繡花機(jī)針桿與壓腳聯(lián)合驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，涉及繡花機(jī)，具體涉及一種繡花機(jī)針桿與壓腳聯(lián)合驅(qū) 動(dòng)機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電腦繡花機(jī)是當(dāng)代最先進(jìn)的繡花機(jī)械，它能使傳統(tǒng)的手工繡花得到高速度、高效 率的實(shí)現(xiàn)，并且還能實(shí)現(xiàn)手工繡花無(wú)法達(dá)到的"多層次、多功能、統(tǒng)一性和完美性"的要求。
[0003] 電腦繡花機(jī)的主運(yùn)動(dòng)與縫紉機(jī)類似，主要的繡花動(dòng)作分為面線和底線的運(yùn)動(dòng)。而 針桿的運(yùn)動(dòng)是按一定運(yùn)動(dòng)規(guī)律的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在傳統(tǒng)的繡花機(jī)中針桿上連著壓腳，針桿 由針桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)，壓腳在針桿下落過(guò)程的前一段時(shí)間里與針桿一同運(yùn)動(dòng)，而與壓 腳驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的滑塊是分離的。而在下落一段過(guò)程之后壓腳驅(qū)動(dòng)滑塊與壓腳接觸并決定壓腳 的運(yùn)動(dòng)。在這個(gè)接觸的過(guò)程中由于設(shè)計(jì)的原因很難避免沖擊，而這是造成繡花機(jī)振動(dòng)的重 要原因。所以需要在設(shè)計(jì)時(shí)盡量減小沖擊，這就需要從針桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)或者壓腳驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)入 手?，F(xiàn)在一般的針桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是一個(gè)六桿機(jī)構(gòu)，而壓腳驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)一般是一個(gè)凸輪連桿機(jī)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種繡花機(jī)針桿與壓腳聯(lián)合驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 及其設(shè)計(jì)方法，通過(guò)分析壓腳驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性以及針桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和壓腳驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的配 合運(yùn)動(dòng)，得到針桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性，然后根據(jù)針桿預(yù)先要求的特性曲線，計(jì)算出從動(dòng)非 圓齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心到豎直滑軌的距離和非圓齒輪副的節(jié)曲線，實(shí)現(xiàn)針桿運(yùn)動(dòng)特性曲線按照預(yù) 先設(shè)計(jì)的特性曲線運(yùn)動(dòng)，配合凸輪連桿壓腳驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性，從而減小壓腳與壓腳驅(qū) 動(dòng)滑塊接觸時(shí)的速度差，減小沖擊。
[0005] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0006] 本發(fā)明的繡花機(jī)針桿與壓腳聯(lián)合驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括非圓齒輪-曲柄滑塊針桿驅(qū)動(dòng)機(jī) 構(gòu)、針桿和壓腳驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu);所述的非圓齒輪-曲柄滑塊針桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括主動(dòng)非圓齒輪、主 軸、從動(dòng)非圓齒輪、從動(dòng)軸、第一連桿和第一滑塊;所述的主軸與從動(dòng)軸均通過(guò)軸承支承在 