книги из ГПНТБ / Вальщиков Н.М. Расчет и проектирование машин швейного производства

В швейных машинах полезные сопротивления связаны с про­ цессом образования стежков, в котором участвуют механизмы иглы, нитепритягивателя, челнока и двигателя ткани. Величины полез­ ных, а также и вредных сопротивлений зависят от типа стачиваемых тканей и скорости движения звеньев. При пошиве легких текстиль­ ных тканей полезные сопротивления малы, и их доля в общем со­ противлении будет незначительной. При пошиве тяжелых тканей, особенно брезента или кожи, полезные сопротивления достигают значительной величины — не меньше, чем вредные сопротивления, а иногда и больше.

А ,

/1

1 Z i >t 5 6 7 в 9 10 11 f

Рис. 1.9. Силы полезного сопротивления: а — схема сил; б — диаграмма работ при движении иглы

Полезные сопротивления при движении иглы связаны с про­ колом ткани и трением. Прокалывая ткани, острие иглы может попасть между нитями утка и основы, непосредственно в одну нить утка или основы и, наконец, в две наложенные друг на друга нитки. При этом игла, действуя как клин, раздвигает нити или их элементы. Сила полезного сопротивления Q (рис. 1.9, а) должна преодолеть силы трения F, возникающие на поверхности конуса острия иглы вследствие появления нормальных давлений ./V.

Спроектировав все силы на вертикальную ось, получим Q = 2 (N sin а + F cos а); F =• fN,

необходимых для раздвигания нитей ткани, а также и от диаметра самой иглы, угла заострения и остроты ее лезвия.

50

Зная величину силы Q{ в определенные моменты рабочего про­ цесса на промежутке пути s£, можно определить работу сил сопро­ тивлений при движении иглы

грамму (рис. 1.9, б). Для этого по оси абсцисс в некотором масштабе откладывают угол поворота главного вала ср, соответствующий полному циклу, и разбивают его на 12 участков. По оси ординат откладывают в некотором масштабе полученные значения Ан1. На диаграмме показаны точки входа иглы в ткань О, нижнего по­

Подсчитав значения этих работ, можно для определенных моментов времени или для соответствующих углов поворота главного вала машины построить соответствующую диаграмму работ. Силы тя­ жести не вводят в расчет вследствие их малости.

Силы вредного сопротивления. К силам вредного сопротивле­ ния Рвр с и их моментам Мвр с относятся силы трения в кинема­ тических парах и сопротивления среды (воды, воздуха и др.). Эти силы возникают при движении звеньев машины и совершают отрицательную работу. Работа сил трения идет главным образом на истирание трущихся поверхностей и нагрев деталей. В боль­ шинстве швейных машин силы трения велики по сравнению с дру­ гими силами, поэтому в швейных машинах к. п. д. весьма низок.

В поступательных парах силы трения определяют по извест­

51

где k — приведенный коэффициент трения качения в см или мм. Работа сил вредного сопротивления Л в р с равна работе сил

трения, т. е.

пт

где i — номер кинематической пары; пит-— число поступатель­ ных и вращательных кинематических пар; s4- — путь силы тре­ ния; ф/ — угол поворота вала в рад.

При анализе работы швейных машин часто силы вредного со­ противления определяют исходя из к. п. д. машины, который вы­ числяют по формуле

жины. При деформации пружины силы упругости сначала пре­ пятствуют движению, а затем помогают ему. Силы упругости пру­ жин характеризуются коэффициентом жесткости, приводимым обычно в таблицах.

52

В некоторых механизмах приходится учитывать и действие силы упругости сжимаемого воздуха или газа. Силы упругости вызывают колебательное движение звеньев и машины в целом.

Силы инерции. Силы инерции Рн вводят в расчет при движении звеньев с ускорением. Эти силы, действуя на связи звеньев, повы­ шают напряжения в деталях, вызывают дополнительные силы тре­ ния и могут являться причиной вибрации и неравномерности хода машины. Для быстроходных швейных машин силы инерции имеют превалирующее значение. Ниже более подробно рассматривается вопрос об определении сил инерции.

Определение сил инерции

При решении задач, связанных с учетом сил инерции звеньев ма­ шины, в первую очередь находят их равнодействующую, так как силы инерции возникают в каж­ дой точке движущегося звена, обла­ дающей элементарной массой dm.

Большинство звеньев швейных машин совершает плоское движе­ ние. Существуют три формы пло­ ского движения: поступательное, вращательное (качательное) и пло­ ско-параллельное (сложное).

Поступательное движение звеньев. В зависимости от формы

траекторий поступательное движение может быть прямолинейным и криволинейным. Характерной особенностью поступательного движения звена является то, что траектории, скорости и ускоре­ ния всех его точек равны между собой. Поэтому если на элементар­ ную массу dm отдельной материальной точки действует ускоре­

ную направлению ускорения, и приложена в центре тяжести (центре масс) звена.

