基于三维办公用碎纸机设计（含SolidWorks、CAD图纸和文档）

基于三维办公用碎纸机设计（含SolidWorks、CAD图纸和文档）,基于,三维,公用,碎纸机,设计,solidworks,cad,图纸,以及,文档 摘 要本设计为办公室碎纸机的设计。从碎纸机的发展历史展开，碎纸机共有典型七代，本设计描述碎纸机各代的传动系统，现在碎纸机的技术已经相当的成熟。本设计通过对碎纸机性能的分析，让我们可以更好选择碎纸机并对其进行较好的保养，同时我们也应该注意到碎纸机工作时会出现的故障，而且我们应该知道怎么排除故障。在关怀生活品质的现今，我们对于产品的环保功能、性能安全方面有了更高的要求。本设计通过比较各传动的优劣，从而定出本设计的传动方案，并进行设计校核，力求在设计中做到小体积，低成本，高效率。本次设计为传动系统的一般设计过程，对今后的设计传动系统设计有一定参考价值。关键词：碎纸机； 传动； 齿轮 AbstractThe design for the design of the office shredder. Commence from the development history of the shredder, shredders Total typical six generations, the design described in the paper shredder generation transmission system, shredder technology is already quite mature. Failure will occur when the design through shredders performance analysis, so we can better choose paper shredders and better maintenance, and at the same time we should also be noted that the shredder work, and we should know how troubleshooting. Care for the quality of life today, we have higher requirements for environmental features, performance, safety aspects. By comparing the transmission of the pros and cons of the design, so as to set the transmission scheme design, design verification, and strive to achieve small size, low cost, high efficiency design.The design for the general design process of the transmission system, a certain reference value for the future design of transmission system design.Key words： office shredder transmission gear目 录摘要 . . . . .IAbstract . . II目录 . . . . .III第一章.碎纸机的简介及其发展历史11.1 简介11.2 碎纸机的发展历史3第二章.本设计课题的意义以及设计任务52.1 本课题的研究意义52.2 本设计的主要任务52.3 本设计的设计要求6第三章.传动系统方案的设计选择以及具体设计计算73.1三种传动方案73.2三种方案的优缺点比较与选择73.3 电机的选择83.4传动系统中各轴的转速以及转矩计算103.5一级减速级齿轮组的设计计算113.6一级减速齿轮结构设计153.7二级减速级齿轮组的设计计算163.8二级减速齿轮结构设计203.9碎纸刀轴齿轮的设计203.10碎纸轴齿轮结构设计22第四章.轴的设计计算234.1 电机输出轴234.2一级减速输出轴的设计234.3 碎纸刀输入轴24第五章.刀具的选用265.1刀具材料的简介265.2刀具的选用265.3 刀梳的设计27第六章.工作中常见问题及解决办法28第七章.碎纸机的使用注意事项及保养29致谢30参考文献31第一章.碎纸机的简介及其发展历史1.1 简介碎纸机是由一组旋转的刀刃、纸梳、驱动马达和减速齿轮组成的。纸张从相互咬合的刀刃中间送入，被分割成很多的细小纸片，以达到保密的目的。碎纸机到现在为止经历了六代的发展历程，由最初的带传动、塑料齿轮、链传动到现在的金属齿轮传动、优质合金齿轮传动，功能也由最初的只能碎纸到现在的不仅可以碎纸，同时也可以碎光盘、回形针等硬质用品，碎纸机作为一种保密设备，已逐渐成为办公室内不可缺少的一种简易装置，这不仅是因为它具有保密功能，更是因为它可以为现代办公提供一份环保清洁的保证。