Швейные машины — существенное отличие процесса механического шитья от ручного заключается в устройстве и действии иглы. В то время как ручная игла проходит вся сквозь сшиваемую ткань и тянет за собой нить, игла швейной машины, прикрепленная одним концом к игольному стержню, проникает в ткань лишь на некоторую часть своей длины и затем возвращается обратно, оставаясь всегда с одной и той же стороны ткани. В то время как у ручной иглы ушко находится на конце, противоположном острию, на игле швейной машины ушко (или соответствующий ему крючок) находится вблизи острия, противоположный же конец иглы утолщен и приспособлен для закрепления его в игольном стержне (иглодержателе), которому придается возвратное движение в перпендикулярном к ткани направлении. Вид шва Ш. машины зависит главным образом от числа нитей. Однониточный шов образуется следующим образом.
Игла в, проникая в сшиваемую ткань, вводит с собой петлю нити (фиг. 1, а), которая снизу захватывается качающимся или вращающимся крючком а (фиг. 1, б). Затем игла идет вверх (фиг. 1, в), а сшиваемая ткань продвигается на длину стежка (фиг.1, г). После этого игла снова опускается и, проникая в ткань, проходит через петлю предыдущего стежка (фиг. 1, д), которую в этот момент подставляет и освобождает крючок а. В следующий момент крючок, двигаясь обратно, захватывает уже новую петлю. Таким образом нить образует ряд продетых через ткань петель, входящих одна в другую наподобие вязаного изделия (см. Чулочные и трикотажные изделия). Такой шов называется цепным или тамбурным, так как совершенно схож с вязанием тамбурным крючком (см. Вязание). На фиг. 2-й изображен вид цепного шва сверху (а), в разрезе (б) и снизу (в).
На последнем виде особенно заметно сходство этого шва с тамбурным вязаньем. Сходство это еще более усиливается в тех системах Ш. машин (например, вышивальные системы Bonnaz), y которых игла снабжена не ушком, а крючком (см. фиг. 3).
Такая игла a входит в ткань без нити d (фиг. 3, а), которая находится снизу ткани и накладывается особым приспособлением b на крючок иглы (фиг. 3, б), которая затем вытаскивает образовавшуюся петлю на верх ткани (фиг. 3, в). При следующем стежке игла протаскивает новую петлю через старую, которая при этом соскакивает с крючка. Таким образом получается тот же цепной или тамбурный шов, но обращенный петлями на верх ткани. Устройство однониточных машин отличается простотой, но шов обладает крупным недостатком, состоящим в способности распарываться, если потянуть за конец нити. Это видно на фиг. 2, где буквой c обозначена последняя петля, вытягиваемая за конец e нити. Буквой g обозначена петля, случайно не захваченная следующим стежком и тоже могущая служить причиной распарывания всего шва. Поэтому такой шов обязательно должен быть закрепляем на конце. Там же, где прочность шва очень важна, применяют двойной шов. В нем участвуют две нитки: верхняя, идущая через ушко иглы, и нижняя, помещающаяся снизу ткани и намотанная на особую шпульку, которая помещена в коробку, называемую челноком. Образование двойного шва идет так.
Игла, проникая в ткань (фиг. 4, а), образует внизу ее петлю верхней нити, в которую проходит челнок с нижней ниткой (фиг. 4, б). Для этого петля расширяется особым крючком или просто заостренным концом челнока (фиг. 4, в). По проходе же его верхняя нитка оттягивается наверх (фиг. 4, г) на столько, чтобы образовавшееся переплетение поместилось как раз внутри сшиваемых тканей (фиг. 4, д). В это время и сама игла идет вверх, а ткань продвигается подающим приспособлением (транспортером) на длину стежка. Этот шов очень прочен (не распускается при натягивании одной из ниток) и красив, так что главная масса применяемых в швейном деле машин работает по описанному способу, различаясь лишь в деталях.
Швейная машина состоит из чугунной рабочей доски, на которую кладется сшиваемая ткань. На этой доске возвышается стойка (фиг. 5), имеющая форму буквы Г и поддерживающая стержень (14) иглы (11) и катушку (17) для верхней нити.
