CN104652053A - 一种在上极限位置具有停顿功能的六杆穿料机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在上极限位置具有停顿功能的六杆穿料机构，适合于现有穿料机构技术的改造和新机设计，其设计原理是使用曲柄摇杆机构的连杆曲线，在连杆上一点作近似圆弧段运动，在该连杆点接一组双杆组件和针杆，取双杆组件的长度近似等于该圆弧段半径值，那么针杆在上极限位置具有近似停顿性能。让针杆在上极限位置作近似停顿，是为了在针杆的工作行程区域内更快完成穿料动作。针杆在上极限位置近似停顿角度长，等于缩短工作行程区域内的停留时间，针杆在工作行程区域内速度加快，针杆在缝料内停留时间缩短，意味着更快地完成针杆穿缝料动作。同时从缝纫性能考虑，针杆刺穿缝料的速度越大，针杆的动能就越大，刺穿缝料的穿透力更大。

Description

一种在上极限位置具有停顿功能的六杆穿料机构

技术领域

  本发明涉及一种应用在模板缝纫机上的穿料机构，具体涉及一种在上极限位置具有停顿功能的六杆穿料机构。

背景技术

智能模板缝纫机要求针杆在缝料中的停留时间短，留给送料机构的送料时间长。根据缝纫工艺要求，针杆进入缝料后，送料动作必须停止，不得送料，只有当针杆退出缝料后，送料机构才能开始送料。针杆停留在缝料中的时间越长，留给送料机构的送料时间就越短，因此，必须提高送料机构的速度，但现有的传统模板缝纫机在送料的两个方向上采用两只电机，两只电机反复启动、停机，反复动作需要耗费时间，限制了送料速度的提高。如今模板缝纫机发展的主要障碍是机构的送料速度不高，这限制了模板缝纫机的运行速度。因此，模板缝纫机要求针杆在工作行程缝料中滞留的时间短一些，下穿速度高一点。

穿料机构安装在模板缝纫机上轴与针杆之间，穿料机构把上轴的回转运动转换成针杆的往复运动，实现针杆刺穿缝料的动作，而后退出缝料。现有技术中多数穿料机构由四杆曲柄滑块机构和针杆往复系统组成，其针杆在上极限位置不具有近似停顿的功能，导致针杆在工作行程区域内的停留时间较长，完成穿料动作的速度相对较慢。

发明内容

为了满足上述需求，本发明旨在提供一种在上极限位置具有停顿功能的六杆穿料机构，利用曲柄摇杆机构的连杆三角形上一点作近似圆弧段运动，在该点接一组连杆滑块杆件，那么输出滑块在针杆上极限位置的邻近区域近似不动，实现了针杆下穿缝料速度快和在缝料区停留时间短的特点。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

    一种在上极限位置具有停顿功能的六杆穿料机构，由作为第一级杆件的曲柄摇杆机构和作为第二级杆件的双杆组件组成，所述曲柄摇杆机构包括曲柄、连杆三角形和摇杆，所述连杆三角形由第一连杆、第二连杆和第三连杆两两连接而成，所述第一连杆两端分别连接所述曲柄的一端和所述摇杆的一端，所述曲柄另一端与固定机架上的曲轴铰接，所述摇杆另一端与固定在机架上的摇轴铰接，所述双杆组件的一端铰接在所述第二连杆与所述第三连杆的连接点上，所述双杆组件的另一端与一可在机架上滑动的针杆（滑块）连接。

