CN116136041B - 一种用于缝合多层堆叠碳纤维织物的可变距多针夹持装置 - Google Patents
一种用于缝合多层堆叠碳纤维织物的可变距多针夹持装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于缝合多层堆叠碳纤维织物的可变距多针夹持装置，由缝针夹持模块、凸轮变距模块和凸轮夹紧模块组成，所述缝针夹持模块用于夹紧带有缝线的缝针；所述凸轮变距模块中的凸轮轴设置有圈数相同，螺距从中间向两侧依次增大的凸轮槽，用于控制所有相邻缝针夹持模块之间的距离能够同步增大，达到变距的作用；所述凸轮夹紧模块通过控制其上安装的缝针夹持模块中的夹块，实现同步控制所有的缝针的夹紧与释放。本发明通过凸轮夹紧模块实现了所有缝针的同步夹取动作，通过凸轮变距模块控制相邻缝针夹持模块之间距离变化，实现了所有缝针的变距，最终实现了多层堆叠碳纤维织物的多针夹持与变距，提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及多层堆叠碳纤维织物缝合技术领域，具体来说涉及一种用于缝合多层堆叠碳纤维织物的可变距多针夹持装置。
背景技术
碳纤维织物增强聚合物基复合材料具有优异的比强度和比刚度，广泛应用于汽车、航空航天和土木工程等领域。由多层堆叠的二维碳纤维织物作为增强体制备的复合材料层合板层间力学性能较弱，容易发生层间分层损伤，极大地限制了复合材料的实际工程应用。缝合复合材料技术指利用高强度缝合线将多层堆叠的二维碳纤维织物沿厚度方向进行缝合，制备得到具有三维结构的增强体，进而提高复合材料的层间力学性能，拓展复合材料的工程应用领域。目前在一些自动化缝合设备中，缝合过程多采用气动手指夹持单个缝针完成，如申请号为CN 2017111260078与CN 2020101643649等装置。缝合复合材料的缝合图案常为多排平行等距缝合线迹，采用单个缝针的缝合效率低下，限制了缝合复合材料大批量工业化应用。因此设计能够夹持多个缝针，且缝针间距可调的变距多针夹持装置十分必要。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术中的单针缝合效率低下的技术问题，提供一种用于缝合多层堆叠碳纤维织物的可变距多针夹持装置。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于缝合多层堆叠碳纤维织物的可变距多针夹持装置，包括缝针夹持模块、凸轮变距模块、凸轮夹紧模块，所述缝针夹持模块包括底块、夹块、橡胶夹块、缝针、钢珠，所述底块侧面设置有带倒角的储针孔，倒角方便缝针进入储针孔，所述底块上面三个圆柱孔，中间圆柱孔内侧面设置有半圆孔用于嵌入钢珠，所述夹块侧面设置有凹槽与橡胶夹块粘胶，所述夹块上端设置有两个圆柱导孔。
所述凸轮变距模块包括电机、小齿轮、大齿轮、凸轮轴、大底块、导向柱，所述导向柱与缝针夹持模块中底块上方的两个圆柱孔配合，导向柱因数量为二，从而限制缝针夹持模块的旋转自由度，使其只能上下运动，所述凸轮轴上设置有若干个凸轮槽，垂直于凸轮槽轴线的凸轮槽截面为半圆形状，半圆形状能使缝针夹持模块的钢珠嵌入形成活动配合，旋转凸轮轴能使钢珠在凸轮槽中运动，进而控制缝针夹持模块上下运动。凸轮槽分为中间凸轮槽和两侧凸轮槽。中间凸轮槽的开槽方向在凸轮轴的圆周方向，两侧凸轮槽的开槽方向沿凸轮槽螺旋上升，两侧的螺纹圈数相同，且螺距从中间向两侧依次增大，所述小齿轮安装在电机上，大齿轮安装在凸轮轴上，电机通过齿轮传动驱动凸轮轴旋转，所述大底块一侧设置有四个导向圆孔。
所述凸轮夹紧机构包括小型步进电机、大夹块、凸轮、弹性垫圈，所述大夹块中间设置有两个圆柱与缝针夹持模块中夹块的导向圆孔配合，所述大夹块侧面设置有四个导向圆柱与大底块的导向圆孔形成活动的孔轴配合，使得大夹块只能前后运动，所述大夹块下端侧面设置有矩形槽，所述矩形槽外侧始终保持与凸轮接触，所述小型步进电机安装在凸轮变距模块的大底座下端，所述小型步进电机上安装有凸轮，通过凸轮与大夹块的接触，驱动小型步进电机能控制凸轮使得大夹块前后运动从而控制缝针夹持模块实现夹紧缝针的作用，所述弹性垫圈数量为四，并分别安装在四个导向圆柱上，弹性垫圈始终处于压缩状态，保证凸轮与大夹块的矩形槽外侧始终接触，起到释放缝针的作用。
