一种碳纤维制造加工用碳纤维收卷装置的制作方法

1.本发明涉及碳纤维收卷技术领域，更具体地说，本发明涉及一种碳纤维制造加工用碳纤维收卷装置。


背景技术：

2.现有的碳纤维制造加工用碳纤维收卷装置在对碳纤维进行卷绕时，会发生卷绕不均匀的情况，针对上述出现的卷绕不均匀的情况，现有专利提供了一种解决方案，如申请号为202121106076.4的中国实用新型专利，公开了一种碳纤维制造加工用碳纤维收卷装置，包括：底板1’，底板1’上固定连接有一对第一支撑板2’，底板1’上设有连接有一对第二支撑板3’，左侧第二支撑板3’与底板1’固定连接，右侧第二支撑板3’与底板1滑动连接，底板1’上固定连接有固定板15，固定板15上设有用于移动右侧第二支撑板3’的移动机构，固定板15’上设有用于使第二支撑板3’移动更加稳定的导向机构，一对第二支撑板3’之间设有卷绕辊4’，第二支撑板3’上设有用于固定卷绕辊4’的固定机构，一对第一支撑板2’上固定连接有安装板9’，安装板9’上设有安装槽10’，安装槽10’内设有用于使碳纤维卷绕更加均匀的往复机构，左侧第一支撑板2’上固定连接有l形板，l形板上设有用于提供往复机构所需动力的动力机构。
3.上述公开的专利中，往复机构包括转动连接在安装槽10’内的往复丝杠11’，往复丝杠11’上设有与安装槽10’内壁滑动连接的丝杠套12’，丝杠套12’上固定连接有安装块13’，安装块13’上设有导向口14’，使碳纤维穿过导向口14’，在导向口的往复运动下使得卷绕在卷绕辊4’上的碳纤维更加均匀；但是仍然存在以下问题，碳纤维穿过导向口14’的部分会与导向口14’产生摩擦而受损，并且随着导向口14’的移动，卷绕在卷绕辊4’上的碳纤维的张力会发生变化，使得卷绕辊4’上的碳纤维卷绕张力不均匀，影响成品质量；因此，有必要提出一种碳纤维制造加工用碳纤维收卷装置，以至少部分地解决现有技术中存在的问题。


技术实现要素：

4.在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
5.为至少部分地解决上述问题，本发明提供了一种碳纤维制造加工用碳纤维收卷装置，包括：底座，所述底座上通过第一支撑板固定设有用于驱动固定架直线往复运动的驱动机构，所述底座上通过第二支撑板可拆卸设有收卷辊，所述固定架上设有自动调节机构，所述自动调节机构为穿过固定架的碳纤维提供导向作用和弹性支撑。
6.优选的是，所述驱动机构包括：连接在两个所述第一支撑板之间的安装块，所述安装块内设有安装槽，所述安装槽内转动设有螺杆，所述螺杆上螺纹连接有移动块，所述固定架设置在移动块上。
7.优选的是，所述固定架包括：固定设置在所述移动块上的底板，所述底板的上方通过竖板连接有顶板，所述自动调节机构设置在顶板和底板之间。
8.优选的是，所述自动调节机构包括：设置在所述底板上的限位筒，所述限位筒内活动设有导向组件，所述导向组件伸出限位筒顶端的部分与碳纤维抵接；转动设置在所述顶板上的限位组件，所述限位组件的底端与导向组件的顶端水平限位。
9.优选的是，所述限位筒内设有第一球形槽，所述第一球形槽的上方连通设有第二球形槽，所述导向组件以第二球形槽的球心进行转动，所述导向组件插入至第一球形槽内的端部与第一球形槽的内壁接触；
10.在所述导向组件的竖直中心线偏离第一球形槽的竖直中心线时，所述导向组件与第一球形槽内壁的弹性抵接具备使导向组件的竖直中心线恢复至与第一球形槽的竖直中心线重合的弹性回复力。
11.优选的是，所述导向组件包括：球形轴，所述球形轴转动连接在第二球形槽内，所述球形轴插入至第一球形槽内的一端设有与第一球形槽的内壁接触的弹性回复件，所述球形轴的另一端设有连接杆件，所述连接杆件的端部转动设有导向辊，所述导向辊的外环面上设有环形限位槽，所述限位组件的底端限位在环形限位槽内。