1.1.1 碎纸方式 碎纸机的碎纸方式共有碎状、粒状、段状、沫状、条状、丝状等六种。这可以通过改变碎纸机刀具而得到。一般的办公室选用粒状、段状、条状、丝状就可以了，但是对于保密要求比较高的场合则需要选用沫状的刀具来切碎。目前采用四把刀来组成的碎纸刀具是比较先进的一种碎纸方式，这种刀具碎出的纸屑保密精度非常之高，当然也只是适用于政府、军事、国防等高级保密机构。按照本设计要求，本设计只需要设计出可以碎成粒状的纸屑，因此采用一组旋转的刀具即可实现。1.1.2 碎纸效果 碎纸效果是指纸张经过碎纸机处理后所形成的废纸的大小，一般是以毫米(mm)为单位的。粒、沫状效果最佳，碎状次之，条、段状相对效果更差些。例如2*2mm保密效果可将A4纸张切成1500多小块。不同的场合可根据实际需要选择不同碎纸效果的碎纸机。如家庭和小型办公室不牵涉到保密的场合可选用4mm*50mm、4mm*30mm等规格的就可以了。而要求保密的场合根据毁灭资料最低标准，电脑印字文件必须碎至3.8mm以下的纸条。对于高度机密的文件，应采用可纵横切割的碎纸机，最好选用达到3mm*3mm及其以下规格碎纸效果的碎纸机。本设计要求碎出的纸屑尺寸为2.5mm*9mm，因此属于一般保密场合。1.1.3 碎纸能力碎纸能力是指碎纸机一次能处理的纸张厚度及纸张最大数目。一般碎纸效果越好则其碎纸能力则相对差些，如某品牌碎纸机上标称碎纸能力为A4，90g，10-15张，就是说明该碎纸机一次能处理切碎厚度为90g的A4幅面的纸10-15张。普通办公室选用A4，70g，3-4张的就可以满足日常工作需要，如果是大型办公室则要根据需要选择合适幅面和较快速度的碎纸机。现有大型碎纸机一般都能达到每次60-70张。本设计中碎纸能力为每次6张。1.1.4 碎纸速度碎纸速度也就是碎纸机的处理能力，一般用每分钟能处理废纸的总长度来度量，如3.5m/min，表示每分钟可处理的纸张在没有切碎之前的总长度。当然也有用厘米表示的，实际上是一样的，如本设计中碎纸速度为20mm/s。1.1.5 碎纸箱的容积 碎纸箱容积是指盛放切碎后废纸的箱体体积。碎纸机生成的碎片存放于下列容器中的一种：低端的碎纸机一般放置于废纸篓的上方，这样切割完的碎片就简单地放置在废纸篓里；稍微贵一些的产品则自带废纸篓（碎纸箱）。大多数办公用碎纸机一般都是封闭的带轮子的柜子，能够方便地在办公室里移动，这种碎纸机就牵涉到了碎纸箱容积的选择。普通办公室和家用碎纸机出于实际需要和占地大小考虑可选择较小容量的碎纸箱，大小在4升到10升之间为宜；中型办公室以10-30升为最佳，大型办公室可选用50升以上的碎纸箱。本设计则是以中型办公室为准设计的，容积为27L。1.1.6 碎纸箱的散热问题碎纸机作为一种小型的办公室机器，是放置在纸质文件和人流量比较大的地方，因此防止发生火灾是非常有必要的。而鉴于碎纸机在碎纸量较大时以及在碎纸过程中出现绞死状况下电机发热量会比较大，因此较多的碎纸机都要有散热装置。碎纸机内部具有碎纸刀及电机，电机一端具有一高速散热风扇，该散热风扇边框的四角端分别具有一将散热风扇锁固在电机一端的固定栓，散热风扇通过电线连接在控制机板上。该散热风扇直接对电机进行散热，具有较高的散热效率，提供碎纸机能长时间工作的特性，进而加强碎纸机工作效率。1.1.7 碎纸机的碎纸宽度碎纸宽度就是碎纸机所要切碎的纸张在没有进入碎纸机之前的最大宽度，也就是指碎纸机所能容许的纸张的宽度。通常要切碎的纸张要与切口垂直输入，否则整行文字有可能完整保留，导致资料尽露；另外如果入纸口太细，纸张便会折在一起，降低每次所碎张数，且容易引起纸塞，降低工作效率，所以选择碎纸机时一定要注意碎纸宽度的选择。但普通办公室一般只要能进入A4纸（大约190mm），本设计为220mm，之所以大于190mm，也是为了防止纸张没有叠放好出现纸张出现阻塞，从而尽量提高工作效率。1.1.8 其他特性其他特性指的是碎纸机除了本身应具有的功能外，与一般的碎纸机相比不同之处，如采用超级组合刀具，可碎信用卡、书钉；精密电子感应进、退纸功能。有些产品还具有超量、超温、过载、满纸、废纸箱开门断电装置，机头提起断电保护系统，全自动待机、停机、过载退纸以及主要解决防止温度升高而加在电机一端的风扇的具有特殊功能的碎纸机。1.2 碎纸机的发展历史第一代碎纸机传动机构大多是皮带传动，噪音低，但长时间工作，皮带出现变形拉升，甚至断裂现象，皮带表面齿易磨损，出现机器运转打滑。第二代碎纸机塑胶齿轮传动，因塑胶齿轮在注塑、缩水等工艺上较难精确掌握，导致齿轮本身的精确度不高，在高速运行下，噪音大；因塑件较脆，韧性差，易出现断齿现象。第三代碎纸机金属链轮，静音运行，低能损耗，高效切割，切割系统各部件的完美协调实现令人信服的功能。