作为优选的，所述橡胶夹块侧面一端设置倒角方便插入缝针，另一端设置矩形槽穿过夹块侧面的矩形凸台并形成过盈配合。
作为优选的，所述缝针夹持模块的底块侧面一端设置有矩形槽，缝针夹持模块的夹块侧面设置有矩形凸台，所述矩形槽与矩形凸台形成活动嵌入配合，使得缝针夹持模块的底块与夹块只能在前后方向运动，在其他方向保持同步运动。
作为优选的，所述缝针夹持模块数量与凸轮变距模块中凸轮轴上凸轮槽数量一致。
作为优选的，所述缝针夹持模块的缝针中间开有槽口，两端为圆锥形状，中间槽口用于连接缝线。
在上述技术方案中，本发明提供的一种用于缝合堆叠碳纤维织物的可变距多针夹持装置，具有以下有益效果：
1、该发明，通过凸轮变距模块控制所有缝针夹持模块上下运动且始终保持不同缝针夹持模块之间的距离同步放大与缩小，实现了根据需要控制缝针之间的间距，提高了工作效率。
2、该发明，通过凸轮夹紧模块同时控制所有缝针夹持模块的夹块同步前后运动实现多个缝针的夹取与释放，提高了生产效率。
3、该发明，通过在夹块上安装橡胶夹块面接触夹紧缝针，改变了现有设备中刚性接触面夹紧缝针为线接触不牢固的问题。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种用于缝合多层堆叠碳纤维织物的可变距多针夹持装置的立体图；
图2为本发明实施例提供的一种用于缝合多层堆叠碳纤维织物的可变距多针夹持装置的正视图；
图3为本发明实施例提供的一种用于缝合多层堆叠碳纤维织物的可变距多针夹持装置中缝针夹持模块的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种用于缝合多层堆叠碳纤维织物的可变距多针夹持装置中凸轮变距模块的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种用于缝合多层堆叠碳纤维织物的可变距多针夹持装置中凸轮夹紧模块的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种用于缝合多层堆叠碳纤维织物的可变距多针夹持装置中底块的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种用于缝合多层堆叠碳纤维织物的可变距多针夹持装置中夹块的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的一种用于缝合多层堆叠碳纤维织物的可变距多针夹持装置中凸轮轴的结构示意图；
图9为本发明实施例提供的一种用于缝合多层堆叠碳纤维织物的可变距多针夹持装置中大底块的结构示意图；
图10为图2中A标注处的截面图。
附图标记：
1、缝针夹持模块；2、凸轮变距模块；3、凸轮夹紧模块。
11、底块；12、夹块；13、橡胶夹块；14、缝针；15、钢珠；21、电机；22、小齿轮；23、大齿轮；24、凸轮轴；25、大底块；26、导向轴；31、小型步进电机；32、大夹块；33、凸轮；34、弹性垫圈。
110、储针孔；111、圆柱孔；112、矩形槽；121、凹槽；122、圆柱导孔；123、矩形凸台；251、导向圆孔；321、导柱；322、矩形槽；323、导向圆柱。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图1至附图10对本发明作进一步的详细介绍。
一种用于缝合多层堆叠碳纤维织物的可变距多针夹持装置，包括缝针夹持模块1、凸轮变距模块2、凸轮夹紧模块3，所述缝针夹持模块1包括底块11、夹块12、橡胶夹块13、缝针14、钢珠15，所述底块11侧面设置有带倒角的储针孔110，倒角方便缝针14进入储针孔110，所述底块11上面三个圆柱孔111，中间圆柱孔111内侧面设置有半圆孔用于嵌入钢珠15，所述夹块12侧面设置有凹槽121，并与橡胶夹块13粘胶，所述夹块12上端设置有两个圆柱导孔122，所述夹块12侧面一端设置有矩形凸台123。
