(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210441889.1 (22)申请日 2022.04.25 (71)申请人 大连理工大 学 地址 116024 辽宁省大连市高新园区凌工 路2号 (72)发明人 高航　汪佳乐　符晓　萧胜磊　 许启灏　王一奇　 (74)专利代理 机构 大连东方专利代理有限责任 公司 21212 专利代理师 鲁保良　李洪福 (51)Int.Cl. G01N 3/02(2006.01) G01N 3/08(2006.01) G01L 5/10(2020.01) G01N 19/02(2006.01) (54)发明名称 一种多包络角的纤维束张力与摩擦系数测 试装置及方法 (57)摘要 本发明公开了一种多包络角的纤维束张力 与摩擦系数测试装置及方法， 所述装置包括机架 模块、 牵引系统、 水平运动系统和测试单元。 本发 明以分析纤维预制体自动化编织制备工艺中纤 维束与导向辊之间的包络角为切入点， 可以多 方 位地对制备工艺过程中纤维束摩擦系数的变化 进行模型化 分析。 本发明通过 公式计算准确改变 牵引作用点P、 导向辊 Ⅰ中心点A、 导向辊 Ⅱ中心点 B之间的空间位置， 实现不同的包络角组合， 使得 操作更加简易化。 本发明的第一安装板上的每组 相邻安装孔的孔间距的等差变化， 可以实现快速 调节不同的包络角组合， 在安排不同的包络角组 合试验时尽可能地减少导向辊 Ⅰ和导向辊 Ⅱ的空 间位置的计算量。 本发明可实现纤维束在导向辊 Ⅰ上的多种运动形式。 权利要求书2页 说明书8页 附图7页 CN 114993808 A 2022.09.02 CN 114993808 A 1.一种多包络角的纤维束张力与摩擦系数测试装置， 其特征在于： 包括机架模块(1)、 牵引系统(2)、 水平运动系统(4)和 测试单元(3)； 所述机架模块(1)包括机架(11)、 第一安装板(12)和导向辊II(13)； 所述机架(11)包括 立柱和平台， 所述立柱固定安装在平台的一侧； 所述导 向辊II(13)固定在第一安装板(12) 上； 所述第一安装板(12)安装在机架(11)的平台上； 所述第一安装板(12)为非等距阵列平 面多孔板， 每组相邻孔的孔间距为： 其中， Sn为第n+1个点和第n个点之间的间距； 为第n+1个点的横坐标， 为第n个 点的横坐标， 为第n+1个点的纵坐标， 为第n个点的纵坐标； n的取值范围为自然数， 从小到大的顺序为 点位从左上到右下的次序； 所述牵引 系统(2)包括伺服电机(21)、 第一滑台模 组(22)、 第二安装板(23)和吊环螺栓 (24)； 所述第一滑台模组(22)安装在机架(11)的立柱上； 所述伺服电机(21)安装在第一滑 台模组(22)上， 伺服电机(21)的转轴与第一滑台模组(22)的丝杠连接； 所述第一滑 台模组 (22)上的滑块连接第二安装板(23)， 第二安装板(23)连接吊环螺栓(24)， 吊环螺栓(24)连 接测力装置(31)的一端； 所述水平运动系统(4)包括步进电机(41)、 第二滑台模组(42)、 第三安装板(43)、 电动 推杆(45)和导向辊I(44)； 所述第二滑台模组(42)安装在机架(11)的平台上； 所述步进电机 (41)安装在第二滑台模组(42)上， 步进电机(41)的转轴与第二滑台模组(42)的丝杠连接； 所述第二滑台模组(42)的滑块连接第三安装板(43)， 第三安装板(43)连接电动推杆(45)， 电动推杆(45)连接导向辊I(4 4)； 所述测试单元(3)包括测力装置(31)、 样品纤维束(32)和重物(33)， 所述样品纤维束 (32)的一端与测力装置(31)连接、 另一端绕过导向辊I(44)的下侧、 导向辊II(13)的上侧后 与重物(3 3)连接。 2.根据权利要求1所述一种 多包络角的纤维束 张力与摩擦系数测试装置， 其特征在于： 所述伺服电机(21)和步进电机(41)由PLC系统控制， 测力装置(31)的数据反馈给计算机 。 3.根据权利要求1所述一种 多包络角的纤维束 张力与摩擦系数测试装置， 其特征在于： 整个装置还 包括升降台， 所述升降台用于测试时托 起重物(3 3)。 4.一种多包络角的纤维束张力与摩擦系数测试方法， 利用如利要求1所述一种多包络 角的纤维束张力与摩擦系数测试装置进行测试， 包括以下步骤： A、 将整个装置固定放置 于工作台的台面上， 并使得第一 安装板(12)悬 出台面边缘； B、 预先设定包络角 θ1和 θ2组合， 确定导向辊I(44)的半径rA和导向辊II(13)的半径rB， 由 于吊环螺栓(24)的吊环顶点P(xP， yP)随着第一滑台模组(22)在竖直方向上运动， 将行程上 下极限位置分别定义为P0点和P1点， 而代入公式的P点固定为行程P0P1上的中点， 并将其定 义为坐标原点(0， 0)， 另外由于 导向辊I(44)的中心点A(xA， yA)的只能在水平方向上运动， 即 纵坐标不变， 故预先设定好P点和A点的竖直距离， 即确定yA； 通过如下公式计算出导向辊I (44)的中心点A(xA， yA)和导向辊I I(13)的中心点B(xB， yB)的准确位置：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114993808 A 2C、 依次启动伺服电机(21)和步进电机(41)， 调节第二安装板(23)的竖直高度， 使得吊 环螺栓(24)的吊环顶 点P为步骤B中得到的位置， 调节 导向辊I(44)的水平 安装位置为步骤B 中得到的位置， 依次关闭伺服电机(21)和步进电机(41)； D、 调节导向辊II(13)在第一安装板(12)上的安装位置为步骤B中得到 的位置， 并固定 在第一安装板(12)上， 记录下吊环螺栓(24)的吊环顶 点P、 导向辊I(44)中心点A和导向辊II (13)中心点B的位置； E、 取新的试验用样品纤维束(32)， 一端固定在重物(33)上， 另一端绕过导向辊I(44)的 下侧、 导向辊II(13)的上侧 后与重物(33)连接， 同时用升降台托住重物(33)底部， 抵消其重 力作用， 使样品 纤维束(32)处于松弛状态； F、 启动伺服电机(21)， 并将升降台降低， 使样品纤维束(32)在重物(33)的重力作用下 绷直； 在第一滑 台模组(22)的滑块 向上移动一段距离后关闭伺服电机(21)， 取下样 品纤维 束(32)并编号保存， 并记录测力装置(31)的数值； G、 改变重物(33)的质量， 即改变样品纤维束(32)所受张力大小， 跳转至步骤C， 直至完 成所有要求的张力数值； H、 改变伺服电机(21)的速度， 即改变牵引速度的大小， 跳转至步骤C， 直至完成所有要 求的牵引速度数值； I、 改变电动推杆(45)的接入状态， 所述接入状态包括锁死不旋转、 随着纤维束运动而 旋转、 可调控速度大小和方向的主动旋转、 前后伸缩式旋转运动， 跳转至步骤C， 直至完成所 有要求的电动推杆(45)的接入状态； J、 改变包络角 θ1和θ2组合， 即改变吊环螺栓(24)的吊环顶点P、 导向辊I(44)的中心点A 和导向辊I I(13)的中心点B的相对位置， 跳转至步骤C， 直至 完成所有 要求的包络角组合。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114993808 A 3