缝纫机工作原理
没有缝纫机，世界可能是另外一个样子。像汽车、轧棉机和过去300年间其他无数的创新一样，缝纫机承担了某项费时、费力的任务并把它变得快捷、简单。机械化缝纫机的发明，使得制造商突然能够以最低的费用生产大批高质量的衣服。由于这项技术，世界上绝大多数人现在都能买得起结实、针脚细致的衣服，而仅仅在200年前，这种衣服还是奢侈品。
在本文中，我们将认识使得所有这一切成为可能的非凡机器。事实上，缝纫机核心部位的自动缝合机制简单得令人难以置信，不过驱动这一机制的机器相当精细，需要靠齿轮、滑轮和电机的配合来正确行使功能。深入了解缝纫机后，您会发现它是人类发明的最为巧妙、最富创造性的工具之一。
缝纫机与汽车有某些相似之处：市场上有数百种型号的机器，但价格和性能差别相当大。在低端产品中，有传统的最基本的电动设计，适合偶尔家用；而在高端产品中，有设计复杂的、可以挂接到计算机的电子缝纫机。纺织品公司有许多型号的缝纫机可选，包括专缝某种产品的改良型号。
但是，就像汽车一样，大多数缝纫机的基本原理都是相同的。汽车的核心是内燃机引擎，缝纫机的核心是线圈缝合系统。
线圈缝合方法与普通手工缝纫差异很大。在最简单的手工缝合中，缝纫者在针尾端的小眼中系上一根线，然后将针连带线完全穿过两片织物，从一面穿到另一面，然后再穿回原先一面。这样，针带动线进出织物，把它们缝合在一起。
虽然这对手工来说非常简单，但是要用机器进行牵拉却极其困难。机器需要在织物的一边释放针，然后在另一边即刻再次抓住它。然后，它需要把松散的线全部拉出织物，调转针的方向，然后反方向重复所有步骤。这一过程对一个简单的机器来说太复杂了，并且不实用，而且即使对手工来说，也只有用较短的线时才好用。
相反，缝纫机只需将针部分穿过织物。在机针上，针眼就在尖头的后面，而不是在针的尾端。
针固定在针杆上，针杆由电机通过一系列的齿轮和凸轮（稍后会详细介绍）牵引做上下运动。
当针的尖端穿过织物时，它在一面向另一面拉出一个小线圈。织物下面的一个装置会抓住这个线圈，然后将其包住另一根线或者同一根线的另一个线圈。在下面两节中，我们将会看到这个系统究竟是如何工作的。
锁扣和链条
在上一节中，我们了解了缝纫机的核心是线圈缝合。事实上有多种不同类型的线圈缝合，而且它们的原理也略有不同。
最简单的线圈缝合是链式缝合。若要缝出链式缝合，缝纫机会在线的后面用相同长度的线打环。您可以在下图中看到这类缝线的其中一种。
织物位于针下面的一块金属板上，用压脚固定。每次缝合开始时，针穿过织物拉出一个线圈。一个做线圈的装置在针拉出前抓住线圈，该装置与针同步运动。一旦针拉出织物，送布牙装置（稍后介绍）就会将织物往前拉。
当针再次穿过织物时，新的线圈将直接穿过前一个线圈的中间。做线圈的装置会再次抓住线，围绕下一个线圈做线圈。这样，每个线圈都会把下一个线圈固定到位。
链式缝合的主要优点是可以缝得非常快。但是，它不是特别的结实，如果线的一端松开，可能整个缝纫会全部松脱。大多数缝纫机使用一种更结实的缝线，叫做锁缝。您可以在下面的动画中了解典型的锁缝装置的工作原理。
锁缝装置最重要的元件是摆梭钩和线轴组件。线轴就是放在织物下面的一卷线。它位于摆梭的中央，后者在电机的带动下旋转，与针的运动同步。
与链式缝合相同，针穿过织物拉出一个线圈，在送布牙向前移动织物的同时它再次升起，然后将另外一个线圈套入。不过，这种缝合机制不是将不同的线圈连接在一起，而是将它们与从线轴上松开的另一段线连接起来。
当针将线套入线圈时，旋转的摆梭用钩针抓住线圈。随着摆梭的旋转，它围绕来自线轴的线拉出线圈。这使得缝合非常结实。
在下面一节中，我们将了解缝纫机如何让所有这些部件保持同步。
总示意图
