缝纫及缝线的张力原理及应用2
3. 线迹形成的本质 — 缝线正负张力的切变作用线迹是由一个或多个线环互相穿套或嵌套形成的。缝线的线环形成是缝线拉伸张力(正张力)切变成压缩张力(负张力)的结果。
图4⑴表示了机针线环的形成原理。在机针进程极限位置上回退瞬间，缝线在针孔处回折点的受力情况由针孔上壁施加的拉伸张力切变成针孔下壁施加的压缩张力，实验证明：一维挠性体由拉伸切转到压缩时的变形特征是弯曲，所以，拉伸时，缝线回折点的“闭合”双线形态在压张力作用下弯曲向外张开，形成了线环。由于缝线从长针槽侧穿入针孔，长针槽对槽内缝线有摩擦约束力，结果迫使线环只能在长槽对面展开。随着压缩变形增大，线环宽度也随之增大，回退到一定高度后，这种变形失去规律。一般情况是：机针回退2毫米左右时，钩线器(如梭尖、弯针、线叉等)插入机针线环最佳，此时线环宽度值为最大值。缝纫机设计时，机针和钩线器的时间配合就应根据这一现象来确定。
例1 机针针缺口和装针方向
机针回退压缩缝线后抛出的线环大小还不能保证钩线器百分之百地可靠穿入，高速缝纫时，这种情况更为突出，因此在针孔上方加工成 凹形的针缺口(见图4⑵)，图中易见针缺口的作用就是增加机针抛出线环的宽度ΔH，保证钩线的成功率，也就是有效防止跳线。
分析结论：确定装针方向的方法是“针缺口对准钩线器”，操作者只需了解机针和钩钱器的相对位置(前后或左右)就可以将正确的装
针方向确定。
例2 线环位置和针柄结构
缝线的主要特征参数有四个：直径(纱线号数和股数)、材料、颜色、捻度和旋向。其中捻度形成了缝线中纱线的的扭变形，机针抛出线环后，在负张力的作用下，缝线处于松驰的弯曲状态，当捻度过大时，缝线会产生退捻效应，将加捻时的扭变形释放出来，其结果是使线环发生偏转(偏转方向和线的旋向有关)，偏转现象使线环不能正对钩线器，供钩线器穿入线环的有效面积大大下降，严重时会导致连续性跳线。
分析结论：
⑴ 缝线的捻度应该在规定适当范围内选用，有条件的应该标准化;强捻缝线使用时要注意扭变形作用的影响。
⑵ 克服线环偏转有效而简单的方法是将机针针柄制成圆柱形结构，通过微调装针方向，使偏转的线环能正对钩线器。工业用缝纫机针采用了圆柱形针柄结构就是出于这种原因。应该指出，家用缝纫机机针采用有定位平面的针柄结构，装针方向不能调整，原因是操作上带来方便,满足不经常使用缝纫机的人的需求。
4. 线迹结构质量 — 缝线张力的调整
作业时，保持线迹标准结构稳定的条件是：
⑴ 各线环之间所需的张力值必须调整到位;
⑵ 整个穿线途径上提供的张力必须稳定
因此，提供张力的主要装置 — 张力器的制造质量尤其重要。
例1 包缝线迹(504线迹)和包边线迹(505线迹)的结构调整504线迹的标准结构(图5⑴)是在布边处有一根连续的上弯线针缝线3，在同样的作业参数(包缝宽度和针距、车速等)下，减少机针缝线1上的张力，增加下弯针缝线2的张力，略微增加一些上弯针缝线3的张力，就可以将504线迹结构转变成505线迹的包边结构(图5⑵)，在布边上有二根连续的缝线。
例2 线缝弹性和线迹张力
弹性面料服装缝纫时如内衣等，要求线缝有较好的弹性，能和弹性面料一起伸缩，线迹不会绷断。线缝弹性取决线迹的结构、缝线材料和线迹张力。应用张力原理不难证明：“在同样的线缝长度下，用线量越多张力愈小的线迹形成的线缝弹性越大”。因此针距愈小，即针脚密度愈大(针/厘米)、多线环穿套的线迹和尽可能小的张力控制能满足弹性面料对线缝弹性的要求,这也是弹性面料常用绷缝线迹的原因。