第四代碎纸机碎纸机传动机构为金属齿轮传动，金属齿轮克服了上述缺陷，但金属齿轮间很难避免撞击和摩擦声音，由于金属机构的安装精度、齿轮啮合处润滑条件、长期运行润滑效果等技术和维护上的不可控性，高速运转会出现很大的工作噪音。 第五代碎纸机金刚密合机芯，采用合金刚材料，金属刀具的淬火处理，完全数控机床加工技术，工艺上保证传动部分安装精度，使磨损降低到最低限度，确保产品质量稳定性、降低噪音。质量保证；超强全刚全金属齿轮，特制钢材辊刀，优质高强力马达。 第六代碎纸机（现代）目前高科技多媒体系列粉碎机，技术含量高；可大量碎光盘、软盘、磁带、录象等；带有保护膜的嵌钮面板，保证了前进、后退、停止、满纸停机等功能。在关怀生活品质的现今，我们对于产品的环保功能、性能安全方面有了更高的要求，因此，储纸箱分区，电机过热保护功能，超负载自动停机功能、储纸箱未关自动断电等功能被越来越多地运用了进来。第七代碎纸机（水冷+风冷技术）2010年，研发出最新专利制冷技术（水冷+风冷）碎纸机。全新技术应用N倍效能，连续碎纸40分钟以上，六大革新技术：A.冷却系统大幅度增加机器连续工作时间和快速恢复待机状态，减少人员工作时间，提高工作效率。B.超静音设计工作噪音低于55分贝，创造安静舒适的办公环境。C.防堵卡系统优秀的齿轮设计有防卡纸现象，使用更放心。D.碎纸量控制系统能耗直观的呈现，耗能全在掌握中。E.触控操作首次采用触摸技术应用于碎纸机，敢为人先，操控更人性，使用更方便，科技创造时尚。F.风冷系统水冷系统相辅相成，让机器更快恢复最佳状态。第二章.本设计课题的意义以及设计任务2.1 本课题的研究意义 如今信息科技高速发达，因此数据、信息已经成为成功与否的关键因素。如果重要的信息数据丢失或落入坏人之手，那一项新的发明很快就变得一文不值，比如：竞争对手在发明家的纸篓里发现了相关信息。信息保护就是在保护你自己的知识产权，也就是在保护你自己。因此碎纸机的研究对于各种企业公司的研究成果的保护以及技术知识的保密都有着非同一般的意义。 当前国内的碎纸机市场前景还是很广阔的，已有一直是国内几家知名碎纸机企业霸占着国内碎纸机市场，但价格偏高，主要针对公司用户。其实在欧美，日本等国家家庭用户占了很大比例，随着国人的保密意识日渐增强，中国碎纸机市场也会朝着这样的发展方向去做，尤其是面对家庭用户的中档碎纸机，有很大的发展前景。根据美国信息产业调查数据显示，2006年，美国碎纸机市场需求超过3000万台，全球碎纸机市场容量已经超30亿美元。从全球碎纸机发展趋势可以看到，随着电子商务的发展进入到各企事业单位的办公室、家庭或个人用户，以及随着人们办公生活水平的提高以及对个人信息安全保密处理的需求，碎纸机被越来越多的政府机关、企事业单位以及个人消费群体的接受认可，全球碎纸机市场发展将呈现加速趋势，年均增长速度将超过20%，而中国市场则处于快速发展期，其发展前景无限。2.2 本设计的主要任务： 首先根据设计要求并考虑到碎纸机的工作特性提出三种不同的传动系统方案，通过对提出的不同传动系统方案进行分析比较，最终择优选择二级齿轮减速传动，并确定好碎纸机的传动系统简图如图1-1；根据设计要求给出的数据进行计算各轴的转速以及所传递的转矩见表1-1，由此确定电机型号，并通过计算弯曲疲劳强度与接触疲劳强度完成电机输出减速齿轮组和碎纸刀传动齿轮的设计与校核，以及这两对齿轮的结构设计；由于碎纸刀轴是主要受力部分，因此又对碎纸刀轴进行最小直径的计算以及轴上各部件的轴向及周向的固定及其位置进行了分析与确定；接下来又对碎纸刀刀具材料、形状的选择以及刀梳的形状结构进行了简单介绍，最终形成了碎纸刀轴、碎纸刀、齿轮等零件图和碎纸机的装配图。2.3 本设计的设计要求： 碎纸宽度（毫米）：2.59（粒）； 每次碎纸量（张）：6； 碎纸速度（mm/s）：20； 入纸宽度（mm）：220； 额定功率（w）：150W；整机体积：377218570mm；整机重量：13kg 第三章.传动系统方案的设计选择以及具体设计计算3.1 三种传动方案：方案一（带传动）：电机输入带传动减速齿轮同步齿轮方案二（链传动）：电机输入链传动减速齿轮齿轮同步齿轮方案三（齿轮传动）：电机输入一级减速齿轮二级减速齿轮同步齿轮3.2 三种方案的优缺点比较与选择：3.2.1 方案优缺点介绍：方案一：带传动具有结构简单、价格低廉、传动平稳等特点，并且具有能缓冲吸震、使用维修方便、有良好的挠性和弹性、起过载保护的优点；但是带传动不能保证定传动比，易打滑，易磨损寿命短，效率低以及压轴力大。方案二：链传动具有平均传动比准确、无弹性滑动和整体打滑现象、传动效率高、整体尺寸小、压轴力小、过载能力强、成本低、并且可以在恶劣环境下工作的优点；但是链传动也有不能保持恒定的瞬时传动比、仅能在两平行轴之间转动、噪声大、易跳齿、且工作载荷不可以大范围内变化等缺点。