专利名称：一种给环形芯轴缠绕碳纤维纱的方法及其设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种给环形芯轴缠绕碳纤维纱的方法及用于该方法的缠绕碳纤维纱设备。
背景技术：
因碳纤维材料成本较高，由其制作的碳纤维产品基本上都为壳体，制作时将多层碳纤维布包覆在与产品形状一致、略小于产品尺寸的坯体外制作成半成品，再将其放到模具内充气、加压、加热，让碳纤维层固化，再将坯体取出后得到碳纤维产品；为了增加碳纤维产品的强度，制作碳纤维产品时相邻碳纤维布的纹理都要相互交错呈一定角度，层层铺叠以达到产品所需厚度，目前这些工作都需要手工操作、不但繁琐且质量不高、还得不到保证。因此如何更快、更平整、紧凑的包覆碳纤维层，是业内人士急需解决的问题。从下述生产带内胎的碳纤维自行车轮圈半成品的步骤中，可以看出包覆碳纤维的重要性，步骤一制作与内胎形状一致、尺寸略小于内胎的芯轴，内胎为环状；步骤二，一片一片的叠加若干层碳纤维布，碳纤维布的纹理相互交错呈一定角度，再将碳纤维布层剪切成条状，其宽度刚好可将芯轴环形包覆，由于碳纤维层有粘胶，为在包覆时，纤维布不相互干涉粘接在一起，也为了包覆更加均勻平整、无气泡，条状的碳纤维布不能太长，为了达到产品所需厚度，只能分断多次、多层的重复包覆，由于内胎芯轴较大、较重，工人操作时都需长久站立，包覆一个内胎芯轴需用花2-3个小时才能完成；步骤三、为了让包覆的碳纤维层平整、紧凑、不松散，还需在其外层缠绕碳纤维带紧固制成内胎坯，这些工作都需工人操作； 步聚四，腔体模芯制作腔体模芯用于成型轮圈固定辐条的腔体，将与腔体形状一致、已充胀的塑料气袋外包覆碳素纤维层，在碳素纤维层靠近轮圈中心的内侧壁设有固定辐条的铝条；步骤五，将腔体模芯及内胎坯拼套在一起，并用碳素纤维层将二者包覆合并成一体制成轮圈半成品。由上描述可知，单单包覆一个内胎芯轴就需要花费2-3小时，不但耗时、费力、还不能保证碳纤维层的平整度，紧密度、厚度的均勻，而这些直接影响产品强度、性能的和质量；为了满足产品的宽度、长度及纹理要求，纤维布不断被裁剪，材料浪费较大，又因碳纤维布不可回收再用，为了降低成本、减小对环境的影响，需提高材料的利用率。
发明内容
为了解决背景技术所存在的技术问题，本发明提供一种给环形芯轴缠绕碳纤维纱的方法，具有简单可靠、提高生产效率、降低废品率、生产的轮圈产品碳纤维层平整、不会变形、能有效控制产品尺寸、使用强度高节省碳纤维布等优点。本发明还提供了一种用于上述方法的缠纱设备，该设备可以自动给环形芯轴缠绕碳纤维纱、缠绕的碳纤维层每层纱的纹理都相互交错呈一定角度，而且碳纤维层平整、紧密度高，由此加工的产品强度高、质量有保证，而且碳纤维材料可充分利用，因此具有省工、省时、降低成本、产品品质高等优点。
本发明解决其技术问题所采用的方法是一种给环形芯轴缠绕碳纤维纱的方法， 包括步骤一盘纱制作，将碳纤维带层层缠绕在销轴上制成盘纱；步骤二 芯轴定位，动力转子与定位转子相配夹持环形芯轴的内、外缘将芯轴悬空定位，限定芯轴不能径向、轴向移动；步骤三芯轴自转，动力转子由电机转轴带动自转，动力转子抵压在芯轴内缘，自转的同时通过摩擦力带动芯轴自转；步骤四缠纱，盘纱以芯轴壁体为中心转动，将碳纤维带层层缠绕在芯轴上。所述的盘纱其碳素纤维带宽度为8-12cm，角度为45_75度，碳纤维带之间通过塑料胶带防粘；所述的芯轴为刚性的，不易变形的。所述的盘纱有两个，分别固定在左、右转盘上，左、右转盘分别由电机的转轴带动旋转。所述的左、右转盘上还设有收缠塑料胶带的自转销。