一種可翻轉半軸的纏繞芯模及纖維復合材料纏繞方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種纏繞芯模及纏繞方法，具體涉及一種可翻轉半軸的纏繞芯模及纖 維復合材料纏繞方法，屬于材料科學領域。
【背景技術】
[0002] 纏繞成型工藝是將浸過樹脂膠液的連續(xù)纖維按照一定規(guī)律纏繞到芯模上，然后經 固化、脫模獲得制品的工藝技術。對于直徑大于1000 rnm以上球形復合材料承力結構，一般 采用鋪放對模成型工藝，且至少應做兩套外模，需要大量人工制作預浸料、裁剪、鋪放和合 模，費時費力，成本高、周期長，如果產品為夾層結構，外蒙皮無法施加更大的壓力保證蒙皮 的密實性，給成型帶來很大困難。采用纖維纏繞工藝是可以最大程度發(fā)揮材料性能的最佳 選擇，而且成型機械化程度高、工藝相對簡單、工藝穩(wěn)定、省時省力，但這種直徑較大半球形 結構球面極頂一端沒有開口，不符合通用纏繞機雙軸夾持纏繞要求，給工藝成型帶來很大 困難。

【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明為解決現有直徑較大半球形結構球面極頂一端沒有開口，不符合通用纏繞 機雙軸纏繞要求，給工藝成型帶來很大困難的問題，進而提出一種可翻轉半軸的纏繞芯模 及纖維復合材料纏繞方法。
[0004] 本發(fā)明為解決上述問題采取的技術方案是：本發(fā)明包括模具主體、主軸、配重盤安 裝件、配重盤和纏繞機夾持旋轉連接軸，模具主體、主軸、配重盤安裝件、纏繞機夾持旋轉連 接軸由左至右依次連接，配重盤套裝在配重盤安裝件上。
[0005] 本發(fā)明所述方法的具體步驟如下：
[0006] 步驟一、建立纏繞坐標系：
[0007] 以模具主體的平面封頭的幾何中心為原點，以模具主體的軸向為Y軸，以模具主 體的徑向為Z軸，以模具主體的圓周方向為X軸建立XOYZ坐標系；
[0008] 步驟二、確定纏繞軌跡；
[0009] 步驟三、確定繞絲嘴運動軌跡；
[0010] 步驟四、計算繞絲嘴運動坐標，在半球纖維纏繞軌跡上設定若干控制點，分別計算 半球部分的繞絲嘴運動坐標；
[0011] 步驟五、縫合繞絲嘴運動軌跡的縫合點；
[0012] 步驟六、對纏繞軌跡芯摸纏繞比進行處理。
[0013] 本發(fā)明的有益效果是：1、本發(fā)明參照球形壓力容器設計方法，通過反復的計算和 試驗，成功實現了在通用纏繞機上使用半軸模具，采用纖維纏繞工藝制作大直徑帶直筒段 半球無極孔結構復合材料產品；2、本發(fā)明將半球結構劃分為平端面、圓柱面、半球面、球缺 端面平面四個回轉面，分別設計計算個回轉面的纏繞軌跡及相應的纏繞軌跡控制點，然后 采用縫合技術將纏繞軌跡控制點連接到一起，實現了通過纏繞機點對點的精確控制，解決 了球面多層擴孔纏繞程序計算量大的難題，計算結果經簡單調整就可直接用于纏繞，大大 減小了工作量，解決了纖維在平端面、圓柱面、球面和球缺端平面上落紗穩(wěn)定的問題；3、本 發(fā)明設計的可翻轉帶配重半軸纏繞芯模和支撐方式，解決了產品本身重量和半軸模具的重 量較大在通用纏繞機上無法實現單軸懸臂裝卡既要安全固定，又要在纏繞纖維張力的作用 下線型穩(wěn)定的問題，本發(fā)明使在纏繞機上單軸懸臂夾持大直徑半球模具進行纏繞得以實 現。
【附圖說明】
[0014] 圖1是可翻轉半軸的纏繞芯模的整體結構示意圖，圖2是纏繞坐標系的示意圖，圖 3是球面上繞絲嘴運動軌跡與纖維纏繞軌跡示意圖，圖4是繞絲嘴運動軌跡示意圖，圖5是 軌跡控制點示意圖。
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0015] 一：結合圖1說明本實施方式，本實施方式所述一種可翻轉半軸的 纏繞芯模包括模具主體1、主軸2、配重盤安裝件3、配重盤4和纏繞機夾持旋轉連接軸5,模 具主體1、主軸2、配重盤安裝件3、纏繞機夾持旋轉連接軸5由左至右依次連接，配重盤4套 裝在配重盤安裝件3上。
