武科大縫紉機測繪畢業(yè)設(shè)計

1、武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)論文摘 要通過拆卸工業(yè)平縫機（型號ZJ8500H），測量勾線機構(gòu)的相關(guān)數(shù)據(jù)，并使用三維建模軟件Pro/E對此工業(yè)平縫機的勾線機構(gòu)進行了三維模型的建立。利用Pro/E中機構(gòu)仿真模塊對其進行動態(tài)仿真。本文通過對勾線機構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成、工作原理，以及仿真所得的數(shù)據(jù)曲線進行分析研究，對比工業(yè)平縫機的理論曲線，獲得了工業(yè)高速平縫機各個機構(gòu)的工作特性，以及其重要的運動學(xué)參數(shù)，從而獲得平縫機的刺料機構(gòu)、勾線機構(gòu)、挑線機構(gòu)和送料機構(gòu)這四大主要機構(gòu)在運動周期中的運動區(qū)域及特定位置，即得到了平縫機的工作循環(huán)圖，為平縫機四大機構(gòu)的運動協(xié)調(diào)性的改進優(yōu)化提供了有力的證據(jù)，同時為縫紉機設(shè)計、生產(chǎn)、使用和維

2、修過程中提供重要的技術(shù)參考。關(guān)鍵字： 工業(yè)平縫機； 勾線機構(gòu)； 工作循環(huán)圖AbstractBy disassembling the industrial lockstitch sewing machine (model ZJ8500H)，measured the data of the thread hooking mechanism，and using the three-dimensional modeling software Pro / E ，we tried to build the three-dimensional model of the thread hooking mech

3、anism of this industrial lockstitch sewing machineUsing the simulation module of Creo to establish a virtual prototype simulation module and build its dynamic simulationIn this paper，by the analysis of the structure，working principle and the curve obtained by simulation data of the thread hooking me

4、chanism，comparing the theoretical curve of industrial sewing machine，we got the operating characteristics of different parts of the industrial high-speed lockstitch sewing machine and its important movement parameters ，then obtained moving area and specific locations in the movement cycle of four ma

5、jor mechanisms，as the needle bar mechanism，the thread taking-up mechanismand the thread feeding mechanismThat is to say we got the sewing machines operation cycle diagram，and the diagram provided a strong support to improving the optimization of lockstitch sewing machines motor coordination of the f

6、our parts，also it gives an important technical reference for designing，manufacturing，using and maintaining of the sewing machineKey words: Industrial lockstitch sewing machine； Thread hooking mechanism； Operation cycle diagram目錄1 緒論12工業(yè)平縫機構(gòu)造與工作原理概述32.1工業(yè)平縫機構(gòu)造32.2工業(yè)平縫機工作原理42.2.1 平縫機的線跡簡介42.2.2 鎖式線跡的形

7、成53勾線機構(gòu)的拆卸與測量63.1 拆卸步驟63.2 拆卸注意事項63.3 勾線機構(gòu)拆卸圖及零件清單73.4 零件的測量94勾線機構(gòu)104.1勾線機構(gòu)的結(jié)構(gòu)及原理104.2旋梭的結(jié)構(gòu)及作用114.3勾線機構(gòu)傳動比的選擇124.4勾線機構(gòu)的仿真模型135工業(yè)平縫機整體建模與機構(gòu)分析145.1整體三維模型145.2機構(gòu)分析155.2.1刺料機構(gòu)155.2.2挑線機構(gòu)165.2.3送料機構(gòu)176工作循環(huán)圖和運動曲線圖186.1工作循環(huán)圖186.1.1刺料機構(gòu)（機針）的工作循環(huán)196.1.2 勾線機構(gòu)（旋梭）的工作循環(huán)196.1.3 挑線機構(gòu)（挑線桿）的工作循環(huán)196.1.4 送料機構(gòu)（送料牙）的工作

8、循環(huán)19 6.2運動曲線圖207機構(gòu)的運動仿真與分析227.1機構(gòu)的運動仿真227.2 梭尖的運動仿真237.3仿真分析247.4仿真評估24結(jié)束語25參考文獻26致謝271 緒論 縫紉設(shè)備是一種通過機械傳動機構(gòu)或電子系統(tǒng)控制，并用機針帶動線進行縫紉制造的機器?？p紉機的出現(xiàn)替代了繁瑣低效的手工縫紉，加速了傳動文明向現(xiàn)代文明的進程，它是人類社會發(fā)展到一定歷史階段的產(chǎn)物。 縫紉機最早起源于歐美，早期的縫紉機主軸轉(zhuǎn)速較低，僅為200300r/min，后來發(fā)展到1000r/min，經(jīng)過社會不斷地進步又發(fā)展到中速3000r/min，目前已發(fā)展到高速5000r/min和超高速700010000r/min，

