CN114892325A - 一种预制体致密化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种预制体致密化装置，包括旋转平台、工作台、中心轴、滑块、多个连杆机构、筘片、第一驱动机构、第二驱动机构，第二驱动机构与旋转平台连接用于驱动旋转平台自转，工作台同轴安装于旋转平台上方；中心轴自工作台顶端向上同轴延伸，滑块滑动套设于中心轴外周表面上，第一驱动机构用于驱动滑块沿中心轴上下运动；多个连杆机构围绕中心轴周向阵列分布，每一连杆机构具有靠近工作台的近端、靠近滑块的移动端、远离工作台的远端，每一连杆机构中，近端铰接于工作台顶部边缘上，移动端铰接于滑块外表面上，远端连接一筘片；当滑块沿中心轴上下移动且旋转平台绕中心轴转动时，多个连杆机构的远端带动筘片运动，以使筘片对预制体进行致密化。

Description

一种预制体致密化装置
技术领域
本发明涉及复合材料织造成型技术领域，尤其涉及一种预制体致密化装置。
背景技术
传统三维编织机织造预制体使主要采用纱线大角度成形方式，通过与编织预制体提升部分的协调配合，达到预定的编织参数，而该方法仅适用于薄层的三维编织预制体。而高厚三维编织预制体编织过程中在厚度方向上至少需要排列20层以上的编织纱，纱线层数多，纱线间的摩擦力会成倍的增加，影响到编织预制体的编织效果。
目前国际对于三维编织致密技术研究较少，中国以三维织机的打纬机构为主，打纬机构是整套设备中极为重要的一环，在织物织造过程中起着纽带作用。虽然打纬机构能在一定程度上起到经向纱致密效果，但打纬机构存在打纬效率低，打纬力不足等缺点。其中致密化是高厚回转三维编织预制体成形过程中关键的环节之一。
发明内容
发明目的：提供了一种预制体致密化装置，用于解决现有预制体纱线数量大、纤维间摩擦磨损严重、编织效果不佳的问题。
技术方案：本发明提供一种预制体致密化装置，包括：旋转平台、工作台、中心轴、滑块、多个连杆机构、筘片、第一驱动机构、第二驱动机构；其中，第二驱动机构与旋转平台连接用于驱动旋转平台自转，工作台同轴安装于旋转平台上方；中心轴自工作台顶端向上同轴延伸，滑块滑动套设于中心轴的外周表面上，第一驱动机构用于驱动滑块沿中心轴的外周表面上下运动；多个连杆机构围绕中心轴周向阵列分布，每一连杆机构具有靠近工作台的一近端、靠近滑块的一移动端、远离工作台的一远端，每一连杆机构中，近端铰接于工作台顶部边缘上，移动端铰接于滑块外表面上，远端连接一筘片；当滑块沿中心轴上下移动且旋转平台绕中心轴转动时，多个连杆机构的远端带动筘片运动，以使筘片对预制体进行致密化。
进一步的，每一连杆机构均包括一第一连杆、一第二连杆、一第三连杆及一第四连杆；其中，连杆机构靠近工作台的近端为第一连杆近端，连杆机构靠近滑块的移动端为第三连杆近端，连杆机构远离工作台的远端为第四连杆远端；第一连杆近端铰接于工作台顶部边缘上，第一连杆远端铰接于第三连杆近端与第三连杆远端之间的位置处；第二连杆近端铰接于第一连杆近端与第一连杆远端之间的位置处；第二连杆远端铰接第四连杆近端；第三连杆远端铰接于第四连杆近端与第四连杆远端之间的位置处。
进一步的，每一连杆机构中，第一连杆与第二连杆的铰接处、第一连杆与第三连杆的铰接处、第二连杆与第四连杆的铰接处、第三连杆与第四连杆的铰接处连接形成平行四边形。
进一步的，每一第四连杆包括铰接部、自铰接部远端向内弯折延伸形成的延伸部，第二连杆远端与铰接部近端铰接，第三连杆远端铰接于铰接部近端与铰接部远端之间的位置处；每一延伸部远端连接一筘片。
进一步的，每一筘片包括一连接端及一插入端，每一连接端与延伸部远端焊接，每一筘片自连接端向上延伸至插入端，插入端用于插入预制体的相邻两组编织纱线交汇处的花节内。
进一步的，当滑块沿中心轴向下移动时，每一连杆机构的远端带动筘片向上且向内运动以到达预制体的小端，且使插入端插入预制体的花节内以抬高花节使编织纱线收紧。
进一步的，当滑块沿中心轴向上移动时，每一连杆机构的远端带动筘片向下且向外运动以到达预制体的大端，且使插入端插入预制体的花节内以抬高花节使编织纱线收紧。
进一步的，每一连杆机构中，筘片的连接端与第四连杆的远端焊接；铰接部与延伸部一体式连接。
