平面連桿停歇機構(gòu)設(shè)計探究

袁健博

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?基于對相關(guān)資料的查閱和學(xué)習(xí)，首先從理論角度出發(fā)，對平面連桿機構(gòu)的優(yōu)勢和缺陷進(jìn)行闡述，然后從成圈工藝過程、成圈機件運動要求兩個方面進(jìn)行分析，最后對平面連桿停歇機構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。

[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?平面六連桿機構(gòu);停歇;少梳櫛經(jīng)編機

[中圖分類號] ?TH112 ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼] ?A ? ? ? ? ? ?[文章編號] ?2096-0603（2019）13-0112-02

一、緒論

平面連桿機構(gòu)在當(dāng)今社會應(yīng)用廣泛。小到智能掃地機器人、大到工程制造機械，簡單到雨傘的伸展支架、復(fù)雜到火星探測機械，都有著平面連桿機構(gòu)的身影。隨著“中國制造2025”的提出，我國關(guān)于機械制造業(yè)領(lǐng)域傾斜的資源也將越來越大，作為用途廣泛的平面機構(gòu)，針對平面連桿機構(gòu)進(jìn)行設(shè)計改進(jìn)和優(yōu)化，無異于提高各類機械、儀表和機電產(chǎn)品的使用效率。本文正是基于這種理念，對紡織業(yè)常見的少梳櫛經(jīng)編機中的成圈運動裝置進(jìn)行設(shè)計方面的改進(jìn)，對平面六連桿停歇機構(gòu)進(jìn)行全面的分析，并對平面六連桿運動鏈的對應(yīng)機構(gòu)進(jìn)行詳實的論證。

二、平面連桿機構(gòu)的優(yōu)勢和缺陷

平面連桿機構(gòu)因為其獨特的傳動特點，被研究人員應(yīng)用到社會的各個領(lǐng)域中。相較于其他平面機構(gòu)，平面連桿機構(gòu)的特點主要表現(xiàn)為如下幾個方面。（1）平面連桿機構(gòu)不需要對原動件的位置進(jìn)行相應(yīng)的改變，就可以對運動軌跡輸出進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，這種形式大大加強了機構(gòu)運動的靈活性，能夠根據(jù)實際情況的不同調(diào)整機械功能。（2）平面連桿機構(gòu)的應(yīng)用結(jié)構(gòu)形式隨著應(yīng)用的不同呈現(xiàn)多樣化的趨勢。平面連桿機構(gòu)整體由多種多樣的構(gòu)件構(gòu)成，這些構(gòu)件會隨著尺寸的不同產(chǎn)生出不同樣式的連桿曲線，用以應(yīng)對實際情況的需要。研究人員通過對構(gòu)建尺寸和連桿曲線進(jìn)行修改，就可以改變連桿機構(gòu)的運動要求和工作性能。（3）平面連桿機構(gòu)的承載力非常強，因為其中間構(gòu)件的面接觸都是通過運動副元素來進(jìn)行。所以平面連桿機構(gòu)在大多數(shù)情況下滿足不同荷載的運動要求，以便于潤滑，同時不同機構(gòu)在運動時構(gòu)件間的接觸面所受的壓力處于允許范圍內(nèi)，從而降低機構(gòu)的磨損比。（4）平面連桿機構(gòu)各個構(gòu)件之間的連接不需要其他的鎖合裝置，而是通過自身構(gòu)件之間的不同幾何鎖合來實現(xiàn)，大大增強了平面連桿機構(gòu)的可拆卸性。（5）平面連桿機構(gòu)能夠?qū)ζ錁?gòu)件和運動參數(shù)進(jìn)行及時的調(diào)整，這是由于平面連桿機構(gòu)的運動控制能力相較于其他機構(gòu)有明顯的提高，工程人員可以依據(jù)此對機構(gòu)的適應(yīng)性進(jìn)行調(diào)整，滿足不同情況下的各種需求。（6）平面連桿機構(gòu)的行程擴(kuò)大方式可以通過加長平面連桿機構(gòu)的桿長來實現(xiàn)，并以此實現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的動作傳遞。在生產(chǎn)生活中，平面連桿機構(gòu)的行程可以依據(jù)生產(chǎn)工藝的要求隨時進(jìn)行調(diào)整。

