CN111231287A - 一种橡胶缠绕成型压辊外形设计方法 - Google Patents

一种橡胶缠绕成型压辊外形设计方法 Download PDF

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Abstract

一种橡胶缠绕成型压辊外形设计方法，属于橡胶缠绕成型技术领域。首先，根据橡胶胶带宽度和芯模的半径，计算缠绕角。其次，沿与芯模轴线夹角为缠绕角的方向进行胶带缠绕，该方向即为缠绕螺旋线方向A‑A，以A‑A的垂直截面为B‑B面，确定芯模在截面B‑B上的椭圆方程。最后，以椭圆方程为母线，以缠绕压辊的轴线为回转中心线，构造缠绕压辊椭圆回转面，完成橡胶缠绕压辊的外形设计。采用本方法设计的橡胶缠绕压辊适用于固体火箭发动机筒段及两端过渡部分绝热层环向缠绕要求。采用固体火箭发动机型号中最小直径型号设计橡胶缠绕压辊外形，可以满足其它不同型号固体火箭发动机筒段橡胶绝热层自动化缠绕要求。

Description

一种橡胶缠绕成型压辊外形设计方法
技术领域
本发明属于橡胶缠绕成型技术领域，涉及一种固体火箭发动机绝热层缠绕成型压辊外形设计方法。
背景技术
目前，固体火箭发动机壳体一般采用三元乙丙橡胶绝热内层与复合材料缠绕外壳成型方法制造。三元乙丙橡胶绝热层成型方法主要有人工贴片法和缠绕成型法。在固体火箭发动机绝热层缠绕成型过程中，通过加热三元乙丙橡胶胶带提高自粘性能，利用缠绕压辊将胶带缠绕在芯模之上，缠绕压力直接影响到绝热层外形和绝热层粘接强度与致密度。由于缠绕芯模、橡胶绝热层表面为变曲率曲面，为了保证胶带宽度方向缠绕压力分布均匀、恒定，需要合理设计缠绕压辊的外形。
彭家浩在专利“一种布带缠绕机用的热压辊装置”(CN202716461U)中公开了一种布带缠绕机用的热压辊装置，该装置包括热压辊本体、中心轴、电热管和衬套，主要涉及一种热压辊结构，未涉及压辊外形设计。张军在专利“复合材料布带缠绕机用压辊装置”(CN103909649A)中公开了一种复合材料布带缠绕机用的热压辊装置，主要涉及一种自动刮除压辊熔胶的热压辊结构，未涉及压辊外形设计。
在固体火箭发动机筒段绝热层自动化缠绕过程中，如果缠绕压辊外形采用简单圆柱面外形，在环向缠绕时，沿胶带宽度方向缠绕压辊外形与芯模外形(或绝热层外形)之间距离不一致，处于胶带边缘部分距离较大、缠绕压力较小，影响缠绕质量与粘接质量，甚至导致缠绕胶带的两边出现翘边现象，因此，需要合理设计缠绕压辊的外形。
发明内容
本发明提出了一种橡胶缠绕成型压辊外形设计方法，用于设计橡胶缠绕压辊外形。
本发明采用的技术方案为：
一种橡胶缠绕成型压辊外形设计方法，包括以下步骤：
(1)缠绕角α的计算：
缠绕角α是指橡胶胶带1的中心线与芯模轴线之间的夹角，C为芯模的周长，W为橡胶胶带的宽度，R为芯模半径。其中W与C比值为缠绕角的余弦值，据此计算出缠绕角α为：
α＝arccos(W/C)..........................①
C＝2πR...........................②
(2)计算芯模在截面B-B上的椭圆方程：
沿与芯模轴线夹角为缠绕角α的方向进行胶带缠绕，该方向即为缠绕螺旋线方向A-A，B-B面为A-A的垂直截面，芯模在截面B-B上为一椭圆，该椭圆方程：
cos2αx2+y2＝R2...........................③
将①②式代入③式，得到:
Figure BDA0002370894610000021
其中：x、y分别为椭圆上点的横、纵坐标。
所述的B-B截面中芯模、缠绕压辊、橡胶胶带位置关系具体为：橡胶胶带在缠绕压辊的作用下，沿与芯模轴线夹角为缠绕角α的方向缠绕在芯模上。
(3)以步骤(2)确定的椭圆方程④为母线，以缠绕压辊3的轴线4为回转中心线，构造缠绕压辊椭圆回转面，完成橡胶缠绕压辊的外形设计。
