展宽碳纤维自动化可调张力复丝拉伸测试样条的设备

1.本实用新型属于复合材料加工领域，尤其涉及展宽碳纤维自动化可调张力复丝拉伸测试样条的设备。


背景技术：

2.随着科学技术的发展，碳纤维复合材料由于具有良好的综合力学性能和物理化学性能，被广泛的应用到社会的各个领域中。在汽车工业领域，利用碳纤维复合材料对汽车进行轻化设计，如采用结构强度高的碳纤维汽车轮毂替代传统的铝合金轮毂，利用碳纤维复合材料制成的汽车前后防撞梁、引擎盖等被越来越广泛的应用于汽车车身；在航空航天领域，最为典型的是应用在飞机机翼的蒙皮和骨架。同样在风电、纺织、机械制造以及医疗器械等领域也有大量的应用。
3.碳纤维复合材料大致分为热固性碳纤维复合材料和热塑性复合材料。对于热塑性复合材料由于树脂基体的粘度大，较厚的碳纤维原丝不易被树脂基体包裹，从而减低综合力学性能以及物理化学性能，故需要浸渍热塑树脂之前需要将碳纤维进行展纱，展纱厚度越薄越有利于后期热塑性树脂的浸渍，目前展纱的方法主要有机械法、气流法、超声法等不同的加工工艺，而这些加工工艺以及这些工艺不同的工艺参数本身对碳纤维原丝有这不同程度的损伤，所以需要设计一种专门的复丝机构用以实际的测试展纱后碳纤维的力学性能，国标gb/t3362-2017《碳纤维复丝拉伸性能试验方法》中规定了碳纤维复丝手工浸胶法试样的制备方法，其中要求碳纤维在拉伸架上拉紧绷直，然后对拉紧绷直的碳纤维丝束进行浸渍处理，而在实际样件制作过程中很少有专业的制样设备，可以碳纤维丝束张紧绷直，从而导致制作完成的测试样件不标准，影响测试样件的测试结果的准确性，也不能准确的反映测试样件真实的力学性能。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供展宽碳纤维自动化可调张力复丝拉伸测试样条的设备，以解决现有技术中采用碳纤维复丝手工浸胶法制备试样的方法中碳纤维丝束张紧绷直较为困难的技术问题。
5.为实现上述目的，本实用新型的展宽碳纤维自动化可调张力复丝拉伸测试样条的设备所采用的技术方案是：
6.展宽碳纤维自动化可调张力复丝拉伸测试样条的设备，包括：
7.机架：支撑在地面上；
8.上安装板：固定在机架上，上安装板水平设置，上安装板上开设有上下贯穿的上避让孔；
9.下安装板：固定在机架上，下安装板水平设置，下安装板设置在上安装板的下方；
10.上转动轴：转动支撑在上安装板上方；
11.上转动轮：与上转动轴键连接；
12.上锁紧抱箍：固定在上安装板上，上锁紧抱箍包括与上转动轮外周面适配的弧形锁紧面；
13.下转动轴：转动支撑在下安装板上，下转动轴与上转动轴上下平行间隔设置且下转动轴位于上转动轴的正下方；
14.下转动轮：与下转动轴键连接，下转动轮直径与上转动轮直径相等；
15.下锁紧抱箍：通过锁紧固定块固定在下转动轮上，下锁紧抱箍包括与下转动轮外周面适配的弧形锁紧面；
16.驱动装置：与下转动轴传动连接，驱动装置相对固定在下安装板上；
17.碳纤维丝束沿上下方向延伸设置，碳纤维丝束上端从上避让孔中穿过，上锁紧抱箍与上转动轮配合以夹紧碳纤维丝束的上端，下锁紧抱箍与下转动轮配合以夹紧碳纤维丝束的下端。
18.有益效果：本实用新型中上转动轮与上锁紧抱箍形成碳纤维丝束的上夹紧端，下转动轮与下锁紧抱箍形成碳纤维丝束的下夹紧端，在驱动装置的驱动作用下，能够带动下转动轴旋转，从而实现下转动轮的旋转，下转动轮会对碳纤维丝束形成卷绕，从而实现碳纤维丝束的张紧绷直，然后对拉紧绷直的碳纤维丝束进行浸渍处理，从而完成复丝拉伸测试样条的制备，并且，该设备结构简单，操作方便，不仅能够满足对碳纤维丝束的张紧，而且上下方向的结构不均能够保证张紧的碳纤维丝束具有一致的纤维取向性，从而保证了制得的复丝拉伸测试样条具有较高的质量。
19.进一步的，所述上避让孔为矩形孔，上转动轴沿前后方向延伸设置，上锁紧抱箍沿左右方向延伸设置，上转动轮位于上避让孔中，
