梳理過程中纖維受力分析

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梳理過程中纖維受力分析

一、力的類型　

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纖維在梳理機上的運動是其受力的結果，為了研究其運動規律，通過分析，纖維集合體在梳理中的受力情況如圖所示。

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纖維在梳理中所受的力主要可以分為以下幾種。

作用在針齒上的力

1.梳理力Ｒ

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當兩個針面對一束纖維進行梳理時，纖維受到針齒對其的梳理力。梳理力大，則對纖維的梳理、分解效果好，但工藝上也應盡量避免梳理力過大，否則易引起纖維損傷或針布損壞。

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2.離心力Ｃ

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梳理機上多數工藝部件均作回轉運動，轉速愈高，纖維受到的離心力愈大。其值可由經典力學公式計算：

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Ｃ＝Ｍω２ｒ

式中：Ｍ———纖維質量；

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ω———工作機件轉速；

ｒ———工作機件回轉半徑。

在梳理開始階段，纖維多為束狀，質量較大，離心力較大。離心力雖有使被梳理的纖維及其間的雜質脫離針齒的趨勢，但由于纖維間的聯系力、纖維與針齒間的摩擦力存在，正常條件下可抵消離心力的作用，纖維不易脫離針齒。而雜質在纖維開松的情況下，很容易被甩掉。

3.擠壓力Ｓ

梳理是在兩針齒間進行的，而且隔距很小。當纖維層有一定厚度時，纖維間便產生較大的擠壓力Ｓ，方向指向針根，使纖維進入針隙，增加針齒對纖維的握持力。

4.彈性反作用力Ｑ

當纖維層受到擠壓時，下層纖維會對上層纖維產生彈性反作用力Ｑ，該力方向指向針尖，阻止纖維深入針隙。

5.空氣阻力

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在工作件回轉時，被其握持的纖維總會受到空氣的阻力，其方向與機件運動方向相反，數量級極小，可忽略不計。

6.摩擦力Ｆ

當纖維在隔距很小的兩回轉針面間受以上諸力作用時，有運動的趨勢，此時纖維會受到針齒阻礙其運動的摩擦力Ｆ的作用，摩擦力的方向平行于針面。最大靜摩擦力的大小直接影響到纖維與針齒的相對運動。
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二、纖維與針齒的相對運動

1.相對運動類型

纖維受到上述的離心力Ｃ、擠壓力Ｓ、彈性反作用力Ｑ的合力（法向力）Ｕ、梳理力Ｒ（切向力）及摩擦力Ｆ共同作用時，如圖所示，纖維相對于針齒的運動有三種情況：

①在針齒間受切向力的作用而被梳理或轉移。

②沿針齒向針尖或針根移動。

③纖維在針齒上既不向針齒移動，也不向針間移動，發生所謂的“自制現象”。

在情況①下，纖維作切向運動，且纖維在切向力作用下，實現分梳、轉移而形成更小的纖維束，最后形成單纖維，并能使纖維在一定程度上伸直；在情況②下，纖維作沿針運動；在情況③下，纖維可能環繞針齒做相對運動，稱纖維的繞針運動。

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2.運動條件

如圖所示，切向的梳理力Ｒ與法向的合力Ｕ（假設Ｕ力方向指向針尖時為正值）的合力為Ｔ。Ｔ與針齒間的夾角β為梳理角，β可能小于９０°，也可能大于９０°，但恒小于１８０°。Ｔ可分解成為與針齒平行的力Ｔｙ及與針齒垂直的力Ｔｘ。Ｔｙ是使纖維沿針齒移動的力，Ｔｘ則是纖維束對針齒的正壓力，摩擦力Ｆ的大小與Ｔｘ有關，它們可用下式表示：

Ｔｘ＝Ｔｃｏｓ（β－９０°），Ｔｙ＝Ｔｓｉｎ（β－９０°）

纖維若要沿針齒運動，必須克服纖維與針齒間的摩擦力Ｆ，即

Ｔｙ＝Ｔｓｉｎ（β－９０°）＞Ｆ＝μＴｃｏｓ（β－９０°）

ｔａｎ（β－９０°）＞μ＝ｔａｎφ

β＞φ＋９０°

式中：μ———纖維與針齒間的摩擦系數；

φ———摩擦角。

故當β＞９０°且β＞φ＋９０°時，才會使纖維沿針齒向針尖移動；而當Ｔ的梳理角β＜９０°且β＜９０°－φ時，才會使纖維沿針齒向針根移動。

同樣，按上述方法可求得：當（９０°－φ）≤β≤（φ＋９０°）時，纖維被阻留在針齒上，發生上述第③種情況即“自制現象”。

根據以上分析，可將纖維在針齒上可能的運動方式直觀地用圖４－５所示的圓錐空間表示。

①當梳理角β＞φ＋９０°時，處于滑脫區，纖維沿針齒向針尖移動。

②當β＜９０°－φ時，處于沉降區，纖維沿針齒向針根移動。

③當（９０°－φ）≤β≤（φ＋９０°）時，處于自制區，發生“自制現象”，纖維環繞針齒運動。

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