碎纸机的结构毕业设计

'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）cm140P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Proe5.0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I ThestructuredesignofCM140PtypeshredderAbstractTheshredderistheneedforsafehandlingofconfidentialinformation(Engineering,contractplans,drawings,testtakers,etc.)andmoderncreditcard,harddrivesandotherobjectsforgrindingtool,bothtoconfidentialdocuments,canalsofacilitatetheprocessingofdailywasteproducts,modernofficeprovidesguaranteesacleanandenvironmentallyfriendly.Thisdesignistodesignthestructureofapapershredder,marketcomparisonofshreddingpapercharacteristics,theideaoftheirownideas,inthetransmissionsystemIchoosethemeshingofthreestagecylindricalgeartransmission,toolbarshreddedpapereffectisanalyzed,designforceofbladeandwearknifemethod,designthevariouspartsofthemachineandofeachpartwerestrengthcheck,andstrivetoachievelowcost,highefficiency.Oncastersshredderisdesignedinthispaper.Comparedtotheavailableonthemarketoftheshredder,andthenuseProe5.0paintingappearance,letIcaneasilyreducethevolumeofthefuselage,andbeautifytheappearance,sothatitcannotonlysinglebroken14pieceofA4paper,canbecomeapieceofofficeroomdecoration,toincreasethesenseofbeauty.Mainlyistooptimizationandupgradeonthemarkettodayshredder,whichismoreconvenientforpeopletouse.Keywords:shredders，transmission，gear，designI 目录1.绪论11.1简介11.2碎纸机的研究意义11.3碎纸效果及保密等级21.4设计要求22.碎纸机的结构和工作原理43.碎纸机传动方案53.1传动方案53.2最终方案的选择54.碎纸机传动系统的设计计算74.1电机的选择74.1.1传动装置的总效率74.1.2电机的转速确定74.1.3确定电机的功率74.1.4电机类型的确定74.2轴的功率及转矩计算84.2.1各轴的功率计算84.2.2销轴的输出扭矩计算84.2.3传动参数94.3一级减速齿轮组的设计计算及校核94.3.1选择齿轮材料、类型和齿数94.3.2按齿面接触疲劳强度设计104.3.3按齿根弯曲疲劳强度设计124.3.4几何尺寸计算144.4一级减速齿轮结构设计154.4.1结构设计154.4.2齿轮的齿根圆直径164.4.3各计算结果164.5二级减速齿轮组的设计计算及校核164.5.1选择齿轮材料、类型和齿数164.5.2尺寸设计计算164.6二级减速齿轮结构设计184.6.1结构设计184.6.2各计算结果194.7三级减速齿轮设计计算及校核194.7.1选择齿轮材料、类型和齿数194.7.2尺寸设计计算194.8三级减速齿轮结构设计214.8.1结构设计214.8.2各计算结果214.9碎纸刀轴齿轮的设计214.9.1选择齿轮材料、类型和齿数22 4.9.2齿面和齿根强度校核224.10绘制齿轮零件工作图234.11碎纸刀轴的设计254.11.1碎纸长刀轴材料的选择254.11.2设计轴上零件的装配顺序254.11.3轴上零件的定位254.11.4长刀轴的尺寸结构设计254.11.5长刀轴的设计264.12轴承座的设计264.13润滑方式的选择285.刀具的选用295.1刀具295.2刀具的选用295.2导纸包的选用316机芯部分的机架设计336.1基座336.2护套346.3双侧夹板346.4尾座357.cm140P型碎纸机装配图和爆炸图367.1cm140P碎纸机装配图367.2cm140P碎纸机爆炸图37参考文献38致谢39 合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）1.绪论1.1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。1.2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。37 合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）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。1.3碎纸效果及保密等级图1-3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。1.4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：⑴保留碎纸的基本功能不变，在碎纸效果上进行改进；⑵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；⑶设计结构简单得体，便于加工制造；37 合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）⑷增加碎CD，卡片功能；⑸更改机身壳体尺寸，使其更适用于办公室环境。37 合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）2.碎纸机的结构和工作原理图2-1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。37 合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）3.碎纸机传动方案3.1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。3.2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。37 合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）图3-1传动系统示意图37 合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）4.