CN113334748B - 一种纤维缠绕装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于纤维缠绕技术领域，具体涉及一种纤维缠绕装置，包括螺旋缠绕装置、环向缠绕装置和固定装置，通过固定装置对工件夹持并带动工件径向旋转和轴向移动，通过螺旋缠绕装置进行螺旋缠绕；通过环向缠绕装置进行环向缠绕；螺旋缠绕装置包括架体和导丝头，架体上设有第二通孔，导丝头设有若干个，若干个导丝头沿第二通孔中心呈环形分布并均与架体转动连接，各导丝头内均可伸出纤维；架体上设有第一驱动机构，通过第一驱动机构驱动各导丝头旋转；环向缠绕装置包括机架、固定板、纤维束筒、集束装置和导丝件，固定板与机架转动连接，固定板连接有驱动元件，通过驱动元件驱动固定板转动。通过该装置可以提高缠绕效率和缠绕质量。

Description

一种纤维缠绕装置

技术领域

本发明属于纤维缠绕技术领域，具体涉及一种纤维缠绕装置。

背景技术

压力容器经过多年的发展，广泛地应用在了航空航天、医疗卫生、日常居民生活中；随着新材料与新工艺的不断涌现，压力容器朝着轻量化、高强度方向发展。未来将朝着塑料内胆，外表面缠绕纤维作为增强层的IV型容器发展。IV型容器工作压力更大，而且由于纤维层作为主要承压层，安全性能更高。在不同的应用领域，容器的大小尺寸也是不尽相同的，这对缠绕设备的通用性提出了较高的要求。

纤维缠绕是压力容器成型过程中重要环节之一。缠绕效率与质量直接决定了压力容器等零部件的生产效率、性能与寿命。

纤维缠绕工艺主要分为螺旋缠绕工艺与环向缠绕工艺，螺旋缠绕工艺主要提高了压力容器等零部件轴向强度，环向缠绕工艺主要为了提高零部件的周向强度。目前在环向缠绕工艺方面，主要采用单束纤维环向缠绕，该工艺缠绕效率低，而且目前的工艺无法实现连续性生产，整个缠绕过程中有人工干预的环节。

压力容器内胆尺寸多样化，而目前满足多束纤维同步缠绕工艺的内胆尺寸较为单一，从而给该工艺带来了较大的局限性。目前的多束纤维缠绕时将多束纤维(纤维数量≤5)汇集成大丝束进行缠绕，但本质仍是单束缠绕；且缠绕过程中，会引起纤维堆叠，缠绕不均匀，以及缠绕过程中纤维滑移，局部应力集中。同时，单束纤维缠绕自动化程度低、生产效率低。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种纤维缠绕装置，该装置可以提高缠绕效率和缠绕质量。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种纤维缠绕装置，包括螺旋缠绕装置、环向缠绕装置和固定装置，通过固定装置对工件夹持并带动工件径向旋转和轴向移动，通过螺旋缠绕装置对固定装置上的工件进行螺旋缠绕；通过环向缠绕装置对固定装置上的工件进行环向缠绕；

所述螺旋缠绕装置包括架体和导丝头，所述架体上设有第二通孔，导丝头设有若干个，若干个导丝头沿第二通孔中心呈环形分布并均与架体转动连接，各导丝头内均可伸出纤维；所述架体上设有第一驱动机构，通过第一驱动机构驱动各导丝头旋转；

所述环向缠绕装置包括机架、固定板、纤维束筒、集束装置和导丝件，所述固定板与机架转动连接，固定板连接有驱动元件，通过驱动元件驱动固定板转动；

所述纤维束筒设有若干个，每个纤维束筒对应有一个张力控制器；所述固定板中部设有第一通孔，各纤维束筒沿第一通孔中心圆周分布并均与固定板转动连接，各张力控制器均与固定板固定连接；

所述固定板上设有若干个绕线辊，各绕线辊均位于每个纤维束筒的外侧，各绕线辊沿第一通孔中心圆周分布并均与固定板转动连接；

所述集束装置和导丝件固定在固定板上，每个纤维束筒上缠绕的纤维束依次经过对应的张力控制器和绕线辊并通过集束装置汇聚后，从导丝件伸出。

所述导丝头为空心杆，其两端设有开口，纤维可以从一端开口进入空心杆内，从而另一端开口伸出；所述空心杆的另一端为扁平状，该另一端开口的形状与纤维的截面形状相同。

所述第一驱动机构包括第一驱动元件和第一齿轮传动机构，第一驱动元件通过第一齿轮传动机构与各导丝头连接，驱动各导丝头旋转。

所述第一齿轮传动机构包括第一齿圈和第一连接柱，所述第一齿圈与架体转动连接，第一驱动元件与第一齿圈连接并驱动第一齿圈旋转；所述第一连接柱设有若干个并均与架体转动连接，每个导丝头均连接有一个第一连接柱；通过第一齿圈的转动驱动第一连接柱转动，第一连接柱带动导丝头旋转，第一连接柱的一端设有与第一齿圈啮合的第一连接齿轮，第一连接柱的另一端设有第一传动齿轮，第一传动齿轮与导丝头上设有的第一驱动齿轮啮合。

所述第一齿圈为双齿圈结构，双齿圈的内齿与第一连接齿轮啮合，第一驱动元件通过第一蜗杆或齿轮与双齿圈的外齿啮合，第一蜗杆与架体转动连接。

所述导丝头通过连接套与架体转动连接，连接套与架体转动连接，导丝头与连接套滑动连接；第一驱动机构与连接套连接驱动导丝头旋转；还包括伸缩机构，通过伸缩机构驱动各导丝头沿连接套的滑动。

