CN209686032U - 一种由齿形带传动的三维圆形编织机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种由齿形带传动的三维圆形编织机，包括机架，机架上沿竖直方向安装有圆环板，圆环板上同轴安装有环形的轨道基板，轨道基板的圆周上均匀分布有若干四缺口角导轮，四缺口角导轮上设有携纱器，四缺口角导轮通过导向传动轴连接在机架上，导向传动轴上连接有传动机构，机架的中心处设有芯轴，芯轴的一端设有纱嘴，芯轴的另一端设有机械臂。本实用新型利用六自由度机械臂的末端和芯轴相连接来直接控制芯轴的运动，实现大直径复杂形状与成型件的三维编织。
Description
技术领域
本实用新型属于纺织机械技术领域，涉及一种由齿形带传动的三维圆形编织机。
背景技术
传统的编织技术一般用来生产软管、绳索、电缆等类似的管状产品。然而近年来，在纤维增强复合材料、医疗移植等领域有很大的应用前景，可以用来生产飞行器转子叶片、人工气管支架等先进复合材料预成型件的三维编织物。但编织技术仍然没有像纤维缠绕和机织技术那样广泛的应用于复合材料行业。
三维纺织技术包括三维编织技术、三维机织技术和三维针织技术等，其中三维编织技术是20世纪70年代发展起来用于制造立体织物的一种新型技术。与其他立体织物制造技术相比，本实用新型中的三维编织技术是一种通过沿织物成型方向取向的多根纱线按照一定的规律倾斜交叉，使纱线相互交织在一起的工艺。以三维编织技术为核心的三维编织机可编织包括圆形、方形规则和异形三维织物等在内的多种不同形状的织物。编织后的织物具有整体结构不分层、沿编织方向截面可不断变化、复杂的结构构件一次成型等特点，具有耐冲击、抗分层和抗蠕变等性能，在生物组织材料、汽车、风力发电的风叶、航空航天等技术领域得到了广泛的应用。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种由齿形带传动的三维圆形编织机，该编织机利用六自由度机械臂的末端和芯轴相连接来直接控制芯轴的运动，实现大直径复杂形状与成型件的三维编织。
本实用新型所采用的技术方案是，一种由齿形带传动的三维圆形编织机，包括机架，机架上沿竖直方向安装有圆环板，圆环板上同轴安装有环形的轨道基板，轨道基板的圆周上均匀分布有若干四缺口角导轮，四缺口角导轮上设有携纱器，四缺口角导轮通过导向传动轴连接在机架上，导向传动轴上连接有传动机构，机架的中心处设有芯轴，芯轴的一端设有纱嘴，芯轴的另一端设有机械臂；
携纱器包括锭杆，锭杆的一端连接在安装基座的一侧面上，安装基座的另一侧面通过中心柱连接在脚底板的一侧面上，脚底板的另一侧面上设有两个脚爪。
本实用新型的特点还在于，
机架包括中空的基板，基板上均匀分布有若干基板孔，各基板孔围起来形成一个圆形结构；基板的底部设有基座；
基板的两端均设有支撑架A和支撑架B，支撑架A和支撑架B分别位于基板一端的相对两侧。
圆环板包括同轴设置的外圆环板和内圆环板，内圆环板嵌套在外圆环板内，外圆环板的内孔边缘处依次连续开设有半圆弧A，内圆环板的外部边缘处依次连续开设有半圆弧B，当外圆环板与内圆环板配合在一起时，每个半圆弧A恰好对应与一个半圆弧B拼接构成整圆A；
外圆环板固定在机架基板的前侧面上，且半圆弧A与半圆弧B构成的每个整圆A均对应与一个基板孔同轴；外圆环板上设有圆形的轨道基板。
轨道基板包括若干个依次连接的圆形轨道板模块，每个轨道板模块对应同轴安装在一个基板孔上，每个轨道板模块上同轴开设有圆形轨道，每个轨道板模块的相对两端分别设有弧形缺口和弧形导向槽，弧形缺口和弧形导向槽均与圆形轨道贯通；