9、進入縫制設(shè)備高速化階段。 隨著科技的發(fā)展，縫紉轉(zhuǎn)速不可能無限止地提高，要想提高工作效率，一方面要將科技元素融入到縫紉設(shè)備中去，增加其自動化功能，降低人工輔助操作時間；另一方面要擴大縫紉機的使用范圍，實現(xiàn)一機多用的功能。這就是要實現(xiàn)縫紉機的機電一體化?，F(xiàn)代的工業(yè)縫紉機已基本實現(xiàn)機電一體化，其充分利用社會進步科技發(fā)展帶來的優(yōu)勢，正朝著“高速化”“專業(yè)化”“智能化”等方向發(fā)展。自上世紀(jì)90年代初縫紉機開始向中國全面轉(zhuǎn)移，進入21世紀(jì)初全球已有70%以上的縫紉機產(chǎn)量在中國，但是，國內(nèi)70%90%的高端機市場被日本、德國企業(yè)所占領(lǐng)。相比較于國際先進水平，還存在很大的差距。我國生產(chǎn)的產(chǎn)品大多是單一的裸機，

10、自動化程度不高，而且其性能較差。原因之一就是我國缺少自主知識產(chǎn)權(quán)，在獨創(chuàng)性的重大技術(shù)產(chǎn)品中還是一片空白，機電一體化縫紉機質(zhì)量還存在著不穩(wěn)定性。建模與仿真是數(shù)字化設(shè)計與優(yōu)化的核心技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計的各個方面，是一種有效而低成本的研究手段。虛擬樣機技術(shù)是一種基于虛擬樣機的數(shù)字化設(shè)計方法，是先進的CAD技術(shù)的發(fā)展和延伸，是通過建立與物理樣機相一致的數(shù)字化虛擬樣機模型，進而對其進行運動學(xué)和動力學(xué)等多種學(xué)科仿真分析的一種技術(shù)。國內(nèi)主要對縫紉機的運動學(xué)和動力學(xué)進行分析，如張侃旻，馬曉建等，分析了典型的高速工業(yè)縫紉機主要的運動構(gòu)件及其運動原理，通過Pro/E和Adams建立虛擬樣機，對刺料機構(gòu)進

11、行了運動學(xué)和動力學(xué)分析，通過改進刺料機構(gòu)連桿長度，使該運動機構(gòu)運動的更加平穩(wěn)。此外，近年來，諸多學(xué)者對縫紉機的降噪技術(shù)進行了探索，如張國慶等人通過建立高速雙針平縫機系統(tǒng)多體動力學(xué)模型，利用Adams動力學(xué)系統(tǒng)仿真軟件分析了振動系統(tǒng)參數(shù)在不同激振頻率對機身振幅的影響。然而，在查閱大量文獻后發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)缺乏縫紉機工作循環(huán)圖方面的相關(guān)研究。工業(yè)平縫機是一種小巧精密的機器，其在高速運行時，其刺料機構(gòu)、挑線機構(gòu)、勾線機構(gòu)和送料機構(gòu)四大主要機構(gòu)必須精確地協(xié)調(diào)運作。它們協(xié)調(diào)運動的一個周期，正好完成一個線跡。在此過程中，各機構(gòu)的運動形式、運動方向、運動速度、運動的前后次序等都不相同，它們之間運動的時間配合，對縫

12、紉機的正常運行、線跡的完美形成關(guān)系極為重要。這里所說的平縫機機構(gòu)間的時間配合，主要指的是：刺料機構(gòu)的機針與勾線機構(gòu)的旋梭間的運動時間配合；挑線機構(gòu)的挑線桿穿線孔與勾線機構(gòu)的運動時間配合。 縫紉機高速運轉(zhuǎn)時主要機構(gòu)的配合問題在縫紉機一百多年的發(fā)展歷程中始終是難點，也是制約平縫機提速的技術(shù)關(guān)鍵。因此，對高速平縫機的運動學(xué)分析顯得相當(dāng)重要，這也是本文研究的主要目標(biāo)，通過研究機構(gòu)配合，從而得到工業(yè)縫紉機的工作循環(huán)圖。2工業(yè)平縫機構(gòu)造與工作原理概述2.1工業(yè)平縫機構(gòu)造平縫機一般由機頭、機座、傳動和附件四部分組成，如圖1.1所示。 機頭，其主要機構(gòu)有挑線機構(gòu)、針桿機構(gòu)、勾線機構(gòu)和送料機構(gòu)，除此之外還有旋鈕

13、式針距調(diào)節(jié)裝置、杠桿式倒送料裝置及自動潤滑系統(tǒng)等。各機構(gòu)的運動合理地完成配合，循環(huán)進行工作，獎縫料縫合在一起。臺板式機座，起支承機頭的作用，執(zhí)行縫紉操作時，作為工作臺使用。臺板多種式樣，有一斗或多斗式、柜式、寫字臺式等等。平縫機的傳動部分，由機架、手搖器或電動機等部件組成。機架是平縫機的支柱，支承臺板和腳踏板。其機架的高低是可以調(diào)節(jié)的，可以滿足操作者處于較舒適的工作狀態(tài)的人性化需求。平縫機的附件，包括油壺、梭心、機針、螺絲刀、機頭支柱及機頭罩等。 圖1.1 平縫機外形圖1-機頭 2-工作抬板 3-離合器電動機 4-機架 5-腳踏板2.2工業(yè)平縫機的工作原理工業(yè)平縫機的基本任務(wù)是將兩層或者兩層以