所述伸缩机构包拨叉机构和第二驱动机构，拨叉机构设有若干个，每个导丝头均连接有一个拨叉机构；所述拨叉机构包括拨叉和导向杆，所述导向杆与架体固定连接，拨叉与导向杆滑动连接，拨叉的一端与导丝头转动连接；第二驱动机构与拨叉连接，驱动拨叉沿导向杆滑动。

所述第二驱动机构包括第二驱动元件、第二齿轮传动机构和丝杆螺母机构，所述丝杆螺母机构设有若干个，每个拨叉均连接有一个丝杆螺母机构，丝杆螺母机构中丝杆的一端与拨叉固定连接，丝杆螺母机构中的螺母与架体转动连接；

所述第二齿轮传动机构包括第二齿圈和第二连接柱；所述第二齿圈与架体转动连接，通过第二驱动元件驱动第二齿圈旋转；所述第二连接柱设有若干个并均与架体转动连接，每个丝杆螺母机构均连接有一个第二连接柱；通过第二齿圈的转动驱动第二连接柱转动，第二连接柱带动导丝头伸缩，第二连接柱的一端设有与第二齿圈啮合的第二连接齿轮，第二连接柱的另一端设与螺母的外齿啮合的第二传动齿轮。

所述第二齿圈通过第二回转支撑与架体转动连接，第二齿圈与第二回转支撑滑动连接，在第二齿圈与第二回转支撑之间设有第三驱动机构，通过第三驱动机构驱动第二齿圈轴向滑动；若个第二连接柱分为至少两组，通过第二齿圈的移动可与其中一组或几组第二连接柱上的第二连接齿轮啮合，驱动相应的导丝头伸缩，第二驱动元件与第二回转支撑连接。

所述第二驱动元件通过齿轮或第二蜗杆与第二回转支撑上的齿牙啮合，带动第二齿圈旋转。

所述集束装置包括支架和导向板，所述支架的一端与固定板固定连接，另一端与导向板固定连接，所述导向板的两端分别设有导向齿；所述导向板的上端固定有过渡板，所述过渡板上设有过渡齿；纤维依次经过过渡齿和导向齿从导丝件伸出。

所述导丝件包括导丝架和压头，所述导丝架与固定板固定连接，所述压头与导丝架固定连接，压头与导丝架之间存在间隔，纤维束从该间隔内伸出。

还包括导线辊和浸胶盒，浸胶盒与导丝架固定连接，导线辊与导丝架转动连接，通过集束装置汇聚后的纤维束经过导线辊和浸胶盒从间隔内伸出。

所述张力控制器包括张力架、张力轮和摆轮，所述张力轮设有两个并均与张力架转动连接，所述摆轮通过摆臂与张力架连接，摆轮与摆臂转动连接，摆臂的一端与张力架转动连接，摆臂的另一端设有导向销，张力架上设有与导向销连接的滑槽，导向销可以沿滑槽移动，摆臂与张力架之间设有弹簧，摆臂转动时可使弹簧产生弹性势能；两个张力轮与摆轮之间呈三角形分布。

所述固定板通过第一回转支承与机架转动连接，驱动元件通过齿轮与第一回转支承的齿圈啮合驱动固定板转动；

所述固定板上固定有用于与纤维束筒转动连接的支撑轴，支撑轴的端部可拆卸连接有挡板；

所述机架底部设有平移机构，通过平移机构驱动机架平移。

各纤维束筒分别连接有纤维束筒伺服电机，通过纤维束筒伺服电机驱动纤维束筒旋转。

本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：

若干个导丝头沿第二通孔中心呈环形分布并均与架体转动连接，各导丝头内均可伸出纤维，引出的纤维可以呈螺旋状平均分布在压力容器的外表面；通过第一驱动机构驱动各导丝头旋转改变各纤维的角度，并配合压力容器的旋转和移动完成缠绕。采用该装置在缠绕时，可以保证各纤维之间均匀分布，纤维之间不发生重叠或交叉，在保证缠绕效率的同时，可以有效减少纤维的使用。

空心杆的另一端为扁平状，该另一端开口的形状与纤维的截面形状相同；设置为扁平状可以防止导丝头之间发生干涉。开口形状为与纤维的截面形状相同，可以保证纤维顺利穿过并可带动纤维旋转。

第一驱动机构包括第一驱动元件和第一齿轮传动机构，第一驱动元件通过第一齿轮传动机构与各导丝头连接，驱动各导丝头旋转。采用齿轮传动方式，可以保证传动过程平稳和精准。

通过第一齿轮传动机构的结构设置，可以驱动所有导丝头进行旋转，而且其结构简单，设置合理。

设有伸缩机构，通过伸缩机构驱动各导丝头沿连接套的滑动。因此，导丝头不仅可以旋转外还可以伸缩；导丝头可以根据压力容器外形的变化控制导丝头伸缩，从而使纤维可以更好的贴合压力容器，提高了缠绕效果。

若干个第二连接柱分为至少两组，通过第二齿圈的移动可与其中一组或几组第二连接柱上的第二连接齿轮啮合，驱动相应的导丝头伸缩。即可以压力容器的尺寸选择参与缠绕的导丝头的数量；因此，可以根据压力容器的尺寸，控制所需要的导丝头伸出进行缠绕作业，实现可变式驱动。

设置有多个纤维束筒、张力控制器以及绕线辊；每个纤维束筒上缠绕的纤维束依次经过对应的张力控制器和绕线辊并通过集束装置汇聚后，多束纤维束从导丝件伸出；通过驱动装置驱动固定板转动，即可实现对压力容器的环向缠绕。由于，在缠绕过程中是多束纤维同时进行缠绕，因此有效提高了生产效率。