相邻两个轨道板模块的配合方式为，前一个轨道板模块上的弧形导向槽两端恰好与后一个轨道板模块上的弧形缺口的两端对接上。
每个所述四缺口角导轮的一侧中心处设有角导轮传动轴，角导轮传动轴的一端连接在四缺口角导轮上，角导轮传动轴的另一端依次穿过轨道板模块、整圆A及基板孔，基板孔内通过轴承座安装有一对滚动轴承，角导轮传动轴同轴套接在滚动轴承上，一对滚动轴承在轴承座内支撑着角导轮传动轴的中部，轴承体锁紧环将轴承座固定在机架基板上；
角导轮传动轴的另一端端部同轴套接有轴端挡板，轴端挡板与轴向定位套一起将齿形带轮同轴固定在导轮传动轴另一端上；各四缺口角导轮依次相切形成封闭的整圆B，携纱器安装在四缺口角导轮的缺口处。
传动机构包括电机，电机的输出轴上安装有齿轮A，齿轮A与齿轮B啮合，齿轮B的中心轴上同轴套接有齿轮C，齿轮C与齿轮D啮合，齿轮D的中心轴与角导轮传动轴连接，使齿轮A与齿形带轮同轴，齿形带轮的外缘轮面上设有齿槽，齿形带轮的外缘设有双面齿形带，双面齿形带呈S状缠绕在各齿形带轮的外缘上，且双面齿形带与齿形带轮外缘上的齿槽啮合。
本实用新型的有益效果是，本实用新型通过携纱器释放编织纱，同时经纱从纱架上释放，穿过经纱中心孔和角导轮的中心，两组纱线交织编织在芯轴上。此时，填充纱也从外部纱架上获得并编织在芯轴上，形成三维编织物；六自由度机械臂通过末端执行器与芯轴相连接，控制芯轴做不同方向的移动，实现预成型件的卷取，即完成整个编织工作。通过计算机系统控制编织机运动参数，可以编织不同纱线覆盖因子和纤维体积分数的编织物。
附图说明
图1是本实用新型一种由齿形带传动的三维圆形编织机的结构示意图；
图2是本实用新型一种由齿形带传动的三维圆形编织机中机架的结构示意图；
图3是本实用新型一种由齿形带传动的三维圆形编织机的侧视图；
图4是本实用新型一种由齿形带传动的三维圆形编织机中圆环板与机架基板的连接结构示意图；
图5是图4爆炸结构示意图；
图6是本实用新型一种由齿形带传动的三维圆形编织机中轨道板模块的结构示意图；
图7是本实用新型一种由齿形带传动的三维圆形编织机中四缺口角导轮与机架基板的连接爆炸结构示意图；
图8是本实用新型一种由齿形带传动的三维圆形编织机中四缺口角导轮与机架基板的连接剖视图；
图9是本实用新型一种由齿形带传动的三维圆形编织机中传动机构的结构示意图；
图10是本实用新型一种由齿形带传动的三维圆形编织机中携纱器的结构示意图；
图11是本实用新型一种由齿形带传动的三维圆形编织机中携纱器与四缺口角导轮的结构示意图；
图12是本实用新型一种由齿形带传动的三维圆形编织机中携纱器在四缺口角导轮上的运动轨迹示意图；
图13是本实用新型一种由齿形带传动的三维圆形编织机中机械臂的结构示意图；
图14(a)、(b)是本实用新型一种由齿形带传动的三维圆形编织机的编织原理图；
图15是本实用新型一种由齿形带传动的三维圆形编织机的背面结构示意图。
图中，1.机械臂，1-1.底座驱动箱，1-2.驱动臂座，1-3.连杆，1-4.大臂，1-5.手臂，1-6.手腕，1-7.末端执行器；
2.机架，2-1.机架基板，2-2.基板孔，2-3.基座，2-4.支撑架A，2-5.支撑架B；
3.圆环板，3-1外圆环板，3-2内圆环板，3-3.半圆弧A，3-4.半圆弧B；
4.罩壳；5.四缺口角导轮；
6.携纱器，6-1.锭杆，6-2.安装基座，6-3.脚底板，6-4.脚爪，6-5.中心柱；
7.纱嘴；8.芯轴；9.填充纱；
10.轨道基板，10-1.圆形轨道，10-2.轨道板模块，10-3.弧形缺口，10-4.弧形导向槽；
