CN113334749B - 一种变驱动多尺寸高效率多束纤维螺旋同步缠绕设备 - Google Patents

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Abstract

本发明属于纤维缠绕设备技术领域，具体涉及一种变驱动多尺寸高效率多束纤维螺旋同步缠绕设备，包括机架、多束导丝头径向伸缩机构、多束导丝头径向伸缩机构，多束导丝头径向伸缩机构、多束导丝头径向伸缩机构均安装在机架上，多束导丝头径向伸缩机构与多束导丝头径向伸缩机构连接。本发明实现了多束纤维单层同步螺旋缠绕，极大提高了生产效率，避免了因单束或少束纤维缠绕而产生的单束或少束纤维交叉现象，极大地减少了应力集中现象，提高了成型产品的各项力学性能并使其寿命大大延长；另外，本发明的变驱动原理可以根据带缠绕结构件的尺寸，灵活控制导丝头的运动数量，从而使该设备可适用于多尺寸缠绕，充分发挥了设备的通用性。

Description

一种变驱动多尺寸高效率多束纤维螺旋同步缠绕设备
技术领域
本发明属于纤维缠绕设备技术领域，具体涉及一种变驱动多尺寸高效率多束纤维螺旋同步缠绕设备。
背景技术
氢能作为一种新型清洁能源，而压力容器是氢能得到实际应用的重要一环，所以也将得到大程度、大范围的推广。而目前制约压力容器生产的重要因素有以下两项：其一，压力容器的纤维螺旋缠绕层主要采用单束纤维缠绕，效率低下，由于缠绕线型易出现交叉与堆叠，所以性能一般；其二，纤维螺旋缠绕设备自动化程度低，且容易受到压力容器尺寸大小的限制，从而通用性较差。
发明内容
针对上述缠绕设备易出现交叉与堆叠、通用性较差的技术问题，本发明提供了一种生产效率高、寿命长、通用性高的变驱动多尺寸高效率多束纤维螺旋同步缠绕设备。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种变驱动多尺寸高效率多束纤维螺旋同步缠绕设备，包括机架、多束导丝头径向伸缩机构、多束导丝头周向自转机构，所述多束导丝头径向伸缩机构、多束导丝头周向自转机构均安装在机架上，所述多束导丝头径向伸缩机构与多束导丝头周向自转机构连接，所述机架的底部安装有固定装置，所述固定装置包括底座、活动座一、活动座二、活动座三、移动机构一、移动机构二、移动机构三、夹持器一、夹持器二、旋转电机、卡扣、导轨一、导轨二、导轨三、传送带，所述机架固定在底座上，所述机架的两侧分别固定有活动座一和活动座二，所述活动座一上设置有导轨一，所述移动机构一与导轨一滑动连接，所述活动座一通过蜗轮蜗杆与移动机构一连接，所述移动机构一上设置有夹持器一，所述夹持器一与旋转电机的转轴固定连接，所述活动座二上设置有导轨二，所述移动机构二与导轨二滑动连接，所述活动座二通过蜗轮蜗杆与移动机构二连接，所述移动机构二上设置有夹持器二，所述夹持器一与夹持器二之间夹持有工件，所述活动座一和活动座二的一侧设置有活动座三，所述活动座三上设置有导轨三，所述导轨一与导轨二的方向相同，所述导轨一与导轨三的方向垂直，所述移动机构三与导轨三滑动连接，所述移动机构三上设置有传送带，所述传送带上设置有卡扣。
