縫紉及縫線的張力原理及應用2
3. 線跡形成的本質 — 縫線正負張力的切變作用線跡是由一個或多個線環互相穿套或嵌套形成的?？p線的線環形成是縫線拉伸張力(正張力)切變成壓縮張力(負張力)的結果。
圖4⑴表示了機針線環的形成原理。在機針進程極限位置上回退瞬間，縫線在針孔處回折點的受力情況由針孔上壁施加的拉伸張力切變成針孔下壁施加的壓縮張力，實驗證明：一維撓性體由拉伸切轉到壓縮時的變形特征是彎曲，所以，拉伸時，縫線回折點的“閉合”雙線形態在壓張力作用下彎曲向外張開，形成了線環。由于縫線從長針槽側穿入針孔，長針槽對槽內縫線有摩擦約束力，結果迫使線環只能在長槽對面展開。隨著壓縮變形增大，線環寬度也隨之增大，回退到一定高度后，這種變形失去規律。一般情況是：機針回退2毫米左右時，鉤線器(如梭尖、彎針、線叉等)插入機針線環最佳，此時線環寬度值為最大值。縫紉機設計時，機針和鉤線器的時間配合就應根據這一現象來確定。
例1 機針針缺口和裝針方向
機針回退壓縮縫線后拋出的線環大小還不能保證鉤線器百分之百地可靠穿入，高速縫紉時，這種情況更為突出，因此在針孔上方加工成 凹形的針缺口(見圖4⑵)，圖中易見針缺口的作用就是增加機針拋出線環的寬度ΔH，保證鉤線的成功率，也就是有效防止跳線。
分析結論：確定裝針方向的方法是“針缺口對準鉤線器”，操作者只需了解機針和鉤錢器的相對位置(前后或左右)就可以將正確的裝
針方向確定。
例2 線環位置和針柄結構
縫線的主要特征參數有四個：直徑(紗線號數和股數)、材料、顏色、捻度和旋向。其中捻度形成了縫線中紗線的的扭變形，機針拋出線環后，在負張力的作用下，縫線處于松馳的彎曲狀態，當捻度過大時，縫線會產生退捻效應，將加捻時的扭變形釋放出來，其結果是使線環發生偏轉(偏轉方向和線的旋向有關)，偏轉現象使線環不能正對鉤線器，供鉤線器穿入線環的有效面積大大下降，嚴重時會導致連續性跳線。
分析結論：
?、?縫線的捻度應該在規定適當范圍內選用，有條件的應該標準化;強捻縫線使用時要注意扭變形作用的影響。
?、?克服線環偏轉有效而簡單的方法是將機針針柄制成圓柱形結構，通過微調裝針方向，使偏轉的線環能正對鉤線器。工業用縫紉機針采用了圓柱形針柄結構就是出于這種原因。應該指出，家用縫紉機機針采用有定位平面的針柄結構，裝針方向不能調整，原因是操作上帶來方便,滿足不經常使用縫紉機的人的需求。
4. 線跡結構質量 — 縫線張力的調整
作業時，保持線跡標準結構穩定的條件是：
?、?各線環之間所需的張力值必須調整到位;
?、?整個穿線途徑上提供的張力必須穩定
因此，提供張力的主要裝置 — 張力器的制造質量尤其重要。
例1 包縫線跡(504線跡)和包邊線跡(505線跡)的結構調整504線跡的標準結構(圖5⑴)是在布邊處有一根連續的上彎線針縫線3，在同樣的作業參數(包縫寬度和針距、車速等)下，減少機針縫線1上的張力，增加下彎針縫線2的張力，略微增加一些上彎針縫線3的張力，就可以將504線跡結構轉變成505線跡的包邊結構(圖5⑵)，在布邊上有二根連續的縫線。
例2 線縫彈性和線跡張力
彈性面料服裝縫紉時如內衣等，要求線縫有較好的彈性，能和彈性面料一起伸縮，線跡不會繃斷。線縫彈性取決線跡的結構、縫線材料和線跡張力。應用張力原理不難證明：“在同樣的線縫長度下，用線量越多張力愈小的線跡形成的線縫彈性越大”。因此針距愈小，即針腳密度愈大(針/厘米)、多線環穿套的線跡和盡可能小的張力控制能滿足彈性面料對線縫彈性的要求,這也是彈性面料常用繃縫線跡的原因。
