本发明专利技术属于碳纤维复合材料构件自动铺放制造领域，具体涉及一种用于碳纤维预浸带纱筒的驱动及胀紧装置和使用方法，包括电机支座和芯轴；电机支座内设置有直驱电机，芯轴穿过直驱电机的转子，芯轴进气端一侧连接有旋转气嘴，并且外部设置有旋转编码器，芯轴另一侧与活塞筒连通，活塞筒与用于对碳纤维预浸带纱筒进行胀紧的胀紧固定装置连接。该装置在充气前利用弹簧弹力胀紧并固定住纱筒，在直驱电机驱动下纱筒旋转放料，并由旋转编码器实时监控放料状态，充气后滑块收缩便可松开纱筒，本发明专利技术的结构紧凑、操作简单，可靠性较高。可靠性较高。可靠性较高。
【技术实现步骤摘要】
一种用于碳纤维预浸带纱筒的驱动及胀紧装置和使用方法
[0001]本专利技术属于碳纤维复合材料构件自动铺放制造领域，具体涉及一种用于碳纤维预浸带纱筒的驱动及胀紧装置和使用方法。
技术介绍
[0002]复合材料自动铺放成型技术是近年来发展最快、最有效的碳纤维复合材料构件自动化成型技术之一，特别是自动铺丝技术，将多束碳纤维预浸带通过自动铺放装置铺放成型复合材料构件，每束碳纤维预浸带都由一个纱筒进行收放料，当碳纤维预浸带用完时，需要及时更换纱筒。目前现有技术中，纱筒大多使用普通伺服电机通过机械传动装置驱动和机械胀紧的方法。随着技术的发展，对自动铺放效率要求越来越高，自动铺放的丝束数量可多达32束，从而带来新的问题：普通伺服电机通过机械传动装置驱动纱筒使得设备整体结构尺寸过大，重量增加，影响设备灵活度和适应性，不利于制造复杂结构造型的复合材料构件；另外，随着自动铺放设备尺寸的增加，机械胀紧使得纱筒胀紧和松开费时费力，操作不便，难以实现设备进一步的自动化。而常规气动胀紧由于在胀紧过程中要始终保持较高气压，当气压出现波动时，胀紧装置容易产生松弛，导致胀紧故障，使得设备停机甚至损坏。
技术实现思路
[0003]为了解决纤维铺放过程中丝束数量增多带来的纱筒驱动结构尺寸较大和胀紧操作不便、可靠性不高的问题，本专利技术的目的是提供用于碳纤维预浸带纱筒的直驱式驱动及胀紧装置和使用方法，通过直驱电机对纱筒直接驱动，通过气动胀紧和松开的方式来实现纱筒的固定及更换，使得碳纤维预浸带纱筒驱动及胀紧装置更加紧凑和易于操作。
[0004]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0005]用于碳纤维预浸带纱筒的驱动及胀紧装置，包括电机支座和芯轴；电机支座内设置有直驱电机，芯轴穿过直驱电机的转子，芯轴进气端一侧连接有旋转气嘴，并且外部设置有旋转编码器，芯轴另一侧与活塞筒连通，活塞筒与用于对碳纤维预浸带纱筒进行胀紧的胀紧固定装置连接。
[0006]进一步的，胀紧固定装置包括设置在活塞筒内的活塞及锥形滑座，活塞及锥形滑座相连，锥形滑座周向均布数个梯形滑块，当锥形滑座作轴向移动时，梯形滑块在滑移面作用下径向移动，梯形滑块上安装有用于支撑碳纤维预浸带纱筒的支撑块。
[0007]进一步的，锥形滑座尾部周向均布有若干弹簧，弹簧一端深入锥形滑座的安装孔中，与锥形滑座接触，另一端与底座接触。
[0008]进一步的，锥形滑座和底座之间设置有滑块端盖。
[0009]进一步的，电机支座设置在机架上；活塞筒上开设有卡槽，滑块端盖上设置有导向面，梯形滑块一端设置于活塞筒的卡槽内，另一端设置于滑块端盖的导向面内。
[0010]进一步的，所述活塞筒与芯轴连接处设置有第一密封，活塞外圆周处设置有第二密封，锥形滑座与活塞连接处设置有第三密封。
[0011]进一步的，所述锥形滑座及梯形滑块相配合的滑动锥形母线与其轴线的夹角范围为15度至45度。
[0012]进一步的，梯形滑块为3个、4个或6个。
[0013]进一步的，电机支座内设置有轴承盖，轴承盖上设置有用于支撑芯轴的第一轴承，电机支座内另一端通过压紧螺母设置有套筒，套筒上设置有用于支撑芯轴的第二轴承组。
[0014]一种如上所述装置的使用方法，包括以下步骤：弹簧处于自然初步压缩状态时，锥形滑座在弹簧弹力作用下位于最前端，梯形滑块带动支撑块径向膨胀，将碳纤维预浸带纱筒胀紧固定，直驱电机带动芯轴及活塞筒转动，碳纤维预浸带纱筒放料；
[0015]当需要更换碳纤维预浸带纱筒时，通过旋转气嘴接通气源，压缩空气经由芯轴进气道进入活塞筒内部，推动活塞及锥形滑座轴向移动，并进一步压缩弹簧，梯形滑块带动支撑块径向收缩，支撑块与碳纤维预浸带纱筒内壁产生间隙，对碳纤维预浸带纱筒进行更换。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果：
