CN114311752B - 一种具有自适应功能的压辊机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有自适应功能的压辊机构，包括芯轴，该芯轴具有方形外壳和多个活塞杆，方形外壳上还设有用于连通外部压缩空气来驱动各活塞杆在方形外壳内移动的多个腔室，方形外壳上设有与各腔室连通且用于连通外部进气管路向各腔室通入压缩空气的接气头；多个旋转压片，各旋转压片并排套设于方形外壳外部，各旋转压片在与其对应的活塞杆的驱动下能够沿其径向方向运动；胶套，该胶套包覆于各旋转压片的外周。通过改变芯轴的内部结构以及采用分体式旋转压片构成的压辊，使得向腔室内通入压缩空气来驱动活塞杆运动并带动各旋转压片均能沿径向独立移动，从而满足对高曲率型面进行复合材料压实的需求。

Description

一种具有自适应功能的压辊机构

技术领域

本发明涉及碳纤维复合材料铺放成型技术领域，特别是涉及一种具有自适应功能的压辊机构。

背景技术

目前,飞机机翼、尾翼、壁板等复合材料构件都采用自动铺丝机或自动铺带机来进行预浸复合材料的自动铺贴生产。其中，铺贴过程中用来将预浸复合材料铺贴压实的压实机构，由于飞机机翼、壁板等复合材料构件，都是非平面的曲面构件，呈或凹或凸的曲面，现有技术中的压实机构采用弹性压辊结构，一般为发泡橡胶弹性辊，因其具有一定弹性，可一定程度上可以适应这些曲面的压实工况；铺放的压辊压力控制精度，工艺要求应达到±2％。由于铺贴型面为曲面，致使发泡橡胶弹性辊与曲面接触时压缩程度不同，压缩程度与受力正相关，导变形大的部位受力大，弹性辊各处受力不均匀。弹性辊用于低曲率的构件，压力不均不明显，可基本满足使用要求，但用于高曲率的构件，由于弹性辊形变不均匀，无法满足上述工艺要求。在带有坡度的铺放工况的情况下，由于坡度高差可达10mm，弹性压辊不能随型就位，压不实；在铺放过程中，因发泡橡胶辊形变不同，发泡橡胶间会不断的反复揉搓变形而疲劳损坏，使用寿命短，需要经常更换。由于高曲率型面存在一定范围内的变形误差，有时高达±5mm，而弹性辊的变形量有限，适应能力不足；目前，市场上广泛使用的铺丝机或铺带机的弹性压辊，铺贴压力得不到很好控制，寿命低，需经常更换，无法适应高曲率型面的铺贴生产。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本发明提供一种具有自适应功能的压辊机构，用于压实铺贴在高曲率型面上的复合材料，可适应于具有多种凹凸曲面铺贴，实现在铺贴时每根丝束所受压力相同，铺贴压力均匀一致，避免弹性压辊上的各接触点在高曲率型面上产生的压缩量不均等而造成各接触点上的发泡橡胶转速不同造成的揉搓损坏，还能提高压辊机构对复杂高曲率型面的适应能力，有效减少铺层褶皱和气泡。

(2)技术方案

第一方面，本发明的实施例提出了一种具有自适应功能的压辊机构，用于压实铺贴在高曲率型面上的复合材料，包括芯轴，所述芯轴包括方形外壳以及设于所述方形外壳内的多个活塞杆，所述方形外壳上还设有用于连通外部压缩空气来驱动各所述活塞杆在所述方形外壳内移动的多个腔室，所述方形外壳上设有与各所述腔室连通且用于连通外部进气管路向各所述腔室通入压缩空气的接气头，多个旋转压片，各旋转压片并排套设于所述方形外壳外部，各所述旋转压片在与其对应的所述活塞杆的驱动下能够沿其径向方向运动，胶套，所述胶套包覆于各所述旋转压片的外周。