12.优选的是，所述弹性回复件包括：抵接柱，所述抵接柱的一端设有与第一球形槽的内壁接触的半球体，所述抵接柱的另一端设有插接柱，所述插接柱的直径小于抵接柱的直径，所述插接柱和抵接柱的连接处形成第一台阶面，所述插接柱的外侧设有第一弹簧，所述球形轴插入至第一球形槽内的端部设有与插接柱对应的插接孔，所述插接孔的中部设有第二台阶面，所述第一弹簧连接于第一台阶面和第二台阶面之间。
13.优选的是，所述第二球形槽的上方和下方分别设有第一避让槽口和第二避让槽口，所述限位筒上设有垂直其轴线设置的水平通孔，所述水平通孔的轴线垂直穿过第二球形槽的水平中心线。
14.优选的是，所述限位组件包括：转动连接在所述顶板上的转动轴，所述转动轴的两侧对称设有铰接块，所述铰接块上转动有铰接杆，所述铰接杆和铰接块之间通过卷簧连接，所述铰接杆的活动端固定设有套筒，所述套筒内滑动设有限位杆，所述限位杆和套筒之间设有第二弹簧，所述限位杆伸出套筒的端部转动设有限位轮，所述限位轮限位在环形限位槽内，用于对导向辊的轴向偏移进行限位，所述限位轮的外环面上设有环形抵接部，碳纤维在环形抵接部和环形限位槽之间传送。
15.优选的是，所述球形轴与连接杆件连接的一端设有螺纹孔，所述连接杆件包括：与所述螺纹孔连接的支撑杆，所述支撑杆远离球形轴的一端固定设有u形杆，所述导向辊通过转动轴转动设置在u形杆上。
16.相比现有技术，本发明至少包括以下有益效果：
17.本发明所述的碳纤维制造加工用碳纤维收卷装置通过设置的自动调节机构，可以在固定架移动改变碳纤维输送方向的同时，自动调节机构能够自动顺应碳纤维的输送方向和输送张力，保证自动调节机构始终与输送的碳纤维进行弹性抵接，保证输送张力从而使卷绕力度一致，并且使得自动调节机构输送碳纤维的方向适应性变化，减小输送碳纤维过程受到的摩擦力，提升成品质量。
18.本发明所述的碳纤维制造加工用碳纤维收卷装置，本发明的其它优点、目标和特
征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
19.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
20.图1为现有技术中碳纤维制造加工用碳纤维收卷装置的结构示意图；
21.图2为本发明所述的碳纤维制造加工用碳纤维收卷装置的结构示意图；
22.图3为本发明所述的碳纤维制造加工用碳纤维收卷装置中自动调节机构的初始状态结构示意图；
23.图4为本发明所述的碳纤维制造加工用碳纤维收卷装置中自动调节机构受力后的结构示意图；
24.图5为本发明所述的碳纤维制造加工用碳纤维收卷装置中导向组件与限位筒的连接结构示意图；
25.图6为本发明所述的碳纤维制造加工用碳纤维收卷装置中自动调节机构的分解结构示意图；
26.图7为本发明所述的碳纤维制造加工用碳纤维收卷装置中筒单元的结构示意图；
27.图8为本发明所述的碳纤维制造加工用碳纤维收卷装置中抵接柱、插接柱以及半球体的结构示意图；
28.图9为本发明所述的碳纤维制造加工用碳纤维收卷装置中球形轴的结构示意图；
29.图10为本发明所述的碳纤维制造加工用碳纤维收卷装置中限位组件的结构示意图；
30.图11为本发明所述的碳纤维制造加工用碳纤维收卷装置中连接杆件的结构示意图；
31.图12为本发明所述的碳纤维制造加工用碳纤维收卷装置中导向辊和限位轮的结构示意图；
32.图13为本发明所述的碳纤维制造加工用碳纤维收卷装置中碳纤维的输送方向改变时，导向辊在水平方向转动的俯视示意图。
具体实施方式
