縫紉機挑線機構的仿真分析

朱引引，曹巨江，馬金鋒

（陜西科技大學 設計與藝術學院，西安 710021）

0 引言

作為服裝機械設備的主體和核心，平縫機主要機構分為四大類，刺料機構、挑線機構、鉤線機構和送料機構。在四大機構中，挑線機構的主要作用是按輸送和收緊縫線的方式完成線跡用線量的適當調整，根據縫紉機的工作原理，對挑線桿、機針和擺梭的運動配合有嚴格的時間要求。尤其是對挑線桿，要求其與縫紉機的各機構動作配合必須十分準確和協調，否則，輕則影響縫紉效果，如：會引起“跳針”和“斷線”等故障，重則無法工作[1]。因此，對挑線桿末端的運動軌跡和運動曲線要求則較高。

平縫機的挑線機構最開始設計時有凸輪機構、連桿機構等，由于連桿機構各桿件都是低副連接，有許多優勢，特別是使棉線的斷線率降低，因此，目前工業平縫機均采用連桿挑線機構[2,3]。

圖1 連桿挑線機構

1 縫紉機挑線機構組成及運動學分析

1.1 結構組成

目前工業縫紉機的四連桿跳線機構，其作用主要是防止送布牙將縫料向前送進時拉長線段和放松縫線, 使機針在穿刺縫料時減少干擾力, 按輸送和收緊縫線的方式完成線跡用線量的適當調整,保證針刺力作用的正確位置，如圖2所示。

圖2 挑線機構

將模型簡化，得到機構簡圖，ACD為挑線桿，即改變ACD桿長度。如圖3所示。

圖3 挑線機構簡圖

在一個機械系統中，即使它的的每個零件都是優化的，也不能保證整個系統的性能良好，因此虛擬樣機技術將分散的零部件設計和分析技術柔合在一起，對產品在投入使用中的各種工況進行仿真分析，預測產品的整體性能，進而改進產品設計、提高產品性能[4]。這里，改變的是連桿挑線機構的挑線桿件長度，來分析它對挑線桿末端軌跡的影響。

1.2 挑線機構的仿真分析

在機架OO1，連架桿OA和O1C不變的情況下，通過對連桿AC取不同的值：L1=37.2mm，L2=29.75mm，L3=17.95mm，分別對它們進行機械系統虛擬樣機技術—ADAMS，它主要研究的是如何利用計算機輔助技術對機械系統進行運動學和動力學分析，以確定系統及結構在任意時刻的位置、速度、加速度，同時確定系統及構件所需的作用力和反作用力[5]。且ADAMS 仿真還可以估計機械系統的性能、運動范圍、峰值載荷及計算有限元的載荷輸入，可以輸出高性能的動畫，各種數據曲線等, 可將獲得的仿真結果與來自物理樣機的結果進行對比，看是否一致。這里主要研究的是改變2-挑線桿而引起的桿件在X、Y方向上的加速度變化[6～8]。如圖4所示。

圖4 挑線桿取不同值的運動分析

從圖4中可以看出，隨著挑線桿AC取值的遞減，挑線桿在X和Y方向上的加速度曲線圖慢慢趨于平穩且均為平滑的周期曲線，但是當AC=L3時,如圖4(c),它的加速度曲線圖卻出現突變。因此可以推測挑線桿AC的最適合桿長值在L2和L3之間，經過對AC取一系列值并應用ADAMS進行運動學與動力學仿真分析得出最適桿長為24.95mm。如圖5所示。

圖5 挑線桿AC的運動分析

從圖5知，挑線桿AC=24.95時，它在X和Y方向上的加速度絕對值的最大值都比較大， 符合四連桿機構的急回特性。在挑線機構中,連桿AC的長度對挑線桿-2的加速度有著很大的影響。由圖4和5可得出，當四連桿挑線機構的機架和長度不變時，連桿越短，挑線桿的加速度的曲線圖越平穩，但是加速度過大時會導致縫紉機運轉不平穩，同時影響縫制的工藝。因此可以綜合考慮上述各種因素，將連桿挑線機構各桿長設置為：=29.3mm。

2 挑線桿末端軌跡

挑線桿末端的軌跡圖用幾何畫板描繪。幾何畫板以數學為根本，以動態幾何為特色的專業學科軟件，除繪制圖形外，還有構造、度量和計算、變化和迭代、移動和動畫、軌跡和圖表等功能，且具有精確的數字化描述和動態參數交互功能。幾何畫板無需編程，僅使用自身提供的繪圖工具，通過作圖即可對機構運動進行分析。對于特定的運動對象可以設定“追蹤交點”，直接顯示出該對象的運動“軌跡”。需要優化的機構參數設為“動點”，拖動“動點”改變參數值可直接觀察到對應圖形的變化[9,10]。它的動態特性、探索性和眾多功能還沒有充分有效的發揮，將幾何畫板和三維建模軟件聯合，就是使其應用在機械方面，擴大它的應用范圍。

選取挑線桿C、D點為追蹤點，得到它們的軌跡圖。如圖6所示。

圖6 挑線桿軌跡示意圖

C點運動軌跡是一小段以O1點為圓心，以O1C為半徑的弧形，它始終在做往復的周期運動。D點運動軌跡是封閉的柳葉狀，故沒有死點，它的運動是周期性的逆時針運動，即D與C同步運動，當C點向下運動時，D點從最高點逆時針向最低點運動，C點向上運動時，D點從最低點逆時針運動。

3 結論

通過對四連桿挑線機構的挑線桿取不同值，利用ADAMS進行運動學與動力學仿真，得到挑線桿加速度曲線圖，經過對不同取值的相應加速度曲線圖分析，得出連桿AC對連架桿加速度的影響，并驗證了目前挑線機構設計為曲柄搖桿機構的合理性和可行性；利用幾何畫板，描繪挑線桿C點和D點的軌跡圖，結果表明挑線機構軌跡曲線是連續且沒有死點，它們的運動是循環周期性。

而且也體現了虛擬樣機技術的優勢，即ADAMS仿真技術不僅解決了設計與制造過程中的弊端，而且提高產品設計品質、縮短開發周期和降低開發費用。

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