一种预浸带在轨缠绕成型桁架装置

技术领域

本发明涉及在轨制造技术领域，具体涉及一种预浸带在轨缠绕成型桁架装置。

背景技术

随着航空航天事业的不断发展，空间在轨成型技术已成为各国在航天领域的新研究热点，大型空间站、空间在轨服务于维护平台和空间太阳能电站等是各国面向未来的航天发展的着重点，目前上述大型空间结构都是以桁架系统作为主要的支撑结构，其所需零部件都是在地面制造验证完成以后，并通过运载火箭运送至太空。然而由于航天器及零部件的尺寸和质量受到火箭运载能力的限制，同时为了抵御火箭发射阶段严苛的力学环境，桁架零部件在地面上生产时还需考虑结构尺寸与强度问题，需对其在限定尺寸下进行强度设计，进而增加了零部件的生产难度以及成本；现今仍缺少在轨制造成型桁架的装置，因此设计适用在轨微重力环境、原材料易储存与更换和生产大尺度桁架的在轨制造装置成为本领域的重点和难点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种预浸带在轨缠绕成型桁架装置，解决了现还未研发出在轨制造桁架的装置问题。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括板件模块以及安装于板件模块上的成型模块、缠绕组件、内衬模块以及拉拔模块；其中：

所述成型模块用于将弦杆原料压合形成为三根平行的弦杆，且三根弦杆成三角分布；

所述内衬模块横向安装于板件模块内，其用于对成型的三根弦杆内部进行支撑；

所述拉拔模块位于内衬模块的一端外侧，其用于与内衬模块配合将三根弦杆沿内衬模块轴向拉动，以实现三根弦杆的持续输出；

所述缠绕组件位于成型模块与拉拔模块之间，其用于将多条边梁缠绕设置于持续传输的三根弦杆，以实现桁架的持续成型。

优选的，所述板件模块包括上基板与下基板，所述上基板与下基板之间依次安装有成型模块安装板、第一缠绕模块安装板、第二缠绕模块安装板以及拉拔模块安装板；

所述成型模块安装于成型模块安装板与第一缠绕模块安装板之间，所述内衬模块安装于第一缠绕模块安装板且贯穿第二缠绕模块安装板与拉拔模块安装板，所述缠绕组件安装于第一缠绕模块安装板与第二缠绕模块安装板，所述拉拔模块安装于拉拔模块安装板。

优选的，所述成型模块包括沿周向均匀分布的三组弦杆成型机构；所述弦杆成型机构包括成型支撑座，所述成型支撑座上安装有成型加热块，所述成型加热块具有第一长锥角，所述成型支撑座的两侧均固定有成型挡板，两个所述成型挡板之间转动安装有多个成型压轮，所述成型压轮的外圆周面具有第一环形凹槽，所述第一环形凹槽的截面为V形结构，所述第一长锥角与第一环形凹槽配合，弦杆原料穿过成型加热块与成型压轮之间时，所述成型加热块对弦杆原料进行预热软化，且在所述第一长锥角与第一环形凹槽的配合下将弦杆原料压成型为V形结构。

优选的，两个所述成型挡板上部均开设有第一开槽，所述第一开槽内滑动插接有成型移动板，多个所述成型压轮均通过成型压轮轴转动安装于两成型移动板之间；所述第一开槽的底部与成型移动板之间设置有给予成型移动板施加作用力的成型调节弹簧，所述成型移动板安装有成型压板，所述成型压板上螺接有成型调节螺栓，且所述成型调节螺栓与成型移动板抵接，所述成型调节螺栓与成型调节弹簧的配合，可对成型移动板的位置进行调节，以实现调节成型压轮与成型加热块之间的间距。

优选的，所述内衬模块包括横向设置的内衬，所述内衬的外圆周面周向均匀分布有三组内衬加热块，每组所述内衬加热块中的内衬加热块数量为两个，所述内衬加热块的端部具有第二长锥角，三根弦杆分别贴着三组内衬加热块的第二长锥角传输；

所述缠绕组件包括第一缠绕模块与第二缠绕模块，所述第一缠绕模块与第二缠绕模块沿着内衬轴向分布，且均包括转动安装于板件模块的环形导轨以及驱使环形导轨旋转的导轨驱动件，两个所述环形导轨的旋转方向相反，所述第一缠绕模块与第二缠绕模块的环形导轨上均通过边梁轮支撑轴安装有两个边梁轮与一个边梁轮，所述导轨驱动件驱使环形导轨转动时，两个所述环形导轨中边梁轮的边梁以相反的旋转方向缠绕在三根弦杆上。