機(jī)架上;所述的主動(dòng)非圓齒輪固接在主軸上，并與固接在從動(dòng)軸上的從動(dòng)非圓齒輪嚙合;所 述第一連桿的一端與從動(dòng)非圓齒輪鉸接，另一端與第一滑塊鉸接;所述的第一滑塊與機(jī)架 的豎直滑軌構(gòu)成滑動(dòng)副，并與固接在針桿上的死點(diǎn)塊固接;所述的壓腳驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括凸輪、 滾子、三眼連桿、第二連桿、壓腳驅(qū)動(dòng)塊、彈簧和第二滑塊;所述的凸輪固接在主軸上，滾子 與凸輪構(gòu)成凸輪副;所述三眼連桿的三個(gè)端部分別與滾子、機(jī)架和第二連桿的一端鉸接;第 二連桿的另一端與壓腳驅(qū)動(dòng)塊鉸接;針桿豎直設(shè)置，彈簧套置在針桿上;第二滑塊與針桿構(gòu) 成滑動(dòng)副，并通過(guò)彈簧連接;所述的第二滑塊與壓腳固接。
[0007] 所述從動(dòng)非圓齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)中心到機(jī)架豎直滑軌的距離大于或等于5_。
[0008] 繡花機(jī)針桿與壓腳聯(lián)合驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，具體步驟如下：
[0009] 步驟一:分析壓腳驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性。
[0010]壓腳驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中，根據(jù)繡花機(jī)尺寸給定凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心和三眼連桿在機(jī)架上鉸鏈中 心的連線與水平線所成的角度01、滾子轉(zhuǎn)動(dòng)中心和三眼連桿在機(jī)架上鉸鏈中心的連線與三 眼連桿在機(jī)架上的鉸鏈中心和三眼連桿在第二連桿上鉸鏈中心的連線之間的夾角θ 2、凸輪 轉(zhuǎn)動(dòng)中心到三眼連桿在機(jī)架上鉸鏈中心的距離In、滾子轉(zhuǎn)動(dòng)中心到三眼連桿在機(jī)架上鉸鏈 中心的距離I 13、三眼連桿在機(jī)架上的鉸鏈中心到三眼連桿在第二連桿上鉸鏈中心的距離 114、第二連桿的桿長(zhǎng)I 15、三眼連桿在機(jī)架上的鉸鏈中心到機(jī)架的豎直滑軌的距離hu凸輪旋 轉(zhuǎn)中心到滾子中心的距離I12隨凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)刻發(fā)生改變，但可根據(jù)凸輪輪廓計(jì)算出，進(jìn)而進(jìn) 行下列計(jì)算：
[0015] 式中，(^為凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心和滾子轉(zhuǎn)動(dòng)中心的連線與凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心和三眼連桿在機(jī) 架上鉸鏈中心的連線之間的夾角，02為凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心和三眼連桿在機(jī)架上鉸鏈中心的連線 與滾子轉(zhuǎn)動(dòng)中心和三眼連桿在機(jī)架上鉸鏈中心的連線之間的夾角，Ct 3為滾子轉(zhuǎn)動(dòng)中心和三 眼連桿在機(jī)架上鉸鏈中心的連線與水平線所成的角度，Ct4為三眼連桿在機(jī)架上的鉸鏈中心 和三眼連桿在第二連桿上鉸鏈中心的連線與水平線所成的角度。
[0016] 由矢量方法可得
[0018] 所以li4C〇sa4+li5C〇sa5 = hi，可得
進(jìn)而可得壓腳驅(qū)動(dòng)塊在豎 直方向上的位移：
[0019] Xd = li4sin〇4+li5sina5
[0020] 式中，a5為第二連桿與水平線所成的鈍角。
[0021] 由位移對(duì)時(shí)間t求導(dǎo)可以得到壓腳驅(qū)動(dòng)塊在豎直方向上的速度
[0022] 步驟二:結(jié)合針桿的刺布要求與步驟一得到的壓腳驅(qū)動(dòng)塊速度，對(duì)第一滑塊的理 想速度曲線進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。