进一步的，每一连杆机构中，第二驱动机构通过齿轮传动机构与旋转平台连接以驱动旋转平台自转。
本发明所述的预制体致密化装置，工作台同轴安装于旋转平台上方，中心轴自工作台顶端向上同轴延伸，滑块滑动套设于中心轴外周表面上；多个连杆机构围绕中心轴周向阵列分布，每一连杆机构具有靠近工作台近端、靠近滑块的移动端、远离工作台的远端，每一连杆机构中，近端铰接于工作台顶部边缘上，移动端铰接于滑块外表面上，远端连接一筘片；通过第一驱动机构驱动滑块沿中心轴上下移动，通过第二驱动机构驱动旋转平台自转，使每一连杆机构的远端带动筘片运动，以使筘片对预制体进行致密化，从而能够解决现有预制体纱线数量大、纤维间摩擦磨损严重、编织效果不佳的问题。
附图说明
图1是本发明预制体致密化装置的正视图；
图2是预制体致密化装置的三维示意图；
图3为连杆机构的三维示意图；
图4为筘片的三维示意图；
图5为筘片的工作原理图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明提供的技术方案做详细说明。
如图1至图5所示，本发明所述的预制体致密化装置，其中预制体为碳纤维预制体，该预制体致密化装置包括：旋转平台4、工作台5、中心轴61、滑块6、多个连杆机构7、筘片8、第一驱动机构1、第二驱动机构3；滑块6、中心轴61、第一驱动机构1作为预制体致密化装置的提升机构，旋转平台4、工作台5、第二驱动机构3作为旋转机构，多个连杆机构7作为移动机构，筘片8作为插入机构。
第二驱动机构3与旋转平台4连接，第二驱动机构3用于驱动旋转平台4在水平面内自转，具体第二驱动机构3通过齿轮传动机构与旋转平台4连接以驱动旋转平台4自转，第二驱动机构3为伺服电机，伺服电机通过控制旋转平台4内部的齿轮传动，使旋转平台4在水平面内作旋转运动；工作台5同轴安装于旋转平台4上方，旋转平台4的旋转带动工作台5的旋转；中心轴61自工作台5顶端向上同轴延伸，滑块6滑动套设于中心轴61外周表面上，第一驱动机构1用于驱动滑块6沿中心轴61外周表面上下运动，第一驱动机构1为电缸。
旋转平台4底部安装于一支撑机架2上方，第一驱动机构1安装于支撑机架2底部，第一驱动机构1即电缸与支撑机架2通过螺栓连接；并且，支撑机架2与旋转平台4通过L型铁片连接，L型铁片分别通过螺栓与支撑机架2及旋转平台4固定；以及，旋转平台4与工作台5通过螺栓紧固连接。所述第一驱动机构1即电缸、支撑机架2、旋转平台4、工作台5同轴设置。
多个连杆机构7围绕中心轴61周向阵列分布，每一连杆机构7具有靠近工作台5的一近端、靠近滑块6的一移动端、远离工作台5的一远端，每一连杆机构7中，靠近工作台5的近端铰接于工作台5顶部边缘上，靠近滑块6的移动端铰接于滑块6外表面上，远离工作台5的远端连接一筘片8。
如图3所示，每一连杆机构7均包括一第一连杆701、一第二连杆702、一第三连杆703及一第四连杆704；其中，连杆机构7靠近工作台5的近端为第一连杆701近端，连杆机构7靠近滑块6的移动端为第三连杆703近端，连杆机构7远离工作台5的远端为第四连杆704远端；第一连杆701近端铰接于工作台5的顶面周向边缘上，第一连杆702远端铰接于第三连杆703近端与第三连杆703远端之间的位置7030处；第二连杆702近端铰接于第一连杆701近端与第一连杆701远端之间的位置7010处，第二连杆702远端铰接第四连杆704近端；第三连杆703远端铰接于第四连杆704近端与第四连杆704远端之间的位置7040处，第三连杆703的近端铰接于滑块6的周向外表面；第四连杆704远端与筘片8焊接。
每一第四连杆704包括一铰接部7041、自铰接部7041远端向内弯折延伸形成的一延伸部7042，铰接部7041与延伸部7042一体式连接。第二连杆702远端与铰接部7041近端铰接，第三连杆703远端铰接于铰接部7041的近端与铰接部7041远端之间的位置处；每一延伸部7042远端与筘片8焊接。每一筘片8包括一连接端81及一插入端82，每一连接端81与延伸部7042远端焊接，每一筘片8自连接端81向上延伸至插入端82，插入端82用于插入预制体9内相邻两组编织纱线10交汇处的花节11内。