11.轴承座，12.轴承体锁紧环，13.滚动轴承，14.轴端挡板，15.轴向定位套，16.齿形带轮，17.经纱，18.编织纱，19.经纱中心孔，20.角导轮传动轴，21.编织环，22.双面同步齿形带，23.电机，24.齿轮A，25.齿轮B，26.齿轮C，27.齿轮D。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
本实用新型一种由齿形带传动的三维圆形编织机，结构图1所示，包括机架2，机架2上沿竖直方向安装有圆环板3，圆环板3上同轴安装有环形的轨道基板10，轨道基板10的圆周上均匀分布有若干四缺口角导轮5，四缺口角导轮5上设有携纱器6，四缺口角导轮5通过导向传动轴20连接在机架2上，导向传动轴20上连接有传动机构，机架2的中心处设有芯轴8，芯轴8的一端设有纱嘴7，芯轴8的另一端设有机械臂1。在采用两套机械臂装置的情况下，机械臂可在芯轴的上下或左右对称布置。
如图2所示，机架2包括中空的基板2-1，基板2-1上均匀分布有若干基板孔2-2，各基板孔2-2围起来形成一个圆形结构；基板2-1的底部设有基座2-3；
如图3所示，基板2-1的两端均设有支撑架A2-4和支撑架B2-5，支撑架A2-4和支撑架B2-5分别位于基板2-1一端的相对两侧。
如图4、5所示，圆环板3包括同轴设置的外圆环板3-1和内圆环板3-2，内圆环板3-2嵌套在外圆环板3-1内，外圆环板3-1的内孔边缘处依次连续开设有半圆弧A3-3，内圆环板3-2的外部边缘处依次连续开设有半圆弧B3-4，当外圆环板3-1与内圆环板3-2配合在一起时，每个半圆弧A3-3恰好对应与一个半圆弧B3-4拼接构成整圆A；
外圆环板3-1固定在机架基板2-1的前侧面(机架基板2-1朝向操作者的一面为前侧面)上，且半圆弧A3-3与半圆弧B3-4构成的每个整圆A均对应与一个基板孔2-2同轴，整圆A数量与基板孔2-2的数量相同；
外圆环板3-1上设有圆形的轨道基板10，轨道基板10包括若干个依次连接的圆形轨道板模块10-2，每个轨道板模块10-2对应同轴安装在一个基板孔2-2上。
如图6所示，每个轨道板模块10-2上同轴开设有圆形轨道10-1，每个轨道板模块10-2的相对两端分别设有弧形缺口10-3和弧形导向槽10-4，弧形缺口10-3和弧形导向槽10-4均与圆形轨道10-1贯通；
相邻两个轨道板模块10-2的配合方式为，前一个轨道板模块10-2上的弧形导向槽10-4两端恰好与后一个轨道板模块10-2上的弧形缺口10-3的两端对接上。
如图7所示，每个四缺口角导轮5的一侧中心处设有角导轮传动轴20，角导轮传动轴20的一端(前端)连接在四缺口角导轮5上，角导轮传动轴20的另一端依次穿过轨道板模块10-2、整圆A及基板孔2-2，基板孔2-2内通过轴承座11安装有一对滚动轴承13，角导轮传动轴20同轴套接在滚动轴承13上，一对滚动轴承13在轴承座11内支撑着角导轮传动轴20的中部，轴承体锁紧环12将轴承座11固定在机架基板2-1上；轴向定位套15对角导轮传动轴20的另一端(后端)的滚动轴承13内圈进行轴向定位；角导轮传动轴20的一端(前端)滚动轴承13内圈的轴向定位依靠角导轮传动轴20的轴肩，滚动轴承13外圈定位依靠轴承座11完成；
轴承座11与基板孔2-2为间隙配合。
如图8所示，角导轮传动轴20的另一端端部同轴套接有轴端挡板14，轴端挡板14与轴向定位套15一起将齿形带轮16同轴固定在导轮传动轴20另一端(后端)上；各四缺口角导轮5依次相切形成封闭的整圆B，携纱器6安装在四缺口角导轮5的缺口处。基板2-1的后侧设有罩壳4，轴端挡板14被包围在罩壳4内。
