碎纸机的结构设计

合肥工业大学本科毕业论文（设计）题目CM140P碎纸机的结构设计院（系）机械与电子工程学院专业机械设计制造及其自动化学生姓名学号指导教师吴仁彦职称工程师论文字数9000完成日期2016年5月24日合工大本科毕业论文设计诚信承诺书本人郑重声明所呈交的本科毕业论文设计，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本人签名日期合工大本科毕业论文设计使用授权说明本人完全了解巢湖学院有关收集、保留和使用毕业论文设计的规定，即本科生在校期间进行毕业论文设计工作的知识产权单位属合肥工业大学。学校根据需要，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许毕业论文设计被查阅和借阅；学校可以将毕业论文设计的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编毕业，并且本人电子文档和纸质论文的内容相一致。保密的毕业论文设计在解密后遵守此规定。本人签名日期导师签名日期合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）ICM140P碎纸机的结构设计摘要碎纸机是用来处理工作中产生的保密文件（如工程资料，合同方案，图纸，考生试卷等）以及如今的信用卡、硬盘等物件进行粉碎处理的工具，既能达到文件保密的作用，也可以方便处理日常废弃品,为现代办公提供一份环保清洁的保证。本设计主要是对碎纸机的结构进行设计，对比市场上的碎纸机碎纸特点，构思出自己的想法，在传动系统上我选用了外啮合三级圆柱齿轮传动，对刀棒碎纸的效果进行分析，设计出合力的刀片及穿刀方法，分步设计机器的各个部分，并对各个部分进行强度校核，努力做到成本低，效率高。本论文设计的是地上型脚轮碎纸机，相比于市场上现有的碎纸机，然后运用PROE50直接绘画外观，让我能方便地缩小机身体积，并美化外观，使其不仅可以单次碎14张A4美国纸，还能成为一件办公室的摆件，增加美感。主要就是把现今市场上的碎纸机进行优化与升级，使之更加方便人们的使用。关键词碎纸机；传动；齿轮；设计CM140P碎纸机的结构设计IITHESTRUCTUREDESIGNOFCM140PTYPESHREDDERABSTRACTTHESHREDDERISTHENEEDFORSAFEHANDLINGOFCONFIDENTIALINFORMATIONENGINEERING,CONTRACTPLANS,DRAWINGS,TESTTAKERS,ETCANDMODERNCREDITCARD,HARDDRIVESANDOTHEROBJECTSFORGRINDINGTOOL,BOTHTOCONFIDENTIALDOCUMENTS,CANALSOFACILITATETHEPROCESSINGOFDAILYWASTEPRODUCTS,MODERNOFFICEPROVIDESGUARANTEESACLEANANDENVIRONMENTALLYFRIENDLYTHISDESIGNISTODESIGNTHESTRUCTUREOFAPAPERSHREDDER,MARKETCOMPARISONOFSHREDDINGPAPERCHARACTERISTICS,THEIDEAOFTHEIROWNIDEAS,INTHETRANSMISSIONSYSTEMICHOOSETHEMESHINGOFTHREESTAGECYLINDRICALGEARTRANSMISSION,TOOLBARSHREDDEDPAPEREFFECTISANALYZED,DESIGNFORCEOFBLADEANDWEARKNIFEMETHOD,DESIGNTHEVARIOUSPARTSOFTHEMACHINEANDOFEACHPARTWERESTRENGTHCHECK,ANDSTRIVETOACHIEVELOWCOST,HIGHEFFICIENCYONCASTERSSHREDDERISDESIGNEDINTHISPAPERCOMPAREDTOTHEAVAILABLEONTHEMARKETOFTHESHREDDER,ANDTHENUSEPROE50PAINTINGAPPEARANCE,LETICANEASILYREDUCETHEVOLUMEOFTHEFUSELAGE,ANDBEAUTIFYTHEAPPEARANCE,SOTHATITCANNOTONLYSINGLEBROKEN14PIECEOFA4PAPER,CANBECOMEAPIECEOFOFFICEROOMDECORATION,TOINCREASETHESENSEOFBEAUTYMAINLYISTOOPTIMIZATIONANDUPGRADEONTHEMARKETTODAYSHREDDER,WHICHISMORECONVENIENTFORPEOPLETOUSEKEYWORDSSHREDDERS，TRANSMISSION，GEAR，DESIGN目录1绪论111简介112碎纸机的研究意义113碎纸效果及保密等级214设计要求22碎纸机的结构和工作原理43碎纸机传动方案531传动方案532最终方案的选择54碎纸机传动系统的设计计算741电机的选择7411传动装置的总效率7412电机的转速确定7413确定电机的功率7414电机类型的确定742轴的功率及转矩计算8421各轴的功率计算8422销轴的输出扭矩计算8423传动参数943一级减速齿轮组的设计计算及校核9431选择齿轮材料、类型和齿数9432按齿面接触疲劳强度设计9433按齿根弯曲疲劳强度设计12434几何尺寸计算1444一级减速齿轮结构设计15441结构设计15442齿轮的齿根圆直径15443各计算结果1545二级减速齿轮组的设计计算及校核15451选择齿轮材料、类型和齿数15452尺寸设计计算1646二级减速齿轮结构设计18461结构设计18462各计算结果1847三级减速齿轮设计计算及校核18471选择齿轮材料、类型和齿数18472尺寸设计计算1848三级减速齿轮结构设计20481结构设计20482各计算结果2049碎纸刀轴齿轮的设计21491选择齿轮材料、类型和齿数21492齿面和齿根强度校核21410绘制齿轮零件工作图22411碎纸刀轴的设计244111碎纸长刀轴材料的选择244112设计轴上零件的装配顺序244113轴上零件的定位244114长刀轴的尺寸结构设计244115长刀轴的设计25412轴承座的设计25413润滑方式的选择275刀具的选用2851刀具2852刀具的选用2852导纸包的选用306机芯部分的机架设计3261基座3262护套3363双侧夹板3364尾座347CM140P型碎纸机装配图和爆炸图3571CM140P碎纸机装配图3572CM140P碎纸机爆炸图36参考文献37致谢37合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）11绪论11简介随着时代的发展，商业竞争越来越激烈，日常资料的保密也变得尤为重要。一些办公文件以往都是直接仍进垃圾桶，但现在不是了，大家会害怕被竞争对手回收，并发现商业机密。多种因素促使人们对文件保密的意识不断加强，于是一种碎纸的工具变诞生了。碎纸机是粉碎销毁日常机密文件的机器。它由“切纸刀棒”和“电机”两大主体组成，中间通过齿轮将两者紧密联系在一起，电机带动齿轮传动，把能量输送到刀轴，刀轴带动刀片转动，将纸张分割成很多小纸片，从而达到保密目的。碎纸机迄今为止已经升级到了第八代，由起初的带传动、链传动到如今的不同材料的齿轮传动，功能也发生了很大变化，不仅可以碎纸，还能碎信用卡、回形针、硬盘等硬质物品，在欧美等国家，碎纸机已成为家用机器。12碎纸机的研究意义根据调查报告显示，我国的碎纸机正在以约23的增幅在增长，且呈现加速趋势。因为碎纸机的市场需求量是有限的，而生产碎纸机的厂家又在逐年添加，我国的碎纸机行业市场竞争比较激烈，很多质量差，声音大的碎纸机纷纷被淘汰，但也有许多企业凭借廉价的优势占据一定的市场。目前国内主要的几大品牌还是相当稳固的，虽然产品价格上会做下调，但通过合理管理，提高效率，还是有不小的利润空间的。碎纸机的市场可能在中国不是很大，但是在国外，比如美国，日本等国，除了办公场所，家庭也基本是每户都要求有的，这就有一个很大的市场了。随着我国人民保密意识的不断强化，中国碎纸机的需求也很不加大，相信在未来的不久，我国对于办公和家庭用的中档型碎纸机的需求将会逐年增加。据美国相关调查数据显示，2005年，美国市场需求量就高达2800万台，全球的碎纸机市场交易额也达30亿美元。随着互联网的普及，电子商务成为了全球热门专业，电子商务已经进驻到各单位的办公室、家庭或个体户，以及随CM140P碎纸机的结构设计2着多元化生活的发展，信息传递的快速化和商业竞争的不断加剧，使得人们越来越重视个人信息的安全，所以碎纸机的发展将很有前景。13碎纸效果及保密等级图13碎纸等级碎纸效果就是指将纸张放入碎纸机后碎出来的形状，通常以毫米（MM）为单位。碎纸机可分为细碎，碎段和碎纸条三种，其中细碎效果最好，碎段次之，条状保密效果要差些。例如一些小型办公室或家庭，对于保密要求不是太高，可选用碎纸条的或碎段的即可。而对于政府或事企单位的一些合同，协议等文件则需要选用细碎。14设计要求碎纸机一般放在办公室里，它的工作环境是比较好的，并且工作时间很短，碎的一般也都是薄薄的几页纸，所以在设计的时候对于轴承座、和轴等的疲劳校核都可以忽略不计。另外，碎纸机转速要求不是很高，所以润滑方面选用简单的润滑脂即可，不需要用到转动轴承。