基于空间群^p3*对称性的三维编织设备的制作方法

专利名称：基于空间群^p3*对称性的三维编织设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种三维编织材料的编织设备，尤其涉及一种基于空间群对称性的三维编织材料的编织设备。
背景技术：
三维编织复合材料以其优异的力学性能得到航空航天、国防和医疗等行业的广泛关注。由于受到加工工艺等因素的制约，三维编织复合材料的品种过少、加工效率低和工艺成本高。要获得综合性能更好的三维编织复合材料，急需开发更多的三维编织工艺。目前多数研究集中在四步法和二步法两种编织方法，而有关三维编织方法的预测的研究还处于起步阶段。不同的晶格结构的晶体表现出不同的性能，采用晶体对称群可以将晶体几何结构进行分类。参照对称群的研究方法，对编织材料的单元几何结构加以归纳研究，根据空间点群和空间群描述的对称操作推得大量新的三维纱线交叉方法。然而作为新的三维编织材料的工艺可行性和性能研究尚未展开。从满足空间点群T为HM符号记法)，所有对称性操作的基础上推导获得一种新的纱线交叉几何结构的单胞。将该单胞放入满足它的空间点阵即可得到纱线连续的三维纱线交叉几何结构。对于这种新的编织材料，现有的二步法编织、四步法编织及三维多向编织均不适宜。

实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种基于空间群对称性的三维编织工艺设备，以提供一种新的三维编织材料。为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案一种基于空间群对称性的三维编织工艺设备，包括机架，机架上固定设置有编织盘以及与编织盘相对的用于卷取编织物的卷取装置，编织盘上能设置一组正六边形，各个正六边形的边长相等且对应边平行，各个正六边形的内接圆圆心均处于一组等距的平行线上，内接圆圆心处在这组平行线中的每条直线上的正六边形为一列正六边形，相邻的两列正六边形中的正六边形的个数相差一，与一列正六边形相邻的两列正六边形中的正六边形的个数相等，一个正六边形周边相邻的各个正六边形均分别与该正六边形共用一个顶点，以每个正六边形的每个边为一个边向对应的正六边形的外侧均能设置一个正三角形，在所有正三角形的每个顶点的对应位置处均设置有一个中心处于正三角形的顶点位置处的携纱器，携纱器的中心位置用于固定编织纱，携纱器相对的两侧具有曲率相同的外凸柱面部分，编织盘上于每个正三角形所在位置处均设有通过转动轴转动装配在编织盘上的驱动器，转动轴转动装配在编织盘的所述正三角形的中心所在位置处，驱动器止转装配在转动轴上，驱动器为外周面均布有三个内凹柱面的槽轮，驱动器通过其三个内凹柱面分别与三个携纱器的对应柱面部分吻合配合，编织盘上于各个驱动器处设置有槽壁与对应驱动器的三个携纱器的对应柱面部分均滑动限位配合的限位凹槽，携纱器的两侧的外凸柱面部分的曲率中心线与对应的转动轴的中心线重合，各个转动轴上均连接有驱动转动轴120度间歇单向旋转的使携纱器在对应的正三角形的外接圆上运动的驱动装置，各个转动轴均位于一组相互平行并平行于所述正六边形的一个边的平行直线上，处于相邻的两平行线上的转动轴的转向相反并交替运动，卷取装置与编织盘相对的端部设置有固定各根编织纱的固定部件。所述的驱动器上或转动轴上固定设置有下表面与携纱器的上端面滑动配合的圆形盖板。所述编织盘上于各个正六边形内设置有轴纱固定点。所述轴纱固定点均处于各自外周的正六边形的内接圆的圆心处。