所述多束导丝头径向伸缩机构包括多个导丝头径向伸缩机构，多个所述导丝头径向伸缩机构沿圆周均匀分布在机架上，所述导丝头径向伸缩机构包括驱动部件一、蜗杆一、外圈大齿轮一、回转结构件一、内圈大齿轮一、齿轮一、轴一、锥齿轮一、锥齿轮二、丝杠、轴三、丝杠螺母，所述驱动部件一安装于机架，所述驱动部件一的输出轴与蜗杆一通过键与键槽或其他方式联接，所述蜗杆一与外圈大齿轮一外啮合，所述外圈大齿轮一与回转结构件一同轴心安装，所述回转结构件一与机架通过螺纹连接固定，所述外圈大齿轮一与内圈大齿轮一通过螺纹连接固定，所述内圈大齿轮一与齿轮一啮合，所述齿轮一与轴一通过键与键槽联接，所述轴一另一端连接有锥齿轮一，所述锥齿轮一与锥齿轮二啮合，所述锥齿轮二与丝杠通过花键联接，所述轴三末端安装有卡箍，所述丝杠螺母与锥齿轮二固定安装。
所述多束导丝头周向自转机构包括多个导丝头周向自转机构，多个所述导丝头周向自转机构沿圆周均匀分布在机架上。
所述导丝头周向自转机构包括导丝头、驱动部件二、蜗杆二、外圈大齿轮二、回转结构件二、内圈大齿轮二、内圈大齿圈二导向环、齿轮二、轴二、锥齿轮三、锥齿轮四、电机、滚珠丝杠，所述驱动部件二安装在机架上，所述驱动部件二的输出轴与蜗杆二通过键与键槽连接，所述蜗杆二与外圈大齿轮二啮合，所述外圈大齿轮二与回转结构件二同轴心安装，所述回转结构件二与机架通过螺纹连接固定，所述内圈大齿圈二导向环垂直表面方向沿着圆周加工若干轴，内圈大齿轮二与内圈大齿圈二导向环同轴心安装，所述内圈大齿轮二上安装有电机，所述电机连接有滚珠丝杠，所述电机带动滚珠丝杠转动，所述滚珠丝杠带动内圈大齿轮二沿着导向轴进行往复运动，所述内圈大齿轮二与齿轮二啮合，所述齿轮二沿圆周方向均匀分布，所述齿轮二与轴二通过键与键槽联接，所述轴二的另一端安装锥齿轮三，所述锥齿轮三与锥齿轮四啮合，所述锥齿轮四安装在导丝头内，所述导丝头末端安装有拨叉。
所述导丝头径向伸缩机构与导丝头周向自转机构的数量相等，所述导丝头径向伸缩机构与导丝头周向自转机构一一对应，所述导丝头径向伸缩机构与导丝头周向自转机构相互平行，所述导丝头周向自转机构上的拨叉与导丝头径向伸缩机构上的卡箍连接。
所述齿轮二采用不同齿宽的齿轮。
所述轴二与锥齿轮三通过键与键槽的方式连接。
所述驱动部件一、驱动部件二均采用伺服电机。
本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：
本发明通过使多个导丝头自转部分与多个导丝头径向伸缩部分沿圆周均布组成多束导丝头自转部分与多数导丝头径向伸缩部分，导丝头的伸缩数量可由内圈大齿轮二驱动齿轮二的数量决定，二者通过多个卡箍与拨叉连接使导丝头既可以自转也可以径向伸缩，且二者由驱动部件一与驱动部件二分别提供动力与控制，最终可实现根据压力容器的尺寸灵活控制多个导丝头的同步发生自转与径向伸缩运动，实现了多束纤维单层同步螺旋缠绕，极大提高了生产效率，避免了因单束或少束纤维缠绕而产生的单束或少束纤维交叉现象，极大地减少了应力集中现象，提高了成型产品的各项力学性能并使其寿命大大延长；另外，本发明的变驱动原理可以根据带缠绕结构件的尺寸，灵活控制导丝头的运动数量，从而使该设备可适用于多尺寸缠绕，充分发挥了设备的通用性。
附图说明
图1是本发明设备侧视三维图；
图2是本发明设备导丝头转动部分三维示意图；
图3是本发明设备导丝头伸缩部分三维示意图；
图4是本发明设备导丝头转动部分正视三维图；
图5是本发明设备导丝头伸缩部分正视三维图；
图6是本发明设备侧式剖视原理图；
图7是本发明变驱动原理三维图；
图8是本发明固定装置的结构示意图；
图9是本发明固定装置的另一结构示意图。