优选的，所述环形导轨通过三组对心支撑轴承与一组偏心支撑轴承转动安装于板件模块上；

所述第一缠绕模块与第二缠绕模块均还包括安装于板件模块的润滑设备，用于对环形导轨的表面润滑，以减小环形导轨与对心支撑轴承、偏心支撑轴承之间的摩擦力。

优选的，所述内衬模块包括横向设置的内衬，所述内衬的外圆周面周向均匀分布有三组内衬锥轮机构，每组内衬锥轮机构中的内衬锥轮机构数量为两个，所述内衬锥轮机构包括内衬锥轮，所述内衬锥轮的外圆周面具有环形锥槽；

所述拉拔模块包括三个周向分布的拉拔压机构，所述拉拔压机构包括固定于板件模块的拉拔固定座，所述拉拔固定座通过拉拔轴系转动安装有两个拉拔压轮，两个所述拉拔压轮的外圆周面均具有第二环形凹槽，所述第一环形凹槽的截面为V形结构，所述环形锥槽与第二环形凹槽片配合对弦杆夹紧，两个所述拉拔压轮通过压轮驱动件驱使同步旋转，以实现对弦杆传输。

优选的，所述内衬锥轮机构还包括固定于内衬的内衬锥轮安装座，所述内衬锥轮安装座上安装有内衬锥轮轴，所述内衬锥轮轴的端部通过内衬螺母锁定，所述内衬锥轮通过两个内衬锥轮轴承转动安装于内衬锥轮轴上，且两个所述内衬锥轮轴承之间通过内衬短套筒隔开，两个所述内衬锥轮轴承的外侧均设置有套设于内衬锥轮轴的内衬短套筒。

优选的，所述压轮驱动件包括拉拔驱动电机，所述拉拔驱动电机的输出端固定有拉拔驱动齿轮，两个所述拉拔轴系上均固定有与拉拔驱动齿轮啮合连接的拉拔传动齿轮。

优选的，所述拉拔固定座上开设有两个对称设置的第二开槽，所述第二开槽内滑动插接有拉拔移动板，所述第二开槽底部与拉拔移动板之间设置有给予拉拔移动板作用力的拉拔调节弹簧，所述第二开槽的上侧固定有拉拔压板，所述拉拔压板上螺接有拉拔调节螺栓；所述拉拔调节螺栓与拉拔移动板抵接，所述拉拔调节螺栓与拉拔调节弹簧的配合，可对拉拔移动板的位置进行调节，以实现调节拉拔压轮与内衬锥轮之间的间距。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：

1、本发明可通过成型模块、缠绕组件、拉拔模块的配合，可持续性的生产出桁架，弥补了现缺少在轨成型桁架制造装置的问题，且本发明的结构紧凑所占的空间较小，有利于携带至空间站中；

2、拉拔模块可拉动弦杆持续性的传输移动，使缠绕组件持续性的缠绕边梁以及成型模块压弦杆成形，同时拉拔模块可对弦杆与边梁的重合处进行挤压，使得两者仅仅的粘接固定，确保了桁架的强度。

附图说明

图1为本发明的成型桁架整体结构示意图；

图2为本发明的整体结构示意图；

图3为本发明的板件模块结构示意图；

图4为本发明的成型模块整体结构示意图；

图5为本发明的弦杆成型机构结构示意图；

图6为本发明的内衬模块整体结构示意图；

图7为本发明的锥轮组件半剖视示意图；

图8为本发明的第一缠绕模块正视示意图；

图9为本发明的第一缠绕模块整体结构示意图；

图10为本发明的第二缠绕模块正视示意图；

图11为本发明的第二缠绕模块整体结构侧视示意图；

图12为本发明的拉拔模块整体结构正视示意图；

图13为本发明的拉拔模块中拉拔结构示意图；

图14为本发明的拉拔模块中拉拔剖视示意图。

图中数字表示：

1-板件模块；101-上基板；102-成型模块安装板；103-第一缠绕模块安装板；104-支耳；105-第二缠绕模块安装板；106-拉拔模块安装板；107-下基板；

2-成型模块；201-弦杆成型机构；202-成型压板固定螺栓；203-成型压轮；204-成型调节螺栓；205-成型压板；206-成型移动板；207-成型支撑座；208-成型挡板固定螺栓；209-成型调节弹簧；210-成型压轮轴；211-成型挡板；212-成型加热块；

