手摇式刨笔机的设计说明书

1JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY本 科 毕 业 论 文（设 计）题目： 手摇式刨笔机的设计 学 院：姓 名：学 号：专 业：年 级：指导教师二 0 一四 年 五 月I目录摘要 .IAbstract.II1 总体要求 .12 设计方案的评价 .13 手摇式刨笔机的工作原理 .24 手摇式刨笔机的外形 .35 手摇式刨笔机的零件材料分析 .45.1 滚刀旋转轴设计及强度校核 .55.2 弹簧的设计 .66 铅笔刨的装配方式 .76.1 卡口过盈 .76.2 螺纹链接 .76.3 镶嵌注塑 .87 零件结构及其分析 .87.1箱盖类零件。有三个，分别是主外壳，承料盒。活动盖板 .97.3 冲压类零件 .137.4 轴套类零件的设计 .147.5 刀架的设计 .157.6 刀具部件 .167.7 标准件的选择 .178 装配图 .17总结 .18参考文献 .19致谢.20I摘要铅笔刨，是将铅笔削尖的工具。笔刨有分电动和手动的。手动的铅笔刨中，又分有手摇和没有的。在笔刨发明前，人们都是使用刀具来刨笔。铅笔刨内通常有约2.5 厘米的刀片。用者将铅笔头插入笔刨的孔内，转动铅笔或笔刨。若是手摇笔刨，则转动手柄即可，这样的设计可令刨笔的过程更快。有些笔刨是封闭的，铅笔碎不易四散，手摇笔刨下方放有器皿装着铅笔碎屑，此外，一些手摇或电动式的削铅笔机，附有可以调整刀片间距的机构，因此可以利用间距的设定而刨出尖锐度不同的笔尖.铅笔刨具有 2 个世纪的历史，铅笔大量用于人们的生活学习中，传统的铅笔刨虽然小巧但是由于没有盛料装置容易对生活环境产生影响，当采用手摇式刨笔机可以有效解决这一问题，同时使刨笔更加高效便捷，省力，刨出的铅笔更加美观，通过刀具的角度可以刨出不同圆弧度笔尖，以配合不同用笔者的需求。该结构采用行行轮机构，避免传统方式的低效，动力来源于用笔者或另加电动机构，同时添加牵引机构，使得刀具在切削的过程中能够牵引笔向前运动，完成整个切削过程。整个装置大量使用聚合材料，加工技术要求较低，大量降低成本。关键词：刨笔机，行星轮，聚合材料IIIIAbstractPencil sharpener, pencil is sharpened tools. Pencil Sharpener partakers electric and manual. Manual pencil sharpener, and then divided into hand and do not have. Before Sharpener invention, it is to dig pen knife. Usually within about 2.5 cm blade sharpener. Users will head into a pencil sharpener hole, turn the pencil or pen planing. If Sharpener hand, you can turn the handle, this is designed to make the process quicker planing pen. Some Pencil Sharpener is closed, scattered easily broken pencil, hand pencil sharpeners more containers filled with crushed beneath the pen, in addition, some of the hand-cranked or electric pencil sharpeners, you can adjust the blade pitch with institutions, so spacing can dig sharpness setting different nib of a pen to suit different needspencil sharpeners have two centuries of history, a pencil, a