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种给环形芯轴缠绕碳纤维纱的设备，包括相互垂直的水平工作台和竖直工作台，至少三对动力转子及与之相配垂直悬空定位环形芯轴的定位转子设置在竖直工作台上，水平工作台设有左、右转盘，转盘上偏心设有由碳素纤维带制成的盘纱，左、右转盘的中心距等于环形芯轴的中心线的直径，即左、右盘中心点分别在环形芯轴中心线上，左、右转盘分别由电机的转轴带动旋转。在优选的实施结构中所述的定位转子设有限定芯轴轴向移动、且与芯轴壁体相配的凹槽，定位转子通过支臂与定位转子固定座联接，支臂可沿固定座移动；定位转子的凹槽保证环形芯轴在转动时不偏离轨道，且通过支臂的移动调节芯轴与动力转子的摩擦力。所述的动力转子与定位转子相配端设有阶梯，小端与定位转子的凹槽相配限定环形芯轴轴向、径向移动，动定转子的另一端为同轴心的皮带轮，电机转轴通过皮带带动皮带轮转动。所述的左、右转盘结构一致，均设有装卸芯轴的开口，底部为与主动齿轮、从动齿轮相啮合的齿结构，上部外缘设为V型槽，至少三个设置在转盘上的转盘定位转子卡设在 V型槽将转盘水平悬空定位，并限制转盘受外力轴向及径向移位，主动齿轮由电机转轴带动旋转，并通过皮带带动从动齿轮。所述的转盘定位转子通过固定座设置在转盘上，为减少转盘转动时与之的摩擦阻力，它与固定座之间设有轴承。所述的转盘还设有收缠塑料胶带的自转销，自转销随着转盘转动的同时，在电机转轴的带动下自转。由上述技术方案可知，环形芯轴动力转子、定位转子相配，限定了它轴向、径向的移动空间，因此当与电机转轴固定联接的动力转子抵压在环形芯轴的内缘时，动力转子自转的同时靠摩擦力带动芯轴转动，由于三点确定一个圆，环形芯轴由至少三个动力转子与定位转子限位，因此它只能是围绕圆心自转；而设置在水平工作台台面的左、右转盘的中心距等于环形芯轴中心线的直径，当环形芯轴垂直悬挂，并将环形芯轴的中心线水平两端点与左、右转盘的中心点重合，由于转盘上均偏心设有由碳素纤维带制成的盘纱，而碳纤维带的始端固联在环形芯轴上，因此当转盘在主动齿轮的带动下转动时，盘纱将围绕转盘中心转动，于是碳纤维带将层层缠绕在芯轴的壁体上，而芯轴在动力转子的带动下自转，碳纤维带将始终以同一角度均勻的缠绕在芯轴壁体上，由于左、右两侧的转盘均设在工作台水平台面上，两个盘纱在对芯轴缠绕时角度呈交错，从而满足产品碳纤维层强度的要求。由此可本发明的优点有一、连续缠绕、制造工艺简便、减少人工缠纱的人力和时间，提高了生产效率；二、由于机台转速均勻稳定、缠纱的力度和间距均勻，克服已有技术缠纱不平整的缺陷，从而让成型产品的刚性和强度有很好的保证，不但降低废品率、使产品的碳纤维层平整、壁厚均勻、不会变形、还能有效控制产品尺寸；而且由于采用产品连续缠绕成型整个管壁内外材质均勻，无搭接现象，使产品的碳纤维层平整、壁厚均勻、不会变形、三、由于碳素纤维带是整条，不需时时剪裁，简化原料、节省原材料；四、产品成本降低；五、改变芯轴的转速，纱与芯轴的角度及相邻两层纱交错的均为可变的，以满足各种产品的性能。六、改就盘纱与芯轴的角度，同样可以改变相邻两层纱交错的均为可变的，以满足各种产品的性能强度要求。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明图1绘示了本发明专用设备的立体结构示意图。图2绘示了本发明专用设备的另一视角的立体结构示意图。图3绘示了本发明专用设备中转盘、转盘定位转子及主、从动齿轮组装结构示意图。图4绘示了本发明专用设备中转盘结构示意图。图5绘本发明专用设备中转盘定位转子剖视图。图6为环形芯轴示意图。
