梳理过程中纤维受力分析

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梳理过程中纤维受力分析

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一、力的类型　

纤维在梳理机上的运动是其受力的结果，为了研究其运动规律，通过分析，纤维集合体在梳理中的受力情况如图所示。

纤维在梳理中所受的力主要可以分为以下几种。

作用在针齿上的力

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1.梳理力Ｒ

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当两个针面对一束纤维进行梳理时，纤维受到针齿对其的梳理力。梳理力大，则对纤维的梳理、分解效果好，但工艺上也应尽量避免梳理力过大，否则易引起纤维损伤或针布损坏。

2.离心力Ｃ

梳理机上多数工艺部件均作回转运动，转速愈高，纤维受到的离心力愈大。其值可由经典力学公式计算：

Ｃ＝Ｍω２ｒ

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式中：Ｍ———纤维质量；

ω———工作机件转速；

ｒ———工作机件回转半径。

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在梳理开始阶段，纤维多为束状，质量较大，离心力较大。离心力虽有使被梳理的纤维及其间的杂质脱离针齿的趋势，但由于纤维间的联系力、纤维与针齿间的摩擦力存在，正常条件下可抵消离心力的作用，纤维不易脱离针齿。而杂质在纤维开松的情况下，很容易被甩掉。

3.挤压力Ｓ

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梳理是在两针齿间进行的，而且隔距很小。当纤维层有一定厚度时，纤维间便产生较大的挤压力Ｓ，方向指向针根，使纤维进入针隙，增加针齿对纤维的握持力。

4.弹性反作用力Ｑ

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当纤维层受到挤压时，下层纤维会对上层纤维产生弹性反作用力Ｑ，该力方向指向针尖，阻止纤维深入针隙。

5.空气阻力

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在工作件回转时，被其握持的纤维总会受到空气的阻力，其方向与机件运动方向相反，数量级极小，可忽略不计。

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6.摩擦力Ｆ

当纤维在隔距很小的两回转针面间受以上诸力作用时，有运动的趋势，此时纤维会受到针齿阻碍其运动的摩擦力Ｆ的作用，摩擦力的方向平行于针面。最大静摩擦力的大小直接影响到纤维与针齿的相对运动。
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二、纤维与针齿的相对运动

1.相对运动类型

纤维受到上述的离心力Ｃ、挤压力Ｓ、弹性反作用力Ｑ的合力（法向力）Ｕ、梳理力Ｒ（切向力）及摩擦力Ｆ共同作用时，如图所示，纤维相对于针齿的运动有三种情况：

①在针齿间受切向力的作用而被梳理或转移。

②沿针齿向针尖或针根移动。

③纤维在针齿上既不向针齿移动，也不向针间移动，发生所谓的“自制现象”。

在情况①下，纤维作切向运动，且纤维在切向力作用下，实现分梳、转移而形成更小的纤维束，最后形成单纤维，并能使纤维在一定程度上伸直；在情况②下，纤维作沿针运动；在情况③下，纤维可能环绕针齿做相对运动，称纤维的绕针运动。
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2.运动条件

如图所示，切向的梳理力Ｒ与法向的合力Ｕ（假设Ｕ力方向指向针尖时为正值）的合力为Ｔ。Ｔ与针齿间的夹角β为梳理角，β可能小于９０°，也可能大于９０°，但恒小于１８０°。Ｔ可分解成为与针齿平行的力Ｔｙ及与针齿垂直的力Ｔｘ。Ｔｙ是使纤维沿针齿移动的力，Ｔｘ则是纤维束对针齿的正压力，摩擦力Ｆ的大小与Ｔｘ有关，它们可用下式表示：

Ｔｘ＝Ｔｃｏｓ（β－９０°），Ｔｙ＝Ｔｓｉｎ（β－９０°）

纤维若要沿针齿运动，必须克服纤维与针齿间的摩擦力Ｆ，即

Ｔｙ＝Ｔｓｉｎ（β－９０°）＞Ｆ＝μＴｃｏｓ（β－９０°）

ｔａｎ（β－９０°）＞μ＝ｔａｎφ

β＞φ＋９０°

式中：μ———纤维与针齿间的摩擦系数；

φ———摩擦角。

故当β＞９０°且β＞φ＋９０°时，才会使纤维沿针齿向针尖移动；而当Ｔ的梳理角β＜９０°且β＜９０°－φ时，才会使纤维沿针齿向针根移动。

同样，按上述方法可求得：当（９０°－φ）≤β≤（φ＋９０°）时，纤维被阻留在针齿上，发生上述第③种情况即“自制现象”。

根据以上分析，可将纤维在针齿上可能的运动方式直观地用图４－５所示的圆锥空间表示。

①当梳理角β＞φ＋９０°时，处于滑脱区，纤维沿针齿向针尖移动。

②当β＜９０°－φ时，处于沉降区，纤维沿针齿向针根移动。

③当（９０°－φ）≤β≤（φ＋９０°）时，处于自制区，发生“自制现象”，纤维环绕针齿运动。