全方位壁紙裁剪、張貼器設(shè)計(jì)

王超藝， 李淑嫻， 蓋欣桐， 高天羽， 王先琦

（大連大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 大連 116622）

全方位壁紙裁剪、張貼器設(shè)計(jì)

王超藝， 李淑嫻， 蓋欣桐， 高天羽， 王先琦

（大連大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 大連 116622）

從回收底料、減輕工作強(qiáng)度及提高工作效率出發(fā)，采用理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，探索更加合理的全方位壁紙裁剪、張貼器。根據(jù)其工作狀況，建立力學(xué)模型，研究壁紙張貼過(guò)程中的受力情況，以支撐設(shè)計(jì)過(guò)程中的理論計(jì)算。文中采用SolidWorks建立全方位壁紙裁剪、張貼器三維模型，探討其傳動(dòng)關(guān)系，探索優(yōu)化的傳動(dòng)機(jī)理，并根據(jù)模型搭建實(shí)物模型。為設(shè)計(jì)制造壁紙裁剪、張貼器奠定理論基礎(chǔ)并提供計(jì)算方法，提出一種新的壁紙裁剪、張貼方案，可降低壁紙張貼的人力損耗。

壁紙張貼；壁紙裁剪；機(jī)械傳動(dòng)

0 引言

壁紙作為室內(nèi)裝飾材料,在我國(guó)已有悠久的歷史,隨著住宅文化的發(fā)展,壁紙的需要量也隨之顯示了增加的趨勢(shì)[1]。現(xiàn)階段壁紙裁剪、張貼大部分需要人力來(lái)完成，由此導(dǎo)致壁紙粘貼強(qiáng)度降低，與墻體張貼不穩(wěn)固，空氣余量大，進(jìn)一步造成人力與資源的浪費(fèi)，更重要的是廢棄料無(wú)法統(tǒng)一回收，造成“二次清理”[2]?；谝陨犀F(xiàn)狀，本文經(jīng)分析討論后設(shè)計(jì)出一款能夠全方位進(jìn)行壁紙張貼、裁剪尺寸可調(diào)的一種新型壁紙裁剪、張貼器，能夠?qū)U棄的底料進(jìn)行統(tǒng)一回收，節(jié)省工時(shí)、減輕工作強(qiáng)度、提高工作效率，無(wú)需因廢棄料、壁紙尺寸大小而進(jìn)行“二次清理“和“二次購(gòu)買(mǎi)”。該設(shè)計(jì)包括壁紙裁剪與張貼兩部分，采用手動(dòng)控制器、拆裝組合件及搖臂等方法來(lái)擴(kuò)大其工作范圍。

1 壁紙張貼器各部件設(shè)計(jì)

1.1 壁紙張貼器

張貼部分主要由齒輪、壓輪、滾輪按照傳動(dòng)關(guān)系來(lái)裝配[3]，保證壁紙粘貼平穩(wěn)牢固，壁紙張貼器工作原理圖如圖1所示。多滾輪上下交替組合（圖2）與內(nèi)含單向軸承支滑輪相配合，增大壁紙傳輸摩擦使得壁紙平穩(wěn)快速運(yùn)動(dòng)。運(yùn)用斜齒輪重合度大、平穩(wěn)、高速的特點(diǎn)，通過(guò)不同傳動(dòng)比的齒輪對(duì)，實(shí)現(xiàn)廢棄底料的統(tǒng)一回收[4]。運(yùn)用平行四桿機(jī)構(gòu)（圖3），便于拆裝、調(diào)試。使用圓柱形卡槽（圖4），在壁紙兩端控制住壁紙左右活動(dòng)范圍，防止壁紙因用力不均使得張貼時(shí)產(chǎn)生歪斜[5]。

圖1 壁紙張貼器原理圖

圖2 多滾輪

圖3 平行四桿機(jī)構(gòu)

圖4 圓柱形卡槽

1.2 壁紙切割器設(shè)計(jì)

裁剪部分由卷尺、切割刀、定位器組成，壁紙裁剪更準(zhǔn)確，壁紙裁剪器工作原理圖如圖5所示。

切割器由齒輪、搖臂、卷尺、切割刀、定位器組成。通過(guò)多組行星輪增大傳動(dòng)比，減小阻力臂，帶動(dòng)切割刀精準(zhǔn)切割。利用軟卷尺與定位器相結(jié)合，能夠裁剪出精準(zhǔn)尺寸的壁紙，如圖6所示。