14、上的縫料快速有效地縫合起來，或者在縫料上完成裝飾用線縫。圖1.2 ZJ8500H型平縫機的結(jié)構(gòu)簡圖1-上輪 2-上軸 3-挑線曲柄 4-挑線連桿 5-挑線搖桿 6-針桿曲柄 7-針桿連桿 8-針桿 9-送料抬牙偏心輪 10-抬牙曲柄連桿 11-抬牙搖桿 12-抬牙曲柄 13-針距偏心輪 14-針距連桿 15-針距搖桿 16-針距送料 17、19-送料搖桿 18-送料軸 20-送料牙架 21-送料牙 22、23、25、26-錐齒輪 24-豎軸 27-下軸 28-旋梭 29-調(diào)節(jié)連桿 30-針距調(diào)節(jié)輪 31-倒送料手柄 2.2.1 平縫機的線跡簡介線跡是縫紉機機針穿過縫料，由底、面兩線相互交織，在

15、縫料上所形成的縫合點，它是構(gòu)成線縫的基本單元。工業(yè)平縫機所構(gòu)成的線跡，一般都是國內(nèi)外線跡標(biāo)準(zhǔn)中的300類301線跡。這種線跡通常被稱為直行線跡或者普通線跡，更多的稱之為鎖式線跡。這種線跡的基本特點是，面線繞過底線時，相互交織，然后底面兩線收緊，并將線結(jié)隱藏于布層之中。其結(jié)構(gòu)緊密、用線最省、美觀而且沒有彈性，所以其用途最廣。2.2.2 鎖式線跡的形成形成鎖式線跡有三種方法：穿梭式、擺鎖式和旋轉(zhuǎn)梭式。而工業(yè)上絕大多數(shù)平縫機所選形成鎖式線跡的方法是旋轉(zhuǎn)梭式，故在這里將重點介紹旋轉(zhuǎn)梭式勾線機構(gòu)形成鎖式線跡的方法。工業(yè)平縫機鎖式線跡的形成并不復(fù)雜，其形成過程一般分為五步，如圖1.3。 圖1.3 鎖式線跡

16、的形成原理1旋梭 2機針 3壓線 4挑線桿 5面線紗管 6送料機構(gòu) 7梭嘴旋梭式線跡是通過旋梭轉(zhuǎn)動進行勾線。一般情況下，主軸旋轉(zhuǎn)一周，梭殼旋轉(zhuǎn)兩周，第一周梭子鉤住縫紉機機針?biāo)纬傻木€環(huán)，第二周梭子脫離線環(huán)。（1） 機針2帶著面線刺穿縫料到最低位置后開始回升，當(dāng)升至22.5mm時，由于機針與面線之間的摩擦力小于機針淺針槽側(cè)的面線與縫料之間的摩擦力，從而致使面線留在縫料下而形成線環(huán)，如圖1.3a；（2） 當(dāng)梭尖到達機針軸中心線位置時，開始鉤住面線環(huán)，并將線環(huán)擴大，如圖1.3b；（3） 機針繼續(xù)回升，當(dāng)梭尖帶著面線環(huán)繞過梭軸中心時，機針退出縫料，線環(huán)迅速從旋梭架上滑脫，如圖1.3c；（4） 機針回升

17、到最高位置，同時，挑線桿開始收緊線環(huán)，而后機針下降，旋梭開始進行第二周旋轉(zhuǎn)，如圖1.3d；（5） 機針開始下降，挑線桿繼續(xù)上升收緊線跡，并吊起底線至縫層中央，面線和底線交叉拉緊；同時，在送料機構(gòu)送料牙的推進下移動一個針距，如圖1.3e。至此，完成一個線跡。重復(fù)上述過程，就形成下一個線跡。3勾線機構(gòu)的拆卸與測量 拆卸工具主要有大、中、小螺釘起子，活動扳手，尖嘴鉗，彈簧卡圈專用工具等。3.1 拆卸步驟本次拆卸樣機為ZJ8500H工業(yè)高速平縫機，其勾線機構(gòu)與普通縫紉機的勾線機構(gòu)類似。拆卸過程如下：（1） 拆卸表面零件、針桿機構(gòu)和送料機構(gòu)組件；（2） 旋下旋梭定位鉤螺釘，拆下定位鉤；（3） 旋下旋梭螺

18、釘，拆下旋梭；（4） 分別拆下上、下軸錐齒輪罩殼，旋松下軸錐齒輪螺釘，拆下下軸錐齒輪和下軸；（5） 旋松豎軸上錐齒輪螺釘，拆下豎軸上錐齒輪和豎軸；（6） 旋松針桿曲柄緊固螺釘，把上軸同上輪從機器右方抽出；（7） 拆下上軸吊緊螺釘，旋松上軸螺釘，拆下上軸及上輪。3.2 拆卸注意事項（1） 上軸前后軸套以及豎軸上、下套筒，如不需要調(diào)換，一般不拆；（2） 拆卸過程中要同時記錄每個零件及零件相對位置，以便日后安裝；（3） 拆卸完成后，用煤油或者清洗劑進行清洗測量。3.3 勾線機構(gòu)拆卸圖及零件清單 針桿、豎軸及旋梭驅(qū)動軸分組件如圖2.1所示，零件清單如表2.1所示：圖 2.1 針桿、豎軸及旋梭驅(qū)動軸分組