方案三：齿轮传动具有效率高、结构紧凑、工作可靠寿命长，且传动比精确稳定的优点；但是齿轮的制造和安装精度要求很高，成本较高，且不宜用于传动距离过大的场合。3.2.2 最终方案的选择由于本设计碎纸机为办公室工作机器，考虑到其工作环境，不能在工作时发出较大的声音，所以链传动不是最优选择；考虑到工作效率的问题，带传动也不是最好的选择；考虑到齿轮传动综合就有结构紧凑、噪音小且效率高的优点，并且纵观碎纸机的发展历史，我们可以看出碎纸机的传动设计正在朝着齿轮传动发展，并且齿轮的制造材料也在不断的优化，所以最终选择了以齿轮传动为此碎纸机的主要传动系统。根据设计要求以及课题的设计任务可得出传动系统图的设计如下图所示： 图2-1 传动系统简图 -二级减速输出轴 -碎纸刀输出轴 -电机输出轴 -一级减速输出轴3.3 电机的选择3.3.1 电机的转速确定设定该碎纸机初定刀具直径D=48mm,即两刀具的啮合长度为L=6mm,减速齿轮的传动比设定为i=2，根据设计要求碎纸机的碎纸速度为v=20mm/s,即v=1.2m/min,由此可得知碎纸机刀具的输入与输出轴、的转速分别是：计算如下：将、圆整即可得=11r/min根据传动比即可计算出二级减速输出的转速应为：3.3.2 确定电机的功率根据碎纸速度、每次碎纸量以及废纸箱容量设定输出的功率为105w，查机械设计手册可得滚动轴承效率，齿轮传动效率。由此可计算出电机的功率：圆整为：3.3.3 电机类型的确定由上面的计算结果可得知电机的功率为P=120w,经过市场调查最终选择了风机水泵电机五金专卖所售的120W小型齿轮减速电机/减速电机型号为5IK120GU-C 5GU25K的电机。电机的参数如下：电机参数：功率120W电压220V转速54rpm电机的外观图如下：电机的基本尺寸如下图所示：3.4 传动系统中各轴的转速以及转矩计算3.4.1 各轴的转速计算：碎纸刀轴： 一级减速输出轴：电机输出轴：3.4.2 各轴的功率计算：由于电机输出的功率为105w, 则由齿轮传动以及滚动轴承的效率可以得出：一级减速输出的功率是：碎纸刀输入轴的输出功率是：碎纸刀输出轴的输出功率是：3.4.3 各轴的输出转矩计算：由下面的公式： 可得各轴的功率如下：电机轴的输出转矩：一级减速输出轴即轴的输出扭矩：碎纸刀输入轴的转矩：碎纸刀输出轴输出的转矩：3.4.4 传动系统运动所有参数如下表1-1所示：传动参数表1-1轴的名称功率（w）转矩()转速(r/min)传动比轴1209.971155.2 2 1轴115.2650.0322轴105.6591.7211轴101.4888.10113.5 一级减速级齿轮组的设计计算3.5.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数按照图4.1的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动；碎纸机为办公室工作机器，属于一般工作机器，并且速度也不高，故选用7级精度（GB 1009588）；材料的选择：查机械设计表10-1选择小齿轮的材料为40Cr(调质)，硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS,两者的硬度差为40HBS，符合大小齿轮的工作状况； 选择小齿轮的齿数为，大齿轮的齿数为；3.5.2 按齿面接触强度设计由设计计算公式进行试算，即 接下来确定公式中的各计算数值：试选载荷系数；由表4.1可知电机输出轴上小齿轮传递的转矩9.97N.m；由机械设计表10-7选取齿宽系数；由机械设计表10-6差得材料的弹性影响系数；由机械设计图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳硬度极限；大齿轮的接触疲劳硬度极限；由于设计要求中没有给出具体工作年限，设定此碎纸机工作年限为10年，平均每天工作4小时，每年工作天数为300天。则大小齿轮的应力循环次数为：查机械设计图10-19可得接触疲劳寿命系数,；计算接触疲劳许可应力取失效概率为1%，安全系数为S=1，由式；3.5.3 计算试算电机轴小齿轮分度圆直径,代入中的较小值计算圆周速度v计算齿宽计算齿宽与齿高的比b/h模数 ，齿高 从而可得： 计算载荷系数根据v=0.14m/s,7级精度，查机械设计图10-8可得动载系数，直齿轮，由机械设计可查得使用系数，表10-4用插值法查得7级精度，小齿轮相对轴承非对称布置时，。由，查图10-13得；故载荷系数；按实际的载荷系数校正所算的分度圆直径，由下式可得校正后的分度圆直径：计算模数 ：3.5.4 按齿根弯曲强度设计弯曲强度的设计公式为 由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲疲劳强度极限。