王超藝， 李淑嫻， 蓋欣桐， 高天羽， 王先琦

（大連大學機械工程學院，遼寧 大連 116622）

全方位壁紙裁剪、張貼器設計

王超藝， 李淑嫻， 蓋欣桐， 高天羽， 王先琦

（大連大學機械工程學院，遼寧 大連 116622）

從回收底料、減輕工作強度及提高工作效率出發(fā)，采用理論計算與實驗相結合的方法，探索更加合理的全方位壁紙裁剪、張貼器。根據其工作狀況，建立力學模型，研究壁紙張貼過程中的受力情況，以支撐設計過程中的理論計算。文中采用SolidWorks建立全方位壁紙裁剪、張貼器三維模型，探討其傳動關系，探索優(yōu)化的傳動機理，并根據模型搭建實物模型。為設計制造壁紙裁剪、張貼器奠定理論基礎并提供計算方法，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；機械傳動

0 引言

壁紙作為室內裝飾材料,在我國已有悠久的歷史,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[1]?，F(xiàn)階段壁紙裁剪、張貼大部分需要人力來完成，由此導致壁紙粘貼強度降低，與墻體張貼不穩(wěn)固，空氣余量大，進一步造成人力與資源的浪費，更重要的是廢棄料無法統(tǒng)一回收，造成“二次清理”[2]?；谝陨犀F(xiàn)狀，本文經分析討論后設計出一款能夠全方位進行壁紙張貼、裁剪尺寸可調的一種新型壁紙裁剪、張貼器，能夠將廢棄的底料進行統(tǒng)一回收，節(jié)省工時、減輕工作強度、提高工作效率，無需因廢棄料、壁紙尺寸大小而進行“二次清理“和“二次購買”。該設計包括壁紙裁剪與張貼兩部分，采用手動控制器、拆裝組合件及搖臂等方法來擴大其工作范圍。

1 壁紙張貼器各部件設計

1.1 壁紙張貼器

張貼部分主要由齒輪、壓輪、滾輪按照傳動關系來裝配[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)快速運動。運用斜齒輪重合度大、平穩(wěn)、高速的特點，通過不同傳動比的齒輪對，實現(xiàn)廢棄底料的統(tǒng)一回收[4]。運用平行四桿機構（圖3），便于拆裝、調試。使用圓柱形卡槽（圖4），在壁紙兩端控制住壁紙左右活動范圍，防止壁紙因用力不均使得張貼時產生歪斜[5]。

圖1 壁紙張貼器原理圖

圖2 多滾輪

圖3 平行四桿機構

圖4 圓柱形卡槽

1.2 壁紙切割器設計

裁剪部分由卷尺、切割刀、定位器組成，壁紙裁剪更準確，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。通過多組行星輪增大傳動比，減小阻力臂，帶動切割刀精準切割。利用軟卷尺與定位器相結合，能夠裁剪出精準尺寸的壁紙，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 工作能力計算

表1 滾輪數量與滾輪直徑D滾輪軸直徑d的函數關系

2.1 壁紙張貼器

2.1.1 壁紙張貼速度計算

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為滾輪軸頸處滑動摩擦因數;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即可確定每個滾輪與壁紙間的摩擦力（如圖7，表1[9]所示）。并且每個滾輪上下交錯，可以大概確定摩擦力值，而人的外力已知，從而實現(xiàn)壁紙平穩(wěn)快速向前移動。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之間的關系：

因此根據圖7、表1及理論計算可知，滾輪數量取4個為宜。

根據動量守恒定律知,m1V1=m2V2，而當時間為1 min時:

每秒張貼的面積為S=0.6×1=0.6 m2。

圖7 輪子數量與壓緊度的關系圖

2.1.2 壁紙回收計算

1)標準參數。用滾齒法加工的斜齒輪,其法面參數是標準值,詳見表2[10]。

表2 斜齒輪法面參數

2)端面參數計算。在計算斜齒輪的幾何尺寸時,常需用到的端面參數，詳見表3［11-12］。

表3 端面系數

由于壁紙張貼速度已知，回收速度與張貼速度應保持一致，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

定軸轉動行星輪傳動比計算。

由圖5知搖臂帶動錐形齒輪1、2，錐形齒輪2帶動齒輪6、5，將動力傳遞給定位標尺4帶動切割刀3進行切割。最終確定相關參數見表4[13-14]。

表4 齒輪參數

3 創(chuàng)新點

1）采用機械機構完成壁紙裁剪、張貼整個過程，使張貼的壁紙能夠與墻面緊密貼合。避免了人工操作帶來的誤差及粘貼強度的降低，使得壁紙張貼更加牢固。

2）通過手動控制器能夠將壁紙張貼到各個角落，實現(xiàn)全方位完美張貼。

3）結構巧妙。本產品由齒輪滾輪等機構，配合分工將壁紙張貼牢固，而且尺寸可調。

4 結論

本壁紙裁剪、張貼器的設計，采用了更加優(yōu)化的傳動結構，可以輕松地將壁紙張貼得平整，方便實用，相比傳統(tǒng)的通過手工操作貼壁紙能夠有效減輕工人的勞動量，提高工作效率，而尺寸可調的特點更使其可以適應不同寬度的壁紙，同時整個裝置制作成本低，結構簡單，推廣性強[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，主要研究方向為機械設計制造及其自動化；

李淑嫻（1978—），女，博士，講師，主要研究方向為結構設計、生物力學。

李淑嫻，lishuxian@dlu.edu.cn。

2017-04-06