33.下面结合附图以及实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
34.应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
35.如图1-图13所示，本发明提供了一种碳纤维制造加工用碳纤维收卷装置，包括：底座1，所述底座1上通过第一支撑板2固定设有用于驱动固定架6直线往复运动的驱动机构，所述底座1上通过第二支撑板3可拆卸设有收卷辊4，所述固定架6上设有自动调节机构5，所述自动调节机构5为穿过固定架6的碳纤维提供导向作用和弹性支撑。
36.上述技术方案的工作原理：成型后的碳纤维以线型输送至收卷辊4上进行绕卷，由
于收卷辊4具有一定的长度，因此为保证绕卷的均匀性需要在碳纤维进行收卷时，改变绕卷至收卷辊4上碳纤维的位置，防止收卷辊4收卷后某一处绕卷后形成的碳纤维辊直径过大或过小，而导致绕卷不均匀；
37.一般情况下，输送的成型后的碳纤维的方向为定向，通过驱动机构驱动固定架6直线往复移动以在输送碳纤维的中间过程改变其输送方向，以改变碳纤维在收卷辊4轴向的绕卷位置，来达到绕卷的均匀一致性；
38.本实施例中，通过在固定架6上设置自动调节机构5，自动调节机构5随着固定架6一同往复运动，碳纤维经过自动调节机构5进行输送，自动调节机构5依据固定架6的移动方向，能够自动顺应线型碳纤维输送时的方向改变，以防止出现现有技术中碳纤维与导向口14’之间产生较大的摩擦，而对碳纤维造成摩擦损毁，另外自动调节机构5与输送的碳纤维为弹性抵接，在固定架6进行移动时，若是输送的碳纤维张力过大则会下压自动调节机构5，若是输送的碳纤维张力过小，则自动调节机构5通过其自身的回复力能够始终与输送的碳纤维进行弹性抵接，以保证输送的张力不受固定架6的移动影响。
39.上述技术方案的有益效果：通过设置的自动调节机构5，可以在固定架6移动改变碳纤维输送方向的同时，自动调节机构5能够自动顺应碳纤维的输送方向和输送张力，保证自动调节机构5始终与输送的碳纤维进行弹性抵接，保证输送张力从而使卷绕力度一致，并且使得自动调节机构5输送碳纤维的方向适应性变化，减小输送碳纤维过程受到的摩擦力，提升成品质量。
40.在一个实施例中，所述驱动机构包括：连接在两个所述第一支撑板2之间的安装块9，所述安装块9内设有安装槽10，所述安装槽10内转动设有螺杆11，所述螺杆11上螺纹连接有移动块12，所述固定架6设置在移动块12上。
41.上述技术方案的工作原理和有益效果：螺杆11和收卷辊4均通过驱动部驱动转动，在进行收卷时，先将线型的碳纤维穿过自动调节机构5，并将线型碳纤维的一端固定在收卷辊4上，然后驱动螺杆11和收卷辊4进行转动，收卷辊4的转动对线型碳纤维产生拉力作用，使得碳纤维与自动调节机构5弹性抵接，螺杆11转动后，使得与其螺纹连连接的移动块12直线往复运动，使得其上设置的固定架6和自动调节机构5同步运动，达到改变线型碳纤维的输送方向的目的，在此过程中，自动调节机构5受到碳纤维的力，从而能够顺应自动调节，以保证碳纤维的输送张力以及降低输送的摩擦力。
42.在一个实施例中，所述固定架6包括：固定设置在所述移动块12上的底板610，所述底板610的上方通过竖板620连接有顶板630，所述自动调节机构5设置在顶板630和底板610之间。
43.上述技术方案的工作原理和有益效果：竖板620的宽度小于顶板630或底板610的宽度，且竖板620设置在输送方向的两侧，不会与输送的碳纤维产生接触，仅用于连接顶板630和底板610。
44.在一个实施例中，所述自动调节机构5包括：设置在所述底板610上的限位筒510，所述限位筒510内活动设有导向组件7，所述导向组件7伸出限位筒510顶端的部分与碳纤维抵接；转动设置在所述顶板630上的限位组件8，所述限位组件8的底端与导向组件7的顶端水平限位。
