Как работают швейные машины?

Машины могут показаться скучными и обыденными вещами — грязными, шумными и полными суеты — но просто попробуйте представить себе жизнь без них. Возьмем , к примеру,
швейные машины . Без этих неутомимых автоматических
швейных машин, которые целый день стучат иглами вверх и вниз, у вас
не было бы всех этих нарядных вещей в гардеробе, а те, что
у вас были, не были бы такими уж декоративными или
дешевыми. Современная мода и текстиль могут быть сказочно художественными и
креативными, но они зависят от удивительно банальных деталей инженерии:
электродвигателей; кривошипов и кулачков; колес, шестеренок и рычагов — тех
лязгающих металлических деталей и узлов, которые больше подходят для салона автомобиля! Так
зачем же швейной машине все это нужно внутри? Давайте рассмотрим поближе
!

Фото: Типичная электронная швейная машина Singer. Singer является одной из самых популярных марок с 1850-х годов, когда Исаак Зингер запатентовал свою первую машину.

Как машина может шить?

Помните, когда вы впервые научились шить иглой и куском
хлопковой нити? Техника, которую вы использовали тогда (и, вероятно,
до сих пор используете ее для простого ручного ремонта), называется бегущим стежком .
Предположим, вы хотите соединить два куска плоского материала вместе. Вы
вдеваете в иголку отрезок хлопка (возможно, удваивая его для
прочности), прижимаете два куска материала вместе, затем просто
проталкиваете иглу через них, так что она забирает с собой хлопок. Вы
протягиваете иглу прямо насквозь, немного перемещаете ее вдоль материала,
чтобы сформировать стежок, затем проталкиваете ее обратно через материал в
противоположном направлении, оставляя часть нити (стежка)
позади. При этом виде ручного шитья вы используете одну нить, и
стежки формируются попеременно на верхней и нижней сторонах материала
.

Если вы так представляете себе шитье, то вы, вероятно, никогда не могли
понять, как работает швейная машина. Если она постоянно поднимает
и опускает иглу, как она может пропускать нить вперед и
назад, не запутываясь? Если игла протыкает нитью
материал, а затем вытягивает ее обратно,
как вообще образуется стежок? Разве стежок не распускается, когда
игла возвращается наверх? Это просто не имеет никакого смысла!
Эта проблема бросала вызов многим изобретателям в 19 веке,
которые боролись со способами механизации процесса, используемого опытной
швеей-человеком. Легко понять, как роботизированная рука может шить сметочный стежок, потому что она
может просто держать иглу так же, как вы, и повторять точно такие
же движения. Но обычная швейная машина явно не может шить
таким образом, потому что она никогда не «отпускает» иглу, проталкивает ее
прямо сквозь материал или меняет направление. И, в любом
случае, в те дни у них не было роботов!

Художественное оформление: Сметочный стежок, используемый при шитье вручную, практически невозможно выполнить на швейной машине, поскольку для этого требуется постоянно вынимать иглу из материала и менять направление стежка.

Итак, секрет швейных машин в том, что они работают совершенно
по-другому, используя другой вид стежка и две совершенно отдельные
нити, одна из которых подается сверху (иглой), а вторая — снизу
(катушкой, называемой шпулькой, установленной во вращающемся держателе, называемом
челноком). Игла проталкивает нить вниз через материал,
образуя петлю, которая цепляется за крючок на челноке. Петля оборачивается
вокруг нити шпульки, когда игла протягивает следующую часть
нити обратно через материал. Таким образом, на самом деле игла
многократно подает нить вниз через материал, чтобы сформировать
последовательные стежки. Этот вид автоматического стежка с двумя
нитями вместо одной называется челночным стежком .

На фото: Челнок и шпулька находятся в ящике, который выдвигается прямо под прижимной лапкой.

Что такое швейная машинка?

Швейная машина, очевидно, «машина, которая шьет»,
но если вы подумаете об этих словах буквально, это может помочь вам понять,
как она работает. Допустим, у нас есть большой конструктор со
стандартными, защелкивающимися, инженерными компонентами внутри; какие детали
нам понадобятся, чтобы сделать швейную машину? Ответ на удивление
немногочисленен.