憑借著經(jīng)濟(jì)的成本、制造加工的方便、整體結(jié)構(gòu)形式的簡單和安裝修理的靈活，平面連桿機構(gòu)一直被研究人員所關(guān)注，并以此對各類機械設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)。但這并不是說平面連桿機構(gòu)沒有缺點，在設(shè)計、安裝和運行過程中，平面連桿機構(gòu)的缺點同樣非常明顯：（1）平面連桿機構(gòu)的設(shè)計過程相當(dāng)復(fù)雜，需要設(shè)計人員耗費大量精力去推導(dǎo)。設(shè)計稍有差池，就容易產(chǎn)生給定運動要求不夠精確的情況。（2）平面連桿機構(gòu)的幾何鎖合不可避免地會出現(xiàn)間隙，并且隨著平面連桿機構(gòu)的復(fù)雜程度而逐漸增加，這是因為運動構(gòu)件的增多帶動了運動副數(shù)的增加，造成了平面連桿機構(gòu)整體的自鎖幾率大大提高。并且這個結(jié)果也會導(dǎo)致平面連桿機構(gòu)的整體敏感性大大增加，當(dāng)誤差出現(xiàn)后平面連桿機構(gòu)無法有效地對誤差進(jìn)行修正。除此之外，外部環(huán)境的干擾也會增加機構(gòu)的彈性形變和動載荷。（3）平面連桿機構(gòu)的復(fù)雜往復(fù)運動本質(zhì)是不同構(gòu)建的配合，而各個構(gòu)建本身都在進(jìn)行變速運動，很容易出現(xiàn)某個構(gòu)建運動速度出現(xiàn)突然變化的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象很容易影響到平面連桿機構(gòu)的整體運行，雖然這類變化會被慣性力所抵消，但還是會產(chǎn)生振動、噪音和沖擊現(xiàn)象，進(jìn)而影響平面連桿機構(gòu)的效率。（4）在平面連桿機構(gòu)運行的過程中，運動的傳遞經(jīng)過了大多數(shù)構(gòu)建，很容易延長傳遞運動的路線長度，從而增大累積誤差出現(xiàn)的幾率，進(jìn)而影響機構(gòu)傳遞的效率。所以設(shè)計平面連桿機構(gòu)時，需要解決以上四個問題。

三、平面連桿停歇機構(gòu)的設(shè)計

本文主要對紡織業(yè)常見的少梳櫛經(jīng)編運動裝置進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計，具體分為如下幾個步驟。

（一）成圈工藝過程分析

少梳櫛經(jīng)編機的成圈構(gòu)建共分為槽針、針芯、導(dǎo)紗針、沉降和脫圈板。

1.初始位置，此時槽針處于最低位置（即脫圈位置），針芯的針尖正好處于與槽針的針鉤頭封口的位置，沉降片處于握持線圈的位置，導(dǎo)紗針處于最機前。

2.沉降右極限，此時槽針開始上升，針芯向下運動，槽針針鉤頭與針芯針尖頭分離，導(dǎo)紗針此時在機前的右極限位置處停歇，沉降向機前方向擺動直至機前的右極限位置。沉降片的作用是握持舊線圈的延展線，防止舊線圈隨著槽針一起上升。

3.針芯開始上升，在槽針上升的同時，針芯先是下降到達(dá)最低點后并開始向上逐漸上升，不過針芯的針尖頭頂端并沒有露出槽針的針槽溝，此時導(dǎo)紗針仍在機前的右極限位置處停歇。

4.導(dǎo)紗針開始擺動，在槽針和針芯同時上升時，導(dǎo)紗針此時開始向針前順時針擺動以準(zhǔn)備進(jìn)行針前墊紗，并且沉降片要向機后退一些距離以放松所握住的線圈，從而減少線圈對槽針和針芯上升時的拉力，以防槽針和針芯產(chǎn)生形變。

5.沉降停歇，此時槽針和針芯繼續(xù)一起上升，導(dǎo)紗針繼續(xù)向針前順時針擺動，此時沉降片開始停歇。

6.槽針停歇，此時槽針上升到最高點并開始停歇，針芯則繼續(xù)上升，導(dǎo)紗針此時繼續(xù)向針前運動，同樣地，沉降仍繼續(xù)停歇。

7.針芯停歇，在導(dǎo)紗針即將到達(dá)機后左極限位置時，針芯上升到最高點并開始停歇，在梳櫛導(dǎo)紗針進(jìn)行針前墊紗的過程中，槽針和針芯會一直處于停歇狀態(tài)。

8.導(dǎo)紗針左極限，此時導(dǎo)紗針向針前順時針擺動到左極限位置，即刻開始反方向逆時針擺動對槽針進(jìn)行針前墊紗，此時槽針和針芯在各自的最高位置處停歇。

9.槽針開始下降，此時槽針開始向下運動，針芯仍處于停歇位置，此時沉降片會向機后移動以放松握持著的線圈，導(dǎo)紗針順時針向機前右極限位置擺動。

10.針芯開始下降，此時槽針下降了一段時間后，針芯開始和槽針一起下降，不過針芯下降的速度比槽針稍慢，直到槽針針鉤尖和針芯針尖頭相遇，此時槽針的針鉤尖口完全封閉，舊線圈套圈，然后兩者以相同的速度下降。