具体实施例方式本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种给环形芯轴缠绕碳纤维纱的方法，包括步骤一盘纱8制作，将碳纤维带层层缠绕在销轴上制成盘纱8，碳素纤维带宽度为10cm，角度为50度，碳纤维带之间通过塑料胶带防粘；所述的环形4芯轴为刚性的，不易变形的；步骤二 环形芯轴4定位，动力转子3与定位转子2相配夹持环形芯轴4的内、外缘将环形芯轴4悬空定位，限定环形芯轴4不能径向、轴向移动；步骤三环形芯轴4自转，动力转子3由电机转轴带动自转，动力转子3抵压在环形芯轴4内缘，自转的同时通过摩擦力带动环形芯轴4自转；步骤四缠纱，盘纱8以环形芯轴4壁体为中心转动，将碳纤维带层层缠绕在环形芯轴4上；盘纱8有两个，分别固定在左、右转盘7上，左、右转盘7分别由电机6的转轴带动旋转；左、右转盘7上还设有收缠塑料胶带的自转销701。一种给环形芯轴缠绕碳纤维纱的设备，如图1、图2所示，包括工作台设有相互垂直的水平台面11及竖直台面12，水平台面11有两个，处于同一高度，并分别设定在竖直台面12的两侧；定位转子2设有环形凹槽21，四个动力转子3均为阶梯轴，其小端30分别与四个定位转子2相配将环形芯轴4卡设在它们构成的腔体内，定位转子2和动力转子3均设置在竖直台面上，并将环形芯轴4垂直悬挂在机台1上，动力转子3抵压在环形芯轴4的壁体上，环形芯轴4与竖直台面12相平行，动力转子3的另一端设置为同轴心的皮带轮31，四个皮带轮31通过皮带5与电机6的转轴传动联接，也就是说电机6的转轴61通过皮带5带动皮带轮31转动，从而带动动力转子3转动，如图2所示， 动力转子3通过摩擦力带动芯轴转动4，为了减少阻力，定位转子2套接在轴杆上，受到外力时可以自转，定位转子2通过支臂22与定位转子固定座23联接，固定座设置竖直台面12 上，支臂22可沿固定座23移动，定位转子2的凹槽21保证环形芯轴4在转动时不偏离轨道，且通过支臂22的移动调节环形芯轴与动力转子3的摩擦力；如图3、图4所示，左、右转盘7上偏心设有固定盘纱8的碳纱转轴700，左、右转盘 7的中心距为环形芯轴4的中心线401的直径，且其中心点702、703分别与环形芯轴的中心线水平点A、B重合，转盘7中心为通孔70，并设有装卸环形芯轴4的开口 71，底部为与主动齿轮9、从动齿轮10相啮合的齿结构72，上部外缘73设为V型槽731，根据三点确定一个圆的原理，在两个水平台面11上分别设有三个转盘定位转子74，三个转盘定位转子74的凸缘 741卡设在转盘的V型槽731内，将转盘悬空定位，主动齿轮9由电机转轴带动旋转，并通过皮带5’带动从动齿轮10 ；转盘定位转子74为减少转盘7转动时与之的摩擦阻力，它与固定座742之间设有轴承743，如图5所示。所述的转盘还设有收缠塑料胶带的自转销701，自转销701随着转盘7转动的同时，在电机转轴的带动下自转，如图3所示，自转销701收缠塑料胶带的速度与碳纤维层缠绕在环形芯轴的速度要互相匹配，以保证收和缠协调一致。由上述技术方案可知，缠纱时，环形芯轴4定位后，将盘纱8装在转盘7的凸轴，再将盘纱8的始端缠绕在环形芯轴4的壁体上，并固定；因动力转子3、定位转子4相配，限定了环形芯轴4轴向、径向的移动空间，因此当与电机转轴传动联接的动力转子3，抵压在环形芯轴4的内缘，并靠摩擦力带动环形芯轴4转动时，环形芯轴只能是围绕圆心自转；而设置在工作台1水平台面11上的左、右转盘7的中心距为环形芯轴4的中心环直径D，当环形芯轴4悬挂，中心线的水平直径的端点置于左、右转盘7的中心点时，因此当转盘7在主动齿轮9的带动下转动时，盘纱8将围绕转盘中心(即处于之处的环形芯轴壁体)转动，碳纤维带将层层缠绕在环形芯轴4的壁体上，而环形芯轴4在动力转子3的带动下角带度均勻的自转，因此碳纤维带将始终以同一角度均勻的缠绕在芯轴壁体上，由于左右两侧的转盘7 均设在工作台水平台面上，两个盘纱8在对环形芯轴4缠绕时角度呈交错，从而满足碳纤维层强度的要求。以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。
权利要求
