繡花機針桿與壓腳聯(lián)合驅(qū)動機構(gòu)及其設計方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于機械技術(shù)領域，涉及繡花機，具體涉及一種繡花機針桿與壓腳聯(lián)合驅(qū) 動機構(gòu)及其設計方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電腦繡花機是當代最先進的繡花機械，它能使傳統(tǒng)的手工繡花得到高速度、高效 率的實現(xiàn)，并且還能實現(xiàn)手工繡花無法達到的"多層次、多功能、統(tǒng)一性和完美性"的要求。
[0003] 電腦繡花機的主運動與縫紉機類似，主要的繡花動作分為面線和底線的運動。而 針桿的運動是按一定運動規(guī)律的上下往復運動。在傳統(tǒng)的繡花機中針桿上連著壓腳，針桿 由針桿驅(qū)動機構(gòu)帶動運動，壓腳在針桿下落過程的前一段時間里與針桿一同運動，而與壓 腳驅(qū)動機構(gòu)的滑塊是分離的。而在下落一段過程之后壓腳驅(qū)動滑塊與壓腳接觸并決定壓腳 的運動。在這個接觸的過程中由于設計的原因很難避免沖擊，而這是造成繡花機振動的重 要原因。所以需要在設計時盡量減小沖擊，這就需要從針桿驅(qū)動機構(gòu)或者壓腳驅(qū)動機構(gòu)入 手?，F(xiàn)在一般的針桿驅(qū)動機構(gòu)是一個六桿機構(gòu)，而壓腳驅(qū)動機構(gòu)一般是一個凸輪連桿機構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種繡花機針桿與壓腳聯(lián)合驅(qū)動機構(gòu) 及其設計方法，通過分析壓腳驅(qū)動機構(gòu)的運動特性以及針桿驅(qū)動機構(gòu)和壓腳驅(qū)動機構(gòu)的配 合運動，得到針桿驅(qū)動機構(gòu)的運動特性，然后根據(jù)針桿預先要求的特性曲線，計算出從動非 圓齒輪轉(zhuǎn)動中心到豎直滑軌的距離和非圓齒輪副的節(jié)曲線，實現(xiàn)針桿運動特性曲線按照預 先設計的特性曲線運動，配合凸輪連桿壓腳驅(qū)動機構(gòu)的運動特性，從而減小壓腳與壓腳驅(qū) 動滑塊接觸時的速度差，減小沖擊。
[0005] 為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0006] 本發(fā)明的繡花機針桿與壓腳聯(lián)合驅(qū)動機構(gòu)，包括非圓齒輪-曲柄滑塊針桿驅(qū)動機 構(gòu)、針桿和壓腳驅(qū)動機構(gòu);所述的非圓齒輪-曲柄滑塊針桿驅(qū)動機構(gòu)包括主動非圓齒輪、主 軸、從動非圓齒輪、從動軸、第一連桿和第一滑塊;所述的主軸與從動軸均通過軸承支承在 機架上;所述的主動非圓齒輪固接在主軸上，并與固接在從動軸上的從動非圓齒輪嚙合;所 述第一連桿的一端與從動非圓齒輪鉸接，另一端與第一滑塊鉸接;所述的第一滑塊與機架 的豎直滑軌構(gòu)成滑動副，并與固接在針桿上的死點塊固接;所述的壓腳驅(qū)動機構(gòu)包括凸輪、 滾子、三眼連桿、第二連桿、壓腳驅(qū)動塊、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端部分別與滾子、機架和第二連桿的一端鉸接;第 二連桿的另一端與壓腳驅(qū)動塊鉸接;針桿豎直設置，彈簧套置在針桿上;第二滑塊與針桿構(gòu) 成滑動副，并通過彈簧連接;所述的第二滑塊與壓腳固接。
[0007] 所述從動非圓齒輪的轉(zhuǎn)動中心到機架豎直滑軌的距離大于或等于5_。
[0008] 繡花機針桿與壓腳聯(lián)合驅(qū)動機構(gòu)的設計方法，具體步驟如下：
[0009] 步驟一:分析壓腳驅(qū)動機構(gòu)的運動特性。
[0010]壓腳驅(qū)動機構(gòu)中，根據(jù)繡花機尺寸給定凸輪轉(zhuǎn)動中心和三眼連桿在機架上鉸鏈中 心的連線與水平線所成的角度01、滾子轉(zhuǎn)動中心和三眼連桿在機架上鉸鏈中心的連線與三 眼連桿在機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)動中心到三眼連桿在機架上鉸鏈中心的距離In、滾子轉(zhuǎn)動中心到三眼連桿在機架上鉸鏈 中心的距離I 13、三眼連桿在機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I 15、三眼連桿在機架上的鉸鏈中心到機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)動時刻發(fā)生改變，但可根據(jù)凸輪輪廓計算出，進而進 行下列計算：