本设计是根据以往的碎纸机方案，进行升级改造，选用两组碎纸刀棒进行啮合碎纸，并同时做到安全，经济，低噪音等特点。本设计要求如下保留碎纸的基本功能不变，在碎纸效果上进行改进；通过更改马达效率和刀片外缘直径来提高连续碎纸时常及碎纸张数；设计结构简单得体，便于加工制造；合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）3增加碎CD，卡片功能；更改机身壳体尺寸，使其更适用于办公室环境。CM140P碎纸机的结构设计42碎纸机的结构和工作原理图21碎纸机结构碎纸机是由电机、齿轮、带销轴的基座、输入输出轴、刀具、线路板、上下盖、视窗，垃圾桶等零件组成。一部完整的碎纸机是由长短两种刀轴交错装设于一壳体内，使两刀具上的刀轮彼此容置于对方间隔片所区隔的夹缝中，再经由马达传动使两刀具反向转动完成碎纸的工作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。碎纸方式是指当纸张经过碎纸机处理后被碎纸刀切碎后的形状。根据碎纸刀的组成方式，现有的碎纸方式有碎状、粒状、段状、沫状、条状、丝状等。碎纸机的工作方式是通过电机带动齿轮传动，齿轮传动带动刀轴转动，刀片跟着刀轴啮合转动。纸张放入碎纸机后，啮合的两组刀片会将纸张撕碎。市面上有些碎纸机可选择两种或两种以上的碎纸方式。不同的碎纸方式适用于不同的场合，如果是一般性的办公场合则选择段状、粒状、丝状，条状的就可以了。但如果是用到一些对保密要求比较高的场合就一定要用沫状的。当前采用四把刀组成的碎纸方式是最先进的工作方式，碎纸的纸粒工整利落，能达到保密的效果。碎纸机的切削原理是通过刀片或者刀片错位安置，在动力源的作用下将纸撕开。如果刀具或者刀片设置有刀尖，则碎纸的效果为段状或者粒状，如果刀具或者刀片设置没有刀尖，则效果为条状。合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）53碎纸机传动方案31传动方案一个好的传动方案，除了该满足机器的功能要求外，还应当结构简单、安全可靠、传动效率高、生产成本低，使用维护方便。在拟定传动方案进行比较时，应根据机器的具体情况综合考虑，选择能保证主要要求的较合理的传动方案。现拟定如下三种方案方案一（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三级减速齿轮同步齿轮。方案优缺点介绍方案一带传动具有传动结构简单，传动平稳，生产成本低等特点，并且使用维修方便，避震效果好，起过载保护的优点；但是定传动比不受保护，容易打滑，磨损较严重，压轴力大且传动效率低。方案二链传动传动效率高、过载能力强、无整体打滑和弹性滑动现象、平均传动比准确、结构紧凑并且可以在多种恶劣环境下工作的优点；但是链传动噪声大，容易跳齿，只能在两平行轴间转动，不能保持恒定的瞬时传动比等缺点。方案三齿轮传动具有效率高、工作稳定可靠、结构紧凑且传动比精确稳定的优点；但是对于齿轮的加工制造要求很高，成本相对较高，且传动距离不宜过大。32最终方案的选择因为碎纸机一般都在办公室或家里工作，工作环境比较安静，而链传动声音比较大，所以链传动不是最优选择；因为碎纸机要求工作效率不能太低，所以带传动也不适合；因为齿轮传动具备声音小、传动效率高且结构紧凑等优点，并且看看市面上的碎纸机，80的碎纸机的传动系统都是齿轮传动，所以在本方案中碎纸机的传动系统选用定轴圆柱齿轮传动。CM140P碎纸机的结构设计6图31传动系统示意图合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）74碎纸机传动系统的设计计算初步确定碎纸要求如下纸屑尺寸（MM）513；每次碎纸量（张）1214；碎纸速度（M/MIN）22；入纸宽度（MM）220；41电机的选择411传动装置的总效率由所选方案知齿轮啮合4对，7级精度，斜齿圆柱齿轮传动效率9901，直齿圆柱齿轮传动效率9802，且与刀棒轴联结的是四个滑动轴承，传动效率88033，所以，计算总效率57208809809903243413（41）412电机的转速确定设定碎纸机的刀具直径为D443MM,则两刀具的啮合长度为L133MM,减速齿轮的传动比设定为I400，根据设计要求碎纸机的碎纸速度为V22M/MIN,由此可得知碎纸机刀棒组的长、短六角棒的转速分别是计算如下MIN/58393132344143MIN/2200212RMMMMLDVNN（42）将1N、2N取整即可得MIN/4012RNN。413确定电机的功率根据碎纸机单次碎纸的速度、垃圾桶的容量以及每次碎的纸张的页数，再结合我国电压可设定电机输出的功率为240W，由此可计算出电机的功率W584195720240WPP输出电机（43）取整为W420电机P。