Кроме того, на этой стойке имеется приемный вал (1) с колесом, которое снабжено рукояткой для приведения машины в действие от руки, а по ободу — желобком (4) для передачи движения с помощью ножного привода. Приемный вал (1) идет горизонтально и скрыт в горизонтальной ветви стойки. От него получает движение скрытый в вертикальной части стойки стоячий вал (6), передающий движение нижним частям машины, расположенным под рабочей доской. Главные части, из которых состоит механизм Ш. машины, суть: 1) игольный стержень, поддерживающий иглу; 2) орган (крючок, челнок), производящий стежок; 3) механизм, производящий подвигание ткани после совершения стежка; 4) механизм, производящий натяжение верхней нити. Кроме того, бывает обыкновенно приспособление для намотки нижней нитки на шпулю и разнообразные приспособления для разных швейных работ: обрубки, простежки, вышивания суташем и т. д. Рассмотрим в отдельности главные органы Ш. машины.
1) Игла. В машинах некоторых прежних систем применялась криволинейная игла, прикрепленная к качающемуся изогнутому рычагу, но в настоящее время, ввиду стремления по возможности увеличить скорость хода машины, применяется исключительно прямолинейный игольный стержень, двигающийся в направляющих, укрепленных на конце верхней стойки машины. Способов передачи ему движения применяется очень много. Один из часто встречающихся изображен на фиг. 6.
Палец (12), вращающийся на вертикальном и верхнем валике, входит в кулису (13), соединенную со стержнем (14). Форма кулисы выбрана так, что игла, опустившись, стоит неподвижно некоторое время и дает этим возможность челноку или крючку захватить петлю.
2) Устройство приспособления, улавливающего петлю, разнится в зависимости от числа нитей. Если шов однониточный (цепной), то совместно с иглой работает крючок, который может или качаться, как это показано на фиг. 1, или же вращаться на горизонтальном валике. Форма крючку придается в последнем случае такая, что при его полном обороте захваченная им петля сбрасывается c него на вновь образованную петлю. При игле с крючком нить набрасывается на него стаканчиком, через очко с которого она продета (см. фиг. 3). Гораздо больше разнообразия встречаем в устройстве захватывателя петли при двухниточном шве. Здесь различаются: прямой челнок и вращательный.
Прямой челнок имеет форму или фиг. 7 (открытый челнок), или же фиг. 8 (цилиндрический челнок); в первом случае шпулька с витью вкладывается сбоку, во втором — с заднего конца. Передний конец снабжен всегда острым концом, захватывающим нить и расширяющим петлю, в которую проходит челнок. Путь, совершаемый челноком, бывает прямолинейный или дугообразный. Направление его может или совпадать с направлением шва, или быть ему поперечным. При дугообразном движении ось дуги лежит или внизу, горизонтально, или сбоку, вертикально. Челнок движется в особом ложе и толкается особыми захватками, которые в известные моменты отходят от челнока для пропуска огибающей его верхней нити. При качательном движении челнока неизбежны удары и шум при работе машины, почему при стремлении увеличить скорость хода машины очень часто заменяют качательное движение челнока — вращательным. Одним из первых по времени устройств подобного рода является крючок Вилера и Вильсона (см. фиг. 9), вращающийся на валике e и работающий совместно с плоской шпулей s для нити. Шпуля вкладывается в особое углубление c в теле крючка и удерживается в этом положении кольцом r (фиг. 10), которое устанавливается так, чтобы между ним и шпулей могла проскользнуть петля верхней нити.
Фиг. 11 (а, б, в, г, д) дает понятие о ходе образования стежка. В устройстве, показанном на фиг. 12 и 13, челнок сам снабжен крючками для захватывания петли. Приводится он во вращение диском g, пальцы которого попеременно захватывают за челнок в его нижней части. Шпуля имеет большой объем, позволяющий поместить в ней большое количество нити. В некоторых системах объем челночной коробки принят таким, чтобы в ней могла поместиться обыкновенная продажная катушка с ниткой. Ход образования стежка показан на фиг. 13 (а—з).
