屈文韜　張世洪　張興斌　李騰　蔡官洋

【摘 要】本文針對(duì)目前普遍存在的手機(jī)貼膜費(fèi)時(shí)費(fèi)力且質(zhì)量差不環(huán)保等問(wèn)題，研究設(shè)計(jì)出了一款專門(mén)針對(duì)手機(jī)鋼化膜能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)手機(jī)貼膜功能，并且廣泛適用于各大小型號(hào)手機(jī)，具有機(jī)械特性的手機(jī)貼膜機(jī)。該機(jī)器主要由手機(jī)定位夾緊機(jī)構(gòu)、手機(jī)膜定位夾緊機(jī)構(gòu)、膜底板撤除機(jī)構(gòu)及手機(jī)膜貼合機(jī)構(gòu)四個(gè)機(jī)構(gòu)組成。四個(gè)機(jī)構(gòu)相互配合，能在保證一定貼膜精度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)手機(jī)貼膜的自動(dòng)化，并且具有清潔環(huán)保、省時(shí)省力、效率高等優(yōu)點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】手機(jī)貼膜;全自動(dòng);機(jī)械特性;棘輪機(jī)構(gòu)

中圖分類(lèi)號(hào)： TH69文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）19-0027-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.19.011

0 引言

經(jīng)市場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，手機(jī)貼膜機(jī)主要應(yīng)用于三個(gè)市場(chǎng)，一是主要針對(duì)手機(jī)制造生產(chǎn)商的高端市場(chǎng)，二是針對(duì)各大手機(jī)銷(xiāo)售點(diǎn)維修點(diǎn)的中端市場(chǎng)，三是針對(duì)個(gè)人手機(jī)用戶的低端市場(chǎng)。適用于高端市場(chǎng)的手機(jī)貼膜機(jī)價(jià)格過(guò)高，體積，重量過(guò)大。適用于低端市場(chǎng)的手機(jī)貼膜機(jī)未能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，手工貼膜費(fèi)時(shí)費(fèi)力且速度慢，效率低[1]。而中端市場(chǎng)處于一個(gè)空白的狀態(tài)。因此，為了節(jié)省勞動(dòng)力并且提高效率，在手機(jī)貼膜機(jī)中端市場(chǎng)上，能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)手機(jī)貼膜功能的機(jī)器必不可少[2]。在貼膜機(jī)的設(shè)計(jì)中，經(jīng)濟(jì)性方面要考慮能使機(jī)器適用于各種不同的手機(jī)型號(hào)[3]，另一方面還要考慮機(jī)器的大小，重量及運(yùn)行的平穩(wěn)性，同時(shí)還要保證有較高的工作效率。

1 全自動(dòng)手機(jī)貼膜機(jī)研究現(xiàn)狀

現(xiàn)有的全自動(dòng)手機(jī)貼膜機(jī)主要是適用于高端市場(chǎng)的，他們多數(shù)采用了一種主要應(yīng)用于智能手機(jī)顯示器檢測(cè)的ccd技術(shù)[4]，如深圳一家公司研制的全自動(dòng)手機(jī)貼膜機(jī)TP95120AX[5]，雖能很好的實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)手機(jī)貼膜功能，但體積大且價(jià)格近萬(wàn)元，不能適用于以手機(jī)售賣(mài)維修點(diǎn)為主的手機(jī)貼膜機(jī)中端市場(chǎng)。而針對(duì)低端市場(chǎng)的手機(jī)貼膜機(jī)又是純手動(dòng)的，雖能在一定程度上實(shí)現(xiàn)功能，但始終未能擺脫手動(dòng)貼膜效率低，精度差且費(fèi)時(shí)費(fèi)力的特點(diǎn)。例如淘寶上銷(xiāo)量很高的“貼膜神器”及市面上流行的Reamx貼膜機(jī)，雖然價(jià)格較低，但其適用的型號(hào)較單一再加上不能完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的特點(diǎn)，故很難適用于手機(jī)貼膜機(jī)中端市場(chǎng)。