414电机类型的确定由上可计算出电机的功率为P420W,确定电机的型号为6340M233。电机的参数如表41CM140P碎纸机的结构设计8表41电机参数功率420W电压230V转速21000RPM频率50HZ42轴的功率及转矩计算421各轴的功率计算由于电机的输出功率为420W,斜齿圆柱齿轮的传动效率9901，直齿圆柱齿轮的传动效率为9802，滑动轴承效率88033，则由齿轮传动效率和滑动轴承的效率可以得出一级减速输出的功率是W8415990420PP12电机二级减速输出的功率是W48407980990420PP213电机三级减速输出的功率是W33399980990420PP22142电机碎纸刀输入轴的输出功率是WPP0630388098099042023233213电机碎纸刀输出轴的输出功率是WPP6923488098099042043332134电机422销轴的输出扭矩计算由下面的公式NPT9550（44）电机轴的输出转矩MN20202100042009550电机T固定销轴1的输出扭矩MNT01219624158095502合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）9固定销轴2的输出扭矩MNT65123064075095503碎纸刀输入轴的转矩MNNPT99719550134碎纸刀输出轴输出的转矩MNNPT75559550244423传动参数表42传动参数轴的名称功率（W）扭矩MN传动比销轴240748126564碎纸刀输入轴3030671992碎纸刀输出轴234695575143一级减速齿轮组的设计计算及校核431选择齿轮材料、类型和齿数（1）因为斜齿圆柱齿轮传动相比直齿圆柱齿轮传动而言，其啮合性能好，传动更平稳，产生噪音更小，且不产生跟切的最少齿数少，所以按照传动方案，选用外啮合斜齿圆柱齿轮传动，压力角取为20；（2）由于碎纸机一般放在办公室或家内，属于一般机器，对转速要求并不高，选用7级精度（GB1009588）5；（3）材料的选择由于碎纸机为家用及办公室所用机器，功率很小，精度、强度要求并不是很高，为了降低生产成本，选择马达轴齿的材料为45钢淬火，硬度为55HRC；为了降低噪声，选择2大齿轮材料为尼龙43玻纤，硬度为35HRC4；（4）选择小齿轮的齿数为31Z，大齿轮的齿数为322Z；（5）初选螺旋角右旋,20。432按齿面接触疲劳强度设计CM140P碎纸机的结构设计101）由式（1021）1试算小齿轮分度圆直径，即321112HEHDHTTZZZZUUTKD（45）（1）确定公式中的各计算数值试选载荷系数21KKKKKVAHT；由表411可知马达输出轴上小齿轮传动的转矩202NMM；由表1071选取齿宽系数1D；由图10201查得区域系数42HZ；由表1051查得材料的弹性影响系数2/18189MPAZE；由式（1021）1计算接触疲劳强度用重合度系数Z5622020COS/20ARCTANTANCOS/ARCTANTANNT7928COS2/COSARCCOS111ANTATHZZ56310COS2/COSARCCOS222ANTATHZZ57102/TANTANTANTAN2211TATATZAZ（46）2380/20TAN31/TAN1ZD（47）所以，5620134Z；由式（1023）1可得螺旋角系数969020COSCOSZ（48）计算接触疲劳许用应力。由图1025D1查得小齿轮的疲劳硬度极限为MPAH6001LIM、MPAH5502LIM。设定此碎纸机使用寿命为5年，平均每天工作3小时，按1年工作300天算，则大小齿轮的应力循环次数为91110567300451210006060HJLNN891210087573/32/10567/NN由图10231查取接触疲劳寿命系数9001HNK、9502HNK。取失效概率为1，安全系数为S1，由式SKNLIM（49）合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）11MPAMPASKHHN54016009001LIM11MPAMPASKHHN52315509502LIM22。取1和2中的较小者作为齿轮副的接触疲劳许用应力，即2）试算马达轴齿分度圆直径321112HEHDHTZZZZUUTKDMM32523969056208189423/3213/321202212498MM2）调整小齿轮分度圆直径（1）数据准备圆周速度V。SMSMNDV/485/1000602100098410006011（410）齿宽B。MMMMDBD98498411（2）计算实际载荷系数HK。由表1021查得使用系数1AK。动载系数101VK。