具体地，每一连杆机构7中，第一连杆701与第二连杆702的铰接处、第一连杆701与第三连杆703的铰接处、第二连杆702与第四连杆704的铰接处、第三连杆703与第四连杆704的铰接处连接形成平行四边形。优选地，第一连杆701与第二连杆702的铰接处位于第一连杆701的中点处，第一连杆701与第三连杆703的铰接处位于第三连杆703的中点处，第三连杆703与第四连杆704的铰接处位于第四连杆704的铰接部7042的中点处。
在纱线编织结束后，该预制体致密化装置的致密化工作开始，根据预制体需要致密部位的竖直位置，通过第二驱动机构3即伺服电机控制旋转平台4在水平面内自旋，工作台5旋转从而带动连杆机构7进行旋转运动，以使筘片8处于与花节11同一水平位置，通过第一驱动机构1即电缸驱动滑块6沿中心轴61上下移动，滑块6与每一第三连杆703使用铰链连接，通过滑块6在竖直方向上下移动来控制每一连杆机构7的运动，并通过每一连杆机构7远离工作台5的远端带动筘片8移动，使筘片8处于预制体的花节11的同一高度，即筘片8抬高至预制体的花节11高度处，筘片8插入花节11处，使预制体编织过程中两组编织纱线10交汇形成的间隙缩小，以使筘片8进行预制体的编织纱线的致密化。
具体地，当第一驱动机构1驱动滑块6沿中心轴61向下移动时，带动连杆机构7位置发生改变，第三连杆703与中心轴61上的滑块6连接端下移，第三连杆703与第四连杆704连接端上移，使第四连杆704向上并向内运动，筘片8随第四连杆704向内移动，以到达预制体9的小端且筘片8的插入端82插入两组编织纱线10的交汇处的花节11内，以抬高交汇处的间隙，使编织纱线收紧，即实现筘片8对预制体9的小端内碳纤维进行致密，即实现筘片8对预制体9的小端的致密化。
当第一驱动机构1驱动滑块6沿中心轴61向上移动时，连杆机构7位置再次发生变化，第四连杆704向下并向外运动，筘片8随第四连杆704向外移动，以到达预制体9的大端处，且筘片8的插入端82插入两组编织纱线10的交汇处的花节11，以抬高交汇处间隙，使编织纱线收紧，即实现筘片8对预制体9的大端的致密化。
即提升机构用于控制该预制体致密化装置沿竖直方向上的直线运动，旋转机构用于控制该预制体致密化装置水平方向的旋转运动，移动机构包括多个连杆机构7，每个连杆机构7包括四根连杆，通过套设于中心轴61上的滑块6的上下移动使移动机构进行运动，连杆机构7顶部的插入机构即筘片8先经过旋转机构到达预制体的花节11位置处，再通过移动机构提高筘片8位置，把编织纱线10交汇处的花节11抬高，使编织纱线10收紧，达到多次致密的目的。
所述预制体致密化装置的使用方法步骤以下包括：
S1：第二驱动机构3即旋转电机驱动工作台4转动，工作台4带动连杆机构7转动，通过连杆机构7使筘片8转动，使筘片8与花节11在同一水平位置；S2：在第一驱动机构1即电缸的驱动下，中心轴61上的滑块6向上或向下运动，滑块6向上或向下运动带动多个连杆机构7运动，提高筘片8位置，把编织纱线10交汇处的花节11抬高，使编织纱线10收紧；S3：重复S1至S2，直至完成预制体9的致密化。
本发明所述的预制体致密化装置，通过第二驱动机构3驱动旋转平台4在水平面内自转，工作台5设于旋转平台4上方，中心轴61自工作台5顶端向上轴向延伸，滑块6滑动套设于中心轴61外周表面上；多个连杆机构7围绕中心轴61周向阵列分布，每一连杆机构7具有靠近工作台5的近端、靠近滑块6的移动端、远离工作台5的远端，每一连杆机构7中，近端铰接于工作台5顶面的周向边缘上，移动端铰接于滑块6外表面上，远端连接一筘片8；通过第一驱动机构1驱动滑块6沿中心轴61上下移动，每一连杆机构7的远端带动筘片8运动，以使筘片8完成预制体的致密化。与现有的其他装置相比，该预制体致密化装置适用性较广，能够满足高厚回转三维编织预制体的成形要求，能够确保高厚回转三维编织预制体的高效及高质量成形，该致密化装置利用机械方式将交织后的编织纱线10所形成的花节11移动至成形区，并达到设计的花节参数，从而该致密化装置能够满足预制体成形高度、花节均匀性的要求，实现预制体的致密化，改善预制体的性能。因此，该致密化装置利用机械方式，可将花节移动至成形区；打纬效率高，能够实现多通道多次致密；从而能够解决现有预制体纱线数量大、纤维间摩擦磨损严重、编织效果不佳的问题。

