关于传统缝纫机及其工作原理的
报告
报告人：孟润
专业：机制10级02班
指导教师：荣誉
河北科技师范学院
二〇一二年六月
关键字:传统家用缝纫机、工作原理、成缝原理。
正文
传统缝纫机及其工作原理
缝纫机
缝纫机是用一根或多根缝纫线，在缝料上形成一种或多种线迹，使一层或多层缝料交织或缝合起来的机器。缝纫机能缝制棉、麻、丝、毛、人造纤维等织物和皮革、塑料、纸张等制品，缝出的线迹整齐美观、平整牢固，缝纫速度快、使用简便。
缝纫机的发展史
1790年，英国的圣托马斯发明制靴鞋用的单线链式线迹的手摇缝纫机，它是世界上出现的第一台缝纫机。
1841年，法国的蒂莫尼埃设计和制造了实用的双线链式线迹缝纫机；1846年，美国的豪取得曲线锁式线迹缝纫机专利，缝纫速度为300针/分，效率超过五名手工操作的缝纫师；1851年，美国机械工人胜家独立设计并制造出胜家缝纫机，缝纫速度600针/分，并于1853年取得美国专利。此后，缝纫机便开始大量用于生产，并逐步增加了钉纽扣、锁钮孔、加固、刺绣等功能。
1975年美国发明了微型计算机控制的家用多能缝纫机。专业性工业缝纫机发展更为广泛，缝纫速度越来越高，如包缝纫机已达到1万针/分。1979年,世界缝纫机的总产量达到15885000台，其中中国产量为5870000台，是世界上缝纫机产量最高的国家。
缝纫机是用一根或多根缝纫线，在缝料上形成一种或多种线迹，使一层或多层缝料交织或缝合起来的机器。缝纫机能缝制棉、麻、丝、毛、人造纤维等织物和皮革、塑料、纸张等制品的线迹整齐美观、平整牢固，缝纫速度快、使用简便。
缝纫机的分类
缝纫机的分类方法很多，比较普遍的是按线迹和用途分类区分。缝纫机的线迹可归纳为锁式线迹和链式线迹两类。镜式线迹最为常见，它有两根缝线组成，像搓绳那样相互交织起来，其交织点在缝料中间。从线迹的横截面看，两缝线像两把锁相互锁住一样，因而称为锁式线迹。这种线迹用在收缩率小的棉、毛织物或皮革等缝料，正面和反面形状相同，如同一条虚线。线迹缝纫密实，缝纫的牢度一般超过手工缝纫。缝纫机的类别按照缝纫机的用途，可分为家用缝纫机、工业用缝纫机和位于二者之间的服务性行业用缝纫机；按驱动方式可分为手摇、脚踏及电动缝纫机。
缝纫机的原理
一般缝纫机都是由机头、机座、传动和附件四部分组成。
机头是缝纫机的主要部分。它由刺料、钩线、挑线、送料四个机构和绕线、压料、落牙等辅助机构组成，各机构的运动合理地配合，循环工作，把缝料缝合起来。
（1）上轮（2）上轴（3）挑线凸轮（4）挑线杆（5）小连杆（6）针杆
（7）送布凸轮（8）牙叉（9）牙叉滑块（10）针距座（11）送布曲柄（12）送布轴
（13）牙架（14）送布牙（15）抬牙曲柄（16）抬牙轴（17）摆轴偏心凸轮（18）摆轴
（19）大连杆（20）摆轴滑块（21）下轴曲柄（22）下轴（23）摆梭托，摆梭
引线机构：（1）、（2）、（3）、（5）、（6）
挑线机构：（1）、（2）、（3）、（4）
钩线机构：（1）、（2）、（19）、（18）、（20）、（21）、（22）、（23）
送布机构：（1）、（2）、（7）、（8）、（9）、（10）、（11）、（12）、（13）
（14）、（15）、（16）、（17）、（18）
图上未画的压紧杆部分也属于送布机构。还有自成一体的第五大机构：绕线机构，由于它是辅助机构，故未在图上画出。
缝纫机的传动部分由机架、手摇器或电动机等部件构成。机架是机器的支柱，支撑着台版和脚踏板。使用时操作者踩动脚踏板，通过曲柄带动皮带轮的旋转，又通过皮带带动机头旋转。手摇器或电动机多数直接装在机头上。
机座分为台板和机箱两种形式。台板式座机的台版起着支撑机头的作用，缝纫操作时当做工作台用。台板有多种样式，有一斗或多斗折藏式、柜式、写字台式等。机箱式机座的机箱起着支承和贮藏机头的作用，使缝纫机便于携带和保管。