Ускорения звеньев определяют из планов ускорений или аналитическим путем.

Вращательное движение звеньев. Рассмотрим сначала общий случай вращения звена (рис. 1.11, а) с угловой скоростью <о и

53

Момент сил инерции (так называемый инерционный момент) относительно оси вращения будет равен

оо

in

где J0 = J r) dm — момент инерции звена относительно оси вра-

о

щения.

Очевидно также, что инерционный момент можно определить исходя из значения силы Р и :

ния Js для звеньев правильной геометрической формы берут из учебников по теоретической механике или инженерных справоч­ ников.

Для звеньев сложной конфигурации моменты инерции Js определяют или опытным путем, или расчетным, разбивая звено сложной формы на ряд тел правильной геометрической формы.

Для экспериментального определения моментов инерции звена применяют несколько методов. Выбор того или иного метода зави­

(качания на призмах), для круглых деталей (зубчатых колес, маховиков, дисков и т. п.) — метод монофилярного (однониточного) подвеса, для вала с насаженными на него деталями — метод

момента инерции звена сводится к следующему. Установив звено на грань призмы О (рис. 1.12, а), отклоняют его на некоторый малый

55

и более колебаний и берут среднее значение). После этого из фор­

В этой формуле Q — вес детали; h — расстояние от центра тяжести

в этой же вертикальной плоскости. Длину подвеса / выбирают равной 1—2 м. Повернув испытуемое звено на угол 3—5°, опреде­

(рис. 1.12, г). К нижнему концу проволоки, жестко закрепленной на кронштейне, подвешивают испытуемое звено обычно круглой

56

Где / — длима подвеса; G — модуль упругости материала про-

волоки при кручении; Jр — полярный момент инерции

поперечного сечения проволоки в мм4 . Диаметр d подвеса рекомен­ дуется брать равным 2—3 мм.

ее

Взависимости от закона вращения звена и его конструктивной

Плоско-параллельное движение звеньев. Плоско-параллельное движение совершают различного рода шатуны швейных машин. Это движение обычно можно разложить на поступательное с уско­ рением, равным ускорению as центра тяжести, и на вращатель­ ное вокруг оси, проходящей через центр тяжести звена, с угловым ускорением е. В этом случае полная сила инерции звена ВС равна

57

Величина углового ускорения е определяется из плана ускорений, построенного из полюса я (рис. 1.13, б). Для этого полное относи­ тельное ускорение звена ВС разлагают на нормальное асв = Ьп

и касательное асв = tic. При этом абсолютая величина углового ускорения равна

При таком подходе силы инерции звена ВС представлены в виде

трех сил, одной Рн и двух Р°а.

Отметим, что для звеньев, совершающих плоско-параллельное движение, в курсе теории механизмов и машин разработаны методы приведения сил инерции к одной результирующей силе инерции, приложенной в центре качания звена.

Рассмотренный метод определения сил инерции не всегда удо­ бен, так как требуется находить угловые ускорения и ускорения центров тяжести звеньев. Подобная задача может быть решена проще за счет применения метода замещающих масс.

Определение сил инерции методом замещающих масс

При этом методе силы инерции звена заменяют силами инерции масс, сосредоточенных в некоторых выбранных, так называемых замещающих точках. Такими точками могут быть центры шарни­ ров, центры тяжести звеньев и другие удобные для дальнейших расчетов точки.

Установим условия, которым должны удовлетворять массы, сосредоточенные в замещающих точках. Эту задачу решают ис­ ходя из условий динамического (полного) или статического раз­ мещения масс.

58

Динамическое размещение масс. При динамическом размещении масс (или динамической замене) для плоско-параллельного движе­ ния массу всего звена распределяют по трем точкам A, S и В,

2) положение центра тяжести звена должно остаться таким же, как и в реальном звене; это условие выполняется, если сумма

Рис. 1.14. Схемы звена с замещающими массами

статических моментов замещающих масс, относительно центра тяжести будет равна нулю:

таа — тф - - 0;

3) момент инерции фиктивного звена относительно центра тяжести должен быть равен моменту инерции /^реального звена:

таа2 + тьЬ% = Js.

Решая совместно эти три уравнения, получим:

Статическое размещение масс. При статическом размещении масс (рис. 1.14, б) массу реального звена распределяют по двум точкам А и В. Величины этих масс определяют исходя из первых двух условий замены реального звена фиктивным, т. е.

та + ть = т- \ таа — тьЬ = 0. j

При статической замене искажается учет влияния инерцион­ ного момента М и . Эта неточность может быть количественно оце­ нена. В самом деле, две массы та и ть при их движении с угловым ускорением е развивают так называемый статический момент инерции относительно оси, проходящей через центр тяжести:

59