3-内衬模块；301-内衬；302-内衬加热块；303-内衬锥轮机构；304-内衬锥轮；305-内衬长套筒；306-内衬短套筒；307-内衬螺母；308-内衬锥轮轴承；309-内衬锥轮轴；310-内衬锥轮安装座；

4-成型桁架；401-弦杆；402-第一边梁；403-第二边梁；404-第三边梁；

5-第一缠绕模块；501-第一环形导轨驱动齿轮；502-对心支撑轴承；503-第一边梁轮；504-润滑设备；505-第二边梁轮；506-环形导轨；507-偏心支撑轴承；508-缠绕模块驱动电机；509-第二边梁轮支撑轴；510-第一边梁轮支撑轴；

6-第二缠绕模块；601-环形导轨传动齿轮；602-传动齿轮轴系；603-第二环形导轨驱动齿轮；604-第三边梁轮；605-第三边梁轮支撑轴；

7-拉拔模块；701-拉拔驱动电机；702-拉拔驱动齿轮；703-电机座；704-拉拔压机构件；705-拉拔轴系；706-拉拔传动齿轮；707-拉拔固定座；708-拉拔调节螺栓；709-拉拔压板；710-拉拔压板固定螺栓；711-拉拔压轮；712-拉拔移动板；713-拉拔调节弹簧。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

实施例一

本实施例提供一种技术方案：一种预浸带在轨缠绕成型桁架装置，如图1所示，本装置所加工的成型桁架4是由三根弦杆401以及持续缠绕在三根弦杆401外侧的第一边梁402、第二边梁403以及第三边梁404组成，弦杆401是夹角为60°的预浸带，且三根弦杆401成三角分布；如图2所示，本装置包括板件模块1、成型模块2、内衬模块3、缠绕组件以及拉拔模块7；

如图3所示，板件模块1包括上基板101、下基板107、成型模块安装板102、第一缠绕模块安装板103、第二缠绕模块安装板105以及拉拔模块安装板106；上基板101与下基板107上下设置，成型模块安装板102、第一缠绕模块安装板103、第二缠绕模块安装板105以及拉拔模块安装板106均通过支耳104固定于上基板101、下基板107之间，且成型模块安装板102、第一缠绕模块安装板103、第二缠绕模块安装板105以及拉拔模块安装板106依次排序。

如图4与图5所示，成型模块2安装于成型模块安装板102与第一缠绕模块安装板103之间，成型模块2包括沿周向均匀分布三组弦杆成型机构201，即三组弦杆成型机构201之间的夹角为120°，三组弦杆成型机构201分别用于加工成型三根弦杆401，在成型模块安装板102与第一缠绕模块安装板103上均开设有三个穿孔，三个穿孔分别与三组弦杆成型机构201一一对应，用于三根弦杆401的穿过；

弦杆成型机构201包括成型支撑座207，成型支撑座207的两端分别固定于成型模块安装板102与第一缠绕模块安装板103，成型支撑座207上安装有成型加热块212，成型加热块212可自行发热，成型加热块212具有第一长锥角，第一长锥角的角度为60°，成型支撑座207的两侧分别通过成型挡板固定螺栓208固定有成型挡板211，两个成型挡板211之间转动安装有多个成型压轮203，成型压轮203的外圆周面具有第一环形凹槽，第一环形凹槽的截面为V形结构，其夹角为60°；成型加热块212的第一长锥角位于第一环形凹槽内，弦杆401的原材料进入到成型加热块212的第一长锥角与成型压轮203之间，成型加热块212对原材料进行预热软化，使得原材料的软化有利于塑形，在成型加热块212的第一长锥角与成型压轮203的配合挤压下成型为V形结构；

成型压轮203与成型加热块212的第一长锥角之间的间距可进行微调，成型压轮203的安装方式为：在两成型挡板211的上部开设有第一开槽，并在挡板211的两侧分别形成立柱，在第一开槽内设置有安装于立柱的成型移动板206，多个成型压轮203均通过成型压轮轴210转动安装于两侧的成型移动板206上；

两侧立柱的上端通过成型压板固定螺栓202安装有成型压板205，且第一开槽的底部与成型移动板206之间设置有多个成型调节弹簧209，多个成型调节弹簧209给予成型移动板206向上的作用力；在成型压板205上螺接有成型调节螺栓204，成型调节螺栓204与成型移动板206抵接，将成型调节螺栓204向下拧动时，即可将成型移动板206向下挤压位移且压缩成型调节弹簧209，如将成型调节螺栓204向上拧动时，成型移动板206会由于压缩成型调节弹簧209的弹力向上抵动位移，进而实现对多个成型压轮203与成型加热块212之间的间隙进行微调，便于调节预浸带的弦杆401成型质量。