由于纤维束筒设有多个且分布位置不同，为满足多束纤维缠绕的同步性，保证纤维的初始张力，故设置了绕线辊，从而保证初始张力。

通过上述结构设置可以保证纤维束间缝隙小，适用于各种回转体的缠绕加工，可以广泛地推广到汽车工业、建筑行业、航空航天领域。

集束装置的导向板两端分别设有导向齿，过渡板上设有过渡齿；各纤维束经过过渡齿后，最后从导向齿的间隙汇总依次穿过，从而保证了各纤维束的同步性。由于过渡齿和导向齿较细，所以各纤维束间的间距可以忽略。

设置有导线辊和浸胶盒，通过导线辊可以提高多束缠绕时的平顺性，各纤维束通过浸胶盒后，其表面会附着有相应的胶水，从而可以实现湿缠的缠绕方式。

两个张力轮与摆轮之间呈三角形分布，纤维束依次穿过，可以对纤维束进行张力控制，保证缠绕效果。

机架底部设有平移机构，通过平移机构驱动机架平移；采用此种结构设置，在进行多线束环向缠绕时可保证待缠绕压力容器处于静止装置，通过机架的移动以及固定板的旋转就可以实现多线束的环向缠绕作业。由于压力容器处于静止状态，因此可以有效提高缠绕时的平稳性，进一步提高缠绕效果。

多束纤维同步环向缠绕，增加了纤维束的数量，通过对多纤维束张力自动(耦合)控制系统进行设计，提高了回转零部件的缠绕效率。

附图说明

图1是本发明的原理图；

图2是本发明的缠绕过程示意图；

图3是本发明螺旋缠绕装置一个方向的轴测图；

图4是图3中A平面的剖视图；

图5是图4中A处的局部放大图；

图6是图4中B处的局部放大图；

图7是本发明螺旋缠绕装置另一个方向的轴测图；

图8是图7中B平面的剖视图；

图9是图8中C处的局部放大图；

图10是图8中D处的局部放大图；

图11是本发明拨叉机构的结构示意图；

图12是本发明环向缠绕装置一个方向的轴测图；

图13是本发明环向缠绕装置另一个方向的轴测图；

图14是本发明环向缠绕装置的后视图；

图15是本发明环向缠绕装置的侧视图；

图16是本发明环向缠绕装置的半剖结构示意图；

图17是图16中A处的局部放大图；

图18是本发明集束装置的结构示意图；

图19是本发明导丝件的结构示意图；

图20是本发明张力控制器一个方向的结构示意图；

图21是本发明张力控制器另一个方向的结构示意图；

图22是本发明平移机构的结构示意图；

图23是本发明支撑轴的结构示意图；

图24是本发明固定装置的原理图；

其中：

10为螺旋缠绕装置

101为架体，10100为第二通孔，102为导丝头，103为第一驱动机构，10300为第一驱动元件，10301为第一齿轮传动机构，103010为第一齿圈，103011为第一连接柱，103012为第一连接齿轮，103013为第一驱动齿轮，103014为第一传动齿轮，104为第二回转支撑，10400为内圈，10401为外齿圈，10402为滑柱，105为第三驱动机构，106为第一蜗杆，107为连接套，108为伸缩机构，10800为拨叉机构，108000为拨叉，108001为导向杆，10801为第二驱动机构，108010为第二驱动元件，108011为第二齿轮传动机构，1080110为第二齿圈，1080111为第二连接柱，1080112为第二连接齿轮，1080113为第二传动齿轮，108012为丝杆螺母机构，1080120为螺母，1080121为丝杆，109为第二蜗杆，1010为卡箍，11为纤维。

20为环向缠绕装置

201为机架，202为固定板，20200为第一通孔，203为纤维束筒，20300为纤束筒伺服电机，204为集束装置，20400为支架，20401为导向板，20402为导向齿，20403为过渡板，20404为过渡齿，205为导丝件，20500为导丝架，20501为压头，20502为导线辊，20503为浸胶盒，206为驱动元件，207为张力控制器，20700为张力架，20701为张力轮，20702为摆轮，20703为摆臂，20704为导向销，20705为滑槽，20706为弹簧，208为绕线辊，209为支撑轴，2010为挡板，2011为平移机构，201100驱动齿轮，201101驱动电机，201102为齿条，201103为滑轨，2012为第一回转支承，2013为齿圈，2014为齿轮。

30为固定装置

301为活动座，302为夹持器，303为移动机构，304为旋转电机。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至24所示，一种纤维缠绕装置，包括螺旋缠绕装置10、环向缠绕装置20和固定装置30，通过固定装置30对工件夹持并带动工件径向旋转和轴向移动，通过螺旋缠绕装置10对固定装置30上的工件进行螺旋缠绕；通过环向缠绕装置20对固定装置30上的工件进行环向缠绕；

螺旋缠绕装置10包括架体101和导丝头102，架体101上设有第二通孔10100，导丝头102设有若干个，若干个导丝头102沿第二通孔10100中心呈环形分布并均与架体101转动连接，各导丝头102内均可伸出纤维；架体101上设有第一驱动机构103，通过第一驱动机构103驱动各导丝头102旋转；

环向缠绕装置20包括机架201、固定板202、纤维束筒203、集束装置204和导丝件205，固定板202与机架201转动连接，固定板202连接有驱动元件206，通过驱动元件206驱动固定板202转动；

纤维束筒203设有若干个，每个纤维束筒203对应有一个张力控制器207；固定板202中部设有第一通孔20200，各纤维束筒203沿第一通孔20200中心圆周分布并均与固定板202转动连接，各张力控制器207均与固定板202固定连接；