图6表示了401号双线链式线迹针脚密度和线缝弹性的关系, 针脚密度一般不超过5-6针/厘米
5. 张力补偿器的应用 — 张力均匀
根据张力原理中第三条，缝线上张力波动性要小，即张力值稳定，张力T的张力变化量ΔT要尽可能小。因此，设计穿线路径时要考虑：
在一个线迹循环中张力峰值过大时，要让它降下来(一般发生在收线位置)，当张力变小，甚至为零时，要让它增加(一般发生在线环穿套完成后的时刻)。
张力补偿器工作原理是：利用穿线路径长度大小的变化，在缝线长度变大或变小的瞬间，达到张力的变小或变大。平缝机上挑线簧就是补偿器的一个实例(图6⑴)。
缝线T — ε变形公式：ΔT = K ·ε= K ·
式中
K — 缝线弹性模量，常数
ε — 缝线变形值
ΔL — 缝线伸长(或收缩量)
L — 穿线途径长度
当张力T值变大时，缝线变形量ε增加，缝线伸长ΔL。补偿器的弹簧(由弹性模量小的材料制成)受大张力作用弯曲，从线路Ⅰ位置到Ⅱ位置，瞬间穿线途径长度减少，由此，缝线释放出的多余线量ΔL′，立刻抵消了受大张力作用下增加的弹性变形值ΔL，结果使缝线上的张力T下降;反之，当缝线张力T变小时，缝线变形量ε为负值，缝线收缩量为-ΔL，弹簧受张力减小而上抬，线路从位置Ⅲ抬高到位置Ⅱ(或位置Ⅰ)，瞬间，缝线5的穿线途径长度增加，途径长度在极短时间内突然增加的量+ΔL′抵消了张力变小缝线的收缩量-ΔL，也就是增加了缝线张力。
例1 穿线途径长度和张力稳定性(ΔT)的关系由T —ε变形公式可知，在同样±ΔL下，穿线途径L愈长，ε值就愈小，ΔT值也愈小，也就是说：张力波动值ΔT愈小，缝线上张力愈稳定。
因此，缝纫机设计时可以通过增加穿线途径长度来达到张力补偿的目的，这一结论在多针多线绷缝线迹的缝纫机上可以获得应用。
参考文献：
1. 服装设备应用 缪元吉 徐新友 编著 1999年 上海科技教育出版社
2. 服装设备与生产 缪元吉 方芸 编著 2002年 东华大学出版社
缪元吉 方芸 东华大学 服装学院 成教学院
摘要：从创造学的原理法则出发，阐述了缝线张力原理的思维方式，并用张力原理解释了缝纫机研发中一些理念上的本质问题，提出了一些建议供有关人员在缝纫机设计、调节或排除故障等方面参考。
关键词：缝线、张力原理、缝针、缝纫机多年来，大量的专利资料研究表明，创新思维中的普适性原理是存在的，只有用普适性的创新思维原理和专业领域知识结合，才能促成产品创新概念的形成。
一、问题提出
在缝纫机上，可以提出诸如下面所述的一些理念上的本质问题和现象。
1. 为什么不同的缝纫机有不同的穿线途径?它们的共性何在?为什么不能直接将缝线从卷装上引导至针孔，一定要经过一个规定的穿线途径?
2. 针距变化时会引起用线量的变化，但缝纫机上为什么没有用线量大小的调节装置?
3. 缝纫机针有规定的装针方向，不同的机器是不同的，什么是机针正确装针的判定原则呢?
4. 各种线迹的结构形态是各种类型缝纫机研发的基本思路，线迹形成的本质原理是什么?
5. 一根小小的缝纫机针为什么需要诸如针槽、针柄、针缺口等这样的结构形式呢?
