毛巾绣绣花机下座梭嘴自适应机构的创新设计

周俊荣，郑清华

（五邑大学 机电工程学院，江门 529020）

毛巾绣绣花机下座梭嘴自适应机构的创新设计

周俊荣，郑清华

（五邑大学 机电工程学院，江门 529020）

针对目前毛巾绣绣花机下座梭嘴机构由刺绣转为换色状态时，定位不准、大小齿轮无法正确啮合、容易卡死的问题，设计了一种全新的自适应机构，使梭嘴从高位回到低位时，可以自动纠偏归零，大小齿轮可以正确啮合，准确做出换色的动作，提高了机器的可靠性，具有很好的应用价值。

毛巾绣绣花机；自适应机构；自动纠偏归零；换色

0　引言

毛巾绣绣花机下座梭嘴机构是一种带有自动换色功能的刺绣机构，结构如图1所示。刺绣时，推杆锁定机构锁定梭排座，并将梭嘴顶起处于高位，梭嘴小齿轮完全脱离卡位针的锁定进入自由状态，在大齿轮的驱动下左右旋转进行刺绣；转为换色状态时，推杆锁定机构退出并解除对梭排座的锁定，使其可以左右移动，借助弹簧的复位作用，梭嘴回到低位，卡位针卡入梭嘴小齿轮的齿槽中，锁定梭嘴无法旋转，此时，按规定距离排列的梭嘴小齿轮组成相当于齿条的功能，大齿轮与梭嘴小齿轮组成齿轮齿条传动，从而可以左右移动进行换色工作[1]。

图1　下座梭嘴机构的主视图与俯视图

目前，国产毛巾机设备中大多数都是仿制产品，由于电控、机械制造精度等方面的原因，在刺绣转为换色时，梭嘴小齿轮的齿隙与卡位针容易发生错位而无法卡入齿槽中，如图2所示，卡位针顶住梭嘴小齿轮，梭嘴位置无法归零，大齿轮无法正确啮合到下一个梭嘴小齿轮，导致机构卡死，无法准确做出换色动作。这是目前国产机器普遍存在的问题。为了克服以上缺点，也为了避开已有的专利保护，开发了一种新型的自适应机构。

图2　梭嘴小齿轮齿隙与卡位针错位示意图

1　新型自适应机构的结构组成

毛巾绣绣花机下座梭嘴自适应机构主要由直线导轨、机座、梭排机构、推杆锁定机构和梭嘴齿轮传动机构等零部件组成，结构如图3所示。梭排机构包括梭排座和梭嘴装置以及梭嘴定位装置。其中梭嘴装置包括梭嘴、小齿轮、斜面圆柱体、弹簧定位块以及弹簧，如图4所示。

图3　自适应机构的主视图与俯视图

图4　梭嘴装置结构图

2　新型自适应机构的工作原理

如图5所示，刺绣时，推杆锁定机构锁定梭排座，同时将梭嘴顶起处于高位，梭嘴上的斜面圆柱体与定位装置完全分离不再贴合，在大齿轮的驱动下，梭嘴左右旋转完成刺绣工作；如图6所示，转为换色时，推杆锁定机构退出并解除对梭排座的锁定，在复位弹簧的作用下梭嘴回到低位，梭嘴上的斜面圆柱体的斜面与定位装置的斜面相互贴合锁定梭嘴，使其无法旋转，大齿轮与梭嘴小齿轮组成齿轮齿条传动，在移动导轨的共同作用下，梭排座左右移动完成换色。

图5　梭嘴高位工作示意图

图6　梭嘴低位工作示意图

如图7所示，刺绣转为换色的过程中，若梭嘴旋转出现一定偏差，梭嘴上的斜面圆柱体的斜面与梭嘴定位装置上的斜面在复位弹簧的作用下，自行纠正完全贴合在一起，使梭嘴位置自动对正归零，使得大齿轮可以正确的与梭嘴小齿轮啮合，系统构成一个准确的齿轮齿条传动。