由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数，；计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，则可得以下：；计算载荷系数K；查取齿形系数,由表10-5可得 ,；查取应力校正系数，由表10-5可得，；计算大小齿轮的并加以比较，；可得出大齿轮的数值大3.5.5 设计计算对比结果可知，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮魔术的大小主要取决于弯曲疲劳强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，故可取弯曲疲劳强度算得的模数1.0022并就近圆整为标准值m=1.5mm，按接触强度算的分度圆直径为25.8mm，算得小齿轮的齿数： 取小齿轮齿数为18；从而大齿轮的齿数 ,取为94；这样的设计既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。3.5.6 几何尺寸计算 计算分度圆直径 计算中心距 计算齿轮宽度 取，3.6 一级减速齿轮结构设计3.6.1 结构设计 通过齿轮传动的强度计算，只能确定出齿轮的主要尺寸，如齿数、模数、齿宽、分度圆直径等，而齿圈、轮辐、轮毂等的结构形式以及尺寸大小，通常都要通过结构设计来实现。齿轮的结构设计与齿轮的几何尺寸、毛坯、材料、加工方法、使用要求以及经济性要求等因素有关。进行齿轮的结构设计时，必须要综合考虑上述各方面的因素。通常是先按齿轮的直径大小，选定合适的结构形式，然后再根据推荐使用的经验数据来进行结构设计。 参考机械设计齿轮的结构设计，当直径很小的钢制齿轮，当为圆柱齿轮时，若齿根圆到键槽底部的距离小于2m（m为端面模数），均应将齿轮与轴做成一体，叫做齿轮轴；当齿轮的直径时，可以做成实心结构的齿轮。进行齿轮的结构设计时，还要进行齿轮和轴的连接设计，通常采用单键连接，但当转速过高时，要考虑轮芯的平衡以及对中性，这时应采用花键连接或者双键连接，而本设计中齿轮的转速不是很高，齿轮与轴的轴向固定采用单键连接即可。由机械原理表10-2渐开线标准支持圆柱齿轮传动几何尺寸的计算公式，计算大小齿轮的齿顶圆直径，,计算如下： 那么这里的大小齿轮都可以做成实心结构的齿轮。3.6.2 计算大小齿轮的齿底圆直径 3.6.3 各计算结果3.7 二级减速级齿轮组的设计计算3.7.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数按照图4.1的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动；碎纸机为办公室工作机器，属于一般工作机器，并且速度也不高，故选用7级精度（GB 1009588）； 材料的选择：查机械设计表10-1选择小齿轮的材料为40Cr(调质)，硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS,两者的硬度差为40HBS，符合大小齿轮的工作状况；选择小齿轮的齿数为，大齿轮的齿数为；3.7.2 按齿面接触强度设计由设计计算公式进行试算，即 接下来确定公式中的各计算数值：试选载荷系数；由表4.1可知电机输出轴上小齿轮传递的转矩；由机械设计表10-7选取齿宽系数；由机械设计表10-6差得材料的弹性影响系数；由机械设计图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳硬度极限；大齿轮的接触疲劳硬度极限；由于设计要求中没有给出具体工作年限，设定此碎纸机工作年限为10年，平均每天工作4小时，每年工作天数为300天。则大小齿轮的应力循环次数为：查机械设计图10-19可得接触疲劳寿命系数,；计算接触疲劳许可应力取失效概率为1%，安全系数为S=1，由式得；3.7.3 计算试算电机轴小齿轮分度圆直径,代入中的较小值计算圆周速度v计算齿宽计算齿宽与齿高的比b/h模数 ，齿高 从而可得：计算载荷系数根据v=0.05m/s,7级精度，查机械设计图10-8可得动载系数，直齿轮，由机械设计可查得使用系数，表10-4用插值法查得7级精度，小齿轮相对轴承非对称布置时，。由，查图10-13得；故载荷系数；按实际的载荷系数校正所算的分度圆直径，由下式可得校正后的分度圆直径：计算模数 ：3.7.4 按齿根弯曲强度设计弯曲强度的设计公式为： 由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲疲劳强度极限由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数，；计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，则可得以下：；计算载荷系数K；查取齿形系数,由表10-5可得,；查取应力校正系数，由表10-5可得，；计算大小齿轮的并加以比较，；可得出大齿轮的数值大3.7.5 设计计算对比结果可知，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲疲劳强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，故可取弯曲疲劳强度算得的模数1.59并就近圆整为标准值m=2mm，按接触强度算的分度圆直径，算得小齿轮的齿数：；从而大齿轮的齿数 。