其中：1为机架，2为多束导丝头径向伸缩机构，3为多束导丝头周向自转机构，6为驱动部件一，7为蜗杆一，8为外圈大齿轮一，9为回转结构件一，25为内圈大齿轮一，10为齿轮一，11为轴一，12为锥齿轮二，13为导丝头，4为卡箍，14为驱动部件二，15为蜗杆二，16为外圈大齿轮二，17为回转结构件二，18为内圈大齿轮二，19为齿轮二，20为轴二，21为锥齿轮三，22为锥齿轮四，23为电机，24为滚珠丝杠，5为拨叉，26为内圈大齿圈二导向环，27为丝杠螺母，28为锥齿轮一，29为轴三，30为丝杠，31为固定装置，32为底座，33为活动座一，34为活动座二，35为活动座三，36为移动机构一，37为移动机构二，38为移动机构三，39为夹持器一，40为夹持器二，41为旋转电机，42为卡扣，43为导轨一，44为导轨二，45为导轨三，46为传送带。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
一种变驱动多尺寸高效率多束纤维螺旋同步缠绕设备，包括机架1、多束导丝头径向伸缩机构2、多束导丝头周向自转机构3，多束导丝头径向伸缩机构2、多束导丝头周向自转机构3均安装在机架1上，多束导丝头径向伸缩机构2与多束导丝头周向自转机构3连接，机架1的底部安装有固定装置31，固定装置31包括底座32、活动座一33、活动座二34、活动座三35、移动机构一36、移动机构二37、移动机构三38、夹持器一39、夹持器二40、旋转电机41、卡扣42、导轨一43、导轨二44、导轨三45、传送带46，机架1固定在底座32上，机架1的两侧分别固定有活动座一33和活动座二34，活动座一33上设置有导轨一43，移动机构一36与导轨一43滑动连接，活动座一33通过蜗轮蜗杆与移动机构一36连接，移动机构一36上设置有夹持器一39，夹持器一39与旋转电机41的转轴固定连接，活动座二34上设置有导轨二44，移动机构二37与导轨二44滑动连接，活动座二34通过蜗轮蜗杆与移动机构二37连接，移动机构二37上设置有夹持器二40，夹持器一39与夹持器二40之间夹持有工件，活动座一33和活动座二34的一侧设置有活动座三35，活动座三35上设置有导轨三45，导轨一43与导轨二44的方向相同，导轨一43与导轨三45的方向垂直，移动机构三38与导轨三45滑动连接，移动机构三38上设置有传送带46，传送带46上设置有卡扣42。传送带46上的卡扣42上放置有工件，通过移动机构三38带动工件移至移动机构一36与移动机构二37的一侧，通过传送带46将工件移至夹持器一39与夹持器二40之间，移动机构一36、移动机构二37分别向工件方向移动，从而带动夹持器一39与夹持器二40将工件加紧。
进一步，多束导丝头径向伸缩机构2包括多个导丝头径向伸缩机构，多个导丝头径向伸缩机构沿圆周均匀分布在机架1上，导丝头径向伸缩机构包括驱动部件一6、蜗杆一7、外圈大齿轮一8、回转结构件一9、内圈大齿轮一25、齿轮一10、轴一11、锥齿轮一28、锥齿轮二12、丝杠30、轴三29、丝杠螺母27，驱动部件一6安装于机架1，驱动部件一6的输出轴与蜗杆一7通过键与键槽或其他方式联接，蜗杆一7与外圈大齿轮一8外啮合，外圈大齿轮一8与回转结构件一9同轴心安装，回转结构件一9与机架通过螺纹连接固定，外圈大齿轮一8与内圈大齿轮一25通过螺纹连接固定，内圈大齿轮一25与齿轮一10啮合，齿轮一10与轴一11通过键与键槽联接，轴一11另一端连接有锥齿轮一28，锥齿轮一28与锥齿轮二12啮合，锥齿轮二12与丝杠30通过花键联接，轴三29末端安装有卡箍4，丝杠螺母27与锥齿轮二12固定安装。