20.有益效果：将上转动轮设置在上避让孔中，从而降低了上转动轮相对于上安装板的高度，保证了上转动轮在对碳纤维丝束进行张紧时的稳定性，不仅如此，上转动轮设置在上避让孔中，方便了上锁紧抱箍的设置。
21.进一步的，上锁紧抱箍包括左固定座、右固定座以及设置在左固定座与右固定座之间的连接部，所述连接部的下表面为与上转动轮外周面适配的弧形面。
22.有益效果：上锁紧抱箍结构设置简单，不仅如此，方便实现上锁紧抱箍与上安装板的固定连接。
23.进一步的，所述连接部的下表面固定有防滑层，防滑层呈弧形，防滑层的朝向上转动轮的侧面形成弧形锁紧面。
24.有益效果：防滑层的设置能够增加上锁紧抱箍与上转动轮之间的摩擦力，保证碳纤维丝束能够稳定的夹紧在上锁紧抱箍与上转动轮支架。
25.所述下安装板上开设有上下贯穿的下避让孔；所述下避让孔为矩形孔，下转动轮位于下避让孔中。
26.有益效果：设置下避让孔并且将下转动轮设置在下避让孔中，降低了下转动轮的高度，从而在下转动轮转动张紧碳纤维丝束过程中，能够保证下转动轮的稳定性；不仅如此，将下转动轮设置在下避让孔中，能够方便下锁紧抱箍的设置。
27.进一步的，所述下锁紧抱箍包括左连接端、右连接端、以及连接在左连接端与右连接端之间的连接部，所述连接部上表面为与下转动轮外周面适配的弧形面。
28.有益效果：下锁紧抱箍的结构设置简单，并且方便实现下锁紧抱箍与锁紧固定块
的连接。
29.进一步的，所述下锁紧抱箍的上表面固定有防滑层，防滑层呈弧形，防滑层的朝向下转动轮的侧面形成弧形锁紧面。
30.有益效果：防滑层的设置能够增加下锁紧抱箍与下转动轮之间的摩擦力，从而能够通过下锁紧抱箍与转动轮之间的配合将碳纤维丝束的下端夹紧。
31.所述锁紧固定块呈u形，包括前固定板、后固定板、与前固定板和后固定板一体设置的连接板，连接板与连接端固定连接，前固定板与后固定板分别固定在下转动轮的前后侧面。
32.有益效果：首先，锁紧固定块结构设置简单；其次，方便实现锁紧固定块与下锁紧抱箍的连接端的连接，方便实现锁紧固定块与下转动轮之间的固定。
33.所述下转动轴的远离驱动装置的一端固定有凸轮，所述下安装板上固定有张力传感器，张力传感器位于凸轮的正下方。
34.有益效果：凸轮与张力传感器的设置能够准确的显示碳纤维丝束的张力。
35.所述机架的下部设置有储存室，储存室位于下安装板的下方，存储室设置有开关门。
36.有益效果：储存室的设置能够实现一些零部件的存储放置。
附图说明
37.图1是本实用新型的展宽碳纤维自动化可调张力复丝拉伸测试样条的设备的结构示意图；
38.图2是图1中展宽碳纤维自动化可调张力复丝拉伸测试样条的设备的另一视角的结构示意图。
39.附图标记：1-地脚；2-立柱；3-下安装板；4-张力传感器固定座；5-张力传感器；6-凸轮；7-下锁紧抱箍；8-锁紧固定块；9-碳纤维丝束；10-上安装板；11-上锁紧抱箍；12-上轴承座；13-上转动轮；14-上转动轴；15-下转动轮；16-前固定板；17-下转动轴；18-下轴承座；19-轴承座垫块；22-联轴器；23-伺服电机；24-伺服电机固定座。
具体实施方式
40.下面结合附图及具体实施方式对本实用新型的展宽碳纤维自动化可调张力复丝拉伸测试样条的设备作进一步详细描述：
41.如图1和图2所示，本实用新型的展宽碳纤维自动化可调张力复丝拉伸测试样条的设备包括机架，机架呈长方体状，包括四根立柱2，立柱2下方固定有第一横杆，第一横杆设置有四根且四根第一横杆首尾相连围成矩形；立柱2的上方固定有第二横杆，第二横杆设置有四根且四根第二横杆首尾相连围成矩形；立柱2的中间靠下的位置固定有第三横杆，第三横杆设置有四根且四根第三横杆首尾相连围成矩形。机架上固定设置有上安装板10，上安装板10水平设置；机架上固定设置有下安装板3，下安装板3水平设置，且下安装板3位于上安装板10的下方。本实施例中，上安装板10固定在第二横杆上，下安装板3固在第三横杆上。在第一横杆固定有水平设置的底板。
42.为了方便机架的移动，本实施例中，在底板的四角位置设置有滚轮。为了保证机架
