[发明专利]绣花机针杆与压脚联合驱动机构及其设计方法

摘要

本发明公开了绣花机针杆与压脚联合驱动机构及其设计方法。现有绣花机的压脚驱动滑块与压脚接触时很难避免冲击。本发明通过分析压脚驱动机构的运动特性以及针杆驱动机构和压脚驱动机构的配合运动，得到针杆驱动机构的运动特性，然后根据针杆预先要求的特性曲线，计算出从动非圆齿轮转动中心到竖直滑轨的距离和非圆齿轮副的节曲线，实现针杆运动特性曲线按照预先设计的特性曲线运动，配合凸轮连杆压脚驱动机构的运动特性，从而减小压脚与压脚驱动滑块接触时的速度差。本发明可实现在压脚与压脚驱动块接触时无冲击，在压脚下落的过程中实现平稳的过渡。

主权项

绣花机针杆与压脚联合驱动机构，包括非圆齿轮‑曲柄滑块针杆驱动机构、针杆和压脚驱动机构，其特征在于：所述的非圆齿轮‑曲柄滑块针杆驱动机构包括主动非圆齿轮、主轴、从动非圆齿轮、从动轴、第一连杆和第一滑块；所述的主轴与从动轴均通过轴承支承在机架上；所述的主动非圆齿轮固接在主轴上，并与固接在从动轴上的从动非圆齿轮啮合；所述第一连杆的一端与从动非圆齿轮铰接，另一端与第一滑块铰接；所述的第一滑块与机架的竖直滑轨构成滑动副，并与固接在针杆上的死点块固接；所述的压脚驱动机构包括凸轮、滚子、三眼连杆、第二连杆、压脚驱动块、弹簧和第二滑块；所述的凸轮固接在主轴上，滚子与凸轮构成凸轮副；所述三眼连杆的三个端部分别与滚子、机架和第二连杆的一端铰接；第二连杆的另一端与压脚驱动块铰接；针杆竖直设置，弹簧套置在针杆上；第二滑块与针杆构成滑动副，并通过弹簧连接；所述的第二滑块与压脚固接；绣花机针杆与压脚联合驱动机构的设计方法，具体步骤如下：步骤一：分析压脚驱动机构的运动特性；压脚驱动机构中，根据绣花机尺寸给定凸轮转动中心和三眼连杆在机架上铰链中心的连线与水平线所成的角度θ1、滚子转动中心和三眼连杆在机架上铰链中心的连线与三眼连杆在机架上的铰链中心和三眼连杆在第二连杆上铰链中心的连线之间的夹角θ2、凸轮转动中心到三眼连杆在机架上铰链中心的距离l11、滚子转动中心到三眼连杆在机架上铰链中心的距离l13、三眼连杆在机架上的铰链中心到三眼连杆在第二连杆上铰链中心的距离l14、第二连杆的杆长l15、三眼连杆在机架上的铰链中心到机架的竖直滑轨的距离h1；凸轮旋转中心到滚子中心的距离l12随凸轮转动时刻发生改变，但可根据凸轮轮廓计算出，进而进行下列计算：cosα1=l112+l122-l1322l11l12]]>cosα2=l112+l132-l1222l11l13]]>α3＝θ1‑α2α4＝α3‑θ2式中，α1为凸轮转动中心和滚子转动中心的连线与凸轮转动中心和三眼连杆在机架上铰链中心的连线之间的夹角，α2为凸轮转动中心和三眼连杆在机架上铰链中心的连线与滚子转动中心和三眼连杆在机架上铰链中心的连线之间的夹角，α3为滚子转动中心和三眼连杆在机架上铰链中心的连线与水平线所成的角度，α4为三眼连杆在机架上的铰链中心和三眼连杆在第二连杆上铰链中心的连线与水平线所成的角度；由矢量方法可得l14eiα4+l15eiα5=h1+xc1eπ2i]]>所以l14cosα4+l15cosα5＝h1，可得进而可得压脚驱动块在竖直方向上的位移：xc1＝l14 sinα4+l15 sinα5式中，α5为第二连杆与水平线所成的钝角；由位移对时间t求导可以得到压脚驱动块在竖直方向上的速度步骤二：结合针杆的刺布要求与步骤一得到的压脚驱动块速度，对第一滑块的理想速度曲线进行设计计算；需保证主轴转角为至时压脚驱动块与第二滑块接触，因为第二滑块与第一滑块保持一致运动，所以设定主轴的转速后，第一滑块的速度曲线中在主轴转角为至范围内对应的速度已确定；而且压脚驱动块与第二滑块接触时第一滑块的位置根据弹簧的长度可确定，第一滑块处在最高点的位置和对应的主轴转角、第一滑块处在最低点的位置和对应的主轴转角根据绣花机尺寸给定；第一滑块从最高点到压脚驱动块与第二滑块开始接触点的速度变化曲线、从压脚驱动块与第二滑块开始分离点到最低点的速度曲线、从最低点到最高点的速度曲线分别由满足对应曲线段端点条件的多项式函数确定；步骤三：得到第一滑块的理想速度曲线后，通过反求确定非圆齿轮副的传动比，从而计算非圆齿轮副的节曲线；将从动非圆齿轮、第一连杆和第一滑块简化为曲柄滑块机构，设定第一连杆与从动非圆齿轮的铰接点M至从动非圆齿轮转动中心的偏距l21，第一连杆的长度l22；由第一滑块在最低点位置的位移与在最高点位置的位移差值得到第一滑块的行程delta，由直角三角形的勾股定理可得以下方程组h22+lCL2=(l22+l21)2h22+(lCL-delta)2=(l22-l21)2]]>由该方程组可得从动非圆齿轮转动中心到竖直滑轨的距离h2、第一滑块运动的最低点位置L与从动非圆齿轮转动中心在竖直滑轨上的垂足C点的距离lCL；由曲柄滑块机构的封闭矢量方程可知即O为从动非圆齿轮的转动中心，N为第一滑块的当前位置，由此可得方程组：其中，表示第一连杆的转角，y表示第一滑块与C点的距离；由于y是主轴转角的函数，具体函数关系由第一滑块的速度与主轴转角之间的曲线方程积分得到，积分的边界条件为压脚驱动块与第二滑块的接触位置；由此可解得从动非圆齿轮的转角关于主轴转角的函数表达式，进而计算出非圆齿轮副的传动比ω1、ω2分别为主轴和从动非圆齿轮的角速度，其中，ω1的值可由主轴转速换算得到；预设非圆齿轮副的中心距，可得主动非圆齿轮对应主轴转角的向径为从动非圆齿轮对应转角的向径为r2＝a‑r1，进而求解主动非圆齿轮和从动非圆齿轮的节曲线。