二、 缝线张力原理 — 缝纫机研发中的普适性原理
1. 张力原理的概念形成
缝纫机研发中，“生态”思维路线之一是：
在“线迹形成”的思维节点上。应用创造学上的“原理思维法则”提出线迹形成的原理性思维法则，在“纱线力学”的基础知识上逐步导出“缝线张力原理”的概念。
2. 缝线张力原理表述
缝线张力原理有三个内容：
⑴ 缝线是一维挠性体，只有在给定的张力条件下，才有规定的确定形状;
⑵ 缝线张力获得主要只有二种形式，通过张力器和通过曲面(如图1);
⑶ 缝线上的张力要求有二条：第一是满足线迹形成的要求前提下，张力值应尽可能小;第二是线迹形成过程中张力的波动值应愈小愈好,也就是张力要求稳定。
三、缝线张力原理的应用
1. 合理的穿线途径 — 保持线迹形状的张力获得
根据张力原理第一条，只有在适当的张力条件下，线迹中每一个线环在形成过程中才能保持着自己所需的形状。合理的张力只有通过规定的穿线途径才能获得。
穿线 例1
线迹中每根缝线都有一条规定的穿线途径，穿线途径的主要目的是向缝线提供满足线环形成所需的张力值，其次才是改变缝线方向，将 缝线引导到缝纫位置。穿线途径上应包括：各种类型的过线器如：园柱曲面，过线板，导线孔、槽等(增加张力、改变缝线走向);至少一个 张力器(张力主要来源);张力补偿器(均匀张力);挑线钩(输线和收线)。
穿线的途经顺序应为：过线器 ---> 张力器 ---> 张力补偿器 ---> 挑线钩 ---> 针槽
例2
如GJ4—2型钉扣机上，一个缝线有三个张力器，其作用分别是：停针时，保持张力，缝纫时提供张力和每一个缝迹循环中(一般为20针 )中，每一针张力值的同一性。
2. 针距和用线量的关系 — 缝线张力变化和线迹形状 图2中可见：在每一针缝纫循环中，针距由大变小时，用线量减少。多余的线量使得缝线松驰，缝线张力值变小，反之，针距由小变大时 ，每一针用线量增加，由纱线退解力学公式可以知道，加速输出线量的结果使得缝线张力变大。针距、线量和张力之间的关系一般是线性关系 ，针距变小(或变大)导致了用线量的变少(或变多)，用线量的变少(或变多)又导致了缝线张力变小(或变大)，缝线上张力变化最直接 的外观效果是线迹结构形状发生了变化，如果结构形状走形变态，就说明用线量发生了变化,缝纫张力需要调整。图3表示了底、面线张力变化时301线迹和401线迹的结构形态变化。
结论：缝纫机上的张力调整就是线迹线量的调整。
例1 GI3-1/5-1
平头锁眼机上，横列针距为小针距，套结针距为大针距，所以在横列针距变为套结针距(或套结变为横列)时，面线的张力必须随之变化，所以平头锁眼机上的面线有二个张力器，其中一个张力器在套结时松开(由张力凸轮控制)，以满足套结时用线量增大的需要。
3. 线迹形成的本质 — 缝线正负张力的切变作用线迹是由一个或多个线环互相穿套或嵌套形成的。缝线的线环形成是缝线拉伸张力(正张力)切变成压缩张力(负张力)的结果。
图4⑴表示了机针线环的形成原理。在机针进程极限位置上回退瞬间，缝线在针孔处回折点的受力情况由针孔上壁施加的拉伸张力切变成针孔下壁施加的压缩张力，实验证明：一维挠性体由拉伸切转到压缩时的变形特征是弯曲，所以，拉伸时，缝线回折点的“闭合”双线形态在压张力作用下弯曲向外张开，形成了线环。由于缝线从长针槽侧穿入针孔，长针槽对槽内缝线有摩擦约束力，结果迫使线环只能在长槽对面展开。随着压缩变形增大，线环宽度也随之增大，回退到一定高度后，这种变形失去规律。一般情况是：机针回退2毫米左右时，钩线器(如梭尖、弯针、线叉等)插入机针线环最佳，此时线环宽度值为最大值。缝纫机设计时，机针和钩线器的时间配合就应根据这一现象来确定。
例1 机针针缺口和装针方向
机针回退压缩缝线后抛出的线环大小还不能保证钩线器百分之百地可靠穿入，高速缝纫时，这种情况更为突出，因此在针孔上方加工成 凹形的针缺口(见图4⑵)，图中易见针缺口的作用就是增加机针抛出线环的宽度ΔH，保证钩线的成功率，也就是有效防止跳线。
分析结论：确定装针方向的方法是“针缺口对准钩线器”，操作者只需了解机针和钩钱器的相对位置(前后或左右)就可以将正确的装