所述的驱动装置包括由电机驱动的驱动曲柄，驱动曲柄通过主连杆连接有第一摇杆，第一摇杆通过副连杆连接有与第一摇杆运动规律相同的第二摇杆，第一摇杆与第二摇 杆的转动中心处分别转动设置有第一棘轮棘齿结构和第二棘轮棘齿结构，第一摇杆上铰接 有自由端与第一棘轮棘齿结构的第一棘轮的轮齿单向推压配合的第一推动齿，第一推动齿与第一摇杆之间具有使第一推动齿弹性压在棘轮上的拉簧或扭簧，第二摇杆上铰接有自由端与第二棘轮棘齿结构的第二棘轮的轮齿单向推压配合的第二推动齿，第二推动齿与第二摇杆之间具有使第二推动齿弹性压在棘轮上拉簧或扭簧，第一棘轮与第二棘轮的转向相反，第一棘轮与第二棘轮上分别对应铰接有第一连杆与第二连杆，第一连杆与第二连杆为上下叠放的板状连杆，在板状连杆上均有将其分割为一组肋条的矩形槽，第一连杆的肋条上铰接有与一个转向的所有驱动器的转动轴在转动中心处对应止转装配的一组第一从动曲柄，第二连杆的肋条上铰接有与另一个转向的所有驱动器的转动轴在转动中心处对应止转装配的一组第二从动曲柄。所述卷取装置通过一成型板设置固定部件，各个固定部件均设置在成型板的与编织盘相对的表面上，成型的另一表面上固定设置有钢丝绳，钢丝绳的另一端卷设在由卷取电机驱动的卷扬筒上，所述卷扬筒转动装配在机架上，所述卷取电机固定安装在机架上。所述的携纱器的两端也为曲率相同的外凸柱面部分，携纱器的四部分外凸柱面部分平滑过渡连接。本实用新型的机架上设置有编织盘，在编织盘上能设置一组内接圆圆心均处于一组等距的平行线上的正六边形，内接圆圆心处在这组平行线中的每条直线上的正六边形为一列正六边形，相邻的两列正六边形中的正六边形的个数相差一，与一列正六边形相邻的两列正六边形中的正六边形的个数相等，各正六边形的边长相等且对应边平行，每两个相邻的正六边形共用一个顶点，以各正六边形的每个边为一个边向外均能设置一个正三角形，在各正三角形的各顶点处均设有一个中心用于固定编织纱的携纱器，编织盘上于每个正三角形所在位置处均转动设置有携纱器移动的驱动器，各驱动器的转动轴上均连接有驱动转动轴120度间歇单向旋转的使携纱器在对应的正三角形的外接圆上运动的驱动装置，各个转动轴均位于一组相互平行并平行于所述正六边形的一个边的平行直线上，处于相邻的直线上的转动轴的转向相反并交替运动。在使用时，将编织纱的一端固定在携纱器的上，另一端固定在机上设置在固定部件上。在编织时，驱动器驱动与其相接触的三个携纱器在对应的正三角形的外接圆的圆周方向上同向运动120度，也就是说，进而使得三个携纱器上的三根编织纱中的一个在圆周方向上移至相邻的一根编织纱处，而与之相邻的这根编织纱则沿着与其相同的方向移到第三根编织纱所在的位置处，第三根编织纱则沿着与前两根编织纱相同的方向移至第一根编织纱原来所在的位置处，每根转动轴都一直间歇进行，也就是说，一根转轴转动120度后会停一段时间再进行下一次运动，一根转轴的转动的方向也一直不变。位于相邻的两条平行线的转动轴的转动交替进行并且运动方向相反，也就是说，一根转轴转动120度后会停一段时间，在停的这段时间内，处在与这根转轴随在的平行线相邻的平行线上的转动轴开始转动，当所有的携纱器均运动一次后即织出一层织物，使得这种编织物可以机械化生产。

图I是本实用新型对应的工艺方法的编织纱的布置图；图2是本实用新型对应的工艺方法的编织纱与轴纱的布置图；图3是本实用新型对应的工艺方法的编织纱运动的原理图；图4是本实用新型的工艺设备的整体结构示意图；图5是图4的左视图；图6是图4的俯视图；图7是图4中的A-A视图；图8是图4中的编织盘的主视图；图9是图8的左视图；图10是图8的俯视图；图11是驱动器组件在编织盘上的装配示意图；图12是图4中的驱动装置的结构示意图；图13是图12的俯视图；图14是图13的仰视图；图15是图12中棘轮驱动部分的结构示意图；图16是图15的左视图；图17是图15的俯视图。
