【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及连续碳纤维复合材料自动成型领域及融合机构学，特别涉及一种面向复杂陡变型面结构的铺丝压实机构，可对连续性纤维复合材料进行压实，对压辊的铺放角度进行调节，可提高成型结构件的稳定性。
技术介绍
1、随着我国国民经济和国防军队现代化的快速发展，连续碳纤维复合材料由于具有金属材料无法比拟的高比强度、高比模量、良好抗疲劳性和热膨胀系数小等优点，已成为目前中国重点发展的关键战略材料和理想的结构性材料，航空航天也成为全球碳纤维复合材料十分关键的应用领域。
2、其常见的自动化成型工艺方法有纤维缠绕、自动铺带以及自动铺丝，其中，由于自动铺丝技术兼备自动铺带和纤维缠绕的优势，极大提高了产品的生产效率和成型质量的可靠性，已获得了广泛的商业化应用。然而，目前自动铺丝技术及其装备仍难以满足具有复杂陡变型面特征高性能结构件的高精度、低损伤成型制造，如航空发动机叶片、s型进气道、翼身融合体等。
3、国内现有碳纤维自动铺丝头中铺丝压实机构的设计多依靠工程人员设计经验积累，一般由气缸连接单个或多个独立柔性压实靴实现曲面铺放，但其机构的运动模式单一、曲面适应性差，仅适用于平面或小曲率型面结构的铺丝压实，而这类机构在铺放复杂曲率的型面结构时，由于柔性不足、工艺参数调控精度低，造成压实力突变，进而导致铺层材料屈曲、褶皱等缺陷。因此，需要根据结构型面曲率变化特征，对其铺丝压实机构的构型及结构进行匹配性设计，以满足复杂陡变曲率型面结构、多材料规格的自适应铺放成型需求。
技术实现思路
1、针
2、本专利技术面向陡变曲率型面结构的自适应铺丝压实机构，包括支撑装置以及支撑装置上由上至下依次安装的气动滑台、对称双稳态机构与欠驱动机构。
3、所述对称双稳态机构包括平移连杆、第一稳态连杆、第二稳态连杆、第三稳态连杆、第四稳态连杆、稳态弹簧与稳态限位挡块。
4、其中，平移连杆水平设置，与气动滑台的气缸连接固定，由气动滑台控制上下移动。第一稳态连杆与第三稳态连杆顶端分别与平移连杆两端铰接形成转动副。第二稳态连杆与第四稳态连杆顶端分别与第一稳态连杆和第三稳态连杆底端铰接形成转动副。第二稳态连杆与第四稳态连杆的底端铰接于滑块上形成转动副；滑块与支撑装置上安装的滑块导轨间滑动连接，可沿上下移动。
5、第二稳态连杆与第四稳态连杆之间具有两个稳态限位档块，限制第二稳态连杆和第四稳态连杆转动。第二稳态连杆与第四稳态连杆中部安装销轴，稳态弹簧两端分别通过销轴铰接在第二稳态连杆和第四稳态连杆中部形成转动副；
6、所述欠驱动机构具有自适应性包括中心连杆、主压实棍、辅助压实棍、主压辊连杆、辅助压辊连杆与传导支撑机构。
7、其中，中心连杆与滑块铰接形成转动副；主压辊连杆与辅助压辊连杆交叉设置，顶端与中心连杆铰接形成转动副。主压辊连杆与辅助压辊连杆底端安装有主压实棍与辅助压实辊。
8、上述主动辊连杆与辅助压辊连杆上滑动套接有传导支撑机构；传导支撑机构包括支撑块与悬臂销。其中，支撑块具有通孔，配合直线轴承与主动辊连杆与辅助压辊连杆连接；并通过悬臂销与安装平台连接，实现传导支撑机构相对安装平台间的旋转运动。
9、上述对称双稳态机构与欠驱动机构之间通过第一传递连杆、第二传递连杆、第三传递连杆和第四传递连杆进行连接和力传导。其中，第一传递连杆与第一稳态连杆和第二稳态连杆间的铰接轴相连形成转动副。第三传递连杆与第三稳态连杆和第四稳态连杆间的铰接轴相连形成转动副。第一传递连杆与第三传递连杆底端分别连接第二传递连杆和第四传递连杆顶端形成转动副。第二传递连杆和第四传递连杆底端分别连接欠驱动机构的中心连杆两端形成转动副。
10、上述第二传递连杆和第四传递连杆上靠近顶端位置还安装有转换限位块，分别用于限制第一传递连杆和第二传递连杆之间以及第三传递连杆和第四传递连杆之间的相对旋转夹角。
11、本专利技术面向陡变曲率型面结构的自适应铺丝压实机构，进行弯曲表面/平坦表面自适应铺丝压实的方法为：
12、s1：随碳纤维自动铺丝头运动到铺丝初始位置；此时主压实棍和辅助压实棍与模具表面接处。
13、s2：控制气动滑台施加小于稳态弹簧预紧力；推动滑块沿滑块导轨下移，由中心连杆进一步带动主压实棍和辅助压实棍与模具表面接触，由接触力将纤维带压实在模具表面，
14、s3：当遇到弯曲表面时，欠驱动机构的中心连杆绕中心点相对滑块被动旋转，同时滑块带动整个欠驱动机构沿气动滑台运动方向滑动，中心连杆的被动旋转与相对滑动使得气动滑台的驱动力能够在主压实棍和辅助压实棍之间均匀的分配。
