專利名稱：測量紗團(tuán)半徑實(shí)時變化的半徑跟隨裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半徑跟隨裝置，具體是一種測量紗團(tuán)半徑實(shí)時變化的半徑跟隨裝置。屬于機(jī)電一體化領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在航空航天等高科技領(lǐng)域中大量使用樹脂基復(fù)合材料制品，如火箭發(fā)動機(jī)殼體、飛機(jī)機(jī)翼等。纖維纏繞是樹脂基復(fù)合材料的主要成型工藝之一，是通過纏繞機(jī)實(shí)現(xiàn)的。而對纖維張力的穩(wěn)定控制是保證復(fù)合材料制品質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)之一。由此可見，性能優(yōu)良的纖維纏繞機(jī)必須配備精確控制張力的張力控制裝置。
經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，王春香等人在《機(jī)械與電子》，1999(3)5-7上發(fā)表的“以磁粉離合器為執(zhí)行件的張力控制系統(tǒng)”，該系統(tǒng)中采用工控機(jī)作為控制系統(tǒng)核心，磁粉離合器作為執(zhí)行元件，通過半徑跟隨裝置實(shí)時反饋紗團(tuán)半徑變化的開環(huán)加半徑補(bǔ)償控制。即磁粉離合器的輸出扭矩等于紗線張力與紗團(tuán)半徑的乘積，為保證紗線張力的恒定控制，在紗團(tuán)半徑發(fā)生變化時，磁粉離合器的輸出扭矩應(yīng)隨之變化。檢索中還發(fā)現(xiàn)，作者王鎖弘、張永在《山東電子》2003年第1期中發(fā)表的“基于半徑反饋的恒張力控制系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)”一文中涉及到一種半徑測量裝置，也是根據(jù)半徑變化控制張力。即當(dāng)帶料半徑變化時，在傳動機(jī)構(gòu)帶動下，線性電阻式位移傳感器的拉桿作相應(yīng)的移動，傳感器的電阻值也隨之連續(xù)變化，從而使得輸出電流變化，實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)矩的自動調(diào)節(jié)。該機(jī)構(gòu)適用于材料厚度值相對較大的帶料、面料等，用于測量厚度微米級的纖維材料半徑變化時，反應(yīng)不十分靈敏。該裝置采用位移傳感器，使機(jī)構(gòu)尺寸變大。另外它通過控制電流輸出來控制執(zhí)行元件的扭矩輸出，控制算法和控制電路較復(fù)雜，也不利于實(shí)現(xiàn)計算機(jī)自動控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，提供一種測量紗團(tuán)半徑實(shí)時變化的半徑跟隨裝置，使其可以動態(tài)測量紗團(tuán)半徑變化的半徑跟隨裝置。本發(fā)明中包含一個齒輪放大機(jī)構(gòu)，可以測量厚度微米級材料的半徑變化。該裝置將紗團(tuán)半徑變化轉(zhuǎn)變成電壓變化，然后將電壓變化值輸入到工控機(jī)，工控機(jī)經(jīng)過相應(yīng)計算處理后，輸出給張力執(zhí)行元件——磁粉離合器，通過控制磁粉離合器輸出扭矩的方法來達(dá)到使紗線張力保持恒定，從而解決了由于紗團(tuán)半徑變化影響的纖維纏繞過程中紗線張力變化的問題，提高纏繞制品質(zhì)量。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括支架，小齒輪，旋轉(zhuǎn)電位計，小齒輪軸，齒輪底座，大齒輪軸，大齒輪，連桿，輥?zhàn)?，銷軸，紗團(tuán)，紗團(tuán)軸，端蓋，紗線，導(dǎo)向輥。其連接關(guān)系為齒輪底座、紗團(tuán)軸、導(dǎo)向輥通過螺釘固定在支架上，小齒輪和大齒輪通過鍵分別與小齒輪軸和大齒輪軸緊配合連接在一起，并通過軸承安裝在齒輪底座上，安裝時注意大小齒輪的嚙合。旋轉(zhuǎn)電位計固定在小齒輪軸上，隨其一同轉(zhuǎn)動。連桿一端固定在大齒輪軸上，另一端通過銷軸和輥?zhàn)舆B接在一起，銷軸和輥?zhàn)邮情g隙配合。紗團(tuán)裝在紗團(tuán)軸上，為防止紗團(tuán)在運(yùn)動中松動脫落，紗團(tuán)的外端有一端蓋，端蓋和紗團(tuán)軸是螺紋連接。紗線通過導(dǎo)向輥被纏繞到芯模上。