19、件表2.1 勾線機構(gòu)分組件零件清單序號名稱數(shù)量序號名稱數(shù)量1針桿上軸套孔塞119豎軸上軸套12針桿上軸套120豎軸上軸套螺釘13針桿121豎軸下軸套14針桿連接柱122下軸后軸套15針桿連接柱螺釘123旋梭16針桿連接柱滑塊124下軸擋圈17針桿下軸套線鉤125下軸擋圈螺釘28針桿下軸套126旋梭定位鉤19支針螺釘127旋梭定位鉤螺釘110針桿線鉤128下軸前軸套211機針129下軸前軸套螺釘112上軸傘齒輪（大）130下軸擋油圈113傘齒輪螺釘831下軸擋油圈螺釘214豎軸上傘齒輪（小）132下軸115豎軸下傘齒輪（大）133梭殼116下軸傘齒輪（?。?34下軸限油芯117豎軸135下軸限油

20、螺釘118梭芯136下軸后軸套螺釘13.4 零件的測量 測量工具主要有游標(biāo)卡尺，千分尺，百分表等。關(guān)于測量，有以下幾點說明：（1） 除去機身和軸之外，ZJ8500H平縫機的零件尺寸都不大，均用游標(biāo)卡尺測量長度、深度、直徑等，并統(tǒng)一測量三次，最后取平均值作為最終測量結(jié)果；（2） 對于長軸，其長度一律用卷尺測量，直徑由游標(biāo)卡尺測量，由于軸上固定的零件較多，其圓度，直線度是需要考慮的重要參數(shù)，因此，用百分表等工具對上軸，送料軸，抬牙軸的直線度，圓度的測量是有必要的。（3） 關(guān)于軸內(nèi)油孔、軸上油孔、機身上油槽的測量。軸內(nèi)油孔，由于深度較深，測量儀器難以伸入測量，所以均采用直線度較好的鐵絲進行參考測量，

21、機身上的油槽和軸上的油孔，在測量過程中，必須要保證深度，寬度方向上的精度，因為縫紉機的潤滑系統(tǒng)是其高速運轉(zhuǎn)時的關(guān)鍵部件。（4） 關(guān)于配合與公差的測量，因為實驗樣機ZJ8500H平縫機運行時間較長，由于磨損，各零部件之間的配合不再是之前的狀態(tài)，因此，在用游標(biāo)卡尺進行公差測量時，存在高速相對運動的軸與套筒之間的公差，統(tǒng)一將測量后的結(jié)果做提升一個公差等級處理，對于存在低速相對運動的某些零件，均保留測量值，并與國家標(biāo)準(zhǔn)進行比對，再確定其配合公差等級，對于沒有相對運動的某些零件，如軸與齒輪之間的配合，都按照實際測量值作為其公差標(biāo)準(zhǔn)。（5） 由于拆卸過程可能對某些零件的精度產(chǎn)生影響，其中，在拆卸軸上齒輪的

22、過程中，由于齒輪與軸之間是熱裝配，在卸下齒輪后，由于拆卸過程中的劇烈摩擦，對表面影響較大，測量結(jié)果必須比照國家標(biāo)標(biāo)，并采用比實際更緊的過盈配合。（6） 對于零件的表面粗糙度，在此并沒有測量，根據(jù)ZJ8500H平縫機的工況以及實際零件的作用，我們統(tǒng)一做了這樣的處理，對于存在間隙配合且高速運動的表面，表面粗糙度統(tǒng)一取為Ra1.6，對于存在間隙配合但是低速運動的表面，表面粗糙度統(tǒng)一取為Ra3.2，對于除了鑄造的機身外，其它零件的其余粗糙度統(tǒng)一取為Ra6.3，這是因為除機身外所有的零件均為加工出來的。4勾線機構(gòu)4.1勾線機構(gòu)的結(jié)構(gòu)及原理勾線機構(gòu)的基本任務(wù)是勾住縫紉機機針?biāo)纬傻拿婢€線環(huán)，使它繞過藏有底

23、線的旋梭架，使底線和面線相互鎖緊。勾線機構(gòu)是工業(yè)平縫機的重要部件之一，其決定了縫紉機的工作質(zhì)量和生產(chǎn)速率。圖 3.1 勾線機構(gòu)1主軸 2、3、4、5螺旋傘齒輪 6豎軸 7旋梭如圖3.1所示的是傘齒輪傳動的旋梭勾線機構(gòu)的結(jié)構(gòu)，當(dāng)上軸按順時針方向旋轉(zhuǎn)時，通過上軸傘齒輪2嚙合豎軸傘齒輪3，通過豎軸下傘齒輪4嚙合下軸傘齒輪5，從而帶動下軸按逆時針方向旋轉(zhuǎn)，繼而帶動由螺釘與下軸端部緊固的旋梭7旋轉(zhuǎn)。4.2旋梭的結(jié)構(gòu)及作用圖3.2 旋梭1梭床 2、6、8螺釘 3定位孔 4旋梭架 5旋梭板 7旋梭皮 9梭殼 10梭子 11梭芯 12旋梭定位鉤旋梭由梭床1、旋梭皮7、旋梭板5和旋梭架4組成。梭床1：主要作用是