移动到位后能够稳定的支撑在地面上，在底板的四角位置还分别设置有能够伸缩的地脚1。地脚1的结构为现有技术，在此不再赘述。
43.为了方便本实用新型的设备相关零部件的放置，本实施例中，在第三横杆与第一横杆件之间围设有围板，围板在机架的下方围成一个存储室，存储室铰接有开关门，开关门上设置有开门把手。
44.上安装板10上开设有上下贯穿的上避让孔，本实施例中，上避让孔呈矩形，上安装板10上方支撑有上转动轴14，上转动轴14位于上避让孔的正上方；上转动轴14沿前后方向延伸设置，且上转动轴14的两端分别位于上轴承座12中，上轴承座12固定在上安装板10上，上轴承座12中设置有与上转动轴14适配的轴承。
45.上转动轴14上通过平键安装有上转动轮13，本实施例中，上转动轮13位于上避让孔中，也即，上转动轮13的顶部位于上安装板10的上方，上转动轮13的底部位于上安装板10的下方。
46.上安装板10上固定设置有上锁紧抱箍11，上锁紧抱箍11位于上避让孔的正上方，上锁紧抱箍11包括与上转动轮13外周面适配的弧形锁紧面；具体的，上锁紧抱箍11沿左右方向延伸设置，包括左固定座、右固定座以及设置在左固定座和右固定座之间的连接部。左固定座、右固定座分别位于上避让孔的左右两侧且通过螺栓固定在上安装板10上，以使上锁紧抱箍11在左右方向上横跨上避让孔。上锁紧抱箍11的连接部下方设有避让上转动轮13的避让空间，从而使连接部的下表面形成与上转动轮13的外周面适配的弧形面。
47.为了增加上锁紧抱箍11与上转动轮13之间的夹紧力，本实施例中，上锁紧抱箍11连接部下表面固定有防滑层，防滑层为与连接部弧形面适配的弧形，防滑层的朝向下转动轮15的弧面形成弧形锁紧面。本实施例中，防滑层的材质为聚氨酯，防滑层的厚度为3mm，其他实施例中，防滑层的材质还可以为橡胶层，防滑层的厚度还可以为2mm或者4mm。从而能够使碳纤维丝束9的上端能够牢固的夹持在上锁紧抱箍11与上转动轮13之间。本实施例中，上锁紧抱箍11在前后方向的宽度不小于上转动轮13在上下方向的宽度。
48.下安装板3上开设有上下贯穿的下避让孔，下避让孔为矩形孔，下安装板3上支撑有下转动轴17，下转动轴17与上转动轴14上下平行间隔设置也即下转动轴17沿前后方向延伸设置，下转动轴17位于上转动轴14的正下方。具体的，下转动轴17支撑在位于下避让孔前后两侧的两下轴承座18中，下轴承座18相对固定在下安装板3上，下轴承座18中设置有与下转动轴17适配的轴承，为了增加下转动轴17的高度，本实施例中，在下轴承座18的下方固定有轴承座垫块19。
49.下转动轴17上通过平键安装有下转动轮15，且下转动轮15的直径与上转动轮13的直径相等。本实施例中，下转动轮15位于下避让孔中，也即，下转动轮15的顶部位于下安装板3的上方，下转动轮15的底部位于下安装板3的下方。
50.下转动轮15上通过锁紧固定块8固定有下锁紧抱箍7，下锁紧抱箍7包括与下转动轮15外周面适配的弧形锁紧面。下锁紧抱箍7包括左连接端、右连接端、以及连接在左连接端与右连接端之间的连接部，左连接端的上表面开设有与锁紧固定块8固定连接的连接孔，右连接端的上表面开设有与锁紧固定块8固定连接的连接孔；连接部的上方设有避让下转动轮15的避让空间，从而形成连接部的上表面为与下转动轮15的外周面适配的弧形面。
51.下锁紧抱箍7通过锁紧固定块8固定在下转动轮15上，具体的，锁紧固定块8呈u形，
包括前固定板16、后固定板、与前固定板16和后固定板一体设置的连接板，连接板上开设有与下锁紧抱箍7的连接端上的连接孔对应的通孔，从而螺栓依次穿过通孔和连接孔实现锁紧固定块8与下锁紧抱箍7之间的固定连接。锁紧固定块8的前固定板16和后固定板分别固定在下转动轮15的前后侧面上，当下转动轮15转动时，下锁紧抱箍7能够随着下转动轮15的转动而转动。本实施例中，下避让孔足够大能够支撑下锁紧抱箍7随着下转动轮15的转动而转动，不会对下锁紧抱箍7的转动造成干涉。