本發(fā)明在纖維纏繞機(jī)開始工作時，紗線被不斷地向外拉出，紗線帶動紗團(tuán)圍繞紗線軸轉(zhuǎn)動，因此當(dāng)紗團(tuán)半徑不斷減小時，輥?zhàn)拥奈恢脮S之有所變化。
小齒輪、大齒輪、小齒輪軸、大齒輪軸、旋轉(zhuǎn)電位計、齒輪底座構(gòu)成齒輪放大機(jī)構(gòu)。連桿一端通過銷軸連接輥?zhàn)哟罱釉诩唸F(tuán)上，另一端通過齒輪放大機(jī)構(gòu)中的小齒輪軸與旋轉(zhuǎn)電位計相聯(lián)。當(dāng)紗團(tuán)半徑變化時，連桿會帶動輥?zhàn)永@大齒輪軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度值和紗團(tuán)半徑的變化量有關(guān)。由于紗線厚度為微米級，因此在一定時間內(nèi)紗團(tuán)半徑的變化相對較小，導(dǎo)致連桿的旋轉(zhuǎn)角度也較小，為了實(shí)時采集到紗團(tuán)半徑的微小變化量，需要將該角度變化值放大。齒輪放大機(jī)構(gòu)通過大小齒輪嚙合關(guān)系，使大齒輪帶動一個小齒輪旋轉(zhuǎn)，二者之間的傳動比可根據(jù)需要設(shè)計一個合適值。這樣，通過安裝在小齒輪軸上的旋轉(zhuǎn)電位計，便可將紗團(tuán)半徑變化值轉(zhuǎn)化成旋轉(zhuǎn)電位計的電壓變化值。為了減少計算誤差，在初始狀態(tài)(即紗團(tuán)半徑最大時)，連桿中心線與輥?zhàn)又行木€軌跡相切。將旋轉(zhuǎn)電位計測得的電壓值輸入到工控機(jī)，工控機(jī)經(jīng)過相應(yīng)公式計算處理后，控制張力執(zhí)行元件——磁粉離合器工作，通過控制磁粉離合器輸出扭矩的方法來達(dá)到使紗線張力保持恒定的目的。從上述可以看出，本發(fā)明實(shí)際上所采用的是開環(huán)控制加半徑補(bǔ)償?shù)膹埩刂品椒ā?br> 本發(fā)明具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，本發(fā)明裝置通過設(shè)計齒輪放大機(jī)構(gòu)的合適傳動比，可實(shí)時采集到紗團(tuán)半徑的微小變化，并將其轉(zhuǎn)化成電壓變化，輸入至工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，再控制磁粉離合器的輸出扭矩，十分有效地解決了紗團(tuán)半徑變化所引起的紗線張力波動問題，保證了纖維纏繞過程中恒張力控制，大大提高了纖維纏繞制品的質(zhì)量。本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，安裝使用方便，便于實(shí)現(xiàn)計算機(jī)控制，可以推廣應(yīng)用到纖維、造紙及塑料工業(yè)中，實(shí)現(xiàn)對線狀、帶狀及面狀材料的恒張力控制，可以達(dá)到很好的效果。


圖1本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明包括支架1，小齒輪2，旋轉(zhuǎn)電位計3，小齒輪軸4，齒輪底座5，大齒輪軸6，大齒輪7，連桿8，銷軸9，輥?zhàn)?0，紗團(tuán)11，紗團(tuán)軸12，端蓋13，紗線14，導(dǎo)向輥15。其連接關(guān)系為齒輪底座5、紗團(tuán)軸12、導(dǎo)向輥15通過螺釘固定在支架1上，小齒輪2和大齒輪7通過鍵分別與小齒輪軸4和大齒輪軸6緊配合連接在一起，并通過軸承設(shè)置在齒輪底座5上，小齒輪2和大齒輪7嚙合，旋轉(zhuǎn)電位計3固定在小齒輪軸4上，連桿8一端固定在大齒輪軸6上，另一端通過銷軸9和輥?zhàn)?0連接在一起，紗團(tuán)11裝在紗團(tuán)軸12上，紗團(tuán)11的外端有一端蓋13，紗線14通過導(dǎo)向輥15被纏繞到芯模上。
小齒輪2、大齒輪7、小齒輪軸4、大齒輪軸6、旋轉(zhuǎn)電位計3、齒輪底座5構(gòu)成齒輪放大機(jī)構(gòu)，小齒輪2、大齒輪7相互嚙合，通過選擇兩者傳動比，可以測量出較小的紗團(tuán)半徑變化值，即該裝置具有較高的靈敏度。
