调心轴承4，其中一个的安装位置固定，另一个调心轴承以可轴向滑动调节固定位置的方式设置于芯轴1上。这样的设计方式既可以满足芯轴1的挠度变形，又可以满足芯轴1和外模2的热变形匹配。
本实施例中所采用的外模2为分体式结构，利用轴承座3进行装配，如图3所示。外模2包括：封头、柱段。封头和柱段均为分体式结构，封头前端设置有圆筒轴。装配时，首先将柱段分体结构通过两个轴承座3进行组装，然后将封头分体结构与柱段分体结构连接，再次将圆筒轴与封头结构连接，最后将圆筒轴与驱动连接结构7连接。拆卸与装配顺序相反。
如图6所示，为便于驱动装置与本实施例上外模2之间的连接，本实施例中，在位于外模2前、后端的圆筒轴上均设置有驱动连接结构7，驱动连接结构一般为齿轮或链轮。工作时，缠绕机驱动轴通过驱动连接结构7与外模2连接，通过缠绕机驱动轴经驱动连接结构7带动外模2绕芯轴1旋转，从而实现外模2旋转。
本实施例中，在外模2的两端还设置有变形适配器5。变形适配器5为与外模2端面结构吻合的可弹性变形结构。优选的，变形适配器5为多孔或多沟槽橡胶结构。本实施例中采用的变形适配器5如图4所示，为多孔硅橡胶结构，多孔硅橡胶结构的厚度为变厚度，多孔硅橡胶结构的孔体积占比为30％～70％，本实施例中的多孔硅橡胶结构的孔体积占比为50％。变形适配器5通过胶粘形式粘接到外模2前后端面，在压力作用下，变形适配器5能够进行体积压缩，在实际使用过程中得到很好的验证。
为保证外模2外形面与制品内形面尺寸一致，在外模2的外部还设置有外形维持器6。外形维持器6的外形面与制品内形面一致。本实施例中所采用的外形维持器6为麻绳+石膏的形式，形成过程为：在外模2和变形适配器5的外形面首先缠绕麻绳，然后在麻绳上刮涂石膏，等石膏晾干后，进行修补和打磨，确保外形面与制品内形面一致。变形适配器5及外形维持器6装配完成后的结构如图5所示。
本实施例所提供的芯模装置与现有芯模装置进行了对比，外模的挠度变形减小了16倍，轴向热膨胀量由原来的34mm消除到基本可忽略，极大地提高了缠绕壳体的成型精度，保证了缠绕壳体的质量。
本实施例所提供的芯模装置颠覆了现有芯模的整体旋转的运动模式，采用芯轴1固定不动，外模2进行旋转的模式，从根本上解决了芯模挠度问题。外模2通过轴承座3和调心轴承4安装在芯轴1上，驱动连接结构7安装在外模2上，通过与缠绕机旋转轴连接，实现外模2旋转。本实施例中外模2的支撑跨距大幅减小，进而大幅减小了挠度变形，有利于大型复合材料缠绕壳体的高精度成型。
外模2外侧粘接变形适配器5以适应加温固化过程的热变形协调，可以实现加温固化过程的热变形匹配，因此可以大幅提高缠绕壳体的成型精度，从而保障了大型整体式复合材料缠绕壳体的性能。
外模2最外侧刮涂设置外形维持器6，保证外模2外形面与制品内形面尺寸一致。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种大型复合材料缠绕体芯模装置，其特征在于，包括：芯轴、外模、第一轴承座、第二轴承座、第一调心轴承、第二调心轴承；
所述第一调心轴承、第二调心轴承均设置于所述芯轴上；
所述第一轴承座、第二轴承座分别设置于第一调心轴承、第二调心轴承上；
所述外模通过第一轴承座、第二轴承座，经第一调心轴承、第二调心轴承与芯轴连接，外模与驱动装置连接；
所述第一调心轴承固定设置于所述芯轴上，所述第二调心轴承以可轴向滑动调节固定位置的方式设置于芯轴上；
还包括：变形适配器；
所述变形适配器为与所述外模端面结构吻合的可弹性变形结构，变形适配器设置于外模的前、后端面上；
所述变形适配器为多孔或多沟槽橡胶结构。
2.如权利要求1所述的大型复合材料缠绕体芯模装置，其特征在于，所述外模包括：封头、柱段；
所述封头、所述柱段均为分体式结构；
分体式结构的柱段通过两个轴承座装配至所述芯轴上；
分体式结构的封头包括两个，两个分体式结构的封头分别组装在分体式结构的柱段的两端，两个分体式结构的封头上均设置有圆筒轴。
3.如权利要求1所述的大型复合材料缠绕体芯模装置，其特征在于，还包括：外形维持器；所述外形维持器设置于外模外部，外形维持器的外形面与制品内形面一致。
4.如权利要求3所述的大型复合材料缠绕体芯模装置，其特征在于，所述外形维持器包括：麻绳、石膏；
所述麻绳缠绕在所述外模和所述变形适配器外形面上；
所述石膏设置于麻绳上。
5.如权利要求2所述的大型复合材料缠绕体芯模装置，其特征在于，还包括：驱动连接结构；所述圆筒轴上均设置有所述驱动连接结构。
6.如权利要求5所述的大型复合材料缠绕体芯模装置，其特征在于，所述变形适配器为多孔硅橡胶结构，所述多孔硅橡胶结构的厚度为变厚度，多孔硅橡胶结构的孔体积占比为30%~70%。
7.如权利要求6所述的大型复合材料缠绕体芯模装置，其特征在于，所述多孔硅橡胶结构的孔体积占比为50%。
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