本发明的有益效果在于：橡胶缠绕压辊的外形采用椭圆线为母线构造缠绕压辊回转凹面，可以降低缠绕压力，使缠绕压力沿胶带宽度方向均匀分布，提高了胶带边缘缠绕压力及缠绕质量，避免胶带两边出现翘边现象；同时，缠绕压辊椭圆回转面可以提高缠绕过程胶带稳定性。采用本方法设计的橡胶缠绕压辊适用于固体火箭发动机筒段及两端过渡部分绝热层环向缠绕要求。采用固体火箭发动机型号中最小直径型号设计橡胶缠绕压辊外形，可以满足其它不同型号固体火箭发动机筒段橡胶绝热层自动化缠绕要求。
附图说明
图1为橡胶环向缠绕示意图，其中：1为橡胶胶带，α为缠绕角，W为胶带带宽，C为芯模周长，A-A为缠绕螺旋线方向，B-B为A-A缠绕螺旋线方向垂直截面。
图2为B-B面芯模、缠绕压辊与橡胶胶带位置关系示意图，其中：1为橡胶胶带，2为芯模B-B截面上椭圆线，3为缠绕压辊，4为缠绕压辊轴线，h为胶带厚度，L为缠绕压辊的长度，R为芯模的半径。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
本实施例涉及一种固体火箭发动机绝热层缠绕成型压辊外形设计方法：
在本实施例中，不同固体火箭发动机型号芯模直径范围为：480mm-2000mm，根据以上所述，选最小型号芯模直径480mm进行缠绕压辊外形设计，取芯模半径R＝240mm，胶带宽度W＝100mm。
(1)如图1、图2所示，根据橡胶胶带宽度W和芯模半径R，计算出缠绕角α为：
C＝2πR..........................①
α＝arc cos(W/C)..................................②
即C＝1507.20mm，α＝86.20°。
(2)如图1所示，沿与芯模轴线夹角为缠绕角α(沿芯模轴线逆时针方向旋转)的方向进行胶带缠绕，该方向即为缠绕螺旋线方向A-A，B-B面为A-A的垂直截面，在B-B截面中芯模、缠绕压辊、橡胶胶带位置关系如图2所示，其芯模在截面B-B上为一椭圆2，该椭圆方程：
cos2αx2+y2＝R2............................③
Figure BDA0002370894610000041
即：
Figure BDA0002370894610000042
(3)以椭圆方程④为母线、缠绕压辊轴线4为回转中心线，构造缠绕压辊椭圆回转面，完成橡胶缠绕压辊的外形设计。
根据以上计算得到缠绕压辊回转母线表达式，缠绕压辊的轴线长度要比胶带的宽度长1-2mm，即：
Figure BDA0002370894610000043
以此为缠绕压辊回转母线，以缠绕压辊轴线4为回转中心线，构造缠绕压辊外形即可。
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种橡胶缠绕成型压辊外形设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)计算缠绕角α
所述缠绕角α是指橡胶胶带沿缠绕方向的中心线与芯模轴线之间的夹角，C为芯模的周长，W为橡胶胶带的宽度，R为芯模半径；其中W与C比值为缠绕角的余弦值，据此计算出缠绕角α为：
C＝2πR...............................①
α＝arccos(W/C)..........................②
(2)计算芯模在截面B-B上的椭圆方程
沿与芯模轴线夹角为缠绕角α的方向进行胶带缠绕，该方向即为缠绕螺旋线方向A-A，以A-A的垂直截面为B-B面，芯模在截面B-B上为一椭圆，该椭圆方程：
cos2ax2+y2＝R2..........................③
将②式代入③式，得到：
Figure FDA0002370894600000011
其中：x、y分别为椭圆上点的横、纵坐标；
所述的B-B截面中芯模、缠绕压辊、橡胶胶带位置关系具体为：橡胶胶带在缠绕压辊的作用下，沿与芯模轴线夹角为缠绕角α的方向进行胶带缠绕，将橡胶胶带缠绕在芯模上；
(3)以步骤(2)确定的椭圆方程④为母线，以缠绕压辊的轴线为回转中心线，构造缠绕压辊椭圆回转面，完成橡胶缠绕压辊的外形设计。
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