全方位壁纸裁剪、张贴器设计

王超艺， 李淑娴， 盖欣桐， 高天羽， 王先琦

（大连大学机械工程学院，辽宁 大连 116622）

全方位壁纸裁剪、张贴器设计

王超艺， 李淑娴， 盖欣桐， 高天羽， 王先琦

（大连大学机械工程学院，辽宁 大连 116622）

从回收底料、减轻工作强度及提高工作效率出发，采用理论计算与实验相结合的方法，探索更加合理的全方位壁纸裁剪、张贴器。根据其工作状况，建立力学模型，研究壁纸张贴过程中的受力情况，以支撑设计过程中的理论计算。文中采用SolidWorks建立全方位壁纸裁剪、张贴器三维模型，探讨其传动关系，探索优化的传动机理，并根据模型搭建实物模型。为设计制造壁纸裁剪、张贴器奠定理论基础并提供计算方法，提出一种新的壁纸裁剪、张贴方案，可降低壁纸张贴的人力损耗。

壁纸张贴；壁纸裁剪；机械传动

0 引言

壁纸作为室内装饰材料,在我国已有悠久的历史,随着住宅文化的发展,壁纸的需要量也随之显示了增加的趋势[1]。现阶段壁纸裁剪、张贴大部分需要人力来完成，由此导致壁纸粘贴强度降低，与墙体张贴不稳固，空气余量大，进一步造成人力与资源的浪费，更重要的是废弃料无法统一回收，造成“二次清理”[2]。基于以上现状，本文经分析讨论后设计出一款能够全方位进行壁纸张贴、裁剪尺寸可调的一种新型壁纸裁剪、张贴器，能够将废弃的底料进行统一回收，节省工时、减轻工作强度、提高工作效率，无需因废弃料、壁纸尺寸大小而进行“二次清理“和“二次购买”。该设计包括壁纸裁剪与张贴两部分，采用手动控制器、拆装组合件及摇臂等方法来扩大其工作范围。

1 壁纸张贴器各部件设计

1.1 壁纸张贴器

张贴部分主要由齿轮、压轮、滚轮按照传动关系来装配[3]，保证壁纸粘贴平稳牢固，壁纸张贴器工作原理图如图1所示。多滚轮上下交替组合（图2）与内含单向轴承支滑轮相配合，增大壁纸传输摩擦使得壁纸平稳快速运动。运用斜齿轮重合度大、平稳、高速的特点，通过不同传动比的齿轮对，实现废弃底料的统一回收[4]。运用平行四杆机构（图3），便于拆装、调试。使用圆柱形卡槽（图4），在壁纸两端控制住壁纸左右活动范围，防止壁纸因用力不均使得张贴时产生歪斜[5]。

图1 壁纸张贴器原理图

图2 多滚轮

图3 平行四杆机构

图4 圆柱形卡槽

1.2 壁纸切割器设计

裁剪部分由卷尺、切割刀、定位器组成，壁纸裁剪更准确，壁纸裁剪器工作原理图如图5所示。

切割器由齿轮、摇臂、卷尺、切割刀、定位器组成。通过多组行星轮增大传动比，减小阻力臂，带动切割刀精准切割。利用软卷尺与定位器相结合，能够裁剪出精准尺寸的壁纸，如图6所示。

图5 壁纸切割器工作原理图

图6 软卷尺与定位器组合

2 工作能力计算

表1 滚轮数量与滚轮直径D滚轮轴直径d的函数关系

2.1 壁纸张贴器

2.1.1 壁纸张贴速度计算

由于滚轮摩擦力的解析式为：w=C0×（2k+μd）/D（D为滚轮直径；d为滚轮轴直径；k为滚轮在轨道上的摩擦力臂；μ为滚轮轴颈处滑动摩擦因数;C0为附加阻力）[7-8]。只要确定其中滚轮直径D与滚轮轴直径d即可确定每个滚轮与壁纸间的摩擦力（如图7，表1[9]所示）。并且每个滚轮上下交错，可以大概确定摩擦力值，而人的外力已知，从而实现壁纸平稳快速向前移动。例如正常工人的外力F大约为100 N，壁纸宽度为1 m，为了使壁纸平稳传输，壁纸与滚轮摩擦力控制在外力的67%～70%之间，即

所以能够求出D与d之间的关系：

因此根据图7、表1及理论计算可知，滚轮数量取4个为宜。

根据动量守恒定律知,m1V1=m2V2，而当时间为1 min时:

每秒张贴的面积为S=0.6×1=0.6 m2。

图7 轮子数量与压紧度的关系图

2.1.2 壁纸回收计算

1)标准参数。用滚齿法加工的斜齿轮,其法面参数是标准值,详见表2[10]。

表2 斜齿轮法面参数

2)端面参数计算。在计算斜齿轮的几何尺寸时,常需用到的端面参数，详见表3［11-12］。

表3 端面系数

由于壁纸张贴速度已知，回收速度与张贴速度应保持一致，即为60 cm/s。

由于存在摩擦力，所以壁纸传输齿轮与废料回收齿轮传动比保持在1.25～1.55之间最为合适。因此取齿轮Z1=70，Z2=105。

2.2 壁纸切割器

定轴转动行星轮传动比计算。

由图5知摇臂带动锥形齿轮1、2，锥形齿轮2带动齿轮6、5，将动力传递给定位标尺4带动切割刀3进行切割。最终确定相关参数见表4[13-14]。

表4 齿轮参数

3 创新点

1）采用机械机构完成壁纸裁剪、张贴整个过程，使张贴的壁纸能够与墙面紧密贴合。避免了人工操作带来的误差及粘贴强度的降低，使得壁纸张贴更加牢固。

2）通过手动控制器能够将壁纸张贴到各个角落，实现全方位完美张贴。

3）结构巧妙。本产品由齿轮滚轮等机构，配合分工将壁纸张贴牢固，而且尺寸可调。

4 结论

本壁纸裁剪、张贴器的设计，采用了更加优化的传动结构，可以轻松地将壁纸张贴得平整，方便实用，相比传统的通过手工操作贴壁纸能够有效减轻工人的劳动量，提高工作效率，而尺寸可调的特点更使其可以适应不同宽度的壁纸，同时整个装置制作成本低，结构简单，推广性强[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

（编辑昊 天）

王超艺（1995—），男，在读本科生，主要研究方向为机械设计制造及其自动化；

李淑娴（1978—），女，博士，讲师，主要研究方向为结构设计、生物力学。

李淑娴，lishuxian@dlu.edu.cn。

2017-04-06