一种管材缠绕成型脱模机构的制作方法

1.本发明涉及空间站设施建造相关技术领域，具体涉及一种管材缠绕成型脱模机构。


背景技术：

2.现有航天器的发展模式是地面制造，火箭运载至轨道后进行展开、组装，受运载火箭及技术水平所限，对空间太阳能电池阵、空间大型天线及空间平台等空间大型设施建造十分困难，甚至技术上无法实现，故大型空间结构在轨建造是改变未来航天器体积和运载制约的颠覆性技术。
3.现有技术中，一般采用热塑性复合材料带材为原料，基于自动纤维铺放工艺，将热塑性带材缠绕铺放在模具轴上，并在单个工艺步骤中完全固定，形成有限程度的热塑性复合材料管状产品。现有技术的方法所用的模具轴无任何直径变化，其脱模时为直接拉扯出管材，该方式对已成型的热塑性复合材料管轴向性能以及管壁内侧会有不同程度的损伤。


技术实现要素：

4.本发明为了解决上述技术的一种或几种，提供了一种管材缠绕成型脱模机构。
5.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种管材缠绕成型脱模机构，包括中心轴、扩径滑块、支撑组件以及多个脱模叶片，所述扩径滑块套设在所述中心轴上且与所述中心轴同步轴向移动，所述支撑组件可移动的套设在所述中心轴上且位于扩径滑块的一侧；所述支撑组件内设有叶片同步轮和扭簧，所述扭簧两端分别与所述支撑组件以及叶片同步轮连接；所述脱模叶片端部能够径向移动的设置在所述支撑组件上，所述脱模叶片的端部穿过所述支撑组件的端面并与叶片同步轮活动连接，所述脱模叶片在径向向外移动过程中驱动叶片同步轮旋转；多个脱模叶片环绕设置在所述中心轴以及所述扩径滑块的周侧，多个所述脱模叶片内侧分别设有与所述扩径滑块适配的驱动凸块。
6.本发明的有益效果是：本发明采用纯机械传动方式控制，驱动中心轴带动扩径滑块轴向移动，使扩径滑块挤压驱动凸块，进而驱动脱模叶片径向向外运动，同时带动叶片同步轮周向旋转，将径向运动转变为周向运动，由于叶片同步轮与扭簧连接，扭簧发生形变蓄积复原力，此时脱模叶片为扩径状态，可以通过控制支撑组件、脱模叶片、叶片同步轮以及扭簧进行旋转，实现带材在扩径状态下的脱模叶片上缠绕成型；然后再使扩径滑块脱离驱动凸块，扭簧在自身复原力作用下带动叶片同步轮旋转，叶片同步轮驱动脱模叶片径向向内运动，使脱模叶片不再对缠绕成型的管材进行支撑，可将管材直接从脱模叶片上取下即可。本发明的脱模机构可将具有一定长度的管材缠绕成型机构同步进行整体扩径与收缩，成型脱模机构变径自由度与旋转自由度相解耦，可实现分开控制脱模机构变径以及整体机构的旋转，可实现管材的快速脱模，建造成型出规则、缺陷少的管材，较少的损伤管材的内表面，有利于进一步建设大型空间结构。
7.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
8.进一步，所述支撑组件靠近所述扩径滑块的一端为连接端，所述连接端上开设有多个径向滑槽，所述脱模叶片的端部连接在径向滑槽中，每个径向滑槽中均连接有所述脱模叶片。
9.采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置径向滑槽，有利于对脱模叶片进行安装定位。
10.进一步，所述叶片同步轮上开设有多个驱动槽，多个所述驱动槽与多个所述脱模叶片一一对应布置，所述驱动槽沿周向延伸，所述脱模叶片的一端穿过所述支撑组件的端面并设置在对应的驱动槽内。
11.采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置多个驱动槽，有利于对每个脱模叶片进行独立驱动控制，可以利用驱动槽将径向运动转变为叶片同步轮的周向运动。