large number of used in the study of peoples lives, the traditional plane pen tool although small but because there is no material basket easy impact on the living environment, when using manual planing machine can effectively solve the problem, at the same time make a plane pen more efficient, energy saving, dig out a pencil, more beautiful, by the Angle of the cutter can dig out the different tip arc degree, to meet the needs of the different with the author. The structure line wheel mechanism is adopted to avoid the inefficiency of traditional way, power comes from the author or plus electric, add traction institutions at the same time, makes the cutting tool in cutting process to move forward, complete the whole cutting process. Extensive use of polymer materials。Keywords: planing machine, planetary wheel, traction, polymeric material 11 总体要求手摇式刨笔机，主要包括旋转刀具的构成，和牵引部分的构成，为实现切削的完整先拟定几个方案。刀具动力来源：1，采用小型电动机带动刀具的旋转切削。2，采用手轮传动，动力来源为用笔者，本装置无动力装置牵引部分：1，使用导向销,导向销与盖板分离，卡紧为卡槽卡紧。2，导向型与盖板一体化，整体为冲压件。装配方式：1.使用紧定螺钉链接，整体难以拆卸。2.使用卡槽装配，整体拆卸方便根据设计要求，总共有 2*2*2=8 种符合组合方案。2 设计方案的评价针对上述各种设计方案，现给予一些简要评价，刀具动力来源，由于是小型刨笔用途，使用电动机的画不仅加大了材料费用，而且需要经常更换电池，比较麻烦，而使用手摇不仅节约材料费用，而且使用维护更加方便，做到随取随用，因此根据实际需要来说使用手摇式获取动力最为简单高效。在牵引部分，考虑到加工过程的复杂程度，若导向销和盖板分离的画，不利于整体得稳定，因此有必要使其一体化，是牵引更加稳定。而装配的选择上，由于大部分结构为塑件，使用卡槽装配最为有效，且便于装卸，使用更加方便。基于上述原因，刨笔机应采用行星轮结构传递动力，动力为人通过手柄提供，整体结构装配为卡槽装配。行星轮机构为直齿圆柱内啮合齿轮。手柄带动外面大的齿盘，大的齿盘和里边的小齿轮啮合，小齿轮上带着滚刀，滚刀斜着放置一定角度，并且滚刀被固定在刀加上，刀架上有个锥孔用于插铅笔当手柄转动时，手柄转动外面的大齿轮，大齿轮带动小齿轮，小齿轮带动滚刀，从而把插入的铅笔刨好。 23 手摇式刨笔机的工作原理铅笔刨的工作原理：当使用者需要刨削铅笔时，将活动盖板拉动适当距离，按下按钮是夹板松开，这个时候把铅笔深入盖板孔内，直至顶住阻挡块，放松按钮使其复位，在弹性钢丝的作用下使夹板将铅笔夹紧，这个时候就可以转动手柄，在行星轮的作用下，刀具和刀架同时绕轴线旋转，对铅笔进行切削，为了是切削的铅笔美观实用，使主盖板通过弹簧产生作用力拉动铅笔进行水平直线运动，在适当位置增加阻挡块，防止铅笔切削过量而造成不必要的浪费，刀具和刀架的下方是承料盒，接受由切削铅笔过程所造成的废屑，并集中起来处理从而避免污染环境，最后当手柄空转的时候就表示铅笔加工完成，这个时候按下按钮取出铅笔就可以使用了。