一种用于制作全碳纤维轮圈的缠绕装置的制作方法

本实用新型涉及一种缠绕装置，具体是一种用于制作全碳纤维轮圈的缠绕装置，属于汽车轮毂技术领域。

背景技术：

全碳纤维轮毂能大幅减轻车辆的簧下重量，从而提高车辆的启停及转向效率，增强驾驶感受降低能耗增加行车安全性，但是目前市场上几乎没有全碳纤维轮毂的生产商，国外能找到的产品价格极高也很难购买得到，根本原因在于轮毂复杂的形状结构很难用现有碳纤维生产工艺轻易的生产出来，其中主要的承力部分轮圈在生产过程更是耗时耗力；

以瑞典超级跑车生产商koenigsegg科尼塞克自行生产的全碳纤维轮毂为例，采用手工贴制的方法，将碳纤维布一片片沿模芯外表面进行贴合，并逐层覆盖形成整个轮圈。以东丽卡的碳布CK6244C为例，厚度仅为0.22mm，而轮圈最薄的厚度需达到5mm以上，用手工贴制的方法制作需要贴22层以上，而每一层因为轮圈不规则的圆柱形外表面需要由很多不同形状的小片相互拼合而成。这样的制作方式，毫无疑问需要花费很长的生产时间，并且很难保证批量生产时的品质甚至无法实现大批量生产，因此这款全碳纤维轮毂要价6万欧元。

介于这一现状，全碳纤维轮毂一直无法得到实际大量的实用，业内急需一种能实现自动化高效率的制作方法来实现全碳纤维轮圈的大批量生产，从而推动整个全碳纤维轮毂的批量生产，并推动整个汽车业轻量化进程。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种用于制作全碳纤维轮圈的缠绕装置，通过控制碳纤维丝束在沿模芯表面缠绕的同时在缠绕区域内沿模芯轴线方向作往返运动，逐根逐层在模芯表面缠绕出具有一定厚度和形状的轮圈；通过数控系统协调旋转装置和控制装置的动作，使碳纤维丝束在缠绕的过程中能在模芯表面规则的排列并始终保持恒定的预紧力并形成连惯高速的缠绕动作从而实现轮圈的自动化且高效率生产，同时又能够降低成本，保证产品质量稳定。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：一种用于制作全碳纤维轮圈的缠绕装置，包括带有原料丝束卷盘的控制装置和通过原料丝束与所述控制装置连接的旋转装置；

其中，所述控制装置包括能够转动的驱动轮，所述驱动轮一侧安装有具有导向作用的定滑轮组，所述定滑轮组一侧安装有能够沿旋转的模芯轴线方向往返运动的动滑轮组；

所述旋转装置包括位于底部的电机和与电机相匹配的模芯。

进一步，还包括箱体，所述驱动轮安装于所述箱体内。

进一步，所述定滑轮组固定安装于所述箱体内，所述定滑轮组共有两个定滑轮；其中，两个定滑轮与所述驱动轮处于同一端面内，但不处于同一条直线上。

进一步，还包括固定于所述箱体外壁上的动滑轮组轨道，所述动滑轮组在所述动滑轮组轨道内沿模芯轴线方向往返移动。

进一步，所述动滑轮组包括两个动滑轮，两个所述动滑轮相切。

进一步，还包括与所述箱体处于同一水平面的底座，所述底座内安装有连接外界电源的且能够转动的电机。

进一步，还包括皮带轮连接件，所述电机通过皮带轮连接件与所述模芯连接。

一种用于全碳纤维轮圈的缠绕装置的操作方法，该操作方法包括如下步骤：

a)将模芯通过皮带轮连接件安装于电机上；

b)将原料丝束卷安装在控制装置的驱动轮上，并将原料丝束起始端穿过定滑轮组和动滑轮组，并将原料丝束用位于模芯顶部的固定夹具固定于模芯表面的起始位置；

c)启动旋转装置及控制装置，模芯开始旋转并牵引原料丝束沿外壁紧密贴合缠绕在模芯表面；

d)通过调控动滑轮组的位置来改变原料丝束缠入模芯的位置和角度，直到原料丝束在模芯表面上逐根排列并逐层缠绕出轮圈所需的形状与厚度，先停止旋转装置，后停止控制装置；

e)用固定丝束的夹具固定好原料丝束的末端并切断原料丝束末端，缠绕结束。

一种用于制作全碳纤维轮圈的缠绕方法，通过旋转装置带动模芯的周向运动，进而带动原料丝束在模芯上的周向运动；通过控制装置能够使得原料丝束沿着模芯轴线方向上逐根逐层排列，从而缠绕出具有厚度和形状的轮圈。