具体实施方式
一种基于空间群对称性的三维编织工艺方法的实施例,在图I 3中，该方法包括如下步骤a)如图I所示，先布设上一组编织纱103，各个编织纱103的一端固定，另一端自由，编织纱103的自由端对应处于一组正六边形的顶点上，这些正六边形的边长均相等，并且这些正六边形的对应边均平行，所有正六边形的内接圆圆心均处于一组等距的平行线上，内接圆圆心处在这组平行线中的每条直线上的正六边形为一列正六边形，相邻的两列正六边形中的正六边形的个数相差一，与一列正六边形相邻的两列正六边形中的正六边形的个数相等，每一个正六边形周边相邻的各个正六边形均分别与该正六边形共用一个顶点。也就是说，处于一个正六边形外周并与该正六边形相邻的正六边形均与这个正六边形共用一个顶点。在本实施例中，所有的正六边形大致组成长板状。以每个正六边形的每个边为一个边向对应的正六边形的外则均能设置一个正三角形，上述这组编织纱中所有的编织纱均处在这些正三角形的顶点上，这些正三角形中有些处于内侧，处于内侧的正三角形的三个顶点分别具有一个编织纱，有些正三角形处于外侧，处于外侧的正三角形只有两个顶点上具有编织纱，第三个顶点没有编织纱，也就是说，三个顶点均是正六边形的顶点的正三角形为处于内侧的正三角形，只有两个顶点是正六边形的顶点的正三角形是处于外侧的正三角形。在这些处于外侧的正三角形的第三个顶点上也均设置上一根编织纱。上面所说的正三角形会重合，也就是说，在以不同的正六边形的边向外设置正三角形时，会有一些正三角形重合在一起，事实上，处于内侧的正三角形均是重合的。如图2所示，在图示中的每个正六边形内均布设上一根轴纱104，各根轴纱104的两端均固定，轴纱的一端与编织纱的固定端固定在一起，轴纱的另一端固定在各根编织纱的自由端所在的平面上。b)如图3所示，每根编织纱均处在上述正三角形的顶点上，过这些正三角形105的三个顶点均能设置一个外接圆106，这些外接圆106的圆心均位于一组相互平行的平行线 107上，这些平行线107均平行于上述正六边形的相应边。在编织时，处于同一个外接圆上的三根编织纱在圆周方向上同向运动120度，也就是说，三根编织纱中的一个在圆周方向上移至相邻的一根编织纱处，而与之相邻的这根编织纱则沿着与其相同的方向移到第三根编织纱所在的位置处，第三根编织纱则沿着与前两根编织纱相同的方向移至第一根编织纱原来所在的位置处，在这三根编织纱运动时，三者可同时运动，也可不同时运动。外接圆上的同向运动一直间歇进行，也就是说，一个外接圆上进行了一次同向运动后会停一段时间再进行下一次运动，在整个编织过程中，一个外接圆上的同向运动的方向一直不变。圆心位于相邻的两条平行线上的外接圆上运动交替进行并且运动方向相反，也就是说，一个外接圆上的运动结束后会停一段时间，在停的这段时间内，处在与这个外接圆的圆心所在的平行线相邻的平行线上的外接圆上的运动开始进行，当所有的编织纱均运动一次后即织出一层织物。由于每一根轴纱在运动过程中都具有同时属于两个处于相邻的两个平行线上的外接圆上的时候，因此在编织过程中编织纱会在不同的外接圆上运动。本实施例中的轴纱处在所述的正六边形的中心位置，在这里，轴纱的位置不仅仅局限于正六边形的中心处，轴纱只要设置在正六边形内即可。