平面连杆停歇机构设计探究
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[摘 要] 基于对相关资料的查阅和学习，首先从理论角度出发，对平面连杆机构的优势和缺陷进行阐述，然后从成圈工艺过程、成圈机件运动要求两个方面进行分析，最后对平面连杆停歇机构进行设计。
[关 键 词] 平面六连杆机构;停歇;少梳栉经编机
[中图分类号] TH112 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2019）13-0112-02
一、绪论
平面连杆机构在当今社会应用广泛。小到智能扫地机器人、大到工程制造机械，简单到雨伞的伸展支架、复杂到火星探测机械，都有着平面连杆机构的身影。随着“中国制造2025”的提出，我国关于机械制造业领域倾斜的资源也将越来越大，作为用途广泛的平面机构，针对平面连杆机构进行设计改进和优化，无异于提高各类机械、仪表和机电产品的使用效率。本文正是基于这种理念，对纺织业常见的少梳栉经编机中的成圈运动装置进行设计方面的改进，对平面六连杆停歇机构进行全面的分析，并对平面六连杆运动链的对应机构进行详实的论证。
二、平面连杆机构的优势和缺陷
平面连杆机构因为其独特的传动特点，被研究人员应用到社会的各个领域中。相较于其他平面机构，平面连杆机构的特点主要表现为如下几个方面。（1）平面连杆机构不需要对原动件的位置进行相应的改变，就可以对运动轨迹输出进行相应的调整，这种形式大大加强了机构运动的灵活性，能够根据实际情况的不同调整机械功能。（2）平面连杆机构的应用结构形式随着应用的不同呈现多样化的趋势。平面连杆机构整体由多种多样的构件构成，这些构件会随着尺寸的不同产生出不同样式的连杆曲线，用以应对实际情况的需要。研究人员通过对构建尺寸和连杆曲线进行修改，就可以改变连杆机构的运动要求和工作性能。（3）平面连杆机构的承载力非常强，因为其中间构件的面接触都是通过运动副元素来进行。所以平面连杆机构在大多数情况下满足不同荷载的运动要求，以便于润滑，同时不同机构在运动时构件间的接触面所受的压力处于允许范围内，从而降低机构的磨损比。（4）平面连杆机构各个构件之间的连接不需要其他的锁合装置，而是通过自身构件之间的不同几何锁合来实现，大大增强了平面连杆机构的可拆卸性。（5）平面连杆机构能够对其构件和运动参数进行及时的调整，这是由于平面连杆机构的运动控制能力相较于其他机构有明显的提高，工程人员可以依据此对机构的适应性进行调整，满足不同情况下的各种需求。（6）平面连杆机构的行程扩大方式可以通过加长平面连杆机构的杆长来实现，并以此实现较远距离的动作传递。在生产生活中，平面连杆机构的行程可以依据生产工艺的要求随时进行调整。
凭借着经济的成本、制造加工的方便、整体结构形式的简单和安装修理的灵活，平面连杆机构一直被研究人员所关注，并以此对各类机械设备进行改进。但这并不是说平面连杆机构没有缺点，在设计、安装和运行过程中，平面连杆机构的缺点同样非常明显：（1）平面连杆机构的设计过程相当复杂，需要设计人员耗费大量精力去推导。设计稍有差池，就容易产生给定运动要求不够精确的情况。（2）平面连杆机构的几何锁合不可避免地会出现间隙，并且随着平面连杆机构的复杂程度而逐渐增加，这是因为运动构件的增多带动了运动副数的增加，造成了平面连杆机构整体的自锁几率大大提高。并且这个结果也会导致平面连杆机构的整体敏感性大大增加，当误差出现后平面连杆机构无法有效地对误差进行修正。除此之外，外部环境的干扰也会增加机构的弹性形变和动载荷。（3）平面连杆机构的复杂往复运动本质是不同构建的配合，而各个构建本身都在进行变速运动，很容易出现某个构建运动速度出现突然变化的现象，这种现象很容易影响到平面连杆机构的整体运行，虽然这类变化会被惯性力所抵消，但还是会产生振动、噪音和冲击现象，进而影响平面连杆机构的效率。（4）在平面连杆机构运行的过程中，运动的传递经过了大多数构建，很容易延长传递运动的路线长度，从而增大累积误差出现的几率，进而影响机构传递的效率。所以设计平面连杆机构时，需要解决以上四个问题。
三、平面连杆停歇机构的设计
本文主要对纺织业常见的少梳栉经编运动装置进行相应的设计，具体分为如下几个步骤。
（一）成圈工艺过程分析
少梳栉经编机的成圈构建共分为槽针、针芯、导纱针、沉降和脱圈板。
1.初始位置，此时槽针处于最低位置（即脱圈位置），针芯的针尖正好处于与槽针的针钩头封口的位置，沉降片处于握持线圈的位置，导纱针处于最机前。
2.沉降右极限，此时槽针开始上升，针芯向下运动，槽针针钩头与针芯针尖头分离，导纱针此时在机前的右极限位置处停歇，沉降向机前方向摆动直至机前的右极限位置。沉降片的作用是握持旧线圈的延展线，防止旧线圈随着槽针一起上升。