针方向确定。
例2 线环位置和针柄结构
缝线的主要特征参数有四个：直径(纱线号数和股数)、材料、颜色、捻度和旋向。其中捻度形成了缝线中纱线的的扭变形，机针抛出线环后，在负张力的作用下，缝线处于松驰的弯曲状态，当捻度过大时，缝线会产生退捻效应，将加捻时的扭变形释放出来，其结果是使线环发生偏转(偏转方向和线的旋向有关)，偏转现象使线环不能正对钩线器，供钩线器穿入线环的有效面积大大下降，严重时会导致连续性跳线。
分析结论：
⑴ 缝线的捻度应该在规定适当范围内选用，有条件的应该标准化;强捻缝线使用时要注意扭变形作用的影响。
⑵ 克服线环偏转有效而简单的方法是将机针针柄制成圆柱形结构，通过微调装针方向，使偏转的线环能正对钩线器。工业用缝纫机针采用了圆柱形针柄结构就是出于这种原因。应该指出，家用缝纫机机针采用有定位平面的针柄结构，装针方向不能调整，原因是操作上带来方便,满足不经常使用缝纫机的人的需求。
4. 线迹结构质量 — 缝线张力的调整
作业时，保持线迹标准结构稳定的条件是：
⑴ 各线环之间所需的张力值必须调整到位;
⑵ 整个穿线途径上提供的张力必须稳定
因此，提供张力的主要装置 — 张力器的制造质量尤其重要。
例1 包缝线迹(504线迹)和包边线迹(505线迹)的结构调整504线迹的标准结构(图5⑴)是在布边处有一根连续的上弯线针缝线3，在同样的作业参数(包缝宽度和针距、车速等)下，减少机针缝线1上的张力，增加下弯针缝线2的张力，略微增加一些上弯针缝线3的张力，就可以将504线迹结构转变成505线迹的包边结构(图5⑵)，在布边上有二根连续的缝线。
例2 线缝弹性和线迹张力
弹性面料服装缝纫时如内衣等，要求线缝有较好的弹性，能和弹性面料一起伸缩，线迹不会绷断。线缝弹性取决线迹的结构、缝线材料和线迹张力。应用张力原理不难证明：“在同样的线缝长度下，用线量越多张力愈小的线迹形成的线缝弹性越大”。因此针距愈小，即针脚密度愈大(针/厘米)、多线环穿套的线迹和尽可能小的张力控制能满足弹性面料对线缝弹性的要求,这也是弹性面料常用绷缝线迹的原因。
图6表示了401号双线链式线迹针脚密度和线缝弹性的关系, 针脚密度一般不超过5-6针/厘米
5. 张力补偿器的应用 — 张力均匀
根据张力原理中第三条，缝线上张力波动性要小，即张力值稳定，张力T的张力变化量ΔT要尽可能小。因此，设计穿线路径时要考虑：
在一个线迹循环中张力峰值过大时，要让它降下来(一般发生在收线位置)，当张力变小，甚至为零时，要让它增加(一般发生在线环穿套完成后的时刻)。
张力补偿器工作原理是：利用穿线路径长度大小的变化，在缝线长度变大或变小的瞬间，达到张力的变小或变大。平缝机上挑线簧就是补偿器的一个实例(图6⑴)。
缝线T — ε变形公式：ΔT = K ·ε= K ·
K — 缝线弹性模量，常数
ε — 缝线变形值
ΔL — 缝线伸长(或收缩量)
L — 穿线途径长度
当张力T值变大时，缝线变形量ε增加，缝线伸长ΔL。补偿器的弹簧(由弹性模量小的材料制成)受大张力作用弯曲，从线路Ⅰ位置到Ⅱ位置，瞬间穿线途径长度减少，由此，缝线释放出的多余线量ΔL′，立刻抵消了受大张力作用下增加的弹性变形值ΔL，结果使缝线上的张力T下降;反之，当缝线张力T变小时，缝线变形量ε为负值，缝线收缩量为-ΔL，弹簧受张力减小而上抬，线路从位置Ⅲ抬高到位置Ⅱ(或位置Ⅰ)，瞬间，缝线5的穿线途径长度增加，途径长度在极短时间内突然增加的量+ΔL′抵消了张力变小缝线的收缩量-ΔL，也就是增加了缝线张力。
例1 穿线途径长度和张力稳定性(ΔT)的关系由T —ε变形公式可知，在同样±ΔL下，穿线途径L愈长，ε值就愈小，ΔT值也愈小，也就是说：张力波动值ΔT愈小，缝线上张力愈稳定。
因此，缝纫机设计时可以通过增加穿线途径长度来达到张力补偿的目的，这一结论在多针多线绷缝线迹的缝纫机上可以获得应用。
参考文献：
1. 服装设备应用 缪元吉 徐新友 编著 1999年 上海科技教育出版社
2. 服装设备与生产 缪元吉 方芸 编著 2002年 东华大学出版社