缝纫机的附件包括机针、梭心、开刀、油壶等。
缝纫机的保养 缝纫机的清理
(1)送布牙的清理 拆下针板和送布牙之间的螺钉，清除布毛、灰尘，并加少量缝纫机油。
(2)梭床的清理 梭床是缝纫机工作的核心，也是最容易出现故障的地方，因此，要经常清除污物并加少量缝纫机油。
(3)其它部位的清理 缝纫机的表面和面板内的各部位都应经常清扫干净。 缝纫机的加油润滑
必须使用专用的缝纫机油。缝纫机连续使用一天或几天后就应该全面加一次油，如果在使用之间加油，应使机器空转一转时间，使油充分浸润并甩出多余的油，再用干净的软布将机头和台面擦干净，以免弄脏缝料。然后穿线缉缝碎布，利用缝纫线的运动擦净，甩出多余的油迹，一直到碎布上没有油迹为止，再进行正式缝制。 加油部位
有：
(1)机头上的各个油孔，润滑上轴以及上轴相连的部件。
(2)面板内部的部件及各部件连接的活动部件。润滑压脚杆和针杆以及与其相连的部件。
(3)机器板下部部件的活动处擦净并少加些油。
各加油孔与加油部位的加油量不必过多，一、二滴就行。
保养
其次，保养缝纫机还应注意以下几点：
1．工作完毕后，将机针插入针孔板内，抬起压脚，还要用机罩盖机头，以防尘屑侵入。
2．开始工作时，先检查主要机件，踏起来轻重情况如何，有无特殊声音，机针是否正常等等，如发现不正常现象，应及时检修。
3．机器使用相当长时间后，要进行一次大修，如发现磨损较大的零件，要更换新的。 缝纫机成缝的工作原理
针杆机构、勾线机构、挑线机构和送料机构是实现缝纫目的的4大主要机构，也是各种专用缝纫机最基本的机构。缝纫机代替手工进行缝制，就是通过这些机构和其它相关的辅助部件密切配合来完成工作的。对于某些专用机来说，除上述机构外，因种类不同，还增加了具有摆针装置的摆针机构、切刀机构、剪线机构、开停车机构和供油回油等机构。
要形成一个完整的线迹，4大机构工作中包含了形成线迹过程中的8个阶段，即进针、入线（送线）、形成线环、退针、入圈、挑线、送料、线迹形成等。它们分别包含在各个机构的工作过程中，形成一个严密的工作配合，以实现各种缝纫目的。
4大机构中的每一个机构，是在独立完成某项特定任务时，又要与相关联的其他机构互相配合才能完成缝制需要。任何一个机构和相关联的机构出现配合不良或故障都将影响到整体缝纫的效果，因此它们之间既是独立机构，但又必须精确配合。
1 针杆机构
缝针带引缝线刺穿缝料的机构称为针杆机构。针杆机构的任务是驱动机针，引导面线穿过缝料，形成面线线环，为缝线的相互交织作准备。
针杆机构的作用最终是由机针来实现，缝纫机在工作时为将缝料缝合在一起，机针要作穿刺运动。机针穿刺缝料的运动方式有垂直方向、水平方向，有直线式、曲线式。缝纫机因用途不同，其针杆机构的类型也不相同，大多数缝纫机是作垂直往复直线运动的，而某些专用机器，如锁眼机、钉扣机、绣花机等不但要垂直往复直线运动，同时还要作横向摆动，但这个横向摆动时间必须是发生在机针离开缝料后开始，进入缝料前结束。
针杆的高度定位是缝制设备在使用和维修中的一个重要参数，双直针或多直针高度是不一样的，高度定位时一般以长针为准。
针杆运动从上死点到下死点之间的距离称为针杆行程。针杆行程是缝制设备的重要参数，针杆行程和机针的有效工作行程是两回事，机针有效行程是指机针从刺布瞬间开始至机针达到最低点这段距离。
要尽量做到直针的选择与缝料厚薄、缝线粗细、缝制产品工艺质量相统一，使直针在穿刺缝料时保证做到使缝料和缝线不受到损伤，且有利于线环的形成。
1．1 进针
机针穿刺缝料的过程叫做进针。机针是缝纫机的关键零件之一，针杆机构的各个动作及其机构就是通过它来实现。进针时，机针要克服来自缝料正向阻力与缝料侧面的磨擦力，由于缝线、机针和缝料三者间相互作用力的变化使张力达到最高点。
