一种环向滚珠携纱器及应用该携纱器的三维编织机的制作方法

本实用新型涉及三维编织技术领域，具体为一种环向滚珠携纱器及应用该携纱器的三维编织机。

背景技术：

三维编织物是目前国内外正在研究开发的高新技术产品，主要作用于复合材料预制件。由于三维编织预制件的结构整体性好、不分层，因而是航空、航天以及汽车等领域中的新型编织结构产品。

三维编织机是制备复合材料预制件的设备核心。在三维编织方法上，目前应用最多的是采用四步法进行三维编织。编织纱线以行和列的方式排列成一个矩阵，每一根编织纱线由一个携纱器单独控制，携纱器沿行和列作交替运动，形成具有一定尺寸和形状的整体预成型体。

目前，采用四步法工艺的三维编织机通常采用如图1所示形式，通过对携纱器经纬向的运动进行分解，使携纱器整齐排列运动。但实际使用中，由于携纱器的加工尺寸精度不可能完全满足设计尺寸，携纱器有可能运动不到位，随着运动的进行，会导致携纱器行驶位置误差积累，从而会有“卡死”现象产生，如图2所示。“卡死”现象会使编织机不能流畅运行，严重影响了生产效率。另一方面，目前携纱器与轨道、携纱器与携纱器表面之间为硬接触滑动摩擦，也会出现运动卡顿和磨损零件情况发生，进一步加剧“卡死”现象。

技术实现要素：

针对以上背景技术中所述现有技术存在的问题，本实用新型提出了一种环向滚珠携纱器及应用该携纱器的三维编织机，能够使在三维编织物制造过程中不易产生“卡死”现象，并且大幅减少编织机零件之间的滑动摩擦。

本实用新型的技术方案为：

所述一种环向滚珠携纱器，其特征在于：包括挂钩和运动盘；所述运动盘为圆形，挂钩下端固定在运动盘上端面中心位置，所述运动盘侧面开有一圈滚珠槽；所述滚珠槽内嵌入安装有若干滚珠；所述滚珠能够在滚珠槽内自由滚动。

所述一种应用上述环向滚珠携纱器的三维编织机，包括环向滚珠携纱器、方形底盘、导轨以及驱动机构，其特征在于：

若干导轨沿导轨宽度方向依次排列放置在方形底盘内，方形底盘四周有侧壁限制导轨以及安装在导轨内的环向滚珠携纱器的运动范围；

所述导轨在导轨宽度方向上均匀开有若干相互平行的携纱器运动槽，所述携纱器运动槽的截面形状为“凸”字形；导轨宽度小于环向滚珠携纱器直径；

根据所需制造三维编织件的设计要求，在所需的携纱器运动槽中放置环向滚珠携纱器，沿导轨宽度方向相邻的环向滚珠携纱器之间为滚珠点接触；

所述导轨两端通过推杆与驱动机构连接，驱动机构能够推动导轨沿长度方向运动，并能够推动环向滚珠携纱器沿导轨宽度方向运动。

进一步的优选方案，所述一种应用上述环向滚珠携纱器的三维编织机，其特征在于：滚珠使用标准件。

进一步的优选方案，所述一种应用上述环向滚珠携纱器的三维编织机，其特征在于：所述方形底盘沿导轨长度方向的侧壁限制导轨只能沿长度方向移动一个步长。

进一步的优选方案，所述一种应用上述环向滚珠携纱器的三维编织机，其特征在于：所述方形底盘沿导轨宽度方向的侧壁距离等于环向滚珠携纱器直径的N倍，N为导轨个数。

有益效果

依据上述

技术实现要素：
，本实用新型具有以下优点：

1、环向滚珠携纱器采用运动盘配合滚珠的形式，滚珠使用标准件，减小加工误差，并且在磨损后便于更换。而且在三维编织机中，携纱器与携纱器之间为滚珠上的点接触，且在相对运动时，受力形式为滚动摩擦，大大提高了运行效率。

2、环向滚珠携纱器放置在导轨的携纱器运动槽中，且导轨宽度小于环向滚珠携纱器直径，保证了当携纱器运动不到位时，携纱器最宽处不会被卡住，使编织可以继续进行；而且携纱器环向的滚珠能保证接下来的运动不会被“卡死”，并且会使携纱器进入正确轨道，这样就能保证三维编织机流畅运行。

综上所述，以本实用新型为基础制造的三维编织机，在以四步法进行三维编织过程中，携纱器运动不易出现“卡死”现象，有效提高生产效率，并且结构相对简单，大量采用标准件，便于加工和更换，降低了三维编织机的制造和维护成本。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1：目前常用三维编织机形式；