52.为了增加下锁紧抱箍7与下转动轮15之间的夹紧力，本实施例中，下锁紧抱箍7连接部上表面固定有防滑层，防滑层为与连接部弧形面适配的弧形，防滑层的朝向下转动轮15的弧面形成弧形锁紧面。本实施例中，防滑层的材质为聚氨酯，防滑层的厚度为3mm；其他实施例中，防滑层的材质还可以为橡胶层，防滑层的厚度还可以为2mm或者4mm。从而能够使碳纤维丝束9的下端能够牢固的夹持在下锁紧抱箍7与下转动轮15之间。
53.下安装板3上设置有驱动装置，本实施例中，驱动装置为伺服电机23，伺服电机23通过伺服电机固定座24固定在下安装板3上。伺服电机23与下转动轴17传动连接，具体的，伺服电机23的输出轴与下转动轴17通过联轴器22传动连接。当伺服电机23工作时，能够带动下转动轴17、下转动轮15以及下转动轮15上固定的下锁紧抱箍7转动。
54.下转动轴17的远离驱动装置的一端固定有凸轮6，下安装板3上固定有张力传感器5，张力传感器5位于凸轮6的正下方，且张力传感器5通过张力传感器固定座4固定在下安装板3上。当凸轮6旋转压合张力传感器5时，能够测得碳纤维丝束9的张力。凸轮6为围绕下转动轴17转动且有变化半径的盘形凸轮，并且凸轮6具有距离下转动轴17距离较近的大头端和距离下转动轴17距离较远的小头端。设定凸轮6的大头端朝下且与张力传感器5接触时，张力传感器5的示数为零，也即凸轮6的大头端朝下时为凸轮6的初始位，并且，碳纤维丝束9从预张紧至达到设定的数值的过程总位于凸轮6从大头端朝下到小头端朝下的整个转动过程中。
55.使用时，首先将伺服电机23通电复位至中位，此时，凸轮6位于初始位；然后将碳纤维丝束9设置在上转动轮13与下转动轮15的同侧，将碳纤维丝束9的上端用透明胶带固定在上转动轮13的周面上，将碳纤维丝束9的下端用透明胶带固定在下转动轮15的周面上；然后将下锁紧抱箍7通过螺栓与锁紧固定块8固定连接，并且将锁紧固定块8与下转动轮15固定连接；然后，手动转动上转动轮13使碳纤维丝束9处于预张紧状态，然后将上锁紧抱箍11通过螺栓固定在上安装板10上，螺栓采用力矩扳手确保四个螺栓的锁紧力矩一致；此时，碳纤维丝束9沿上下方向预张紧在上转动轮13与下转动轮15之间。然后启动伺服电机23，伺服电机23带动下转动轴17、下转动轮15以及下转动轮15上固定的下锁紧抱箍7转动，从而进一步张紧碳纤维丝束9，同时凸轮6压合压力传感器，当压力传感器示数达到设定的数值时伺服电机23刹车锁紧，从而完成碳纤维丝束9拉伸样件的张紧过程。然后将浸渍液体涂覆在张紧后的碳纤维丝束9上，静止干燥，从而完成整个碳纤维复丝拉伸测试样条的制备。本实用新型能够获得碳纤维取向一致的碳纤维复丝拉伸测试样条，从而为获得准确的碳纤维样件拉伸性能提供条件。
56.上述实施例中，所述上避让孔为矩形孔，上转动轴沿前后方向延伸设置，上锁紧抱箍沿左右方向延伸设置，上转动轮位于上避让孔中；其他实施例中，上避让孔还可以为圆形孔；或者上转动轮位于上避让孔的上方。
57.上述实施例中，所述连接部的下表面固定有防滑层，防滑层呈弧形，防滑层的朝向上转动轮的侧面形成弧形锁紧面；其他实施例中，防滑层还可以不设置，此时连接部的下表面为弧形锁紧面。
58.上述实施例中，所述下安装板上开设有上下贯穿的下避让孔；所述下避让孔为矩形孔，下转动轮位于下避让孔中；其他实施例中，下避让孔还可以不设置，或者下避让孔还可以为圆形孔。
59.上述实施例中，所述下锁紧抱箍的上表面固定有防滑层，防滑层呈弧形，防滑层的朝向下转动轮的侧面形成弧形锁紧面；其他实施例中，防滑层还可以不设置，此时连接部上表面形成弧形锁紧面。
60.上述实施例中，所述下转动轴的远离驱动装置的一端固定有凸轮，所述下安装板上固定有张力传感器，张力传感器位于凸轮的正下方；其他实施例中，凸轮还可以设置在下转动轴的其他位置。
61.上述实施例中，所述机架的下部设置有储存室，储存室位于下安装板的下方，存储室设置有开关门；其他实施例中，储存室还可以不设置。