12.进一步，所述驱动槽为长条形，沿所述支撑组件的顺时针旋转方向，每个所述驱动槽长度方向中心线的各点与所述中心轴的轴线的距离逐渐增大或减小。
13.采用上述进一步方案的有益效果是：采用此种方式布置的驱动槽，有利于将径向运动转变为周向运动，变径过程更加稳定可靠。
14.进一步，所述支撑组件为两个且分别位于所述扩径滑块轴向的两侧，所述脱模叶片的两端分别能够径向移动的穿过对应的支撑组件端面并与支撑组件内的叶片同步轮活动连接。
15.进一步，所述支撑组件包括支撑座和支撑筒，所述支撑筒一端为敞口结构且与所述支撑座固定连接，所述支撑筒另一端为封闭结构且开设有用于中心轴通过的通孔，所述脱模叶片的一端穿过所述支撑筒封闭的一端端面并与叶片同步轮活动连接；所述叶片同步轮以及扭簧分别设置在所述支撑筒内。
16.采用上述进一步方案的有益效果是：采用支撑座和支撑筒配合的结构，可对叶片同步轮以及扭簧进行安装，使整体结构紧凑稳定。
17.进一步，所述叶片同步轮采用阶梯型结构，所述扭簧套设在所述叶片同步轮的阶梯上。
18.采用上述进一步方案的有益效果是：采用阶梯型结构的叶片同步轮，有利于对扭簧进行稳定装配。
19.进一步，所述脱模叶片为圆弧形叶片，多个所述脱模叶片径向向内移动合拢后形成一圆筒状结构。
20.采用上述进一步方案的有益效果是：采用圆弧形叶片，有利于形成圆筒状结构的模具，为后续制备管材提供条件。
21.进一步，所述中心轴分别通过直线轴承与所述支撑组件相连接；所述中心轴与第一驱动机构连接并在第一驱动机构的驱动下轴向运动，所述支撑组件上设有驱动齿轮，所述驱动齿轮与第二驱动机构传动连接并在所述第二驱动机构的驱动下带动支撑组件、脱模叶片、叶片同步轮和扭簧周向旋转。
22.采用上述进一步方案的有益效果是：采用直线轴承，可以使中心轴相对于两个支撑组件能够进行轴向运动和旋转运动。
23.进一步，所述扩径滑块包括圆柱形结构以及一体连接在所述圆柱形结构轴向两端的圆台型结构，所述圆台型结构一端为连接端面且与所述圆柱形结构端面适配且一体连
接，另一端为自由端面且直径小于所述连接端面；所述驱动凸块包括主体凸块以及一体连接在所述主体凸块轴向两端的斜面凸块，所述主体凸块与所述圆柱形结构的侧壁适配，所述斜面凸块与所述圆台型结构的侧壁适配。
24.采用上述进一步方案的有益效果是：采用圆台型结构与圆柱形结构相结合的扩径滑块，可利用斜面凸块的斜面与圆台型结构的外侧壁进行配合，使扩径滑块对驱动凸块的驱动产生一定的缓冲，有利于扩径滑块逐渐推动驱动凸块向外运动，使整体运动过程更加稳定可靠。
附图说明
25.图1为本发明管材缠绕成型脱模机构的立体结构示意图；
26.图2为本发明管材缠绕成型脱模机构的立体爆炸结构示意图；
27.图3为图2中a部的放大结构示意图；
28.图4为本发明管材缠绕成型脱模机构收拢状态的轴向剖视结构示意图；
29.图5为本发明管材缠绕成型脱模机构扩径状态的轴向剖视结构示意图；
30.图6为本发明管材缠绕成型脱模机构收拢状态的径向剖视结构示意图；
31.图7为本发明管材缠绕成型脱模机构扩径状态的径向剖视结构示意图。
32.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
33.1、中心轴；2、扩径滑块；
34.3、第一支撑组件；31、第一叶片同步轮；32、第一扭簧；33、第一支撑座；34、第一支撑筒；35、第一扭簧安装座；36、径向滑槽；37、驱动槽；
35.4、第二支撑组件；41、第二叶片同步轮；42、第二扭簧；43、第二支撑座；44、第二支撑筒；45、第二扭簧安装座；