24、使旋梭緊固在下軸左端，通過導(dǎo)槽與旋梭架相配合。旋梭皮7：主要作用是穩(wěn)定機針線環(huán)，使線環(huán)穩(wěn)定地套過梭子斷面。挑松底線是由于旋梭皮面呈凹形。旋梭板5：主要作用是擋住旋梭架導(dǎo)軌。旋梭板尖作用是套住旋梭架后脫出的線環(huán)，使抽吊線環(huán)穩(wěn)定。旋梭架4：主要作用是安放梭子。導(dǎo)軌端擋線擋住旋梭套鉤的線環(huán)，使面線順利圍繞旋梭架運動。導(dǎo)軌與旋梭殼上的導(dǎo)槽配合，使旋梭架穩(wěn)定地旋轉(zhuǎn)。旋梭架缺口用于嵌合門底彎鉤，使梭子定位。由于旋梭定位鉤的凸頭嵌進旋梭架凹口，故當(dāng)旋梭隨下軸旋轉(zhuǎn)時，旋梭架是不旋轉(zhuǎn)的。梭芯11、梭子10和梭床1的裝配關(guān)系是梭芯套在梭子里，再一起嵌裝進旋梭架4的梭子軸中。當(dāng)機器運轉(zhuǎn)時，因底線不斷引出，梭芯作旋轉(zhuǎn)

25、。因為梭子10放入梭架4時，梭子頂部的圓形缺口被梭架內(nèi)緣上兩個鉚釘狀定位釘所阻擋，因此梭子跟梭架保持不動。4.3勾線機構(gòu)傳動比的選擇在旋梭式工業(yè)縫紉機中，當(dāng)面線繞過旋梭架時，挑線機構(gòu)開始向上運動使面線離開旋梭組件，挑線桿向下運動將決定于主軸相應(yīng)的轉(zhuǎn)角。其中， 從挑線機構(gòu)向上運動結(jié)束到機針到達下止點時上軸的轉(zhuǎn)角，一般取120左右；為了在機針孔附近形成面線線環(huán)所必需的上軸轉(zhuǎn)角，一般取25左右；旋梭工作行程的轉(zhuǎn)角，一般取200；表示下軸與上軸的轉(zhuǎn)速之比。依次取i=1、2、3，代入上述公式中，得到相應(yīng)的角為345、245、211。當(dāng)i=1時，=345，在縫紉機的一個360工作循環(huán)中，為了拉緊線跡，挑線

26、桿向上的行程總共只剩下15轉(zhuǎn)角，這顯然是行不通的。當(dāng)i=2時，=245，=115，為了使挑線機構(gòu)在一個工作循環(huán)中有時間拉緊線跡，只需要使挑線機構(gòu)向上運動比向下運動快一倍即可。當(dāng)i=3時，=211，=149，在一個工作循環(huán)中，挑線桿有充裕的時間將線環(huán)收緊，但此時下軸的轉(zhuǎn)速太大。如果上軸以5000r/min的速度旋轉(zhuǎn)時，那么下軸的轉(zhuǎn)速將高達15000r/min，工藝上很難做到，所以一般是不采用。因此，目前，通常的工業(yè)平縫機的傳動比選擇的都是i=2，這是根據(jù)平縫機線跡形成的原理，主軸旋轉(zhuǎn)一圈，即機針做一次上下往復(fù)運動，下軸旋梭應(yīng)該轉(zhuǎn)兩圈的要求而選擇的。在傳動比i=2的情況下，齒輪齒數(shù)的搭配又是多種多

27、樣的，從現(xiàn)在各平縫機來看：日本重機“DDL555”類型平縫機，日本“兄弟”類型平縫機，日本“勝家”“三菱”。曾經(jīng)有人做過試驗，在齒輪精度基本相似的情況下，（稱為分級增速）比（稱為一級增速）全套齒輪聲響小2個多毫伏，且聲響波動小。顯而易見，分級增速要比一級增速好。另外我們認(rèn)為，在分級增速的前提下，配對齒輪的齒數(shù)應(yīng)該是最大公約數(shù)越小越好。如“重機”齒輪，配對齒輪牙齒分別為3和2。這樣配對牙齒的交換次數(shù)相對較多，可以適當(dāng)避免由于個別齒形缺陷及共振等因素產(chǎn)生噪音過大的情況發(fā)生。4.4勾線機構(gòu)的仿真模型 本文采用Pro/E三維建模軟件對ZJ8500H型工業(yè)平縫機進行實體建模，其中勾線機構(gòu)的三維實體模型如

28、圖3.3所示：圖 3.3 勾線機構(gòu)的三維模型5工業(yè)平縫機整體建模與機構(gòu)分析 5.1整體三維模型 由于本論文的主要目的是分析其運動學(xué)性能，對其各大機構(gòu)之間的配合進行反求設(shè)計以便得到工業(yè)平縫機ZJ8500H的工作循環(huán)圖，所以在實體建模的過程中省去了與運動學(xué)無關(guān)的組件，如壓腳機構(gòu)，針板，潤滑系統(tǒng)，以及機身上的密封件、螺釘之類的零件，通過在Pro/E中進行裝配，可以得到如下的實體裝配模型，如圖4.1所示： 圖 4.1 ZJ8500H工業(yè)平縫機整體三維實體模型5.2機構(gòu)分析5.2.1刺料機構(gòu)縫紉機的線跡形成，主要是通過機針引入面線刺穿縫料。由此考慮，使機針運動的機構(gòu)稱之為刺料機構(gòu)。它在工作中的主要任務(wù)是

