朱引引，曹巨江，馬金鋒

（陜西科技大學 設計與藝術(shù)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(gòu)分為四大類，刺料機構(gòu)、挑線機構(gòu)、鉤線機構(gòu)和送料機構(gòu)。在四大機構(gòu)中，挑線機構(gòu)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(diào)整，根據(jù)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(gòu)動作配合必須十分準確和協(xié)調(diào)，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(gòu)最開始設計時有凸輪機構(gòu)、連桿機構(gòu)等，由于連桿機構(gòu)各桿件都是低副連接，有許多優(yōu)勢，特別是使棉線的斷線率降低，因此，目前工業(yè)平縫機均采用連桿挑線機構(gòu)[2,3]。

圖1 連桿挑線機構(gòu)

1 縫紉機挑線機構(gòu)組成及運動學分析

1.1 結(jié)構(gòu)組成

目前工業(yè)縫紉機的四連桿跳線機構(gòu)，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(diào)整,保證針刺力作用的正確位置，如圖2所示。

圖2 挑線機構(gòu)

將模型簡化，得到機構(gòu)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(gòu)簡圖

在一個機械系統(tǒng)中，即使它的的每個零件都是優(yōu)化的，也不能保證整個系統(tǒng)的性能良好，因此虛擬樣機技術(shù)將分散的零部件設計和分析技術(shù)柔合在一起，對產(chǎn)品在投入使用中的各種工況進行仿真分析，預測產(chǎn)品的整體性能，進而改進產(chǎn)品設計、提高產(chǎn)品性能[4]。這里，改變的是連桿挑線機構(gòu)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(gòu)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(tǒng)虛擬樣機技術(shù)—ADAMS，它主要研究的是如何利用計算機輔助技術(shù)對機械系統(tǒng)進行運動學和動力學分析，以確定系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)在任意時刻的位置、速度、加速度，同時確定系統(tǒng)及構(gòu)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(tǒng)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(shù)據(jù)曲線等, 可將獲得的仿真結(jié)果與來自物理樣機的結(jié)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(wěn)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(xiàn)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(jīng)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(gòu)的急回特性。在挑線機構(gòu)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(gòu)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(wěn)，但是加速度過大時會導致縫紉機運轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，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(gòu)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(shù)學為根本，以動態(tài)幾何為特色的專業(yè)學科軟件，除繪制圖形外，還有構(gòu)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(shù)字化描述和動態(tài)參數(shù)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(gòu)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(yōu)化的機構(gòu)參數(shù)設為“動點”，拖動“動點”改變參數(shù)值可直接觀察到對應圖形的變化[9,10]。它的動態(tài)特性、探索性和眾多功能還沒有充分有效的發(fā)揮，將幾何畫板和三維建模軟件聯(lián)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(jié)論

通過對四連桿挑線機構(gòu)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(jīng)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(gòu)設計為曲柄搖桿機構(gòu)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(jié)果表明挑線機構(gòu)軌跡曲線是連續(xù)且沒有死點，它們的運動是循環(huán)周期性。

而且也體現(xiàn)了虛擬樣機技術(shù)的優(yōu)勢，即ADAMS仿真技術(shù)不僅解決了設計與制造過程中的弊端，而且提高產(chǎn)品設計品質(zhì)、縮短開發(fā)周期和降低開發(fā)費用。

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