隨著生活水平的不斷提高，人們對衣食住行的要求也在不斷提升。縫紉機作為與“衣”息息相關的行業，也在不斷接受新的挑戰。

底座作為縫紉機主體結構之一，不僅承擔著支撐整臺縫紉機在工作臺的固定作用，還連接了非常多的重要零件。因此，如果底座的結構強度或疲勞抗性不足，那么不僅僅影響著產品的質量與壽命，更有可能威脅到工人的人身安全。

本文通過相關三維設計軟件和實踐相結合的方式，對縫紉機底座進行強度與振動分析，以驗證其強度是否滿足設計和使用要求。

圖一   縫紉機底座

通過相關三維設計軟件建立該機型三維模型，具體受力如圖 2 所示。底座作為整臺機器的支撐部分，受到臺板對底座四平角的支撐力，同時還受到機頭及其它零件的重力。由于幾乎全部的零部件重心都位于底座四平角圍成的范圍內，所以機頭及其它零件對底座的力矩∑ M 忽略不計。由于該機型對各機構的結構并沒有改變，因此并未打破各機構原有的動平衡，所以本文對各機構的動力學不進行分析。

圖二 底座受力圖

目前對于各類箱體機器殼體振動特性的研究有很多種方法，例如數值模擬法、有限元分析法和動態子結構法等。

本文通過建立該機型底座的三維模型，采用有限元分析法對底座進行分析。在分析前，利用相關三維設計軟件將該底座進行簡化處理（去除小圓角等），然后再使用軟件自帶的 Simulation 插件對其進行有限元分析。

底座是由 HT200 鑄造而成，其材料屬性（內容摘自GB/T 9439-2010 灰鑄鐵件）如表 1 所示。


由于機頭與底座之間通過螺栓連接，因此底座受力部位為機頭與底座的接觸面。具體效果如下圖 3 所示，紫色箭頭為機器的重力總和，約為 350N ；綠色箭頭為底座的固定位置。

網格劃分是進行有限元分析前的主要工作，對整個有限元分析的結果會有重大影響。Simulation 的網格劃分是比較智能和科學的，因此將采用系統默認的方式進行網格劃分，實體單元大小為 20mm，公差為1mm，單元總數為347562，節點總數為540605，網格劃分效果如圖 4 所示。

按照上述給定的條件，Simulation 有限元分析得出的結果如圖 5 至 10 所示。

從圖 5 和圖 6 可看出，底座的最大應力位于底座右后端的四平角處，應力為 3.6MPa，遠遠小于底座材料HT200 的最小屈服強度（130MPa）。

130÷3.6 ≈ 36

因此，從應力方面看，底座是完全滿足強度需求的。

從圖 7 和圖 8 可看出，底座的最大變形處是在機頭與底座接觸的位置，變形量為 1.013x10-2mm，遠遠小于此處的厚度（約為 32mm）。

32÷（1.013 x 10-2）≈ 3159

因此，從位移方面看，底座的變形是可以忽略不計的。

從圖 9 和圖 10 可看出，底座的最大應變處為底座右前端的四平角附近，為 5.469x10-5，遠遠小于底座材料 HT200 的伸長率（0.3 ～ 0.8%）。

0.3x10-2÷（5.469x10-5）≈ 55

因此，從應變方面看，底座是完全滿足強度需求的。

綜上所述：底座在靜態時是完全滿足強度需求的。


由于機器實際運行過程中，會有一定的振動，如果在某一階頻率與整機固有頻率接近或相等，機器就會發生共振現象。當發生共振現象時，會極大地傷害機器整體強度，并可能造成一定的人身傷害，因此，我們需要驗證該底座的振幅不會超標或者不會發生共振現象。

圖11  測試狀態

測試采用振動測試儀，參數調整為項目“位移”，行程“0.1mm”檔，波形“單峰”（盡量保證測量數值在總行程的 1/3~2/3 之間，這樣測試精度有保證），測試位置為整機針板處。

另外，選定測試范圍為2000~5000r/min，是因為 3000~4000r/min 為常用轉速，3750r/min為默認轉速，5000r/min 為最大轉速。并且，測試依據為企業標準“機器最高轉速時振動不大于 260um?！保▎畏鍎t為 130um）




結論：

①在所有測試的轉速下，機器的振幅都在規定要求內；

②機器轉速在 2000r/min 時振幅最大，并且隨著轉速提高，振幅有一個突降，所以此時機器的固有頻率與轉速相接近，產生了共振現象；

③機器轉速在 3000 ～ 4 000r/min 范圍內時，機器的振幅處于一個較低的水平，說明機器的結構是一個較為優良的設計；

④機器轉速在 4500r/min 以上時，機器的振幅開始增加，但無突增，說明機器完全能夠適應此時的工作狀態。

⑤樣品 2 在 4500r/min 以上時，振幅無明顯變化，說明此樣機的動平衡較為優秀，但不影響總體結論的得出。

綜上所述，本機型結構優良，完全滿足所有使用要求。


平縫機是服裝工業化生產的主要設備，強度和振動是平縫機的重要技術指標，對其使用性、舒適性和安全性有很大的影響。