进一步地，所述压辊机构还包括分别设于方形外壳两端的支架以及固定连接所述支架的定位球锁轴。

进一步地，所述方形外壳上套设有挡环，所述挡环设于所述方形外壳与所述支架之间。

进一步地，所述芯轴还包括设于所述方形外壳上的护罩，所述方形外壳与所述护罩之间设有密封垫，所述护罩与各所述活塞杆以及所述方形外壳共同形成所述腔室。

进一步地，所述旋转压片包括内环和套设于所述内环外部的外环，所述内环与所述外环之间设有多个钢球。

进一步地，所述活塞杆的活塞部上设有用于安装密封圈的凹槽，所述活塞杆的杆部上远离所述活塞部的一端暴露于所述方形外壳外部。

进一步地，所述内环内部设有用于安装所述方形外壳的第一安装孔以及用于容纳所述杆部上远离所述活塞部一端的第二安装孔，所述第一安装孔与所述第二安装孔连通。

进一步地，各所述活塞杆呈错位布置方式设于所述方形外壳上。

进一步地，所述活塞杆采用低阻耐磨材料制作，所述胶套采用橡胶材料制作。

进一步地，所述胶套的外表面涂敷有弹性防粘布。

(3)有益效果

综上，本发明通过采用多个能够沿其径向方向移动的旋转压片，通过接气头向各腔室注入压缩空气来调整活塞杆的伸缩行程大小来控制旋转压片的位移大小，从而能够自适应多种高曲率型面的铺贴压实工况，通过在方形外壳内设有通过压缩空气驱动其伸缩运动的活塞杆，由接气头向各腔室的分别注入压缩空气使得各活塞杆受力相同，即各旋转压片施加到高曲率型面的压力相同，保障整个压实过程对高曲率型面上与各旋转压片的接触位置受力均匀，提高成型质量。

各旋转压片通过在内环与外环之间形成用于钢球运动的滚道，利用旋转压片对高曲率型面施加压力而产生的摩擦力可实现外环相对内环产生转动，且各旋转压片之间的旋转是相互独立的，且由于各旋转压片与高曲率型面之间产生的摩擦力大小不同导致各旋转压片具有不同线速度，可以避免采用整体式压辊因不等速揉搓造成的损坏，提高了寿命。

通过在旋转压片外周包覆有表面敷有弹性防粘布的胶套，使得旋转压片整体具有轻微变形能力，可使旋转压片高曲率型面接触时能够完全贴合，防止两者之间产生缝隙，从而保障各旋转压片均能对铺贴在高曲率型面上的复合材料进行压实，不会产生残留气泡。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的侧视剖面图。

图3是本发明的另一结构示意图。

图4是图3的侧视剖面图。

图5是本发明的旋转压片的结构示意图。

图6是本发明的胶套的结构示意图。

图中：

1-芯轴；11-方形外壳；12-活塞杆；13-螺钉；111-腔室；121-活塞部；122-杆部；1211-凹槽；

2-旋转压片；21-内环；22-外环；23-钢球；211-第一安装孔；212-第二安装孔；

3-胶套；4-定位球锁轴；5-支架；6-弹性防粘布；7-护罩；8-挡环；9-接气头；10-密封垫。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。

图1是本发明实施例的一种具有自适应功能的压辊机构的结构示意图，如图1-图4所示，该压辊机构包括芯轴1，该芯轴1包括方形外壳11以及设于该方形外壳11内的多个活塞杆12，该方形外壳11上还设有用于连通外部压缩空气来驱动各活塞杆12在方形外壳11内移动的多个腔室111，方形外壳11上设有与各腔室111连通且用于连通外部进气管路向各腔室111通入压缩空气的接气头9；和多个旋转压片2，各旋转压片2并排套设于方形外壳11外部，各旋转压片2在与其对应的活塞杆12的驱动下能够沿其径向方向(即活塞杆12的伸缩运动方向)运动；以及胶套3，该胶套3包覆于各旋转压片2的外周即全部旋转压片2的外周，该胶套3采用整体式套筒结构，由于胶套采用橡胶材料(后文详述)制作使其具有一定的柔性，在对各旋转压片2的外周实现全包覆的同时，还能够满足各旋转压片2沿其径向方向的位移量，或者该胶套采用多个分体式圆环结构组成，每个分体式圆环结构一一对应的包覆于各旋转压片的外环(后文详述)外周，该旋转压片的数量以及活塞杆的数量相同。

本发明通过采用多个能够沿其径向方向移动的旋转压片，通过接气头向各腔室注入压缩空气来调整活塞杆的伸缩行程大小来控制旋转压片的位移大小，从而能够自适应多种高曲率型面的铺贴压实工况，具体来说，在对高曲率型面上的复合材料进行压实过程中，由于将活塞杆的运动行程大小设置略大于高曲率型面的弯曲程度(即型面的最高位点和最低位点的高度差)或者坡度高度，通过接气头向各腔室注入压缩空气来驱动活塞杆带动旋转压片沿径向方向运动直至与高曲率型面上对应的位置进行接触并压紧，使得旋转压片将不在继续沿径向方向移动，从而满足该压辊机构具有自适应功能，通过在方形外壳内设有通过压缩空气驱动其伸缩运动的活塞杆，由接气头向各腔室的分别注入压缩空气使得各活塞杆受力相同，即各旋转压片施加到高曲率型面的压力相同，保障整个压实过程对高曲率型面上与各旋转压片的接触位置受力均匀，提高成型质量。