减少机针与缝料的磨擦可采取对机针进行精密制造（尤其是针尖），机针涂层以及对缝料迸行柔软处理，或对机针、缝线加硅油等方法。
影响进针顺利进行的因素除了机针与缝料之间的磨擦外，还有压脚压力以及针板孔的大小等。如果机针选择不当，或制造不良，或针板孔过大，就会在缝料上形成孔洞，造成缝料的损伤，既影响美观，又使牢固性降底。因此在满足缝制强度需要的情况下，应尽量采用直径小些的机针，特殊缝料应选择特殊的机针，以减少磨擦，达到良好的缝制效果。
1．2 入线
机针将缝线带到缝料反面的过程称为入线。入线阶段是从机针下降至针眼与缝料接触开始，到形成所需要的线迹长度为止（针杆处于下死点位置）。
入线长度并不等于形成线迹所需的缝线长度。它是满足形成线环，能被成缝器的梭尖、线钩准确进入，防止断线、跳针的重要参数。在包缝机中引入线量与实际用线量大约是在6倍左右，因此每段线都要反复穿刺缝料多次，磨擦次数的增加，就会影响缝线强度，易引起断线现象的发生。
在入线过程中，由于缝线的捻向和入线方位不同会造成面线的松捻或加捻，而入线角的大小则是影响缝线受力变化的重要因素，因此应尽量减小入线角。缝线、缝料和机针的相互作用力变化，主要取决于缝线和缝料的特性变化、厚薄变化，因此缝线的质量和机针的正确选择是非常重要的。
1．3 线环形成
机针带着面线穿过缝料后达到最低点后再上升，由于缝料与机针的磨擦等作用形成线环。形成线环的目的是能够使成缝器（勾线器）能顺利进入线环，实现底面线交织。面线线环是由以下2个因素形成的。
（1）当机针带着面线到达下死点时，由于缝线受到针眼向下的拉力和引入槽处针刃与缝料的挤压，此时缝线的张力最大。当机针上升时，针眼顶部的张力消失，一部分线段处于自由状态（此时只要给线段加一个很小的力就会使线段改变形状）。随着机针的上升缝线本身具有一定的回弹力，再加上针眼底部对缝线产生的托力，这是形成线环的条件之一。
（2）从机针的结构上看，机针针槽有长槽和短槽（或缺档）之分，它的一面为长槽，而另一面则为短槽（或缺档）。引入槽是一条直径大于面线直径的长槽，引出槽是一条直径小于面线的短槽（或缺档）结构。当机针退出缝料时，引入槽一旁的缝线与缝料不发生磨擦随机针上升，而引出槽的一旁的缝线与缝料相互挤压发生磨擦，不能随机针一起上升留在缝料下。这个磨擦力显然是短槽边（缺档处）大于长槽边，这是形成线环的又一个条件。
三线包缝机空缝时，缝线线环的形成主要是靠弯针线紧扣直针，使缝线嵌入针槽内，起到了类似缝料作用，因此在无缝料的情况下仍可以形成线迹，这与其它机器不同。
线环的大小和稳定，是关系到成缝器是否可靠进入，实现底面线交织，形成线迹的关键。为了保证缝线线环能被成缝器尖顺利进入，应具备两个条件：一是缝线线环有一定的宽度，二是缝线线环必须垂直于成缝器尖在入圈时的轨迹平面。
线环的形成与机针上升尺寸的不同而有所不同，机针回升量不宜太大或太小，回升量太小线环宽度不够，不利于成缝器进入。机针回升量太大，虽对成缝器进入有利，但由于线环形成时间过久造成线环偏转，使成缝器不易进入。试验表明，正常厚度、密度的缝料，线环形成的理想阶段应在机针回升2～3mm左右时最为适宜。
针板孔的直径太大或太小也会对进针产生不利影响，若针板孔太大，当机针进入缝料时的冲击力会使缝料发生下垂，可能形成针洞，且当机针回升时下垂的缝料又会随机针一起运动，影响了线环的正常形成。一般情况下，针板孔直径约为机针直径的
1.5～2倍为宜，同时还要保证机针在针板孔中心。
线环的形成和稳定与机针的规格、质量，缝料的性质、质地、密度、厚薄，缝线的规格、原料种类、捻度、捻向，及机针与针板、压脚压力、压布状态等因素有关。
2 勾线机构
勾住线环的机构称勾线机械，它承担着勾线、分线、过线、脱线及放底线的作用。