进一步，控制装置的动滑轮组带动贴合于模芯表面的原料丝束在缠绕区域内作沿模芯轴线方向的往返运动，同时模芯沿周向运动，从而实现原料丝束逐根排列缠绕于模芯表面，并使原料丝束实现逐层覆盖在模芯表面的缠绕区；

驱动轮使原料丝束卷盘的卷端与固定在旋转装置模芯上的丝束起始端之间始终具有预紧力，实现丝束始终在紧密的贴合在模芯的表面进行缠绕。

本实用新型的有益效果是：将装置分为控制装置和旋转装置，将碳纤维原料丝束形成卷盘，通过缠绕的方式制作轮圈，能够实现轮圈的自动化生产，在降低了生产成本的同时，还提高了生产效率，保证大批量生产产品时的质量稳定性。

该控制装置采用定滑轮组和动滑轮组，通过驱动轮，定滑轮组和动滑轮组的配合，能够对碳纤维的原料丝束缠入位置、角度和预紧力适时控制，使得轮圈缠绕为逐根逐层式缠绕，从而能够将碳纤维丝束轴向最大抗强度有效地应用于轮圈在使用过程中的各个受力方向，使轮圈及整个轮毂具备最大的强度及刚性，有效提升全碳纤维轮毂在使用过程中的安全性及使用寿命。

驱动轮和定滑轮组位于同一端面，定滑轮组与动滑轮组位于同一端面，这样能够保证原料丝束在同一面上沿着定滑轮组合动滑轮组运动，而不造成原料丝束的翻滚，造成在模芯上缠绕时的不规整。动滑轮组能够保证传输出去的原料丝束处于水平方向，且与模芯保持绷紧的状态，模芯的转动从而能够使得碳纤维的原料丝束沿模芯外壁缠绕，从而形成符合要求的碳纤维轮圈。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图；

图2为本实用新型原料丝束卷缠绕状态示意图；

图中：1、驱动轮，2、定滑轮组，3、动滑轮组，4、模芯，5、轮圈，6、电机，7、箱体架，8、动滑轮组轨道，9、皮带轮连接件，10、底座。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示：一种用于全碳纤维轮圈的缠绕装置，包括带有原料丝束(碳纤维原料丝束)卷盘的控制装置和通过原料丝束与所述控制装置连接的旋转装置。碳纤维原料丝束卷盘就是将碳纤维原料丝束卷成盘。

所述控制装置包括箱体7，箱体内7安装有能够转动的驱动轮1，在驱动轮1上安装上原料丝束卷盘。在所述驱动轮7的一侧安装有具有导向作用的定滑轮组2。所述定滑轮组2同样安装于箱体7内，并且与所述驱动轮7处于同一端面上。所述定滑轮2包括两个定滑轮。两个定滑轮的功能一方面具有导向的作用，使得原料丝束的起始端沿着定向轮导向的方向伸入动滑轮组；另一方面，两个定滑轮具有支撑和绷紧原料丝束的作用，尤其上面的一个定滑轮。

在箱体7的外壁上安装有动滑轮组轨道8。动滑轮组轨道8上安装有能够上下移动的动滑轮组3。动滑轮组轨道是竖直(与箱体所处的水平面垂直)安装于箱体7外壁上的，同样就能够保证动滑轮组3在竖直方向上上下移动。所述动滑轮组3包括两个相外切的动滑轮。原料丝束经过定滑轮组2(这里指定滑轮组中的下方定滑轮)导向，以一定角度伸入两个动滑轮的相切处，在此处还位于箱体7内。由于两个动滑轮相切，所以以一定角度伸入动滑轮组的原料丝束，会以水平方向(即几乎与两个动滑轮切线方向重合)伸出，从而能够保证原料丝束水平方向缠绕至模芯4，即以相切的方式与模芯4缠绕。此外，需要说明的是驱动轮1、定滑轮组2、动滑轮3和动滑轮组轨道8均处于同一端面。

