可调集成式合线器的开发设计

1 问题的提出

线是缝制工艺的主要材料和载体，市面上可供使用的线多为单色线和彩色线，随着社会的发展，人们对于缝制、拼布以及线艺产品或艺术品的色彩追求也在不断提升，单色线已无法满足定制配料，尤其是个性化的线艺、布艺作品日益丰富多变的颜色需求。特别在拼布DIY的艺术创意和设计中，往往需要在作品上采用多股不同颜色的彩色线混合使用，以达到增加作品色彩层次和色彩表现力的个性化目的[1]。

当多股线中含有不同色相的线时，颜色较亮的线靠前，颜色较暗的线后退，中间明度的线则成为上述突前和引退线的主体框架，从而在表面上创造出具有纹理质地的效果。多股混合线以点状色的形式存在，互补色组合会表现为一种柔和色，相似色组合则可形成一种富有生命力的全新色彩[2]。

手工混合多股线存在不均匀、易松散、劳动强度大和效率低的问题，为解决这一系列的问题，本文设计了一种集成式自动合线器，可为混合多股线提供简便实用、快捷可靠的自动化方法。使用时，操作者可以对捻回数进行设定，合线器启动后，自捻、合线、绕线同步协同进行，可自动完成2股～6股线的捻、合、绕线，简便实用、快捷可靠，合线色彩按需配置[3]。

2 可调集成式合线器的总体开发方案

可调集成式合线器的主要合线流程是先将两股及两股以上的线分别加捻，同时初步合线，再经集束器汇成一束互相缠绕的多股线，最后由绕线筒均匀地将合线成品卷绕收紧[4]。其总体结构示意图如图1所示。

图1 合线器整体结构示意图

1-电机2；2-捻回数控制旋钮；3-绕线筒；4-挡板；5-圆柱凸轮；6-绕线架；7-集束器；8-放线扣；9-放线筒；10-行星轮传动机构；11-滑动轴承；12-电机1

由图1可以看出，合线器由捻线合线机构、绕线机构、控制机构和动力机构组成。捻线合线机构包括行星轮传动机构，利用行星轮自转与公转方向相反的特性，可以抵消捻线与合线扭转产生的内应力；绕线机构包括圆柱凸轮机构，利用圆柱凸轮机构的从动件滚子上下往复运动的特性，可以使合线成品均匀卷绕于绕线筒上；动力机构包括电机1和电机2，分别为捻线合线机构和绕线机构提供动力；控制机构包括开关、启动、停止、急停按钮和捻数控制旋钮。使用时，操作者可以对捻回数进行设定，合线器启动后，自捻、合线、绕线同时进行，实现高效率合线。

3 捻线合线机构的设计

捻线合线机构分解图如图2所示。

图2 捻线合线机构分解图

1-行星架滑动轴承；2-行星架；3-挡板；4-齿圈；5-行星轮轴；6-太阳轮；7-挡板；8-行星架；9-行星架滑动轴承；10-中心轴；11-同步带；12-同步带轮；13-电机1；14-行星轮轴滑动轴承；15-紧固件；16-行星轮；17-内轴承；18-螺钉

捻线合线机构由捻线同步轮系、中心轴、行星轮传动机构、放线机构组成。其主要功能为：捻线和合线由行星轮传动机构实现，行星轮传动机构通过滑动轴承安装在机座右侧，6个行星轮均匀分布在太阳轮与齿圈之间，行星轮轴通过行星轮轴滑动轴承支撑在左、右行星架上，行星架通过行星架滑动轴承安装在机座右侧，行星架滑动轴承外侧内径略小于行星架直径，可于外侧固定行星架，行星架与齿圈之间有挡板，挡板通过螺钉固接在行星架滑动轴承上，可于内侧固定行星架，电机1启动，捻线同步轮系将运动传递给中心轴，使太阳轮自转，从而带动6个行星轮同时做围绕太阳轮自转和公转的运动，行星轮的自转带动安装在其上的放线机构做自转运动，完成捻线，行星轮公转带动放线机构做公转运动，使得原料线缠绕到一起，完成合线。

