[发明专利]一种聚合物纤维人工肌肉连续自动加捻收卷装置及方法

权利要求书

1.一种聚合物纤维人工肌肉连续自动加捻收卷装置，其特征在于，该装置包括送丝机构、聚合物纤维、加捻机构、收卷机构、平移机构以及底板；所述送丝机构中滚动轴承Ⅰ的中心轴与收卷机构中花键轴的中心轴水平对齐；所述聚合物纤维为尼龙纤维丝或涤纶纤维丝；所述加捻机构、收卷机构和平移机构全部安装在底板上；加捻机构中的加捻机构衔接座固定在收卷机构中的前支撑座上；平移机构中的带座轴承与收卷机构中的花键轴进行过盈配合连接；平移机构中的导杆安装在收卷机构中的后支撑座上，并用螺母进行固定；送丝机构包括力矩电机、力矩电机安装支座、集线筒Ⅰ、送丝机构底板、送丝滑轮Ⅰ、送丝滑轮Ⅱ、滚动轴承Ⅰ以及送丝平台；所述力矩电机通过力矩电机安装支座固定于送丝机构底板上；所述集线筒Ⅰ安装于力矩电机输出轴上；所述送丝滑轮Ⅰ、送丝滑轮Ⅱ安装于送丝平台上，通过两个送丝滑轮可防止纤维上的扭矩传到集线筒Ⅰ上；所述滚动轴承Ⅰ安装于送丝平台前端的孔中，纤维通过滚动轴承可有效减少纤维丝的磨损；所述送丝平台固定在送丝机构底板上，通过调节力矩电机输出力矩大小可以控制工作过程中纤维丝上的张力大小；加捻机构包括同步带轮Ⅰ、同步带Ⅰ、绕线杆、同步带轮Ⅱ、同步带轮支撑、滚动轴承Ⅱ、加捻机构衔接座、步进电机安装支座Ⅰ和步进电机Ⅰ；所述同步带轮Ⅰ安装在步进电机Ⅰ输出轴上，并通过紧定螺钉进行限位防止发生相对滑动；所述步进电机Ⅰ安装在步进电机安装支座Ⅰ上；所述绕线杆一端攻有外螺纹与上述同步带轮Ⅱ进行螺纹连接；所述同步带轮Ⅱ安装在同步带轮支撑一端并用紧定螺钉防止发生相对转动；所述同步带轮支撑内侧安装有滚动轴承Ⅱ并且为过盈配合；所述滚动轴承Ⅱ内孔与加捻机构衔接座的轴进行过盈配合；所述加捻机构衔接座安装在所述收卷机构的前支撑座上；所述同步带安装在所述的两个同步带轮上；这样步进电机Ⅰ通过带传动的方式使绕线杆转动，绕线杆带着聚合物纤维转动对其进行加捻操作；收卷机构包括前支撑座、滚动轴承Ⅲ、后支撑座、集线筒Ⅱ、花键轴、花键轴套、滚动轴承Ⅳ、同步带轮Ⅲ、挡位环、同步带Ⅱ、同步带轮Ⅳ、步进电机安装支座Ⅱ、步进电机Ⅱ；所述集线筒Ⅱ安装在所述花键轴的一端；所述花键轴套与所述滚动轴承Ⅳ内孔进行过盈配合；所述滚动轴承Ⅳ安装在所述前支撑座内，并且与前支撑座内孔为过盈配合；所述花键轴安装在所述花键轴套之中，并且可以进行轴向相对滑动；所述后支撑座内孔同样安装有滚动轴承，滚动轴承内安装有花键轴套，上述花键轴穿过所述花键轴套并且为间隙配合，且花键轴可相对花键轴套进行轴向滑动；所述花键轴上套有两个所述的挡位环并位于前后支撑座之间；所述同步带轮Ⅲ内孔同样安装有花键轴套并且安装在花键轴上，位于两个挡位环之间；所述同步带轮Ⅳ安装在步进电机Ⅱ的输出轴上，并通过紧定螺钉进行限位防止发生相对滑动；所述步进电机Ⅱ安装在步进电机安装支座Ⅱ上；所述同步带Ⅱ安装在同步带轮Ⅲ、Ⅳ上；步进电机Ⅱ通过带传动的方式带动花键轴转动进而使集线筒Ⅱ转动完成收卷工作；平移机构包括导杆、带座轴承、平移衔接座、丝杆螺母、梯形丝杆、联轴器、步进电机安装支座Ⅲ、步进电机Ⅲ；所述导杆一端安装在所述平移衔接座中，另外一端旋入螺母用来限位；所述带座轴承安装在平移衔接座的左端；所述丝杆螺母安装在平移衔接座的右端；所述梯形丝杆旋入丝杆螺母之中；所述步进电机Ⅲ安装在所述步进电机安装支座Ⅲ上；所述联轴器连接步进电机Ⅲ的输出轴与梯形丝杆；步进电机Ⅲ驱动平移衔接座在导杆上进行滑动。

2.采用如权利要求1所述装置实施聚合物纤维人工肌肉连续自动加捻收卷的方法，其特征在于，具体步骤如下：

首先从集线筒Ⅰ上引出聚合物纤维，使纤维绕过两个送丝滑轮，即送丝滑轮Ⅰ；送丝滑轮Ⅱ，之后依次穿过滚动轴承Ⅰ、绕线杆，最后系在集线筒Ⅱ上；力矩电机上电并调节到合适的扭矩T；步进电机Ⅰ、步进电机Ⅱ、步进电机Ⅲ同时开始转动，步进电机Ⅰ驱动加捻机构中的同步带轮Ⅱ转动，绕线杆随同步带轮Ⅱ转动且转速为ω₁；绕线杆带动聚合物纤维转动并开始对其进行加捻；步进电机Ⅱ驱动收卷机构中的花键轴以ω₂开始转动，集线筒Ⅱ随花键轴一起转动；若ω₁≠ω₂，集线筒Ⅱ开始收卷人工肌肉；步进电机Ⅲ以ω₃往复转动，通过梯形丝杆、丝杆螺母配合驱动平移衔接座在导杆上往复运动，带座轴承带动花键轴及集线筒Ⅱ往复平移使加捻好的聚合物纤维均匀地绕在集线筒Ⅱ上，且此时应满足以下关系：

其中，d为聚合物纤维直径，S为梯形丝杆的导程；

人工肌肉制备过程中一个重要的参数——加捻负载F满足以下关系：

其中，r₁为集线筒Ⅰ的半径，T为力矩电机输出力矩。