CN113386330B

CN113386330B - 一种新型多束纤维螺旋缠绕设备

Info

Publication number: CN113386330B
Application number: CN202110633548.XA
Authority: CN
Inventors: 梁建国; 赵晓冬; 高海峰; 赵春江; 江连运; 赵润田
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2021-06-07
Filing date: 2021-06-07
Publication date: 2022-08-23
Anticipated expiration: 2041-06-07
Also published as: CN113386330A

Abstract

本发明属于纤维缠绕设备技术领域，具体涉及一种新型多束纤维螺旋缠绕设备，所述旋转系统通过螺栓安装于右侧机架外侧，所述径向移动系统通过螺栓安装于左侧机架外侧，所述旋转系统通过卡箍的槽口与径向移动系统的拨叉相连接。本发明采用齿轮盘啮合驱动圆周均布的锥齿轮，从而保证传递到导丝管的转角是同时同步的；通过螺旋盘槽口与导向盘槽口组合，转动螺旋盘，从而保证导丝管同时同步的进行径向运动；通过旋转驱动系统与径向移动系统的共同控制，保证圆周均布的导丝管的运动一致。突破了现有单束或少束的纤维缠绕工艺，实现了单层同步缠绕，提高了缠绕的效率；避免了单束缠绕出现的纤维交叉现象，从而极大地降低了应力集中现象。

Description

一种新型多束纤维螺旋缠绕设备

技术领域

本发明属于纤维缠绕设备技术领域，具体涉及一种新型多束纤维螺旋缠绕设备。

背景技术

纤维缠绕机是纤维缠绕技术的主要设备，纤维缠绕制品的设计和性能要通过缠绕机来实现。纤维缠绕技术是应用最为广泛的复合材料自动化成型技术。由于缠绕成型制品具有强度高、质量轻、隔热耐腐蚀、良好的工艺性，易于实现机械化和自动化，综合性能比其他方法成型的复合材料制品优越，可制造成多种产品等优点，因此纤维缠绕技术近年来得到迅速发展，在国防和国民经济各方面得到大量应用。目前，国产数控缠绕机受到技术和设备生产能力的约束，年生产能力较为有限，设备的技术水平仅局限在四轴领域，现阶段，国内先进的高精度数控缠绕机仍无法国产尚需国外购进。国内高水平的缠绕设备相较于国外高性能的设备，多维度自由缠绕及缠绕精度较差，难以保证制品高性能及柔性要求。国内纤维缠绕设备的单束或少束缠绕工艺基本成熟，但单束缠绕效率低，不适合大批量高效率生产；丝束存在相互交叉，影响强度和疲劳寿命。

发明内容

针对上述纤维缠绕设备单束缠绕效率低、丝束存在相互交叉的技术问题，本发明提供了一种缠绕效率高、不易交叉、寿命长的新型多束纤维螺旋缠绕设备。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种新型多束纤维螺旋缠绕设备，包括旋转系统、径向移动系统和机架，所述机架包括右侧机架和左侧机架，所述旋转系统通过螺栓安装于右侧机架外侧，所述径向移动系统通过螺栓安装于左侧机架外侧，所述旋转系统通过卡箍的槽口与径向移动系统的拨叉相连接。

所述旋转系统包括旋转驱动组件、齿轮一、回转支撑一、齿轮盘、锥齿轮一、丝管架、导丝管，所述旋转驱动组件通过螺栓安装于右侧机架外侧，所述旋转驱动组件与齿轮一采用键连接，所述齿轮一与回转支撑一外齿圈啮合，所述回转支撑一内齿圈通过螺栓连接固定于右侧机架内侧，所述回转支撑一外圈通过螺栓与齿轮盘连接，所述齿轮盘与锥齿轮一垂直啮合，所述锥齿轮一安装在丝管架上，所述丝管架通过螺栓连接固定于右侧机架内侧，所述锥齿轮一通过花键与导丝管连接，所述导丝管端部固定有卡箍。

