平面連桿停歇機構設計探究

袁健博

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?基于對相關資料的查閱和學習，首先從理論角度出發，對平面連桿機構的優勢和缺陷進行闡述，然后從成圈工藝過程、成圈機件運動要求兩個方面進行分析，最后對平面連桿停歇機構進行設計。

[關 ? ?鍵 ? 詞] ?平面六連桿機構;停歇;少梳櫛經編機

[中圖分類號] ?TH112 ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼] ?A ? ? ? ? ? ?[文章編號] ?2096-0603（2019）13-0112-02

一、緒論

平面連桿機構在當今社會應用廣泛。小到智能掃地機器人、大到工程制造機械，簡單到雨傘的伸展支架、復雜到火星探測機械，都有著平面連桿機構的身影。隨著“中國制造2025”的提出，我國關于機械制造業領域傾斜的資源也將越來越大，作為用途廣泛的平面機構，針對平面連桿機構進行設計改進和優化，無異于提高各類機械、儀表和機電產品的使用效率。本文正是基于這種理念，對紡織業常見的少梳櫛經編機中的成圈運動裝置進行設計方面的改進，對平面六連桿停歇機構進行全面的分析，并對平面六連桿運動鏈的對應機構進行詳實的論證。

二、平面連桿機構的優勢和缺陷

平面連桿機構因為其獨特的傳動特點，被研究人員應用到社會的各個領域中。相較于其他平面機構，平面連桿機構的特點主要表現為如下幾個方面。（1）平面連桿機構不需要對原動件的位置進行相應的改變，就可以對運動軌跡輸出進行相應的調整，這種形式大大加強了機構運動的靈活性，能夠根據實際情況的不同調整機械功能。（2）平面連桿機構的應用結構形式隨著應用的不同呈現多樣化的趨勢。平面連桿機構整體由多種多樣的構件構成，這些構件會隨著尺寸的不同產生出不同樣式的連桿曲線，用以應對實際情況的需要。研究人員通過對構建尺寸和連桿曲線進行修改，就可以改變連桿機構的運動要求和工作性能。（3）平面連桿機構的承載力非常強，因為其中間構件的面接觸都是通過運動副元素來進行。所以平面連桿機構在大多數情況下滿足不同荷載的運動要求，以便于潤滑，同時不同機構在運動時構件間的接觸面所受的壓力處于允許范圍內，從而降低機構的磨損比。（4）平面連桿機構各個構件之間的連接不需要其他的鎖合裝置，而是通過自身構件之間的不同幾何鎖合來實現，大大增強了平面連桿機構的可拆卸性。（5）平面連桿機構能夠對其構件和運動參數進行及時的調整，這是由于平面連桿機構的運動控制能力相較于其他機構有明顯的提高，工程人員可以依據此對機構的適應性進行調整，滿足不同情況下的各種需求。（6）平面連桿機構的行程擴大方式可以通過加長平面連桿機構的桿長來實現，并以此實現較遠距離的動作傳遞。在生產生活中，平面連桿機構的行程可以依據生產工藝的要求隨時進行調整。

憑借著經濟的成本、制造加工的方便、整體結構形式的簡單和安裝修理的靈活，平面連桿機構一直被研究人員所關注，并以此對各類機械設備進行改進。但這并不是說平面連桿機構沒有缺點，在設計、安裝和運行過程中，平面連桿機構的缺點同樣非常明顯：（1）平面連桿機構的設計過程相當復雜，需要設計人員耗費大量精力去推導。設計稍有差池，就容易產生給定運動要求不夠精確的情況。（2）平面連桿機構的幾何鎖合不可避免地會出現間隙，并且隨著平面連桿機構的復雜程度而逐漸增加，這是因為運動構件的增多帶動了運動副數的增加，造成了平面連桿機構整體的自鎖幾率大大提高。并且這個結果也會導致平面連桿機構的整體敏感性大大增加，當誤差出現后平面連桿機構無法有效地對誤差進行修正。除此之外，外部環境的干擾也會增加機構的彈性形變和動載荷。（3）平面連桿機構的復雜往復運動本質是不同構建的配合，而各個構建本身都在進行變速運動，很容易出現某個構建運動速度出現突然變化的現象，這種現象很容易影響到平面連桿機構的整體運行，雖然這類變化會被慣性力所抵消，但還是會產生振動、噪音和沖擊現象，進而影響平面連桿機構的效率。（4）在平面連桿機構運行的過程中，運動的傳遞經過了大多數構建，很容易延長傳遞運動的路線長度，從而增大累積誤差出現的幾率，進而影響機構傳遞的效率。所以設計平面連桿機構時，需要解決以上四個問題。

三、平面連桿停歇機構的設計

本文主要對紡織業常見的少梳櫛經編運動裝置進行相應的設計，具體分為如下幾個步驟。

（一）成圈工藝過程分析

少梳櫛經編機的成圈構建共分為槽針、針芯、導紗針、沉降和脫圈板。

1.初始位置，此時槽針處于最低位置（即脫圈位置），針芯的針尖正好處于與槽針的針鉤頭封口的位置，沉降片處于握持線圈的位置，導紗針處于最機前。

2.沉降右極限，此時槽針開始上升，針芯向下運動，槽針針鉤頭與針芯針尖頭分離，導紗針此時在機前的右極限位置處停歇，沉降向機前方向擺動直至機前的右極限位置。沉降片的作用是握持舊線圈的延展線，防止舊線圈隨著槽針一起上升。