45.上述技术方案的工作原理和有益效果：碳纤维在导向组件7的顶部进行输送，在碳
纤维的输送方向改变的瞬间，其会在水平方向上对导向组件7产生作用力，使得导向组件7在输送方向上受到的力不均衡，由于限位组件8对导向组件7进行水平限位，也就是导向组件7不会因为受力不均衡而导致其沿着垂直方向转动，从而使得导向组件7仅能够在水平方向进行转动，使得导向组件7的输送方向转动至与碳纤维的输送方向相同，以降低两者产生的摩擦力，随着输送方向改变的瞬间，还会使得碳纤维的输送张力改变，此时，若是碳纤维的输送张力增加，则其会下压导向组件7，使得其能够在输送方向上沿着垂直方向向下转动，若是碳纤维的输送张力减小，则会使得作用于导向组件7的力减小，则在导向组件7的自身回复能力下，能够在输送方向上沿着垂直方向向上转动，以保证始终与限位组件8保持抵接作用，进而保证在限位组件8和导向7之间输送的碳纤维的张力，防止其瞬间张力过大或过小。
46.在一个实施例中，所述限位筒510内设有第一球形槽511，所述第一球形槽511的上方连通设有第二球形槽512，所述导向组件7以第二球形槽512的球心进行转动，所述导向组件7插入至第一球形槽511内的端部与第一球形槽511的内壁接触；
47.在所述导向组件7的竖直中心线偏离第一球形槽511的竖直中心线时，所述导向组件7与第一球形槽511内壁的弹性抵接具备使导向组件7的竖直中心线恢复至与第一球形槽511的竖直中心线重合的弹性回复力；
48.所述导向组件7包括：球形轴710，所述球形轴710转动连接在第二球形槽512内，所述球形轴710插入至第一球形槽511内的一端设有与第一球形槽511的内壁接触的弹性回复件720，所述球形轴710的另一端设有连接杆件730，所述连接杆件730的端部转动设有导向辊740，所述导向辊740的外环面上设有环形限位槽741，所述限位组件8的底端限位在环形限位槽741内。
49.上述技术方案的工作原理和有益效果：导向组件7的初始状态为，其竖直中心线与第一球形槽511的竖直中心线重合，弹性回复件720与第一球形槽511的底部为自然接触状态，不产生弹性抵接作用力；
50.导向组件7受到输送的碳纤维给的水平转向力以及压力后，在限位组件8对导向辊740的限位下，使得导向辊740受力后沿着球形轴710的竖直中心线水平方向转动至与碳纤维输送方向相同，同时球形轴710在第二球形槽512内水平转动，从而导向辊740的转动方向顺应碳纤维的输送方向，以避免产生过渡摩擦，并且由于第一球形槽511的球心在水平方向上低于第二球形槽512设置，导向辊740受到压力后，球形轴710沿着第二球形槽512转动使得导向组件7的竖直中心线偏离第一球形槽511的竖直中心线，两者形成一定角度时，弹性回复件720在第一球形槽511的导向作用下被压缩，长度缩短，此时，导向组件7的顶部低于其初始状态时的顶部高度，可以降低碳纤维的输送张力，当碳纤维的输送张力减小时，则作用于导向组件7上的压力减小，此时弹性回复件720在其自身的弹性回复作用力下，驱使其长度伸长，使得弹性回复件720具有向第一球形槽511的底部的方向转动趋势，使得导向组件7产生转动，保证其与碳纤维保持抵接。
51.在一个实施例中，所述弹性回复件720包括：抵接柱721，所述抵接柱721的一端设有与第一球形槽511的内壁接触的半球体722，所述抵接柱721的另一端设有插接柱723，所述插接柱723的直径小于抵接柱721的直径，所述插接柱723和抵接柱721的连接处形成第一台阶面，所述插接柱723的外侧设有第一弹簧724，所述球形轴710插入至第一球形槽511内