这样的设计既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。3.7.6 几何尺寸计算 计算分度圆直径 计算中心距 计算齿轮宽度 取，3.8 二级减速齿轮结构设计3.8.1 结构设计参考机械设计齿轮的结构设计，当齿轮的直径时，可以做成实心结构的齿轮。由机械原理表10-2渐开线标准支持圆柱齿轮传动几何尺寸的计算公式，计算大小齿轮的齿顶圆直径，,计算如下： 那么这里的大小齿轮都可以做成实心结构的齿轮。3.8.2 计算大小齿轮的齿底圆直径： 3.8.3 各计算结果；3.9 碎纸刀轴齿轮的设计由于外型及刀具方面配合的原因，现各项基本尺寸确定，中心距定为70mm，m=2mm，采用直齿圆柱齿轮。仅需要选择材料和进行齿面接触疲劳硬度及齿根弯曲疲劳强度校核。3.9.1 选定齿轮类型，精度等级，齿轮材料由于碎纸刀轴所受的扭矩很大，故选用20Cr，经过调质处理后采用气体渗氮处理，齿面硬度300HBS；由于轴上的刀具配合有一定的精度要求，故选用六级精度（GB10095-88）3.9.2 齿面接触强度和齿根强度校核由机械设计图10-20e及图10-21e、f查得按齿面的接触疲劳强度极限、为1460MPa,查得、为625MPa；强度条件 ：应力计算以及许可应力计算如下：因为两个齿轮的大小和材料一样，所以；同时由前面的计算查机械设计可得出：，。校核弯曲疲劳强度由大小齿轮的齿数可以查得，；查机械设计表10-2、10-3、10-4可得出，于是可求得，将数据代入可得：,，可得出弯曲疲劳强度符合要求校核接触疲劳强度许可接触应力:从而可得：由上述计算可得出，校核合格3.10 碎纸轴齿轮结构设计参考机械设计齿轮的结构设计，当直径很小的钢制齿轮，当为圆柱齿轮时，若齿根圆到键槽底部的距离小于2m（m为端面模数），均应将齿轮与轴做成一体，叫做齿轮轴；当齿轮的直径时，可以做成实心结构的齿轮。 进行齿轮的结构设计时，还要进行齿轮和轴的连接设计，通常采用单键连接，但当转速过高时，要要考虑轮芯的平衡以及对中性，这这时应采用花键连接或者双键连接，而本设计中齿轮的转速不是很高，齿轮与轴的轴向固定采用单键连接即可，且此处碎纸刀两轴直径与齿轮的直径相差不大，故此处两轴与齿轮可选用齿轮轴的形式。由机械原理表10-2渐开线标准支持圆柱齿轮传动几何尺寸的计算公式，计算大小齿轮的齿顶圆直径,计算如下： 那么这里的大小齿轮都可以做成实心结构的齿轮。计算大小齿轮的齿底圆直径： 那么这里的大小齿轮都可以做成实心结构的齿轮。 第四章.轴的设计计算4.1 电机输出轴已知：电机输出轴所传递的扭矩为9.97N.m,传递的功率是120w,转速是115rpm。由于此轴传递的扭矩不是很大，故选用45钢，取其许可应力40MPa,由此可初步估算轴的最小直径为：由于此轴上只有小齿轮，且其直径为27mm,可选取此段轴的直径为14mm.齿轮一端用双螺母固定，另一端用轴肩固定。4.2 一级减速输出轴的设计此轴所传递的转矩为50.03N.m，转速为22r/min,传递的功率是115.26w,其上的零件分布如下图所示：4.2.1 碎纸刀输出轴材料的选择碎纸机虽为一般工作机器,但是由于此碎纸刀输出轴为主要工作机构，受力最大，根据轴的材料与轴的强度之间的协调可最后选择轴的材料为40Cr，并且采用调质处理，查机械设计表15-3可得40Cr的许可扭转切应力为55MPa。4.2.2 先按下式估算轴的最小直径 代入此轴的相关数据可得 4.2.3 轴的结构设计A.根据轴上各零件的轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度：最左端为轴承，查机械手册可选用深沟球轴承61804，其参数为d*D*B=20*52*15，故可得此轴段的直径为20mm,宽度为17mm.轴承右端由轴肩定位，取轴肩处直径24mm.右端为轴段，小齿轮左端由双螺母定位，右端由轴肩定位，轴肩直径为34mm，此轴段长度为66mm，右端为双螺母定位大齿轮，大齿轮右端由套筒定位。套筒右端即为轴承，型号为61804，深沟球轴承，轴承右端由轴承端盖定位，且端盖与箱体相连。B.轴上零件的轴向固定：大齿轮与轴的轴向定位可采用单向平键连接。