毛巾繡繡花機下座梭嘴自適應機構的創新設計

周俊榮，鄭清華

（五邑大學 機電工程學院，江門 529020）

毛巾繡繡花機下座梭嘴自適應機構的創新設計

周俊榮，鄭清華

（五邑大學 機電工程學院，江門 529020）

針對目前毛巾繡繡花機下座梭嘴機構由刺繡轉為換色狀態時，定位不準、大小齒輪無法正確嚙合、容易卡死的問題，設計了一種全新的自適應機構，使梭嘴從高位回到低位時，可以自動糾偏歸零，大小齒輪可以正確嚙合，準確做出換色的動作，提高了機器的可靠性，具有很好的應用價值。

毛巾繡繡花機；自適應機構；自動糾偏歸零；換色

0　引言

毛巾繡繡花機下座梭嘴機構是一種帶有自動換色功能的刺繡機構，結構如圖1所示。刺繡時，推桿鎖定機構鎖定梭排座，并將梭嘴頂起處于高位，梭嘴小齒輪完全脫離卡位針的鎖定進入自由狀態，在大齒輪的驅動下左右旋轉進行刺繡；轉為換色狀態時，推桿鎖定機構退出并解除對梭排座的鎖定，使其可以左右移動，借助彈簧的復位作用，梭嘴回到低位，卡位針卡入梭嘴小齒輪的齒槽中，鎖定梭嘴無法旋轉，此時，按規定距離排列的梭嘴小齒輪組成相當于齒條的功能，大齒輪與梭嘴小齒輪組成齒輪齒條傳動，從而可以左右移動進行換色工作[1]。

圖1　下座梭嘴機構的主視圖與俯視圖

目前，國產毛巾機設備中大多數都是仿制產品，由于電控、機械制造精度等方面的原因，在刺繡轉為換色時，梭嘴小齒輪的齒隙與卡位針容易發生錯位而無法卡入齒槽中，如圖2所示，卡位針頂住梭嘴小齒輪，梭嘴位置無法歸零，大齒輪無法正確嚙合到下一個梭嘴小齒輪，導致機構卡死，無法準確做出換色動作。這是目前國產機器普遍存在的問題。為了克服以上缺點，也為了避開已有的專利保護，開發了一種新型的自適應機構。

圖2　梭嘴小齒輪齒隙與卡位針錯位示意圖

1　新型自適應機構的結構組成

毛巾繡繡花機下座梭嘴自適應機構主要由直線導軌、機座、梭排機構、推桿鎖定機構和梭嘴齒輪傳動機構等零部件組成，結構如圖3所示。梭排機構包括梭排座和梭嘴裝置以及梭嘴定位裝置。其中梭嘴裝置包括梭嘴、小齒輪、斜面圓柱體、彈簧定位塊以及彈簧，如圖4所示。

圖3　自適應機構的主視圖與俯視圖

圖4　梭嘴裝置結構圖

2　新型自適應機構的工作原理

如圖5所示，刺繡時，推桿鎖定機構鎖定梭排座，同時將梭嘴頂起處于高位，梭嘴上的斜面圓柱體與定位裝置完全分離不再貼合，在大齒輪的驅動下，梭嘴左右旋轉完成刺繡工作；如圖6所示，轉為換色時，推桿鎖定機構退出并解除對梭排座的鎖定，在復位彈簧的作用下梭嘴回到低位，梭嘴上的斜面圓柱體的斜面與定位裝置的斜面相互貼合鎖定梭嘴，使其無法旋轉，大齒輪與梭嘴小齒輪組成齒輪齒條傳動，在移動導軌的共同作用下，梭排座左右移動完成換色。

圖5　梭嘴高位工作示意圖

圖6　梭嘴低位工作示意圖

如圖7所示，刺繡轉為換色的過程中，若梭嘴旋轉出現一定偏差，梭嘴上的斜面圓柱體的斜面與梭嘴定位裝置上的斜面在復位彈簧的作用下，自行糾正完全貼合在一起，使梭嘴位置自動對正歸零，使得大齒輪可以正確的與梭嘴小齒輪嚙合，系統構成一個準確的齒輪齒條傳動。

