机械创新设计的表达方法及典型实例-缝纫机

2机械创新设计的表达方法2.1表达在设计中的作用工程语言表达文字语言表达1）向设计者自己表达2）向合作者表达构思3）向实施者表达结果——沟通2.1表达在设计中的作用2.2黑箱表表示法机械设计过程可作为一待定的技术系统来处理2.3功能草图表示法首先确定功能要求，针对关键技术问题，根据功能要求绘制功能草图机械创新设计表达实例（一）——家用缝纫机关于缝纫机的发明1790年，英国首先发明了世界上第一台先打洞，后穿线，缝制皮鞋用的单线链式线迹手摇缝纫机。1841年，法国人发明了机针带钩子的链式线迹缝纫机。美国人伊莱亚斯·豪发明了世界上真正意义上的缝纫机（专利号：4750）。伊莱亚斯·豪生长于马萨诸塞州的斯宾塞，并于当地一家纺织厂由学徒工成长为一名能干的机械师。他潜心于缝纫机的研究，到1845年4月，终于创造出一台实用的缝纫机。1851年，美国工人艾洛克·梅里特·胜家发明了锁式线迹缝纫机，并成立了胜家公司。这一时期的缝纫机基本上是手摇式的。通过将缝线在缝料上的穿引，实现连接缝料的目的。家用缝纫机的主要功能典型的工艺类机器仿生学的失败——人工缝纫，用针尾引线，并用线反复穿刺进行缝纫。两点突破和创新——实现了机械化1.采用针尖引线代替针尾引线；2.采用双线（面线+底线）互锁交织——代替线的反复穿刺。普通针穿线方式缝纫机针穿线方式人工缝纫和缝纫机——线迹比较缝纫机线迹——上下两根缝线互连、交织手工线迹——一根线工艺原理示意图家用缝纫机的结构实照动力源——踏板机头——关键部件传动部分机身部分动力源——踏板工作台主机缝纫机踏板传递运动和动力原理曲柄摇杆机构摇杆连杆曲柄工业缝纫机JA型仿古手摇缝纫机JA型缝纫机采用手摇式杠杆传动，木质底座，使用方便，操作简单，维修方便，它不仅能进行一般的缝纫工作，而且还富有古董色彩，具有很高的欣赏价值。一、家用缝纫机的总功能缝纫机的总功能：将线按一定规律缝于缝料上。注意：可以是一根线，也可以是多根线，通过自连、互连或交织，在缝料上形成一定形式的线迹。家用缝纫机：上下两根缝线互相交织，交织点位于缝料中间的双线锁式线迹。家用缝纫机的特点线迹整齐美观，缝合牢固，缝纫迅速。应用较广泛。家用缝纫机属于精密的工艺类机器。一是运动构件精密，运动配合间隙在0.04～0.10mm之间；二是动作时间精密，如钩线等关键动作要求在0.005s内完成。二、家用缝纫机的功能分析1.主要功能1）引线功能：引面线造环2）钩线功能：钩面线扩环，使底、面线交织3）挑线功能：供给和回收面线4）送料功能：输送缝料1）引线功能作用：带动机针穿刺缝料引过面线。主要结构形式：曲柄滑块机构注意以下几个问题：机针的位置机针的工作原理与运动规律机针的结构线环形成过程机针位置实照机针针柄机针的工作原理与运动规律慢——快——慢——快——慢机针速度曲线机针运动曲线曲柄连杆式引线机构机针的运动规律曲柄连杆机构的动画缝纫机踏板传递动力、运动原理机针的运动规律为什么选：慢——快——慢——快——慢？1.机针针尖在刺过缝料时受到的阻力最大，这时机针速度越快越好——足够。所谓具有运动过程中的最大动能。在108°左右时，这是机针进入缝料最有利。2.机针在下死点上升时，正是形成线环的时候，这时要求机针速度缓慢。以便顺利形成线环，并保证摆梭尖嘴有足够的时间穿越线环（确保交织完成）。机针结构与线环形成过程机针结构2）钩线功能作用：钩住线环，使面线绕过藏有底线的梭心套和梭心，使底线和面线交织起来。常用机构：摇摆式和旋转式家用缝纫机采用的是摇摆式。