常见的成缝器有旋梭、摆梭、线钩、旋转钩、叉钩等。旋梭摆梭多用于双线锁式线迹的缝纫机、套结机和锁眼机上。弯针多用于链式线迹缝纫机，绷缝机和二、三、
四、五、六线包缝机上。叉钩的主要使用对象是单线链式线迹缝包机、仿珠边机等。旋转钩多用于单线链式线迹缝纫机和钉扣机上。旋转钩勾线时所不同的是最后一线环进入前一线环（自连线环），线钩勾线是线钩与直针、线钩与线钩之间相互进入互连线环连续交叉形式的不同。
2．1 入圈
成缝器尖端在针的侧面穿入针线圈的过程称为入圈。形成良好的线环就是为了让成缝器的钩尖可靠进入作准备。针线圈越大或越稳定，则成缝器穿入线圈的可能性就越大，即使成缝器相对于安装位置稍有差异也能顺利入圈。
为了使成缝器钩尖能够在针杆上升适当的时间内进入直针线环，在针杆高度正常的情况下，工业缝纫机多数规定针杆到达最低时上升2.2～2.5mm，旋梭或线钩尖到达直针中心线上，并在针眼上方1.5～2.5mm处交汇，与直针后平面之间保持0.05～0.1 mm间隙。如果是双直针、单弯针勾线（如绷缝机），则是以线钩与短直针的配合尺寸为依据并兼顾长针进行调试。
不同机器有不同的调试原则和配合尺寸，对于不同种类设备除了按照说明书规定的参数调整外，还应视成缝器形式和缝料等条件，根据缝料、缝线和缝制中的特殊需要以及机械磨损情况，适当提前或推迟钩尖与直针的重合时间，即与针眼上方的交汇位置变化来弥补某些不足，以克服线钩不能准确进入线圈造成的跳针和收线不良等故障。成缝器中线钩尖的另一面向外凸出或呈斜面是为了入圈后将缝圈扩大，有利底面线交织，线钩的另一凸出面还有形成底线三角线圈的作用。
2．2 退针
当线圈被成缝器勾住后，机针从缝料中退出的过程称为退针。退针时缝线的一部分通过长针槽退出缝料，这是借助于挑线机构来收紧缝线。机针在刚退出缝料时，机针线圈已被成缝器勾住，处在扩大或控制运动中。缝线在长针槽与机针发生相对运动前与针眼上缘及下缘发生磨擦，这种磨擦对缝线强度影响很大。为减少磨擦，机针眼出线一侧下部作槽口设计，是为减少退针时缝线的磨损，提高缝纫质量。笔者建议选用品质好的机针来防止缝线的损伤。
挑线机构
输送、回收、收紧针线的机构称挑线机构。挑线杆在每一个工作循环中担负着收、放面线并与送布机构配合完成缝纫线迹的形成。
由于成缝器的运动和收线器的调节以及缝料的移动，使线迹形成时缝线相互穿套后锁紧，符合线迹结构要求的形态的过程称为紧圈。挑线形式分为针杆挑线、连杆挑线、凸轮挑线、滑杆挑线、圆盘旋转挑线等。在工业缝纫机中一般采用连杆挑线、针杆挑线最为多见。挑线方式分为2种，一为进针前将前一个线圈抽紧；二为退针时利用收线器的张力装置收紧。在包缝机或绷缝机（含双线链式缝纫机）上采用第1种收紧方式，平缝机采用第2种收紧方式。机针在第二次入线时所需缝线来自两个方面，一是收紧前一个线迹时获得；二是在克服张力调节器压力后从线团上抽取。
挑线机构的工作特性在于挑线杆孔的上下运动，GC
型工业缝纫机的运动曲线呈枝叶状，当挑线杆向下运动时，一是为向下降的机针供线；二是当旋梭勾住面线时，又向旋梭供给面线，直到面线绕过梭心架后结束。当挑线杆向上运动时，它又承担着把面线从梭架上脱出和将缝料中已形成的线迹抽紧，形成一个牢固的线迹，并从线团中抽出面线为下一个线迹的形成作准备。一般情况下，挑线杆的行程和运动轨迹是相对固定的，由于它的从属地位，决定了机构各相关尺寸不太可能进行调整，应严格按照定位要求进行安装。
对于某些成缝器来说，如旋梭，还可根据缝料的种类适当选择，旋梭种类分为N种型号，它们的主要区别在于旋梭尾钩的长短，是利用它在收线过程中对面线的控制程度不同，分别针对软薄料、普通料、较厚硬料或特殊缝料。
挑线簧、夹线器、缓线钩均从属于挑线机构，适当地调节张力和收线附件，是保持良好线迹的重要条件。此外，送布机构送布时间错误，勾线机构中成缝器勾线、脱线时间出现较大误差时，同样会影响线环的收紧效果。