3.针芯开始上升，在槽针上升的同时，针芯先是下降到达最低点后并开始向上逐渐上升，不过针芯的針尖头顶端并没有露出槽针的针槽沟，此时导纱针仍在机前的右极限位置处停歇。
4.导纱针开始摆动，在槽针和针芯同时上升时，导纱针此时开始向针前顺时针摆动以准备进行针前垫纱，并且沉降片要向机后退一些距离以放松所握住的线圈，从而减少线圈对槽针和针芯上升时的拉力，以防槽针和针芯产生形变。
5.沉降停歇，此时槽针和针芯继续一起上升，导纱针继续向针前顺时针摆动，此时沉降片开始停歇。
6.槽针停歇，此时槽针上升到最高点并开始停歇，针芯则继续上升，导纱针此时继续向针前运动，同样地，沉降仍继续停歇。 7.针芯停歇，在导纱针即将到达机后左极限位置时，针芯上升到最高点并开始停歇，在梳栉导纱针进行针前垫纱的过程中，槽针和针芯会一直处于停歇状态。
8.导纱针左极限，此时导纱针向针前顺时针摆动到左极限位置，即刻开始反方向逆时针摆动对槽针进行针前垫纱，此时槽针和针芯在各自的最高位置处停歇。
9.槽针开始下降，此时槽针开始向下运动，针芯仍处于停歇位置，此时沉降片会向机后移动以放松握持着的线圈，导纱针顺时针向机前右极限位置摆动。
10.针芯开始下降，此时槽针下降了一段时间后，针芯开始和槽针一起下降，不过针芯下降的速度比槽针稍慢，直到槽针针钩尖和针芯针尖头相遇，此时槽针的针钩尖口完全封闭，旧线圈套圈，然后两者以相同的速度下降。
11.导纱针右极限，随着槽针和针芯仍在继续下降，导纱针将再次摆动到槽针的右侧，开始对槽针进行针背垫纱。
12.沉降左极限，此时沉降向机后摆动直至机后左极限位置，旧线圈从针杆上沿着针芯向上滑动，脱圈板将旧线圈向上抬加速套圈进行。
13.针背垫纱结束，针背垫纱结束后，导纱针将在右极限位置处停歇，此时导纱针处于槽针的右侧方位，沉降片向机前运动至握持线圈位置，脱圈板牵拉旧线圈，隔开新旧线圈，槽针和针芯此时仍以相同的速度一起不断下降。
14.运动至开始状态，此时槽针下降至起始最低的位置，针芯、沉降片和导纱针也纷纷到达了与开始位置相同的位置，至此后针床成圈机件的成圈运动己经结束。
（二）成圈机件运动要求分析
1.槽针和针芯运动要求
槽针的运动要求是具有一次停歇的上下方向往复运动。槽针固定安装在槽针床上，槽针床绕固定支点（即槽针轴）摆动，运动轨迹为以固定支点为圆心的圆弧，运动轨迹圆弧长度即为槽针的运动动程。针芯有着和槽针相类似的运动要求，即也是同样的在上下方向作往复的运动。针芯固定安装在针芯床上，并绕固定支点 （即针芯轴）摆动，运动轨迹圆弧长度即为针芯的运动动程。
2.沉降和梳栉运动要求
沉降的运动要求是具有一次停歇的左右方向作往复直线摆动的运动。沉降固定安装在沉降床上，并绕固定支点（即沉降轴）摆动运动轨迹以固定支点为圆心的圆弧，运动轨迹圆弧长度即为沉降的运动动程。梳栉有着和沉降相类似的运动要求，即也是在左右方向作往复直线摆动的运动。梳栉固定安装在梳栉床上，梳栉床绕固定支点 （即梳栉摆动轴）摆动，运动轨迹为以固定支点为圆心的圆弧，运动轨迹圆弧长度即为梳栉的运动动程。
（三）机构综合
本次设计中运动链的连杆配方案可以表示为：
AL=[NL2/NL3/NL4/NL5…/NLm]
其中AL为成圈运动机件中连杆的数目和类型，NL2…NLm表示为二副杆到m副杆的连杆数目。其中对槽针、针芯、梳栉和沉降机构要求的运动动程为14mm、8mm、19mm和4.5mm，停歇时间为107'、120'、37'和109'。
在每一个停歇机构中，其内部每级的四连杆都有内死点和外死点两个特殊点，这两个特殊点代表两个极限位置。一般情况下，两级连杆机构组合后会出现内死点—外死点、内死点—内死点、外死点—内死点和外死点—外死点四种情况，只有连杆运动到这些地方才能实现停歇。在本次设计中，槽针、针芯、沉降和梳栉四种运动机构尺度均为外死点—外死点，方便实现误差最小化。
（四）结构设计
少梳栉经编机成圈运动机件有槽针、针芯、沉降、梳栉导纱针，槽针安装在槽针床上的针槽中，通过槽针压板进行固定，针芯被针芯压板固定在针芯床，沉降片安装在沉降床上，由沉降压板进行固定，导纱针通过螺钉固定在导纱支座上，导纱支座固定在梳栉上，从而实现连杆机构的高效化。
总而言之，平面连杆机构是机械工程系统的主要环节，提升平面连杆机构的合理性和高效性，就需要从设计方面着手，综合全面的优化和改进来提高平面连杆机构的整体质量。同时相关人员还需要了解国内外的先进技术，全方位地提升自身的职业素养水平，以此来推动我国机械工程发展和进步。
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编辑 李 静
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