摆梭实照摆梭绕线辊梭芯套摆梭驱动块摆梭与摆梭机构原理图摆梭机构1-曲柄2-大连杆3-摆轴4-滑动块5-下轴曲柄6-下摆轴7-摆梭摆梭尖嘴放大转角缝纫机－交织过程摇摆式摆梭机构的组成和特点组成：上曲轴1、大连杆2、和摆轴3组成的曲柄摇杆机构和由摆轴3、滑动块4和下轴曲柄5组成的摆动导杆机构串接而成。下摆轴6带动摆梭7作往复摆动。注意：交织要求摆角要大于180°，常取210°。中间轴（摆轴、滑块）的放大作用。特点：1）往复摆动惯性较大，当摆角不平衡时，将产生震动和噪音；2）过大的摆角还容易发生自动卡死。放大转角3）挑线功能作用：(1)供线：一是在机针向下运动时，把面线供应给机针；二是当摆梭钩住面线线环后，把面线供给摆梭；(2)收线：当面线脱出摆梭后，收回面线并抽紧线迹。常用结构形式：滑杆式、凸轮式和连杆式家用缝纫机常用凸轮式工业缝纫机常用连杆式挑线机构实照挑线机构挑线机构特点凸轮式：高速时易磨损、声响大，但是结构较简单、容易制造，并且挑线杆的供线时间可以同机针及摆梭的动作得到理想的配合，常用家用缝纫机；连杆式：运转时声响轻、耐用，但是结构比较复杂和制造费用高，常用于工业缝纫机。4）送料功能作用：推送缝料向前或向后运动，得到连续的缝迹和要求的针迹距离（针距可调）。机构形式：送料机构由两大部分组成。（1）以送布凸轮为主动的送料运动（2）以大连杆带动的抬牙运动（3）两个运动的合成送布牙实照送布牙送布牙送料时的工作情况（1）以送布凸轮为主动的送料运动当凸轮14转动时，带动牙叉11左右摆动，因此与牙叉固结的滑块12在针距导槽13内上下移动（针距导槽13倾斜时），牙叉的摆动和上下运动的合成运动使送布轴10作往复摆动；送布轴的摆动推送送布牙9作往返送料运动。调节针距导槽13的倾角大小和方向也就改变了牙叉上下移动的距离，从而改变了送布牙的移动距离和方向。抬牙凸轮4与抬牙轴6上的拨叉5相接触，凸轮4摆动时使抬牙轴6往复摆动，抬牙轴上固结的抬牙曲柄7使牙架上的送布牙作上升和下降运动。（2）以大连杆带动的抬牙运动1-曲柄2-连杆3-摆杆4-抬牙凸轮5-拨叉6-抬牙轴7-抬牙曲柄8-牙架9-送布牙10-送布轴11-牙叉12-滑块13-导槽14-凸轮15-调节螺钉16-压力弹簧17-定向块18-压脚杆19-压脚（3）两个运动的合成送料机构运动时，送布牙的运动轨迹即是两个运动的合成，其形状主要取决于送布牙凸轮14和抬牙凸轮4的相对位置和送料机构中有关杆件的几何尺寸的位置，其实际运动轨迹——理想轨迹与实际轨迹比较能够送料的满足要求。上半部有用工作完成——可以收工了？不使用时的工作台面工作完成后收起机器2.辅助功能系统1）调节面线和底线的阻尼功能2）调节压脚压紧力的功能3）调节送布针距的功能4）绕底线功能1）调节面线和底线的阻尼功能2）调节压脚压紧力的功能调节压脚压紧力的方法3）调节送布针距的功能4）绕底线功能3.控制功能1）机械控制功能2）人机控制功能3）电子控制功能1）机械控制功能每一功能动作都必须按照规定时间和速度进行，它们之间的运动一定要完全协调，是通过传动机构（凸轮、连杆机构等）巧妙（相位）配合进行控制的。2）人机控制功能缝纫工作区：人眼获得信息的接口手轮：手控制启动的接口脚踏板：输入动力和控制速度的接口3）电子控制功能现代缝纫机电脑绣花机功能关系主要功能＋辅助功能＋控制功能=总功能总结：家用缝纫机的总功能缝纫机的总功能：将线按一定规律缝于缝料上。家用缝纫机：上下两根缝线互相交织，交织点位于缝料中间的双线锁式线迹。家用缝纫机1.主要功能1）引线功能：引面线造环2）钩线功能：钩面线扩环，使底面线交织3）挑线功能：供给和回收面线4）送料功能：输送缝料2.辅助功能系统1）调节面线和底线的阻尼功能2）调节压脚压紧力的功能3）调节送布针距的功能4）绕底线功能