由于小齿轮段轴的直径为28mm，可根据机械设计查得键的几何尺寸为b*h=14*9，大齿轮段轴的直径为40mm,可选取键的类型为12*8.4.3 碎纸刀输入轴已知：碎纸刀输入轴的所受的扭矩为91.72Nm,转速为11r/min,传递的功率为105.65W，其上构件布置如下图1-3所示： 图 1-3 碎纸刀轴的结构简图4.3.1 碎纸刀轴的材料选择 碎纸机虽为一般工作机器,但是由于此碎纸刀输出轴为主要工作机构，受力最大，根据轴的材料与轴的强度之间的协调可最后选择轴的材料为40Cr，并且采用调质处理，查机械设计表15-3可得40Cr的许可扭转切应力为55MPa。4.3.2 轴的设计计算先按下式初步估算轴的最小直径。 代入碎纸刀轴的相关数据可得： 4.3.3 轴的结构设计A.根据轴上各零件的轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度：由于碎纸机为轻型工作机器，工作量不是很大，由已估算出的轴的直径只考虑扭矩的作用，并考虑到键槽的影响，故选用大齿轮段轴的直径选为28mm,大齿轮左端可采用轴套支撑，轴套可放在箱体内部，大齿轮右端由套筒定位，齿轮的宽度为46mm,为了使套筒能够紧靠齿轮，使齿轮定位可靠，故使齿轮段轴向长度小于齿轮长度，可选取大齿轮段长度为42mm；轴承左端与大齿轮之间可用一个套筒来进行轴向固定，选取此轴段直径为30mm,套筒长度为12mm；初步选定滚动轴承，由于碎纸机为轻型工作机器，工作量不是很大，因此选用常用的深沟球轴承，查机械设计手册可选取型号为61906的深沟球轴承，其尺寸为d*D*B=30*47*9,故可得此段轴的尺寸为直径为30mm,宽度为9mm。小齿轮的直径为46mm，齿轮宽度为27mm，因为齿轮的直径与轴的直径相差不大，故此齿轮采用齿轮轴形式，齿轮右端使用轴环定位，轴环长度为6mm；轴环右端即为安装刀具的轴段，此段轴的轴向长度即为刀具的长度，由设计题目中要求入纸宽度为220mm，为保证纸可以都被切到，故选取刀具段轴长度为250mm，由刀具的直径以及估算轴的直径，可选取刀具段直径为33mm.刀具右端选取套筒定位，取套筒所在轴段轴向长度为10mm.套筒右端为深沟球轴承，其型号仍为61906，尺寸为d*D*B=30*47*9，故此段轴的直径为30mm,长度为9mm.B.轴上零件的轴向固定：大齿轮与轴的轴向定位可采用单向平键连接。由于大齿轮段轴的直径为32mm，可根据机械设计查得键的几何尺寸为b*h=8*7，小齿轮为齿轮轴，故不需要再考虑周向固定的问题。第五章.刀具的选用5.1 刀具材料的简介 碎纸机的刀具是核心部分，也是技术含量最高的部分。首先是刀具钢材的选择：一副好的刀具通常是选择国外的高强度钨钢来制造，这是一个好的选择，但也是一个昂贵的选择，一些廉价的碎纸机因为成本的原因，就只能采用廉价的硬度稍差的钢材，后果就是碎纸机故障率高和使用寿命短。工业碎纸机要保持令人满意的使用寿命除了构件质量过关外，刀具的选择尤为重要。从目前来说强力碳化钢刀是首选，因为只有经过碳化过的刀具才能达到坚固耐用大大减低磨损速度，使得刀具不至于很快就钝化。而且目前碎信用卡、碎光盘的功能逐渐被消费者关注，对刀具的要求就会越来越高，因此强力碳化钢刀是碎纸机必不可少的。其次碎纸机加工工艺和碎纸机加工成本问题：因为高强度钨钢相对较硬，加工难度和成本会比硬度差的钢材高的多，其成本再次拉大距离，高强度钨钢制造出来的刀具锋利程度和使用寿命会远远超出降低成本带来的效益，加上机器故障率高带来的声誉下降，选择廉价材料确实会得不偿失。 最后碎纸机刀具的装配水平，因为加工高强度钨钢的工艺精细，精确度高，其装配的难度就高，所以拥有国际认证生产流程的厂商就会有保证。5.2 刀具的选用考虑到本设计的要求为一次碎纸量6张，但速度不是很高，因此可选用强力碳化钢刀，这样既可以满足韧性大切削力大并且可以碎CD、回形针的要求，同时又保证了刀具的成本问题。根据设计要求中切削得到的碎纸屑的形状可选择碎纸刀具在轴上的周向分布应为螺旋形，同时由于纸屑具有一定的宽度，因此要碎纸刀具在轴上轴向具有一定的间隔。根据碎纸机的工作要求以及碎纸机的工作特性，同时综合考虑到市场调查以及结合所学知识，最终选用圆柱形铣刀形状的刀片。此铣刀是采用薄型刀片间隔分布在碎纸刀轴上。刀轴和刀片组成了碎纸刀轴，刀轴为通过冷拉工艺，冷拉成沟槽状的刀轴；碎纸刀刀片安装孔为与刀轴被冷拉成沟槽状的沟槽尺寸呈凹凸固定配合的相同形状；刀片与刀轴按所需数量，固定配合有间隔的依次叠装在一起。根据刀具的结构设计如下图1-4所示：图1-4 刀具外观结构图5.3 刀梳的设计 由于碎纸机工作时是由一对在平行轴上安装的碎纸刀来进行切割的，因此在纸张进入时碎纸刀会承受一定的压力，并且在操作者将需要粉碎的纸从碎纸机面盖的条形槽口被撑开，条形槽口的过度撑开将形成较大安全隐患，再者由于纸与塑料面盖易形成的静电效应或塞纸太多不免会产生纸阻塞在刀具上的情况，因此在刀刃之间放置刀梳是十分必要的。根据刀具的形状与结构，以及在市场上的调查结果，可确定刀梳的结构见下图1-3，由于刀梳与轴的配合要求不严格并且受力不大，故材料选用塑料，其结构参数不再进行校核。