圖7　梭嘴定位不佳時兩斜面貼合示意圖

3　梭排機構的結構設計

3.1梭排座的設計

如圖8所示，梭排座是一個上寬下窄的工字形長條座，在工字形中間的垂直筋上直線分布了上下垂直貫穿的梭嘴孔，并且在工字形下端窄面靠內的一個邊緣上分布了一排與每個梭嘴孔位置一一對應的定位卡槽。兩兩梭嘴孔之間的中心距L決定了梭嘴小齒輪與大齒輪能否正確組成齒輪齒條傳動。同時，在設計時必須滿足如下條件：齒輪傳動機構上的大齒輪可以準確的嚙合到下一個梭嘴小齒輪；相鄰的小齒輪之間不存在干擾。兼顧機構的尺寸、制造成本以及互換性，選用常用的齒輪標準參數，為了避免z＜zmin產生根切現象和確保齒輪強度，選用等變位齒輪傳動，它有利于強度的提高，小齒輪采用正變位，主齒輪采用負變位，可以使兩個齒輪的強度趨于接近，使齒輪的承載能力提高[2,3]。由齒輪相關知識可知：

圖8　梭排座結構圖

其中n是大齒輪從一個小齒輪嚙合到下一個小齒輪所嚙合過的總齒數，H為兩個小齒輪齒頂圓半徑之和，即兩個小齒輪處于干擾的臨界值。

本設計中選用的變位齒輪的部分參數如下[2]：m1=m2=1，a1=a2=20°，h*a1=h*a2=1，c*1=c*2=0.25，x1=0.2，x2=-0.2，小齒輪厚度B1=5mm大齒輪厚度mm，B2=10mm。

試驗中表明大齒輪從一個小齒輪嚙合到下一個小齒輪一共嚙合過6個齒，即n=6，經過計算得L=18.84mmmm，干擾臨界值H=8.4mm，z1＜16.6，選小齒輪齒數為z1=16，由上述可知H＜L，即機構可以滿足條件，大齒輪可以準確嚙合到下一個梭嘴小齒輪，兩兩相鄰的小齒輪之間也不會相互干擾。此外，根據機構的使用要求選擇大齒輪齒數z2=48。

3.2斜面圓柱體的設計

如圖9所示，斜面圓柱體是一個帶有傾斜斜面的圓柱體，斜面傾角的大小和圓柱體的尺寸對自動糾偏的效果至關重要。在保證機構尺寸和足夠強度的情況下，要求梭嘴從高位回到低位時自動糾偏的效果好，所允許的旋轉誤差角β盡可能的大。此外，從斜面圓柱體的結構可知

圖9　斜面圓柱體結構圖

由三角函數關系可知：

其中α為斜面圓柱體傾斜角，β為梭嘴旋轉誤差角，h為斜面圓柱體厚度，d斜面的高度，s=l為斜面高度投影。

3　結論

新的自適應機構克服了電控精度、機械制造的精度等方面帶來的影響，梭嘴位置出現偏差且偏轉角度(-30°，30°)時，可以通過兩斜面貼合作用使梭嘴位置自動對正歸零，確保大小齒輪正確嚙合，準確完成換色工作。在實際使用中，換色效果理想，改變了目前國產毛巾機中梭嘴定位不佳和容易卡死的現象，提高了機器的可靠性，具有很好的應用價值。

[1] 周俊榮.毛巾繡繡花機下座梭嘴自適應機構[P].中國,201485656.2010.5.26.

[2] 孫恒,陳作模,葛文杰.機械原理[M].北京:高等教育出版社,2006.5.

[3] 濮良貴,紀名剛.機械設計[M].北京:高等教育出版社,2001.

The creative design of base shuttle mouth’s adaptive mechanism of towel embroidery machine

ZHOU Jun-rong, ZHENG Qing-hua

中文分類號：TS103.2A

1009-0134(2016)02-0120-03

2015-10-19

廣東省建設現代產業體系技術創新滾動計劃項目：多功能特種電腦繡花機技術創新設計與開發（2009863037）

周俊榮（1965 -），男，江西遂川人，副教授，碩士，研究方向為紡織自動化裝備、模具CAD及產品三維設計。