2 機(jī)器結(jié)構(gòu)組成及工作原理

為填補(bǔ)手機(jī)貼膜機(jī)中端市場(chǎng)的空白，提高手機(jī)貼膜的效率，解放勞動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)貼膜，研究設(shè)計(jì)了如圖1所示的全自動(dòng)手機(jī)貼膜機(jī)。機(jī)器主要由手機(jī)定位夾緊機(jī)構(gòu)1，手機(jī)膜定位夾緊機(jī)構(gòu)2，膜底板撤除機(jī)構(gòu)3及手機(jī)膜貼合機(jī)構(gòu)4四個(gè)機(jī)構(gòu)組成。手機(jī)定位夾緊機(jī)構(gòu)1與手機(jī)膜定位夾緊機(jī)構(gòu)2中心重合，手機(jī)定位夾緊機(jī)構(gòu)1對(duì)手機(jī)進(jìn)行定位夾緊，手機(jī)膜定位夾緊機(jī)構(gòu)2對(duì)手機(jī)膜進(jìn)行定位加緊，手機(jī)膜貼合機(jī)構(gòu)4吸附手機(jī)膜，膜底板撤除機(jī)構(gòu)3撤除膜底板，之后手機(jī)膜貼合機(jī)構(gòu)4繼續(xù)運(yùn)行直至手機(jī)與手機(jī)膜貼合。四個(gè)機(jī)構(gòu)相互配合，能平穩(wěn)高效的完成手機(jī)膜貼合的動(dòng)作，大大解放勞動(dòng)力。

2.1 手機(jī)定位夾緊機(jī)構(gòu)

圖2所示為手機(jī)定位夾緊機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，主要包括x軸雙向絲杠5、y軸雙向絲杠6、手機(jī)底板7、手機(jī)夾板8、棘輪機(jī)構(gòu)9及框架10。為了很好的解決手機(jī)的定位加緊問(wèn)題，應(yīng)用了兩個(gè)分別放置在x軸和y軸的具有不同螺紋旋向的雙向絲杠，其上各裝有兩個(gè)手機(jī)夾板8，絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí)四個(gè)手機(jī)夾板同時(shí)向手機(jī)底板7的中心移動(dòng)，手機(jī)放置在手機(jī)底板7上，對(duì)手機(jī)進(jìn)行夾緊和固定。棘輪機(jī)構(gòu)9放置在絲杠與電機(jī)的聯(lián)結(jié)處，用于控制夾緊力的大小。

圖3所示為棘輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，主要包括M5螺釘11，棘輪組件A12，棘輪組件B13，棘輪軸14，銷(xiāo)15，彈簧16，聯(lián)軸器17。棘輪組件A12的左側(cè)連接電機(jī)，聯(lián)軸器17的右側(cè)連接絲杠，正常運(yùn)行時(shí)彈簧16處于壓縮的狀態(tài)，棘輪組件A12與棘輪組件B13的棘輪齒處于嚙合的狀態(tài)，即能夠?qū)㈦姍C(jī)的扭矩輸出到絲杠上，但當(dāng)絲杠上夾板對(duì)手機(jī)的夾緊力達(dá)到一定值的時(shí)候，棘輪組件A12與棘輪組件B13上的棘輪齒開(kāi)始發(fā)生打滑，使電機(jī)輸出的扭矩?zé)o法傳遞到絲杠上，即達(dá)到控制手機(jī)定位夾緊機(jī)構(gòu)夾緊力的作用。

手機(jī)定位夾緊機(jī)構(gòu)的所有零部件總體都安裝框架10上，框架10選用的材料為鋁型材，能在很大程度上減輕機(jī)構(gòu)的重量[6]，使其很好的適用于目標(biāo)市場(chǎng)。

2.2 手機(jī)膜定位夾緊機(jī)構(gòu)

圖4所示為手機(jī)膜定位夾緊機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，主要包括x軸雙向絲杠18、y軸雙向絲杠19、手機(jī)膜夾板20、棘輪機(jī)構(gòu)21及框架22。手機(jī)膜夾板固定在絲杠上，在x軸和y軸分別采用具有不同螺紋旋向的雙向絲杠各一個(gè)，通過(guò)絲杠帶動(dòng)夾板進(jìn)行固定。夾緊力的大小則是通過(guò)棘輪機(jī)構(gòu)21進(jìn)行調(diào)整的。

2.3 膜底板撤除機(jī)構(gòu)