固定板202上设有若干个绕线辊208，各绕线辊208均位于每个纤维束筒203的外侧，各绕线辊208沿第一通孔20200中心圆周分布并均与固定板202转动连接。

集束装置204和导丝件205固定在固定板202上，每个纤维束筒203上缠绕的纤维束依次经过对应的张力控制器207和绕线辊208并通过集束装置204汇聚后，从导丝件205伸出。

固定板202连接有驱动元件206，通过驱动元件206驱动固定板202转动时，其上的纤维束筒203、张力控制器207等部件也相应转动。

使用时，先将工件(待缠绕件)放置在固定装置30上，之后通过螺旋缠绕装置10在工件表面进行螺旋缠绕，之后再通过环向缠绕装置20在工件表面进行环向缠绕。当然，也可以先进行环向缠绕，再进行螺旋缠绕；亦或者可以进行交叉缠绕，即螺旋缠绕一圈后，环向再缠绕一圈依此类推，反之亦可。

螺旋缠绕时，将待缠绕的工件穿过架体101上的第二通孔10100；从纱架上引出若干束纤维并经过现有的张力控制器控制张力，每束纤维分别穿过对应的导丝头102；各导丝头102伸出的单束纤维汇聚呈多束纤维，多束纤维平均分布在工件的表面，纤维之间不重叠和交叉。之后通过工件的旋转和移动，并配合各导丝头102的旋转，从而将多束纤维呈螺旋状同时缠绕在工件的表面。

环向缠绕时，各纤维束从纤维束筒203中引出，经过张力控制器207，然后依次绕过各绕线辊208，最终在集束装置204中集中，实现了各纤维束的同步性，之后经过另一端的导丝件205中伸出。

将从导丝件205伸出的纤维束运送到工件表面。之后通过驱动元件206驱动固定板202转动，进而驱动纤维束筒203、张力控制器207等部件也相应转动。工件在缠绕过程中可以轴向移动，并配合固定板202以及其上纤维束筒203、张力控制器207等部件的旋转，从而实现多束纤维沿压力容器的环向缠绕。

上述各纤维束在经过绕线辊208时，可以根据需要采用多种绕线方式，只需实现多束纤维同步缠绕即可。

螺旋缠绕装置：

进一步，导丝头102可以采用多种结构设置，只要可以保证纤维通过即可，优选采用以下结构：

导丝头102为空心杆，其两端设有开口，纤维可以从一端开口进入空心杆内，从而另一端开口伸出；空心杆的另一端为扁平状，该另一端开口的形状与纤维的截面形状相同。常见的纤维的截面形状为矩形，因此另一端开口的形状也为矩形。通过此种结构设置，可以在导丝头102旋转的同时带动纤维也相应旋转。另一端开口与纤维之间存在间隙，保证纤维可以穿过即可；当然，在保证纤维移动的前提下，可以设计较小的间隙。

进一步，第一驱动机构3包括第一驱动元件10300和第一齿轮传动机构10301，第一驱动元件10300通过第一齿轮传动机构10301与各导丝头102连接，驱动各导丝头102旋转。采用齿轮传动方式，可以保证各导丝头102的平稳、精准旋转。

进一步，第一齿轮传动机构10301包括第一齿圈103010和第一连接柱103011，第一齿圈103010与架体101转动连接，第一驱动元件10300与第一齿圈103010连接并驱动第一齿圈103010旋转；第一连接柱103011设有若干个并均与架体101转动连接，每个导丝头102均连接有一个第一连接柱103011；通过第一齿圈103010的转动驱动第一连接柱103011转动，第一连接柱103011带动导丝头102旋转，第一连接柱103011的一端设有与第一齿圈103010啮合的第一连接齿轮103012，第一连接柱103011的另一端设有第一传动齿轮103014，第一传动齿轮103014与导丝头102上设有的第一驱动齿轮103013啮合。

当第一齿圈103010旋转时，可以通过与第一连接柱103011一端的第一连接齿轮103012啮合带动第一连接柱103011旋转；第一连接柱103011旋转，可以通过其上另一端的第一传动齿轮103014与导丝头102上设有的第一驱动齿轮103013啮合，进而驱动导丝头102旋转。因此，当第一齿圈103010旋转时，可以驱动所有的导丝头102旋转。

进一步，为了方便驱动第一齿圈103010旋转，简化整体结构：第一齿圈103010优选为双齿圈结构，即其上设有内齿和外齿；双齿圈的内齿与各第一连接齿轮103012啮合，第一驱动元件10300通过第一蜗杆106或齿轮与双齿圈的外齿啮合，第一蜗杆106与架体101转动连接。具体的：第一驱动元件10300的壳体固定在架体101上，第一驱动元件10300的输出轴与第一蜗杆106连接，通过驱动第一蜗杆106旋转与第一齿圈103010啮合，从而实现第一齿圈103010的旋转。

进一步，上述结构中，导丝头102仅能实现旋转，因此所能缠绕的工件为管状结构；为了提高整体的应用范围，满足对外形有变化，如压力容器内胆的缠绕，因此，还将导丝头102设为可伸缩的结构：

导丝头102通过连接套107与架体101转动连接，连接套107与架体101转动连接，导丝头102与连接套107滑动连接；因此，设置有连接套107在保证导丝头102旋转的同时还可以沿连接套107移动。具体的可以在连接套107内设有凸起，导丝头102上设有相应的键槽，通过键槽与凸起的配合实现滑动；当然，也可以将连接套107的内孔设置为棱型孔，导丝头102外部也为棱形；故本领域技术人员可以采用多种结构设置实现两者的滑动连接。同时设有连接套107时，第一驱动齿轮103013可固定在连接套107上。