如图9所示，传动机构包括电机23，电机23的输出轴上安装有齿轮A24，齿轮A24与齿轮B25啮合，齿轮B25的中心轴上同轴套接有齿轮C26，齿轮C26与齿轮D27啮合，齿轮D27的中心轴与角导轮传动轴20连接，使齿轮A27与齿形带轮16同轴，齿形带轮16的外缘轮面上设有齿槽，齿形带轮16的外缘设有双面齿形带22，双面齿形带22呈S状缠绕在各齿形带轮16的外缘上，且双面齿形带22与齿形带轮16外缘上的齿槽啮合。
如图10所示，携纱器6包括锭杆6-1(不包括携纱筒管和张力器部分)，锭杆6-1的一端连接在安装基座6-2的一侧面上，安装基座6-2的另一侧面通过中心柱6-5连接在脚底板6-3的一侧面上，脚底板6-3的另一侧面上设有两个脚爪6-4。
中心柱6-5与安装基座6-2及脚底板6-3之间的配合方式均为过盈配合。
四缺口角导轮5的缺口握持着携纱器6上的中心柱6-5，使其随角导轮5转动,同时携纱器6的地脚爪6-4在轨道基板10上的圆形轨道10-1内滑动，以保证携纱器6运动过程中始终垂直于四缺口角导轮5的顶面或轨道基板10；
如图11所示，每个四缺口角导轮5上握持有两个携纱器6，每个携纱器6在各四缺口角导轮5之间依次沿着四缺口角导轮5的缺口运动。
如图12所示，每个四缺口角导轮5上的2个携纱器(A和B)分别沿着不同的轨道做“S”形运动，释放编织纱以完成编织。图11中，实线为第一个携纱器(携纱器A)的运动轨迹；虚线为第二个携纱器(携纱器B)的运动轨迹；
齿形带轮16的回转可带动同轴的四缺口角导轮5回转，本实用新型的每个四缺口角导轮5具有4个缺口(角导轮上缺口的数量根据编织物的结构参数而定)，每个四缺口角导轮5上握持有2个携纱器6，四缺口角导轮5的回转就可分别推动(带动)两个携纱器6沿着轨道基板10的圆形轨道10-1做“S”形编织运动，以释放编织纱18。
如图13所示，机械臂1包括手臂1-5，手臂1-5的一端依次设有手腕1-6和末端执行器1-7，手臂1-5、手腕1-6和末端执行器1-7分别由三个伺服电机控制A联合控制；
手臂1-5的另一点连接大臂1-4的一端，大臂1-4的另一端通过驱动臂座1-2连接底座驱动箱1-1，手臂1-5与驱动臂座1-2之间还设有连杆1-3；驱动臂座1-2、连杆1-3和大臂1-4分别由三个伺服电机B传动控制；
机械臂1通过末端执行器1-7与芯轴8连接。
机械臂1共六个自由度。
本实用新型一种由齿形带传动的三维圆形编织机的编织原理为，如图14(a)、(b)所示，图14(a)为本实用新型一种由齿形带传动的三维圆形编织机的编织状态示意图，图14(b)为本实用新型一种由齿形带传动的三维圆形编织机的简化编织原理图。携纱器6在轨道10基板上运动，携纱器6上的筒管通过纱线张力调节装置(本实用新型未示出)释放编织纱18，同时经纱17从纱架上释放，穿过经纱中心孔19和角导轮5的中心，两组纱线交织编织在芯轴8上，芯轴8上同轴套接有编织环21，此时，填充纱9也从外部纱架上获得并编织在芯轴8上，形成三维编织物。
芯轴8根据编织预成型件的形状和结构而定，具有复杂形状和特殊的结构，可根据编织预成型件的形状而变形。
如图15所示，锭杆6-1的一端设有经纱中心孔19。
本实用新型一种由齿形带传动的三维圆形编织机的特点为，可根据编织物不同的结构参数要求，如编织角、纱线覆盖因子和纤维体积分数调整编织机速度(携纱器6的运动速度)，芯轴8运动规律，以满足编织物的编织要求；本实用新型可调整编织机的结构参数，本实用新型中的机架基板2-1上基板孔2-2的大小和分布直径参数(基板孔2-2的数量)，四缺口角导轮5的数量参数，携纱器6的数量参数，四缺口角导轮5上缺口的数量参数，均在总体结构和零件结构设计中系统可调(各可调参数之间用关系式或方程控制)，以实现大直径复杂编织物的编。