29、：刺料機構(gòu)的機針刺穿縫料并將面線引過縫料，在機針孔旁形成鎖式線跡所必需的線環(huán)，在其他機構(gòu)的密切配合下，使面線與底線相互交織收緊，形成線跡。ZJ8500H型平縫機的刺料機構(gòu)是由針桿曲柄2驅(qū)動針桿連桿3，帶動針桿做上下往復(fù)運動，如圖4.2所示。針桿曲柄固定在上軸1的前端，針桿連桿3下端連接在針桿連接柱6上，針桿滑塊5與針桿導(dǎo)軌4形成移動副，以防針桿軸心發(fā)生移動。圖4.2 刺料機構(gòu)及其機構(gòu)簡圖1-上軸 2-針桿曲柄 3-針桿連桿 4-針桿導(dǎo)軌 5-針桿滑塊 6-針桿連接柱 7-針桿下套筒 8-機針5.2.2挑線機構(gòu) 在縫紉機中向成縫器傳送縫線和抽緊縫線運動的機構(gòu)成為挑線機構(gòu)。挑線機構(gòu)在縫紉過程中的主

30、要任務(wù)是：在線跡形成的過程中，供應(yīng)和回收適量的針線，在縫料中間對面線和底線所形成的線結(jié)進行抽緊。ZJ8500H型工業(yè)平縫機采用的是曲柄連桿式挑線機構(gòu)，如圖4.3所示，它是由挑線曲柄2來驅(qū)動挑線連桿做往復(fù)的復(fù)合運動，挑線桿5開有挑線孔，形成線跡運動，按時供應(yīng)，回收面線。圖4.3 挑線機構(gòu)及其結(jié)構(gòu)簡圖1-主軸 2-挑線曲柄 3-挑線連桿 4-挑線搖桿 5-挑線桿5.2.3送料機構(gòu)工業(yè)平縫機在縫紉過程中，在完成一個線跡以后，為了保證構(gòu)成新的線跡，縫料就應(yīng)該移動一個完全相同的距離，即周期性地移動縫料。這種使縫料完成周期性移動的機構(gòu)稱之為送料機構(gòu)。送料機構(gòu)簡圖如圖4.4。工業(yè)平縫機的送料實際上是由兩個機

31、構(gòu)協(xié)調(diào)配合完成的，即平移機構(gòu)和抬升機構(gòu)。它們同時從固定在上軸的兩個偏心輪獲得動力，而這一對偏心輪制成一個零件。送料牙的工作是在壓腳和針板的配合下，由送料牙的一個前后運動和一個上下運動所組成的復(fù)合運動進行送料。ZJ8500H型平縫機的送料機構(gòu)是由抬牙機構(gòu)和針距調(diào)節(jié)機構(gòu)并聯(lián)到差動機構(gòu)組成的，是并聯(lián)的組合機構(gòu)。當(dāng)機針退出縫料之后，送料牙就上升，頂住縫料并向前移動縫料，壓腳同時向下壓住縫料，配合送料牙完成送料的全過程。圖4.4 送料機構(gòu)及其結(jié)構(gòu)簡圖1-送料抬牙偏心輪 2-叉形送料桿 3-送料軸 4-牙架 5-送料牙6-抬牙曲柄 7-抬牙軸 8-抬牙連桿 9-針距連桿 10-倒送扳手 11-針距調(diào)節(jié)器

32、12-送料曲柄 13-套圈 14針距調(diào)節(jié)旋鈕6工作循環(huán)圖和運動曲線圖6.1工作循環(huán)圖工業(yè)平縫機的工作循環(huán)圖，是指面對平縫機面板沿著上輪方向觀察，以平縫機上軸按順時針方向旋轉(zhuǎn)一周360為其時間坐標(biāo)，以機針針尖在其上極限位置作為循環(huán)周期的起點（0或者360），也就是機針針尖從上極限位置向下運動到下極限位置，再從下極限位置向上運動到其上極限位置作為平縫機的一個工作周期。在這一個工作周期中，平縫機的四個主要機構(gòu)的工作區(qū)域、它們的特定位置，分別用四個同心圓環(huán)表現(xiàn)出來。在平縫機的工作循環(huán)圖中，沿里圈往外圈數(shù)，第一個標(biāo)有旋轉(zhuǎn)方向的圓表示的是平縫機的上軸，第一個圓環(huán)表示的是刺料機構(gòu)機針針尖的運動位置圖，第二圓

33、環(huán)表示的是勾線機構(gòu)旋梭勾線尖的運動位置圖，第三圓環(huán)表示的是挑線機構(gòu)挑線桿穿線孔的運動位置圖，第四圓環(huán)表示的是送料機構(gòu)送料牙齒頂?shù)倪\動位置圖。圖5.1所示為實測GC15-1型工業(yè)平縫機的工作循環(huán)圖。圖5.1 工作循環(huán)圖6.1.1刺料機構(gòu)（機針）的工作循環(huán)如圖5.1所示，由里往外數(shù)，第一圓環(huán)表示的是平縫機機針的運動位置。工作行程為機針在縫料中的運動，其余的運動都是空行程。機針針尖工作循環(huán)位置在接觸縫料（縫料厚度為4mm）時為88，此時開始刺料；針尖接觸針板上平面時為104，此時縫料已被刺穿；針尖從最低位置上升2.24mm時為208，此時機針開始始返回并逐漸形成線環(huán)，在208時，線環(huán)全部形成，此時旋

