CN113373589A

CN113373589A - 一种三维编织预制体径向纱线植入机构

Info

Publication number: CN113373589A
Application number: CN202110577670.XA
Authority: CN
Inventors: 单忠德; 汪俊; 王尧尧; 杨浩秦; 李超
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2021-05-26
Filing date: 2021-05-26
Publication date: 2021-09-10
Anticipated expiration: 2041-05-26
Also published as: US20220213627A1; US11661686B2; CN113373589B

Abstract

本发明公开了一种三维编织预制体径向纱线植入机构，属于三维编织技术领域。三维编织预制体径向纱线植入机构，包括：上侧支架、上侧线性执行机构、上侧支撑机构、上侧纱线植入装置、纱线头携带装置、上部齿圈、下侧纱线植入装置、下侧线性执行机构、支架、下侧齿圈、下侧齿轮、下侧电动机、下侧环形轨道、上侧环形轨道、底座、上侧齿轮、气压传动与控制装置和上侧电动机。本发明的三维编织预制体径向纱线植入机构具有编织效率高且可以实现自动化植入径向纱线的特点。

Description

一种三维编织预制体径向纱线植入机构

技术领域

本发明属于三维编织机技术领域，具体地，涉及一种三维编织预制体径向纱线植入机构。

背景技术

三维编织复合材料是一种新型的复合材料，其拥有由多个方向的纱线组成的复杂网络结构，以其作为复合材料的增强体可以甘山传统的复合材料存在的层间结合缺陷较大的问题。此外，引入的径向纱线可以增加预制体中纱线的方向，除了改善原本编制方向的性能外，也可以改善其面内的性能，获得较为优异的性能。但是目前径向纱线的引入主要采用人工方式来进行，难以保证预制体质量的一致性，且编织效率低、编制周期长，在一定程度制约三维多向编制技术的自动化。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种三维编织预制体径向纱线植入机构。该三维编织预制体径向纱线植入机构具有编织效率高且可以实现自动化植入径向纱线的特点。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种三维编织预制体径向纱线植入机构，包括：上侧支架、上侧线性执行机构、上侧支撑机构、上侧纱线植入装置、纱线头携带装置、上部齿圈、下侧纱线植入装置、下侧线性执行机构、支架、下侧齿圈、下侧齿轮、下侧电动机、下侧环形轨道、上侧环形轨道、底座、上侧齿轮、气压传动与控制装置和上侧电动机；所述上部齿圈的内部设有上侧环形轨道，所述上部齿圈的上部设有上侧支架，所述上侧支架与上侧环形轨道连接，所述上侧齿轮与上部齿圈啮合，所述上部齿轮与上侧电动机连接，所述上部齿圈的下方设有上侧支撑机构，上侧支撑机构与上侧线性执行机构连接，所述上侧线性执行机构与上侧纱线植入装置固定连接；所述下部齿圈的内部设有下侧环形轨道，所述下部齿圈的下方设有底座，所述下部齿圈与下侧齿轮啮合，所述下侧齿轮与下侧电动机连接，所述下部齿圈的上方设有支架，所述支架与下侧线性执行机构连接，所述下侧线性执行机构与下侧纱线植入装置固定连接；所述纱线头携带装置与上侧纱线植入装置或下侧纱线植入装置连接，所述气压传动与控制装置分别与上侧线性执行机构、上侧纱线植入装置、下侧纱线植入装置、下侧线性执行机构连接。

进一步地，所述上侧线性执行机构包括：上侧X向线性执行机构和上侧Y向线性执行机构，所述上侧X向线性执行机构与上侧Y向线性执行机构均与气压传动与控制装置连接。

进一步地，所述下侧执行机构包括：下侧X向线性执行机构和下侧Y向线性执行机构，所述下侧X向线性执行机构和下侧Y向线性执行机构均与气压传动与控制装置连接。

进一步地，还包括纱线张力控制装置、储纱器，所述储纱器和纱线张力控制装置均设置于支架上，所述储纱器与纱线张力控制装置连接，所述纱线张力控制装置与气压传动与控制装置连接。

