Намотка – процесс изготовления высокопрочных армированных изделий, форма которых определяется вращением произвольных образующих. При этом способе армирующий материал (нить, лента, жгут или ткань) укладываются по заданной траектории на вращающуюся оправку, которая несет внутреннюю геометрию изделия. Для намотки пригоден практически любой непрерывный армирующий материал. Специальные механизмы, которые перемещаются со скоростью, синхронизированной с вращением оправки, контролируют угол намотки и расположение армирующего материала.
Оправка — это специальная технологическая оснастка, которая обеспечивает внутренние размеры изделия и его конфигурацию.
Рисунок 1. Схема намотки изделий
Анализ существующих решений устройств намотки композиционными материалами выявил ряд недостатков, из которых можно выделить ключевые. Большинство устройств нацелено на крупное, многосерийное производство и проектируются под конкретное изделие, не имея способа значительного изменения установки под другое изделие. В основном это зависит от размера рабочей зоны машины намотки, либо промышленного робота, который выполняет намотку.
Также из-за ориентации на крупное производство машины намотки получаются крупногабаритными даже при сравнительно небольшом максимальном значении размера оправки. В совокупности с высокой стоимостью, сложностью установки, настройки и обслуживания, это делает такие машины недоступными для частных мастерских или небольших производителей, специализирующихся на широком ассортименте продукции.
Мехатронное устройство намотки изделий композиционными материалами цилиндрической формы – это малогабаритный, настольный намоточный станок, который позволяет изготавливать изделия цилиндрической и сложной формы. Обычно подобные станки имеют большие размеры и высокую стоимость, что исключает возможность их использования в некоммерческих целях.
Мехатронное устройство имеет четыре степени подвижности, что позволяет повысить точность, а также число возможных схем намотки материала, придавая конечным изделиям различные свойства.
Рисунок 2. Кинематическая схема мехатронного устройства
На разработанной кинематической схеме изображена структура мехатронного устройства. Она состоит из четырёх электромеханических приводов состоящие из планетарного редуктора и электродвигателя, каждый из которых имеет свою рассчитанную скорость вращения и мощность выходного вала. Движение на оправку передаётся с помощью зубчато-ремённой передачи имеющее передаточное отношение. Привод осевого (относительно оправки) движения соединён с кареткой с помощью зубчато-ременной передачи, не имеющей передаточного отношения и надёжно соединённой с ней. Каретка передвигается по направляющей. Привод поперечного движения также соединён с подвижной частью каретки, на которой расположен привод осевого вращения головки намотки. В движение головка приводится с помощью зубчато-ременной передачи со своим передаточным отношением.
Данное устройство призвано закрыть нишу малогабаритных намоточных станков, ускорить развитие данного направления с применением композиционным материалов и раскрывая новые возможности для использования изделий цилиндрической формы.
Список литературы
- Производство изделий из композиционных материалов цилиндрической формы: учебное пособие / Уральский федеральный университет. — Электрон. дан. — Екатеринбург: УрФУ
- Composites Part B: Engineering: Winding pattern design of composite cylinders considering the effect of fiber stacking / Yuchen Dai, Chuanxiang Zheng, Jiao Lin, Yangtao Liu, Dawei Wang, Jinjie Lu // ScienceDirect – 2024 – Vol 275
- Materialstoday: proceedings: Design and analysis of filament winding machine for cylinder manufacturing process using glass fiber composite / Rahmad Kuncoro Adi, Sukanta Das, Muhammad Akhsin Muflikhun // ScienceDirect – 2022 – Vol 66, Part 5, Pages 2904-2907