相比较与老式铅笔刨，手摇式刨笔机有几处有点，第一，整体美观使用，型号品种可以自己设定。第二，切削过程安全可靠，不会发生意外而使使用者受到意外伤害。大三，废料收集方便，不会对环境产生污染破坏。总而言之，手摇式刨笔机有很大需求量，同时技术门槛较低，易于生产。手摇式刨笔机的主要运动包括三个部分：（1）夹具的装夹与松开 （2）活动盖板的水平直线拔出与合拢（3）手柄、刀架与滚刀的同步旋转切削运动。手摇式刨笔机最主要的设计是刀具和刀架的设计，刀架本身是铸铁结构， 滚 刀刀 架刀 架 锥 孔行 星 轮 机 构 手 柄图 1 3手柄带动齿轮旋转，滚刀与刀架有一定夹角，刀具围绕刀架旋转同时切削铅笔， 锁开前 盖锁钮屑 盒 手 柄图 2图 2 为铅笔刨的外形设计。前盖能拉出，并且前盖上有个三角夹盘和一个孔，此孔为插铅笔的夹孔。 1.将前盖拉出一定距离后阻挡条会自动固定在使用位置。2.拉上前盖锁钮，插入铅笔即可转削；直到空转时表示铅笔已削完成，打开锁钮后就可取出使用。3.需要经常清理屑盒。4 手摇式刨笔机的外形图 3 4图 3 是市场上所看到的各种手摇式刨笔机，随着时代的进步，以及目标需求的改变，手摇式刨笔机已经能够做到更加精巧别致，在外观上更加能够吸引顾客。图 4图 4 为刨笔机的整体设计，及其外观。5 手摇式刨笔机的零件材料分析手摇式刨笔机共有 19 种部件，详细见下表格序号 名称 数量 材料 备注1 主外壳 1 聚丙烯 PP2 承料盒 1 聚丙烯 PP3 活动盖板 1 聚丙烯 PP4 夹具转动板 1 205 弹性钢丝 1 656 牙板 3 207 主盖板 1 聚丙烯 PP8 按钮 1 聚丙烯 PP9 滚刀旋转轴 1 Q195 510 滚刀 1 18 鉻刚11 刀架 1 HT12 齿圈 1 聚丙烯 PP13 弹簧 2 6514 手柄 1 聚丙烯 PP15 手轮 1 聚丙烯 PP16 固定销 1 Q19517 螺钉 2 标准件18 阻挡条 1 2019 盖板 1 20表 15.1 滚刀旋转轴设计及强度校核滚刀旋转轴选用的材料为 45 号钢，调质处理，由机械设计技术手册可以查得，=650mpa，用插值表 11-3 可知=60mpa。查阅机械基础： 332.0159npcd从图中右端的直径最小为 11mm，由机械设计基础 11-2 可知 33181npcm由机械基础 P209 得 c=118，因此取0.np轴径与轴长将左端轴径作为 d1=2mm，与轮盘配合处轴径 d2=4mm，各段轴长 6L1=38mm，L 2=4mm，轴的强度校核对轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大当量弯矩的强度。由经验公式及上面计算出的数值可得出。公式： acaMPWTM2式中： 轴的抗弯截面系数， 3m轴的许用应力， 。按轴实际所受弯曲应力的循环特性，在 、a b1、 中选取其相应的数值，由机械设计可以得出。b0b1 acaMPWM16.9540328.按机械设计书中查得，对于 的 45 号钢，许用弯曲应力04BaacaP.601-5.2 弹簧的设计弹簧材料的选择，应根据弹簧承受载荷的性质、应力状态、应力大小、工作温度、环境介质、使用寿命、工艺性能、材料来源和价格等因素确定。在确定材料截面形状和尺寸时，应当优先选用国家标准的弹簧。常用普通弹簧一般选择70#钢或65Mn,这里我选择65Mn。2、确定最小线径曲度系数：K=4C-1/(4C-4)+0.615/CK=23/20+(0.615/6)=1.2525确定最小线径； m34.014562.1045)625.(/8.926.16.1 CKFd3、确定弹簧有效圈数弹簧刚度：k=F/y=280*9.8/1000*5=0.5488N/mm线径 d=0.2mm，中径 D2=4mm查表：材料切变模量(材料弹性系数)：G=80000N/mm 2有效圈数：n=G*d4/8*D23*k=80000*0.84/8*133*0.5488=40 总圈数 N=40 76 铅笔刨的装配方式6.1 卡口过盈手摇式刨笔机的大部分部件是通过卡口来装配在一起的，例如盖板与活动盖板之间的装配以及主盖板与主壳体之间的装配就是利用到了这种装配方式。