进一步地，所述上侧环形轨道通过上侧支柱与上侧支架连接。

进一步地，所述下侧环形轨道通过下侧支柱与底座连接。

进一步地，所述上侧纱线植入装置与下侧纱线植入装置处于同一轴线上。

进一步地，所述纱线头携带装置上设有滑动杆以及设置于滑动杆两侧的第一锁紧销和第二锁紧销，所述上侧纱线植入装置和下侧纱线植入装置上分别设有卡槽和气压杆，所述滑动杆与气压杆连接，所述第一锁紧销与上侧纱线植入装置上的卡槽连接或第二锁紧销与下侧纱线植入装置上的卡槽连接，所述气压杆与气压传动与控制装置连接。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)该三维编织预制体径向纱线植入机构采用电动机、齿轮传动及气压传动，由纱线头携带装置将纱线植入到径向通道中，纱线张力控制装置实现径向纱线在植入过程中张力的控制及长度的补偿，储纱器则实现连续化植入的径向纱线存储，实现自动植入径向纱线，提高提高生产效率，减少编织时间。

(2)该三维编织预制体径向纱线植入机构通过气压传动与控制装置实现对纱线头携带装置、纱线张力控制机构以及储纱装置的协调控制，实现径向纱线的精准植入，减少人工植入对三维编织预制体精度的影响，提高获得预制体的性能。

附图说明

图1为本发明三维编织预制体径向纱线植入机构的结构示意图；

其中，1-上侧支架、2-上侧支柱、3-上侧X向线性执行机构、4-上侧支撑机构、5-上侧Y向线性执行机构、6-上侧纱线植入装置、7-纱线头携带装置、8-上部齿圈、9-纱线、10-下侧纱线植入装置、11-圆柱体、12-下侧Y向线性执行机构、13-下侧X向线性执行机构、14-纱线张力控制装置、15-储纱器、16-支架、17-下侧齿圈、18-下侧齿轮、19-电动机、20-下侧环形轨道、21-上侧环形轨道、22-下侧支柱、23-底座、24-气压传动与控制装置、25-上侧电动机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步地解释说明。

如图1为本发明三维编织预制体径向纱线植入机构的结构示意图，该三维编织预制体径向纱线植入机构包括：上侧支架1、上侧线性执行机构、上侧支撑机构4、上侧纱线植入装置6、纱线头携带装置7、上部齿圈8、下侧纱线植入装置10、下侧线性执行机构、纱线张力控制装置14、储纱器15、支架16、下侧齿圈17、下侧齿轮18、下侧电动机19、下侧环形轨道20、上侧环形轨道21、底座23、上侧齿轮、气压传动与控制装置24和上侧电动机25；上部齿圈8的内部设有上侧环形轨道21，上部齿圈8的上部设有上侧支架1，上侧支架1与上侧环形轨道21连接，上侧环形轨道21通过上侧支柱2与上部齿圈8连接，上侧支柱2沿上部支架1的圆周均匀分布，总共4个上侧支柱2，且各个上侧支柱2的结构、大小均相同，用于将上侧轨道20固定在上侧支架1上，保证上侧环形轨道20的稳定性。上侧齿轮与上部齿圈8啮合，上部齿轮与上侧电动机25连接，通过上侧电动机25的运行，带动上侧齿轮转动，通过齿轮啮合带动上侧齿圈8的周向转动。上部齿圈8的下方设有上侧支撑机构4，上侧支撑机构4与上侧线性执行机构连接，上侧线性执行机构与上侧纱线植入装置6固定连接，气压传动与控制装置24分别与上侧线性执行机构、上侧纱线植入装置6连接，通过气压传动与控制装置24控制上侧线性执行机构实现上侧纱线植入装置6能够在平面上作往复运动。下部齿圈17的内部设有下侧环形轨道20，下部齿圈17的下方设有底座23，下侧环形轨道20通过下侧支柱22与底座23连接，下部齿圈17与下侧齿轮18啮合，下侧齿轮18与下侧电动机19连接，在下侧电动机19工作时，下侧环形轨道20与底座23保持相对静止，同样地，下侧支柱22沿底座23圆周均匀分布，且所有的下侧支柱22的结构、大小相同。下部齿圈17的上方设有支架16，支架16与下侧线性执行机构连接，下侧齿圈17与下侧电动机19驱动的齿轮18相啮合，带动支架16沿下侧环形轨道20做圆周运动。本发明中的上侧电动机25与下侧电动机19的型号相同，本发明中上部齿轮与下侧齿轮18的大小和结构均相同，且驱动上侧电动机19驱动上部齿轮的方式与下侧电动机19驱动下侧齿轮18的方式相同，以保持上侧齿圈8与下侧齿圈17能够保持同步运动。下侧线性执行机构与下侧纱线植入装置10固定连接；纱线头携带装置7与上侧纱线植入装置6或下侧纱线植入装置10连接，气压传动与控制装置24分别与下侧纱线植入装置10、下侧线性执行机构连接，通过气压传动与控制装置24控制下侧线性执行机构带动下侧纱线植入装置10在平面上作往复运动。本发明中储纱器15和纱线张力控制装置14均设置于支架16上，可随下侧齿圈17作圆周运动，储纱器15与纱线张力控制装置14连接，纱线张力控制装置14与气压传动与控制装置24连接，通过气压传动与控制装置24来控制纱线张力控制装置14，从而控制储纱器15中引出的纱线的张力大小，储纱器15的设置保证在径向纱线植入过程中可以实现连续植入。