3.針芯開始上升，在槽針上升的同時，針芯先是下降到達最低點后并開始向上逐漸上升，不過針芯的針尖頭頂端并沒有露出槽針的針槽溝，此時導紗針仍在機前的右極限位置處停歇。

4.導紗針開始擺動，在槽針和針芯同時上升時，導紗針此時開始向針前順時針擺動以準備進行針前墊紗，并且沉降片要向機后退一些距離以放松所握住的線圈，從而減少線圈對槽針和針芯上升時的拉力，以防槽針和針芯產生形變。

5.沉降停歇，此時槽針和針芯繼續一起上升，導紗針繼續向針前順時針擺動，此時沉降片開始停歇。

6.槽針停歇，此時槽針上升到最高點并開始停歇，針芯則繼續上升，導紗針此時繼續向針前運動，同樣地，沉降仍繼續停歇。

7.針芯停歇，在導紗針即將到達機后左極限位置時，針芯上升到最高點并開始停歇，在梳櫛導紗針進行針前墊紗的過程中，槽針和針芯會一直處于停歇狀態。

8.導紗針左極限，此時導紗針向針前順時針擺動到左極限位置，即刻開始反方向逆時針擺動對槽針進行針前墊紗，此時槽針和針芯在各自的最高位置處停歇。

9.槽針開始下降，此時槽針開始向下運動，針芯仍處于停歇位置，此時沉降片會向機后移動以放松握持著的線圈，導紗針順時針向機前右極限位置擺動。

10.針芯開始下降，此時槽針下降了一段時間后，針芯開始和槽針一起下降，不過針芯下降的速度比槽針稍慢，直到槽針針鉤尖和針芯針尖頭相遇，此時槽針的針鉤尖口完全封閉，舊線圈套圈，然后兩者以相同的速度下降。

11.導紗針右極限，隨著槽針和針芯仍在繼續下降，導紗針將再次擺動到槽針的右側，開始對槽針進行針背墊紗。

12.沉降左極限，此時沉降向機后擺動直至機后左極限位置，舊線圈從針桿上沿著針芯向上滑動，脫圈板將舊線圈向上抬加速套圈進行。

13.針背墊紗結束，針背墊紗結束后，導紗針將在右極限位置處停歇，此時導紗針處于槽針的右側方位，沉降片向機前運動至握持線圈位置，脫圈板牽拉舊線圈，隔開新舊線圈，槽針和針芯此時仍以相同的速度一起不斷下降。

14.運動至開始狀態，此時槽針下降至起始最低的位置，針芯、沉降片和導紗針也紛紛到達了與開始位置相同的位置，至此后針床成圈機件的成圈運動己經結束。

（二）成圈機件運動要求分析

1.槽針和針芯運動要求

槽針的運動要求是具有一次停歇的上下方向往復運動。槽針固定安裝在槽針床上，槽針床繞固定支點（即槽針軸）擺動，運動軌跡為以固定支點為圓心的圓弧，運動軌跡圓弧長度即為槽針的運動動程。針芯有著和槽針相類似的運動要求，即也是同樣的在上下方向作往復的運動。針芯固定安裝在針芯床上，并繞固定支點 （即針芯軸）擺動，運動軌跡圓弧長度即為針芯的運動動程。

2.沉降和梳櫛運動要求

沉降的運動要求是具有一次停歇的左右方向作往復直線擺動的運動。沉降固定安裝在沉降床上，并繞固定支點（即沉降軸）擺動運動軌跡以固定支點為圓心的圓弧，運動軌跡圓弧長度即為沉降的運動動程。梳櫛有著和沉降相類似的運動要求，即也是在左右方向作往復直線擺動的運動。梳櫛固定安裝在梳櫛床上，梳櫛床繞固定支點 （即梳櫛擺動軸）擺動，運動軌跡為以固定支點為圓心的圓弧，運動軌跡圓弧長度即為梳櫛的運動動程。

（三）機構綜合

本次設計中運動鏈的連桿配方案可以表示為：

AL=[NL2/NL3/NL4/NL5…/NLm]

其中AL為成圈運動機件中連桿的數目和類型，NL2…NLm表示為二副桿到m副桿的連桿數目。其中對槽針、針芯、梳櫛和沉降機構要求的運動動程為14mm、8mm、19mm和4.5mm，停歇時間為107'、120'、37'和109'。

在每一個停歇機構中，其內部每級的四連桿都有內死點和外死點兩個特殊點，這兩個特殊點代表兩個極限位置。一般情況下，兩級連桿機構組合后會出現內死點—外死點、內死點—內死點、外死點—內死點和外死點—外死點四種情況，只有連桿運動到這些地方才能實現停歇。在本次設計中，槽針、針芯、沉降和梳櫛四種運動機構尺度均為外死點—外死點，方便實現誤差最小化。

（四）結構設計

少梳櫛經編機成圈運動機件有槽針、針芯、沉降、梳櫛導紗針，槽針安裝在槽針床上的針槽中，通過槽針壓板進行固定，針芯被針芯壓板固定在針芯床，沉降片安裝在沉降床上，由沉降壓板進行固定，導紗針通過螺釘固定在導紗支座上，導紗支座固定在梳櫛上，從而實現連桿機構的高效化。

總而言之，平面連桿機構是機械工程系統的主要環節，提升平面連桿機構的合理性和高效性，就需要從設計方面著手，綜合全面的優化和改進來提高平面連桿機構的整體質量。同時相關人員還需要了解國內外的先進技術，全方位地提升自身的職業素養水平，以此來推動我國機械工程發展和進步。

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編輯 李 靜