图2：三维编织机“卡死”现象示意图；

图3：携纱器示意图；

图4：携纱器、导轨、推杆装配关系示意图；

图5：三维编织机整体示意图；

其中：1、挂钩；2、运动盘；3、滚珠；4、环向滚珠携纱器；5、导轨；6、推杆；7、方形底盘；8、挂纱点；9、驱动机构；10、驱动连杆。

图6～图10为实施例1中三维编织机编织过程示意图；

图11～图15为实施例2中三维编织机编织过程示意图；

图16为实施例2中三维编织机携纱器运动轨迹图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型的目的是设计一种实现四步法三维编织的三维编织机，并要求三维编织物制造过程中不易产生“卡死”现象，并且大幅减少编织机零件之间的滑动摩擦。为此，申请人首先对携纱器进行了重新设计，提出了一种环向滚珠携纱器，并基于此，设计了应用该环向滚珠携纱器的三维编织机，实现了在以四步法进行三维编织过程中，携纱器运动不易出现“卡死”现象，有效提高生产效率的目的。

如图3所示，所述一种环向滚珠携纱器4，包括挂钩1和运动盘2；所述运动盘2为圆形，挂钩1下端固定在运动盘2上端面中心位置，挂钩另一端用于连接纱线；所述运动盘2侧面开有一圈滚珠槽；所述滚珠槽内嵌入安装有若干滚珠；所述滚珠使用标准件，以减小加工误差，并且在磨损后便于更换；滚珠能够在滚珠槽内自由滚动。

如图5所示，应用上述环向滚珠携纱器的三维编织机，包括环向滚珠携纱器4、方形底盘7、导轨5以及驱动机构9。在以四步法工艺加工三维编织件时，通过驱动机构带动导轨和环向滚珠携纱器，实现环向滚珠携纱器在行向和列向(导轨长度方向和宽度方向)以一个步长错排交替进行往复运动。

N个导轨沿导轨宽度方向依次排列放置在方形底盘内，方形底盘根据所需制造三维编织件尺寸设计大小，方形底盘四周有侧壁限制导轨以及安装在导轨内的环向滚珠携纱器的运动范围。优选方形底盘沿导轨长度方向的侧壁限制导轨只能沿长度方向移动一个步长；并优选方形底盘沿导轨宽度方向的侧壁距离等于环向滚珠携纱器直径的N倍。

如图4所示，导轨在导轨宽度方向上均匀等步长间隔开有若干相互平行的携纱器运动槽，所述携纱器运动槽的截面形状为“凸”字形；导轨宽度小于环向滚珠携纱器直径；导轨长度方向两端安装有推杆6。根据所需制造三维编织件的设计要求，在所需的携纱器运动槽中放置环向滚珠携纱器，由导轨运动代替携纱器在一个方向上的运动。

如图5所示，导轨两端通过推杆与驱动机构连接，驱动机构能够推动导轨沿长度方向运动，并能够推动环向滚珠携纱器沿导轨宽度方向运动。

三维编织机进行工作时，驱动机构中的二向电机通过驱动连杆推动携纱器或导轨进行整列运动时，沿导轨宽度方向相邻的环向滚珠携纱器之间为滚珠点接触，且在相对运动时，受力形式为滚动摩擦，大大提高了运行效率。当携纱器运动不到位时，导轨宽度窄于携纱器直径能保证携纱器最宽处不会被卡住，使编织可以继续进行，携纱器环向的滚珠能保证接下来的运动不会被“卡死”，并且会使携纱器进入正确轨道。这样就能保证三维编织机流畅运行。

基于上述原理，下面给出两个具体编织过程的实施实例：

实施例1：

本实施例选取7x7矩形截面三维编织物为编织对象，初始状态如图6所示。挂纱点在编织机运行过程中保持不动，因而仅图示底座部分运动状况。

沿横向，推动奇数行和偶数行导轨对向运动一个步长，如图7所示。

沿纵向，推动奇数列和偶数列携纱器对向运动一个步长，如图8所示。

沿横向，推动奇数行和偶数行导轨对向运动一个步长，如图9所示。

沿纵向，推动奇数列和偶数列携纱器对向运动一个步长，如图10所示。

至此，一个三维编织四步法运动循环完成。重复以上步骤进行若干循环后，即以四步法编织出7x7矩形截面三维编织物。若前置步中有运动不到位情况，携纱器会依靠其周向滚珠运动而进入正确轨道，不致卡死。

实施例2：

本实施例选取L形截面异形三维编织物为编织对象，初始状态如图11所示。其中黑色携纱器表示携纱参与编织的携纱器，白色表示未携纱不参与编织的携纱器，全部编织过程由两台本编织机完成。挂纱点在编织机运行过程中保持不动，因而仅图示底座部分运动状况。

沿横向，推动G、H、K～Q行导轨对向运动一个步长，如图12所示。

沿纵向，推动A至I行2～8列和J至R行7、8列携纱器对向运动一个步长，如图13所示。

沿横向，推动G、H、K～Q行导轨对向运动一个步长，如图14所示。

沿纵向，推动A至I行2～8列和J至R行7、8列携纱器对向运动一个步长，如图15所示。

图16所示为初始状态中H6和M7两个携纱器在编制过程中运行7步的轨迹示意图，其中虚线框所示为L形截面异形三维编织物成型区。

至此，一个三维编织四步法运动循环完成。重复以上步骤进行若干循环后，即以四步法编织出L形截面异形三维编织物。若前置步中有运动不到位情况，携纱器会依靠其环向滚珠运动而进入正确轨道，不致卡死。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。