本发明中的上侧线性执行机构包括：上侧X向线性执行机构3和上侧Y向线性执行机构5，上侧X向线性执行机构3与上侧Y向线性执行机构5均与气压传动与控制装置24连接；本发明中的下侧执行机构包括：下侧X向线性执行机构13和下侧Y向线性执行机构12，下侧X向线性执行机构13和下侧Y向线性执行机构12均与气压传动与控制装置24连接，通过气压传动与控制装置24的驱动，分别使得上侧纱线植入装置6、下侧纱线植入装置10可沿铅垂线方向运动，又可以在水平面内作往返运动，实现空间范围内任意位置的径向纱线植入。本发明的下侧Y向线性执行机构12上固定有带孔的圆柱体11，纱线9由储纱器15经过圆柱体11上的小孔与纱线头携带装置7中部的纱线头固定装置连接，保证纱线可以植入时有固定的植入路线，不与其他植入纱线发生干涉；同时固定纱线头的装置可以保证纱线头随纱线头携带装置7随对应的纱线植入装置同步运动。

本发明中的上侧纱线植入装置6与下侧纱线植入装置10处于同一轴线上，保证在径向纱线植入过程中不与其他纱线发生干涉。上侧纱线植入装置6与下侧纱线植入装置10分布在编织过程中纱线所成面的两侧，两者均可由气压传动与控制装置24驱动,带动纱线头携带装置7沿轴向运动。本发明中的纱线头携带装置7上设有滑动杆以及设置于滑动杆两侧的第一锁紧销和第二锁紧销，上侧纱线植入装置6和下侧纱线植入装置10上分别设有卡槽和气压杆，滑动杆与气压杆连接，气压杆与气压传动与控制装置24连接，通过气压传动与控制装置24控制气压杆，使得第一锁紧销或第二锁紧销和对应的卡槽配合，实现纱线头携带装置7与上侧纱线植入装置6或下侧纱线植入装置10的锁紧，具体地：当滑动杆向左运动时，带动第一锁紧销向上运动，第二锁紧销向下运动，当滑动杆移动后，第一锁紧销卡入卡槽，第二锁紧销脱离卡槽，实现上侧纱线头携带装置6锁紧在纱线植入装置7中；当滑动杆向右运动时，带动第一锁紧销向下运动，第二锁紧销向上运动，当滑动杆移动后，第一锁紧销脱离卡槽，第二锁紧销卡入卡槽，实现下侧纱线头携带装置10锁紧在纱线植入装置7中。