第一驱动机构3与连接套107连接驱动导丝头102旋转；还包括伸缩机构108，通过伸缩机构108驱动各导丝头102沿连接套107的滑动。

在进行缠绕时，导丝头102可以根据工件(如压力容器内胆)的外形变化进行伸缩，从而保证纤维可以很好的贴合工件外表面，进一步提高缠绕效果。

伸缩机构108可以采用多种结构实现，无论采用何种结构只要可以实现导丝头102的伸缩即可，如：可以设置多个伸缩缸，通过伸缩缸的伸缩带动导丝头102的伸缩。优选采用以下结构设置：

进一步，伸缩机构108包拨叉机构10800和第二驱动机构10801，拨叉机构10800设有若干个，每个导丝头102均连接有一个拨叉机构10800；拨叉机构10800包括拨叉108000和导向杆108001，导向杆108001与架体101固定连接，拨叉108000与导向杆108001滑动连接，拨叉108000的一端与导丝头102转动连接；第二驱动机构10801与拨叉108000连接，驱动拨叉108000沿导向杆108001滑动。采用拨叉108000的结构设置，可以保证在不影响导丝头102转动的同时，方便控制其移动；而且相较于设置多个伸缩缸而言，该结构更为简单且合理，可以减少不必要动力的设置。

进一步，为了方便实现拨叉108000与导丝头102的连接，在导丝头102上固定有卡箍1010，卡箍1010上设有与拨叉108000连接的凹槽，拨叉108000的端部可卡入凹槽内与卡箍1010转动连接。

进一步，第二驱动机构10801包括第二驱动元件108010、第二齿轮传动机构108011和丝杆螺母机构108012，丝杆螺母机构108012设有若干个，每个拨叉108000均连接有一个丝杆螺母机构108012，丝杆螺母机构108012中丝杆1080121的一端与拨叉108000固定连接，丝杆螺母机构108012中的螺母1080120与架体101转动连接。通过丝杠螺母1080120机构中螺母1080120的转动转化为丝杆1080121的移动，从而带动拨叉108000沿导向杆108001移动。

第二齿轮传动机构108011包括第二齿圈1080110和第二连接柱1080111，第二齿圈1080110与架体101转动连接，第二驱动元件108010驱动第二齿圈1080110旋转；第二连接柱1080111设有若干个并均与架体101转动连接，每个丝杆螺母机构108012均连接有一个第二连接柱1080111；通过第二齿圈1080110的转动驱动第二连接柱1080111转动，第二连接柱1080111带动导丝头102伸缩，第二连接柱1080111的一端设有与第二齿圈1080110啮合的第二连接齿轮1080112，第二连接柱1080111的另一端设与螺母1080120的外齿啮合的第二传动齿轮1080113。

当第二齿圈1080110转动时，可以通过与第二连接柱1080111一端的第二连接齿轮1080112啮合带动第二连接柱1080111旋转；第二连接柱1080111旋转，可以通过其上另一端的第二传动齿轮1080113与螺母1080120的外齿啮合，驱动螺母1080120旋转；通过螺母1080120的旋转运动转化为丝杆1080121的移动，从而带动拨叉108000沿导向杆108001移动；拨叉108000与导丝头102连接，当拨叉108000移动时，可带动导丝头102也移动。因此，当第一齿圈103010旋转时，可以通过驱动所有的导丝头102伸缩。

进一步，由于工件的尺寸不同，因此缠绕不同的尺寸工件所使用的导丝头102(纤维)也不相同。简单举例：当缠绕较小规格的工件，通过20个导丝头102即可进行缠绕作业；当缠绕较大规格的工件，有可能需要40个导丝头102。虽然上述结构可以同时驱动所有导丝头102伸缩，但适应性差，不能根据所需进行相应的控制。

因此，采用以下结构实现分别控制，根据工件的规格驱动相应数量的导丝头102伸缩进行缠绕作业，实现变驱动，优选采用以下结构：

第二齿圈1080110通过第二回转支撑104与架体101转动连接，第二齿圈1080110与第二回转支撑104滑动连接，在第二齿圈1080110与第二回转支撑104之间设有第三驱动机构105，通过第三驱动机构105驱动第二齿圈1080110沿第二齿圈1080110的轴向进行滑动；若个第二连接柱1080111分为至少两组，通过第二齿圈1080110的移动可与其中一组或几组第二连接柱1080111上的第二连接齿轮1080112啮合，驱动相应的导丝头伸缩，第二驱动元件108010与第二回转支撑104连接。

具体的：第二回转支撑104的内圈10400与架体101固定连接，第二回转支撑104的外齿圈10401与第二齿圈1080110滑动连接，反之亦可。对于滑动连接而言，本领域人员可以设置相应滑槽、滑柱10402等结构实现，即在外齿圈10401上设有滑柱10402，第二齿圈1080110与滑柱10402连接，第二齿圈1080110上设有相应的连接孔。对于第三驱动机构105而言，可以采用电动伸缩缸、螺杆升降机等多种具有直线移动功能的机构；以电动伸缩缸为例，电动伸缩缸的缸体与第二齿圈1080110固定连接，电动伸缩缸的杆体与外齿圈10401固定，通过杆体的伸缩实现第二齿圈1080110的滑动(移动)。

举例说明：当第二连接柱1080111设有个60时，可以分为三组，每组包括20个连接柱(当然可不平均分)。当第二齿圈1080110移动时，与第一组中的第二连接柱1080111(20个)上的第二连接齿轮1080112啮合，同时驱动20个第二连接柱1080111旋转，即驱动20个导丝头伸出对小规格的工件进行缠绕。

第二齿圈1080110继续移动时，可以与两组的第二连接柱1080111上的第二连接齿轮1080112啮合，同时驱动40个第二连接柱1080111旋转，即驱动40个导丝头伸出对中规格的工件进行缠绕。

