如何分析纤维的受力和运动过程？

（一）梳理过程中纤维的受力

为了分析纤维在针齿上的运动规律，首先研究纤维集合体在梳理过程中受到的主要作用力，如图4-3所示。

1.梳理力R 一束纤维（或一块混料）在作用区内同时受到两个工艺部件上针齿的作用，由于它们速度的差异，则接触同一纤维集合体的两个针面的齿尖拉开距离，纤维必然受到一定张力，使纤维集合体张紧、伸长，这个力工艺上叫做梳理力R。而纤维也以同样大小的阻力R 作用于针齿上。梳理力是沿纤维轴向所受的力，它的大小与针齿的结构、工作机件的相对速度、纤维相互间的联系力等因素有关。

2.离心力C 梳理机上大部分工艺部件都做回转运动，当机件做高速回转时，被针齿抓取的纤维受到离心力C 的作用。其值可按下式表示：

图4-3　梳理过程中纤维的受力

式中：v——梳理机件的表面速度；

　　　m——纤维质量；

　　　r——工作机件的回转半径。

离心力有使针齿上的纤维及其间的杂质脱离工艺部件的趋势。生产上希望好的纤维不要脱离工艺部件，以防止纤维脱离变成落纤，但希望尽可能多的杂质（如砂土、草屑及粗杂纤维等）能在离心力的作用下脱离针齿的作用，由于纤维之间以及纤维与针齿间摩擦力的存在，正常条件下可以抵消离心力的作用，纤维并不易脱离针齿。

在离心力的作用下有助于纤维从梳针根部向梳针尖部发生位移或从一个针面向另一个针面针齿内转移。

3.工作层的挤压力S 和弹性反作用力Q 当较厚纤维层进入隔距很小的两针面间时，纤维间产生挤压力S。挤压力迫使纤维进入针隙之内，有利于增加针齿对纤维的握持力。挤压力的方向指向针根，而针隙内的纤维会对上层纤维产生弹性反作用力Q。弹性反作用力阻止纤维深入齿隙，方向指向针尖。离心惯性力、工作层的挤压力和弹性反作用力都是在回转机件的法线方向。

4.空气阻力 当工作机件回转时，纤维会受到空气的阻力，其方向沿运动机件相反的方向。由于空气阻力数量级极小，通常可以忽略不计。

5.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

（二）梳理过程中纤维的运动(www.xing528.com)

1.运动条件 为便于讨论，设离心力、工作层的挤压力和弹性反作用力的合力为U，即U=C+Q-S，合力的方向、大小取决于C、Q、S 三个力的关系，当其方向沿针齿工作面指向针根时，为负值；指向针尖时，为正值。U 和R 的合力设为T，如图4-4 所示。

设T 与梳针间的夹角β 为梳理角，T 力可以分解为与针齿工作面方向平行的分力Ty 及与针齿工作面方向垂直的分力Tx。Ty 力有使纤维沿针齿向针尖移动的趋势，但是，实现这种移动，必须克服纤维与针齿间的最大静摩擦力F，即Ty ＞F。以μ 表示纤维与针齿间的当量摩擦系数（因纤维与针齿的摩擦面不是平面，该摩擦系数并不等于针齿材料与纤维间的平面摩擦系数），因：

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：φ——摩擦角。

由式（4-2）可以看出，只有梳理角大于90°+φ 时，纤维才会沿针齿向针尖移动。

梳理角小于90°的情况，如图4-5 所示。同理可得：

由式（4-3）表示，当梳理角小于90°-φ 时，纤维会沿着针齿工作面向齿根移动。

根据上述分析可得出如下结论：

①当β＜90°-φ 时，纤维沿针齿工作面向针根移动；

②当β＞90°+φ 时，纤维沿针齿向针尖移动；

③当90°-φ＜β＜90°+φ 时，纤维被阻留在梳针上，即所谓“自制现象”。

2.作用分析 通过以上力的分析可以看出，当纤维在两针面内受到T 力作用后，如果两个针面的β 都小于90°-φ 时，纤维将分别沿两针面向齿根方向移动，使两针面都具有握持纤维的能力，所以，受作用的纤维束有被分扯成两部分的趋势。当某一个针面的作用力不仅大于纤维束的抱合力，而且比另一针面对纤维的作用力更大时，纤维将被该针面握持，其尾端在另一针面上沿梳针做绕针运动，得到另一针面的梳理。当纤维束的抱合力小于针面的握持力时，纤维束被分解成两部分，分解后的尾端分别受到对应针面梳针对纤维的分梳作用。当两针面的β 都大于90°+φ 时，纤维束将分别沿两针面向齿尖方向移动，两针面都有失去纤维的条件时，则发生起出作用。当一个针面β＜90°-φ，另一针面β＞90°+φ 时，纤维束在β 角小的针面上沿针面向针根方向移动，具有握持纤维的条件，在β 角大的针面上沿针面向针尖方向移动，具有失去纤维的条件，从而实现剥取作用。

不论是纤维的沿针运动还是绕针运动，在梳理过程中都是不可缺少的。沿针运动是剥取和提升的基础，绕针运动则是分梳的基础。没有沿针运动，纤维就不能沉入针根或提升到针面，就不能脱离一个针面而转移到另外一个针面上去。绕针运动可以把束纤维分解成小束，直至分解成单根纤维状态。在梳理过程中，纤维的沿针运动和绕针运动经常是同时发生的。

图4-5　梳理角小于90°时的作用力分析