36.5、脱模叶片；51、驱动凸块；6、驱动齿轮；61、第一驱动机构；62、第二驱动机构；63、齿轮。
具体实施方式
37.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
38.如图1～图6所示，本实施例的一种管材缠绕成型脱模机构，包括中心轴1、扩径滑块2、支撑组件以及多个脱模叶片5，所述扩径滑块2套设在所述中心轴1上且与所述中心轴1同步轴向移动，所述支撑组件可移动的套设在所述中心轴1上且位于扩径滑块2的一侧；所述支撑组件内设有叶片同步轮和扭簧，所述扭簧两端分别与所述支撑组件以及叶片同步轮连接；所述脱模叶片5端部能够径向移动的设置在所述支撑组件上，所述脱模叶片5的端部穿过所述支撑组件的端面并与叶片同步轮活动连接，所述脱模叶片5在径向向外移动过程中驱动叶片同步轮旋转；多个脱模叶片5环绕设置在所述中心轴1以及所述扩径滑块2的周侧，多个所述脱模叶片5内侧分别设有与所述扩径滑块2适配的驱动凸块51。
39.其中，如图2和图3所示，所述支撑组件靠近所述扩径滑块2的一端为连接端，所述连接端上开设有多个径向滑槽36，所述脱模叶片5的端部连接在径向滑槽36中，每个径向滑槽36中均连接有所述脱模叶片5。通过设置径向滑槽，有利于对脱模叶片进行安装定位。
40.如图2和图3所示，本实施例的所述叶片同步轮上开设有多个驱动槽37，多个所述驱动槽37与多个所述脱模叶片5一一对应布置，所述驱动槽37沿周向延伸，所述脱模叶片5的一端穿过所述支撑组件的端面并设置在对应的驱动槽37内。通过设置多个驱动槽，有利于对每个脱模叶片进行独立驱动控制，可以利用驱动槽将径向运动转变为叶片同步轮的周向运动。
41.如图2和图3所示，本实施例的所述驱动槽37为长条形，沿所述支撑组件的顺时针旋转方向，每个所述驱动槽37长度方向中心线的各点与所述中心轴1的轴线的距离逐渐增大或减小。采用此种方式布置的驱动槽，有利于将径向运动转变为周向运动，变径过程更加稳定可靠。
42.如图2～图5所示，本实施例的一个优选方案为，所述支撑组件为两个且分别位于所述扩径滑块2轴向的两侧，所述脱模叶片5的两端分别能够径向移动的穿过对应的支撑组件端面并与支撑组件内的叶片同步轮活动连接。
43.如图2～图5所示，本实施例的一个具体方案为，所述支撑组件包括支撑座和支撑筒，所述支撑筒一端为敞口结构且与所述支撑座固定连接，所述支撑筒另一端为封闭结构且开设有用于中心轴1通过的通孔，所述脱模叶片5的一端穿过所述支撑筒封闭的一端端面并与叶片同步轮活动连接；所述叶片同步轮以及扭簧分别设置在所述支撑筒内。采用支撑座和支撑筒配合的结构，可对叶片同步轮以及扭簧进行安装，使整体结构紧凑稳定。
44.如图2～图5所示，两个所述支撑组件分别为第一支撑组件3和第二支撑组件4，所述第一支撑组件3和第二支撑组件4分别可移动的套设在所述中心轴1上且分别位于扩径滑块2的两侧；所述第一支撑组件3内设有第一叶片同步轮31和第一扭簧32，所述第一扭簧32两端分别与所述第一支撑组件3以及第一叶片同步轮31连接；所述脱模叶片5两端能够径向移动的设置在所述第一支撑组件3以及所述第二支撑组件4上，所述脱模叶片5的一端穿过所述第一支撑组件3的端面并与第一叶片同步轮31活动连接，所述脱模叶片5在径向向外移动过程中驱动第一叶片同步轮31旋转。所述第二支撑组件4内设有第二叶片同步轮41和第二扭簧42，所述第二扭簧42两端分别与所述第二支撑组件4以及所述第二叶片同步轮41连接；所述脱模叶片5的另一端穿过所述第二支撑组件4的端面并与第二叶片同步轮41活动连接，所述脱模叶片5在径向向外移动过程中同时驱动第二叶片同步轮41旋转。所述第一支撑组件3的一端为第一连接端，所述第二支撑组件4的一端为第二连接端，所述第一连接端和第二连接端相对布置且分别开设有多个径向滑槽36，所述第一连接端上的多个径向滑槽36与所述第二连接端上的多个径向滑槽36一一对应布置，所述脱模叶片5的两端分别连接在对应布置的两个径向滑槽36中，每组对应布置的径向滑槽36中均连接有所述脱模叶片5。