如图6与图7所示，内衬模块3安装于第一缠绕安装板103，内衬模块3包括固定于第一缠绕安装板103的内衬301，内衬301贯穿第二缠绕模块安装板105与拉拔模块安装板106，内衬301的外圆周面周向均匀分布有三组内衬加热块302与内衬锥轮机构303，内衬加热块302位于第一缠绕安装板103与拉拔模块安装板106之间，内衬锥轮机构303位于拉拔模块安装板106的一侧；相邻内衬加热块302与内衬锥轮机构303之间的夹角为120°，每组中的内衬加热块302与内衬锥轮机构303分别具有两个，且每组内衬加热块302与内衬锥轮机构303分别与三个成型压轮203一一对应；

内衬锥轮机构303包括固定于内衬301的内衬锥轮安装座310；内衬锥轮安装座310内安装有内衬锥轮304，内衬加热块302的端部具有第二长锥角，内衬锥轮304的外圆周面具有环形锥槽，且第二长锥角与环形锥槽的夹角角度均为60°；

内衬锥轮304的安装方式为：内衬锥轮安装座310贯穿安装有一内衬锥轮轴309，内衬锥轮轴309的一端螺接有内衬螺母307，在内衬锥轮轴309与内衬锥轮304之间套设有两个内衬锥轮轴承308，两个内衬锥轮轴承308之间通过内衬长套筒305隔开，两个内衬锥轮轴承30的外侧均设置有套设于内衬锥轮轴309的内衬短套筒306，进而对内衬锥轮304的位置进行定位。

在成型模块2加工完成的弦杆401与内衬模块加热块302接触时，内衬模块加热块302会使弦杆401、第一边梁402、第二边梁403以及第三边梁404在缠绕成型时处于热熔状态，使其贴合处产生粘黏效应完成贴合。

缠绕组件安装于第一缠绕模块安装板103与第二缠绕模块安装板105上，用于将第一边梁402、第二边梁403以及第三边梁404在缠绕在三根弦杆401上。

如图12至图14所示，拉拔模块7包括三个周向分布的拉拔压机构704，相邻两个拉拔压机构704之间的夹角为120°，拉拔压机构704包括固定于拉拔模块安装板106的拉拔固定座707，拉拔固定座707上通过拉拔轴系705安装有两个拉拔压轮711，拉拔压轮711的外圆周面具有第二环形凹槽，第二环形凹槽的截面为V形结构，其夹角为60°，内衬锥轮304的环形锥槽位于第二环形凹槽内，在拉拔压轮711与内衬锥轮304的挤压之下，可将弦杆401夹紧固定，拉拔轴系705的一端安装有拉拔传动齿轮706，拉拔模块安装板106上通过电机座703固定有拉拔驱动电机701，拉拔驱动电机701的输出端固定有拉拔驱动齿轮702，拉拔驱动齿轮702与两个拉拔传动齿轮706啮合连接，在运行拉拔驱动电机701时，通过拉拔驱动齿轮702与两个拉拔传动齿轮706的传动配合，驱使两个拉拔压轮711同向同速转动，进而拉动弦杆401进行持续性拉拔延伸，加工形成成型桁架4；

拉拔压轮711的具体安装方式为：在拉拔固定座707上开设有两个对称设置的第二开槽，第二开槽内滑动插接有拉拔移动板712，即在拉拔移动板712的两侧开设有卡槽，卡槽滑动卡接于两侧拉拔移动板712上，对拉拔移动板712进行定位，拉拔轴系705安装于两侧的拉拔移动板712上，在第二开槽的底部开设有浅孔，浅孔内安装有与拉拔移动板712抵接的拉拔调节弹簧713，拉拔调节弹簧713给予拉拔移动板712向上的推力；在第二开槽的上侧通过拉拔压板固定螺栓710固定有拉拔压板709，拉拔压板709上螺接有拉拔调节螺栓708；

通过拧动拉拔调节螺栓708而抵动拉拔移动板712移动，或拉拔移动板712由于拉拔调节弹簧713的弹力而向外侧移动，进而达到利用拉拔调节螺栓708与拉拔调节弹簧713的共同作用下，调整拉拔压轮711与内衬锥轮304间距调整，实现对弦杆401拉拔摩擦力的调节。