連桿8一端通過輥?zhàn)?0搭在紗團(tuán)上，另一端通過齒輪放大機(jī)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)電位計3相聯(lián)。用旋轉(zhuǎn)電位計3代替位移傳感器，使結(jié)構(gòu)更加緊湊。
初始狀態(tài)時即紗團(tuán)11半徑最大時，連桿8中心線與輥?zhàn)?0中心線軌跡相切。這樣可以大大減少計算誤差，保證計算機(jī)的控制精度。
權(quán)利要求
1.一種測量紗團(tuán)半徑實(shí)時變化的半徑跟隨裝置，包括支架(1)，小齒輪(2)，小齒輪軸(4)，齒輪底座(5)，大齒輪軸(6)，大齒輪(7)，連桿(8)，銷軸(9)，輥?zhàn)?10)，紗團(tuán)(11)，紗團(tuán)軸(12)，端蓋(13)，紗線(14)，導(dǎo)向輥(15)，其特征在于還包括旋轉(zhuǎn)電位計(3)，齒輪底座(5)、紗團(tuán)軸(11)和導(dǎo)向輥(15)通過螺釘固定在支架(1)上，小齒輪(2)和大齒輪(7)通過鍵分別與小齒輪軸(4)和大齒輪軸(6)緊配合連接在一起，并通過軸承設(shè)置在齒輪底座(5)上，旋轉(zhuǎn)電位計(3)固定在小齒輪軸(4)上，連桿(8)一端固定在大齒輪軸(6)上，另一端通過銷軸(9)和輥?zhàn)?10)連接在一起，紗團(tuán)(11)裝在紗團(tuán)軸(12)上，紗團(tuán)(11)的外端有一端蓋(13)，端蓋(13)通過螺紋設(shè)在紗團(tuán)軸(12)上，紗線(14)通過導(dǎo)向輥(15)被纏繞到芯模上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量紗團(tuán)半徑實(shí)時變化的半徑跟隨裝置，其特征是，小齒輪(2)、大齒輪(7)、小齒輪軸(4)、大齒輪軸(6)、旋轉(zhuǎn)電位計(3)、齒輪底座(5)構(gòu)成齒輪放大機(jī)構(gòu)，小齒輪(2)、大齒輪(7)相互嚙合，兩者傳動比可調(diào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量紗團(tuán)半徑實(shí)時變化的半徑跟隨裝置，其特征是，連桿(8)一端通過輥?zhàn)?10)搭在紗團(tuán)上，另一端通過齒輪放大機(jī)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)電位計(3)相聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量紗團(tuán)半徑實(shí)時變化的半徑跟隨裝置，其特征是，初始狀態(tài)時即紗團(tuán)(11)半徑最大時，連桿(8)中心線與輥?zhàn)?10)中心線軌跡相切。
全文摘要
一種測量紗團(tuán)半徑實(shí)時變化的半徑跟隨裝置。屬于機(jī)電一體化領(lǐng)域。本發(fā)明中，齒輪底座、紗團(tuán)軸、導(dǎo)向輥通過螺釘固定在支架上，小齒輪和大齒輪通過鍵分別與小齒輪軸和大齒輪軸緊配合連接在一起，并通過軸承設(shè)在齒輪底座上，旋轉(zhuǎn)電位計固定在小齒輪軸上，連桿一端固定在大齒輪軸上，另一端通過銷軸和輥?zhàn)舆B接在一起，銷軸和輥?zhàn)邮情g隙配合，紗團(tuán)設(shè)在紗團(tuán)軸上，紗團(tuán)的外端有一端蓋，端蓋和紗團(tuán)軸是螺紋連接，紗線通過導(dǎo)向輥被纏繞到芯模上。本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，安裝使用方便，便于實(shí)現(xiàn)計算機(jī)控制，可以推廣應(yīng)用到纖維、造紙及塑料工業(yè)中，實(shí)現(xiàn)對線狀、帶狀及面狀材料的恒張力控制，可以達(dá)到很好的效果。
文檔編號B65H77/00GK1544304SQ20031010855
公開日2004年11月10日 申請日期2003年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月13日
發(fā)明者王春香, 王永章, 路華, 楊汝清, 賈延林 申請人:上海交通大學(xué)