当然，在其他实施例中，也可以不设置轴纱，这时织出来的编织物中具有一些孔洞。一种基于空间群对称性的三维编织设备的实施例，在图4 17中，结合图I 3，该编织工艺设备包括机架8，机架8上固定设置有编织盘12。在编织盘12上能设置一组正六边形，各个正六边形的边长相等且对应边平行，各个正六边形的内接圆圆心均处于一组等距的平行线上，内接圆圆心处在这组平行线中的每条直线上的正六边形为一列正六边形，相邻的两列正六边形中的正六边形的个数相差一，与一列正六边形相邻的两列正六边形中的正六边形的个数相等，一个正六边形周边相邻的各个正六边形均分别与该正六边形共用一个顶点，也就是说，处于一个正六边形外周并与该正六边形相邻的正六边形与这个正六边形共用一个顶点。以每个正六边形的每个边为一个边向对应的正六边形的外则均能设置一个正三角形，在所有正三角形的每个顶点的对应位置处均设置有一个中心处于正三角形的顶点位置处的携纱器，携纱器29的中心部位处在正三角形的顶点处，携纱器29的中心部位用于固定编织纱，在携纱器用于固定编织纱的中心位置处设置有固定编织纱的钩子27，所有携纱器29均位于上述正三角形的顶点处，携纱器的中心位置与上述正三角形的顶点重合。携纱器29为横截面为四段两两曲率半径相同的弧形组成的长圆形，携纱器29为长圆形的扁片体，具有四部分两两曲率半径相同的外凸柱面部分，这四部分柱面部分平滑过渡。携纱器两侧的柱面部分的曲率半径大于其两端的柱面部分的曲率半径。在所述正三角形所在位置处转动装配有驱动器，驱动器均通过转动轴25转动装配在编织盘12上。驱动器28在整体上呈圆柱状，在驱动器28为外周面上设置有三个内凹柱面的槽轮，驱动器位于上述正三角形处，其转动轴25位于该正三角形的中心处，驱动器通过其三个内凹柱面分别与其所在正三角形的三个顶点处所设的三个携纱器的柱面部分贴合，驱动器的内凹柱面的曲率中心线与携纱器的与其对应的侧面的曲率中心线重合，而携纱器的侧面的曲率中心线与对应的驱动器的转动轴25的中心线重合。在编织盘12上设 置有以驱动器的转动轴25的中心轴线为中心轴线的圆形的限位凹槽，也可以说成是盲孔，限位凹槽的槽壁与携纱器的对应侧面滑动配合。由于每个携纱器都同时与两个驱动器配合，这样，携纱器的两个侧面分别与一个限位凹槽配合，也就是说这两个限位凹槽是连通的，在工作时，驱动器通过自身的转动驱动携纱器在编织盘12的限位凹槽内滑动并在不同的限位凹槽之间移动。在各个驱动器的转动轴25上均固定设置有一个圆形盖板30，圆形盖板30的下表面与携纱器的上端面滑动配合。在编织盘12上的上述正六边形的中心位置处为轴纱固定点，在轴纱固定点上固定设置有轴纱杆26，轴纱杆26用于固定轴纱。各个转动轴25均位于一组相互平行的直线上，这组直线均平行于轴纱杆所在正六边形的两个边，处于相邻的直线上的转动轴25的转向相反并交替运动。各个转动轴25上均连接有驱动转动轴25进行120度间歇旋转的驱动装置，驱动装置包括电机17，电机17通过减速器15、带传动驱动作为曲柄的转盘18，转盘18围绕其几何中心转动，转盘18的边沿上铰接有主连杆19，主连杆19与第一摇杆20铰接，转盘18与主连杆19以及第一摇杆20组成曲柄摇杆机构。第一摇杆20的单向行程为120度,且第一摇杆20通过副连杆21连接有与第一摇杆运动规律相同的第二摇杆22。也就是说，第一摇杆20与第二摇杆22以及副连杆21组成平行四边形。在第一摇杆20与第二摇杆22的转动中心处分别转动设置有第一棘轮结构24和第二棘轮结构23，第一棘轮与第二棘轮的转向相反，两棘轮分别由各自对应的摇杆驱动。