Хотя вы все еще можете найти странную ручную швейную машину
(и вы можете управлять любой машиной медленно вручную, если хотите для
медленной, точной работы), практически все современные швейные машины
электрические: они построены на основе довольно мощных
электродвигателей (примерно
такого же размера, как те, что вы найдете в пылесосах и газонокосилках
). Проталкивание крошечной иглы вверх и вниз через несколько
слоев толстой ткани — это тяжелая работа; и подъем и подача
ткани также требуют усилий. Если вы когда-либо шили что-то вроде
пары штор, вы знаете, что это может быть довольно утомительно —
поворачивать и перемещать ткань, но швейная машина помогает вам делать
и эту работу.

Бьющееся «сердце» швейной машины — это электродвигатель
, который спрятан внутри основного вала машины,
обычно довольно близко к месту, куда вы подключаете шнур питания.
Двигатель приводит в действие три отдельных механизма, которые очень тщательно
синхронизированы для взаимодействия друг с другом. Два из них, смесь
кулачков и кривошипов, управляют транспортером , этим
маленьким набором зубцов, которые поднимаются и опускаются прямо под иглой и
прижимной лапкой (которая удерживает материал на месте); один
толкает материал вверх (чтобы захватить его), а другой перемещает
его вперед на регулируемую величину (чтобы делать стежки различной
длины). На самом деле это довольно аккуратный механизм двойного действия: один из этих
механизмов заставляет транспортер подниматься и опускаться, в то время как другой двигает
его вперед и назад. Между тем, другой коленчатый вал, приводимый в движение двигателем,
заставляет иглу подниматься и опускаться, в то время как четвертый и последний
механизм вращает челнок и прикрепленный к нему крючок
, который делает стежки.

Фото: Вид сбоку: Вы можете видеть только зубцы транспортера, спрятанные под прижимной лапкой, с челноком и шпулькой в ​​маленьком ящике спереди. Во время обычного шитья ящик закрыт.

До 1970-х годов большинство машин были электрическими и полностью
механическими; сегодня многие из них электронные, то есть работают под
управлением микрочипа, что позволяет им делать довольно сложные декоративные
узоры стежков с относительно небольшими усилиями со стороны оператора
(помимо позиционирования и поворота ткани). Современные машины
имеют по крайней мере одну печатную плату и (довольно часто) электронный
дисплей, который помогает вам настраивать все.

Как работает швейная машинка?

Я долго думал о том, как лучше всего проиллюстрировать
внутренние механизмы швейной машины, и посмотрел на довольно много
произведений искусства, которые другие люди пытались нарисовать. Так много движущихся частей
упаковано в такое маленькое пространство, что может быть трудно понять,
какая часть что делает. Чем точнее рисунок, тем
его сложнее понять, и я думаю, что на самом деле понятнее рассматривать
ключевые механизмы по отдельности. Эти диаграммы являются
упрощениями, которые дают вам общее представление о том, что происходит;
они не абсолютно верны тому, что происходит, и они не
показывают, что происходит внутри какой-либо конкретной машины.

Электродвигатель находится внизу, на противоположном конце машины
от иглы. Используя шкивное устройство, он
приводит в движение большой маховик наверху (колесо, которое можно вращать, чтобы
шить медленно и осторожно), который на этих схемах показан красным,
и главный приводной вал (серый). Давайте рассмотрим три ключевых
механизма по очереди.

1. Механизм иглы

Это самый простой механизм из трех. Серый вал приводит в движение
колесо (синее) и коленчатый вал (зеленый), которые заставляют иглу (черную)
подниматься и опускаться. Кривошип преобразует вращательное движение двигателя
(по кругу) в возвратно-поступательное движение иглы (вверх-вниз)
.

Произведение искусства: Как простая рукоятка заставляет иглу подниматься и опускаться.

2. Механизм шпульно-челночного устройства

Как мы увидим через мгновение, челнок и крючок, которые делают
стежки из игольной нити, должны вращаться немного быстрее, чем
игла. Поэтому серый вал должен вращать челнок быстрее,
что он может делать с помощью шестеренок (или шкивов, обернутых вокруг колес
разных размеров).

Иллюстрация: Как можно использовать шкивы или шестерни для вращения челнока (коричневого), в котором находится шпулька (желтая).