圖6表示了401號雙線鏈式線跡針腳密度和線縫彈性的關系, 針腳密度一般不超過5-6針/厘米
5. 張力補償器的應用 — 張力均勻
根據張力原理中第三條，縫線上張力波動性要小，即張力值穩定，張力T的張力變化量ΔT要盡可能小。因此，設計穿線路徑時要考慮：
在一個線跡循環中張力峰值過大時，要讓它降下來(一般發生在收線位置)，當張力變小，甚至為零時，要讓它增加(一般發生在線環穿套完成后的時刻)。
張力補償器工作原理是：利用穿線路徑長度大小的變化，在縫線長度變大或變小的瞬間，達到張力的變小或變大。平縫機上挑線簧就是補償器的一個實例(圖6⑴)。
縫線T — ε變形公式：ΔT = K ·ε= K ·
式中
K — 縫線彈性模量，常數
ε — 縫線變形值
ΔL — 縫線伸長(或收縮量)
L — 穿線途徑長度
當張力T值變大時，縫線變形量ε增加，縫線伸長ΔL。補償器的彈簧(由彈性模量小的材料制成)受大張力作用彎曲，從線路Ⅰ位置到Ⅱ位置，瞬間穿線途徑長度減少，由此，縫線釋放出的多余線量ΔL′，立刻抵消了受大張力作用下增加的彈性變形值ΔL，結果使縫線上的張力T下降;反之，當縫線張力T變小時，縫線變形量ε為負值，縫線收縮量為-ΔL，彈簧受張力減小而上抬，線路從位置Ⅲ抬高到位置Ⅱ(或位置Ⅰ)，瞬間，縫線5的穿線途徑長度增加，途徑長度在極短時間內突然增加的量+ΔL′抵消了張力變小縫線的收縮量-ΔL，也就是增加了縫線張力。
例1 穿線途徑長度和張力穩定性(ΔT)的關系由T —ε變形公式可知，在同樣±ΔL下，穿線途徑L愈長，ε值就愈小，ΔT值也愈小，也就是說：張力波動值ΔT愈小，縫線上張力愈穩定。
因此，縫紉機設計時可以通過增加穿線途徑長度來達到張力補償的目的，這一結論在多針多線繃縫線跡的縫紉機上可以獲得應用。
參考文獻：
1. 服裝設備應用 繆元吉 徐新友 編著 1999年 上海科技教育出版社
2. 服裝設備與生產 繆元吉 方蕓 編著 2002年 東華大學出版社
繆元吉 方蕓 東華大學 服裝學院 成教學院
摘要：從創造學的原理法則出發，闡述了縫線張力原理的思維方式，并用張力原理解釋了縫紉機研發中一些理念上的本質問題，提出了一些建議供有關人員在縫紉機設計、調節或排除故障等方面參考。
關鍵詞：縫線、張力原理、縫針、縫紉機多年來，大量的專利資料研究表明，創新思維中的普適性原理是存在的，只有用普適性的創新思維原理和專業領域知識結合，才能促成產品創新概念的形成。
一、問題提出
在縫紉機上，可以提出諸如下面所述的一些理念上的本質問題和現象。
1. 為什么不同的縫紉機有不同的穿線途徑?它們的共性何在?為什么不能直接將縫線從卷裝上引導至針孔，一定要經過一個規定的穿線途徑?
2. 針距變化時會引起用線量的變化，但縫紉機上為什么沒有用線量大小的調節裝置?
3. 縫紉機針有規定的裝針方向，不同的機器是不同的，什么是機針正確裝針的判定原則呢?
4. 各種線跡的結構形態是各種類型縫紉機研發的基本思路，線跡形成的本質原理是什么?
5. 一根小小的縫紉機針為什么需要諸如針槽、針柄、針缺口等這樣的結構形式呢?