这种装配方式可以使手摇式刨笔机在不被损坏的情况下进行拆装。便于铅笔刨得大量生产和节约成本。图 5图 6 是活动盖板与盖板的装配图，采用卡口过盈来进行装配，易于拆卸装配。同时降低生产技术难度。6.2 螺纹链接手摇式刨笔机同时用到了螺纹链接，在整合结构中有两两处，第一个是手柄与刀架的链接，第二处，是盖板与螺钉的链接，符合工作时的强度。 8图 6图 6 是手柄与刀架的螺纹连接示意图6.3：镶嵌注塑手摇式刨笔机使用到了一种比较特殊的装配方式，也是一种比较特殊的零件加工方式，由于装配的是和刀架进行啮合，因此必须是金属部件，在塑料零件注塑之前将金属部分镶嵌入模具，注塑后金属固定在塑料零件内部，这被作为一个整体对待，是不可拆卸的。图 7图 7 所示的就是齿圈与金属片的配合。 97 零件结构及其分析手摇式刨笔机零件有几类，分为箱盖类零件，盘盖类零件，冲压类零件，以及轴套类零件，叉架零件，弹性类部件，刀具部件，以及标准件，共有 7 种。下面就逐一介绍这八种零件，及其对各零件的技术要求。7.1箱盖类零件。有三个，分别是主外壳，承料盒。活动盖板由于主外壳是一个比较重要的部件，是构成外形的主体，主要起支承、包容和保护内部部件的作用。其内部结构形状比较复杂，内外有各种大小形状不一的孔、凸台等等。需要详细的表达其各项尺寸要求有一定的难度，结合三维视图和 2 维视图来表达。其中 2 维 CAD 视图要进行多处剖视图的表达。主壳体长 60mm,宽 56mm，高 100mm,底座垫高 0.5mm,整体为聚丙烯塑件，有两个导向销插孔。以及一个固定板的插孔，中间加有格板，以便于承料槽和盖板的安装。其装配关系为过盈配合。图 8图 10 是主壳体的三维视图表达。 10图 9图 10承料盒同主壳体一样，使用的是聚丙烯，作用是承接废料， 11图 11活动盖板，整体也是聚丙烯塑件。技术要求：由于上述3个零件是构成外观的主要部分，因此，要求其外观光滑，塑性好，强度高，不易变形，同时易于装配。选择材料为聚丙烯，聚丙烯是无毒、无臭、无味的乳白色结晶聚合物，密度只有0. 90-0. 91g/cm3，是目前所有塑料中最轻的品种之一。而且它对水特别稳定，在水中的吸水率仅为0. 01%，分子量为8万一15万。成型性好，但由于收缩率大(为1%2.5%）.厚壁制品容易凹陷，对一些尺寸精度较高零件，很难达到要求，制品表面光泽好，易于着色。聚丙烯的结晶度高，结构规整，因而具有优良的力学性能。聚丙烯力学性能的绝对值高于聚乙烯，但在塑料材料中仍属于偏低的品种，其拉伸强度仅可达到30 MPa 或稍高的水平。等规指数较大的聚丙烯具有相对较高的拉伸强度，但随等规指数的提高，材料的冲击强度有所下降，但下降至某一数值后保持一定。温度和加载速率对聚丙烯的韧性影响非常大。当温度高于玻璃化温度时，冲击破坏呈韧性断裂，低于玻璃化温度则呈脆性断裂，且冲击强度值大幅度下降。提高加载速率，可使韧性断裂向脆性断裂转变的温度上升。聚丙烯具有优异的抗弯曲疲劳性，其制品在常温下甚至可弯折106次而不损坏。但在室温和低温下，由于本身的分子结构规整度高，所以抗冲击强度较差。聚丙烯最突出的性能就是抗弯曲疲劳性，俗称百折胶。 127.2 盘盖类零件： 属于盘盖类的有主盖板和手柄，其中手柄负责由使用者提供切削动力来源，主盖板负责对铅笔进行导向和定位作用，使滚刀能够顺利切削。图12技术要求：由于主盖板对铅笔起支承与定位的作用，因此要求其强度高，塑性好，同时表面也要光滑。另外还要注意其与主外壳之间的装配尺寸，不能出现装配尺寸不足或干涉的情况。材料也是聚丙烯。图13手柄结构的示意图。 137.3 冲压类零件手摇式刨笔机虽然大部分为塑料制件，但是其中也包涵不少的金属部件，其中大部分为冲压零件，夹具转动板和盖板，阻挡条属于冲压零件。冲压件与铸件、锻件相比，具有薄、匀、轻、强的特点。冲压可制出其他方法难于制造的带有加强筋、肋、起伏或翻边的工件，以提高其刚性。由于采用精密模具，工件精度可达微米级，且重复精度高、规格一致，可以冲压出孔窝、凸台等。冷冲压件一般不再经切削加工，或仅需要少量的切削加工。热冲压件精度和表面状态低于冷冲压件，但仍优于铸件、锻件，切削加工量少。