的端部设有与插接柱723对应的插接孔711，所述插接孔711的中部设有第二台阶面，所述第一弹簧724连接于第一台阶面和第二台阶面之间。
52.上述技术方案的工作原理和有益效果：插接柱723可插入至插接孔711内，使得插接柱723、抵接柱721以及半球体722形成的抵接部能够相对于球形轴710进行伸缩，以使得其实现相应的功能，半球体722与第一球形槽511的内壁接触形成最小的接触面积，以使得导向组件7受力后，弹性回复件720的移动灵敏度更高，并且在导向组件7的受力减小后，弹性回复件720能够即刻在第一弹簧724的弹性回复力作用下向第一球形槽511的最底部移动，保证半球体722与第一球形槽511之间的接触移动摩擦面积最小，进而降低两者的移动摩擦力，提升导向组件7的回复能力，进一步保证碳纤维的输送张力以及卷绕张力的均匀性。
53.在一个实施例中，所述第二球形槽512的上方和下方分别设有第一避让槽口513和第二避让槽口514，所述限位筒510上设有垂直其轴线设置的水平通孔515，所述水平通孔515的轴线垂直穿过第二球形槽512的水平中心线。
54.上述技术方案的工作原理和有益效果：第一避让槽口513设置在限位筒510的顶部，第二避让槽口514设置在第二球形槽512与第一球形槽511的连通处，两者均为锥形孔，锥形孔与第二球形槽512连接的一端直径大于其另一端直径，以使得导向组件7转动的角度范围更大；
55.水平通孔515在水平方向上贯穿限位筒510设置，并且穿过第二球形槽512的水平中心线，可以通过水平通孔515向球形轴710的表面填充润滑油，以保证转动的灵敏性；
56.限位筒510可设置为两个对称的筒单元510a，筒单元510a的两侧分别设有连接块516，连接块上设有连接孔，两个筒单元510a的连接块516可通过螺钉连接。
57.在一个实施例中，所述限位组件8包括：转动连接在顶板630上的转动轴810，所述转动轴810的两侧对称设有铰接块820，所述铰接块820上转动有铰接杆830，所述铰接杆830和铰接块820之间通过卷簧连接，所述铰接杆830的活动端固定设有套筒840，所述套筒840内滑动设有限位杆850，所述限位杆850和套筒840之间设有第二弹簧860，所述限位杆850伸出套筒840的端部转动设有限位轮870，所述限位轮870限位在环形限位槽741内，用于对导向辊740的轴向偏移进行限位，所述限位轮870的外环面上设有环形抵接部871，碳纤维在环形抵接部871和环形限位槽741之间传送。
58.上述技术方案的工作原理和有益效果：卷簧为两个对称设置的铰接杆830提供相对转动的弹性回复力，第二弹簧860为限位杆850和限位轮870提供与导向辊740抵接的抵接作用力，铰接杆830与套筒840形成一定角度设置，使得限位轮870在导向辊740进行移动时，能够始终位于环形限位槽741内，在导向辊740受到输送的碳纤维不均衡的作用力时，导向辊740和限位轮870的相互限位作用下，使得导向辊740沿水平方向转动，由于转动轴810与顶板630转动连接，因此可以同时驱动限位轮870随之运动，在导向辊740由于受到碳纤维给的向下的压力而在垂直方向发生转动时，一侧的铰接杆830受压转动，则卷簧和第二弹簧860提供弹性力，保证此侧的限位轮870与碳纤维保持抵接且限位在环形限位槽741内，另一侧的铰接杆830的受力减小，在卷簧的弹性回复力作用下使得铰接杆830转动，则此侧也是通过卷簧和第二弹簧860为限位轮870提供弹性力；两侧的限位杆850均在套筒840内通过第二弹簧860的作用进行弹性伸缩，保证限位轮870限位在环形限位槽741内，从而对输送的碳