圖5所示為膜底板撤除機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，主要包括手機(jī)膜底板23，半軸A24，半軸B25、軸承座26，自鎖步進(jìn)電機(jī)27及框架28。手機(jī)膜底板23通過(guò)兩個(gè)半軸與軸承座26相連，半軸A24與自鎖步進(jìn)電機(jī)27相連。在手機(jī)定位夾緊機(jī)構(gòu)與手機(jī)膜定位夾緊機(jī)構(gòu)動(dòng)作的時(shí)候，自鎖步進(jìn)電機(jī)27使手機(jī)膜底板23呈水平的狀態(tài)，手機(jī)膜在其上由手機(jī)膜定位夾緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行定位夾緊，而手機(jī)膜底板與手機(jī)底板的中心上下是重合的，夾緊的時(shí)候夾板通過(guò)雙向絲杠同時(shí)向底板中心進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，使得在定位夾緊動(dòng)作完成時(shí)手機(jī)與手機(jī)膜的中心保持重合，這樣的設(shè)計(jì)能在一定程度上保證貼膜的精度。當(dāng)手機(jī)膜貼合機(jī)構(gòu)動(dòng)作，吸盤(pán)吸住手機(jī)膜的時(shí)候，手機(jī)膜底板在自鎖步進(jìn)電機(jī)的帶動(dòng)下向下翻轉(zhuǎn)90度為后續(xù)機(jī)構(gòu)動(dòng)作做準(zhǔn)備。

（23手機(jī)膜底板 24半軸A 25半軸B 26軸承座 27自鎖步進(jìn)電機(jī) 28框架）

2.4 手機(jī)膜貼合機(jī)構(gòu)

圖6所示為手機(jī)膜貼合機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，主要包括電動(dòng)推桿29，真空吸盤(pán)30、吸盤(pán)連接平面31及框架32。電動(dòng)推桿29固定在框架32上，電動(dòng)推桿的行程方向豎直，這樣的布置可以消除自身重力對(duì)運(yùn)動(dòng)精度的影響。電動(dòng)推桿29外接控制器并且采用電控的方式運(yùn)動(dòng)，清潔環(huán)保[7]且能通過(guò)編程生成想要的運(yùn)動(dòng)軌跡。電動(dòng)推桿工作行程主要分為兩段，中間間隔為膜底板撤除機(jī)構(gòu)撤除膜底板所需的時(shí)間，這樣的設(shè)計(jì)能在保證運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上[8]，盡可能的加快行程速度，縮短工作時(shí)間，提高工作效率。

真空吸盤(pán)30在整個(gè)機(jī)構(gòu)中起著至關(guān)重要的作用，它是保證貼膜質(zhì)量的主要因素。為了保證吸盤(pán)與手機(jī)膜之間的吸附力適中，不至于造成吸附力過(guò)小吸不住手機(jī)膜或者吸附力過(guò)大不易摘取進(jìn)而影響貼膜質(zhì)量的后果，必須選擇合適的接觸面積。為了保證吸盤(pán)吸附手機(jī)膜之后手機(jī)膜的水平程度，在電動(dòng)推桿下方安裝了一個(gè)面積較大的平面31，將吸盤(pán)安裝在該平面上，由此保證手機(jī)膜在與手機(jī)貼合過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的位置偏差，同時(shí)保證了手機(jī)膜在下行過(guò)程中的穩(wěn)定性，提高了貼膜的精度。吸盤(pán)的材料對(duì)貼膜質(zhì)量影響也很大，相較于傳統(tǒng)吸盤(pán)，采用真空吸盤(pán)能使手機(jī)膜受力更加均勻，同時(shí)能夠保證手機(jī)膜不會(huì)發(fā)生較大傾斜，且真空吸盤(pán)與手機(jī)膜間的吸附力依靠的不是粘力，而是大氣壓力與真空吸盤(pán)內(nèi)部的壓力差[9]，更加綠色環(huán)保。

2.5 工作原理

手機(jī)貼膜機(jī)主要分為四個(gè)機(jī)構(gòu)：手機(jī)定位夾緊機(jī)構(gòu)、手機(jī)膜定位夾緊機(jī)構(gòu)、膜底板撤除機(jī)構(gòu)、手機(jī)膜貼合機(jī)構(gòu)?？傮w貼膜過(guò)程如下：手機(jī)與手機(jī)膜同時(shí)裝夾，兩個(gè)定位機(jī)構(gòu)同時(shí)工作實(shí)現(xiàn)定位夾緊，隨后手機(jī)與手機(jī)膜貼合機(jī)構(gòu)工作。當(dāng)手機(jī)膜被吸附時(shí)，手機(jī)與手機(jī)膜貼合機(jī)構(gòu)停止工作，膜底板撤除機(jī)構(gòu)工作，膜底板撤除，手機(jī)與手機(jī)膜貼合機(jī)構(gòu)繼續(xù)工作，電動(dòng)推桿帶動(dòng)手機(jī)膜持續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，直至與手機(jī)貼合。各個(gè)機(jī)構(gòu)互相配合詳細(xì)工作原理過(guò)程如下：將手機(jī)屏幕面朝上放置于手機(jī)底板上，在手機(jī)定位夾緊機(jī)構(gòu)中，手機(jī)底板固定不動(dòng)，手機(jī)底板下x軸和y軸方向上安裝有具有不同螺紋旋向的雙向絲杠各一個(gè)，每套絲杠滑塊上都安裝有一對(duì)夾板，絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，手機(jī)夾板將手機(jī)夾緊或放松。應(yīng)用棘輪機(jī)構(gòu)控制夾緊力。手機(jī)底板與手機(jī)膜底板中心上下重合，每對(duì)夾板的中心位置也是固定不變的，因此這兩個(gè)絲杠就能保證手機(jī)的中心位置固定，同時(shí)夾板與手機(jī)是面接觸，這樣也能保證手機(jī)被限制住五個(gè)自由度，在重力的作用下，手機(jī)被固定在手機(jī)底板上。