所述旋转装置包括与所述箱体7处于同一水平面的底座10，从另一个角度保证了原料丝束的水平传送。在底座10内安装有连接外界电源的且能够转动的电机6。所述电机6通过皮带轮连接件9连接模芯4，从而使得模芯4能够转动。

一种用于全碳纤维轮圈的缠绕装置的操作方法，该操作方法包括如下步骤：

a)将模芯通过皮带轮连接件安装于电机上；

b)将原料丝束卷安装在控制装置的驱动轮上，并将原料丝束起始端穿过定滑轮组和动滑轮组，并将原料丝束固定于模芯的起始位置；

c)启动旋转装置及控制装置，模芯开始旋转并牵引原料丝束沿外壁紧密贴合缠绕在模芯表面；

d)通过调控动滑轮组的位置来改变原料丝束缠入模芯的位置和角度，直到原料丝束在模芯上一层层缠绕出轮圈所需的形状与厚度，先停止旋转装置，后停止控制装置；

e)切断原料丝束末端，缠绕结束。

一种用于制作全碳纤维轮圈的缠绕方法，通过旋转装置带动模芯的周向运动，进而带动原料丝束在模芯上的周向运动；通过控制装置能够使得原料丝束沿着模芯轴线方向上逐根逐层排列，从而缠绕出具有厚度和形状的轮圈。

控制装置的动滑轮组带动贴合于模芯表面的原料丝束在缠绕区域内作沿模芯轴线方向的往返运动，同时模芯沿周向运动，从而实现原料丝束逐根排列缠绕于模芯表面，并使原料丝束实现逐层覆盖在模芯表面的缠绕区；

驱动轮使原料丝束卷盘的卷端与固定在旋转装置模芯上的丝束起始端之间始终具有预紧力，实现丝束始终在紧密的贴合在模芯的表面进行缠绕。

实施例：

如图2所示：该缠绕装置包括控制装置和旋转装置两部分，其中，这两部分装置的动作采用发那科FANUC的0-TD系列CNC程序来控制。

原料丝束卷盘(碳纤维原料丝束卷盘)固定在固定驱动轮1上，原料丝束起始端穿过定滑轮组2和动滑轮组3，固定在旋转装置的模芯4外壁的起始点上。如图1中所示，旋转装置内部的电机6驱动模芯4旋转并牵引丝束在模芯的外壁上进行缠绕，并通过CNC控制程序适时调节旋转装置电机6的转速来控制缠绕的速度，以适应在不同缠绕形状下对缠绕速度的不同要求，这样能实现既满足生产要求的同时将生产效率提高到最大化；

动滑轮组3则在轮圈的轴向方向来回移动控制丝束缠入的位置和角度，通过对缠入位置和角度的适时调节能实现丝束在模芯4外壁表面形成不同角度的排列组合，以实现将碳纤维丝束轴向最大的抗强度有效的应用于轮毂在使用中的各个受力方向上，使轮圈及整个轮毂具备最大的强度及刚性，有效提升全碳纤维轮毂在使用过程中的安全性及使用寿命。

丝束材料供给端的驱动轮1则通过控制与模芯4之间的转速差来控制作用在丝束上的预紧拉力，使丝束在缠入模芯外壁表面时即具有一定的预紧力，这样每一根丝束能紧密的排列，每一层排好的丝束之间也能紧密的贴合在模芯表面，使整个成型后轮圈内部在各个方向上具备极高的抗拉和抗压强度。这样通过控制装置对丝束缠入角度及位置的控制，配合旋转装置对模芯旋转速度的控制，使丝束紧密贴合模芯外表面在缠绕区域内一层一层缠绕出如图2所示轮圈5的形状及厚度；

以上所举实施例为本实用新型的较佳实施方式，仅用来方便说明本实用新型，并非对本实用新型作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本实用新型所提技术特征的范围内，利用本实用新型所揭示技术内容所做出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本实用新型的技术特征内容，均仍属于本实用新型技术特征的范围内。