复合材料铺丝设备及其丝束导向装置的制作方法

本发明属于复合材料铺放成型技术领域，具体提供一种复合材料铺丝设备及其丝束导向装置。

背景技术：

复合材料具有高比强度、高比模量、耐疲劳、减振性好、工艺性好等优点，这些优点对飞行器的性能具有很大的价值，在航天航空工业中已经得到了广泛的应用。同时在其他行业，如体育器材、船舶、高铁等领域，复合材料的用量也在日益增多。

对于飞机的机身段、喷气发动机整流罩、进气道、喷管、锥形管、压气机叶片、圆形或“c”形通道管等具有高曲率轮廓的复合材料整体构件，使用复合材料自动铺带机设备将难以满足铺放制造的要求。复合材料自动铺丝机由于可以对多束的窄条丝带进行单独控制，可根据铺放层轮廓形状对丝束进行独立切断控制，可铺放复杂的、甚至带窗口的曲面。因此，对于此类复杂构件，需要使用自动铺丝机来实现铺放加工制造。

自动铺丝机的铺丝头是复合材料铺丝机最核心的部件，铺丝头的核心功能装置主要实现对多束复材纤维丝束的独立重送、压紧止动、剪切、导向等功能。如公布号为cn103640229a的专利申请，其公开的单驱动的复合材料铺丝头一体化装置包括重送轮装置、重送轮轴和压止剪切装置。在纤维丝束被切断时，压止剪切装置先通过压止头压紧纤维丝束，然后再通过剪切刀片切断纤维丝束。在纤维丝束被重送时，压止剪切装置的压止头先脱离纤维丝束，然后重送轮装置的重送轮与重送轮轴紧密配合压紧纤维丝束，并对纤维丝束进行输送。

但是，由于纤维丝束自身张紧力的存在，丝束在与压止头脱离和被重送轮压紧的这段时间内容易出现回抽现象。导致纤维丝束下一次被输送时长短不一，甚至发生堵丝。

相应地，本领域需要一种新的复合材料铺丝设备及其丝束导向装置来解决上述问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有复合材料铺丝设备的铺丝头在切断纤维丝束时容易使纤维丝束出现回抽现象的问题，本发明提供了一种复合材料铺丝设备的丝束导向装置，所述丝束导向装置包括支座、枢转地设置在所述支座上的导向轮、可转动地设置在所述支座上并能够与所述导向轮滚动接触的压紧轮，所述导向轮和所述压紧轮能够沿径向夹紧丝束；所述导向轮和所述压紧轮中的至少一个仅能够单向转动。

在上述丝束导向装置的优选技术方案中，所述丝束导向装置还包括单向轴承，所述导向轮通过所述单向轴承与所述支座枢转连接。

在上述丝束导向装置的优选技术方案中，所述丝束导向装置还包括两端与所述支座固定连接的第一转轴，所述单向轴承的内圈与所述第一转轴同轴固定连接，所述单向轴承的外圈与所述导向轮同轴固定连接或一体制成。

在上述丝束导向装置的优选技术方案中，所述丝束导向装置还包括旋转座和压紧构件，所述旋转座的一端与所述支座枢转连接，所述旋转座的另一端与所述压紧轮枢转连接；所述压紧构件用于给所述旋转座提供使所述压紧轮压紧所述导向轮的力。

在上述丝束导向装置的优选技术方案中，所述压紧构件是螺栓，所述螺栓与所述支座螺纹连接，所述螺栓远离螺帽的一端顶紧所述旋转座，并因此使所述压紧轮压紧所述导向轮。

在上述丝束导向装置的优选技术方案中，所述丝束导向装置还包括第二转轴，所述旋转座通过所述第二转轴与所述支座可转动地连接到一起。

在上述丝束导向装置的优选技术方案中，所述支座包括可拆卸地连接到一起的第一支座和第二支座，所述导向轮枢转地设置在所述第一支座上，所述压紧轮可转动地设置在所述第二支座上。

在上述丝束导向装置的优选技术方案中，所述丝束导向装置还包括与所述第一支座可拆卸地连接到一起的梳齿式导向板，所述梳齿式导向板用于对所述丝束进行导向；并且/或者，所述第一支座上设置有允许所述丝束穿过的孔结构。

在上述丝束导向装置的优选技术方案中，所述导向轮的周向设置有容纳所述丝束的凹槽，所述压紧轮能够与所述凹槽的底面滚动接触；并且/或者，所述导向轮和/或所述压紧轮设置成周向上具有弹性；并且/或者，所述导向轮和所述压紧轮均为多个。