所述丝管架上设置有与导丝管相配合的安装孔，所述导丝管沿圆周方向均匀安装在丝管架上，所述丝管架根据零部件的大小设置不同数量的安装孔，从而控制导丝管的数量。

所述径向移动系统包括径向移动驱动组件、齿轮二、回转支撑二、螺旋盘、支撑圈、导向盘、拨杆、升降组件，所述径向移动驱动组件通过螺栓与左侧机架连接，所述径向移动驱动组件与齿轮二通过键连接，所述齿轮二与回转支撑二外圈啮合，所述回转支撑二内圈通过螺栓安装于左侧机架内侧，所述回转支撑二外圈通过螺栓与螺旋盘连接，所述支撑圈通过螺栓安装于左侧机架内侧，所述支撑圈通过螺栓与导向盘连接，所述螺旋盘上设有螺旋盘槽口，所述导向盘上设有导向盘槽口，所述拨杆的一端端安装在螺旋盘槽口与导向盘槽口中，所述拨杆的另一端与升降组件连接。

所述升降组件包括接杆、臂一、臂二、导杆，所述连接杆一端通过臂一与导杆一端连接，所述连接杆另一端通过臂二与导杆另一端连接，所述升降组件沿圆周方向均匀安装在丝管架上。

所述旋转驱动组件和径向移动驱动组件均包括传动轴、联轴器、电机座和伺服电机，所述传动轴与联轴器连接，所述联轴器设置在电机座内，所述联轴器与伺服电机连接。

本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：

本发明采用齿轮盘啮合驱动圆周均布的锥齿轮，从而保证传递到导丝管的转角是同时同步的；通过螺旋盘槽口与导向盘槽口组合，转动螺旋盘，从而保证导丝管同时同步的进行径向运动；通过旋转驱动系统与径向移动系统的共同控制，保证圆周均布的导丝管的运动一致。突破了现有单束或少束的纤维缠绕工艺，实现了单层同步缠绕，提高了缠绕的效率；避免了单束缠绕出现的纤维交叉现象，从而极大地降低了应力集中现象。

附图说明

图1是本发明设备总图；

图2是本发明结构总图；

图3是本发明升降组件图；

图4是本发明导向盘；

图5是本发明螺旋盘；

图6是本发明驱动组件图；

图7是本发明旋转驱动组件图。

其中：1为旋转驱动系统，2为径向移动驱动系统，3为机架，3a为右侧机架，3b为左侧机架，4为卡箍，5为拨叉，6为旋转驱动，7为齿轮一，8为回转支撑一，9为齿轮盘，10 为锥齿轮，11为丝管架，11a为安装孔，12为导丝管，13为径向移动驱动组件，14为齿轮二，15为回转支撑二，16为螺旋盘，16a为螺旋盘槽口，17为支撑架，18为导向盘，18a为导向盘槽口，19为拨杆，20为升降组件，21为连接杆，22为臂一，23为臂二，24为导杆， A为旋转轴一，B为旋转轴二。

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。

一种新型多束纤维螺旋缠绕设备，包括旋转系统1、径向移动系统2和机架3，机架3包括右侧机架3a和左侧机架3b，旋转系统1通过螺栓安装于右侧机架3a外侧，使导丝管12发生同时同步的旋转角度。径向移动系统2通过螺栓安装于左侧机架3b外侧，使导丝管12发生同时同步的径向伸缩运动。通过旋转系统1通过卡箍4的槽口与径向移动系统2的拨叉5相连接，使旋转与径向方向的伸缩运动合成。径向移动系统2可单独控制导丝管12进行径向移动；旋转系统1和径向移动系统2可以同时进行控制，两套系统相互独立，互不影响。

进一步，旋转系统1包括旋转驱动组件6、齿轮一、回转支撑一8、齿轮盘9、锥齿轮一10、丝管架11、导丝管12，旋转驱动组件6通过螺栓安装于右侧机架3a外侧，为旋转系统提供动力，旋转驱动组件6啮合驱动齿轮一7绕轴E旋转。旋转驱动组件6与齿轮一7采用键连接，齿轮一7与回转支撑一8外齿圈啮合，齿轮一7啮合驱动回转支撑一8外圈绕旋转轴一A旋转。回转支撑一8内齿圈通过螺栓连接固定于右侧机架3a内侧，回转支撑一外圈通过螺栓与齿轮盘9连接，回转支承18支撑驱动齿轮盘9绕旋转轴一A旋转。齿轮盘9与锥齿轮一10垂直啮合，齿轮盘9同时同步的啮合驱动圆周均布的锥齿轮10绕旋转轴二B旋转。锥齿轮一10安装在丝管架11上，丝管架11通过螺栓连接固定于右侧机架3a内侧，锥齿轮一10