3. Механизм подачи

Зубчатая рейка перемещает ткань через машину с постоянной
скоростью, обеспечивая тем самым стежки одинаковой длины. Она работает,
двигаясь вверх и вперед одновременно, что происходит
с помощью двух взаимосвязанных механизмов, приводимых в движение главным валом. Я
нарисовал один из них (в центре) как кулачок (синий), яйцевидное
колесо, которое заставляет рычаг (желтый) качаться вперед и назад, так что
зубчатая рейка тянется справа налево и затем обратно. В то же время
второй кривошипный механизм (зеленый и красный) перемещает зубчатую рейку вверх и
вниз. Когда эти два движения синхронизированы, зубчатая рейка работает немного
как ботинок на конце перевернутой ноги. Обычно ботинок
на вашей ноге движется вниз и назад, затем поднимается и повторяет то же самое движение,
отталкиваясь от земли, так что ваше тело движется вперед. Но зубчатая рейка (с ботиноком, фактически
направленным вверх) движется вверх и вперед, «проходя» материал
через машину на один шаг (один стежок!) за раз.

Произведение искусства: Как два отдельных механизма, приводимые в действие главным валом, заставляют транспортер подниматься и опускаться, а также двигаться вперед и назад.

Как шьет швейная машинка?

Эти три механизма тщательно скоординированы, чтобы машина могла делать
идеальные стежки одинакового размера, что и
показывает эта простая анимация. Здесь мы смотрим на машину сбоку. Верхняя нить
(иногда называемая игольной нитью ) окрашена в красный цвет и продевается
через ушко иглы ( черный), а нижняя нить
желтая и подается со шпульки (желтый круг).
Куски материала, которые мы сшиваем, имеют два разных оттенка
синего. Как вы можете видеть, шпулька находится внутри вращающегося оранжевого корпуса
( челнока ) с крючком, выходящим из нее. Шаг за шагом,
вот как формируются стежки.

Иллюстрация: Как швейная машина делает закрепочные стежки двумя отдельными нитями.

1. Игла начинает высоко и движется вниз к ткани.
   Хотя это пока не очевидно, в этот момент она протягивает
   через материал отрезок красной нити, чтобы сформировать следующий стежок.
   Игольная нить натянута, чтобы предотвратить слишком быстрое вытягивание слишком большого количества нити.
2. Игла прокалывает материал, забирая с
   собой красную нить. Обратите внимание, как вращается челнок (под тканью, которую вы шьете), а крючок на конце (
   оранжевая линия, выступающая вверх в кадре 2) приближается к игольной
   нити.
3. Игла снова начинает подниматься, но она оставляет за собой петлю
   красной нити, которая является началом следующего стежка.
   Челнок-крючок теперь проходит через эту петлю и цепляется за нее.
4. Игла продолжает подниматься, но основное действие происходит
   внизу, под материалом, где челнок протаскивает красную петлю
   так, чтобы она защелкнулась вокруг нижней нити.
5. Игла, двигаясь вверх, натягивает красную нить и вытягивает
   ее обратно с челнока.
6. Игла, все еще тянущая вверх, затягивает стежок.
   Красная и желтая нити надежно сцеплены вместе, и мы готовы
   к повторению процесса для выполнения следующего стежка.

Кто изобрел швейную машину?

Как и компьютеры,
автомобили, самолеты и многие другие современные чудеса,
швейные машины нельзя приписать какому-то одному изобретателю. С одной
стороны, они просто автоматизируют что-то очень простое и древнее:
идею соединения тканей вместе с помощью свободного куска нити. Как
мы уже видели, современные машины делают это с помощью двух отдельных
нитей, которые сцепляются вместе, и эта идея, вероятно, была вдохновлена
​​вековым процессом ткачества тканей на ткацком станке (большой деревянной раме
для изготовления кусков ткани), где одна нить проходит вперед и назад через другую под прямым
углом.

Механически швейные машины основаны на гениальном
сочетании колес (очень древних изобретений) со стандартными
инженерными компонентами, такими как кулачки, кривошипы
и шестерни (несколько более новые, но все еще древние изобретения, произошедшие от колес). Современные машины
получают свою энергию от электричества (технология 19-го века), а
управление и точность от электроники (
разработка 20-го века). Таким образом, вы можете видеть, что швейные машины были не столько
изобретением за одну ночь, сколько постепенной эволюцией, с механическими,
электрическими и электронными компонентами, медленно автоматизирующими простой
процесс соединения материалов, чтобы сделать его менее трудоемким, более
точным, быстрым и эффективным.