此外，本发明还提供了一种复合材料铺丝设备，所述复合材料铺丝设备包括上述丝束导向装置的优选技术方案中任一项所述的丝束导向装置。

本领域技术人员能够理解的是，在本发明的优选技术方案中，通过将导向轮和压紧轮中的至少一个设置成仅能够单向转动的形式，使得丝束在被导向轮和压紧轮夹紧时只能朝一个方向输送。当丝束被切断时，导向轮和压紧轮也不会朝相反的方向转动，以便防止丝束出现回抽的现象。因此本发明的丝束导向装置能够通过导向轮和压紧轮始终压紧丝束，并通过导向轮和/或压紧轮的单向转动功能防止丝束被切断时出现回抽现象。

附图说明

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式，附图中：

图1是本发明的丝束导向装置的结构示意图；

图2是图1沿a-a方向的剖视图；

图3是本发明的导向轮组件的结构示意图；

图4是本发明的导向轮的结构示意图；

图5是本发明的压紧轮组件的结构示意图。

附图标记列表：

10、导向轮组件；11、第一支座；111、u形槽；112、孔结构；113、螺纹孔；12、第一转轴；13、单向轴承；14、导向轮；141、凹槽；15、梳齿式导向板；16、第一螺栓；17、第二螺栓；18、第三螺栓；19、圆柱；

20、压紧轮组件；21、第二支座；211、安装孔；22、第二转轴；23、旋转座；24、压紧轮；25、轴承；26、第三转轴；27、第四螺栓；28、第五螺栓；

30、丝束。

具体实施方式

本领域技术人员应当理解的是，本节实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非用于限制本发明的保护范围。例如，虽然附图中的各部件之间是按一定比例关系绘制的，但是这种比例关系并非一成不变，本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合，调整后的技术方案仍将落入本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；也可以是电连接；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。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明的丝束导向装置主要包括可拆卸地连接到一起的导向轮组件10和压紧轮组件20。在组装好的状态下，导向轮组件10和压紧轮组件20能够压紧丝束30，并对丝束30的输送提供导向。

如图2和图3所示，导向轮组件10主要包括第一支座11、第一转轴12、多个单向轴承13、多个导向轮14和梳齿式导向板15。

如图3所示，第一支座11上对应的两端分别设置有一个u形槽111。第一转轴12的两端分别嵌入两个u形槽111内，并与第一支座11固定连接。具体地，第一转轴12的两端分别设置一个螺纹孔(图中未示出)，在第一转轴12装配到u形槽111内之后，将第一螺栓16拧紧到螺纹孔上使第一螺栓16的螺帽与第一支座11紧紧地贴合到一起，从而将第一转轴12沿轴向固定到第一支座11上。需要说明的是，第一转轴12的长度小于第一支座11的长度，以便使两个第一螺栓16的螺帽都能够贴紧第一支座11，防止第一转轴12沿轴向发生移动。进一步，u形槽111的侧壁上也设置有螺纹孔，将第二螺栓17拧入螺纹孔并顶紧第一转轴12，用以防止第一转轴12沿径向发生移动。

本领域技术人员能够理解的是，将第一支座11上与第一转轴12配合的孔设置成u形槽111，是为了使第一支座11能够沿径向安装到u形槽111内。此外，本领域技术人员也可以根据需要，将u形槽111设置成其他任意可行的孔，例如圆孔、矩形孔、条形孔等。

如图2和图3所示，多个单向轴承13沿轴向依次套设在第一转轴12上。具体地，每一个单向轴承13的内圈(图中未示出)都与第一转轴12同轴固定连接。示例性地，所述内圈的内侧和第一转轴12的外圆周上都设置有键槽，通过与该两个键槽都匹配的键将所述内圈和第一转轴12同轴连接到一起。进一步，彼此相邻的两个单向轴承13之间通过轴套(图中未示出)隔开。具体地，轴套套设在第一转轴12上，轴套的两端分别与相邻的两个内圈相抵，用以避免两个单向轴承13之间发生干涉。

如图2和图4所示，每一个单向轴承13的外圈(图中未标示)都同轴固定有一个导向轮14。具体地，所述外圈的外侧和导向轮14的内侧沿轴向分别设置有多个凹槽(图中未标示)。通过圆柱19将单向轴承13的外圈和导向轮14同轴固定到一起。为了防止导向轮14沿轴向发生窜动，还可以通过孔用挡圈或轴用挡圈将导向轮14和外圈沿轴向固定到一起。或者，本领域技术人员也可以根据需要，使单向轴承13的外圈和导向轮14一体制成。

继续参阅图2和图4，导向轮14的周向设置有一圈凹槽141，该凹槽141用于容纳丝束30，防止丝束30沿导向轮14的径向脱离导向轮14。

如图3所示，第一支座11的底部设置有多个孔结构112，该孔结构112允许丝束30穿过，用于防止丝束30发生扭转，并对丝束30起到导向作用，防止丝束30脱离导向轮14。该孔结构112优选地是矩形孔或条形孔。