二、 縫線張力原理 — 縫紉機研發中的普適性原理
1. 張力原理的概念形成
縫紉機研發中，“生態”思維路線之一是：
在“線跡形成”的思維節點上。應用創造學上的“原理思維法則”提出線跡形成的原理性思維法則，在“紗線力學”的基礎知識上逐步導出“縫線張力原理”的概念。
2. 縫線張力原理表述
縫線張力原理有三個內容：
⑴ 縫線是一維撓性體，只有在給定的張力條件下，才有規定的確定形狀;
?、?縫線張力獲得主要只有二種形式，通過張力器和通過曲面(如圖1);
?、?縫線上的張力要求有二條：第一是滿足線跡形成的要求前提下，張力值應盡可能小;第二是線跡形成過程中張力的波動值應愈小愈好,也就是張力要求穩定。
三、縫線張力原理的應用
1. 合理的穿線途徑 — 保持線跡形狀的張力獲得
根據張力原理第一條，只有在適當的張力條件下，線跡中每一個線環在形成過程中才能保持著自己所需的形狀。合理的張力只有通過規定的穿線途徑才能獲得。
穿線 例1
線跡中每根縫線都有一條規定的穿線途徑，穿線途徑的主要目的是向縫線提供滿足線環形成所需的張力值，其次才是改變縫線方向，將 縫線引導到縫紉位置。穿線途徑上應包括：各種類型的過線器如：園柱曲面，過線板，導線孔、槽等(增加張力、改變縫線走向);至少一個 張力器(張力主要來源);張力補償器(均勻張力);挑線鉤(輸線和收線)。
穿線的途經順序應為：過線器 ---> 張力器 ---> 張力補償器 ---> 挑線鉤 ---> 針槽
例2
如GJ4—2型釘扣機上，一個縫線有三個張力器，其作用分別是：停針時，保持張力，縫紉時提供張力和每一個縫跡循環中(一般為20針 )中，每一針張力值的同一性。
2. 針距和用線量的關系 — 縫線張力變化和線跡形狀 圖2中可見：在每一針縫紉循環中，針距由大變小時，用線量減少。多余的線量使得縫線松馳，縫線張力值變小，反之，針距由小變大時 ，每一針用線量增加，由紗線退解力學公式可以知道，加速輸出線量的結果使得縫線張力變大。針距、線量和張力之間的關系一般是線性關系 ，針距變小(或變大)導致了用線量的變少(或變多)，用線量的變少(或變多)又導致了縫線張力變小(或變大)，縫線上張力變化最直接 的外觀效果是線跡結構形狀發生了變化，如果結構形狀走形變態，就說明用線量發生了變化,縫紉張力需要調整。圖3表示了底、面線張力變化時301線跡和401線跡的結構形態變化。
結論：縫紉機上的張力調整就是線跡線量的調整。
例1 GI3-1/5-1
平頭鎖眼機上，橫列針距為小針距，套結針距為大針距，所以在橫列針距變為套結針距(或套結變為橫列)時，面線的張力必須隨之變化，所以平頭鎖眼機上的面線有二個張力器，其中一個張力器在套結時松開(由張力凸輪控制)，以滿足套結時用線量增大的需要。
3. 線跡形成的本質 — 縫線正負張力的切變作用線跡是由一個或多個線環互相穿套或嵌套形成的。縫線的線環形成是縫線拉伸張力(正張力)切變成壓縮張力(負張力)的結果。
圖4⑴表示了機針線環的形成原理。在機針進程極限位置上回退瞬間，縫線在針孔處回折點的受力情況由針孔上壁施加的拉伸張力切變成針孔下壁施加的壓縮張力，實驗證明：一維撓性體由拉伸切轉到壓縮時的變形特征是彎曲，所以，拉伸時，縫線回折點的“閉合”雙線形態在壓張力作用下彎曲向外張開，形成了線環。由于縫線從長針槽側穿入針孔，長針槽對槽內縫線有摩擦約束力，結果迫使線環只能在長槽對面展開。隨著壓縮變形增大，線環寬度也隨之增大，回退到一定高度后，這種變形失去規律。一般情況是：機針回退2毫米左右時，鉤線器(如梭尖、彎針、線叉等)插入機針線環最佳，此時線環寬度值為最大值?？p紉機設計時，機針和鉤線器的時間配合就應根據這一現象來確定。
例1 機針針缺口和裝針方向
機針回退壓縮縫線后拋出的線環大小還不能保證鉤線器百分之百地可靠穿入，高速縫紉時，這種情況更為突出，因此在針孔上方加工成 凹形的針缺口(見圖4⑵)，圖中易見針缺口的作用就是增加機針拋出線環的寬度ΔH，保證鉤線的成功率，也就是有效防止跳線。
分析結論：確定裝針方向的方法是“針缺口對準鉤線器”，操作者只需了解機針和鉤錢器的相對位置(前后或左右)就可以將正確的裝