齿轮的圆周力NNDTFT1281984/2022/2111MMNMMNBFKTA/100/2916984/12811/1,由表1031得齿间载荷分配系数41HK。由表1041查得，4171HK。则载荷系数为18224171411011HHVAHKKKKK4113由式（1012）1，可得按实际载荷系数算得的分度圆直径MMKKDDHTHT07862118229843311412及相应的齿轮模数MMMMZDMN96513/20COS0786/COS11CM140P碎纸机的结构设计12433按齿根弯曲疲劳强度设计1由式（1020）1试算齿轮模数，即31221COS2YYZYYTKMSFDFTNT4132确定公式中的各参数值。试选载荷系数21FTK。由式（1018）1，可得计算弯曲疲劳强度的重合度系数Y。1401356220COS20ARCTANTANCOSARCTANTANTB782014013COS/5710COS/22B2091/750250Y由式（1019）1，可得计算弯曲疲劳强度的螺旋角系数Y。972012020238011201Y414计算FYYSAFA。由当量齿数，983220COS/32COS/3322ZZV，查图10171，得齿形系数312,52221FAFAYY。28320COS/3COS/3311ZZV由图10181查得应力修正系数761,58121SASAYY。由图1024C1查得小齿轮和大齿轮的齿根弯曲系疲劳极限分别为MPAMPAFF655,7502LIM1LIM。由图10221查得弯曲疲劳寿命系数870,81021FNFNKK取弯曲疲劳安全系数S14，由公式SKFHFN1LIM1（415）MPAMPASKFHFN405417008101LIM11MPAMPASKFFFN03407416558702LIM2201380405581522111FYYSAFA,0172003407761312222FYYSAFA合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）13因为大齿轮的FYYSAFA大于小齿轮，所以取01720222FYYFYYSAFASAFA3试算齿轮模数31221COS2FYYZYYTKMSFDFTNTMM322017203114COS972020912022121008MM4调整齿轮模数1数据准备。圆周速度VMMZMDNT117314COS/30081COS/11SMNDV/1570100060960117310006011齿宽BMMMMDBD1173117311。齿高H及宽高比B/HMMMMMCHHNTNAN2682008125012241737412682/1173/HB4182计算实际载荷系数FK。根据SMV/1570，7级精度，由图1081查得动载系数021VK。由NNDTFT6121291173/2022/2111，MMNMMNMMNBFKTA/100/58241/1173/6121291/1419查表1031的齿间分布载荷系数41FK。CM140P碎纸机的结构设计14由表10141用插值法查得4171HK,结合3741/HB，查图1013，得321FK,则载荷系数为8851321410211FFVAFKKKKK420由式（1013）1，可得按实际载荷系数算得的齿轮模数MMMMKKMMFTFNTN1721218851008133（421）综上可知，法面模数M按照齿面接触疲劳强度计算出来的大于齿根弯曲疲劳强度算的，又因为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，故选择弯曲疲劳强度算得的模数1172MM，有表格选为标准值M125MM，按接触强度算的分度圆直径为6078MM，算得小齿轮的齿数872/COS11NMDZ,取31Z,小齿轮的齿数是3，大齿轮的齿数为32。434几何尺寸计算（1）计算中心距MMMMMNZZA0713614COS22323COS221（422）考虑模数从1008MM增大圆整至125MM,为此将中心距减小圆整为36MM。（2）计算齿轮的分度圆直径MMMMMZDN99320COS2513COS11（423）MMMMMZDN564220COS25132COS22（3）计算齿轮宽度考虑不可避免的安装误差，为了保证设计齿宽，现取马达轴齿长度为B13605MM,2齿轮宽度为B21250MM。合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）1544一级减速齿轮结构设计441结构设计由于齿轮的主要尺寸，如齿数、模数、齿宽、分度圆直径等是通过强度计算的，而齿圈、轮毂等的尺寸以及结构形式，一般靠结构设计来实现。