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）：5*13；每次碎纸量（张）：12-14；碎纸速度（m/min）：2.2；入纸宽度（mm）：220；4.1电机的选择4.1.1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，直齿圆柱齿轮传动效率，且与刀棒轴联结的是四个滑动轴承，传动效率[3]，所以，计算总效率：（4-1）4.1.2电机的转速确定设定碎纸机的刀具直径为D=44.3mm,则两刀具的啮合长度为L=13.3mm,减速齿轮的传动比设定为i=400，根据设计要求碎纸机的碎纸速度为v=2.2m/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：（4-2）将、取整即可得。4.1.3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：（4-3）取整为：。4.1.4电机类型的确定由上可计算出电机的功率为P=420w,确定电机的型号为6340M23[3]。电机的参数如表4-1：37 合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）表4-1电机参数功率420W电压230V转速21000rpm频率50Hz4.2轴的功率及转矩计算4.2.1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，直齿圆柱齿轮的传动效率为，滑动轴承效率[3]，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：二级减速输出的功率是：三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：4.2.2销轴的输出扭矩计算：由下面的公式：（4-4）电机轴的输出转矩：固定销轴1的输出扭矩：37 合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）固定销轴2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：4.2.3传动参数：表4.2传动参数轴的名称功率（w）扭矩()传动比销轴1415.82.0110.7销轴2407.4812.656.4碎纸刀输入轴303.0671.992碎纸刀输出轴234.6955.7514.3一级减速齿轮组的设计计算及校核4.3.1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（GB10095—88）[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35HRC[4]；（4）选择小齿轮的齿数为，大齿轮的齿数为；（5）初选螺旋角。4.3.2按齿面接触疲劳强度设计37 合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）1）由式（10-21）[1]试算小齿轮分度圆直径，即（4-5）（1）确定公式中的各计算数值：①试选载荷系数；由表4-1[1]可知马达输出轴上小齿轮传动的转矩202N·mm；由表10-7[1]选取齿宽系数；由图10-20[1]查得区域系数；由表10-5[1]查得材料的弹性影响系数；由式（10-21）[1]计算接触疲劳强度用重合度系数（4-6）（4-7）所以，；由式（10-23）[1]可得螺旋角系数：（4-8）②计算接触疲劳许用应力。由图10-25d[1]查得小齿轮的疲劳硬度极限为、。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：由图10-23[1]查取接触疲劳寿命系数、。取失效概率为1%，安全系数为S=1，由式（4-9）37 合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）;。取和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：==4.98mm2）调整小齿轮分度圆直径（1）数据准备①圆周速度v。（4-10）②齿宽b。（2）计算实际载荷系数。①由表10-2[1]查得使用系数。②动载系数。③齿轮的圆周力,由表10-3[1]得齿间载荷分配系数。④由表10-4[1]查得，。则载荷系数为：(4-11)(3)由式（10-12）[1]，可得按实际载荷系数算得的分度圆直径(4-12)及相应的齿轮模数37 合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）4.3.3按齿根弯曲疲劳强度设计(1)由式（10-20）[1]试算齿轮模数，即:(4-13)(2)确定公式中的各参数值。①试选载荷系数。②由式（10-18）[1]，可得计算弯曲疲劳强度的重合度系数。③由式（10-19）[1]，可得计算弯曲疲劳强度的螺旋角系数。(4-14)④计算。由当量齿数，，查图10-17[1]，得齿形系数。由图10-18[1]查得应力修正系数。由图10-24c[1]查得小齿轮和大齿轮的齿根弯曲系疲劳极限分别为。由图10-22[1]查得弯曲疲劳寿命系数.取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由公式（4-15）;,37 合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）因为大齿轮的大于小齿轮，所以取(3)试算齿轮模数==1.008mm(4)调整齿轮模数1)数据准备。①圆周速度v②齿宽b。③齿高h及宽高比b/h(4-17)(4-18)2)计算实际载荷系数。①根据，7级精度，由图10-8[1]查得动载系数。②由，(4-19)查表10-3[1]的齿间分布载荷系数。37 合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）③由表10-14[1]用插值法查得,结合，查图10-13，得,则载荷系数为:(4-20)④由式（10-13）[1]，可得按实际载荷系数算得的齿轮模数（4-21）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1.172mm，有表格选为标准值m=1.25mm，按接触强度算的分度圆直径为6.078mm，算得小齿轮的齿数：,取,小齿轮的齿数是3，大齿轮的齿数为32。4.3.4几何尺寸计算（1）计算中心距（4-22）考虑模数从1.008mm增大圆整至1.25mm,为此将中心距减小圆整为36mm。（2）计算齿轮的分度圆直径（4-23）（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b1=36.05mm,2#齿轮宽度为b2=12.50mm。37 合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）4.4一级减速齿轮结构设计4.4.1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，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,计算如下：（4-24）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。