Modification of the mechanical system of the needle bar

Rakesh Nag

Master's thesis

Abstract:

The work presented in this thesis deals with the needle bars mechanism of a sewing machine that uses the floating needle to produce a decorative hand stitch. By using two mechanical systems of needle bar a single-needle is passed through the materials for every stitch. The mechanical system of the needle bar performs a rectilinear reciprocating motion which was realised by the cam mechanism. For the present competitive world, it is necessary to increase productivity but it leads a sewing machine to produce a high level of noise and vibration because of increasing its operating speed. Based on the previous experimental work it was found that the main contributor for vibration and noise is a cam mechanism. Also, the mechanical system of the needle bar can be modified to reduce noise and vibration with its increased operating speed. In this thesis work, the mechanical cam mechanism is replaced by a preselected mechatronic system with linear servo-motor. By dynamic analysis, the behaviour of a mechanical system of the needle bar was examined. Later the result from this analysis was used to compare the dynamic analysis of the modified functional model. A total of five various kinds of modification for needle bar were proposed and dynamic analysis was done for two picked proposals. First with vibration isolator by using compact wire rope isolator, later as vibration absorber by using two permanent magnets. Modification with Compact wire rope isolator was done by considering standard isolator available in the market by using its characteristics prescribed by the company. For magnetic vibration absorber, the selection of magnet was done by considering force v/s distance characteristics derived by using FEMM 4.0 software. Later it was inserted into the functional model to conduct dynamic analysis. The dynamic analysis result shows a noticeable reduction in the vibrational loss by using both the proposed modifications.

Abstract:

Tato diplomová práce se zabývá mechanismem předání jehly šicího stroje, který využívá systém plovoucí jehly k výrobě ozdobného stehu. Použitím dvou mechanických soustav jehelní tyče prochází jedna jehla materiálem při každém stehu. Mechanická soustava jehelní tyče koná přímočarý vratný pohyb, který je realizován vačkovým mechanismem. V současném konkurenčním světě je nutné zvýšit produktivitu. To ovšem vede k tomu, že šicí stroj produkuje vysokou hladinu hluku a vibrací kvůli rostoucí provozní rychlosti. Na základě předchozí experimentální práce bylo zjištěno, že hlavní příčinou vzniku vibrací a hluku je vačkový mechanismus a samotná mechanická soustava jehelní tyče, kterou lze upravit za účelem snížení hluku a vibrací při vyšších pracovních rychlostech. V této diplomové práci je vačkový mechanismus nahrazen řízeným mechatronickým systémem s elektrickým lineárním servomotorem. Pomocí dynamické analýzy se zkoumá chování mechanické soustavy jehelní tyče. Později je výsledek této analýzy použit k porovnání dynamické analýzy upraveného funkčního modelu. Bylo navrženo celkem pět druhů modifikací jehelní tyče, z nichž byly dále vybrány a zpracovány dva návrhy. Pro tyto dna návrhy byla provedena dynamická analýza. První úprava využívala tlumič vibrací složený s kompaktního ocelového lanka. Druhá úprava využívá pro tlumení vibrací dva permanentní magnety. V prvním případě bylo využito standardního kompaktního lankového izolátoru vibrací dostupného na trhu s předem známými charakteristikami předepsanými výrobní společností. V druhém případě byl výběr magnetu proveden na základě posouzení silové charakteristiky v závislosti na vzájemné vzdálenosti dvou magnetů, která byla stanovena pomocí softwaru FEMM 4.0. Získané charakteristiky byly vloženy do matematického modelu, jež prováděl dynamickou analýzu. Výsledky dynamické analýzy ukazují znatelné snížení vibrací při použití navržených úprav.

Keywords

Šicí stroj, Dekorativní steh, Plovoucí jehla, Snížení hluku, Lineární servomotor, Izolátor vibrací, Kompaktní lankový izolátor vibrací, Tlumič vibrací, Permanentní magnet

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 11. 1. 2021

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Jiří Komárek, Ph.D.

Technical University of Liberec

Faculty of Mechanical Engineering

Master programme / field:
Mechanical Engineering / Machines and Equipment Design