[發明專利]一種聚合物纖維人工肌肉連續自動加捻收卷裝置及方法

有效

• 申請號: 202210132722.7
• 申請日: 2022-02-14
• 公開（公告）號: CN114481381B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發明（設計）人: 胡興好;鮑先富;王英明;周童;丁建寧;程廣貴
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: D01H7/02
• 分類號: D01H7/02;D01H1/18;D01H13/10;D01H1/20;D01H1/36;D01H1/241
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1.一種聚合物纖維人工肌肉連續自動加捻收卷裝置，其特征在于，該裝置包括送絲機構、聚合物纖維、加捻機構、收卷機構、平移機構以及底板；所述送絲機構中滾動軸承Ⅰ的中心軸與收卷機構中花鍵軸的中心軸水平對齊；所述聚合物纖維為尼龍纖維絲或滌綸纖維絲；所述加捻機構、收卷機構和平移機構全部安裝在底板上；加捻機構中的加捻機構銜接座固定在收卷機構中的前支撐座上；平移機構中的帶座軸承與收卷機構中的花鍵軸進行過盈配合連接；平移機構中的導桿安裝在收卷機構中的后支撐座上，并用螺母進行固定；送絲機構包括力矩電機、力矩電機安裝支座、集線筒Ⅰ、送絲機構底板、送絲滑輪Ⅰ、送絲滑輪Ⅱ、滾動軸承Ⅰ以及送絲平臺；所述力矩電機通過力矩電機安裝支座固定于送絲機構底板上；所述集線筒Ⅰ安裝于力矩電機輸出軸上；所述送絲滑輪Ⅰ、送絲滑輪Ⅱ安裝于送絲平臺上，通過兩個送絲滑輪可防止纖維上的扭矩傳到集線筒Ⅰ上；所述滾動軸承Ⅰ安裝于送絲平臺前端的孔中，纖維通過滾動軸承可有效減少纖維絲的磨損；所述送絲平臺固定在送絲機構底板上，通過調節力矩電機輸出力矩大小可以控制工作過程中纖維絲上的張力大小；加捻機構包括同步帶輪Ⅰ、同步帶Ⅰ、繞線桿、同步帶輪Ⅱ、同步帶輪支撐、滾動軸承Ⅱ、加捻機構銜接座、步進電機安裝支座Ⅰ和步進電機Ⅰ；所述同步帶輪Ⅰ安裝在步進電機Ⅰ輸出軸上，并通過緊定螺釘進行限位防止發生相對滑動；所述步進電機Ⅰ安裝在步進電機安裝支座Ⅰ上；所述繞線桿一端攻有外螺紋與上述同步帶輪Ⅱ進行螺紋連接；所述同步帶輪Ⅱ安裝在同步帶輪支撐一端并用緊定螺釘防止發生相對轉動；所述同步帶輪支撐內側安裝有滾動軸承Ⅱ并且為過盈配合；所述滾動軸承Ⅱ內孔與加捻機構銜接座的軸進行過盈配合；所述加捻機構銜接座安裝在所述收卷機構的前支撐座上；所述同步帶安裝在所述的兩個同步帶輪上；這樣步進電機Ⅰ通過帶傳動的方式使繞線桿轉動，繞線桿帶著聚合物纖維轉動對其進行加捻操作；收卷機構包括前支撐座、滾動軸承Ⅲ、后支撐座、集線筒Ⅱ、花鍵軸、花鍵軸套、滾動軸承Ⅳ、同步帶輪Ⅲ、擋位環、同步帶Ⅱ、同步帶輪Ⅳ、步進電機安裝支座Ⅱ、步進電機Ⅱ；所述集線筒Ⅱ安裝在所述花鍵軸的一端；所述花鍵軸套與所述滾動軸承Ⅳ內孔進行過盈配合；所述滾動軸承Ⅳ安裝在所述前支撐座內，并且與前支撐座內孔為過盈配合；所述花鍵軸安裝在所述花鍵軸套之中，并且可以進行軸向相對滑動；所述后支撐座內孔同樣安裝有滾動軸承，滾動軸承內安裝有花鍵軸套，上述花鍵軸穿過所述花鍵軸套并且為間隙配合，且花鍵軸可相對花鍵軸套進行軸向滑動；所述花鍵軸上套有兩個所述的擋位環并位于前后支撐座之間；所述同步帶輪Ⅲ內孔同樣安裝有花鍵軸套并且安裝在花鍵軸上，位于兩個擋位環之間；所述同步帶輪Ⅳ安裝在步進電機Ⅱ的輸出軸上，并通過緊定螺釘進行限位防止發生相對滑動；所述步進電機Ⅱ安裝在步進電機安裝支座Ⅱ上；所述同步帶Ⅱ安裝在同步帶輪Ⅲ、Ⅳ上；步進電機Ⅱ通過帶傳動的方式帶動花鍵軸轉動進而使集線筒Ⅱ轉動完成收卷工作；平移機構包括導桿、帶座軸承、平移銜接座、絲桿螺母、梯形絲桿、聯軸器、步進電機安裝支座Ⅲ、步進電機Ⅲ；所述導桿一端安裝在所述平移銜接座中，另外一端旋入螺母用來限位；所述帶座軸承安裝在平移銜接座的左端；所述絲桿螺母安裝在平移銜接座的右端；所述梯形絲桿旋入絲桿螺母之中；所述步進電機Ⅲ安裝在所述步進電機安裝支座Ⅲ上；所述聯軸器連接步進電機Ⅲ的輸出軸與梯形絲桿；步進電機Ⅲ驅動平移銜接座在導桿上進行滑動。

2.采用如權利要求1所述裝置實施聚合物纖維人工肌肉連續自動加捻收卷的方法，其特征在于，具體步驟如下：

首先從集線筒Ⅰ上引出聚合物纖維，使纖維繞過兩個送絲滑輪，即送絲滑輪Ⅰ；送絲滑輪Ⅱ，之后依次穿過滾動軸承Ⅰ、繞線桿，最后系在集線筒Ⅱ上；力矩電機上電并調節到合適的扭矩T；步進電機Ⅰ、步進電機Ⅱ、步進電機Ⅲ同時開始轉動，步進電機Ⅰ驅動加捻機構中的同步帶輪Ⅱ轉動，繞線桿隨同步帶輪Ⅱ轉動且轉速為ω₁；繞線桿帶動聚合物纖維轉動并開始對其進行加捻；步進電機Ⅱ驅動收卷機構中的花鍵軸以ω₂開始轉動，集線筒Ⅱ隨花鍵軸一起轉動；若ω₁≠ω₂，集線筒Ⅱ開始收卷人工肌肉；步進電機Ⅲ以ω₃往復轉動，通過梯形絲桿、絲桿螺母配合驅動平移銜接座在導桿上往復運動，帶座軸承帶動花鍵軸及集線筒Ⅱ往復平移使加捻好的聚合物纖維均勻地繞在集線筒Ⅱ上，且此時應滿足以下關系：

其中，d為聚合物纖維直徑，S為梯形絲桿的導程；

人工肌肉制備過程中一個重要的參數——加捻負載F滿足以下關系：

其中，r₁為集線筒Ⅰ的半徑，T為力矩電機輸出力矩。