 进一步的，所述曲柄摇杆机构各杆件的几何尺寸满足下列条件，以所述曲柄长度为基准：

LAB = 8-12毫米；

LBC = 2.7×LAB - 3.0×LAB；

LCD = LBC；

LAD = 3.6×LAB-3.9×LAB；

    其中，LAB表示所述曲柄的长度，LBC表示所述第一连杆的长度，LCD表示所述摇杆长度，LAD表示所述曲轴与所述要摇轴之间机架的长度。

进一步的，所述连杆三角形满足下列条件：

LCF = LBC；

其中，LBC表示所述第一连杆的长度，LCF表示所述第三连杆的长度。

作出随所述曲柄运动的所述连接点的轨迹曲线，取该轨迹曲线的近似圆弧段，在近似圆弧段上按间隔30 o对应取三个点，求出这三个点组成圆弧段的半径。

进一步的，所述双杆组的几何尺寸满足下列条件：

取所述双杆组件的长度等于上述该圆弧段半径值。

变动所述连接点的位置，变动所述针杆（滑块）的X位置，连杆曲线随之变动，每次变动求出所述针杆（滑块）的位移曲线。连杆曲线逼近的目标是所述针杆（滑块）在上极限位置邻近的位移曲线趋于平坦。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明适合于现有穿料机构技术的改造和新机设计，使用曲柄摇杆机构的连杆曲线，在连杆上一点作近似圆弧段运动，在该连杆点接一组双杆组件和针杆，取双杆组件的长度近似等于该圆弧段半径值，那么针杆在上极限位置具有近似停顿性能。

让针杆在上极限位置作近似停顿，是为了在针杆的工作行程区域内更快完成穿料动作。针杆在上极限位置区作小幅动作，针杆在上极限位置近似停顿角度长，等于缩短工作行程区域内的停留时间，针杆在工作行程区域内速度加快，针杆在缝料内停留时间缩短，意味着更快地完成针杆穿缝料动作。同时从缝纫性能考虑，针杆刺穿缝料的速度越大越好，速度大，针杆的动能大，刺穿缝料的穿透力更大。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为正置曲柄滑块穿料机构的原理示意图；

图2为正置曲柄滑块穿料机构的针杆的位移曲线；

图3为本发明六杆穿料机构的运动原理图；

图4为本发明六杆穿料机构的针杆位移曲线；

图5为正置曲柄滑块穿料机构的针杆速度曲线；

图6为本发明六杆穿料机构的针杆速度曲线。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

模板缝纫机一般采用结构最简单的正置曲柄滑块机构，图1表示正置曲柄滑块刺料机构的原理示意图，参见图1所示，上轴G带着曲柄GH以角速度ω 逆时针方向转动，通过连杆HI带动滑块I (即针杆)作上下往复直线运动。

如图1采用坐标系AXY，取上轴G的回转中心为坐标原点。图中I₂表示滑块I的上极限位置，I₁表示滑块I的下极限位置。在研究缝纫机各机构运动配合时，以穿料针杆下极限位置作为运动的起始位置，曲柄GH的转角θ以针杆最低位置为运动的起始位置0°。

图2表示正置曲柄滑块穿料机构的滑块I（针杆）的位移曲线。正置曲柄滑块机构的滑块动程等于曲柄长度的两倍，上下极限位置之间的间距就是滑块（针杆）的动程，参见图2所示，针杆的动程约20.5毫米。针杆的运动性能接近简谐运动，机构运动比较平稳，其加速度变化也比较平稳。

图3表示本发明的六杆穿料机构的运动原理图。本发明的六杆穿料机构在针杆上极限位置具有停顿的性能，其设计原理为：六杆穿料机构使用曲柄摇杆机构的连杆曲线，在连杆上一点作近似圆弧段运动，在该连杆点接一组双杆组件和针杆（滑块），取双杆组件的长度近似等于该圆弧段半径值，那么针杆（滑块）在上极限位置就具有近似停顿性能。