进一步，通过花键与导丝管12连接，锥齿轮10通过花键驱动导丝管12绕旋转轴二B旋转，从而保证圆周均布的导丝管12能够同时同步的绕旋转轴二B旋转，导丝管12端部固定有卡箍4。

进一步，丝管架11上设置有与导丝管12相配合的安装孔11a，导丝管12沿圆周方向均匀安装在丝管架11上，丝管架11根据零部件的大小设置不同数量的安装孔11a，从而控制导丝管12的数量，实现对不同尺寸的容器进行单层同步缠绕。

进一步，径向移动系统2包括径向移动驱动组件13、齿轮二14、回转支撑二15、螺旋盘16、支撑圈17、导向盘18、拨杆19、升降组件20，径向移动驱动组件13通过螺栓与左侧机架3b连接，径向移动驱动组件13与齿轮二14通过键连接，齿轮二14与回转支撑二15 外圈啮合，径向移动驱动组件13通过键驱动齿轮二14绕轴E旋转，回转支撑二15内圈通过螺栓安装于左侧机架3b内侧，齿轮二14啮合驱动回转支撑二15外圈绕旋转轴一A旋转，回转支撑二15外圈通过螺栓与螺旋盘16连接，回转支撑二15支撑带动螺旋盘16绕旋转轴一A旋转。支撑圈17通过螺栓安装于左侧机架3b内侧，支撑圈17通过螺栓与导向盘18连接，螺旋盘16上设有螺旋盘槽口16a，导向盘18上设有导向盘槽口18a，拨杆19的一端端安装在螺旋盘槽口16a与导向盘槽口18a中，通过驱动螺旋盘16绕旋转轴一A旋转，推动拨杆19沿导向盘18的槽口进行径向移动，拨杆19的另一端与升降组件20连接。

进一步，升降组件20包括接杆21、臂一22、臂二23、导杆24，连接杆21一端通过臂一22与导杆24一端连接，连接杆另一端通过臂二23与导杆24另一端连接，升降组件20沿圆周方向均匀安装在丝管架11上。拨杆9沿径向方向移动带动臂一22、臂二23沿导杆24 滑动。拨叉5通过螺钉连接固定于臂一22，跟随臂一22沿径向方向移动，拨叉5插于卡箍4 的槽口，驱动卡箍4沿径向方向移动，从而实现圆周均布的导丝管12进行同时同步的径向移动。

进一步，如图7所示，旋转驱动组件6和径向移动驱动组件13均包括传动轴6a、联轴器6b、电机座6c和伺服电机6d，传动轴6a与联轴器6b连接，联轴器6b设置在电机座6c 内，联轴器6b与伺服电机6d连接。

本发明的工作流程为：在运行过程中通过旋转驱动组件6啮合驱动齿轮一7绕轴E旋转，齿轮一7啮合驱动回转支撑一8外圈绕旋转轴一A旋转，回转支撑一8外圈驱动齿轮盘8绕旋转轴一A旋转，齿轮盘8啮合驱动圆周均布的锥齿轮10绕旋转轴二B旋转，锥齿轮10通过花键驱动导丝管12绕旋转轴二B旋转，至导丝管12的扁平方向与旋转轴一A平行；与此同时，径向移动驱动组件13啮合驱动齿轮二14绕轴E旋转，齿轮二14啮合驱动回转支撑二 15外圈绕旋转轴一A旋转，回转支撑二15外圈驱动螺旋盘16绕旋转轴一A摆动，螺旋盘 16驱动圆周均布的拨杆19沿导向盘槽口18a进行径向移动，拨杆19驱动升降组件20进行径向移动，拨叉5通过螺钉与升降组件固定为一体，拨叉5插入卡箍4的槽口，带动卡箍4 进行径向移动，从而驱动导丝管12进行径向移动至距离内胆封口一定距离。