作为一种优选实施方式，如图1和图3所示，压辊机构还包括分别设于方形外壳11两端的支架5以及固定连接支架5的定位球锁轴4。通过定位球锁轴可以将支架以可拆卸方式安装在自动铺丝机或自动铺带机上，便于实现整个压辊机构或单个旋转压片的更换。

作为另一种优选实施方式，如图3所示，方形外壳11上套设有挡环8，该挡环8设于方形外壳11与支架5之间。通过挡环8可以对方形外壳11进行轴向限位，防止旋转压片2的压实复合材料过程中出现轴向移动而影响成型质量。

作为其他可选实施方式。

优选地，如图3所示，该芯轴1还包括设于方形外壳11上的护罩7，该护罩7通过螺钉13固定在方形外壳11的顶部，该方形外壳11与护罩7之间设有用于保持两者之间连接的密封性的密封垫10，该护罩7与各活塞杆12以及该方形外壳11共同形成用于连通外部压缩空气来驱动各活塞杆12运动的腔室111。各腔室111可以相互连通也可以相互独立，若各腔室111采用相互连通结构，则护罩7采用一个整体式结构，若各腔室111采用相互独立的结构，即护罩7采用多个，且各腔室均不连通，在管路设置方面，若各腔室采用相互连通结构，且接气头与提供压缩空气的气源之间的管路上设有一个带有泄压功能的精密比例阀(图中未示出)，通过控制进入所有腔室的压缩空气总量来确保对各活塞杆的压力是相同的，即保障各旋转压片对高曲率型面的压力是相同，若各腔室采用相互独立的结构，则在接气头与各腔室的管路上各设有一个带有泄压功能的精密比例阀，通过单独控制进入各腔室的压缩空气量来保证对各活塞杆的压力是相同的，即保障各旋转压片对高曲率型面的压力是相同。各旋转压片向高曲率型面施加相同压力的说明如下，在高曲率型面上铺放待压实的复合材料前，根据高曲率型面的成型要求，计算出总压力值，除以旋转压片数量后，计算得到单个旋转压片的压力值，然后依据单个旋转压片的压力值和活塞杆直径计算并设定带有泄压功能的精密比例阀的压力值，从而确保进入每个腔室的压缩空气对活塞杆产生的压力值相同。

优选地，如图5所示，所述旋转压片2包括内环21和套设于内环21外部的外环22，该内环21与该外环22之间设有多个钢球23。该内环21的外周与外环22的内周均设有光滑圆弧面，两者构成用于安装钢球23的圆环滚道，使得旋转压片2均有近似轴承结构的功能，使得外环22可以相对内环21产生运动，故各旋转压片2均能够实现独立旋转，为了保障各相邻两个旋转压片2之间的运动不产生干涉，在各相邻旋转压片2之间设有间隙以满足各旋转压片2独立旋转的要求，各外环22在与高曲率型面接触后会在摩擦力的作用下产生相对于内环21的旋转运动。各旋转压片通过在内环与外环之间形成用于钢球运动的滚道，利用旋转压片对高曲率型面施加压力而产生的摩擦力可实现外环相对内环产生转动，且各旋转压片之间的旋转是相互独立的，且由于各旋转压片与高曲率型面之间产生的摩擦力大小不同导致各旋转压片具有不同线速度，可以避免采用整体式压辊因不等速揉搓造成的损坏，提高了寿命。