1.一种给环形芯轴缠绕碳纤维纱的方法，其特征在于，包括步骤一盘纱制作，将碳纤维带层层缠绕在销轴上制成盘纱；步骤二 芯轴定位，动力转子与定位转子相配夹持环形芯轴的内、外缘将芯轴悬空定位，限定芯轴不能径向、轴向移动；步骤三芯轴自转，动力转子由电机转轴带动自转，动力转子抵压在芯轴内缘，自转的同时通过摩擦力带动芯轴自转；步骤四缠纱，盘纱以芯轴壁体为中心转动，将碳纤维带层层缠绕在芯轴上。
2.根据权利要求1所述的一种给环形芯轴缠绕碳纤维纱的方法，其特征在于所述的盘纱其碳素纤维带宽度为8-12cm，角度为45-75度，碳纤维带之间通过塑料胶带防粘。
3.根据权利要求1所述的一种给环形芯轴缠绕碳纤维纱的方法，其特征在于所述的盘纱有两个，分别固定在左、右转盘上，左、右转盘分别由电机的转轴带动旋转。
4.根据权利要求3所述的一种给环形芯轴缠绕碳纤维纱的方法，其特征在于所述的左、右转盘上还设有收缠塑料胶带的自转销。
5.一种给环形芯轴缠绕碳纤维纱的设备，其特征在于包括相互垂直的水平工作台和竖直工作台，至少三对动力转子及与之相配垂直悬空定位环形芯轴的定位转子设置在竖直工作台上，水平工作台设有左、右转盘，转盘上偏心设有由碳素纤维带制成的盘纱，左、右转盘的中心距等于环形芯轴的中心线的直径，即左、右盘中心点分别与环形芯轴中心线上； 左、右转盘分别由电机的转轴带动旋转。
6.根据权利要求5所述的一种给环形芯轴缠绕碳纤维纱的设备，其特征在于所述的左、右盘中心点对称设置在环形芯轴中心线上。
7.根据权利要求5所述的一种给环形芯轴缠绕碳纤维纱的设备，其特征在于所述的定位转子设有限定芯轴轴向移动、且与芯轴壁体相配的凹槽，定位转子通过支臂与定位转子固定座联接，支臂可沿固定座移动；定位转子的凹槽保证环形芯轴在转动时不偏离轨道， 且通过支臂的移动调节芯轴与动力转子的摩擦力。
8.根据权利要求5所述的一种给环形芯轴缠绕碳纤维纱的设备，其特征在于所述的动力转子与定位转子相配端设有阶梯，小端与定位转子的凹槽相配限定环形芯轴轴向、径向移动，动定转子的另一端为同轴心的皮带轮，电机转轴通过皮带带动皮带轮转动。
9.根据权利要求5所述的一种给环形芯轴缠绕碳纤维纱的设备，其特征在于所述的左、右转盘结构一致，均设有装卸芯轴的开口，底部为与主动齿轮、从动齿轮相啮合的齿结构，上部外缘设为V型槽，至少三个设置在转盘上的转盘定位转子卡设在V型槽将转盘水平悬空定位，并限制转盘受外力轴向及径向移位，主动齿轮由电机转轴带动旋转，并通过皮带带动从动齿轮。
10.根据权利要求5所述的一种给环形芯轴缠绕碳纤维纱的设备，其特征在于所述的转盘定位转子通过固定座设置在转盘上，为减少转盘转动时与之的摩擦阻力，它与固定座之间设有轴承；所述的转盘还设有收缠塑料胶带的自转销，自转销随着转盘转动的同时，在电机转轴的带动下自转。
全文摘要
本发明公开了一种给环形芯轴缠绕碳纤维纱的方法及其专用设备，包括盘纱制作、环形芯轴定位、芯轴自转及缠纱方法及用于上述方法的专用设备，采用本发明后可连续缠纱、产品制造工艺简便、减少人工缠纱的人力和时间，提高了生产效率；由于机台转速均匀稳定、缠纱的力度和间距均匀，让成型产品的刚性和强度有很好的保证，降低废品率、使产品的碳纤维层平整、壁厚均匀、不会变形、能有效控制产品尺寸；且由于采用产品连续缠绕成型整个管壁内外材质均匀，无搭接现象，使产品的碳纤维层平整、壁厚均匀、不会变形、由于碳素纤维带是整条，不需时时剪裁，简化原料、节省原材料；改变芯轴的转速，纱与芯轴的角度及相邻两层纱交错的均为可变的，以满足各种产品的性能。
文档编号B29C63/04GK102161453SQ20101015508
公开日2011年8月24日 申请日期2010年3月24日 优先权日2010年2月22日
发明者卓建议, 王景山 申请人:王景山