工作原理：成型模块2将原材料制成带有60°夹角的三根弦杆401，三根弦杆401通过拉拔模块7的拉拔压轮711与内衬模块3的内衬锥轮304之间的配合实现纵向的持续延长，而缠绕组件实现将第一边梁402、第二边梁403与第三边梁404分别缠绕至三根弦杆401的外侧，进而持续生产出成型桁架4；在成型桁架4中弦杆401、第一边梁402、第二边梁403与第三边梁404通过高温使其贴合处发生粘连效应进而实现贴合，同时拉拔压轮711与内衬锥轮304的配合还可使得梁边与弦杆之间的压紧，促进梁边与弦杆401的粘合。

实施例二

本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，与前述技术方案相同部分在此将不再赘述，图8至图11所示，进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：本实施例中缠绕组件包括第一缠绕模块5与第二缠绕模块6，第一缠绕模块5与第二缠绕模块6分别设置于第一缠绕模块安装板103与第二缠绕模块安装板105上，第一缠绕模块5与第二缠绕模块6分别与两块内衬加热块302一一对应，进而对缠绕边梁时的稳定支撑，同时内衬加热块302可对弦杆与边梁进行加热，以确保边梁与弦杆软化粘合；

第一缠绕模块5与第二缠绕模块6均包括环形导轨506(环形导轨506具有围绕其一周的外齿)，两个环形导轨506通过三组对心支撑轴承502与一组偏心支撑轴承507转动安装于第一缠绕模块安装板103或第二缠绕模块安装板105上，三组对心支撑轴承502与一组偏心支撑轴承507与环形导轨506的内、外边缘接触并支撑住，可防止环形导轨506径向位移；环形导轨506的内、外圆周面具有围绕其一周的凸起，三组对心支撑轴承502与一组偏心支撑轴承507的个数分别为两个，环形导轨506的凸起位于每组支撑轴承之间的间隙中，进而防止环形导轨506轴向位移；

第一缠绕模块5的环形导轨506上分别通过第一边梁轮支撑轴510与第二边梁轮支撑轴509安装有第一边梁轮503与第二边梁轮505；第二缠绕模块6的环形导轨506上通过第三边梁轮支撑轴605安装有第三边梁轮604，边梁轮上具有原料卷，原料卷为预浸带；

在第一缠绕模块安装板103与第二缠绕模块安装板105上均安装有润滑设备504，用于给环形导轨506的表面润滑，减小其与对心支撑轴承502、偏心支撑轴承507之间的摩擦力；

第一缠绕模块安装板103与第二缠绕模块安装板105均上安装有缠绕模块驱动电机508，第一缠绕模块5的缠绕模块驱动电机508的输出端固定有第一环形导轨驱动齿轮501，第一环形导轨驱动齿轮501与环形导轨506的外齿啮合；第二缠绕模块6的缠绕模块驱动电机508的输出端固定有第二环形导轨驱动齿轮603，第二环形导轨驱动齿轮603啮合连接有第三环形导轨传动齿轮601，第三环形导轨传动齿轮601与环形导轨506的外齿啮合；

第一缠绕模块5中的缠绕模块驱动电机508运行时，带动第一环形导轨驱动齿轮501转动，而第一环形导轨驱动齿轮501则会带动环形导轨506转动，进一步的带动第一边梁轮503与第二边梁轮505圆周旋转，进而将第一边梁402、第二边梁403缠绕至三根弦杆401的外侧；第二缠绕模块6中的缠绕模块驱动电机508运行时，第二环形导轨驱动齿轮603与第三环形导轨传动齿轮601的配合带动环形导轨506转动，第三边梁轮604圆周旋转，进而将第三边梁404缠绕至三根弦杆401的外侧；且第一缠绕模块5的环形导轨506与第二缠绕模块6的环形导轨506旋转方向相反，使得第一边梁402、第二边梁403与第三边梁404缠绕方向的不同，由于同向缠绕时边梁件会有间隙，第三边梁404缠绕方向的不同，可以填补第一边梁402和第二边梁403缠绕间隙，增强成型桁架刚度，成型桁架4中第一边梁402、第二边梁403与第三边梁404连续性的缠绕至三根弦杆401上。

缠绕模块驱动电机508、对心支撑轴承502、偏心支撑轴承507、润滑设备504与第一环形导轨驱动齿轮501均通过安装孔与螺纹件的配合固定于第一缠绕安装板103。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。