[0017]本专利技术充分利用碳纤维预浸带纱筒中空的结构特征，可通过直驱电机直接驱动碳纤维预浸带纱筒，大大地减小了驱动装置设备结构尺寸及重量。另外，集成化、模块化的驱动和胀紧装置通过简单的机械连接便可进行整体更换，简化了维修操作，有利于整体装备的模块化和标准化。本专利技术通过气动胀紧和松开的方式实现碳纤维预浸带纱筒的固定及更换，减小了劳动强度，节约了更换时间，提高了设备的自动化程度。本专利技术在充气前利用弹簧弹力胀紧并固定住纱筒，在直驱电机驱动下纱筒旋转放料，并由旋转编码器实时监控放料状态，充气后滑块收缩便可松开纱筒，采用这种“通气松开、断气胀紧”的动作策略，解决了常规气胀轴“通气胀紧、断气松开”时必须保持较高气压的问题，提高胀紧装置的可靠性。
附图说明
[0018]图1为本专利技术装置轴向截面示意图；
[0019]图2为本专利技术装置径向截面示意图；
[0020]图3为本专利技术装置的松开纱筒时示意图。
[0021]其中：1为旋转气嘴；2为旋转编码器；3为第一轴承；4为轴承盖；5为直驱电机；6为电机支座；7为芯轴；8为碳纤维预浸带纱筒；9为第二轴承组；10为套筒；11为压紧螺母；12为第一密封；13为活塞筒；14为活塞；15为第二密封；16为第三密封；17为锥形滑座；18为梯形滑块；19为支撑块；20为滑块端盖；21为弹簧；22为底座。
具体实施方式
[0022]为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的较佳实施方式。但是，本专利技术可以以多种不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本专利技术的公开内容理解的更加透彻全面。
[0023]参照图1及图2，一种用于碳纤维预浸带纱筒的集成式驱动及胀紧装置，包括固定于机架上的电机支座6，电机支座6内部安装有直驱电机5，芯轴7穿过直驱电机5的转子，电机支座6内一端设置有轴承座端盖4，轴承盖座端4上设置有第一轴承3，电机支座6内另一端通过压紧螺母11定位并锁紧第二轴承组9，在第二轴承组9的两个轴承之间设置有套筒10，
芯轴7沿轴向分别由第一轴承3和第二轴承组9支撑，活塞筒13连接在芯轴7尾端，活塞筒13内部安装有活塞14及锥形滑座17，活塞14可在活塞筒13内部作轴向移动，沿锥形滑座17周向均布数个梯形滑块18。
[0024]当锥形滑座17作轴向移动时，梯形滑块18只能在滑移面作用下径向移动，梯形滑块18上安装有支撑块19，支撑块19与碳纤维预浸带纱筒8内壁接触，起到胀紧固定作用，锥形滑座17尾部周向均布有数个弹簧21，弹簧21一端深入锥形滑座17的安装孔中，与锥形滑座17接触，另一端与底座22接触，在弹簧力作用下，锥形滑座17可沿轴线方向移动。在锥形滑座17和底座22之间设置有滑块端盖20，并由滑块端盖20对弹簧21进行径向约束和支撑。
[0025]活塞筒13上开设有卡槽，滑块端盖20上设置有导向面，梯形滑块18一端设置于活塞筒13的卡槽内，另一端设置于滑块端盖20的导向面内。
[0026]参照图1，所述活塞筒13与芯轴7连接处设置有第一密封12本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于碳纤维预浸带纱筒的驱动及胀紧装置，其特征在于，包括电机支座(6)和芯轴(7)；电机支座(6)内设置有直驱电机(5)，芯轴(7)穿过直驱电机(5)的转子，芯轴(7)进气端一侧连接有旋转气嘴(1)，并且外部设置有旋转编码器(2)，芯轴(7)另一侧与活塞筒(13)连通，活塞筒(13)与用于对碳纤维预浸带纱筒(8)进行胀紧的胀紧固定装置连接。2.根据权利要求1所述的用于碳纤维预浸带纱筒的驱动及胀紧装置，其特征在于，胀紧固定装置包括设置在活塞筒(13)内的活塞(14)及锥形滑座(17)，活塞(14)及锥形滑座(17)相连，锥形滑座(17)周向均布数个梯形滑块(18)，当锥形滑座(17)作轴向移动时，梯形滑块(18)在滑移面作用下径向移动，梯形滑块(18)上安装有用于支撑碳纤维预浸带纱筒(8)的支撑块(19)。3.根据权利要求2所述的用于碳纤维预浸带纱筒的驱动及胀紧装置，其特征在于，锥形滑座(17)尾部周向均布有若干弹簧(21)，弹簧(21)一端深入锥形滑座(17)的安装孔中，与锥形滑座(17)接触，另一端与底座(22)接触。4.根据权利要求3所述的用于碳纤维预浸带纱筒的驱动及胀紧装置，其特征在于，锥形滑座(17)和底座(22)之间设置有滑块端盖(20)。5.根据权利要求4所述的用于碳纤维预浸带纱筒的驱动及胀紧装置，其特征在于，电机支座(6)设置在机架上；活塞筒(13)上开设有卡槽，滑块端盖(20)上设置有导向面，梯形滑块(18)一端设置于活塞筒(13)的卡槽内，另一端设置于滑块端盖(20)的导向面内。6.根据权利要求2所述的用于碳纤维预浸带纱筒的驱动及胀紧装置...
【专利技术属性】
技术研发人员：张小辉，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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