34、梭尖也正好穿入線環(huán)；針尖離開針板上平面時為256，離開縫料上平面時為272.5。6.1.2 勾線機構(gòu)（旋梭）的工作循環(huán) 如圖5.1所示，從里圈往外數(shù)，第二圓環(huán)表示的是旋梭勾線尖的運動位置。工作行程為旋梭勾線尖開始勾線到旋梭需線量達到最大位置時的運動，其余的運動都是空行程。由圖可知，勾線尖在機針軸線中心時，工作循環(huán)位置為206，此時，旋梭勾線尖開始勾線并帶動面線旋轉(zhuǎn)；旋梭需線量最多，也就是挑線桿開始收線時，工作循環(huán)位置為318.5。6.1.3 挑線機構(gòu)（挑線桿）的工作循環(huán)如圖5.1所示，從里圈往外數(shù)，第三圓環(huán)表示的是挑線桿穿線孔的運動位置。工作行程為挑線桿從最低位置上升到最高位置過程的運動，空行

35、程為其下降送線的運動。由圖可知，挑線桿穿線孔工作循環(huán)位置在最低位置時為318.5，此時面線開始收緊形成線結(jié)；挑線桿穿線孔到達最高位置時為71，此時完成挑線動作。6.1.4 送料機構(gòu)（送料牙）的工作循環(huán)如圖5.1所示，最外圈表示的是挑線桿穿線孔的運動位置。工作行程為送布牙齒尖超出針板的運動過程，空行程為齒尖低于針板平面的運動過程。由圖可知，送料牙齒頂升起高出針板上平面0.2mm送料開始時，工作循環(huán)位置為321.4；齒頂上升到最高位置（終點）時工作循環(huán)位置為52；齒頂下降到高出針板上平面0.2mm時，工作位置為86.5。6.2運動曲線圖為了全面了解工業(yè)平縫機的工作原理，搞清楚刺料機構(gòu)、勾線機構(gòu)、挑

36、線機構(gòu)和送料機構(gòu)的運動特點以及它們在時間上的配合情況，如圖5.2所示。圖 5.2 GC型工業(yè)平縫機操作循環(huán)和運動曲線圖 圖5.2所示是以上軸旋轉(zhuǎn)一周360作為時間的坐標(biāo)，以針尖的最高極限位置作為周期的起點，以針尖下降后再回到最高位置時為周期終點，以每轉(zhuǎn)動10作為一個時間單位，對四個機構(gòu)的運動分別作位移圖。第一格表示的是機針刺穿縫料和面線的作業(yè)循環(huán)，機針在100110之間開始刺穿縫料，到114時刺穿縫料結(jié)束，這是形成線跡的第一個過程。這個過程所占整個周期的時間長短，取決于針尖的長短。針尖越長，在循環(huán)時間里所占的時間就越長。但這就減少了針尖最高位置與針板的距離，影響送料等其他機構(gòu)的操作時間，因為送

37、料牙的動作必須在機針的針尖與縫料分離以及挑線桿將線圈從旋梭里拉出來以后開始，在挑線桿收緊線跡以后，針尖開始下降，還沒有接觸縫料之前即結(jié)束。機針在114180之間，將面線引過縫料，從180起是由下極限位置開始上升，到208時，在機針的短槽一側(cè)產(chǎn)生面線線環(huán)。這個過程時間的長短直接影響機針?biāo)纬删€環(huán)的大小，從而決定旋梭勾線的可靠性。為了保證旋梭能夠順利地勾入線環(huán)，需要將這個過程的時間延長一些。但是為了不使線環(huán)過大而成扭曲形和降低旋梭的轉(zhuǎn)動速度，這段時間也不能過長。第二格表示的是旋梭機構(gòu)的工作循環(huán)。203312之間是梭尖勾住線環(huán)并將其擴大的階段；312320之間是機針從旋梭梭子缺口退出的階段。0180

38、是空行程。由于傳動比為2:1，上軸轉(zhuǎn)一圈，旋梭,轉(zhuǎn)兩圈，旋梭在第二圈工作。第三格表示的是挑線機構(gòu)的操作周期，挑線桿從70起緩緩給機針?biāo)途€。在7095的區(qū)間里，挑線桿送線的作用有兩個：第一個作用是滿足送料牙將縫料向前送料時拉長的線長，第二個作用是放松縫線，使機針在穿縫料時不受力或受較小的力，使機針刺入正確的位置。95210區(qū)間里，挑線桿下降送線，配合機針引線的需要。當(dāng)梭尖進入面線線環(huán)，開始時是梭尖填充線環(huán)的空隙，到210才真正開始擴大線環(huán)，因此在200305的時間段里，挑線桿送線必須盡量滿足梭子勾線的需求。在305以后開始比較緩慢的上升，從320以后挑線桿開始急劇上升，同時把線環(huán)從梭子中拉出。收