【具體實施方式】 [0016] 二：結合圖1說明本實施方式，本實施方式所述一種可翻轉半軸的 纏繞芯模的主軸2中部的設有可旋轉支承點6。其它組成及連接關系與一相 同。
【具體實施方式】 [0017] 三：結合圖1說明本實施方式，本實施方式所述一種可翻轉半軸的 纏繞芯模的模具主體1與主軸2連接處的端面為平端面2-1。其它組成及連接關系與具體 實施方式一相同。
【具體實施方式】 [0018] 四：結合圖1至圖5說明本實施方式，本實施方式所述一種可翻轉半 軸的纖維復合材料纏繞方法是通過如下步驟實現的：
[0019] 步驟一、建立纏繞坐標系：
[0020] 以模具主體1的平面封頭1-1的幾何中心為原點，以模具主體1的軸向為Y軸，以 模具主體1的徑向為Z軸，以模具主體1的圓周方向為X軸建立XOYZ坐標系；
[0021] 步驟二、確定纏繞軌跡；
[0022] 步驟三、確定繞絲嘴運動軌跡；
[0023] 步驟四、計算繞絲嘴運動坐標，在半球纖維纏繞軌跡上設定若干控制點，分別計算 半球部分的繞絲嘴運動坐標；
[0024] 步驟五、縫合繞絲嘴運動軌跡的縫合點；
[0025] 步驟六、對纏繞軌跡芯摸纏繞比進行處理。
【具體實施方式】 [0026] 五：結合圖1至圖5說明本實施方式，本實施方式所述一種可翻轉 半軸的纖維復合材料纏繞方法，其特征在于：步驟四中計算繞絲嘴運動坐標的具體步驟如 下：
[0027] 步驟四（一）、輸入原始數據，原始數據包括半球半徑R，簡筒長度L，繞絲嘴距球面 距離St，筒段纏繞角α，沙寬方向前進量B ;
[0028] 步驟四（二）、計算落紗點距繞絲嘴距離：
[0030] 步驟四（三）、計算球面X坐標：
[0031] 球面部分有 η 個控制點 i = 0.....n，Mi= arctg{ (sin α ) · tg[ β i+a;rctg(F/ R)]}
[0032] SM1M1 JiJX1=M1，若 M1SX1JlJX1= 180+Mi，其中 ％表示中間變量，X11 表示 主軸轉角，β 1表示控制點角度坐標；
[0033] 步驟四（四）、計算球面Y坐標：
[0034] Yi= (R+S t) · sin [ β i+arctg (F/R) ] · cos α (2)；
[0035] 步驟四（五）、計算球面Z坐標：
[0037] 步驟四（六）、圓柱面有兩個控制點，輸入繞絲嘴距圓柱面距離St':
[0040] 步驟四（七）、平面封頭有5個控制點，輸入繞絲嘴距圓柱面距離St"
[0046] 其它組成及連接關系與【具體實施方式】四相同。
【具體實施方式】 [0047] 六：結合圖1至圖5說明本實施方式，本實施方式所述一種可翻轉半 軸的纖維復合材料纏繞方法，其特征在于：步驟六中對纏繞軌跡芯摸纏繞比進行處理的具 體步驟如下：
[0048] 步驟六（一）、計算纏繞速比：
[0050] 公式（4)中i。表示纏繞速比，乂1表示球面處主軸轉角，X' 1表示柱面處主軸轉角， X" 1表示平面處主軸轉角；
[0051] 步驟六（二）、圓整為：
[0052] 公式（5)中i。表示纏繞速比，M表示正整數，k/n表示最簡真分數，η表示切點數， B表示紗片設計寬度，D表示圓筒直徑；
[0053] 步驟六（三）、在圓整后，芯模的纏繞角總和會發(fā)生變化，產生變量Λ X ;
[0054] 步驟六（四）、將繞絲嘴纏繞角修正至滿足i的要求后，即可編程纏繞。
[0055] 其它組成及連接關系與【具體實施方式】四相同。
【主權項】
