（一）梳理过程中纤维受力

图4－3　作用在针齿上的力

1．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4－3所示。

纤维在梳理中所受的力主要可以分为以下几种。

（1）梳理力R。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，转速越高，纤维受到的离心力越大。其值可由经典力学公式计算：

式中：M——纤维质量；

ω——工作机件转速；

r——工作机件回转半径。

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。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。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。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。

（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。

图4－4　沿针运动时力的关系

2．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4－4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。

（2）运动条件。如图4－4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：

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

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”。

（二）相邻两针面间的基本作用

梳理机上有相互作用的机件基本上都是外层包有针布作回转运动的工艺件。当两针面的距离小到能对纤维起作用的情况下，纤维在两针面间所受到的作用是遵循上面所述的纤维受力及纤维与针齿相对运动分析的规律的，其作用的种类，是由两机件的回转方向、针面相对速度和针齿倾斜方向所决定的。两针面间的基本作用实质上有以下几种。

1．分梳作用　分梳作用见动画视频4－3，针面产生分梳作用的配置如图4－6所示。由图可见，产生分梳作用时，两针面上的针尖相对，针齿倾斜方向相互平行，两针面间距很小（通常在1mm以下）。图4－6（a）中A针面与B针面运动方向相反，所以使处于两针面间的纤维束受到张力，产生梳理力R。R可分为沿针齿作用力P和垂直于针的作用力Q。两分力的大小可以近似表示为：

式中：α——工作角，近似等于针齿倾斜角。

力P的方向指向针根，使纤维向针根运动，针齿握持纤维。两针面以逆对针间运动时，A针面握持的纤维尾部被B针面梳理伸直；反之，B针面握持的纤维尾端被A针面梳理伸直。纤维束被A、B针面均握持时，若梳理力大于纤维束强力，则纤维束被一分为二，A、B针面各得一部分纤维，这种作用称为分梳。图4－5（b）、图4－5（c）所示两种情况与图4－5（a）相同，同样可发生分梳作用。因此，产生分梳作用的两针面配置条件如下。

（1）两针面相互平行配置。

（2）任一针面对另一针面的相对运动方向是逆对着针尖的。

（3）两针面的隔距足够小。

或根据力的分析，当两针齿间纤维受到的沿针分力方向均指向针根时，发生分梳作用。(www.daowen.com)

分梳作用的特点是不管两个作用针面中的一个或两个带有纤维，分梳结果必然使两个针面都带有纤维，即原来没有纤维的针面必将抓取部分纤维。因此，可利用分梳作用来实现部分纤维由一个针面向另一个针面的转移。

图4－5　分梳作用

2．剥取作用　剥取作用见动画视频4－4。两针面配置如图4－6所示时，其间纤维受到力R作用，所产生的沿针分力P，在一个针面上是指向针根的，而在另一针面上则是指向针尖的。因此，纤维能脱离一个针面被另一个针面抓取。

图4－6（a）中，A、B两针面运动方向相反，A针面剥取B针面的纤维，这种剥取方式称反向剥取。图4－6（b）中，v2＝0，v1＞0，同样发生A针面剥取B针面纤维。图4－6（c）中，A、B两针面运动方向相同，当v1＞v2时，均发生A针面剥取B针面上的纤维，反之，则B针面剥取A针面的纤维。

因此，两个针面产生剥取作用的配置条件如下。

（1）两针面相互交叉配置。

（2）其中一个针面对另一个针面相对运动的方向是顺着针尖方向的。

图4－6　剥取作用

（3）两针面的隔距足够小。

3．提升作用　提升作用见动画视频4－5。两针面配置如图4－7所示，针面对纤维的作用力为R，而力R在两个针面上的沿针分力均指向针尖，这种分力可使纤维从针根隙间提起并处于针尖上。

图4－7　提升作用

图4－7（a）中A、B两针面运动方向相同，只有当v2＞v1时，方能发生提升作用。图4－7（b）中，两针面运动方向相反，则不论v1、v2多大，均会发生提升作用。可知，两个针面产生提升作用的配置条件如下。

（1）两针面方向平行配置。

（2）任何一个针面对另一个针面的相对运动方向是顺着针尖方向的。

（3）两针面的隔距足够小（负隔距）。

（三）针布

梳理机上对纤维作用的机件基本上为圆筒（弧）形，其外表均包覆有钢针或锯齿。通过这些针齿的作用，使纤维得到伸直、混和均匀。针布的型号、规格基本是标准化、系列化的，故可根据加工原料和工艺件的作用不同，针对性地进行配套选择。针布主要分为弹性针布和金属针布两大类。

1．弹性针布　弹性针布由钢针与底布组成，一般呈条状，其结构如图4－8（b）所示。

（1）底布。底布由硫化橡胶、棉、毛、麻织物等多层织物用混练胶合而成。

（2）钢针。钢针材料一般为中炭钢丝，针尖经压磨和侧磨后，再进行淬火处理，硬度可达HRC58～62。横截面有圆形、三角形、扁圆形、矩形等多种。钢针被弯成“U”形，按一定角度和分布规律植于底布上。钢针分弯脚、直脚两种。

弹性针布的主要参数如图4－8（a）所示，其中γ为植针角，H为总针高，B为钢针下部高度，A为钢针上部高度，S为侧磨长度。

图4－8　弹性针布

2．金属针布　金属针布为全金属梳理专件，一般由中炭钢丝冲击轧制淬火制成，其外形与锯条相似，具有宽大的基部，能承受较大的力，使用中不变形。齿形根据不同用途而异。如图4－9所示，α为齿面工作角，β为齿背角，γ为齿顶角，T为齿距，a为齿顶长，H为齿总高，h为齿深，c为齿壁宽，b为齿顶厚，d为齿根深，w为基部厚度。

图4－9　金属针布