机械原理课程设计—碎纸机设计说明书电子版

12012 年机械原理课程设计碎纸机设计者：学号：学号：学号：指导老师： 2012 年 6 月 21 日7 月 5 日2目录一 设计题目二 设计任务三 机器的功能分析四 碎纸机的发展五 运动方案设计六 运动方案的评价及选定七 机器的运动循环图八 执行机构的设计与分析九 工作中常见的问题及解决办法十 碎纸机的使用注意事项及保养十一 设计小结十二 参考资料3一 设计题目设计一台能制动粉碎纸张的粉碎机。操作者将一叠规格相同的待粉碎的纸张放入碎纸机的集纸器，合上盖子，按下按钮，碎纸机激动将纸张送入碎纸槽内粉碎，当槽内纸屑堆积到一定量时予以清除。自动碎纸机保证纸张一旦送入机器后，在被粉碎完毕之前无法开盖取出，以免文件泄露。碎纸机的只要工艺动作为：（1）将纸张逐张送入碎纸槽。（2）锁紧集纸器盖子。（3）将纸张粉碎。（4）定时清除纸屑。原始数据如下：（1）碎纸生产率为 90 张/min 。（2）电动机转速为 2800r/min。（3）机器总体尺寸不大于 600mm*400mm*1000mm。二 设计任务（1）拟定工艺原理图和运动循环图。（2）进行送纸，碎纸，清除纸屑，集纸器盖子启闭的的执行机构选型。（3）进行执行机构的组合方案评定和选型，画出执行机构组合方案示意图。（4）拟定传动系统并确定其传动比。4（5）画出包括执行机构和传动系统的机械运动方案示意图。（6）对传动系统和执行机构进行尺度综合，按比例在图纸（A2 或 A3）上画出机械运动方案简图。（7）对主要执行机构运动分析，画出从动件运动线图。（8）对碎纸机进行三围造型和运动仿真。（9）编写设计计算说明书。三 机器的功能分析碎纸机是由一组旋转的刀具、纸梳、驱动马达、制锁装置、定时清理装置和减速齿轮组成的。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）马达：提供动力装置。（2）减速箱：达到预定转速的装置。（3）刀具：将纸张粉碎。（4）纸梳：将纸张逐张送入粉碎槽。（5）定时清理装置：定时清除纸屑。5（6）制锁装置：保证纸张一旦送入碎纸机后，在粉碎完毕之前无法开盖取出，以免文件泄密。四 碎纸机的发展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；6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。五 运动方案设计设计的总体思想本设计为设计碎纸机的传动系统部分，可自己选着传动方式，搭建传动系统，完成传动的要求。整个传动系统有，下面几部分组成，电机、减速部分、同步传动，刀轴，碎纸刀，自锁装置定时清理装置部分组成。那么本设计做的工作就是选着搭配，设计计算等工作来搭建整个传动系统。基于这样的整体思想，选着电机必须考虑到电机的功率和转速。减速部分的这里可以选着链传动，带传动，和齿轮传动，同步传动的部分也一样。由于碎纸刀和轴是分分离式的，那么刀和轴的材料问题，这里只需要考虑刀和轴的装配和配合问题。这写问题都将在后面的设计计算中详细说明。7方案的选择传动方案的提出 正如前面设计总体设计思想里面所说每一部分的选着，那么这里可以提出3 种传动的方式，主要差异在减速部分的设计。那么减速部分的选着可以有以下 3 种，链传动，带传动和齿轮传动。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各方案见如下简图：8方案一的带轮减速传动方案二链的减速传动9方案三的齿轮减速传动自锁装置方案凸轮制锁装置：连杆滑块机构制锁装置：渐开线凸轮制锁装置：定时清理装置槽轮机构10搓纸轮方案凸轮机构：11方案二：六 运 动 方 案 的 评 价 及 选 定减 速 传 动 部 分 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 。12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 。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 。自 锁 装 置 方 案 选 择凸 轮 制 锁 装 置 ：缺 点 ： 接 触 处 为 点 线 接 触 ， 易 磨 损 ， 凸 轮 制 造 困 难 。优 点 ： 是 只 要 适 当 的 设 计 出 凸 轮 的 轮 廓 曲 线 ， 就 可 以 是 推 杆 得 到 各 种 预 期的 运 动 规 律 。连 杆 滑 块 机 构 制 锁 装 置 ：缺 点 ： 传 动 路 线 较 长 ， 机 械 效 率 低 其 不 易 用 于 高 速 运 动 的 缺 点 比 较 适 合 锁紧 装 置 。优 点 ： 制 造 简 单 ， 方 便 装 配 ， 磨 损 小 ， 润 滑 好 ， 承 载 能 力 较 大 适 合 做 保 密锁 紧 装 置 。渐 开 线 凸 轮 制 锁 装 置 ：13缺 点 ： 碰 撞 冲 击 力 大 ， 噪 声 大 ， 易 磨 损 ， 制 造 复 杂 。优 点 ： 急 回 机 构 适 用 于 定 时 锁 紧 装 置 。自 动 清 理 装 置 方 案 选 择 ：选 用 槽 轮 机 构 。