Claims (9)

1.一种预制体致密化装置，其特征在于，包括：旋转平台(4)、工作台(5)、中心轴(61)、滑块(6)、多个连杆机构(7)、筘片(8)、第一驱动机构(1)、第二驱动机构(3)；其中，
第二驱动机构(3)与旋转平台(4)连接用于驱动旋转平台(4)自转，工作台(5)同轴安装于旋转平台(4)上方；
中心轴(61)自工作台(5)顶端向上同轴延伸，滑块(6)滑动套设于中心轴(61)的外周表面上，第一驱动机构(1)用于驱动滑块(6)沿中心轴(61)的外周表面上下运动；
多个连杆机构(7)围绕中心轴(61)周向阵列分布，每一连杆机构(7)具有靠近工作台(5)的一近端、靠近滑块的一移动端、远离工作台(5)的一远端，每一连杆机构(7)中，近端铰接于工作台(5)的顶面周向边缘上，移动端铰接于滑块(6)的外表面上，远端连接一筘片(8)；
当滑块(6)沿中心轴(61)上下移动且旋转平台(4)绕中心轴(61)转动时，多个连杆机构(7)的远端带动筘片(8)运动，以使筘片(8)对预制体进行致密化。
2.根据权利要求1所述的预制体致密化装置，其特征在于，每一连杆机构(7)均包括一第一连杆(701)、一第二连杆(702)、一第三连杆(703)及一第四连杆(704)；其中，连杆机构(7)靠近工作台(5)的近端为第一连杆(701)近端，连杆机构(7)靠近滑块(6)的移动端为第三连杆(703)近端，连杆机构(7)远离工作台(5)的远端为第四连杆(704)远端；第一连杆(701)近端铰接于工作台(5)的顶面周向边缘上，第一连杆(701)远端铰接于第三连杆(703)近端与第三连杆(703)远端之间的位置处；第二连杆(702)近端铰接于第一连杆(701)近端与第一连杆(701)远端之间的位置处；第二连杆(702)远端铰接第四连杆(704)近端；第三连杆(703)远端铰接于第四连杆(704)近端与第四连杆(704)远端之间的位置处。
3.根据权利要求2所述的预制体致密化装置，其特征在于，每一连杆机构(7)中，第一连杆(701)与第二连杆(702)的铰接处、第一连杆(701)与第三连杆(703)的铰接处、第二连杆(702)与第四连杆(704)的铰接处、第三连杆(703)与第四连杆(704)的铰接处连接形成平行四边形。
4.根据权利要求2所述的预制体致密化装置，其特征在于，每一第四连杆(704)包括铰接部(7041)、自铰接部(7041)远端向内弯折延伸形成的延伸部(7042)，第二连杆(702)远端与铰接部(7041)近端铰接，第三连杆(703)远端铰接于铰接部(7041)近端与铰接部(7041)远端之间的位置处；每一延伸部(7042)远端连接一筘片(8)。
5.根据权利要求4所述的预制体致密化装置，其特征在于，每一筘片(8)包括一连接端(81)及一插入端(82)，每一连接端(81)与延伸部(7042)远端焊接，每一筘片(8)自连接端(81)向上延伸至插入端(82)，插入端(82)用于插入预制体的相邻两组编织纱线(10)交汇处的花节(11)内。
6.根据权利要求5所述的预制体致密化装置，其特征在于，当滑块(6)沿中心轴(61)向下移动时，每一连杆机构(7)的远端带动筘片(8)向上且向内运动以到达预制体的小端，且使插入端(82)插入预制体的花节(11)内以抬高花节(11)使编织纱线(10)收紧。
7.根据权利要求5所述的预制体致密化装置，其特征在于，当滑块(6)沿中心轴(61)向上移动时，每一连杆机构(7)的远端带动筘片(8)向下且向外运动以到达预制体的大端，且使插入端(82)插入预制体的花节(11)内以抬高花节(11)使编织纱线(10)收紧。
8.根据权利要求5所述的预制体致密化装置，其特征在于，每一连杆机构(7)中，筘片(8)的连接端(81)与第四连杆(704)的远端焊接；铰接部(7041)与延伸部(7042)一体式连接。
9.根据权利要求1所述的预制体致密化装置，其特征在于，每一连杆机构(7)中，第二驱动机构(3)通过齿轮传动机构与旋转平台(4)连接以驱动旋转平台(4)自转。
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