冲压是高效的生产方法，采用复合模，尤其是多工位级进模，可在一台压力机上完成多道冲压工序，实现由带料开卷、矫平、冲裁到成形、精整的全自动生 产。生产效率高，劳动条件好，生产成本低，一般每分钟可生产数百件。冲压主要是按工艺分类，可分为分离工序和成形工序两大类。分离工序亦称冲裁，目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离，同时保证分离断面的质量要求。冲压用板料的表面和内在性能对冲压成品的质量影响很大，要求冲压材料厚度精确、均匀；表面光洁，无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹；屈服强度均匀，无明显方向性；均匀延伸率高；屈强比低；加工硬化性低。 图14 14夹具转动板的作用通过其使夹板能够在弹性钢丝的作用下能够张开和闭合从而出入铅笔和夹紧铅笔，盖板的作用是压紧活动外壳，通过尾部螺纹连接螺钉压紧弹簧产生预紧力。从而在切削铅笔的时候产生拉力。图157.4 轴套类零件的设计刨笔机中属于轴套类的零件有：手轮，齿圈，滚刀旋转轴，它们分别用来传递动力，以及使刀具能够围绕轴线旋转切削铅笔。手轮的作用是让使用者通过握紧它，对其施加一个旋转的动力，从而带动手柄及刀架等部件一起产生旋转运动。它属于轴套类部件，形状比较简单，以回转体为主个旋转的动力。而齿圈的作用是和刀具部分组成行星轮的结构，从而使动力在传递到刀架时候可以使刀架和刀具共同围绕铅笔回转切削，能够完整的切削出可以使用的铅笔。滚刀旋转轴的作用就是将滚刀固定在刀架上面，是滚刀能顺利回转。齿圈内有镶嵌注塑的36个滚齿，齿高2mm,分度圆直径23mm.下面就主要给出齿圈的 CAD 零件图。 15图167.5 刀架的设计刀架的主要作用是用来固定滚刀，形状比较复杂，由于其精度要求不高，所以材料使用灰铸铁，成本低，价格低廉，应用广泛。主要应用机床床身、齿轮箱、皮带轮、底座、缸体、盖、手轮等受力不大、耐磨、减震零件。灰铸铁有一定的强度，但塑性和韧性很低，这种性能特点与石墨本身的性能及其在铸铁组织中的存在形态有关。有良好的减震性，用灰铸铁制作机器设备上的底座或机架等零件时，能有效地吸收机器震动的能量；有良好的润滑性能；还有良好的导热性能，这是因石墨是热的良好导体；此外其熔炼也比较方便，并且还有良好的铸造性能。其流动性能良好，线收缩率和体收缩率较小，铸件不易产生开裂，因此适宜于铸造结构复杂的铸件和薄壁铸件。尺寸加工精度相对较低，可取 IT14级。图17 16铅笔从左侧孔深入刀架，直到不能前进，刀架围绕轴线旋转。该刀架为了便于安装刀具，使两个安装孔成10度夹角，为了防止切削过量，在刀架身上加有阻挡块，从而保证不会过量切削铅笔。7.6 刀具部件经对新型手摇式刨笔机进行分析后，发现滚刀属于刀具部件。 新型手摇式刨笔机的滚刀造型与平头铣刀相似，经过查阅相关资料手册，结合刨笔机的实际尺寸要求和工作强度，其切削部分由12条螺旋齿条所组成，与手动刨笔器的薄刀片相比它显得更锐利。在主视方向滚刀与铅笔形成10度的夹角，在俯视方向滚刀与铅笔形成12度的夹角，这样的设计使手摇式刨笔机切削起来显得更加轻松、省力与耐用。图18这是滚刀和刀架的装配关系图，比较清晰的可以看出其装配关系，必要的让刀具与刀架产生夹角可以方便切削。主视方向滚刀与铅笔成10度夹角，俯视方向滚刀与铅笔成12度夹角。图19 177.7 标准件的选择刨笔机中的标准件，有螺钉，固定销，以及弹簧。其中螺钉的执行的标准是，GB5782-86-M4x2,固定销的标准代号为：GB6B-1985-M3x2，弹簧的为 YAx0.2x4x40-GB1973.2-89-D-Zn8 装配图新型手摇式刨笔机只有一条左右方向装配线，而且前后基本对称。建议主视图通过前后对称平面取全剖视图。这样不但表达了装配线上各部部件（活动盖板、弹性钢丝、夹具转动板、牙板、盖板，主盖板，主外壳、刀架、齿圈、手柄、手轮、固定销等等）之间的装配关系、相对位置，而且将主外壳、承料盒等部件阀帽的内部结构也表达出来，同时使新型手摇式刨笔机的工作原理也一目了然。 18总结经过近两个月的努力，终于如期把毕业设计完成，虽然过程比较繁琐，但是也学到了很多东西，在机械设计这个领域类