本发明的工作过程具体为：开始编织时，纱线首先由储纱器15引出，将纱线引到纱线头携带装置6上的纱线头固定装置上。编织过程中，上侧电动机25、下侧电动机19开始工作，带动上侧齿轮、下侧齿轮18旋转，进而带动上部齿圈8、下侧齿圈17沿环形轨道旋转，上侧纱线植入装置6和下侧纱线植入装置10同样进行圆周运动，同时保证上侧纱线植入装置6与下侧纱线植入装置10在一条轴线上，使得纱线头携带装置7可在两者间稳定往返运动，开始时纱线头携带装置位于下侧纱线植入装置处。纱线头携带装置7卡槽和第二锁紧销固定在下侧纱线植入装置10上，下侧电动机19和上侧电动机25同步工作，使得上侧纱线植入装置6和下侧纱线植入装置10移动到需要径向植纱的位置，当上侧纱线植入装置6与纱线头携带装置7连接时，第一锁紧销固定在上侧纱线植入装置6上的卡槽内，同时第二锁紧销松开与下侧纱线植入装置10卡槽的连接，且下侧纱线植入装置7在气压传动与控制装置24的作用下收回伸长部分，继而由气压传动与控制装置24控制下侧纱线植入装置10与下侧纱线植入装置7连接，重复上述过程，完成三维预制体径向纱线的自动植入。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种三维编织预制体径向纱线植入机构，其特征在于，包括：上侧支架（1）、上侧线性执行机构、上侧支撑机构（4）、上侧纱线植入装置（6）、纱线头携带装置（7）、上部齿圈（8）、下侧纱线植入装置（10）、下侧线性执行机构、支架（16）、下侧齿圈（17）、下侧齿轮（18）、下侧电动机（19）、下侧环形轨道（20）、上侧环形轨道（21）、底座（23）、上侧齿轮、气压传动与控制装置（24）和上侧电动机（25）；所述上部齿圈（8）的内部设有上侧环形轨道（21），所述上部齿圈（8）的上部设有上侧支架（1），所述上侧支架（1）与上侧环形轨道（21）连接，所述上侧齿轮与上部齿圈（8）啮合，所述上部齿轮与上侧电动机（25）连接，所述上部齿圈（8）的下方设有上侧支撑机构（4），上侧支撑机构（4）与上侧线性执行机构连接，所述上侧线性执行机构与上侧纱线植入装置（6）固定连接；所述下部齿圈（17）的内部设有下侧环形轨道（20），所述下部齿圈（17）的下方设有底座（23），所述下部齿圈（17）与下侧齿轮（18）啮合，所述下侧齿轮（18）与下侧电动机（19）连接，所述下部齿圈（17）的上方设有支架（16），所述支架（16）与下侧线性执行机构连接，所述下侧线性执行机构与下侧纱线植入装置（10）固定连接；所述纱线头携带装置（7）与上侧纱线植入装置（6）或下侧纱线植入装置（10）连接，所述气压传动与控制装置（24）分别与上侧线性执行机构、上侧纱线植入装置（6）、下侧纱线植入装置（10）、下侧线性执行机构连接。

2.根据权利要求1所述三维编织预制体径向纱线植入机构，其特征在于，所述上侧线性执行机构包括：上侧X向线性执行机构（3）和上侧Y向线性执行机构（5），所述上侧X向线性执行机构（3）与上侧Y向线性执行机构（5）均与气压传动与控制装置（24）连接。

3.根据权利要求1所述三维编织预制体径向纱线植入机构，其特征在于，所述下侧执行机构包括：下侧X向线性执行机构（13）和下侧Y向线性执行机构（12），所述下侧X向线性执行机构（13）和下侧Y向线性执行机构（12）均与气压传动与控制装置（24）连接。

4.根据权利要求1所述三维编织预制体径向纱线植入机构，其特征在于，还包括纱线张力控制装置（14）、储纱器（15），所述储纱器（15）和纱线张力控制装置（14）均设置于支架（16）上，所述储纱器（15）与纱线张力控制装置（14）连接，所述纱线张力控制装置（14）与气压传动与控制装置（24）连接。

5.根据权利要求1所述三维编织预制体径向纱线植入机构，其特征在于，所述上侧环形轨道（21）通过上侧支柱（2）与上侧支架（1）连接。

6.根据权利要求1所述三维编织预制体径向纱线植入机构，其特征在于，所述下侧环形轨道（20）通过下侧支柱（22）与底座（23）连接。

7.根据权利要求1所述三维编织预制体径向纱线植入机构，其特征在于，所述上侧纱线植入装置（6）与下侧纱线植入装置（10）处于同一轴线上。

8.根据权利要求1所述三维编织预制体径向纱线植入机构，其特征在于，所述纱线头携带装置（7）上设有滑动杆以及设置于滑动杆两侧的第一锁紧销和第二锁紧销，所述上侧纱线植入装置（6）和下侧纱线植入装置（10）上分别设有卡槽和气压杆，所述滑动杆与气压杆连接，所述第一锁紧销与上侧纱线植入装置（6）上的卡槽连接或第二锁紧销与下侧纱线植入装置（10）上的卡槽连接，所述气压杆与气压传动与控制装置（24）连接。