搓 纸 轮 方 案 选 择 ：凸 轮 方 案 ： 凸 轮 计 算 复 杂 ， 易 磨 损 ， 制 造 成 本 高 。方 案 二 ： 简 单 易 行 ， 计 算 简 单 ， 制 造 简 单 。根 据 设 计 要 求 以 及 课 题 的 设 计 任 务 可 得 出 系 统 图 的 设 计 如 下 图 所 示 ：14七 机 器 的 运 动 循 环 图八 执行机构的设计与分析电机的选择与传动装置电机的转速确定15设定该碎纸机初定刀具直径D=47mm,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=2.7m/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： min/56.24)47(1.3in/20)(21 rmLDvn 将 、 圆整即可得 2n= =25r/min所 以 经 计 算 有 减 速 箱 内 的 各 轴 转 速 为 ：n4=25r/minn3=200r/minn2=2800r/min设计 V带和带轮电动机功率 P=2.2KW，转速 n=2800r/min 传动比 i0=21.确定计算功率 Pca16由机械设计课本查工作情况系数 KA=1.1Pca=KAP=1.12.2KW=2.42 KW2.选择 V 带的带型根据 Pca， Nm 查图，选 A 带确定带轮的基准直径 dd 和验算带速 V1）初选小带轮的基准直径 dd1，取小带轮的基准直径 dd1=100 mm2）验算带速 v，验算带的速度V=n1Dd1/(60*1000)=3.14*100*1440/(60*1000)=15.072 m/s又 5 m/s V25 m/s 故带速合适3计算大带轮的基准直径。计算大带轮的基准直径 dd2dd2=i0* dd1=2.05*100=205 mm根据表圆整为 200mm 此时带传动实际传动比 i0= dd2/ dd1=24.确定 V 带的中心距 a 和基准长度 Ld1)0.7（dd2+dd1 ） a0 2（dd2+dd1）210mm a0 600mm取 a0=500mm2)计算带所需的基准长度：Ld0=2a0+/2（dd2+dd1）+（dd2+dd1 ）（ dd2+dd1）/4a0=2500+3.14300/2+100100/（4*500）=1476mm查表，选 Ld=1400mm，带的修正系数 KL=0.983）计算实际中心距 a17a=a0+（Ld-Ld0）/2=500+（1476-1440 ）/2=538mmamin=a-0.015Ld=517mmamax=a+0.03Ld=542mm所以中心距变化范围 517542 mm5验算小带轮上的包角 11=180-（dd2-dd1）57.3/a=180-(200-100)57.3/538=169 90满足要求计算带的根数1)计算单根 V 带的额定功率 PrN1=1440r/min ，dd1=100mm查表得，P0=2.05KW查表得，P0=0.17 KW查表得，Ka=0.976查表得，KL=0.961 于是Pr=（ P0+P0）*K*KL=（1.32+0.17 ）*0.961*0.976=1.4 KW2)计算 V 带的根数 zz=Pca/Pr=2.42/1.4=1.73取 Z=218连接 V 带的二级减速：m021.56zd160z.2175.240zd140z m.26998877 分 度 圆 直 径分 度 圆 直 径分 度 圆 直 径分 度 圆 直 径1:8796r5.2am0967滑块机构槽轮机构：19槽轮机构：中心距：141mm刀具搓纸轮：20搓纸轮齿轮分度圆直径 d=z*m=20*1.25=25mm搓纸轮齿轮中心距 a=1/2(d+d)=25mm搓纸轮齿轮齿轮宽度取值 b=20mm刀具齿轮分度圆直径 d=z*m=20*1.25=25mm刀具齿轮中心距 a=1/2(d+d)=25mm刀具齿轮齿轮宽度取值 b=20mm两刀具之间传动比为 1：1刀具与搓纸轮之间传动比为 1：1九 工作中常见的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21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 碎纸机卡纸了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22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。十 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。十一 设计小结 23课程设计已经接近尾声，为其一周的课程设计，让我们收获了很多，虽然很劳累，但是毕竟学到了很多东西，学到了如何将理论应用到实际，也知道要完美的设计一个机器需要多么大工作量，多么的困难。但是，劳累之中是充实，结束之后是心满意足的收获。这次课程设计的课题是碎纸机。看似简单而实际很复杂的一个机器，我们分成三人小组，虽然人数上有一定的优势，但是由于理论知识不足，再加上平时没有什么设计的经验，一开始方案的