第一摇杆上铰接有第一驱动齿13，第二摇杆上铰接有第二驱动齿14，第一驱动齿与第二驱动齿的结构相同，两驱动齿与各自对应的摇杆之间设置有拉簧，拉簧使得两驱动齿的自由端分别压在各自对应的棘轮上，两驱动齿的自由端始终与各个对应的棘轮的轮齿推压配合。两驱动齿分别设置在对应的摇杆的相反侧，分别驱动棘轮反向运动。第一棘轮与第二棘轮的转动轴25上分别装配有通过键配合连接的曲柄轮，两个曲柄轮端面上分别铰接第一连杆11与第二连杆9。第一连杆与第二连杆为上下叠放的板状连杆，在板状连杆上均有将其分割为一组肋条的矩形槽。第一连杆的肋条上铰接有与一个转向相同的所有驱动器的转动轴形成键配合的一组第一曲柄轮10，第二连杆的肋条上铰接有与另一个转向相同的所有驱动器的转动轴形成键配合的一组第二曲柄轮。棘轮轴上的曲柄轮、第一曲柄轮和第二曲柄轮完全相同。机架上设置有与编织盘12相对的用于卷取编织物的卷取装置，卷取装置包括设置在机架8上的由卷取电机I带动的卷扬筒，卷取电机I通过其输出轴将动力传递给带传动装置2，带传动装置2的从动带轮3与卷扬筒止转传动。卷扬筒上卷设有钢丝4，钢丝4绕过支撑架5的另一端通过固定钩6固定有用于与编织物固连的成型板7，编织纱与轴纱均固定在成型板7的表面上。这里的成型板7为长方形，编织纱的固定端在成型板上排布方式与其自由端的排布方式相同。在本实施例中，驱动器整体呈圆柱形，在驱动器的外周面上均匀地设置有三个内凹的柱面，携纱器通过其外凸柱面状的侧面的吻合紧贴在驱动器上，驱动器的外周面与携纱器的另一个侧面重合，携纱器的另一个侧面吻合紧贴在另一个驱动器的内凹柱面上。限位凹槽的直径也就与驱动器的外周面直径相等，也就是说，驱动器刚好吻合设置在限位凹槽内。当然，驱动器的外周面的直径也可以小一些，只要能驱动携纱器运动就可以了。上述实施例中设置了轴纱杆，当不使用轴纱时，也就不用设置轴纱杆了。在使用时候，轴纱杆与编织纱的一端分别固定在轴纱杆与携纱器上，另一端则一起固定在成型板7上。上述技术方案中的驱动装置还可以是齿轮传动装置或蜗轮蜗杆传动装置。 上述技术方案中设置在第一驱动齿与第一连杆之间的拉簧也可以由设置在第一驱动齿与第一连杆的铰接轴上的扭簧代替，同样，设置在第二驱动齿与第二连杆之间的拉簧也可以由设置在第二驱动齿与第二连杆的铰接轴上的扭簧代替。
权利要求1.一种基于空间群对称性的三维编织设备，其特征在于包括机架，机架上固定设置有编织盘以及与编织盘相对的用于卷取编织物的卷取装置，编织盘上能设置一组正六边形，各个正六边形的边长相等且对应边平行，各个正六边形的内接圆圆心均处于一组等距的平行线上，内接圆圆心处在这组平行线中的每条直线上的正六边形为一列正六边形，相邻的两列正六边形中的正六边形的个数相差一，与一列正六边形相邻的两列正六边形中的正六边形的个数相等，一个正六边形周边相邻的各个正六边形均分别与该正六边形共用一个顶点，以每个正六边形的每个边为一个边向对应的正六边形的外侧均能设置一个正三角形，在所有正三角形的每个顶点的对应位置处均设置有一个中心处于正三角形的顶点位置处的携纱器，携纱器的中心位置用于固定编织纱，携纱器相对的两侧具有曲率相同的外凸柱面部分，编织盘上于每个正三角形所在位置处均设有通过转动轴转动装配在编织盘上的驱动器，转动轴转动装配在编织盘的所述正三角形的中心所在位置处，驱动器止转装配在转动轴上，驱动器为外周面均布有三个内凹柱面的槽轮，驱动器通过其三个内凹柱面分别与三个携纱器的对应柱面部分吻合配合，编织盘上于各个驱动器处设置有槽壁与对应驱动器的三个携纱器的对应柱面部分均滑动限位配合的限位凹槽，携纱器的两侧的外凸柱面部分的曲率中心线与对应的转动轴的中心线重合，各个转动轴上均连接有驱动转动轴120度间歇单向旋转的使携纱器在对应的正三角形的外接圆上运动的驱动装置，各个转动轴均位于一组相互平行并平行于所述正六边形的一个边的平行直线上，处于相邻的两平行线上的转动轴的转向相反并交替运动，卷取装置与编织盘相对的端部设置有固定各根编织纱的固定部件。