[0015] 式中，(^為凸輪轉(zhuǎn)動中心和滾子轉(zhuǎn)動中心的連線與凸輪轉(zhuǎn)動中心和三眼連桿在機 架上鉸鏈中心的連線之間的夾角，02為凸輪轉(zhuǎn)動中心和三眼連桿在機架上鉸鏈中心的連線 與滾子轉(zhuǎn)動中心和三眼連桿在機架上鉸鏈中心的連線之間的夾角，Ct 3為滾子轉(zhuǎn)動中心和三 眼連桿在機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
進而可得壓腳驅(qū)動塊在豎 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] 由位移對時間t求導可以得到壓腳驅(qū)動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)動塊速度，對第一滑塊的理 想速度曲線進行設計計算。
[0023] 需保證主軸轉(zhuǎn)角為至釣pl +30 °時壓腳驅(qū)動塊與第二滑塊接觸，flpl =95.68°， 因為第二滑塊與第一滑塊保持一致運動，所以設定主軸的轉(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)對應的速度已確定;而且壓腳驅(qū)動塊與第二滑塊接觸 時第一滑塊的位置根據(jù)彈簧的長度可確定，第一滑塊處在最高點的位置和對應的主軸轉(zhuǎn) 角、第一滑塊處在最低點的位置和對應的主軸轉(zhuǎn)角根據(jù)繡花機尺寸給定。第一滑塊從最高 點到壓腳驅(qū)動塊與第二滑塊開始接觸點的速度變化曲線、從壓腳驅(qū)動塊與第二滑塊開始分 離點到最低點的速度曲線、從最低點到最高點的速度曲線分別由滿足對應曲線段端點條件 的多項式函數(shù)確定。
[0024] 步驟三:得到第一滑塊的理想速度曲線后，通過反求確定非圓齒輪副的傳動比，從 而計算非圓齒輪副的節(jié)曲線。
[0025] 將從動非圓齒輪、第一連桿和第一滑塊簡化為曲柄滑塊機構(gòu)，設定第一連桿與從 動非圓齒輪的鉸接點M至從動非圓齒輪轉(zhuǎn)動中心的偏距I 21，第一連桿的長度I22;由第一滑 塊在最低點位置的位移與在最高點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非圓齒輪轉(zhuǎn)動中心到豎直滑軌的距離^、第一滑塊運動的最 低點位置L與從動非圓齒輪轉(zhuǎn)動中心在豎直滑軌上的垂足C點的距離Ια。
[0028] 由曲柄滑塊機構(gòu)的封閉矢量方程可知
〇為從動非圓齒輪的轉(zhuǎn)動中心，N為第一滑塊的當前位置，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)動塊與第二滑塊的接觸位置。由此可解得從動非圓齒輪的轉(zhuǎn)角朽關(guān)于主軸 轉(zhuǎn)角約的函數(shù)表達式，進而計算出非圓齒輪副的傳動比
分別為 主軸和從動非圓齒輪的角速度，其中，《:的值可由主軸轉(zhuǎn)速換算得到。
[0031] 預設非圓齒輪副的中心距，可得主動非圓齒輪對應主軸轉(zhuǎn)角科的向徑為
從動非圓齒輪對應轉(zhuǎn)角％的向徑為r2 = a_n，進而求解主動非圓齒輪和從動非 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)明通過非圓齒輪的嚙合傳動，使主軸的勻速轉(zhuǎn)動經(jīng)過非圓齒輪副和曲柄滑 塊的傳動，帶動滑塊變速往復運動。使得滑塊能實現(xiàn)預先設計的速度特性曲線運動。
[0034] 2、滿足預先設計的優(yōu)點就是在壓腳驅(qū)動塊與壓腳接觸之后運動速度與針桿的運 動速度相同，而使通過彈簧連接在針桿上的壓腳的沖擊減小，并有一個平穩(wěn)的過度時期，使 機構(gòu)運動過程中的振動與沖擊減到最小。
[0035] 3、使用非圓齒輪設計針桿驅(qū)動機構(gòu)也使得對于其他要求的速度特性曲線運動提 供了思路。如需要設計某一段速度滿足具體的曲線，通過重新改變六桿機構(gòu)桿長和位置來