驱动组件16使得蜗杆一7进行转动，蜗杆一7与外圈大齿轮一8相互啮合，进而驱动外圈大齿轮一8转动，而外圈大齿轮一8与内圈大齿轮一25相互固定，所以进而带动内圈大齿轮一25进行周向转动，内圈大齿轮一25与齿轮一10相互啮合，从而带动齿轮一10进行周向转动，而齿轮一10与锥齿轮一28安装在同一根轴上，所以带动锥齿轮一28进行周向转动，锥齿轮一28与锥齿轮二12相互啮合，从而带动锥齿轮二12进行转动，锥齿轮二12与丝杠螺母27固定，丝杠螺母27与丝杠30通过螺纹的方式连接在一起，丝杠30与轴三29平行安装，在锥齿轮二12的作用下，可沿着轴三29进行移动，进而带动拨叉5进行移动。而拨叉5安装在卡箍4的槽中，从而可带动卡箍4进行移动，最终带动导丝头13进行径向移动。
进一步，多束导丝头周向自转机构3包括多个导丝头径周向自转机构，多个导丝头周向自转机构沿圆周均匀分布在机架1上。
进一步，导丝头周向自转机构包括导丝头13、驱动部件二14、蜗杆二15、外圈大齿轮二16、回转结构件二17、内圈大齿轮二18、内圈大齿圈二导向环26、齿轮二19、轴二20、锥齿轮三21、锥齿轮四22、电机23、滚珠丝杠24，驱动部件二14安装在机架1上，驱动部件二14的输出轴与蜗杆二15通过键与键槽连接，蜗杆二15与外圈大齿轮二16啮合，外圈大齿轮二16与回转结构件二17同轴心安装，回转结构件二17与机架1通过螺纹连接固定，从而保证外圈大齿轮二16的回转运动。内圈大齿圈二导向环26垂直表面方向沿着圆周加工若干轴，内圈大齿轮二18与内圈大齿圈二导向环26同轴心安装，内圈大齿轮二18上安装有电机23，电机23连接有滚珠丝杠24，电机23带动滚珠丝杠24转动，滚珠丝杠24带动内圈大齿轮二18沿着导向轴进行往复运动，内圈大齿轮二18与齿轮二19啮合，齿轮二19沿圆周方向均匀分布，从而保证内圈大齿轮二18在导向轴不同位置时，可与不同数量的齿轮二19啮合，从而可驱动不同数量的导丝头13进行伸缩运动。齿轮二19与轴二20通过键与键槽联接，轴二20的另一端安装锥齿轮三21，锥齿轮三21与锥齿轮四22啮合，锥齿轮四22安装在导丝头13内，导丝头13末端安装有拨叉5。驱动组件214使得蜗杆二15进行转动，由于蜗杆二15与外圈大齿轮二16相互啮合，从而可驱动外圈大齿轮二16进行转动，用于外圈大齿轮二16与内圈大齿轮二18相互固定，所以带动内圈大齿轮二18进行转动，而内圈大齿轮二18与齿轮二19互相啮合，所以驱动齿轮二19进行周向转动，由于齿轮二19与锥齿轮三21同轴安装，所以带动锥齿轮三21进行转动，锥齿轮三21与锥齿轮四22啮合，带动锥齿轮四22进行转动，导丝头13安装在锥齿轮四22中，从而可带动导丝头13进行周向转动。
进一步，导丝头径向伸缩机构与导丝头周向自转机构的数量相等，导丝头径向伸缩机构与导丝头周向自转机构一一对应，导丝头径向伸缩机构与导丝头周向自转机构相互平行，导丝头周向自转机构上的拨叉5与导丝头径向伸缩机构上的卡箍4连接。由于与内圈大齿轮一25、内圈大齿轮二16相互啮合的齿轮一10与齿轮二19在圆周方向均匀排列且数量最大化，齿轮一10与齿轮二19的数量即为导丝头13的数量，所以在内圈大齿轮一25与内圈大齿轮二16的作用下，可以驱动多个导丝头13同步运动。
进一步，齿轮二19采用不同齿宽的齿轮。
进一步，优选的，轴二20与锥齿轮三21通过键与键槽的方式连接。