3) Для подвигания ткани после каждого стежка служит так называемый транспортер, состоящий из зазубренной пластинки, помещающейся в особом отверстии рабочей доски машины вблизи иглы. Ткань в этой пластинке прижимается так называемым нажимом — вертикальным стержнем с ножкой, находящимся под действием пружины и помещающимся рядом с игольным стержнем. Пластинка эта обладает так называемым четырехугольным движением: она поднимается вверх, зажимая ткань между собой и нажимом, затем двигается горизонтально по направлению от работающего, подвигая с собой и ткань, потом опускается, освобождая последнюю, и, наконец, в низшем положении подвигается по направлению к рабочему, чтобы затем вновь подняться к ткани. Один из способов передачи пластинки f описываемого движения показан на фиг. 14, на которой видно, что рычаг g от эксцентрика i получает перемещения то горизонтальное, скользя в направляющих h, то вертикальное, качаясь около h как около центра.
Обратные перемещения рычага достигаются пружинами i1 и i2. Величина горизонтального перемещения пластинки f может быть изменяема для изменения длины стежка.
4) Наконец, верхняя нить, идущая с катушки (17; фиг. 5), вращающейся на стержне, установленном на поперечине стойки, проходит через приспособление (18; фиг. 5), регулирующее ее натяжение равномерным затормаживанием. Особенно важное значение регулировка натяжения имеет при двухниточном шве, при котором натяжения обеих нитей должны быть выбраны так, чтобы сплетение их происходило внутри сшиваемых тканей (фиг. 15).
При слишком сильном натяжении верхней нитки шов получается подобный d, при слишком слабом — обратно, подобный с. В большинстве случаев натяжное приспособление состоит из двух тонких дисков, между которыми проводится нить. Диски эти нажимаются один на другой пружиной, натяжение которой устанавливается особым винтом (фиг. 16).
Кроме этого приспособления, в некоторых системах машин существует еще особое приспособление для затягивания петли после того, как челнок через нее прошел. Оно состоит из качающегося рычажка (19; фиг. 5) с отверстием на конце, через которое продета верхняя нитка на пути из затормаживающего прибора к игле. Рычаг этот поднимается вместе с игольным стержнем и стягивает излишек нити. В некоторых, впрочем, системах такое затягивание петли производится самим челноком (фиг. 13).
Кроме Ш. машин для обыкновенного шва, они применяются для шитья обуви (см. Сапожное мастерство), перчаток, шляп и т. п., для обметывания петель, пришивания пуговиц, для образования различных фестонных и фасонных швов, отличаясь и специальными особенностями в конструкции. Ш. машины применяются также в вышивальном деле, причем снабжаются особыми приспособлениями для быстрого и точного поворачивания вышиваемой ткани (система Bonnaz). Наряду с Ш. машинами описанного типа, для вышивания гладью применяется часто машина Гейльмана, построенная по принципу ручного вышивания. Машина эта состоит из рамы (пялец) с натянутой на ней вышиваемой тканью g (фиг. 18).
Рама эта подвешена вертикально так, что может свободно перемещаться как в горизонтальном, так и вертикальном направлении (фиг. 19).
Перемещение это достигается помощью системы рычагов, представляющих пантограф, рукоятку которого рабочий водит по рисунку, помещенному при машине (фиг. 20).
По обе стороны пялец находятся каретки W1 и W2 (фиг. 18), могущие приближаться и удаляться от пялец и поддерживающие каждая один, два или три ряда щипчиков Z1, Z2, могущих захватывать иглы n. Последние здесь имеют острия на обоих концах, а в середине ушко, в которое продета нить f определенной длины (фиг. 17).
Работа идет совершенно подобно вышиванию на пяльцах. Каретка W2 с зажатыми в ее щипчиках Z2 иглами подводится к пяльцам настолько близко, что иглы протыкают ткань. Тогда к выдающимся с другой стороны концам их подводится другая каретка W1, щипчики Z1 которой зажимают иглы, отпускаемые в это время щипчиками первой каретки. Затем каретка W1 отходит от ткани, причем нити протаскиваются в отверстия на всю их длину. После этого пяльцы перемещаются в новое положение и рабочий вновь приближает каретку Z1 к ткани, причем иглы втыкаются уже в новые точки ее, после чего прежний ход работы повторяется в обратном направлении.