11.導(dǎo)紗針右極限，隨著槽針和針芯仍在繼續(xù)下降，導(dǎo)紗針將再次擺動到槽針的右側(cè)，開始對槽針進(jìn)行針背墊紗。

12.沉降左極限，此時沉降向機后擺動直至機后左極限位置，舊線圈從針桿上沿著針芯向上滑動，脫圈板將舊線圈向上抬加速套圈進(jìn)行。

13.針背墊紗結(jié)束，針背墊紗結(jié)束后，導(dǎo)紗針將在右極限位置處停歇，此時導(dǎo)紗針處于槽針的右側(cè)方位，沉降片向機前運動至握持線圈位置，脫圈板牽拉舊線圈，隔開新舊線圈，槽針和針芯此時仍以相同的速度一起不斷下降。

14.運動至開始狀態(tài)，此時槽針下降至起始最低的位置，針芯、沉降片和導(dǎo)紗針也紛紛到達(dá)了與開始位置相同的位置，至此后針床成圈機件的成圈運動己經(jīng)結(jié)束。

（二）成圈機件運動要求分析

1.槽針和針芯運動要求

槽針的運動要求是具有一次停歇的上下方向往復(fù)運動。槽針固定安裝在槽針床上，槽針床繞固定支點（即槽針軸）擺動，運動軌跡為以固定支點為圓心的圓弧，運動軌跡圓弧長度即為槽針的運動動程。針芯有著和槽針相類似的運動要求，即也是同樣的在上下方向作往復(fù)的運動。針芯固定安裝在針芯床上，并繞固定支點 （即針芯軸）擺動，運動軌跡圓弧長度即為針芯的運動動程。

2.沉降和梳櫛運動要求

沉降的運動要求是具有一次停歇的左右方向作往復(fù)直線擺動的運動。沉降固定安裝在沉降床上，并繞固定支點（即沉降軸）擺動運動軌跡以固定支點為圓心的圓弧，運動軌跡圓弧長度即為沉降的運動動程。梳櫛有著和沉降相類似的運動要求，即也是在左右方向作往復(fù)直線擺動的運動。梳櫛固定安裝在梳櫛床上，梳櫛床繞固定支點 （即梳櫛擺動軸）擺動，運動軌跡為以固定支點為圓心的圓弧，運動軌跡圓弧長度即為梳櫛的運動動程。

（三）機構(gòu)綜合

本次設(shè)計中運動鏈的連桿配方案可以表示為：

AL=[NL2/NL3/NL4/NL5…/NLm]

其中AL為成圈運動機件中連桿的數(shù)目和類型，NL2…NLm表示為二副桿到m副桿的連桿數(shù)目。其中對槽針、針芯、梳櫛和沉降機構(gòu)要求的運動動程為14mm、8mm、19mm和4.5mm，停歇時間為107'、120'、37'和109'。

在每一個停歇機構(gòu)中，其內(nèi)部每級的四連桿都有內(nèi)死點和外死點兩個特殊點，這兩個特殊點代表兩個極限位置。一般情況下，兩級連桿機構(gòu)組合后會出現(xiàn)內(nèi)死點—外死點、內(nèi)死點—內(nèi)死點、外死點—內(nèi)死點和外死點—外死點四種情況，只有連桿運動到這些地方才能實現(xiàn)停歇。在本次設(shè)計中，槽針、針芯、沉降和梳櫛四種運動機構(gòu)尺度均為外死點—外死點，方便實現(xiàn)誤差最小化。

（四）結(jié)構(gòu)設(shè)計

少梳櫛經(jīng)編機成圈運動機件有槽針、針芯、沉降、梳櫛導(dǎo)紗針，槽針安裝在槽針床上的針槽中，通過槽針壓板進(jìn)行固定，針芯被針芯壓板固定在針芯床，沉降片安裝在沉降床上，由沉降壓板進(jìn)行固定，導(dǎo)紗針通過螺釘固定在導(dǎo)紗支座上，導(dǎo)紗支座固定在梳櫛上，從而實現(xiàn)連桿機構(gòu)的高效化。

總而言之，平面連桿機構(gòu)是機械工程系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)，提升平面連桿機構(gòu)的合理性和高效性，就需要從設(shè)計方面著手，綜合全面的優(yōu)化和改進(jìn)來提高平面連桿機構(gòu)的整體質(zhì)量。同時相關(guān)人員還需要了解國內(nèi)外的先進(jìn)技術(shù)，全方位地提升自身的職業(yè)素養(yǎng)水平，以此來推動我國機械工程發(fā)展和進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)：

[1]沈惠平，李密，王敏其，等.多梳櫛經(jīng)編機成圈運動及其機構(gòu)分析與設(shè)計[J].中國機械工程，2015，26（11）：1457-1463，1470.

[2]周進(jìn)，趙紅霞，劉亞莉，等.多軸向經(jīng)編機槽針運動機構(gòu)的設(shè)計[J].針織工業(yè)，2015（9）：24-29.

[3]楊玉萍，吳云，曹清林.平面六連桿開口機構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計[J].南通工學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），1996（3）：10-15.

[4]周井玲，劉延山，曹清林，等.含一個移動副平面四連桿機構(gòu)對稱連桿曲線的研究[J].江蘇理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），1999（2）：37-43.

編輯 李 靜