Иллюстрированное изображение: Элиас Хоу получил патент на эту первую практичную швейную машину в 1846 году.
Вы поворачиваете рукоятку (коричневую, слева), чтобы создать постоянную мощность в тяжелом
маховике (зеленом). Различные кулачки
и рукоятки заставляют иглодержатель (светло-голубой) качаться вперед и назад, как маятник часов.
Он переносит изогнутую иглу (оранжевую) и ее нить (желтую), подаваемую со шпульки (красной), через материал, который установлен вертикально. Челнок, который проходит через шпульную нить, чтобы сформировать стежки, показан темно-синим цветом, но механизм нелегко разглядеть должным образом с этого ракурса.
Иллюстрированное изображение из патента США 4750: Улучшение швейных машин Элиаса Хоу, любезно предоставлено Патентным и товарным знаком США.

Краткая история швейных машин и одежды

• • ~30 000 лет до н.э.?: Люди изготавливают первую одежду из шкур животных.
  • ~20 000 лет до н.э.?: Из шерсти животных спрессовывают войлок, чтобы изготовить первый текстильный материал.
  • ~4000 г. до н.э.?: Впервые шерсть начали вязать для изготовления текстиля.
  • ~3000 г. до н.э.?: В Индии и Египте впервые начали выращивать хлопок для производства тканей.
  • ~1589: Англичанин Уильям Ли (1550–1610) изобретает простую раму для вязания шерстяных чулок.
  • 1733: Джон Кей (1704–1764), еще один англичанин, совершил революцию в ткачестве, изобретя летающий челнок
    (более быстрый способ пропускания челнока через нити основы на ткацком станке).
  • 1755: Чарльз Вайзенталь , немец, проживающий в Лондоне, Англия, патентует двухострую иглу для механического шитья.
  • 1760: Джеймс Харгривз (ок. 1720–1778) разрабатывает ткацкий станок под названием «Прядильная Дженни», который позволяет текстильщикам производить ткань в несколько раз быстрее, чем раньше.
  • 1790: Англичанин Томас Сэйнт патентует простую машину для шитья кожи, хотя неизвестно, удалось ли ему когда-либо ее построить.
  • 1804: Француз Жозеф-Мари Жаккар (1752–1834) разрабатывает усовершенствованный «программируемый» ткацкий станок для ткачества сложных узоров с использованием перфокарт. Эта идея сыграла важную роль в истории компьютеров.
  • 1804: Во Франции Томас Стоун и Джеймс Хендерсон пытаются разработать машину, которая могла бы шить, как человек.
  • 1810: Бальтазар Кремс (1760–1813) изобретает машину для шитья шапок.
  • 1814: Йозеф Мадерспергер (1768–1850) изобретает автоматизированную «швейную руку», которая имитирует человеческое шитье, но ему не удается ее успешно разработать.
  • 1829: Француз Бартелеми Тимонье (1793–1857) строит одну из первых успешных и практичных швейных машин из дерева. Некоторое время французское правительство использует ее для пошива армейской формы.
  • 1833: Уолтер Хант (1796–1859), изобретатель английской булавки, создает швейную машину челночного стежка, сначала отказывается патентовать ее, а затем отказывается от нее из-за страха оставить рабочих текстильной промышленности без работы.
  • 1842: Джон Гриноу получает первый патент США на швейную машину, патент США 2466: Швейная машина.
    Его оригинальная модель этой машины сейчас находится в Смитсоновском национальном музее американской истории.
  • Конец XVIII века: Эли Уитни (1765–1825) помогает сделать хлопок обильным и доступным, изобретя хлопкоочистительную машину, которая может перерабатывать хлопковые растения быстрее, чем когда-либо прежде.
  • 1845: После многих лет экспериментов Элиас Хоу (1819–1867) создает первую по-настоящему практичную швейную машину,
    используя две нити и изогнутую иглу, на которую он в следующем году получил патент США 4750: Улучшение швейных машин. К сожалению, это сложная машина, которая продается за 300 долларов США (целое состояние в те дни), поэтому для большинства людей она слишком дорогая, чтобы владеть ею или пользоваться ею.
  • 1850-е годы: Джеймс Гиббс (1829–1902) изобретает цепной стежок, что сделало возможным создание популярной
    бесшумной цепной швейной машины Willcox and Gibbs, которая продавалась до 1920-х годов.
  • 1851: Вдохновленный Элиасом Хоу (и скопировав некоторые из запатентованных идей Хоу),
    Айзек М. Зингер (1819–1867) разрабатывает доступную и практичную швейную машину, на которую
    12 августа ему выдается патент США 8294: «Усовершенствование швейных машин». Что особенно важно, он позволяет клиентам покупать в рассрочку (простой план «купи сейчас и заплати позже»), что делает его сказочно богатым.