进一步，优选的，驱动部件一6、驱动部件二14均采用伺服电机。驱动部件一6可单独控制导丝头13进行转动；驱动部件二14可单独控制导丝头13进行伸缩运动；驱动部件一6与驱动部件二14可以同时进行控制，两套控制系统相互独立，互不干涉。
本发明的工作流程为：传送带46上的卡扣42上放置有工件，通过移动机构三38带动工件移至移动机构一36与移动机构二37的一侧，通过传送带46将工件移至夹持器一39与夹持器二40之间，移动机构一36、移动机构二37分别向工件方向移动，从而带动夹持器一39与夹持器二40将工件加紧。首先缠绕内胆瓶口位置，由于瓶口位置的直径在不断变化，由小变大，为保证缠绕的均匀性，每一束纤维在与内胆的接触面积也是逐渐变大的，在完成瓶口到瓶身的过度时，纤维与内胆的接触面积是最大的。由于纤维呈扁平状，所以导丝头也是同样的形状，从瓶口位置开始缠绕时，驱动组件一16与驱动组件二14同时作用，导丝头13缩回并转动，到达瓶口与瓶身的过度位置时，停止运动，待瓶身缠绕完成，即到另一侧的瓶身与瓶口的过度位置时，导丝头13伸出并转动，到达另一侧瓶口端时，导丝头停止运动，即完成一层纤维同步缠绕，反方向运动即可完成第二层。待完成目标数量缠绕层后，设备停止工作。
当待缠绕容器尺寸较小时，驱动电机23运动，进而带动内圈大齿轮二18沿着滚珠丝杠24运动，切换与内圈大齿轮二18相互啮合的齿轮二19的数量，进而改变导丝头13的运动数量。
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 (5)

1.一种变驱动多尺寸高效率多束纤维螺旋同步缠绕设备，其特征在于：包括机架(1)、多束导丝头径向伸缩机构(2)、多束导丝头周向自转机构(3)，所述多束导丝头径向伸缩机构(2)、多束导丝头周向自转机构(3)均安装在机架(1)上，所述多束导丝头径向伸缩机构(2)与多束导丝头周向自转机构(3)连接，所述机架(1)的底部安装有固定装置(31)，所述固定装置(31)包括底座(32)、活动座一(33)、活动座二(34)、活动座三(35)、移动机构一(36)、移动机构二(37)、移动机构三(38)、夹持器一(39)、夹持器二(40)、旋转电机(41)、卡扣(42)、导轨一(43)、导轨二(44)、导轨三(45)、传送带(46)，所述机架(1)固定在底座(32)上，所述机架(1)的两侧分别固定有活动座一(33)和活动座二(34)，所述活动座一(33)上设置有导轨一(43)，所述移动机构一(36)与导轨一(43)滑动连接，所述活动座一(33)通过蜗轮蜗杆与移动机构一(36)连接，所述移动机构一(36)上设置有夹持器一(39)，所述夹持器一(39)与旋转电机(41)的转轴固定连接，所述活动座二(34)上设置有导轨二(44)，所述移动机构二(37)与导轨二(44)滑动连接，所述活动座二(34)通过蜗轮蜗杆与移动机构二(37)连接，所述移动机构二(37)上设置有夹持器二(40)，所述夹持器一(39)与夹持器二(40)之间夹持有工件，所述活动座一(33)和活动座二(34)的一侧设置有活动座三(35)，所述活动座三(35)上设置有导轨三(45)，所述导轨一(43)与导轨二(44)的方向相同，所述导轨一(43)与导轨三(45)的方向垂直，所述移动机构三(38)与导轨三(45)滑动连接，所述移动机构三(38)上设置有传送带(46)，所述传送带(46)上设置有卡扣(42)；