继续参阅图3，梳齿式导向板15通过第三螺栓18固定到第一支座11的顶部，或者本领域技术人员也可以根据需要，使第一支座11和梳齿式导向板15一体制成。其中，梳齿式导向板15相邻的两个齿之间用于容纳丝束30，并对丝束30起到导向作用，防止丝束30脱离导向轮14。

如图1和图3所示，第一支座11上靠近压紧轮组件20的一侧设置有螺纹孔113，该螺纹孔113能够与第四螺栓27配合，将压紧轮组件20和第一支座11固定到一起。具体地，第四螺栓27穿过第二支座21上的安装孔211之后拧紧到螺纹孔113上，并因此将第一支座11和第二支座21紧固到一起。或者，本领域技术人员也可以根据需要，将第一支座11和第二支座21制成为一个整体的支座。

如图1、图2和图5所示，压紧轮组件20主要包括第二支座21、第二转轴22、多个旋转座23、多个压紧轮24、多个轴承25和第三转轴26。

继续参阅图1、图2和图5，第二转轴22的两端分别与第二支座21相连接，防止第二转轴22沿轴向和/或径向移动。每一个旋转座23的一端都分别可转动地连接到第二转轴22上，每一个旋转座23的另一端都分别枢转地连接有一个压紧轮24。具体地，每一个旋转座23的另一端都分别连接有一根第三转轴26。轴承25套设在第三转轴26上，压紧轮24套设在轴承25上。更具体地，轴承25的内圈与第三转轴26相连接，轴承25的外圈与压紧轮24相连接或一体制成。在本发明的优选实施方案中，轴承25为普通轴承，以便压紧轮24能够自由转动。或者本领域技术人员也可以根据需要，将轴承25设置成单向轴承，并使其转动方向与单向轴承13的转动方向相反。

如图1和图5所示，第二支座21上设置有安装孔211。在第二支座21与第一支座11对准之后，第四螺栓27能够穿过安装孔211并与第一支座11上的螺纹孔113螺纹连接到一起，从而将第二支座21和第一支座11紧固到一起。或者本领技术人员也可以根据需要，使第一支座11和第二支座21一体制成。

如图1和图5所示，在第一支座11和第二支座21装配到一起的情况下，与第二支座21螺纹连接的每一个第五螺栓28(具体为第五螺栓28远离螺帽的一端)都分别顶紧一个旋转座23，以便使每一个压紧轮24都分别卡入一个凹槽141内并压紧凹槽141的底面。导向轮14和压紧轮24被因此夹紧丝束30。其中，每一个第五螺栓28都能够单独调整从而使不同的压紧轮24能够以不同的力压紧导向轮14。

虽然图中并未示出，但是在本发明的优选实施方案中，压紧轮24采用聚氨酯等具有弹性的材料制成，并包覆在轴承25的外圈。以便提高压紧轮24与丝束30之间的摩擦力，防止丝束30被切断时出现回抽现象，同时还能够防止压紧轮24硬度过大与导向轮14接触时切断丝束30。此外，本领域技术人员还可以根据需要，将导向轮14也采用弹性材料制成。或者，仅将导向轮14采用弹性材料制成。本领域技术人员能够理解的是，为了避免材料的浪费，本领域技术人员也可以根据需要，将导向轮14和/或压紧轮24设置成周向上具有弹性的情形。换句话说，仅将导向轮14和/或压紧轮24周向上的结构采用弹性材料制成。

需要说明的是，本发明的导向轮14、旋转座23、压紧轮24和第五螺栓28的数量不仅限于附图中所示的四个，在彼此匹配的情况下，其还可以是其他任意多个，例如，两个、三个、五个、八个等。

下面结合图1至图3来对本发明的丝束导向装置的使用方法进行简要说明。

在丝束导向装置穿丝(丝束30)时，先将压紧轮组件20从导向轮组件10上拆卸下来，然后使丝束30依次穿过孔结构112和梳齿式导向板15，并使丝束30嵌入凹槽141中。之后再将压紧轮组件20安装到导向轮组件10上并调整第五螺栓28，以便使压紧轮24压紧凹槽141内的丝束30。当丝束30被输送时，导向轮14和压紧轮24同步转动。当丝束30被切断时，导向轮14和压紧轮24在单向轴承13的作用下，夹持着丝束30保持在当前位置。

因此，本发明的丝束导向装置能够使丝束30在被切断之后保持在当前状态，不会因为自身的张紧力而发生回抽现象。保证了复合材料铺丝设备下次铺丝时的流畅性、精度和质量。

此外，本发明还提供了一种复合材料铺丝设备，其包括上述的丝束导向装置。优选地，丝束导向装置设置在复合材料铺丝设备的铺丝头上，并且本领域技术人员可以根据需要为第一转轴12匹配驱动装置。以便驱动装置驱动第一转轴12转动时，丝束导向装置能够独立输送丝束30。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。