39、緊線跡是發(fā)生在2045之間，4570挑線桿繼續(xù)上升，并在線軸里將線拉出，其抽出的長度恰好是形成下一個線跡長度所消耗線。第四格表示的是送料牙的工作循環(huán)周期，在085，為了比較好地收緊線跡，送料的進給時間應(yīng)盡可能遲一些，因此送料完成時是85。而機針開始刺料是在95，兩者之間的間隙很小，由于加工的縫紉材料不同，在機針上形成相同大小的線環(huán)所需的時間也不同。這就有必要在不同的情況下，調(diào)整旋梭架相對于機針的位置。由此，也要相應(yīng)地調(diào)整縫料進給的起始點。7機構(gòu)的運動仿真與分析7.1機構(gòu)的運動仿真通過對勾線機構(gòu)各零件的測量，在Pro/E中建立相應(yīng)的實體模型，然后在機構(gòu)仿真組件中進行裝配后，建立合理的約束，如銷釘

40、約束，剛性約束等，在此過程中，可能需要對某些零件進行簡單處理，以便仿真。通過仿真結(jié)果，對挑線機構(gòu)、送料機構(gòu)、刺料機構(gòu)和勾線機構(gòu)進行運動分析。利用Pro/E中機構(gòu)仿真模塊建立整體組裝圖，對四大機構(gòu)進行運動分析，如圖6.1所示：圖6.1 平縫機整體的運動仿真7.2 梭尖的運動仿真利用Creo中機構(gòu)仿真模塊對梭尖進行運動學(xué)分析，為取得較好效果，仿真參數(shù)設(shè)置為幀頻為10，最小間隔為0.1，主軸轉(zhuǎn)速為10/s，仿真結(jié)果如下圖所示：圖6.2 梭尖的位置曲線圖6.3 梭尖的速度曲線圖6.4 梭尖的加速度曲線7.3仿真分析在圖6.1中，四條曲線分別代表的機構(gòu)運動參數(shù)如圖標(biāo)記所示。主軸從0轉(zhuǎn)角開始，此時，機針處

41、于其上極限位置。由圖可以看出，挑線孔上升至針桿曲柄轉(zhuǎn)角為70左右時完成挑線動作，送料牙運動至106時完成送布動作，運動到針板平面以下，刺料機構(gòu)在126時開始刺布，旋梭機構(gòu)在205時開始鉤線動作，旋轉(zhuǎn)兩圈完成一個勾線動作。由圖6.2圖6.4可以看出，旋梭的運動軌跡為正弦曲線。從運動學(xué)角度來講，旋轉(zhuǎn)梭勾線的運動是比較完善和理想的，它沒有帶速度變化的慣性負荷。因此，在高速旋轉(zhuǎn)下，它的全部運動是穩(wěn)定平衡的，所以在傳動中噪聲、振動以及磨損都比較小，故特別適合于高速運轉(zhuǎn)，可在縫速為每分鐘5500針跡的縫紉機中使用。實際上旋梭所取得下軸與上軸之間的傳動比為2，也就是說旋梭在下軸的轉(zhuǎn)速可高達11000r/mi

42、n。7.4仿真評估將圖6.1所示GC型工業(yè)平縫機ZJ8500H的時序圖與GC型工業(yè)平縫機的理論運動曲線圖對比可知，本次仿真所得曲線與理論上GC型工業(yè)平縫機的運動曲線在形狀上較吻合。鑒于本次試驗樣機ZJ8500H運行過一段時間，并不是全新的，因此在測量上會有較大的偏差，從而導(dǎo)致所建虛擬樣機與物理樣機偏差較大，進而導(dǎo)致測量結(jié)果與理論結(jié)果出現(xiàn)偏差。整體而言，與理論運動曲線圖進行比較可以發(fā)現(xiàn)，各機構(gòu)的執(zhí)行動作時間大致與實際情況相符合，因此，可認(rèn)為仿真成功。結(jié)束語 本論文通過對GC型工業(yè)高速平縫機ZJ8500H的勾線機構(gòu)結(jié)構(gòu)的研究，建立了其三維實體模型，分析了工業(yè)平縫機四大機構(gòu)間的時間配合，完成了對ZJ

43、8500H型工業(yè)平縫機的工作循環(huán)圖的分析及建立，為改善平縫機各機構(gòu)的運動學(xué)工作特征提供了便利，為改善各機構(gòu)間的運動協(xié)調(diào)性提供了有力的支持。由于本次試驗的局限性，致使本次試驗結(jié)果未能完美地達到預(yù)期效果。但整體而言，本次結(jié)果為工業(yè)平縫機的改進優(yōu)化提供了有力的依據(jù)。參考文獻1 楊明才主編工業(yè)縫紉設(shè)備手冊南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社,19962522582 張國軍，楊羊主編機電設(shè)備裝調(diào)工藝與技術(shù)（機械分冊）北京：北京理工大學(xué)出版社，20121131213 楊明才主編縫紉設(shè)備技術(shù)手冊南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，20094 王文博縫紉機使用維修技術(shù)基礎(chǔ)北京：金盾出版社，20135 楊明才縫紉設(shè)備維修工技能快速入門南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，20086 王文博.平縫機使用維修手冊北京：機械工業(yè)出版社，20097 孫小勇.工業(yè)縫紉機維修技術(shù)問答（第二版）