所述凸轮变距模块2包括电机21、小齿轮22、大齿轮23、凸轮轴24、大底块25、导向轴26，所述导向轴26与缝针夹持模块1中底块11上面的两个圆柱孔111配合，导向轴26数量为二，限制了缝针夹持模块1的旋转自由度，使其只能上下运动，所述凸轮轴24上设置有若干个凸轮槽，垂直于槽轴线的凸轮槽截面为半圆形状，半圆形状能使缝针夹持模块的钢珠15嵌入形成活动配合，从而通过旋转凸轮轴24，使钢珠15在槽中运动，进而控制缝针夹持模块1上下运动，中间凸轮槽在凸轮轴24的圆周方向上，两侧凸轮槽为螺旋上升的螺纹形状，在螺纹圈数相同情况下，两侧凸轮槽的螺距从中间向两侧依次增大，所述小齿轮22安装在电机21上，大齿轮23安装在凸轮轴24上，电机21通过齿轮传动驱动凸轮轴24旋转，所述大底块25一侧设置有四个导向圆孔251。
所述凸轮夹紧模块3包括小型步进电机31、大夹块32、凸轮33、弹性垫圈34，所述大夹块32中间设置有两个导柱321，与缝针夹持模块1中夹块12的导向圆孔122配合，所述大夹块32侧面设置有四个导向圆柱323，与大底块25的导向圆孔251形成活动的孔轴配合，使得大夹块32只能前后运动，所述大夹块32下端侧面设置有矩形槽322，所述矩形槽322外侧始终保持与凸轮33接触，所述小型步进电机31安装在凸轮变距模块2的大底块25下端，所述小型步进电机31上安装有凸轮33，通过凸轮33与大夹块32的接触，驱动小型步进电机31能控制凸轮33使得大夹块32前后运动，从而控制缝针夹持模块1实现夹紧缝针14的作用，所述弹性垫圈34数量为四，并分别安装在大夹块32的四个导向圆柱323上，弹性垫圈34始终处于压缩状态，保证凸轮33与大夹块32的矩形槽322外侧始终接触，进而起到释放缝针14的作用。
所述橡胶夹块13侧面一端设置倒角便于插入缝针14，另一端设置矩形槽穿过夹块12侧面的矩形凸台123并形成过盈配合。
所述缝针夹持模块1的底块11侧面一端设置有矩形槽112，缝针夹持模块1的夹块12侧面设置有矩形凸台123，所述矩形槽112与矩形凸台123形成活动嵌入配合使得缝针夹持模块1的底块11与夹块12只能在前后方向运动，在其他方向保持同步运动。
所述缝针夹持模块1数量与凸轮变距模块2中凸轮轴24上凸轮槽数量一致。
所述缝针夹持模块1的缝针14中间开有槽口，两端为圆锥形状，中间槽口用于连接缝线。
本发明的工作过程主要分为缝针夹持模块同步变距和同步夹紧：
缝针夹持模块同步变距：驱动凸轮变距模块2中的电机21，电机21通过小齿轮22与大齿轮23的齿轮传动驱动凸轮轴24旋转，此时，缝针夹持模块1中的钢珠15一半嵌入在底块11中间圆柱孔111的半圆孔中，另一半嵌入在凸轮变距模块2中凸轮轴24的凸轮槽中，因缝针夹持模块1的底块11上面两个圆柱孔111安装在凸轮变距模块2中的两个导向轴26上，使得缝针夹持模块1只能沿导向轴26轴线方向运动，所以在钢珠15的作用下，凸轮轴24旋转使得缝针夹持模块1在凸轮轴24的螺旋状凸轮槽轨迹中上下运动，因凸轮轴24除了中间凸轮槽在其圆周方向上，两侧的凸轮槽为螺旋上升的螺纹形状，在螺纹圈数相同下，两侧凸轮槽的螺距从中间向两侧依次增大，从而使得所有相邻缝针夹持模块1之间的距离能够同步增大达到变距的作用。
缝针夹持模块同步夹紧：所有的缝针夹持模块1中夹块12上面的圆柱导孔122均安装在凸轮夹紧模块3中大夹块32中间的两个圆导柱321上，保证了大夹块32能控制所有缝针夹持模块1中的夹块12前后运动实现夹紧缝针14的作用，驱动凸轮夹紧模块3的小型步进电机31使得凸轮33转动，因为大夹块32侧面的导向圆柱323上安装有始终保持压缩状态的弹性垫圈34，从而在弹性垫圈34弹力作用下使得大夹块32下端的矩形槽322外侧与凸轮33始终接触，在两者保持接触的作用下，凸轮33转动能实现大夹块32前后运动带动其上安装的所有缝针夹持模块1中夹块12运动，实现全部缝针14的同步夹紧与释放。
本领域技术人员可以理解的是，其他类似连接方式也可以实现本发明。例如焊接、粘接或者螺接等方式。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。
Claims (5)