进行齿轮的结构设计时，通常是先按齿轮的直径大小，选定合适的结构形式，然后根据别人的设计经验进行结构设计。因为齿轮直径MMDA160，故可以做成实心结构的齿轮。由于碎纸机对齿轮的转速要求不是很高，故齿轮传动采用销轴定轴连接即可7。由计算大小齿轮的齿顶圆直径21,AADD,计算如下MMMMZMDNA496220COS32512COS11（424）MMMMZMDNA06745220COS322512COS22这里的大小齿轮都可以选用腹板式结构5，考虑到2小齿轮是镶嵌在2大齿轮上面的，所以2大齿轮应中心处应做成与2小齿轮齿廓一样的键槽。442齿轮的齿根圆直径MMMMZMDNF86605220COS325152COS11（425）MMMMZMDNF442395220COS3225152COS22443各计算结果齿数32,321ZZ，251NM，压力角20，中心距MMA07136，MMDMMD56742,996321，MMBMMB5012,053621,251NM。45二级减速齿轮组的设计计算及校核451选择齿轮材料、类型和齿数（1）由一级减速齿轮选用直齿圆柱齿轮传动；CM140P碎纸机的结构设计16（2）由于碎纸机一般放在办公室或家内，属于一般机器，对转速要求并不高，故选用7级精度（GB1009588）；（3）材料的选择选择2小齿轮的材料为粉末冶金，硬度为35HRC,由于碎纸机为家用及办公室所用机器，功率很小，精度、强度要求并不是很高，为了降低生产成本，减轻噪声，选择3大齿轮材料为尼龙43玻纤，硬度为30HRC3；（4）由一级减速齿轮和传动比选择小齿轮的齿数62Z，大齿轮齿数选为393Z；由于一级减速齿轮设计写得比较详细，后面二三级与前面一级设计过程基本一样，所以后面就不再详写。452尺寸设计计算（1）由式（1015）10计算应力循环次数7111095660HJLNN（426）6221084560HJLNN故由10231得011FNK012FNK212HNK712HNK查图10251得MPAH7501LIMMPAH6532LIMMPAFE6681MPAFE6252A综上有MPASKHHNH8272311LIM1MPASKHHNH4673922LIM2MPASKFFNFE57656111MPASKFFNFE236752222计算2D初选MMD82，初定62Z，393Z，使用系数AK由上选择01AK齿间分配系数K由表1031选得21FHKK合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）17动载荷系数VKMIN/816033MNDVT427由图1081得031VK齿向分配系数K由表1071选得01D，由表104得4871HK综上可得9851HVHAKKKKK由表1061选出弹性系数9196EZMMUUZKDHEDT51013222428取MMD5102则MMD5673，定62Z453Z，MMDZMN47133，圆整取MMMN51。AMMDDA138221429计算齿宽MMZUUDKBHE8175212221430考虑到传动中2小齿轮是镶嵌在2大齿轮上的，再由表1071选得MMB272，MMB5143。（3）齿根弯曲疲劳强度齿向载荷分布系数K由图10131得481K，则K102FVFAKKKKK计算齿形系数和应力校正系数由表1051得312,27221FAFAYY651,47121SASAYY校核弯曲应力121321274652FMPAYYZBMKFAFATF221422464522FMPAYYZBMKFAFATF则二级齿轮组齿根弯曲强度和表面接触强度满足要求。CM140P碎纸机的结构设计1846二级减速齿轮结构设计461结构设计因为齿轮直径MMDA160，故可以做成实心结构的齿轮。由于碎纸机对齿轮的转速要求不是很高，故齿轮传动采用销轴定轴连接即可7。由计算大小齿轮的齿顶圆直径32,AADD,计算如下MMMHAZDNA15222（431）MMMHAZDNA570233因为在传动中，2小齿轮是镶嵌在2大齿轮里面的，存在安装误差，为了保证设计齿宽B和节省材料，选择2小齿轮的齿宽B27MM；3大齿轮的齿宽B145MM，且3大齿轮的键槽和3小齿轮的齿廓外形一样。462各计算结果齿数45,732ZZ，51NM，压力角20，中心距MMA138，MMDMMD567,51032，MMBMMB514,2721。