图7　梭嘴定位不佳时两斜面贴合示意图

3　梭排机构的结构设计

3.1梭排座的设计

如图8所示，梭排座是一个上宽下窄的工字形长条座，在工字形中间的垂直筋上直线分布了上下垂直贯穿的梭嘴孔，并且在工字形下端窄面靠内的一个边缘上分布了一排与每个梭嘴孔位置一一对应的定位卡槽。两两梭嘴孔之间的中心距L决定了梭嘴小齿轮与大齿轮能否正确组成齿轮齿条传动。同时，在设计时必须满足如下条件：齿轮传动机构上的大齿轮可以准确的啮合到下一个梭嘴小齿轮；相邻的小齿轮之间不存在干扰。兼顾机构的尺寸、制造成本以及互换性，选用常用的齿轮标准参数，为了避免z＜zmin产生根切现象和确保齿轮强度，选用等变位齿轮传动，它有利于强度的提高，小齿轮采用正变位，主齿轮采用负变位，可以使两个齿轮的强度趋于接近，使齿轮的承载能力提高[2,3]。由齿轮相关知识可知：

图8　梭排座结构图

其中n是大齿轮从一个小齿轮啮合到下一个小齿轮所啮合过的总齿数，H为两个小齿轮齿顶圆半径之和，即两个小齿轮处于干扰的临界值。

本设计中选用的变位齿轮的部分参数如下[2]：m1=m2=1，a1=a2=20°，h*a1=h*a2=1，c*1=c*2=0.25，x1=0.2，x2=-0.2，小齿轮厚度B1=5mm大齿轮厚度mm，B2=10mm。

试验中表明大齿轮从一个小齿轮啮合到下一个小齿轮一共啮合过6个齿，即n=6，经过计算得L=18.84mmmm，干扰临界值H=8.4mm，z1＜16.6，选小齿轮齿数为z1=16，由上述可知H＜L，即机构可以满足条件，大齿轮可以准确啮合到下一个梭嘴小齿轮，两两相邻的小齿轮之间也不会相互干扰。此外，根据机构的使用要求选择大齿轮齿数z2=48。

3.2斜面圆柱体的设计

如图9所示，斜面圆柱体是一个带有倾斜斜面的圆柱体，斜面倾角的大小和圆柱体的尺寸对自动纠偏的效果至关重要。在保证机构尺寸和足够强度的情况下，要求梭嘴从高位回到低位时自动纠偏的效果好，所允许的旋转误差角β尽可能的大。此外，从斜面圆柱体的结构可知

图9　斜面圆柱体结构图

由三角函数关系可知：

其中α为斜面圆柱体倾斜角，β为梭嘴旋转误差角，h为斜面圆柱体厚度，d斜面的高度，s=l为斜面高度投影。

3　结论

新的自适应机构克服了电控精度、机械制造的精度等方面带来的影响，梭嘴位置出现偏差且偏转角度(-30°，30°)时，可以通过两斜面贴合作用使梭嘴位置自动对正归零，确保大小齿轮正确啮合，准确完成换色工作。在实际使用中，换色效果理想，改变了目前国产毛巾机中梭嘴定位不佳和容易卡死的现象，提高了机器的可靠性，具有很好的应用价值。

[1] 周俊荣.毛巾绣绣花机下座梭嘴自适应机构[P].中国,201485656.2010.5.26.

[2] 孙恒,陈作模,葛文杰.机械原理[M].北京:高等教育出版社,2006.5.

[3] 濮良贵,纪名刚.机械设计[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

中文分类号：TS103.2A

1009-0134(2016)02-0120-03

2015-10-19

广东省建设现代产业体系技术创新滚动计划项目：多功能特种电脑绣花机技术创新设计与开发（2009863037）

周俊荣（1965 -），男，江西遂川人，副教授，硕士，研究方向为纺织自动化装备、模具CAD及产品三维设计。