1.一种用于缝合多层堆叠碳纤维织物的可变距多针夹持装置，其特征在于，包括缝针夹持模块（1）、凸轮变距模块（2）、凸轮夹紧模块（3），所述缝针夹持模块（1）包括底块（11）、夹块（12）、橡胶夹块（13）、缝针（14）、钢珠（15），所述底块（11）侧面一端设置有第一矩形槽（112），所述夹块（12）侧面固定有橡胶夹块（13），所述夹块（12）侧面还设置有矩形凸台（123），所述矩形凸台（123）与所述第一矩形槽（112）形成活动嵌入配合使得缝针夹持模块（1）的底块（11）与夹块（12）只能在前后方向运动，在其他方向保持同步运动；
所述凸轮变距模块（2）包括电机（21）、小齿轮（22）、大齿轮（23）、凸轮轴（24）、大底块（25）、导向轴（26），所述导向轴（26）与缝针夹持模块（1）中底块（11）上面的两个圆柱孔（111）配合，导向轴（26）因数量为二从而限制缝针夹持模块（1）的旋转自由度使其只能上下运动，所述凸轮轴（24）上设置有若干个凸轮槽，凸轮槽内部垂直槽轴线截面为半圆形状，半圆形状能使缝针夹持模块的钢珠（15）嵌入形成活动配合，从而通过钢珠（15）使旋转凸轮轴（24）能达到控制缝针夹持模块（1）上下运动的作用，中间凸轮槽在凸轮轴（24）的圆周方向上，两侧凸轮槽为螺旋上升的螺纹形状，在螺纹圈数相同情况下，两侧凸轮槽的螺距从中间向两侧依次增大，所述小齿轮（22）安装在电机（21）上，大齿轮（23）安装在凸轮轴（24）上，电机（21）通过齿轮传动驱动凸轮轴（24）旋转，所述大底块（25）一侧设置有四个导向圆孔（251）；
所述凸轮夹紧模块（3）包括小型步进电机（31）、大夹块（32）、凸轮（33）、弹性垫圈（34），所述大夹块（32）中间设置有两个导柱（321）与缝针夹持模块（1）中夹块（12）的圆柱导孔（122）配合，所述大夹块（32）侧面设置有四个导向圆柱（323）与大底块（25）的导向圆孔（251）形成活动的孔轴配合使得大夹块（32）只能前后运动，所述大夹块（32）下端侧面设置有第二矩形槽（322），所述第二矩形槽（322）外侧始终保持与凸轮（33）接触，所述小型步进电机（31）安装在凸轮变距模块（2）的大底块（25）下端，所述小型步进电机（31）上安装有凸轮（33），通过凸轮（33）与大夹块（32）的接触，驱动小型步进电机（31）能控制凸轮（33）使得大夹块（32）前后运动从而控制缝针夹持模块（1）实现夹紧缝针（14）的作用，所述弹性垫圈（34）数量为四，并分别安装在大夹块（32）的四个导向圆柱（323）上，弹性垫圈（34）始终处于压缩状态保证凸轮（33）与大夹块（32）的第二矩形槽（322）外侧始终接触起到释放缝针（14）的作用。
2.根据权利要求1所述的一种用于缝合多层堆叠碳纤维织物的可变距多针夹持装置，其特征在于，所述底块（11）侧面设置有带倒角的储针孔（110），倒角方便缝针（14）进入储针孔（110），所述底块（11）上面三个圆柱孔（111），中间的圆柱孔（111）内侧面设置有半圆孔用于嵌入钢珠（15）。
3.根据权利要求1所述的一种用于缝合多层堆叠碳纤维织物的可变距多针夹持装置，其特征在于，所述夹块（12）上端设置有两个圆柱导孔（122），所述夹块（12）侧面一端设置有矩形凸台（123）。
4.根据权利要求1所述的一种用于缝合多层堆叠碳纤维织物的可变距多针夹持装置，其特征在于，所述缝针夹持模块（1）数量与凸轮变距模块（2）中凸轮轴（24）上凸轮槽数量一致。
5.根据权利要求1所述的一种用于缝合多层堆叠碳纤维织物的可变距多针夹持装置，其特征在于，所述缝针夹持模块（1）的缝针（14）中间开有槽口，两端为圆锥形状，中间槽口用于连接缝线。
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| Title |
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| 复合材料单边缝合机械手线迹稳定成型技术研究;姚福林;李亮玉;岳建锋;张立栋;赵娜;;机械工程学报;20160420(第13期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116136041A (zh) | 2023-05-19 |
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