Фото: Модель ранней швейной машинки Singer с датой 1849. С ее пружинами, шестеренками и рычагами, а также массивной рамой, это определенно машина: она больше похожа на что-то из металлообрабатывающего цеха, чем на текстильную фабрику! Фото Harris & Ewing любезно предоставлено Библиотекой Конгресса США.

• 1873: Хелен Бланшар (1840–1922) изобретает зигзагообразную строчку и вносит множество других усовершенствований в швейные машины.
• 1877: Джозеф Мерроу изобретает ажурный шов и оверлок, а также основывает
  компанию по производству швейных машин Merrow, которая носит его имя.
• 1893: Карл Фридрих Гегауф (1860–1926), швейцарский изобретатель, изобретает мережку; его сын основывает компанию, которая в 1930-х годах становится Bernina.
• 1933: Компания Singer разрабатывает Featherweight — первую портативную швейную машину.
• 1978: Singer анонсирует швейную машину с компьютерным управлением.
• 2016: Джонатан Зорнов из Сиэтла представляет Sewbo, роботизированную швейную руку стоимостью 35 000 долларов, которая может сшивать
  простые вещи, например футболки. По словам Sewbo, это «первый случай, когда робот был использован для сшивания целого предмета одежды».

Не хотите читать наши статьи? Попробуйте вместо этого послушать

Если вы предпочитаете слушать наши статьи, а не читать их, подпишитесь на наш новый подкаст
на Apple Podcasts,
Spotify,
Amazon,
Podchaser
или в вашем любимом приложении для подкастов или слушайте ниже:

Узнать больше

На этом сайте

• Кулачки и кривошипы
• Шестерни
• Шкивы
• Инструменты и простые машины

Книги

Для читателей старшего возраста

• Основы швейной машины: пошаговый курс для начинающих вышивальщиц, Джейн Болсовер. Ryland Peters & Small, 2010. Как и следует из названия, практическое руководство для тех, кто только начинает шить на машине, включающее несколько простых проектов для начала работы.
• Международная история швейной машины Фрэнка П. Годфри. Роберт Хейл, 1982. 300-страничное руководство, охватывающее период от Томаса Сэйнта до конца 1970-х годов.
• «Зингер и швейная машинка: капиталистический роман» Рут Брэндон. Kodansha, 1977. Жизнь Айзека Зингера и его вклад в шитье.

Для юных читателей

• Моя швейная машина: пошаговое руководство для начинающих, Джейн Булл. DK, 2015. 128-страничное практическое введение для детей 9–12 лет.
• Моя первая книга о швейной машинке, автор Эмма Харди. Ryland Peters & Small, 2014. Игрушки, игры, сумки и одежда — множество интересных проектов для детей от 7 лет и старше.
• Королева изобретений: как швейная машина изменила мир Лори Карлсон. Millbrook Press, 2003. Введение на 32 страницах для детей 8–10 лет.

Статьи

• Как роботизированный швейный эксперимент привлек внимание Levi’s Гленна Тейлора. Sourcing Journal, 19 декабря 2022 г. Захватят ли роботы шитье? Почему окончательный вердикт еще не вынесен…
• Sewbo: Знакомьтесь с роботом-швейником, который произвел революцию в текстильной промышленности, Кары Макгуган. Telegraph, 22 сентября 2016 г. Знакомство с Sewbo, швейной машиной с роботизированной рукой.
• Этот швейный робот может вытеснить из бизнеса потогонные фабрики, автор Кара Макгуган. Telegraph, 22 сентября 2016 г. Еще одна статья о Sewbo.
• Лучший музей Лондона, о котором вы никогда не слышали: Музей швейных машин Ларри Роузхилла. Londonist, 4 марта 2019 г. Краткая экскурсия по малоизвестному музею швейных машин в Великобритании.