Порівняльний аналіз інерційно-енергетичних і кінематичних характеристик механізмів голки швейних машин ланцюгового стібка

Abstract

У статті представлено результати порівняльного аналізу кінематичних та інерційно-енергетичних характеристик механізмів голки шестиланкової та чотириланкової структур швейних машин ланцюгового стібка класу 164 фірми Rimoldi та моделі MF-7923D фірми Juki. Дослідження виконувалось шляхом зіставлення нормованих законів руху S(φ), v(φ), a(φ) з одиничними гармонічними функціями, оцінювався їх вплив на інерційне навантаження механізму. Розрахунки включали імітаційне моделювання в SolidWorks Motion кінематичних та інерційно-енергетичних параметрів (Мкр(φ), Teq(φ), Peq(φ), Jeq(φ)), визначення масоінерційних характеристик ланок (Js,i, m, S(x, y)), аналітичні розрахунки функцій еквівалентного приведеного моменту Jeq(φ) та його декомпозицію на приведені моменти інерції Jeq,і(φ) кожної ланки груп Ассура виконані в середовищі Mathcad. Результати кінематичних характеристик показали, що шестиланковий механізм голки має більш наближені закони кінематичних параметрів до гармонійного, ніж чотирьохланковий маханізм голки. Діапазони відхилень для законів руху шестиланкового механізму становлять 2,1-12,8 % проти 3,6-18,5 % у чотириланкового. Значення відхилень ΔS(), Δv(), Δa() для шестиланкового механізму голки мають менші за модулем відхилення, зокрема поза діапазонів значень φ≈0, π, 2π. Інерційні показники шестиланкового механізму мають вище середнє значення приведеного моменту інерції Jeq(φ) – на ≈36 %, а пікове – на ≈38,2 %, з розмахом між Jmax та Jmin, більшим у 1,78 раза (≈78 %) порівняно з чотириланковим механізмом. Відносна амплітуда пульсацій Jeq(φ) становить 8,2 % у чотириланкового та 10,7 % у шестиланкового. Такі характеристики зумовлюють більші інерційні вимоги під час пуску й гальмування, підвищують миттєві навантаження на привід і потребують точнішого балансування маховиком. Крім того, максимальні крутильні навантаження при однакових режимах роботи у механізмі класу 164 були вищими Mкр,max ≈ 0,27 Н·м проти 0,16 Н·м у MF-7923D, тоді як пікові значення еквівалентної потужності Peq(φ) зростали у машині MF-7923D ≈24 Вт проти ≈17 Вт – машини 164 класу, +≈42 %, що відповідає нижчим значенням Jeq. Встановлено, що значний вплив на величину приведеного моменту інерції Jeq(φ) мають масоінерційні параметри ланок першої двохповодкової групи Ассура (ланки 2-3) у шестиланковому механізмі голки машини класу 164. Розбіжність між результатами комп’ютерного імітаційного моделювання та аналітичних розрахунків не перевищує 2–6 %, що підтверджує достовірність отриманих результатів. Отримані результати розвивають напрям досліджень із теорії балансування та можуть бути використані для вибору оптимальних профілів керування (S-пуск/зупинка, обмеження dM/dt) і масо-інерційної оптимізації конструктивних елементів механізму.

The paper presents the results of a comparative analysis of the kinematic and inertial–energy characteristics of the needle mechanisms with six-link and four-link structures of chain-stitch sewing machines — class 164 (Rimoldi) and model MF-7923D (Juki). The study was carried out by comparing the normalized motion laws S(φ), v(φ), a(φ) with unit harmonic functions, and evaluating their influence on the inertial loading of the mechanism. The calculations included simulation modeling in SolidWorks Motion of kinematic and inertial–energy parameters (Mкр(φ), Peq(φ), Teq(φ), Jeq(φ)), determination of the mass–inertia characteristics of the links (Js,i, m, S(x, y)), and analytical calculations of the equivalent reduced moment of inertia Jeq(φ) and its decomposition into partial moments Jeq,i(φ) for each link of the Assur groups, performed in Mathcad. The results of the kinematic analysis showed that the six-link needle mechanism has motion laws closer to the harmonic function than the four-link mechanism. The deviation ranges for the six-link mechanism are 2,1–12,8%, compared to 3,,6–18,5% for the four-link mechanism. The deviations ΔS(φ), Δv(φ), and Δa(φ) for the six-link mechanism are smaller in magnitude, particularly outside the intervals φ ≈ 0, π, 2π. The inertial characteristics of the six-link mechanism exhibit higher average and peak values of the equivalent moment of inertia Jeq(φ) – by ≈36% and ≈38.2%, respectively – with a range (Jmax – Jmin) 1,78 times greater (≈78%) than that of the four-link mechanism. The relative amplitude of Jeq(φ) pulsations is 8,2% for the four-link and 10,7% for the six-link mechanism. Such parameters impose greater inertial demands during start and braking, increase instantaneous loads on the drive, and require more precise flywheel balancing. In addition, the maximum torque under identical operating conditions was higher for the class 164 mechanism (Mкр,max ≈ 0,27 N·m) compared to the MF-7923D (≈0,16 N·m), whereas the peak equivalent power Peq(φ) was greater in the MF-7923D machine (≈24 W versus ≈17 W for class 164, +≈42%), corresponding to lower Jeq values. It was found that the mass–inertia parameters of the links of the first two-rod Assur group (links 2–3) have a significant influence on the equivalent moment of inertia Jeq(φ) in the six-link needle mechanism of the class 164 machine. The discrepancy between the results of computer simulation and analytical calculations did not exceed 2–6%, confirming the reliability of the obtained data. The results contribute to the development of the theory of dynamic balancing and can be used for selecting optimal control profiles (S-start/stop, dM/dt limitation) and for mass–inertia optimization of the mechanism components.