传统的电动缝纫机是一项神奇的工程作品。如果卸下外壳，您就会看到许多齿轮、凸轮、曲柄和传送带，所有这一切都靠一个电机驱动。这些元件的精确配置在不同机器之间有很大差异，但是它们的工作原理是相通的。下图是一个比较标准的锁缝设计。
在该图中，电机通过传动带与驱动轮相连。驱动轮带动长长的上驱动轴旋转，后者与多个不同的机械元件相连。驱动轴的末端是一个曲柄，它可带动针杆上下运动。曲柄还可带动挑线杆。挑线杆与针杆同步运动，向下运动可以松出足够线段以在织物下形成线圈，然后在它从摆梭钩放开后向上运动以拉紧线圈。
线从缝纫机顶部的线轴经挑线杆和压线板组件引出。通过转动压线板组件，缝纫者可以拉紧穿入针的线。缝纫较薄的织物时，必须拉得紧一些；缝纫较厚的织物时应拉得松一些。
沿驱动轴的第一个元件是一个简单的驱动带，可以带动下驱动轴。下驱动轴的末端与一组锥齿轮相连，锥齿轮可带动摆梭组件旋转。由于二者与同一个驱动轴相连，所以摆梭组件和针组件始终保持一致运动。
下驱动轴还可带动连杆运动，后者可操纵送布牙装置。一个连杆在每个周期中前后滑动送布牙。同时，另一个连杆带动送布牙上下运动。两个连杆同步，使送布牙压住织物，将其向前移动，然后向下运动释放织物。然后，在再次压住织物重复周期之前，送布牙将移回原位。
电机用脚踏板控制，缝纫者可以轻松实现变速。这一设计的优点是将所有这些部件连接在一起，当您踩动脚踏板时，电机会以相同的速率带动所有的过程。无论电机转多快，这一过程始终可以保持绝对同步。
图中所示的缝纫机只能产生直形针脚，这是一种用直缝缝合织物的简单针脚。大多数现代的缝纫机都要灵活得多；它们可以形成多种针脚，有时甚至可以生成复杂的图案。在下一节中，我们将了解现代缝纫机是如何做到这一点的。
计算机工艺
在上一节中，我们认识了传统电动缝纫机内部的机制。这一基础设计的一个重要扩充就是能够缝制不同类型的针脚。传统缝纫机的典型针脚样式都是在Z字形针脚的基础上变化的。Z字形针脚名符其实：是一条锯齿状针脚。
Z字形针脚很容易做到。您只需在针组件上下运动时将它从一边移动到另一边。在传统的电动缝纫机中，针杆与另一个连杆相连，后者由主驱动轴上的凸轮带动。接上连杆时，旋转的凸轮可以将连杆从一边移到另一边。连杆使针杆在进行上下运动的同时，同步进行水平方向的前后倾斜运动。
现代缝纫机的工作原理略有不同。现在的高端家用缝纫机内置计算机，还有小监视器显示以便于操作。在这些缝纫机中，计算机直接控制多个不同的电机。这些电机可以精确地移动针杆、压线板、送布牙和其他缝纫机元件。通过这种精细的控制，它能够产生数百种不同的针脚。在一个特定的针脚式样中，计算机使电机按照精确的速度带动针杆做上下运动以及左右运动。通常，不同针脚的计算机程序存储在可移动存储盘或磁带中。也可以将缝纫机计算机连接到 PC，以直接从互联网上下载式样。
一些电子缝纫机还能够创造出复杂的刺绣式样。这些缝纫机有一个机动化工作区，它把织物放在针组件下面。它们还有一系列的传感器，能够告诉计算机缝纫机所有部件的位置。通过在调整针组件时精确地前后和左右移动工作区来改变缝合样式，计算机就能生成无限种精致的形状和线条。缝纫者只需从存储器中加载式样或者自创式样，几乎所有其他的事情都可以交给计算机来完成。计算机会在必要时提醒缝纫者换线或者做其他调整。
显然，这种高科技缝纫机要比200年前完全手动的缝纫机复杂许多，但是它们都是基于同一个简单的缝合系统：针穿过织物产生一个线圈并被另一根线套住。一些奇思妙想永远地改变了世界，这一创造性方法就是其中之一。
要了解有关缝纫机的更多信息，包括它们的详细发展历史，请查看下一页上的链接。
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