优选地，如图4和图5所示，各活塞杆12呈错位布置方式设于方形外壳11上，活塞杆12的活塞部121上设有用于安装密封圈的凹槽1211，活塞杆12的杆部122上远离活塞部121的一端暴露于方形外壳11外部，活塞杆12采用低阻耐磨材料制作，该低阻耐磨材料选用聚甲醛或增强聚四氟乙烯PTFE其中一种或两种，该内环21内部设有用于安装方形外壳11的第一安装孔211以及用于容纳杆部121远离活塞部122一端的第二安装孔212，该杆部121远离活塞部122一端始终位于该第二安装孔212内且杆部121远离活塞部122一端的端面与第二安装孔212的底面抵接，且第一安装孔211与第二安装孔212连通，为保障旋转压片2能够在活塞杆12的驱动下在其径向方向上移动，第一安装孔211沿活塞杆12的伸缩运动方向上的长度要大于方形外壳11在该伸缩运动方向上的长度，且方形外壳11的上表面与第一安装孔211的顶面以及方形外壳11的下表面与第一安装孔211的底面均设有一定厚度的间隙，该间隙的厚度即为活塞杆12的最大伸缩行程。通过将活塞杆12的杆部122上远离活塞部121的一端暴露于方形外壳11外部并始终装配在第二安装孔212中，可以保障活塞杆12具有最大的运动行程，使得旋转压片2沿其径向方向上的运动行程最大，从而对高曲率型面的复杂性具有更好的适应性。

优选地，如图6所示，胶套3采用橡胶材料制作，该胶套3的外表面涂敷有弹性防粘布6。用于防止胶套与待压实的复合材料之间出现粘料风险，且通过在旋转压片外周包覆有表面敷有弹性防粘布的胶套，使得旋转压片整体具有轻微变形能力，可使旋转压片高曲率型面接触时能够完全贴合，防止两者之间产生缝隙，从而保障各旋转压片均能对铺贴在高曲率型面上的复合材料进行压实，不会产生残留气泡。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种具有自适应功能的压辊机构，用于压实铺贴在高曲率型面上的复合材料，其特征在于，包括

芯轴（1），所述芯轴（1）包括方形外壳（11）以及设于所述方形外壳（11）内的多个活塞杆（12），所述方形外壳（11）上还设有用于连通外部压缩空气来驱动各所述活塞杆（12）在所述方形外壳（11）内移动的多个腔室（111），所述方形外壳（11）上设有与各所述腔室（111）连通且用于连通外部进气管路向各所述腔室（111）通入压缩空气的接气头（9），所述接气头（9）用于通入所述压缩空气使得各所述活塞杆（12）的受力相同；

多个旋转压片（2），各所述旋转压片（2）并排套设于所述方形外壳（11）外部，各所述旋转压片（2）在与其对应的所述活塞杆（12）的驱动下能够沿其径向方向运动，使得各所述旋转压片（2）施加到所述高曲率型面的压力相同；

胶套（3），所述胶套包覆于各所述旋转压片（2）的外周。

2.根据权利要求1所述的具有自适应功能的压辊机构，其特征在于，所述压辊机构还包括分别设于方形外壳（11）两端的支架（5）以及固定连接所述支架（5）的定位球锁轴（4）。

3.根据权利要求2所述的具有自适应功能的压辊机构，其特征在于，所述方形外壳（11）上套设有挡环（8），所述挡环（8）设于所述方形外壳（11）与所述支架（5）之间。

4.根据权利要求1所述的具有自适应功能的压辊机构，其特征在于，所述芯轴（1）还包括设于所述方形外壳（11）上的护罩（7），所述方形外壳（11）与所述护罩（7）之间设有密封垫（10），所述护罩（7）与各所述活塞杆（12）以及所述方形外壳（11）共同形成所述腔室（111）。

5.根据权利要求1所述的具有自适应功能的压辊机构，其特征在于，所述旋转压片（2）包括内环（21）和套设于所述内环（21）外部的外环（22），所述内环（21）与所述外环（22）之间设有多个钢球（23）。

6.根据权利要求5所述的具有自适应功能的压辊机构，其特征在于，所述活塞杆（12）的活塞部（121）上设有用于安装密封圈的凹槽（1211），所述活塞杆（12）的杆部（122）上远离所述活塞部（121）的一端暴露于所述方形外壳（11）外部。

7.根据权利要求6所述的具有自适应功能的压辊机构，其特征在于，所述内环（21）内部设有用于安装所述方形外壳（11）的第一安装孔（211）以及用于容纳所述杆部（121）远离所述活塞部（122）一端的第二安装孔（212），所述第一安装孔（211）与所述第二安装孔（212）连通。

8.根据权利要求1所述的具有自适应功能的压辊机构，其特征在于，各所述活塞杆（12）呈错位布置方式设于所述方形外壳（11）上。

9.根据权利要求8所述的具有自适应功能的压辊机构，其特征在于，所述胶套（3）的外表面涂敷有弹性防粘布（6）。

10.根据权利要求9所述的具有自适应功能的压辊机构，其特征在于，所述活塞杆（12）采用低阻耐磨材料制作，所述胶套（3）采用橡胶材料制作。

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