47三级减速齿轮设计计算及校核471选择齿轮材料、类型和齿数（1）由二级减速齿轮选用直齿圆柱齿轮传动；（2）碎纸机一般放在家里或办公室，要求并不是很高，转速要求也低，故选用7级精度（GB1009588）1；（3）材料的选择选择3小齿轮材料选为粉末冶金，硬度为40HRC,考虑到第三对传递扭矩较大，所以选用45钢作为4齿轮材料进行表面淬火处理硬度为45HRC3；（4）选择小齿轮的齿数为63Z，大齿轮的齿数为314Z；472尺寸设计计算（1）由式（1015）1计算应力循环次数6111095860HJLNN5221089660HJLNN合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）19故由图10231得011FNK012FNK212HNK812HNK查图10251得MPAH9001LIMMPAH7002LIMMPAFE6751MPAFE6002A综上有MPASKHHNH960111LIMMPASKHHNH78022LIM2MPASKFFNFE695111MPASKFFNFE6702222计算3D初选MMD93，初定63Z314Z使用系数AK综上选01AK齿间分配系数K由表1031选得21FHKK动载荷系数VKMIN/616033MNDVT由图1081得011VK齿向分配系数K由表1071选得01D由表1041得4751HK综上可得092HVHAKKKKK由表1061选出弹性系数8189EZ，则MMUUZKDHEDT2761113223432取276113D则778654D定63Z354Z，MMDZMN88133，圆整取MMMN02AMMDDA1542243计算齿宽CM140P碎纸机的结构设计20MMZUUDKBHE3155212221433因为3小齿轮是镶嵌在3大齿轮上的，再由表1071选得MMB273MMB84。（3）齿根弯曲疲劳强度齿向载荷分布系数K由1图1013得481K，则K102FVFAKKKKK计算齿形系数和应力校正系数由1表105得162,39221FAFAYY811,68121SASAYY校核弯曲应力121321274652FMPAYYZBMKFAFATF221422464522FMPAYYZBMKFAFATF综上第三对齿轮表面接强度和齿根弯区强度满足要求。48三级减速齿轮结构设计481结构设计因为齿轮直径MMDA160，故可以做成实心结构的齿轮。由于碎纸机对齿轮的转速要求并不是很高，故齿轮传动采用销轴定轴连接即可。由7计算大小齿轮的齿顶圆直径43,AADD,计算如下MMMHAZDNA18232（434）MMMHAZDNA74244因为在传动系统，3小齿轮镶嵌在3大齿轮里面，考虑到安装误差，为了保证设计齿宽B和节省材料，选择3小齿轮的齿宽B27MM；4大齿轮的齿宽B8MM，内孔与刀轴孔一致，相互配合，实心制成。482各计算结果齿数35,632ZZ，2NM，压力角20，中心距MMA1542，MMDMMD567,51032，MMBMMB8,2721,合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）2149碎纸刀轴齿轮的设计由于机芯和刀棒组配合的原因，现各项基本尺寸确定，刀轴中心距定3100MM,1121ZZ,模数72NM,MMB8采用直齿圆柱齿轮,材料与前面4齿一致。491选择齿轮材料、类型和齿数（1）因为长棒受到很大的转矩，跨两齿冲压力达15KN，所以用45钢，表面淬火处理，硬度要求为HRC501；（2）由于刀轴上刀具配合要求很高，故选用六级精度（GB1009588）1492齿面和齿根强度校核（1）由图1020E及图1021E、F1查得按齿面的接触疲劳强度极限2LIM,1LIMHH均为765MPA,查得1LIMF、2LIMF为685MPA；（2）强度条件SKN（3）应力计算以及许可应力计算如下弯曲疲劳强度计算公式BDMYKTYSAFAF2接触疲劳强度计算公式12522BDKTH因为两个齿轮的大小和材料一样，所以21HH；同时由前面的计算52110957INN可得出1,101,021,341NHNFHFKKSS校核弯曲疲劳强度由大小齿轮的齿数可以查得4721,342SAFAYY；1451,11,0041,31KKKKVA,于是可求得221K,将数据代入可得MPABDMYYKNSAFATF6122，MPABDMYYKNSAFATF357422得出弯曲疲劳强度符合要求。校核接触疲劳强度MPAIIBDKTZEH7276512522许可接触应力MPASKFFHFH26893LIM由上述计算可得出，校核合格。CM140P碎纸机的结构设计22410绘制齿轮零件图图412齿轮图423齿轮合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）23图434齿轮图445齿轮CM140P碎纸机的结构设计24411碎纸刀轴的设计4111碎纸长刀轴材料的选择因为机芯部分长的输出刀轴为主动体，载荷比较大，但是对转速要求不高，所以没有很大冲击，查表1511选择轴的材料为40CR（调质），因为直径小于100MM，故其抗拉强度极限为735MPA,硬度为270HRC。