2.根据权利要求I所述的基于空间群对称性的三维编织设备，其特征在于所述的驱动器上或转动轴上固定设置有下表面与携纱器的上端面滑动配合的圆形盖板。
3.根据权利要求I或2所述的基于空间群对称性的三维编织设备，其特征在于所述编织盘上于各个正六边形内设置有轴纱固定点。
4.根据权利要求3所述的基于空间群对称性的三维编织设备，其特征在于所述轴纱固定点均处于各自外周的正六边形的内接圆的圆心处。
5.根据权利要求4所述的基于空间群对称性的三维编织设备，其特征在于所述的驱动装置包括由电机驱动的驱动曲柄，驱动曲柄通过主连杆连接有第一摇杆，第一摇杆通过副连杆连接有与第一摇杆运动规律相同的第二摇杆，第一摇杆与第二摇杆的转动中心处分别转动设置有第一棘轮棘齿结构和第二棘轮棘齿结构，第一摇杆上铰接有自由端与第一棘轮棘齿结构的第一棘轮的轮齿单向推压配合的第一推动齿，第一推动齿与第一摇杆之间具有使第一推动齿弹性压在棘轮上的拉簧或扭簧，第二摇杆上铰接有自由端与第二棘轮棘齿结构的第二棘轮的轮齿单向推压配合的第二推动齿，第二推动齿与第二摇杆之间具有使第二推动齿弹性压在棘轮上拉簧或扭簧，第一棘轮与第二棘轮的转向相反，第一棘轮与第二棘轮上分别对应铰接有第一连杆与第二连杆，第一连杆与第二连杆为上下叠放的板状连杆，在板状连杆上均有将其分割为一组肋条的矩形槽，第一连杆的肋条上铰接有与一个转向的所有驱动器的转动轴在转动中心处对应止转装配的一组第一从动曲柄，第二连杆的肋条上铰接有与另一个转向的所有驱动器的转动轴在转动中心处对应止转装配的一组第二从动曲柄。
6.根据权利要求5所述的基于空间群对称性的三维编织设备，其特征在于所述卷取装置通过一成型板设置固定部件，各个固定部件均设置在成型板的与编织盘相对的表面上，成型的另一表面上固定设置有钢丝绳，钢丝绳的另一端卷设在由卷取电机驱动的卷扬筒上，所述卷扬筒转动装配在机架上，所述卷取电机固定安装在机架上。
7.根据权利要求I所述的基于空间群对称性的三维编织设备，其特征在于所述的携纱器的两端也为曲率相同的外凸柱面部分，携纱器的四部分外凸柱面部分平滑过渡连接。
专利摘要本实用新型涉及一种基于空间群对称性的三维编织设备，其编织盘上能设置一组内接圆圆心均处于一组等距的平行线上的整体呈板状的正六边形，各正六边形的边长相等且对应边平行，每两个相邻的正六边形共用一个顶点，以各正六边形的每个边为一个边向外均能设置一个正三角形，在各正三角形的各顶点处均设有一个中心用于固定编织纱的携纱器，编织盘上于每个正三角形所在位置处均转动设置有携纱器移动的驱动器，各驱动器的转动轴上均连接有驱动转动轴120度间歇单向旋转的使携纱器在对应的正三角形的外接圆上运动的驱动装置，各个转动轴均位于一组相互平行并平行于所述正六边形的一个边的平行直线上，处于相邻的直线上的转动轴的转向相反并交替运动。
文档编号D04C3/46GK202576849SQ201220016040
公开日2012年12月5日 申请日期2012年1月15日 优先权日2012年1月15日
发明者马文锁, 李凯, 范卫峰, 张玲玲 申请人:河南科技大学