Claims (6)
1.一种由齿形带传动的三维圆形编织机，其特征在于：包括机架，机架上沿竖直方向安装有圆环板，圆环板上同轴安装有环形的轨道基板，轨道基板的圆周上均匀分布有若干四缺口角导轮，四缺口角导轮上设有携纱器，四缺口角导轮通过导向传动轴连接在机架上，导向传动轴上连接有传动机构，机架的中心处设有芯轴，芯轴的一端设有纱嘴，芯轴的另一端设有机械臂；
携纱器包括锭杆，锭杆的一端连接在安装基座的一侧面上，安装基座的另一侧面通过中心柱连接在脚底板的一侧面上，脚底板的另一侧面上设有两个脚爪。
2.根据权利要求1所述的一种由齿形带传动的三维圆形编织机，其特征在于：所述机架包括中空的基板，基板上均匀分布有若干基板孔，各基板孔围起来形成一个圆形结构；基板的底部设有基座；
基板的两端均设有支撑架A和支撑架B，支撑架A和支撑架B分别位于基板一端的相对两侧。
3.根据权利要求2所述的一种由齿形带传动的三维圆形编织机，其特征在于：所述圆环板包括同轴设置的外圆环板和内圆环板，内圆环板嵌套在外圆环板内，外圆环板的内孔边缘处依次连续开设有半圆弧A，内圆环板的外部边缘处依次连续开设有半圆弧B，当外圆环板与内圆环板配合在一起时，每个半圆弧A恰好对应与一个半圆弧B拼接构成整圆A；
外圆环板固定在机架基板的前侧面上，且半圆弧A与半圆弧B构成的每个整圆A均对应与一个基板孔同轴；外圆环板上设有圆形的轨道基板。
4.根据权利要求3所述的一种由齿形带传动的三维圆形编织机，其特征在于：所述轨道基板包括若干个依次连接的圆形轨道板模块，每个轨道板模块对应同轴安装在一个基板孔上，每个轨道板模块上同轴开设有圆形轨道，每个轨道板模块的相对两端分别设有弧形缺口和弧形导向槽，弧形缺口和弧形导向槽均与圆形轨道贯通；
相邻两个轨道板模块的配合方式为，前一个轨道板模块上的弧形导向槽两端恰好与后一个轨道板模块上的弧形缺口的两端对接上。
5.根据权利要求4所述的一种由齿形带传动的三维圆形编织机，其特征在于：每个所述四缺口角导轮的一侧中心处设有角导轮传动轴，角导轮传动轴的一端连接在四缺口角导轮上，角导轮传动轴的另一端依次穿过轨道板模块、整圆A及基板孔，基板孔内通过轴承座安装有一对滚动轴承，角导轮传动轴同轴套接在滚动轴承上，一对滚动轴承在轴承座内支撑着角导轮传动轴的中部，轴承体锁紧环将轴承座固定在机架基板上；
角导轮传动轴的另一端端部同轴套接有轴端挡板，轴端挡板与轴向定位套一起将齿形带轮同轴固定在导轮传动轴另一端上；各四缺口角导轮依次相切形成封闭的整圆B，携纱器安装在四缺口角导轮的缺口处。
6.根据权利要求5所述的一种由齿形带传动的三维圆形编织机，其特征在于：所述传动机构包括电机，电机的输出轴上安装有齿轮A，齿轮A与齿轮B啮合，齿轮B的中心轴上同轴套接有齿轮C，齿轮C与齿轮D啮合，齿轮D的中心轴与角导轮传动轴连接，使齿轮A与齿形带轮同轴，齿形带轮的外缘轮面上设有齿槽，齿形带轮的外缘设有双面齿形带，双面齿形带呈S状缠绕在各齿形带轮的外缘上，且双面齿形带与齿形带轮外缘上的齿槽啮合。
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| CN117512857A (zh) * | 2024-01-05 | 2024-02-06 | 吉林大学 | 一种全自动仿生韧带编织机 |
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