孟凡強，張 莉

（臺州學院 機械工程學院，浙江 臺州 318000）

1 前言

縫制設備屬于精密機械之一，要在一秒鐘內完成100個左右的線跡［1］，該線跡的形成是一個復雜的過程，主要由送料機構、勾線機構、挑線機構和刺料機構的運動配合來完成。在這4大機構中，送料機構是最重要、結構最復雜的機構，其作用是在完成線環(huán)形成過程的同時，周期性地遞送縫料，其送布運動軌跡對送料性能有較大的影響，不良的運動軌跡將出現(xiàn)送布錯位、縫料起皺和溜針等現(xiàn)象，從而影響縫制效果［1-2］。

本文采用矩陣法對送料機構進行水平送布臺臂轉動角度和送布牙前后運動量的理論計算，并采用動力學仿真軟件ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System）對送料機構的運動特性進行了仿真分析，最后對前后數(shù)據(jù)進行了分析比較，根據(jù)比較結果驗證了送料機構的運動軌跡正確性，從而對送料機構設計的可靠性進行了評判。

2 送料機構工作原理

送料機構由電機驅動上軸，皮帶帶動下軸5，通過送布大連桿1、送布偏心輪2及送布調整軸3驅動送料軸4，然后由送料軸4的小幅擺動及抬布偏心輪6的轉動帶動送布牙7，進行送布牙送料，結構如圖1所示。

本文對送料機構的運動進行分析，看其是否滿足設計要求，從而判斷送料機構設計的可靠行。

3 送布牙運動的理論計算

根據(jù)送布牙所要實現(xiàn)的運動，提取對其運動產(chǎn)生影響的相關零部件的裝配組合，得到如圖2所示的送布裝置。

圖1 送料機構結構圖圖Fig.1 Structure of feed mechanism

圖2 送布裝置Fig.2 Feed device

3.1 計算水平送布臺臂轉動角度

將此送布裝置簡化之后得到一個四桿機構，如圖3所示。根據(jù)簡化的四桿機構，進行水平送布臺臂轉動的角度分析。

圖3傳動裝置簡化圖Fig.3 Drive mechanism simplified diagram

采用矩陣法［3］，該四桿機構構成一個封閉矢量多邊形。在這個封閉矢量多邊形中，其各矢量之和必等于零。即

將式（1）向兩坐標軸上投影，得

將 θ3=90°，θ4=0 代入式（2），得

將式（3）移項，得

式（4）兩邊平方，得

式（5）中兩式相加，得

令

則式（7）可簡化為

解得

圖3中的相關尺寸為：l1=25mm，l2=20mm，l3=20.38mm，l4是滑塊組件到送布軸的水平距離，該組件有兩個極限位置，即滑塊組件在切換器中移動最小值和最大值，兩者差值即為8mm，即l4=28.8mm或l4=20.79mm。

（1）將 l1=25，l2=20，l3=20.38，l4=28.8 代入式（7），得

（2）將 l1=25，l2=20，l3=20.38，l4=20.79 代入式（7），得

根據(jù)機構的初始安裝情況和機構運動的連續(xù)性確定式中θ2選取負號，則桿l2轉動的角度為α=13.26°-8.422°=4.818°.

因此，滑塊組件移動8mm后，水平送布臺臂的運動轉角為4.818°.

3.2 計算送布牙前后運動量

送布軸裝置主要有送布軸、水平送布臺臂、送布軸曲柄和送布牙等組成，如圖4所示。它的主要作用是完成帶動送布牙前后往復運動，并且與送布牙上下運動進行精確的配合。

圖4 送布軸裝置Fig.4 Feed shaft mechanism

圖5 送布牙前后運動簡化圖Fig.5 Motion simplified diagram of feed dog

將送布軸裝置進行簡化，如圖5所示。圖中，l5水平送布臺臂到送布軸兩中心孔的垂直距離，送料機構中l(wèi)5=22.1mm。

由于α=4.818°，推得x=1.86mm，即送布牙前后運動量為1.86mm.