[0023] 需保證主軸轉(zhuǎn)角為至釣pl +30 °時(shí)壓腳驅(qū)動(dòng)塊與第二滑塊接觸，flpl =95.68°， 因?yàn)榈诙瑝K與第一滑塊保持一致運(yùn)動(dòng)，所以設(shè)定主軸的轉(zhuǎn)速后，第一滑塊的速度曲線中 在主軸轉(zhuǎn)角為~至％ pl+3(Τ范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)的速度已確定;而且壓腳驅(qū)動(dòng)塊與第二滑塊接觸 時(shí)第一滑塊的位置根據(jù)彈簧的長(zhǎng)度可確定，第一滑塊處在最高點(diǎn)的位置和對(duì)應(yīng)的主軸轉(zhuǎn) 角、第一滑塊處在最低點(diǎn)的位置和對(duì)應(yīng)的主軸轉(zhuǎn)角根據(jù)繡花機(jī)尺寸給定。第一滑塊從最高 點(diǎn)到壓腳驅(qū)動(dòng)塊與第二滑塊開(kāi)始接觸點(diǎn)的速度變化曲線、從壓腳驅(qū)動(dòng)塊與第二滑塊開(kāi)始分 離點(diǎn)到最低點(diǎn)的速度曲線、從最低點(diǎn)到最高點(diǎn)的速度曲線分別由滿足對(duì)應(yīng)曲線段端點(diǎn)條件 的多項(xiàng)式函數(shù)確定。
[0024] 步驟三:得到第一滑塊的理想速度曲線后，通過(guò)反求確定非圓齒輪副的傳動(dòng)比，從 而計(jì)算非圓齒輪副的節(jié)曲線。
[0025] 將從動(dòng)非圓齒輪、第一連桿和第一滑塊簡(jiǎn)化為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，設(shè)定第一連桿與從 動(dòng)非圓齒輪的鉸接點(diǎn)M至從動(dòng)非圓齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心的偏距I 21，第一連桿的長(zhǎng)度I22;由第一滑 塊在最低點(diǎn)位置的位移與在最高點(diǎn)位置的位移差值得到第一滑塊的行程delta，由直角三 角形的勾股定理可得以下方程組
[0027] 由該方程組可得從動(dòng)非圓齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心到豎直滑軌的距離^、第一滑塊運(yùn)動(dòng)的最 低點(diǎn)位置L與從動(dòng)非圓齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心在豎直滑軌上的垂足C點(diǎn)的距離Ια。
[0028] 由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的封閉矢量方程可知
〇為從動(dòng)非圓齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)中心，N為第一滑塊的當(dāng)前位置，由此可得方程組：
[0030] 其中，％表示第一連桿的轉(zhuǎn)角，y表示第一滑塊與C點(diǎn)的距離。由于y是主軸轉(zhuǎn)角釣 的函數(shù)，具體函數(shù)關(guān)系由第一滑塊的速度與主軸轉(zhuǎn)角之間的曲線方程積分得到，積分的邊 界條件為壓腳驅(qū)動(dòng)塊與第二滑塊的接觸位置。由此可解得從動(dòng)非圓齒輪的轉(zhuǎn)角朽關(guān)于主軸 轉(zhuǎn)角約的函數(shù)表達(dá)式，進(jìn)而計(jì)算出非圓齒輪副的傳動(dòng)比
分別為 主軸和從動(dòng)非圓齒輪的角速度，其中，《:的值可由主軸轉(zhuǎn)速換算得到。
[0031] 預(yù)設(shè)非圓齒輪副的中心距，可得主動(dòng)非圓齒輪對(duì)應(yīng)主軸轉(zhuǎn)角科的向徑為
從動(dòng)非圓齒輪對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)角％的向徑為r2 = a_n，進(jìn)而求解主動(dòng)非圓齒輪和從動(dòng)非 圓齒輪的節(jié)曲線。
[0032] 本發(fā)明具有的有益效果是：
[0033] 1、本發(fā)明通過(guò)非圓齒輪的嚙合傳動(dòng)，使主軸的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過(guò)非圓齒輪副和曲柄滑 塊的傳動(dòng)，帶動(dòng)滑塊變速往復(fù)運(yùn)動(dòng)。使得滑塊能實(shí)現(xiàn)預(yù)先設(shè)計(jì)的速度特性曲線運(yùn)動(dòng)。
[0034] 2、滿足預(yù)先設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)就是在壓腳驅(qū)動(dòng)塊與壓腳接觸之后運(yùn)動(dòng)速度與針桿的運(yùn) 動(dòng)速度相同，而使通過(guò)彈簧連接在針桿上的壓腳的沖擊減小，并有一個(gè)平穩(wěn)的過(guò)度時(shí)期，使 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的振動(dòng)與沖擊減到最小。
[0035] 3、使用非圓齒輪設(shè)計(jì)針桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)也使得對(duì)于其他要求的速度特性曲線運(yùn)動(dòng)提 供了思路。如需要設(shè)計(jì)某一段速度滿足具體的曲線，通過(guò)重新改變六桿機(jī)構(gòu)桿長(zhǎng)和位置來(lái)