相應(yīng)的手機(jī)膜定位夾緊原理與手機(jī)定位夾緊原理基本一致，不同的是手機(jī)膜采用鋼化膜，易碎，因此需要嚴(yán)格控制夾緊力。而通過(guò)改變棘輪機(jī)構(gòu)彈簧的材料或者幾何尺寸就能方便地控制夾緊力的大小，在夾緊手機(jī)的時(shí)候采用較大的夾緊力，而在夾緊手機(jī)膜的時(shí)候，采用較小的夾緊力。

手機(jī)與手機(jī)膜定位固定后，電動(dòng)推桿帶動(dòng)真空吸盤(pán)運(yùn)動(dòng)。電動(dòng)推桿的工作行程分為兩段，第一段與第二段之間的停留時(shí)間是膜底板撤除機(jī)構(gòu)工作的時(shí)間。電推桿下伸，帶動(dòng)真空吸盤(pán)吸住手機(jī)膜，此時(shí)膜底板撤除機(jī)構(gòu)工作，在自鎖步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)下，膜底板向下翻轉(zhuǎn)90°。電推桿繼續(xù)下伸，直至手機(jī)與手機(jī)膜貼合，完成一次貼膜動(dòng)作。

3 結(jié)語(yǔ)

本文研究與設(shè)計(jì)的由手機(jī)定位夾緊機(jī)構(gòu)、手機(jī)膜定位夾緊機(jī)構(gòu)、膜底板撤除機(jī)構(gòu)、手機(jī)膜貼合機(jī)構(gòu)四個(gè)機(jī)構(gòu)組成的全自動(dòng)手機(jī)貼膜機(jī)，能夠?yàn)槭忻嫔辖^大多數(shù)型號(hào)的手機(jī)進(jìn)行貼膜。通過(guò)雙向絲杠以及步進(jìn)電機(jī)等自動(dòng)化設(shè)備達(dá)到全自動(dòng)貼膜的同時(shí)還能保證貼膜精度。在整體結(jié)構(gòu)方面采用了鋁型材做框架，使機(jī)器重量較輕，整體結(jié)構(gòu)大小適中且具有一定的經(jīng)濟(jì)性，能很好地適用于手機(jī)貼膜機(jī)中端市場(chǎng)，填補(bǔ)中端市場(chǎng)的空白，解放勞動(dòng)力。且控制方式采用電控，工作過(guò)程清潔綠色環(huán)保。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李存鵬.雙工位自動(dòng)控制手機(jī)貼膜機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].西安文理學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，17（01）：89-92.

[2]段宇，萬(wàn)宏強(qiáng)，張馳，饒子謙，劉立春，馬文華.基于SolidWorks的手機(jī)自動(dòng)貼膜機(jī)三維設(shè)計(jì)[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2017（13）：123-124.

[3]楊亞中，王志坤，姜國(guó)友，薄純志.手機(jī)屏幕貼膜機(jī)[J].河北農(nóng)機(jī)，2017（05）：54.

[4]Anonymous. CCD image sensor[J]. Laser Focus World，2019，55（1）.

[5]汪大鵬，程鵬，萬(wàn)佳，牛榮閣，王衛(wèi)衛(wèi).萬(wàn)能手機(jī)屏幕自動(dòng)貼膜機(jī)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程師，2014（08）：59-61.

[6]宿富旺.淺析鉚接式全鋁車(chē)身的輕量化[J].客車(chē)技術(shù)，2019（03）：39-42.

[7]巖義.實(shí)施電能替代 推動(dòng)綠色發(fā)展[J].國(guó)家電網(wǎng)，2016（08）：5.

[8]王照林.關(guān)于運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性理論研究進(jìn)展[J].力學(xué)情報(bào)，1973（03）：30-34.

[9]何存興.液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2000.