Návrh úpravy mechanismu na strojovou tvorbu ručního stehu

Bc. Vojtěch Klogner

Diplomová práce

Design of the mechanism for machine creation of manual stitch

Anotace:

Tato diplomová práce se zabývá návrhem nové konstrukce jehelní tyče pro speciální šicí stroj s plovoucí jehlou, imitující ruční steh. Nová konstrukce by měla eliminovat problémy které omezují zvyšování výkonu šití při použití současné jehelní tyče. Zvyšování výkonu šití je docíleno navyšováním otáček hlavního motoru, to však přináší nárůst vibrací všech zúčastněných mechanismů včetně jehelních tyčí. Tyto vibrace vytváří hluk, který při vyšších výkonech překračuje hlukové hygienické limity, proto je v současné době výkon omezen pod možnosti šicího stroje. V rámci práce byl navrhnut nový systém elektromagnetického ovládání upínacího mechanismu, který by měl snížit vyvozovaný hluk který produkoval původní, čistě mechanický systém. Pro návrh bylo nutné sestavit několik simulačních modelů které popisují jednotlivé problematiky elektromagnetického ovládání. Bylo nutné zvolit vhodný typ elektromagnetu a nadimenzovat vinutí cívky pro zajištění potřebných silových poměrů. Elektromagnet byl následně simulován v konečně prvkovém programu FEMM 4.20 pro vypočtení silové přítažné charakteristiky. Na základě požadavků na chování ovládacího mechanismu jehelní tyče bylo navrhnuto napájení cívky s ohledem na dynamiku celého systému. Díky navrhnuté závislosti napájení cívky bylo možné určit ztrátové teplo vznikající ve vodiči cívky, které je nutné odvádět z těla jehelní tyče. Byl sestaven model v konečně prvkovém programu FEMM 4.20 pro výpočet ustálené teploty jehelní tyče, také byla sledována závislost teploty na čase během jedné otáčky vačky, pro stanovení, zdali nedochází k přehřátí vinutí. Dále byl sestaven dynamický model v programu Matlab v rozšíření Simulink s knihovnou Simscape který popisuje mechanické, elektrické a elektromagnetické chování jehelní tyče. Na základě tohoto modelu pak byly zhotoveny optimalizační procedury pro stanovení parametrů klíčových vlastností jehelní tyče. Na závěr byl proveden návrh nové konstrukce pro výrobu funkčního prototypu včetně výkresové dokumentace

Abstract:

This diploma thesis deals with the design of a new needle bar construction for a special sewing machine with a floating needle, imitating a hand stitch. The new design should eliminate problems that limit the increase in sewing performance when using the current needle bar. Increasing the sewing power is achieved by increasing the speed of the main motor, but this brings an increase in vibration of all involved mechanisms, including needle bars. These vibrations create noise that exceeds the hygienic noise limits at higher outputs, so the output is currently limited to the sewing machine. As part of the work, a new system of electromagnetic control of the clamping mechanism was designed, which should reduce the noise produced by the original, purely mechanical system. For the design, it was necessary to create several simulation models that describe the various issues of electromagnetic control. It was necessary to choose a suitable type of electromagnet and design the winding of the coil to ensure the necessary force can be created. The electromagnet was subsequently simulated in the finite element program FEMM 4.20 to calculate the force attraction characteristic. Based on the requirements for the behavior of the needle bar control mechanism, the voltage supply of the coil was designed with respect to the dynamics of the whole system. Thanks to the proposed dependence of the coil voltage supply, it was possible to determine the heat loss generated in the coil conductor, which must be removed from the needle bar body. A model was built in the finite element program FEMM 4.20 to calculate the constant temperature of the needle bar, and the dependence of temperature on time during one revolution of the cam was also monitored to determine whether the winding overheated. Furthermore, a dynamic model was built in the Matlab program in the Simulink extension with the Simscape library which describes the mechanical, electrical and electromagnetic behavior of the needle bar. Based on this model, optimization procedures were performed to determine the parameters of key properties of the needle bar. Finally, a new design was made for the production of a functional prototype, including drawing documentation

Klíčová slova

Šicí stroj, ruční steh, plovoucí jehla, jehelní tyč, návrh elektromagnetu, solenoid, FEMM, přítažná síla, přestup tepla, dynamický model, Matlab, Simulink, Simscape

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 5. 1. 2021

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: Ing. Jiří Komárek, Ph.D.

Technická univerzita v Liberci

Fakulta strojní

Magisterský studijní program / obor:
Strojní inženýrství / Konstrukce strojů a zařízení