第二齿圈1080110再继续移动时，可以与三组(全部)的第二连接柱1080111上的第二连接齿轮1080112啮合，同时驱动60个第二连接柱1080111旋转，即驱动60个导丝头伸出对大规格的工件进行缠绕。

具体的：各组中第二连接柱1080111上的第二连接齿轮1080112轴向长度可以设置为不同，各组的第二连接齿轮1080112轴向长度逐渐增长或缩短，从而保证第二齿圈1080110在移动过程中可以相应的第二连接齿轮1080112啮合，改变(增加或减少)与之啮合的数量。当然，也可以改变各组中第二连接齿轮1080112的设置位置，同样可以实现上述功能。

举例说明：第二连接柱1080111设有60个，同样分为三组；第一组中第二连接柱1080111上的第二连接齿轮1080112的轴向长度>第二组中第二连接柱1080111上的第二连接齿轮1080112的轴向长度>第三组中第二连接柱1080111上的第二连接齿轮1080112的轴向长度。因此，当第二齿圈1080110移动时，可与第一组中的第二连接齿轮1080112啮合；继续移动时，可同时与第一组和第二组中的第二连接齿轮1080112啮合；再继续移动时，可同时与第一组、第二组和第三组中的第二连接齿轮1080112啮合。

由于第二齿圈1080110不仅需要通过第三驱动机构105驱动移动，同时还需要通过第二驱动元件108010驱动其旋转；为此了保证第二驱动元件108010始终与第二齿圈1080110连接，本领域技术人员可以适当增加第二齿圈1080110的轴向长度，保证其无论如何移动均可与第二驱动元件108010连接。

当然，本领域技术人员，还可以将第二驱动元件108010与第二回转支撑104或架体101之间采用滑动连接，从而可以保证第二驱动元件108010可以随第二齿圈1080110一同移动。

因此，本领域技术人员，可以采用多种结构实现第二驱动元件108010与第二齿圈1080110连接并驱动第二齿圈1080110旋转。

但为了提高整体的运行效果，优选采用以下结构设置：

进一步，第二驱动元件108010通过齿轮或第二蜗杆109与第二回转支撑104上的齿牙(外齿圈)啮合，带动第二齿圈1080110旋转。采用结构设置，第二驱动元件108010可固定在架体101上，无需随第二齿圈1080110一同移动，从而可以保证驱动过程中的平稳性。

上述第一驱动元件10300和第二驱动元件108010均可以采用现有技术中常见的伺服电机、液压马达等元件，具体可根据实际情况选择。

环向缠绕装置：

进一步，机架201底部设有平移机构2011，通过平移机构2011驱动机架201平移；采用平移机构2011的设置可以在缠绕过程中无需工件轴向移动，工件只需要固定即可。如图2((1)-(7))，在缠绕过程中，本装置一边通过机架201带动整体沿工件轴向往复移动，一边通过固定板202的旋转实现纤维束沿工件的周向旋转，通过两者的配合从而实现对工件的环向缠绕。此种缠绕方式，可以有效克服工件旋转、移动过程中所存在的不平稳性等缺陷，从而可以保证了缠绕效果。

同时，平移机构2011可以采用现有技术中的多种结构实现，如液压机构、齿轮齿条机构、直线滑台等等。以齿轮齿条机构为例：机架201底部设有滑轨201103，机架201与滑轨201103滑动连接，地面上固定有齿条201102，机架201底部设有与齿条201102啮合的驱动齿轮201100，驱动齿轮201100连接有相应的驱动电机201101；通过驱动电机201101驱动驱动齿轮201100转动，驱动齿轮201100与齿条201102啮合，从而实现机架201沿滑轨201103的移动。

进一步，为实现各纤维束的同步性，将纤维束筒203、张力控制器207、集束装置204、导丝件205和绕线辊208设置在固定板202上，进而实现了多线束缠绕。其中集束装置204是实现多束缠绕的重要要组成部分，其优选采用以下结构设置：

集束装置204包括支架20400和导向板20401，支架20400的一端与固定板202固定连接，另一端与导向板20401固定连接，导向板20401的两端分别设有导向齿20402；导向板20401的上端固定有过渡板20403，过渡板20403上设有过渡齿20404；纤维依次经过过渡齿20404和导向齿20402从导丝件205伸出。

各纤维束绕过绕线辊208后，通过过渡板20403上的过渡齿20404对各纤维束进行梳理，然后再通过导向板20401的两端分别设有导向齿20402分隔，避免纤维束之间发生变形；同时，过渡齿20404和导向齿20402的齿较细，因此纤维束之间的间距可以忽略。

进一步，导丝件205包括导丝架20500和压头20501，导丝架20500与固定板202固定连接，压头20501与导丝架20500固定连接，压头20501与导丝架20500之间存在间隔，间隔的设置可以保证纤维从中穿过而不发生变形；间隔的具体间距根据纤维束进行调整和设计。

具体的：各纤维束引出至导丝件205一侧，并在导丝件205处汇集在一起，并从间隔引伸至压力容器。

进一步，还包括导线辊20502和浸胶盒20503，浸胶盒20503与导丝架20500固定连接，导线辊20502与导丝架20500转动连接。从集束装置204伸出的纤维束可依次经过导线辊20502和浸胶盒20503从间隔内伸出，设置导线辊20502可以保证纤维束在移动过程中的平稳性，设置浸胶盒20503可对纤维束表面进行涂布胶水实现湿缠。