4112设计轴上零件的装配顺序和别的碎纸机机芯装配顺序大体一致，本设计中，长刀轴上的装配方案是4齿轮、5齿、基座、六角帽、轴承套、刀片组件（A,B刀片，薄厚胶圈）、六角帽、轴承座、尾座依次从轴的左端像右端安装。4113轴上零件的定位零件的轴向定位考虑到碎纸机的转速不快，受冲击载荷不是很大，为了经济实用，选用弹性挡圈定位，查3选择弹性挡圈为GB/T8942198613。零件的周向定位为了避免轴上零件与轴发生相对转动，且扭力并不是很大，直接将刀轴设计成正六棱柱形，棱边倒05的圆角。图45碎纸刀轴4114长刀轴的尺寸结构设计1先估算轴的最小直径合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）25MMNPD015122095500003结合刀片的内孔尺寸MMA5637，刀片与轴必须可以配合，所以确定轴的边长为MMA5067。2刀轴各段长度最左端为4、5齿，可知其齿宽均为8MM，轴承套厚度为53MM,然后为固定刀片组的弹性挡圈，设槽宽为15MM,刀片组段为218MM,尾端193MM,长刀轴全长为267MM,如下图图46刀轴三视图4115长刀轴的设计短刀轴的设计与长刀轴基本一致，唯一的区别在于最左端没有安装4齿，其他都一样，所以其总最左端长度为152MM，总长度为2441MM,其余与长刀轴完全一致。412轴承座的设计考虑到基座和六角棒及尾座的连接需要轴承，为了增加其抗拉强度，在六角棒两端先设计圆柱形六角帽，再套上轴承座，这样便可以保证其正常转动了，考虑到碎纸机转速才40R/MIN,扭力并不是很大，所以其材料选为粉末冶金，硬度为HRB45。六角帽和轴承座其尺寸结构如下图CM140P碎纸机的结构设计26图47六角帽图48轴承座合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）27413润滑方式的选择考虑到碎纸机放办公室里并非一直工作，只是偶尔工作一下，且所处环境良好，且碎纸机本身不方便拆开润滑，所以采用脂润滑方式，根据表1645选用7407号齿轮润滑脂（SH/T04691992）。CM140P碎纸机的结构设计285刀具的选用51刀具碎纸机的刀具是整个工作的核心部分，对技术方面的要求也是非常高的。其主要包括有一多边型主轴，数个刀片与数个间隔片交互穿设固定于主轴上。每一组刀片由两切片（A,B刀片）互相抵靠组成并向外径向延伸数道三角形齿部。齿部将刀片的圆周均等分。齿部的尖端形成锐利的刃部并且于两切片的中央向内凹设一V型槽。一部完整的碎纸机是由两上述刀具交错装设于一壳体内，使两刀具的刀轮彼此容置于对方间隔片所区隔的夹缝中，再经由马达传动使两刀具反向转动完成碎纸的工作。虽然前述的碎纸机刀具为时下的消费者所接受，但是传统的碎纸机刀具在实际使用上仍存在着诸多不便之处有待改进，例如容易造成卡纸该传统的碎纸机刀具主要是利用刀轮的周缘将废纸裁成条状，再利用刃部将条状废纸截成数段，然因间隔轮与刃部于裁切时并非完全结合，因此其所形成的缝隙容易让条状废纸重新卷入，如此周而复始刀轮容易被废纸卡死，而无法正常运作。52刀具的选用本设计中单次碎纸量为14张，但是速度要求并不高，因此刀片材质选SPHC材质，硬度为35HRC，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。根据设计要求中纸张要是碎出效果是细碎，所以A,B刀片刀尖选用11齿，刀尖以及道口位置必须平整且锋利，不能有明显的断层，需要精切。设定刀尖外径为MM05010344，刀背外径MM1010533，单刀片厚度为MM005052，内孔尺寸为MM020050113。为了使碎纸效果更理想，穿刀法可选择A,B刀片叠加螺旋穿，同时由于纸屑具有一定的宽度，因此要碎纸刀棒在轴上轴向具有一定的间隔，刀棒组的啮合长度为133MM。刀片与刀片之间穿的是内径15MM，外径175MM，厚度26MM和52MM的胶圈。因为碎纸机强度不是很大，所以胶圈材料选用尼龙加30的玻璃纤维。刀具结构见图纸。合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）29图51刀片三视图由下图，一根完整的刀棒是由21组刀片和21个52MM厚的胶圈，以及1片单刀片和一个26MM厚的胶圈穿成，两根刀棒是完全对称的。所以本设计中，一套刀具由两根刀轴、43组A,B刀片、42个52MM厚胶圈和2个26MM薄胶圈组成。刀片的穿法采用别的碎纸机螺旋穿刀方法。图52刀具装配图CM140P碎纸机的结构设计3052导纸包的选用由于纸张在进入啮合刀棒时，夹板承受一定的压力，并且碎进去的纸易将碎纸机上盖的入纸口撑开，条形槽口的过度撑开将形成安全隐患，同时过大的撑力也易将夹板撑开，