参见图3所示，一种在上极限位置具有停顿功能的六杆穿料机构，由作为第一级杆件的曲柄摇杆机构ABCD和作为第二级杆件的双杆组件FE组成，所述曲柄摇杆机构ABCD包括曲柄AB、连杆三角形△BCF和摇杆CD，所述连杆三角形△BCF由第一连杆BC、第二连杆BF和第三连杆CF两两连接而成，所述第一连杆BC两端分别连接所述曲柄AB的一端和所述摇杆CD的一端，所述曲柄AB另一端与固定机架上的曲轴A铰接，所述摇杆CD另一端与固定在机架上的摇轴D铰接，所述双杆组件FE的一端铰接在所述第二连杆BF与所述第三连杆CF的连接点F上，所述双杆组件FE的另一端与一可在机架上滑动的针杆E连接。所述连接点F是所述第一连杆BC上延伸出的一点，所述连接点F的平面运动经双杆组件FE带动所述针杆E作往复运动。

    进一步的，所述曲柄摇杆机构ABCD各杆件的几何尺寸满足下列条件，以所述曲柄AB长度为基准：

LAB = 8-12毫米；

LBC = 2.7×LAB - 3.0×LAB；

LCD = LBC；

LAD = 3.6×LAB-3.9×LAB；

其中，LAB表示所述曲柄AB的长度，LBC表示所述第一连杆BC的长度，LCD表示所述摇杆CD长度，LAD表示所述曲轴A与所述要摇轴D之间机架的长度。

进一步的，所述连杆三角形△BCF满足下列条件：

LCF = LBC；

其中，LBC表示所述第一连杆BC的长度，LCF表示所述第三连杆CF的长度。

作出随所述曲柄AB运动的所述连接点F的轨迹曲线，取该轨迹曲线的近似圆弧段，在近似圆弧段上按间隔30 o对应取三个点，求出这三个点组成圆弧段的半径。

对于铰接连杆机构，在多数场合可以寻找到特定的连杆曲线，在个别区段上达到机构的动作要求，如穿料机构的工艺要求是针杆快速穿入缝料、针杆停留在缝料中的时间越短越好、在上极限位置的近似停顿时间长。铰接连杆机构的连杆曲线指铰接四杆机构连杆延伸面上某点的轨迹，连杆曲线的形状和尺寸取决于四杆长度、连杆三角形另二边的长度等六个参数，利用连杆曲线的特性能近似地实现穿料机构的运动和缝纫工艺要求。铰接四杆机构简单，转动副连接方式容易实现，且转动副受力平滑、少冲击。

进一步的，有了铰接四杆机构和连杆三角形，下一步就是构成第二级杆件，所述双杆组FE的几何尺寸满足下列条件：

取所述双杆组件FE的长度等于上述该圆弧段半径值。

变动所述连接点F的位置，变动所述针杆E的X位置，连杆曲线随之变动，每次变动求出所述针杆E（滑块）的位移曲线。连杆曲线逼近的目标是所述针杆E（滑块）在上极限位置邻近的位移曲线趋于平坦。

图4表示本发明六杆穿料机构的针杆位移曲线，与图2相比，本发明的六杆穿料机构的针杆位移曲线与正置曲柄滑块穿料机构的针杆位移曲线有两个区别：

1、针杆停在缝料中的时间长短，本发明的六杆穿料机构约131°，而正置曲柄滑块穿料机构约180°。

2、本发明的六杆穿料机构的针杆在上极限位置附近有近似停留时间，而正置曲柄滑块穿料机构在上极限位置呈现为简谐曲线头部的形状。

对于智能模板缝纫机，送料机构不再采用单纯机械传动，改用伺服电机或步进电机驱动机械部件，在数毫秒时间内X、Y两个方向的电机需要反复启动和停顿，因此要求留给送料机构的送料时间越长越好。针杆停在缝料中的时间越短，留给送料机构的送料时间就越长。

在针杆上极限位置停顿是为了在下极限位置邻近区域更快完成穿料、退料动作，针杆在上极限位置邻近区稍作摆动，针杆在缝料内停留时间可以短，更快地完成针杆穿透缝料动作。用铰接六连杆机构能近似实现给定轨迹，理论上有精确的设计要求，实际上寻找不到满足精确要求的机构，特点是近似，这适用于模板缝纫机设计，模板缝纫机要求完成缝纫特定的动作，但完成动作的精度不是很高。