对于浸胶盒20503的具体结构而言，本领域技术人员可以根据实际情况进行多种结构的设置，无论设置何种结构，只要可以实现胶水的涂布即可。具体的：

浸胶盒20503为空腔结构，空腔内存放有胶液；在其两侧设有开口，纤维可以从一侧开口进入空腔内与胶液进行接触，从另一侧的开口中穿出。两侧的开口的开口尺寸刚好满足纤维从中穿过，既可保证纤维表面树脂的完整覆盖，也保证了纤维表面胶液的均匀性，起到刮胶的作用。同时，在浸胶盒20503上设置加胶口，加胶口处设有相应的堵头，当需要添加胶液时，拆掉堵头，通过加胶口向浸胶盒20503内注胶即可。

进一步，张力控制器207主要实对对各纤维的张力进行控制，其可以机械张力控制器207或电子张力控制器207，优选采用以下结构设置：

张力控制器207包括张力架20700、张力轮20701和摆轮20702，张力轮20701设有两个并均与张力架20700转动连接，摆轮20702通过摆臂20703与张力架20700连接，摆轮20702与摆臂20703转动连接，摆臂20703的一端与张力架20700转动连接，摆臂20703的另一端设有导向销20704，张力架20700上设有与导向销20704连接的滑槽20705，导向销20704可以沿滑槽20705移动，摆臂20703与张力架20700之间设有弹簧20706，摆臂20703转动时可使弹簧20706产生弹性势能；两个张力轮20701与摆轮20702之间呈三角形分布。

纤维束筒203上缠绕的纤维经过两个张力轮20701和摆轮20702，通过摆臂20703和弹簧20706对其进行张力控制。摆臂20703转动角度不同，弹簧20706产生弹性势能不同，从而实现机械式的张力控制。

进一步，各纤维束筒203分别连接有纤维束筒203伺服电机，通过纤维束筒203伺服电机驱动纤维束筒203旋转。纤维束筒203伺服电机的壳体与固定板202固定，纤维束筒203伺服电机的输出轴与纤维束筒203连接。即相当于是通过纤维束筒203伺服电机实现了纤维束筒203与固定板202的转动连接。

设置有纤维束筒203伺服电机，可以实现主动送丝，并可配合张力控制器207，进一步确保了各纤维束之间的张力一致。具体可以通过调整纤维束筒203伺服电机的转速实现。

进一步，为了方便安装纤维束筒203，在固定板202上固定有用于与纤维束筒203转动连接的支撑轴209，支撑轴209的端部可拆卸连接有挡板2010。使用时将纤维束筒203插入支撑轴209内，然后再将挡板2010与支撑轴209的端部连接，防止纤维束筒203从支撑轴209内移出。挡板2010与支撑轴209之间具体可以采用螺栓连接、插接、卡接等常见的可拆卸连接方式。

当设有支撑轴209时，纤维束筒203伺服电机可以采用空心轴电机，支撑轴209可以穿过该空心轴电机的空心轴。

进一步，固定板202可以采用多种结构实现旋转，具体如下：

固定板202通过第一回转支承2012与机架201转动连接，驱动元件206通过齿轮2014与第一回转支承2012的齿圈2013啮合驱动固定板202转动。驱动元件206可以采用电机、液压马达等，驱动元件206的输出轴与齿轮2014连接，从而驱动第一回转支承2012以及固定板202旋转。第一回转支承2012是一种常见的部件，其主要由内圈、外圈组成，内圈或外圈上固定有齿圈2013，内圈与外圈之间设有滚动体；具体安装时，可以将内圈与机架201固定连接，将外圈与固定板202固定连接。

固定装置：

固定装置可以采用多种结构设置，只要可以实现对工件的夹持带动工件旋转和移动即可，优选采用以下结构：

固定装置30包括夹持器302和可移动的活动座301，夹持器302与活动座301转动连接，活动座301上设有与夹持器302连接的旋转电机304，通过旋转电机304驱动夹持器302旋转；活动座301底部设有移动机构303，通过移动机构303驱动活动座301移动。当然，为了提高对工件的夹持效果，可以采用两头夹持的方式，对工件两端均进行固定。

夹持器302可以采用卡盘等结构，通过卡盘夹持工件，通过旋转电机304驱动卡盘转动；移动机303构可以采用常见的滚珠丝杠移动机构、齿轮齿条移动机构等其它直线移动机构。

上述螺旋缠绕装置10、环向缠绕装置20和固定装置30处可以设置相应的传感器，各传感器连接有相应的控制系统，通过控制系统进行自动化控制，从而实现螺旋缠绕装置10、环向缠绕装置20和固定装置30的自动化运行。

上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种纤维缠绕装置，其特征在于：包括螺旋缠绕装置(10)、环向缠绕装置(20)和固定装置(30)，通过固定装置(30)对工件夹持并带动工件径向旋转和轴向移动，通过螺旋缠绕装置(10)对固定装置(30)上的工件进行螺旋缠绕；通过环向缠绕装置(20)对固定装置(30)上的工件进行环向缠绕；

所述螺旋缠绕装置(10)包括架体(101)和导丝头(102)，所述架体(101)上设有第二通孔(10100)，导丝头(102)设有若干个，若干个导丝头(102)沿第二通孔(10100)中心呈环形分布并均与架体(101)转动连接，各导丝头(102)内均可伸出纤维；所述架体(101)上设有第一驱动机构(103)，通过第一驱动机构(103)驱动各导丝头(102)旋转；

所述导丝头(102)通过连接套(107)与架体(101)转动连接，连接套(107)与架体(101)转动连接，导丝头(102)与连接套(107)滑动连接；第一驱动机构(103)与连接套(107)连接驱动导丝头(102)旋转；还包括伸缩机构(108)，通过伸缩机构(108)驱动各导丝头(102)沿连接套(107)的滑动；

所述环向缠绕装置(20)包括机架(201)、固定板(202)、纤维束筒(203)、集束装置(204)和导丝件(205)，所述固定板(202)与机架(201)转动连接，固定板(202)连接有驱动元件(206)，通过驱动元件(206)驱动固定板(202)转动；