45.如图2～图5所示，本实施例的一个具体方案为，所述第一支撑组件3包括第一支撑座33和第一支撑筒34，所述第一支撑筒34一端为敞口结构且与所述第一支撑座33固定连接，所述第一支撑筒34另一端为封闭结构且开设有用于中心轴1通过的通孔，所述脱模叶片5的一端穿过所述第一支撑筒34封闭的一端端面并与第一叶片同步轮31活动连接；所述第一叶片同步轮31以及第一扭簧32分别设置在所述第一支撑筒34内，所述第一支撑座33内设有用于固定第一扭簧32的第一扭簧安装座35。所述第二支撑组件4包括第二支撑座43和第二支撑筒44，所述第二支撑筒44一端为敞口结构且与所述第二支撑座43固定连接，所述第二支撑筒44另一端为封闭结构且开设有用于中心轴1通过的通孔，所述脱模叶片5的另一端
穿过所述第二支撑筒44封闭的一端端面并与第二叶片同步轮41活动连接；所述第二叶片同步轮41以及第二扭簧42分别设置在所述第二支撑筒44内，所述第二支撑座43内设有用于固定第二扭簧42的第二扭簧安装座45。采用支撑座和支撑筒配合的结构，可对叶片同步轮以及扭簧进行安装，使整体结构紧凑稳定。
46.如图2～图5所示，本实施例的一个可选方案为，所述叶片同步轮采用阶梯型结构，所述扭簧套设在所述叶片同步轮的阶梯上。采用阶梯型结构的叶片同步轮，有利于对扭簧进行稳定装配。
47.如图2、图6～图7所示，本实施例的一个优选方案为，所述脱模叶片5为圆弧形叶片，多个所述脱模叶片5径向向内移动合拢后形成一圆筒状结构。脱模叶片5的个数可以采用5个、6个等。采用圆弧形叶片，有利于形成圆筒状结构的模具，为后续制备管材提供条件。脱模叶片5两端分别设有连接轴，可以通过连接轴与支撑筒以及叶片同步轮进行连接。脱模叶片将中心轴两端的支撑筒以及叶片同步轮连接起来，完成整个脱模结构的外部主体搭建。
48.如图1和图2所示，本实施例的一个具体方案为，所述中心轴1分别通过直线轴承与所述支撑组件相连接；所述中心轴1与第一驱动机构61连接并在第一驱动机构61的驱动下轴向运动，所述支撑组件上设有驱动齿轮6，所述驱动齿轮6与第二驱动机构62通过齿轮63传动连接并在所述第二驱动机构62的驱动下带动支撑组件、脱模叶片5、叶片同步轮和扭簧周向旋转。采用直线轴承，可以使中心轴相对于两个支撑组件能够进行轴向运动和旋转运动。具体可在中心轴1与扭簧安装座之间设置直线轴承。在第一扭簧安装座和第二扭簧安装座内分别设置直线轴承，来对中心轴1的两端位置分别进行限定。
49.本实施例的中心轴的一端设有扩径控制块，可以通过扩径控制块与第一驱动机构61进行连接，扩径控制块可以采用深沟球轴承与中心轴进行连接。通过驱动齿轮6将旋转动力传递到支撑组件以及脱模叶片上，来完成带材的缠绕成型，并且有利于驱动凸块51与扩径滑块2的配合作用，实现支撑组件、脱模叶片等的旋转与中心轴轴向位移相解耦，以实现各自驱动的目的。