图1-5 刀梳的剖面轮廓图第六章.工作中常见问题及解决办法碎纸机为办公室工作机器，工作环境比较安静，但是长时间的工作，特别是在碎纸机工作量比较大的地方，碎纸机也不免会出现塞纸、电机堵死、碎纸机发出异声等常见的问题，因此了解一些碎纸机常见问题及其解决办法对使用者也是很有帮助的。1.碎纸机不进纸 检查电路板是否工作正常、检查电机是否工作正常。2.碎纸机卡纸 有倒退功能的话先试试倒退键看看是否可自行退出。实在不行就切断电，然后将碎纸那部分提出来倒一个头，倒几下，然后再开。切记要断电操作。倘若还不行的话，可以尝试倒过来时用螺丝刀搞掉一些碎纸。3.不能碎纸,但拨通开关时电机运转的声音异常这是碎纸机传动系统出了毛病,保修期内应送到指定厂商处修理。4.碎纸机不通电请检查电源是否接好、请检查是否把开关打开、检查保险管是否被击穿、检查电路板是否有被击穿、检查垃圾筒是否被放好。5.碎纸机有异响请检查刀具是否有损坏、请检查是否有碎纸末太多，影响刀具正常工作、带电检查整机是否有摆动。6.碎纸机工作时有辐射吗？有电磁辐射。但碎纸机使用低压电，属于低频辐射，因此电场强度很小，可以忽略不计。它是通电后由电机带动刀片旋转将纸打碎，它和我们平时用的豆浆机原理相同。普通电器利用电机发电，它的频段一般维持在赫兹左右，最多也不会超过赫兹，这部分家用电器电磁波很难能辐射出来。但是也要注意人体与办公设备的距离，使用时应保持一定的安全距离，离电器越远，受电磁波侵害越小。第七章.碎纸机的使用注意事项及保养 任何机器只要定期保养与注意使用规范都可以延长其使用寿命，当然碎纸机也不例外，定期地对碎纸机内部齿轮、刀具进行清洗和润滑，并且平时使用的时候可以注意一些安全事项，那么碎纸机的寿命将会延长很多。 机器内刀具精密、锐利，使用时注意，请勿将衣角、领带、头发等卷入进纸口以免造成意外损伤。 碎纸桶纸满后，请及时清除，以免影响机器正常工作。 请勿放入碎布料、塑料、硬金属等。为了延长机器寿命，每次碎纸量应低于机器规定的最大碎纸量为宜，没说明 碎光盘、磁盘、信用卡的机器，请勿擅自放入机器碎。 清洁机器外壳，请先切断电源，用软布沾上清洁剂或软性肥皂水轻擦，切勿让溶液进入机器内部，不可使用漂白粉，汽油或稀液刷洗。 请勿让锋利物碰到外壳，以免影响机器外观。致 谢转瞬间四年的大学生活就要结束了，四年的大学学习让我学到了很多东西，不仅是在专业方面理论的不断充实，而且也让我养成了认真谨慎、踏实勤奋的习惯。在各位老师的指导与帮助下，我对各科知识都有了一定的深入理解，对专业方面理论也有了一定的基础了解。在我的毕业设计碎纸机结构设计中我也将大学所学到的知识都有了运用，特别是机械设计方面的知识，在本设计中都有了很多的体现，比如说减速器的设计、轴的设计等，这些都让我对这些常见的结构设计可以更熟练的应用，为我以后的学习与工作都奠定了很重要的基础。在此非常感谢大学四年期间给予过我帮助以及鼓励的老师们，以及在毕业设计过程中给过我帮助的各位老师们，谢谢你们的不吝赐教，谢谢你们与我商讨设计方案以及提供建议。在此我也要衷心地感谢我的指导老师，感谢他在我毫无思路的情况下给我指点，没有他的细心指导，我不可能这么顺利完成毕业设计。我会在以后的工作和学习中继续努力，继续不断充实理论知识，并且不断将理论运用到实践中，不断充实自己,不断取得进步。参考文献1张黎骅、郑严.新编 机械设计手册M.北京，人民邮电出版社，2008.2曹惟庆, 徐曾荫. 机构设计M. 北京: 机械工业出版社, 2005.3金国光. 机械原理M. 北京: 电子工业出版社, 2009.4东华大学. 画法几何及工程制图M. 上海: 上海科学技术出版社, 2003.5杨可桢, 程光蕴. 机械设计基础M. 北京: 高等教育出版社, 2006.6甘永立. 几何量公差与检测M. 上海: 上海科学技术出版社, 2001.7戴枝荣, 张远明. 工程材料M. 北京: 高等教育出版社, 2006. 8濮良贵, 纪名刚. （机械设计第七版）M. 北京: 高等教育出版社, 2001.9张秉荣. 工程力学M. 北京: 机械工业出版社, 2005.10张晓玲, 沈韶华. 实用机构设计与分析. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2009.11海心，赵华机电传动控制北京：高等教育出版社，20071112孟繁忠.齿形链啮合原理.北京：机械工业出版社，2008.513羌矛践.机电与电力拖动基础教程.北京：电子工业出版社，2008.514张展.机械设计通用设计手册.北京：机械设计出版社，2008.415许连元，李强德，徐祖茂.机械制图.上海：同济大学出版社，2003.316陆玉，机械设计课程设计.北京：机械工业出版社，2006.1217叶玉驹，焦永和，张彤.机械制图手册.北京:机械工业出版社，2008.2 34