送料机构 输送缝料的机构称送料机构。
送布牙的运动轨迹
（a）抬牙；（b）送布；（c）降牙；（d）倒回；（e）抬牙；（f）全部动作的运动轨迹
1—缝料；2—针板
把缝料在原有的位置上移动一个距离，以使下一个线迹在新的位置上形成的过程称为送料。常见的送料方式有：下送料机构，上送料机构，针送料机构（针、下复合送料机构），上、下复合送料机构，上、针、下综合送料机构，差动送料机械、滚轮
送料机构，带送料机构。大多数情况下，送料运动是一个复合运动，即水平运动和垂直运动的复合，它是一个封闭的曲线运动，即在每一个针距中送料牙要作上升、下降、向前、向后不断地交替运动。当送布牙完成送料运动后，又下降至针板下与缝料脱离后退到原来的位置，准备下一个送料动作。
送料运动时间应发生在直针离开缝料后开始，下次进人缝料之前结束送料运动（针、下复合或针、下综合送料方式例外）。以平缝机为例，它的定位标准为在针杆高度、送布牙高度正常的情况下，直针尖（针眼）下降到针板平面时送布牙与针板相平齐，这就是我们平常所说的三同步。否则将会产生送布不良、缝料起皱、断针和影响线迹收紧等故障。
缝纫机在送料过程中，大部分是依靠来自压脚施加的压力来配合送料运动的。由于压脚的作用，使缝料与缝料之间，缝料与送布牙之间产生磨擦力，这种磨擦力有利于送布和减少缝料间滑移。减少压脚与缝料间的磨擦力，可以采取保持压脚底板的平整、光洁，压脚底板应与针板送布牙平行，在不影响送料效果的情况下，适当降低压脚压力，选用磨擦系数小的工程塑料压脚等。
压脚的压力大小是根据缝料的性质而定的，缝料坚厚时压力要大些，缝料松软或薄时压力要小些。送布牙的高度、齿距也应随缝料的厚薄而有所区别，齿距选择方法：粗齿为中厚料，细齿为薄料。还应当注意送布牙在针板槽内与之保持相应的平行度、水平度和前后距离，送料时缝料应同送布牙同方向、同速度移动，尽量减少滑移现象。工业缝纫机的针距通常以毫米为单位，针距越密，耗线量也大，不同的缝料及同种缝料厚薄或部位不同，都应选择适当针距。
在包缝机或双针链式线迹缝纫机上，线钩运动到与机针或另一个线钩正交位置时，形成三角形圈以备直针或另一线钩尖头穿入。它有两种情况，一是在三线包缝机上，大弯针穿入小弯针的三角线圈，而直针则在穿刺缝料前先穿入大弯针的三角线圈；二是在双链缝纫机或绷缝机上，线钩形成的三角针是在直针穿刺缝料之后穿入。
底线线圈形成的原因是由于线钩不需要穿刺缝料，头部要做得厚些，侧面有凸肚状，使线钩上原有缝线自然形成三角空隙。另外，三角线圈的形状要稳定并要有足够的线圈空间，这需借助于底线收线装置及线钩本身的退势来实现。
缝制设备属于精密机械之一，在实现缝纫的各个工作过程，主要依靠4大机构（包括其他辅助机构）的配合来完成，无论那个部位运行稍有误差，都会影响缝纫质量。作为缝制设备的管理和维修人员，应对各阶段中各机构的配合状况、时间要求、尺寸参数以及各主要零件的几何形状、光洁度等因素进行综合分析研究，尽力做到调试、维修工作的准确可靠，再辅以正常的润滑保养和正确的操作，才能达到良好的缝纫效果。
纫机工作循环图
结合以上图表不难看出，各个机构都是随着上轮的转动而运转。家用缝纫机的工作转速最高为1000转/分，也就是说，家用缝纫机在一分钟内，四大机构的工作循环要重复一千次。
传统缝纫机虽然足以满足家用，但随着电气时代科技的不断进步及人们需求的增长，缝纫机也出现了大的改革，从手工到电脑的进步不但减少了劳动力的消耗，提高了生产效率，还增加了缤纷多彩、花形各异、功能各异的各种大、中、小型的缝纫机，更利于工业生产，达到满足人们对缝纫物的需求。
参考文献：《机械原理》主编：孙恒 陈作模 葛文杰 《机械设计基础》主编：卢玉明