从封口至圆柱筒体时，旋转驱动系统1与径向移动驱动系统2同时工作，使导丝管12进行径向缩回的同时进行旋转，使纤维丝束更好的与内衬接触，避免了多束纤维之间有交叉而产生应力集中。当缠绕至内衬圆柱部分时，导丝管12径向方向缩回至内衬一定距离的位置，导丝管12与旋转轴一A方向的角度与缠绕角相同。圆柱部分缠绕完成后，在缠绕圆柱部分至封口部分时，旋转驱动系统1与径向移动驱动系统2同时工作，旋转驱动系统1控制导丝管12旋转至与旋转轴一A水平位置，径向移动驱动系统2控制导丝管12伸出至内胆封口处。当单层缠绕完成后，内衬自转1周，反方向缠绕第二层，依此进行下去。

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

1.一种新型多束纤维螺旋缠绕设备，其特征在于：包括旋转系统（1）、径向移动系统（2）和机架（3），所述机架（3）包括右侧机架（3a）和左侧机架（3b），所述旋转系统（1）通过螺栓安装于右侧机架（3a）外侧，所述径向移动系统（2）通过螺栓安装于左侧机架（3b）外侧，所述旋转系统（1）通过卡箍（4）的槽口与径向移动系统（2）的拨叉（5）相连接；

所述旋转系统（1）包括旋转驱动组件（6）、齿轮一、回转支撑一（8）、齿轮盘（9）、锥齿轮一（10）、丝管架（11）、导丝管（12），所述旋转驱动组件（6）通过螺栓安装于右侧机架（3a）外侧，所述旋转驱动组件（6）与齿轮一（7）采用键连接，所述齿轮一（7）与回转支撑一（8）外齿圈啮合，所述回转支撑一（8）内齿圈通过螺栓连接固定于右侧机架（3a）内侧，所述回转支撑一外圈通过螺栓与齿轮盘（9）连接，所述齿轮盘（9）与锥齿轮一（10）垂直啮合，所述锥齿轮一（10）安装在丝管架（11）上，所述丝管架（11）通过螺栓连接固定于右侧机架（3a）内侧，所述锥齿轮一（10）通过花键与导丝管（12）连接，所述导丝管（12）端部固定有卡箍（4）；

所述径向移动系统（2）包括径向移动驱动组件（13）、齿轮二（14）、回转支撑二（15）、螺旋盘（16）、支撑圈（17）、导向盘（18）、拨杆（19）、升降组件（20），所述径向移动驱动组件（13）通过螺栓与左侧机架（3b）连接，所述径向移动驱动组件（13）与齿轮二（14）通过键连接，所述齿轮二（14）与回转支撑二（15）外圈啮合，所述回转支撑二（15）内圈通过螺栓安装于左侧机架（3b）内侧，所述回转支撑二（15）外圈通过螺栓与螺旋盘（16）连接，所述支撑圈（17）通过螺栓安装于左侧机架（3b）内侧，所述支撑圈（17）通过螺栓与导向盘（18）连接，所述螺旋盘（16）上设有螺旋盘槽口（16a），所述导向盘（18）上设有导向盘槽口（18a），所述拨杆（19）的一端安装在螺旋盘槽口（16a）与导向盘槽口（18a）中，所述拨杆（19）的另一端与升降组件（20）连接。

2.根据权利要求1所述的一种新型多束纤维螺旋缠绕设备，其特征在于：所述丝管架（11）上设置有与锥齿轮一（10）相配合的安装孔（11a），所述锥齿轮一（10）沿圆周方向均匀安装在丝管架（11）上，所述丝管架（11）根据零部件的大小设置不同数量的安装孔（11a），从而控制导丝管（12）的数量。

3.根据权利要求1所述的一种新型多束纤维螺旋缠绕设备，其特征在于：所述升降组件（20）包括连接杆（21）、臂一（22）、臂二（23）、导杆（24），所述连接杆（21）一端通过臂一（22）与导杆（24）一端连接，所述连接杆另一端通过臂二（23）与导杆（24）另一端连接，所述升降组件（20）沿圆周方向均匀安装在丝管架（11）上。

4.根据权利要求1所述的一种新型多束纤维螺旋缠绕设备，其特征在于：所述旋转驱动组件（6）和径向移动驱动组件（13）均包括传动轴（6a）、联轴器（6b）、电机座（6c）和伺服电机（6d），所述传动轴（6a）与联轴器（6b）连接，所述联轴器（6b）设置在电机座（6c）内，所述联轴器（6b）与伺服电机（6d）连接。