Старейшим патентом на изобретение Ш. машины является выданный Томасу Сену (Saint) в 1790 г. на машину для шитья обуви. Машина эта давала цепной шов, но об успехе ее нет сведений. Так же мало значения имели попытки Стона и Хендерсона в 1804 г. и Мадерспергера в 1814 г. применить принцип действия ручной иглы к Ш. машине. Большого успеха достиг француз Тимоннье (Thimonnier) в 1830 г., построивший из дерева машину, делавшую тоже цепной шов. До 80-ти экземпляров его машины было в действии, но революция 1848 г. погубила предприятие Тимоннье, и он умер в бедности. Честь изобретения Ш. машины с двойным швом принадлежит Америке. Первая попытка применить челнок принадлежит Гёнту (Hunt), построившему в 1832—34 гг. машину с иглой, имевшей ушко на остром конце, и челноком, подобным ткацкому. Машина, впрочем, работала неудовлетворительно. Отцом современной Ш. машины справедливо считается Элиас Гоу (Howe), построивший в 1845 г. свою машину совершенно независимо от Гента. Машина, отличаясь наружным видом и деталями от принятого ныне типа, обладала теми же, как и нынешние, существенными органами и была сконструирована так хорошо, что могла делать до 300 стежков в минуту. Успех, впрочем, дался Гоу нелегко. Встреченный враждой и недоверием на родине, Гоу вынужден был на несколько лет переехать в Англию, где ему повезло не больше Америки. Возвратясь на родину, он увидал, что его изобретение уже вызвало подражателей, главным из которых был Исаак Зингер, ловкий и оборотистый коммерсант, не лишенный и технических познаний. Сделав в машине Гоу несколько изменений (одно из которых, касающееся подвигания ткани, было довольно удачным), он сумел, сильно рекламируя ее, как свое изобретение, доставить ей значительное распространение. Гоу был вынужден начать против Зингера, а затем и против других подражателей процессы, тянувшиеся несколько лет. Процесс с Зингером окончился в пользу Гоу; Зингер был присужден уплатить Гоу убытки. Вслед за тем другие процессы окончились мировым соглашением, по которому и другие подражатели (Вилер и Вильсон, Вилькокс и Гиббс, Гровер и Бекер) обязались также уплачивать Гоу известную сумму с каждой проданной машины. Таким исходом процессов дела Гоу быстро поправились, и он умер в 1867 г. обладателем состояния в несколько миллионов. Со времени соглашения Гоу с остальными фирмами дело постройки Ш. машин пошло быстрыми шагами вперед и в техническом, и в коммерческом отношениях. Усовершенствования, производимые конкурировавшими между собой фирмами, шли одни за другими. После улучшенного Зингером подающего ткань приспособления, Вильсон в 1852 г. ввел транспортер с четырехугольным (квадратным) движением (см. выше), принятый и теперь в большинстве машин. В 1851 г. тот же Вильсон изобрел вращающийся крючок со шпулькой для двойного шва. В 1858 г. Гиббс ввел вращающийся крючок для цепного (однониточного) шва. Современные машины могут делать до 600 и более стежков в минуту. Постройка Ш. машин сосредоточилась в Америке (Соединенных Штатах), и лишь за последние десятилетия серьезную конкуренцию ей стала оказывать Германия. По данным последних лет минувшего столетия, мировая производительность Ш. машин оценивалась в 21/2 миллиона штук в год. Наиболее крупными производителями в Америке являются: «Компания Зингер» (более 600 тыс. штук в год), затем компании «Вилер и Вильсон» и «Нью-Гом» (по 150 тыс. штук каждая), несколько фабрик, выпускающих по 100 тыс. штук ежегодно. В Германии есть несколько фабрик (Дюркопп, Фристер и Россман, Грицнер, Кайзер и др.), выпускающих по 50 тыс. штук машин. В России Ш. машины и по настоящее время являются предметом ввоза из Америки и Германии. Производство Ш. машин является одним из типичных примеров массового производства, при котором каждая отдельная часть производится на специально приспособленном станке: ручная работа сокращена до минимума, одинаковые размеры однородных частей соблюдаются с величайшей точностью, применение отдельного станка для изготовления одной какой-нибудь части позволяет закончить ее, не снимая со станка, рабочее время которого вполне используется. Стоимость производства понижается до пределов, не достижимых при ином способе работы, но зато громадная производительность завода требует и обширного рынка для сбыта его произведений. Общее число Ш. машин в употреблении к концу XIX столетия оценивалось цифрой около 20 млн. штук.