缝纫机挑线机构的仿真分析

朱引引，曹巨江，马金锋

（陕西科技大学 设计与艺术学院，西安 710021）

0 引言

作为服装机械设备的主体和核心，平缝机主要机构分为四大类，刺料机构、挑线机构、钩线机构和送料机构。在四大机构中，挑线机构的主要作用是按输送和收紧缝线的方式完成线迹用线量的适当调整，根据缝纫机的工作原理，对挑线杆、机针和摆梭的运动配合有严格的时间要求。尤其是对挑线杆，要求其与缝纫机的各机构动作配合必须十分准确和协调，否则，轻则影响缝纫效果，如：会引起“跳针”和“断线”等故障，重则无法工作[1]。因此，对挑线杆末端的运动轨迹和运动曲线要求则较高。

平缝机的挑线机构最开始设计时有凸轮机构、连杆机构等，由于连杆机构各杆件都是低副连接，有许多优势，特别是使棉线的断线率降低，因此，目前工业平缝机均采用连杆挑线机构[2,3]。

图1 连杆挑线机构

1 缝纫机挑线机构组成及运动学分析

1.1 结构组成

目前工业缝纫机的四连杆跳线机构，其作用主要是防止送布牙将缝料向前送进时拉长线段和放松缝线, 使机针在穿刺缝料时减少干扰力, 按输送和收紧缝线的方式完成线迹用线量的适当调整,保证针刺力作用的正确位置，如图2所示。

图2 挑线机构

将模型简化，得到机构简图，ACD为挑线杆，即改变ACD杆长度。如图3所示。

图3 挑线机构简图

在一个机械系统中，即使它的的每个零件都是优化的，也不能保证整个系统的性能良好，因此虚拟样机技术将分散的零部件设计和分析技术柔合在一起，对产品在投入使用中的各种工况进行仿真分析，预测产品的整体性能，进而改进产品设计、提高产品性能[4]。这里，改变的是连杆挑线机构的挑线杆件长度，来分析它对挑线杆末端轨迹的影响。

1.2 挑线机构的仿真分析

在机架OO1，连架杆OA和O1C不变的情况下，通过对连杆AC取不同的值：L1=37.2mm，L2=29.75mm，L3=17.95mm，分别对它们进行机械系统虚拟样机技术—ADAMS，它主要研究的是如何利用计算机辅助技术对机械系统进行运动学和动力学分析，以确定系统及结构在任意时刻的位置、速度、加速度，同时确定系统及构件所需的作用力和反作用力[5]。且ADAMS 仿真还可以估计机械系统的性能、运动范围、峰值载荷及计算有限元的载荷输入，可以输出高性能的动画，各种数据曲线等, 可将获得的仿真结果与来自物理样机的结果进行对比，看是否一致。这里主要研究的是改变2-挑线杆而引起的杆件在X、Y方向上的加速度变化[6～8]。如图4所示。

图4 挑线杆取不同值的运动分析

从图4中可以看出，随着挑线杆AC取值的递减，挑线杆在X和Y方向上的加速度曲线图慢慢趋于平稳且均为平滑的周期曲线，但是当AC=L3时,如图4(c),它的加速度曲线图却出现突变。因此可以推测挑线杆AC的最适合杆长值在L2和L3之间，经过对AC取一系列值并应用ADAMS进行运动学与动力学仿真分析得出最适杆长为24.95mm。如图5所示。

图5 挑线杆AC的运动分析

从图5知，挑线杆AC=24.95时，它在X和Y方向上的加速度绝对值的最大值都比较大， 符合四连杆机构的急回特性。在挑线机构中,连杆AC的长度对挑线杆-2的加速度有着很大的影响。由图4和5可得出，当四连杆挑线机构的机架和长度不变时，连杆越短，挑线杆的加速度的曲线图越平稳，但是加速度过大时会导致缝纫机运转不平稳，同时影响缝制的工艺。因此可以综合考虑上述各种因素，将连杆挑线机构各杆长设置为：=29.3mm。

2 挑线杆末端轨迹

挑线杆末端的轨迹图用几何画板描绘。几何画板以数学为根本，以动态几何为特色的专业学科软件，除绘制图形外，还有构造、度量和计算、变化和迭代、移动和动画、轨迹和图表等功能，且具有精确的数字化描述和动态参数交互功能。几何画板无需编程，仅使用自身提供的绘图工具，通过作图即可对机构运动进行分析。对于特定的运动对象可以设定“追踪交点”，直接显示出该对象的运动“轨迹”。需要优化的机构参数设为“动点”，拖动“动点”改变参数值可直接观察到对应图形的变化[9,10]。它的动态特性、探索性和众多功能还没有充分有效的发挥，将几何画板和三维建模软件联合，就是使其应用在机械方面，扩大它的应用范围。

选取挑线杆C、D点为追踪点，得到它们的轨迹图。如图6所示。

图6 挑线杆轨迹示意图

C点运动轨迹是一小段以O1点为圆心，以O1C为半径的弧形，它始终在做往复的周期运动。D点运动轨迹是封闭的柳叶状，故没有死点，它的运动是周期性的逆时针运动，即D与C同步运动，当C点向下运动时，D点从最高点逆时针向最低点运动，C点向上运动时，D点从最低点逆时针运动。

3 结论

通过对四连杆挑线机构的挑线杆取不同值，利用ADAMS进行运动学与动力学仿真，得到挑线杆加速度曲线图，经过对不同取值的相应加速度曲线图分析，得出连杆AC对连架杆加速度的影响，并验证了目前挑线机构设计为曲柄摇杆机构的合理性和可行性；利用几何画板，描绘挑线杆C点和D点的轨迹图，结果表明挑线机构轨迹曲线是连续且没有死点，它们的运动是循环周期性。

而且也体现了虚拟样机技术的优势，即ADAMS仿真技术不仅解决了设计与制造过程中的弊端，而且提高产品设计品质、缩短开发周期和降低开发费用。

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