圖5 壁紙切割器工作原理圖

圖6 軟卷尺與定位器組合

2 工作能力計(jì)算

表1 滾輪數(shù)量與滾輪直徑D滾輪軸直徑d的函數(shù)關(guān)系

2.1 壁紙張貼器

2.1.1 壁紙張貼速度計(jì)算

由于滾輪摩擦力的解析式為：w=C0×（2k+μd）/D（D為滾輪直徑；d為滾輪軸直徑；k為滾輪在軌道上的摩擦力臂；μ為滾輪軸頸處滑動(dòng)摩擦因數(shù);C0為附加阻力）[7-8]。只要確定其中滾輪直徑D與滾輪軸直徑d即可確定每個(gè)滾輪與壁紙間的摩擦力（如圖7，表1[9]所示）。并且每個(gè)滾輪上下交錯(cuò)，可以大概確定摩擦力值，而人的外力已知，從而實(shí)現(xiàn)壁紙平穩(wěn)快速向前移動(dòng)。例如正常工人的外力F大約為100 N，壁紙寬度為1 m，為了使壁紙平穩(wěn)傳輸，壁紙與滾輪摩擦力控制在外力的67%～70%之間，即

所以能夠求出D與d之間的關(guān)系：

因此根據(jù)圖7、表1及理論計(jì)算可知，滾輪數(shù)量取4個(gè)為宜。

根據(jù)動(dòng)量守恒定律知,m1V1=m2V2，而當(dāng)時(shí)間為1 min時(shí):

每秒張貼的面積為S=0.6×1=0.6 m2。

圖7 輪子數(shù)量與壓緊度的關(guān)系圖

2.1.2 壁紙回收計(jì)算

1)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。用滾齒法加工的斜齒輪,其法面參數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)值,詳見(jiàn)表2[10]。

表2 斜齒輪法面參數(shù)

2)端面參數(shù)計(jì)算。在計(jì)算斜齒輪的幾何尺寸時(shí),常需用到的端面參數(shù)，詳見(jiàn)表3［11-12］。

表3 端面系數(shù)

由于壁紙張貼速度已知，回收速度與張貼速度應(yīng)保持一致，即為60 cm/s。

由于存在摩擦力，所以壁紙傳輸齒輪與廢料回收齒輪傳動(dòng)比保持在1.25～1.55之間最為合適。因此取齒輪Z1=70，Z2=105。

2.2 壁紙切割器

定軸轉(zhuǎn)動(dòng)行星輪傳動(dòng)比計(jì)算。

由圖5知搖臂帶動(dòng)錐形齒輪1、2，錐形齒輪2帶動(dòng)齒輪6、5，將動(dòng)力傳遞給定位標(biāo)尺4帶動(dòng)切割刀3進(jìn)行切割。最終確定相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表4[13-14]。

表4 齒輪參數(shù)

3 創(chuàng)新點(diǎn)

1）采用機(jī)械機(jī)構(gòu)完成壁紙裁剪、張貼整個(gè)過(guò)程，使張貼的壁紙能夠與墻面緊密貼合。避免了人工操作帶來(lái)的誤差及粘貼強(qiáng)度的降低，使得壁紙張貼更加牢固。

2）通過(guò)手動(dòng)控制器能夠?qū)⒈诩垙堎N到各個(gè)角落，實(shí)現(xiàn)全方位完美張貼。

3）結(jié)構(gòu)巧妙。本產(chǎn)品由齒輪滾輪等機(jī)構(gòu)，配合分工將壁紙張貼牢固，而且尺寸可調(diào)。

4 結(jié)論

本壁紙裁剪、張貼器的設(shè)計(jì)，采用了更加優(yōu)化的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，可以輕松地將壁紙張貼得平整，方便實(shí)用，相比傳統(tǒng)的通過(guò)手工操作貼壁紙能夠有效減輕工人的勞動(dòng)量，提高工作效率，而尺寸可調(diào)的特點(diǎn)更使其可以適應(yīng)不同寬度的壁紙，同時(shí)整個(gè)裝置制作成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，推廣性強(qiáng)[15]。

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Omnidirectional Wallpaper Cutting and Posting Device

WANG Chaoyi， LI Shuxian， GAI Xintong， GAO Tianyu， WANG Xianqi
(School ofMechanical Engineering,Dalian University,Dalian 116622,China)

Based on the method of recovering the foundation material,reducing the work intensity and improving the working efficiency,this papaer uses the method of theoretical calculation and experiment to explore a more reasonable omnidirectional wallpaper cutting and posting device.According to its working condition,the mechanical model is established,and the force of the wallpaper posting process is studied to support the theoretical calculation in the design process.In this paper,SolidWorks is used to build a three-dimensional model of wallpaper cutting and posting device,and the transmission mechanism is explored,and the optimal transmission mechanism is explored,and the physical model is built according to the model.Theory and calculation methods are provided for the design and manufacture of wallpaper cutting and posting device.A new wallpaper is cropped and the posting scheme is presented to reduce the manual cost of wallpaper posted.

wallpaper posting;wallpaper cutting;mechanical transmission

TH 122

B

1002－2333（2018）01－0096－03

（編輯昊 天）

王超藝（1995—），男，在讀本科生，主要研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化；

李淑嫻（1978—），女，博士，講師，主要研究方向?yàn)榻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、生物力學(xué)。

李淑嫻，lishuxian@dlu.edu.cn。

2017-04-06