所述多束导丝头径向伸缩机构(2)包括多个导丝头径向伸缩机构，多个所述导丝头径向伸缩机构沿圆周均匀分布在机架(1)上，所述导丝头径向伸缩机构包括驱动部件一(6)、蜗杆一(7)、外圈大齿轮一(8)、回转结构件一(9)、内圈大齿轮一(25)、齿轮一(10)、轴一(11)、锥齿轮一(28)、锥齿轮二(12)、丝杠(30)、轴三(29)、丝杠螺母(27)，所述驱动部件一(6)安装于机架(1)，所述驱动部件一(6)的输出轴与蜗杆一(7)通过键与键槽或其他方式联接，所述蜗杆一(7)与外圈大齿轮一(8)外啮合，所述外圈大齿轮一(8)与回转结构件一(9)同轴心安装，所述回转结构件一(9)与机架通过螺纹连接固定，所述外圈大齿轮一(8)与内圈大齿轮一(25)通过螺纹连接固定，所述内圈大齿轮一(25)与齿轮一(10)啮合，所述齿轮一(10)与轴一(11)通过键与键槽联接，所述轴一(11)另一端连接有锥齿轮一(28)，所述锥齿轮一(28)与锥齿轮二(12)啮合，所述锥齿轮二(12)与丝杠(30)通过花键联接，所述轴三(29)末端安装有卡箍(4)，所述丝杠螺母(27)与锥齿轮二(12)固定安装；
所述多束导丝头周向自转机构(3)包括多个导丝头周向自转机构，多个所述导丝头周向自转机构沿圆周均匀分布在机架(1)上，所述导丝头周向自转机构包括导丝头(13)、驱动部件二(14)、蜗杆二(15)、外圈大齿轮二(16)、回转结构件二(17)、内圈大齿轮二(18)、内圈大齿圈二导向环(26)、齿轮二(19)、轴二(20)、锥齿轮三(21)、锥齿轮四(22)、电机(23)、滚珠丝杠(24)，所述驱动部件二(14)安装在机架(1)上，所述驱动部件二(14)的输出轴与蜗杆二(15)通过键与键槽连接，所述蜗杆二(15)与外圈大齿轮二(16)啮合，所述外圈大齿轮二(16)与回转结构件二(17)同轴心安装，所述回转结构件二(17)与机架(1)通过螺纹连接固定，所述内圈大齿圈二导向环(26)垂直表面方向沿着圆周加工若干轴，内圈大齿轮二(18)与内圈大齿圈二导向环(26)同轴心安装，所述内圈大齿轮二(18)上安装有电机(23)，所述电机(23)连接有滚珠丝杠(24)，所述电机(23)带动滚珠丝杠(24)转动，所述滚珠丝杠(24)带动内圈大齿轮二(18)沿着导向轴进行往复运动，所述内圈大齿轮二(18)与齿轮二(19)啮合，所述齿轮二(19)沿圆周方向均匀分布，所述齿轮二(19)与轴二(20)通过键与键槽联接，所述轴二(20)的另一端安装锥齿轮三(21)，所述锥齿轮三(21)与锥齿轮四(22)啮合，所述锥齿轮四(22)安装在导丝头(13)内，所述导丝头(13)末端安装有拨叉(5)。
2.根据权利要求1所述的一种变驱动多尺寸高效率多束纤维螺旋同步缠绕设备，其特征在于：所述导丝头径向伸缩机构与导丝头周向自转机构的数量相等，所述导丝头径向伸缩机构与导丝头周向自转机构一一对应，所述导丝头径向伸缩机构与导丝头周向自转机构相互平行，所述导丝头周向自转机构上的拨叉(5)与导丝头径向伸缩机构上的卡箍(4)连接。
3.根据权利要求1所述的一种变驱动多尺寸高效率多束纤维螺旋同步缠绕设备，其特征在于：所述齿轮二(19)采用不同齿宽的齿轮。
4.根据权利要求1所述的一种变驱动多尺寸高效率多束纤维螺旋同步缠绕设备，其特征在于：所述轴二(20)与锥齿轮三(21)通过键与键槽的方式连接。
5.根据权利要求1所述的一种变驱动多尺寸高效率多束纤维螺旋同步缠绕设备，其特征在于：所述驱动部件一(6)、驱动部件二(14)均采用伺服电机。
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