4 送布牙運動的ADAMS分析

由于機構的運動學和動力學仿真分析技術是虛擬裝配中的剛體建模與仿真技術的重要組成部分之一。因此，基于多剛體系統(tǒng)動力學進行機構運動學分析的方法完全能滿足虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的實時性要求［4］。

ADAMS軟件使用交互式圖形環(huán)境和零件庫、約束庫、力庫，創(chuàng)建完全參數(shù)化的機械系統(tǒng)幾何模型，其求解器采用多剛體系統(tǒng)動力學理論中的拉格朗日方程方法，建立系統(tǒng)動力學方程，對系統(tǒng)進行靜力學、運動學和動力學分析，輸出為位移、速度、加速度和反作用力曲線閉［5］。

本文采用多體系統(tǒng)動力學進行送料機構的運動學分析。首先在SolidWorks平臺下建立三維實體模型，基于Parasolid的數(shù)據(jù)交換，利用ADAMS的數(shù)據(jù)輸入接口將送料機構三維實體模型導入ADAMS仿真分析環(huán)境中，并進行如下操作步驟：

（1）實體模型導入之后，檢查模型在傳輸過程中是否出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失，圖形失真等，根據(jù)檢查結果，進行適當?shù)男薷摹?/p>

（2）為了便于計算，對該模型進行了一些假設：各部件均視為剛體；相對固定不動的構件可視為一體；各構件材料屬性均設置為steel。

（3）ADAMS/View模塊主工具箱的約束副選項組里包括多種約束副類型，根據(jù)實際工作情況添加各構件之間的約束副。在各構件之間無相對運動的添加固定副或進行布爾運算中的合并操作，各構件之間有相對旋轉運動的用旋動副連接，各構件之間存在相對移動關系的添加移動副連接。

（4）添加旋轉驅動。最終得到送料機構的虛擬樣機模型，如圖6所示，整個傳動機構包括：13個活動構件、6個固定副、8個旋轉副、2個移動副和1個旋轉驅動。設置仿真參數(shù)：轉速為33r/s；End Time=50；Steps=100。仿真運動后，ADAMS/Solver模塊自動形成送料機構系統(tǒng)模型的動力學、運動學的解算結果，通過后處理模塊，得到送布牙質心的運動曲線，如圖7所示。

圖6 在ADAMS中的虛擬樣機模型 Fig.6 Virtual prototype model in ADAMS

圖7 送布牙運動曲線Fig.7 Motion trajectory of feed dog

5 數(shù)據(jù)分析比較

（1）送布軸裝置中的水平送布臺臂的運動角度曲線如圖8所示，由圖可知水平送布臺臂轉動角度的仿真結果為4.843o，理論計算值是4.818o，相對誤差為0.338%。

圖8 水平送布臺臂的運動角度曲線Fig.8 Rotation angle of feed rocker base arm

圖9 送布牙Y方向運動量Fig.9 Y directional motion of feed dog

（2）送布牙的前后運動量的運動曲線如圖9所示，由圖可知送布牙的前后運動運動范圍為1.986mm，理論計算的前后運動量為1.86mm，相對誤差為6.774%。

通過兩者數(shù)據(jù)比較，驗證了送料機構的運動軌跡正確性，表明該送料機構是可靠的，能滿足設計要求。

6 結論

本文采用矩陣法進行了水平送布抬臂的轉動角度和送布牙的前后運動量的理論計算，并利用ADAMS對送料機構進行了運動學分析，最后兩者的分析計算結果進行比較，驗證了送料機構結構的正確性。

本文提出的方法有助于提高送料機構結構設計可靠性和工作性能，此方法已應用于59420三針平縫機的設計實踐中。

［1］張青，鄒慧君，郭為忠，等.閉合五桿縫紉機送料機構的運動仿真和軌跡優(yōu)化［J］.機械設計與研究，2004，20（6）:25-28.

［2］聞力生，章文俊.工縫機的差動送料機構與縫紉性能［J］.中國紡織大學學報，1991,17（2）:49-53.

［3］王躍進.機械原理［M］.北京：北京大學出版社，2009:162.

［4］劉檢華，候偉偉，張志賢，等.基于精度和物性的虛擬裝配技術［J］.計算機集成制造系統(tǒng)，2011，17（3）:595-604.

［5］葛正浩.ADAMS2007 虛擬樣機技術［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2010:4.