50.如图2～图5所示，所述扩径滑块2包括圆柱形结构以及一体连接在所述圆柱形结构轴向两端的圆台型结构，所述圆台型结构一端为连接端面且与所述圆柱形结构端面适配且一体连接，另一端为自由端面且直径小于所述连接端面；所述驱动凸块51包括主体凸块以及一体连接在所述主体凸块轴向两端的斜面凸块，所述主体凸块与所述圆柱形结构的侧壁适配，所述斜面凸块与所述圆台型结构的侧壁适配。采用圆台型结构与圆柱形结构相结合的扩径滑块，可利用斜面凸块的斜面与圆台型结构的外侧壁进行配合，使扩径滑块对驱动凸块的驱动产生一定的缓冲，有利于扩径滑块逐渐推动驱动凸块向外运动，使整体运动过程更加稳定可靠。
51.本实施例的管材缠绕成型脱模机构的工作过程为，动力驱动中心轴1轴向移动，利用中心轴1上的扩径滑块2推动脱模叶片5中部的驱动凸块51，使脱模叶片5径向向外扩径移动，脱模叶片5径向向外移动过程中，脱模叶片5两端设置的连接轴可以在驱动槽37内驱动叶片同步轮发生旋转，将脱模叶片5的径向运动转化为叶片同步轮的旋转运动，由于叶片同步轮与扭簧一端固定，可对扭簧进行作用，使扭簧蓄积复原力。当带材完成缠绕后，再动力驱动中心轴1轴向复位，使扩径滑块2取消与驱动凸块51的挤压，脱模叶片5不再对叶片同步
轮产生驱动，叶片同步轮在扭簧复原力的作用下复位，同时带动脱模叶片5径向向内运动合拢，再将成型管材从脱模叶片5上取下即可。
52.本实施例的管材缠绕成型脱模机构将复合材料带材缠绕至扩径后的脱模叶片上，形成管状的复合材料结构，脱模机构内部独特的结构可以进行扩径和收缩的同时，还能够完成缠绕的旋转动作。本实施例的管材缠绕成型脱模机构的扩径方式将轴向平动转化为径向扩张，收缩方式为将周向旋转转化为径向收缩，脱模机构直径尺寸小，能够实现成型小尺寸复合材料管材，且直径与长度比可以达到1:5，且可实现更大比例。
53.本实施例采用纯机械传动方式控制，驱动中心轴带动扩径滑块轴向移动，使扩径滑块挤压驱动凸块，进而驱动脱模叶片径向向外运动，同时带动叶片同步轮周向旋转，将径向运动转变为周向运动，由于叶片同步轮与扭簧连接，扭簧发生形变蓄积复原力，此时脱模叶片为扩径状态，可以通过控制支撑组件、脱模叶片、叶片同步轮以及扭簧进行旋转，实现带材在扩径状态下的脱模叶片上缠绕成型；然后再使扩径滑块脱离驱动凸块，扭簧在自身复原力作用下带动叶片同步轮旋转，叶片同步轮驱动脱模叶片径向向内运动，使脱模叶片不再对缠绕成型的管材进行支撑，可将管材直接从脱模叶片上取下即可。本实施例的脱模机构可将具有一定长度的管材缠绕成型机构同步进行整体扩径与收缩，成型脱模机构变径自由度与旋转自由度相解耦，可实现分开控制脱模机构变径以及整体机构的旋转，可实现管材的快速脱模，建造成型出规则、缺陷少的管材，较少的损伤管材的内表面，有利于进一步建设大型空间结构。
54.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的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。
55.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
56.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
57.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
58.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特
点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
59.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。