所述纤维束筒(203)设有若干个，每个纤维束筒(203)对应有一个张力控制器(207)；所述固定板(202)中部设有第一通孔(20200)，各纤维束筒(203)沿第一通孔(20200)中心圆周分布并均与固定板(202)转动连接，各张力控制器(207)均与固定板(202)固定连接；

所述固定板(202)上设有若干个绕线辊(208)，各绕线辊(208)均位于每个纤维束筒(203)的外侧，各绕线辊(208)沿第一通孔(20200)中心圆周分布并均与固定板(202)转动连接；

所述集束装置(204)和导丝件(205)固定在固定板(202)上，每个纤维束筒(203)上缠绕的纤维束依次经过对应的张力控制器(207)和绕线辊(208)并通过集束装置(204)汇聚后，从导丝件(205)伸出。

2.根据权利要求1所述的一种纤维缠绕装置，其特征在于：所述集束装置(204)包括支架(20400)和导向板(20401)，所述支架(20400)的一端与固定板(202)固定连接，另一端与导向板(20401)固定连接，所述导向板(20401)的两端分别设有导向齿(20402)；所述导向板(20401)的上端固定有过渡板(20403)，所述过渡板(20403)上设有过渡齿(20404)；纤维依次经过过渡齿(20404)和导向齿(20402)从导丝件(205)伸出。

3.根据权利要求1所述的一种纤维缠绕装置，其特征在于：所述导丝件(205)包括导丝架(20500)和压头(20501)，所述导丝架(20500)与固定板(202)固定连接，所述压头(20501)与导丝架(20500)固定连接，压头(20501)与导丝架(20500)之间存在间隔，纤维束从该间隔内伸出。

4.根据权利要求1所述的一种纤维缠绕装置，其特征在于：所述导丝头(102)为空心杆，其两端设有开口，纤维可以从一端开口进入空心杆内，从而另一端开口伸出；所述空心杆的另一端为扁平状，该另一端开口的形状与纤维的截面形状相同。

5.根据权利要求1所述的一种纤维缠绕装置，其特征在于：所述第一驱动机构(103)包括第一驱动元件(10300)和第一齿轮传动机构(10301)，第一驱动元件(10300)通过第一齿轮传动机构(10301)与各导丝头(102)连接，驱动各导丝头(102)旋转。

6.根据权利要求5所述的一种纤维缠绕装置，其特征在于：所述第一齿轮传动机构(10301)包括第一齿圈(103010)和第一连接柱(103011)，所述第一齿圈(103010)与架体(101)转动连接，第一驱动元件(10300)与第一齿圈(103010)连接并驱动第一齿圈(103010)旋转；所述第一连接柱(103011)设有若干个并均与架体(101)转动连接，每个导丝头(102)均连接有一个第一连接柱(103011)；通过第一齿圈(103010)的转动驱动第一连接柱(103011)转动，第一连接柱(103011)带动导丝头(102)旋转，第一连接柱(103011)的一端设有与第一齿圈(103010)啮合的第一连接齿轮(103012)，第一连接柱(103011)的另一端设有第一传动齿轮(103014)，第一传动齿轮(103014)与导丝头(102)上设有的第一驱动齿轮(103013)啮合。

7.根据权利要求1所述的一种纤维缠绕装置，其特征在于：所述伸缩机构(108)包拨叉机构(10800)和第二驱动机构(10801)，拨叉机构(10800)设有若干个，每个导丝头(102)均连接有一个拨叉机构(10800)；所述拨叉机构(10800)包括拨叉(108000)和导向杆(108001)，所述导向杆(108001)与架体(101)固定连接，拨叉(108000)与导向杆(108001)滑动连接，拨叉(108000)的一端与导丝头(102)转动连接；第二驱动机构(10801)与拨叉(108000)连接，驱动拨叉(108000)沿导向杆(108001)滑动。

8.根据权利要求7所述的一种纤维缠绕装置，其特征在于：所述第二驱动机构(10801)包括第二驱动元件(108010)、第二齿轮传动机构(108011)和丝杆螺母机构(108012)，所述丝杆螺母机构(108012)设有若干个，每个拨叉(108000)均连接有一个丝杆螺母机构(108012)，丝杆螺母机构(108012)中丝杆(1080121)的一端与拨叉(108000)固定连接，丝杆螺母机构(108012)中的螺母(1080120)与架体(101)转动连接；

所述第二齿轮传动机构(108011)包括第二齿圈(1080110)和第二连接柱(1080111)；所述第二齿圈(1080110)与架体(101)转动连接，通过第二驱动元件(108010)驱动第二齿圈(1080110)旋转；所述第二连接柱(1080111)设有若干个并均与架体(101)转动连接，每个丝杆螺母机构(108012)均连接有一个第二连接柱(1080111)；通过第二齿圈(1080110)的转动驱动第二连接柱(1080111)转动，第二连接柱(1080111)带动导丝头(102)伸缩，第二连接柱(1080111)的一端设有与第二齿圈(1080110)啮合的第二连接齿轮(1080112)，第二连接柱(1080111)的另一端设与螺母(1080120)的外齿啮合的第二传动齿轮(1080113)。

9.根据权利要求1所述的一种纤维缠绕装置，其特征在于：所述固定装置(30)包括夹持器(302)和可移动的活动座(301)，所述夹持器(302)与活动座(301)转动连接，活动座(301)上设有与夹持器(302)连接的旋转电机(304)，通过旋转电机(304)驱动夹持器(302)旋转；活动座(301)底部设有移动机构(303)，通过移动机构(303)驱动活动座(301)移动。

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