1. 一種可翻轉半軸的纏繞忍模，其特征在于：所述一種可翻轉半軸的纏繞忍模包括模 具主體（1)、主軸（2)、配重盤安裝件（3)、配重盤（4)和纏繞機夾持旋轉連接軸巧），模具主 體（1)、主軸（2)、配重盤安裝件（3)、纏繞機夾持旋轉連接軸（5)由左至右依次連接，配重盤 (4)套裝在配重盤安裝件（3)上。2. 根據權利要求1所述一種可翻轉半軸的纏繞忍模，其特征在于：主軸（2)中部的設 有可旋轉支承點化）。3. 根據權利要求1所述一種可翻轉半軸的纏繞忍模，其特征在于：模具主體（1)與主 軸（2)連接處的端面為平面封頭（1-1)。4. 一種利用權利要求1所述忍模進行纖維復合材料纏繞的方法，其特征在于：所述一 種可翻轉半軸的纖維復合材料纏繞方法是通過如下步驟實現的： 步驟一、建立纏繞坐標系： W模具主體（1)的平面封頭（1-1)的幾何中屯、為原點，W模具主體（1)的軸向為Y軸，W模具主體（1)的徑向為Z軸，W模具主體（1)的圓周方向為X軸建立XOYZ坐標系； 步驟二、確定纏繞軌跡； 步驟=、確定繞絲嘴運動軌跡； 步驟四、計算繞絲嘴運動坐標，在半球纖維纏繞軌跡上設定若干控制點，分別計算半球 部分的繞絲嘴運動坐標； 步驟五、縫合繞絲嘴運動軌跡的縫合點； 步驟六、對纏繞軌跡忍摸纏繞比進行處理。5. 根據權利要求4所述一種可翻轉半軸的纖維復合材料纏繞方法，其特征在于：步驟 四中計算繞絲嘴運動坐標的具體步驟如下： 步驟四（一）、輸入原始數據，原始數據包括半球半徑R，簡筒長度以繞絲嘴距球面距離St，筒段纏繞角a，沙寬方向前進量B; 步驟四（二）、計算落紗點距繞絲嘴距離：步驟四（=)、計算球面X坐標： 球面部分有n個控制點i= 0.....n,Mi= arctgKsina)*tg[0 ；+arctg(F/R) ]} 若Mi〉Xi1則Xi=Mi，若1則Xi= 180+Mi，其中M康示中間變量，Xi康示主軸 轉角，e1表示控制點角度坐標； 步驟四（四）、計算球面Y坐標： Yi=巧+St) ?sin[Pi+a;rctg(F/R)] ?cosa似； 步驟四（五）、計算球面Z坐標：步驟四（六）、圓柱面有兩個控制點，輸入繞絲嘴距圓柱面距離S/ :第二點Xz' =Xi' +L.tga/R，Y2' =Y/ -L，Z2' =Z/， 步驟四（屯）、平面封頭有5個控制點，輸入繞絲嘴距圓柱面距離St"6.根據權利要求4所述一種可翻轉半軸的纖維復合材料纏繞方法，其特征在于：步驟 六中對纏繞軌跡忍摸纏繞比進行處理的具體步驟如下： 步驟六（一）、計算纏繞速比：公式（4)中i。表示纏繞速比，Xi表示球面處主軸轉角，X' 1表示柱面處主軸轉角，X" 1 表示平面處主軸轉角； 步驟六（二）、圓整為：公式巧）中i。表示纏繞速比，M表示正整數，k/n表示最簡真分數，n表示切點數，B表 示紗片設計寬度，D表示圓筒直徑； 步驟六（ = )、在圓整后，忍模的纏繞角總和會發(fā)生變化，產生變量AX; 步驟六（四）、將繞絲嘴纏繞角修正至滿足i的要求后，即可編程纏繞。
【專利摘要】一種可翻轉半軸的纏繞芯模及纖維復合材料纏繞方法，它涉及一種纏繞芯模及纏繞方法，具體涉及一種可翻轉半軸的纏繞芯模及纖維復合材料纏繞方法。本發(fā)明為了解決現有直徑較大半球形結構球面極頂一端沒有開口，不符合通用纏繞機雙軸纏繞要求，給工藝成型帶來很大困難的問題。本發(fā)明包括模具主體、主軸、配重盤安裝件、配重盤和纏繞機夾持旋轉連接軸，模具主體、主軸、配重盤安裝件、纏繞機夾持旋轉連接軸由左至右依次連接，配重盤套裝在配重盤安裝件上。本發(fā)明用于材料科學領域。
【IPC分類】B29C53/82, B29C53/56
【公開號】CN104999654
【申請?zhí)枴緾N201510482817
【發(fā)明人】趙洪斌, 婁小杰, 侯傳禮
【申請人】哈爾濱玻璃鋼研究院
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年8月7日