图5表示正置曲柄滑块穿料机构的针杆速度曲线，图6表示本发明六杆穿料机构的针杆速度曲线，图5与图6相比，本发明的六杆穿料机构的针杆速度曲线与正置曲柄滑块穿料机构的针杆速度曲线有三个区别：

1、针杆下刺穿缝料时，本发明六杆穿料机构的针杆速度曲线最高速度约3.25米/秒，针杆回升时速度约2.06米/秒；而正置曲柄滑块穿料机构的针杆速度曲线的最高向上速度和最高向下速度几乎相等约2米/秒。

2、本发明六杆穿料机构的针杆在上极限位置附近有近似停留时间，速度变化很慢，在25°范围内速度变化小于0.1米/秒。

3、本发明六杆穿料机构的针杆下刺穿缝料的速度比正置曲柄滑块穿料机构的针杆速度高60%。

从针杆尖接触缝料开始到针杆下极限位置为止的针杆工作行程，要求针杆在缝料中滞留的时间短一些，因此模板缝纫机缝纫工艺要求缩短针杆在针板平面以下的角度。

    从缝纫性能考虑，针杆刺穿缝料的速度越大越好。速度大，针杆所获得的动能也大，可以获得较大的刺穿力。从对比速度曲线可以看出，本发明六杆穿料机构的针杆刺穿缝料时的速度大得多。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所作出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种在上极限位置具有停顿功能的六杆穿料机构，其特征在于：由作为第一级杆件的曲柄摇杆机构（ABCD）和作为第二级杆件的双杆组件（FE）组成，所述曲柄摇杆机构（ABCD）包括曲柄（AB）、连杆三角形（△BCF）和摇杆（CD），所述连杆三角形（△BCF）由第一连杆（BC）、第二连杆（BF）和第三连杆（CF）两两连接而成，所述第一连杆（BC）两端分别连接所述曲柄（AB）的一端和所述摇杆（CD）的一端，所述曲柄（AB）另一端与固定机架上的曲轴（A）铰接，所述摇杆（CD）另一端与固定在机架上的摇轴（D）铰接，所述双杆组件（FE）的一端铰接在所述第二连杆（BF）与所述第三连杆（CF）的连接点（F）上，所述双杆组件（FE）的另一端与一可在机架上滑动的针杆（E）连接。

2. 根据权利要求1所述的在上极限位置具有停顿功能的六杆穿料机构，其特征在于，所述曲柄摇杆机构（ABCD）各杆件的几何尺寸满足下列条件，以所述曲柄（AB）长度为基准：

LAB = 8-12毫米；

LBC = 2.7×LAB - 3.0×LAB；

LCD = LBC；

LAD = 3.6×LAB-3.9×LAB；

其中，LAB表示所述曲柄（AB）的长度，LBC表示所述第一连杆（BC）的长度，LCD表示所述摇杆（CD）长度，LAD表示所述曲轴（A）与所述要摇轴（D）之间机架的长度。

3.根据权利要求1所述的在上极限位置具有停顿功能的六杆穿料机构，其特征在于，所述连杆三角形（△BCF）满足下列条件：

LCF = LBC；

其中，LBC表示所述第一连杆（BC）的长度，LCF表示所述第三连杆（CF）的长度。

4.根据权利要求3所述的在上极限位置具有停顿功能的六杆穿料机构，其特征在于，所述双杆组（FE）的几何尺寸满足下列条件：

作出随所述曲柄（AB）运动的所述连接点（F）的轨迹曲线，取该轨迹曲线的近似圆弧段，在近似圆弧段上按间隔30 o对应取三个点，求出这三个点组成圆弧段的半径，取所述双杆组件（FE）的长度等于该圆弧段半径值。