針方向確定。
例2 線環位置和針柄結構
縫線的主要特征參數有四個：直徑(紗線號數和股數)、材料、顏色、捻度和旋向。其中捻度形成了縫線中紗線的的扭變形，機針拋出線環后，在負張力的作用下，縫線處于松馳的彎曲狀態，當捻度過大時，縫線會產生退捻效應，將加捻時的扭變形釋放出來，其結果是使線環發生偏轉(偏轉方向和線的旋向有關)，偏轉現象使線環不能正對鉤線器，供鉤線器穿入線環的有效面積大大下降，嚴重時會導致連續性跳線。
分析結論：
?、?縫線的捻度應該在規定適當范圍內選用，有條件的應該標準化;強捻縫線使用時要注意扭變形作用的影響。
?、?克服線環偏轉有效而簡單的方法是將機針針柄制成圓柱形結構，通過微調裝針方向，使偏轉的線環能正對鉤線器。工業用縫紉機針采用了圓柱形針柄結構就是出于這種原因。應該指出，家用縫紉機機針采用有定位平面的針柄結構，裝針方向不能調整，原因是操作上帶來方便,滿足不經常使用縫紉機的人的需求。
4. 線跡結構質量 — 縫線張力的調整
作業時，保持線跡標準結構穩定的條件是：
?、?各線環之間所需的張力值必須調整到位;
⑵ 整個穿線途徑上提供的張力必須穩定
因此，提供張力的主要裝置 — 張力器的制造質量尤其重要。
例1 包縫線跡(504線跡)和包邊線跡(505線跡)的結構調整504線跡的標準結構(圖5⑴)是在布邊處有一根連續的上彎線針縫線3，在同樣的作業參數(包縫寬度和針距、車速等)下，減少機針縫線1上的張力，增加下彎針縫線2的張力，略微增加一些上彎針縫線3的張力，就可以將504線跡結構轉變成505線跡的包邊結構(圖5⑵)，在布邊上有二根連續的縫線。
例2 線縫彈性和線跡張力
彈性面料服裝縫紉時如內衣等，要求線縫有較好的彈性，能和彈性面料一起伸縮，線跡不會繃斷。線縫彈性取決線跡的結構、縫線材料和線跡張力。應用張力原理不難證明：“在同樣的線縫長度下，用線量越多張力愈小的線跡形成的線縫彈性越大”。因此針距愈小，即針腳密度愈大(針/厘米)、多線環穿套的線跡和盡可能小的張力控制能滿足彈性面料對線縫彈性的要求,這也是彈性面料常用繃縫線跡的原因。
圖6表示了401號雙線鏈式線跡針腳密度和線縫彈性的關系, 針腳密度一般不超過5-6針/厘米
5. 張力補償器的應用 — 張力均勻
根據張力原理中第三條，縫線上張力波動性要小，即張力值穩定，張力T的張力變化量ΔT要盡可能小。因此，設計穿線路徑時要考慮：
在一個線跡循環中張力峰值過大時，要讓它降下來(一般發生在收線位置)，當張力變小，甚至為零時，要讓它增加(一般發生在線環穿套完成后的時刻)。
張力補償器工作原理是：利用穿線路徑長度大小的變化，在縫線長度變大或變小的瞬間，達到張力的變小或變大。平縫機上挑線簧就是補償器的一個實例(圖6⑴)。
縫線T — ε變形公式：ΔT = K ·ε= K ·
K — 縫線彈性模量，常數
ε — 縫線變形值
ΔL — 縫線伸長(或收縮量)
L — 穿線途徑長度
當張力T值變大時，縫線變形量ε增加，縫線伸長ΔL。補償器的彈簧(由彈性模量小的材料制成)受大張力作用彎曲，從線路Ⅰ位置到Ⅱ位置，瞬間穿線途徑長度減少，由此，縫線釋放出的多余線量ΔL′，立刻抵消了受大張力作用下增加的彈性變形值ΔL，結果使縫線上的張力T下降;反之，當縫線張力T變小時，縫線變形量ε為負值，縫線收縮量為-ΔL，彈簧受張力減小而上抬，線路從位置Ⅲ抬高到位置Ⅱ(或位置Ⅰ)，瞬間，縫線5的穿線途徑長度增加，途徑長度在極短時間內突然增加的量+ΔL′抵消了張力變小縫線的收縮量-ΔL，也就是增加了縫線張力。
例1 穿線途徑長度和張力穩定性(ΔT)的關系由T —ε變形公式可知，在同樣±ΔL下，穿線途徑L愈長，ε值就愈小，ΔT值也愈小，也就是說：張力波動值ΔT愈小，縫線上張力愈穩定。
因此，縫紉機設計時可以通過增加穿線途徑長度來達到張力補償的目的，這一結論在多針多線繃縫線跡的縫紉機上可以獲得應用。
參考文獻：
1. 服裝設備應用 繆元吉 徐新友 編著 1999年 上?？萍冀逃霭嫔?/p>
2. 服裝設備與生產 繆元吉 方蕓 編著 2002年 東華大學出版社