15、s4：气动滑台根据传感器的力反馈实时调整运动行程。
16、本专利技术面向陡变曲率型面结构的自适应铺丝压实机构，进行平坦平面铺丝压实方法为：
17、s21：随碳纤维自动铺丝头运动到铺丝初始位置；此时主压实棍和辅助压实棍与模具表面接处；
18、s22：控制气动滑台施加驱动力，推动滑块沿滑块导轨下移，由中心连杆进一步带动主压实棍和辅助压实棍与模具表面接触，由接触力将纤维带压实在模具表面；当气动滑台施加的驱动力大于稳态弹簧的预紧力时，第二稳态连杆与第四稳态连杆反向转动，直至转换限位块与第一传递连杆和第三传递连杆配合限位；
19、s23：转换限位块限制第一传递连杆和第二传递连杆、第三传递连杆和第四传递连杆之间的相对转动，整个对称双稳态机构和四个传递连杆之间形成自由度为零的闭链；主压实辊和辅助压实辊相对滑块的位置固定，仅有沿滑块导轨方向的一个自由度。
20、s24：气动滑台根据传感器的力反馈实时调整运动行程。
21、本专利技术的优点为：
22、本专利技术面向复杂陡变曲率型面结构的铺丝压实机构，是一种可满足弯曲表面和平坦表面的自适应铺丝压实机构，面向不同铺层曲面结构的成型需求；通过设计双稳态机构，可基于不同的成型曲率变化情况，调节双稳态机构的稳态位置实现铺丝压实机构刚性与柔性两种状态的切换；当铺放平坦表面时，铺丝压实机机构处于刚性状态下，没有柔性环节可快速平稳地完成铺放任务，避免出现不必要的微小抖动；当铺放弯曲表面时，铺丝压实机机构处于柔性状态下，通过设计的欠约束机构的自适应性可以保障两个压辊与曲面进行贴合，从而实现复杂曲面的铺放任务。
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1.一种面向复杂陡变曲率型面结构的铺丝压实机构，其特征在于：包括支撑装置以及支撑装置上由上至下依次安装的气动滑台、对称双稳态机构与欠驱动机构；
2.如权利要求1所述一种面向复杂陡变曲率型面结构的铺丝压实机构，其特征在于：转换限位块包含限位块与限位调整杆；其中，限位块上设计有与贯通限位块相对侧壁的凹槽，凹槽宽度与传递连杆宽度匹配，通过该凹槽实现限位块与传递连杆间的插接定位，并通过螺钉将限位块固定于传递连杆上；限位调整杆一端为调节端，与限位块壁上开设的螺纹孔螺纹连接；限位调整杆另一端为限位端，第二传递连杆和第四传递连杆上的限位块限位端分别朝向第一传递连杆与第三传递连杆，与第一传递连杆与第三传递连杆配合，实现限位；通过调节限位调整杆的长度来改变第一传递连杆和第二传递连杆之间以及第三传递连杆和第四传递连杆之间的转动范围，进而调整对称双稳态机构的运动范围和稳态弹簧的拉力。
3.如权利要求1所述一种面向复杂陡变曲率型面结构的铺丝压实机构，其特征在于：平移连杆中部通过气缸连接件与气动滑台的气缸连接固定；第一稳态连杆与第三稳态连杆左右对称设置；第二稳态连杆与第四稳态连杆左
4.针对权利要求1所述一种面向复杂陡变曲率型面结构的铺丝压实机构，其特征在于：在弯曲表面/平坦表面自适应铺丝压实方法为：
5.针对权利要求1所述一种面向复杂陡变曲率型面结构的铺丝压实机构，其特征在于在平坦平面铺丝压实方法为：
...【技术特征摘要】
1.一种面向复杂陡变曲率型面结构的铺丝压实机构，其特征在于：包括支撑装置以及支撑装置上由上至下依次安装的气动滑台、对称双稳态机构与欠驱动机构；
2.如权利要求1所述一种面向复杂陡变曲率型面结构的铺丝压实机构，其特征在于：转换限位块包含限位块与限位调整杆；其中，限位块上设计有与贯通限位块相对侧壁的凹槽，凹槽宽度与传递连杆宽度匹配，通过该凹槽实现限位块与传递连杆间的插接定位，并通过螺钉将限位块固定于传递连杆上；限位调整杆一端为调节端，与限位块壁上开设的螺纹孔螺纹连接；限位调整杆另一端为限位端，第二传递连杆和第四传递连杆上的限位块限位端分别朝向第一传递连杆与第三传递连杆，与第一传递连杆与第三传递连杆配合，实现限位；通过调节限位调整杆的长度来改变第一传递连杆和第二传递连杆之间以及第三传递连杆和第四传递连杆之间的...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘斐，孙振，衣明辉，张武翔，丁希仑，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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