捻线合线机构利用行星轮自转与公转的方向相反的设计，即捻线与缠绕合线方向相反，这使得由捻线产生的内应力可以与缠线合线产生的内应力在合线过程中即时相互抵消，增加了多股线成品的稳定性和牢固性。

4 放线机构的设计

放线机构结构示意图如图3所示。由图3可以看出，放线机构通过螺纹安装在行星轮轴的中心孔上，放线机构包括放线轴、放线筒、放线滑轮、圆螺母、放线扣、缓冲材料、螺母。放线筒底部靠在放线轴底座上，放线筒头部通过圆螺母紧固、放松，放线轴的前端安装放线扣，放线扣通过螺母紧固、放松，使用者可以通过放线扣、圆螺母、螺母的拆装实现原料线的更换。放线轴的底座上有一前伸的悬臂，悬臂上安装一个放线滑轮，原料线经放线滑轮从放线扣中引出，可保证放线、合线过程的顺利进行。

图3 放线机构结构示意图

1-放线扣；2-螺母；3-缓冲材料；4-圆螺母；5-放线筒；6-放线滑轮；7-放线轴

5 绕线机构的设计

绕线机构分解图如图4所示。

图4 绕线机构分解图

1-联轴器；2-挡板；3-绕线筒；4-挡板；5-垫圈；6-螺母；7-同步带轮；8-同步带轮；9-缓冲材料；10-圆柱凸轮；11-滑动轴承；12-绕线架；13-滚子；14-滑块；15-滑动轴承；16-缓冲材料；17-导杆；18-滑动轴承；19-同步带；20-电机2

由图4可以看出，绕线机构由绕线同步轮系和安装在绕线同步带轮从动轮上的圆柱凸轮、滚子、滑动轴承、绕线架、导杆、滑块、集束器以及安装在绕线同步带轮主动轮上的挡板、绕线筒、垫圈、螺母组成；绕线同步带轮从动轮通过滑动轴承和紧固螺钉安装在左侧机座上。绕线同步轮系通过滑动轴承安装在机架左侧上，绕线架固接在机座左侧，圆柱凸轮通过滑动轴承支撑在绕线架和绕线同步轮系从动轮轴上，导杆固接于机座上，滑块安装于导杆上，集束器固接在滑块上，滚子通过滑动轴承安装在滑块上，滚子置于圆柱凸轮导轨内，电机2启动，绕线同步轮系运动将带动圆柱凸轮的转动，并使得滑块上下运动，达到使通过集束器内的多股线上下均匀分布于绕线筒上的目的。绕线筒安装在绕线同步轮系主动轮轴上，绕线筒底部靠在挡板上，头部安装挡板、垫圈、螺母，绕线筒通过螺母紧固、放松。绕线电机启动，绕线同步轮系运动，带动绕线筒转动，合线成品由绕线筒卷绕收紧[5]。

6 可调集成式合线器在布艺工作中的应用

缝纫线是拼布中重要的联结材料，不仅必不可少，更是拼布创意锦上添花、拼布工作者施展个性化才华的对象。可调集成式合线器可将2股～6股缠绕，编结为一股线，既可“创造”出新的线色，又能探索新的线迹形式，极大地扩展了缝纫线的彩度种类和纹理层次。单元线拼出的艺术作品如图5所示。作品使用纯缝纫线拼制，几乎每一个单元格都由两种色线混色而成，作品色彩丰富，明暗跳跃。

图5 玛丽莲梦露线拼作品及作品局部细节

7 结束语

多股捻、并、绕可调节集成式合线器，利用行星轮自转与公转方向相反的特性可以抵消捻线与合线扭转产生的内应力，同时利用圆柱凸轮机构的从动件滚子上下往复运动的特性，将多股不同颜色线合线均匀卷绕于绕线筒上，实现合线功能。操作者可以对捻股数以及线色进行选择和设定，合线器启动后，自捻、合线、绕线协同运行，简便实用、快捷可靠，不仅可用于工业化的大规模生产，更适用于个性化多股合线的艺术品制作创意公司和个人DIY场合，效率高，显著降低劳动强度。