纤维产生压力，防止碳纤维与导向辊740脱离；
59.环形抵接部871为适用于碳纤维而进行设置，其截面可以是向内凹陷的凹槽也可以是向外凸出的凸出部；
60.通过上述设计，限位组件8不仅能够对碳纤维的输送产生压力防止其脱离导向辊740，同时还能配合导向组件7的水平方向转动，以保证导向组件7能够自动顺应改变输送方向的碳纤维，保证输送的张力的稳定性，以及减小输送摩擦力。
61.在一个实施例中，所述球形轴710与连接杆件730连接的一端设有螺纹孔712，所述连接杆件730包括：与所述螺纹孔712连接的支撑杆731，所述支撑杆731远离球形轴710的一端固定设有u形杆732，所述导向辊740通过转动轴810转动设置在u形杆732上。
62.上述技术方案的工作原理和有益效果：支撑杆731与球形轴710为螺纹连接，可以改变支撑杆731的高度，以使得导向辊740的工作高度适用于碳纤维的输送高度，导向辊740通过转动轴810转动连接在u形杆732上，以保证导向辊740的转动空间。
63.在一个实施例中，还包括：用于自动调节螺杆11转动速度的控制部，所述螺杆11通过第一驱动部驱动其转动，所述收卷辊4通过第二驱动部驱动其转动，所述控制部通过获取碳纤维的输送速度，控制第二驱动部调整收卷辊4的旋转速度，控制第一驱动部调整螺杆11的转速，以使得移动块12的直线移动速度与收卷辊4的旋转速度相适配，使得卷绕在收卷辊4上的碳纤维的相邻卷绕圈之间紧密排列且无缝隙，则收卷辊4的旋转速度与移动块12的移动速度应满足下述关系：
[0064][0065]
其中，v1为移动块12的移动速度，n为收卷辊4的旋转速度，t为碳纤维的材料厚度或直径，π为数学常数，v2为碳纤维的输送速度，dm为收卷辊4上卷绕碳纤维的层数为m时，碳纤维中心收卷直径，d为收卷辊4的直径，δti为第i层卷绕在收卷辊4上的碳纤维受压而损失的量。
[0066]
上述技术方案的工作原理和有益效果：由于碳纤维材料具有一定厚度，在收卷时受张力以及卷绕的作用力，会产生一定的变形从而损失一定的厚度或直径，因此，将变形损失作为上述公式的一个参数，使得计算更加准确，δti在每一层卷绕损失的量可记为数值相同，其与受的压力和材料特性相关，可以依据受压力大小以及材料参数计算其受压后的损失量；为了便于计算公式中的参数均为无量纲参数，也就是无单位参数，在收卷辊4对碳纤维收卷时，为了进一步保证其收卷的均匀性，使得移动块12的移动速度满足上述公式，随着碳纤维的卷绕层数增加，适应性调整移动块12的移动速度，使得移动块12每次从一端移动至另一端时，碳纤维能够紧密卷绕在收卷辊4上，也就是碳纤维卷绕的相邻圈数之间无缝隙，进一步保证收卷的均匀性，碳纤维的卷绕层数以移动块12从螺杆11的一端移动至另一端记为一层，则每卷绕一层碳纤维均对应有移动块12的移动速度，控制部依据上述公式控制第一驱动部工作，以使得移动块12的移动速度适应性调整。
[0067]
在本发明的描述中，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”、“轴向”、“径向”、“周向”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发明和简化描述，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发明的限制。
[0068]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0069]
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节与这里示出与描述的图例。