4.4.2齿轮的齿根圆直径（4-25）4.4.3各计算结果齿数，，压力角，中心距，，,。4.5二级减速齿轮组的设计计算及校核4.5.1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；37 合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）（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（GB10095—88）；（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30HRC[3]；（4）由一级减速齿轮和传动比选择小齿轮的齿数，大齿轮齿数选为；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。4.5.2尺寸设计计算（1）由式（10-15）[10]计算应力循环次数：（4-26）故由10-23[1]得查图10-25[1]得：a综上有：(2)计算初选，初定，，①使用系数由上选择：②齿间分配系数由表(10-3)[1]选得:37 合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）③动载荷系数(4-27)由图10-8[1]得：④齿向分配系数由表10-7[1]选得：，由表10-4得：综上可得：⑤由表10-6[1]选出弹性系数(4-28)取则，定，，圆整取。a=(4-29)⑥计算齿宽(4-30)考虑到传动中2#小齿轮是镶嵌在2#大齿轮上的，再由表10-7[1]选得：，。（3）齿根弯曲疲劳强度①齿向载荷分布系数由图10-13[1]得：，则K=②计算齿形系数和应力校正系数由表10-5[1]得：③校核弯曲应力则二级齿轮组齿根弯曲强度和表面接触强度满足要求。37 合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）4.6二级减速齿轮结构设计4.6.1结构设计因为齿轮直径，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,计算如下：（4-31）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b=27mm；3#大齿轮的齿宽b=14.5mm，且3#大齿轮的键槽和3#小齿轮的齿廓外形一样。4.6.2各计算结果齿数，，压力角，中心距，，。4.7三级减速齿轮设计计算及校核4.7.1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（GB10095—88）[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45HRC[3]；（4）选择小齿轮的齿数为，大齿轮的齿数为；4.7.2尺寸设计计算（1）由式（10-15）[1]计算应力循环次数：37 合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）故由图10-23[1]得查图10-25[1]得：a综上有：;(2)计算初选，初定①使用系数综上选：②齿间分配系数由表10-3[1]选得:③动载荷系数由图10-8[1]得：④齿向分配系数由表10-7[1]选得由表10-4[1]得：综上可得：⑤由表10-6[1]选出弹性系数，则：(4-32)取则定，，圆整取a=⑤计算齿宽37 合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）(4-33)因为3#小齿轮是镶嵌在3#大齿轮上的，再由表10-7[1]选得：。（3）齿根弯曲疲劳强度①齿向载荷分布系数由[1]图10-13得：，则K=②计算齿形系数和应力校正系数由[1]表10-5得：③校核弯曲应力综上第三对齿轮表面接强度和齿根弯区强度满足要求。4.8三级减速齿轮结构设计4.8.1结构设计因为齿轮直径，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,计算如下：（4-34）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b=27mm；4#大齿轮的齿宽b=8mm，内孔与刀轴孔一致，相互配合，实心制成。4.8.2各计算结果齿数，，压力角，中心距，，,37 合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）4.9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31.00mm,,模数,采用直齿圆柱齿轮,材料与前面4#齿一致。4.9.1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HRC50[1]；（2）由于刀轴上刀具配合要求很高，故选用六级精度（GB10095-88）[1]4.9.2齿面和齿根强度校核（1）由图10-20e及图10-21e、f[1]查得按齿面的接触疲劳强度极限均为765MPa,查得、为685MPa；（2）强度条件：（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：接触疲劳强度计算公式：因为两个齿轮的大小和材料一样，所以；同时由前面的计算可得出：④校核弯曲疲劳强度由大小齿轮的齿数可以查得；,于是可求得,将数据代入可得：，得出弯曲疲劳强度符合要求。⑤校核接触疲劳强度⑥许可接触应力:由上述计算可得出，校核合格。37 合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）4.10绘制齿轮零件图图4-12#齿轮图4-23#齿轮37 合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）图4-34#齿轮图4-45#齿轮37 合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）4.11碎纸刀轴的设计4.11.1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15-1[1]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。4.11.2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。4.11.3轴上零件的定位①零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/T894.2-198613。②零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0.5的圆角。图4-5碎纸刀轴4.11.4长刀轴的尺寸结构设计(1)先估算轴的最小直径：37 合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）结合刀片的内孔尺寸，刀片与轴必须可以配合，所以确定轴的边长为。(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5.3mm,然后为固定刀片组的弹性挡圈，设槽宽为1.5mm,刀片组段为218mm,尾端19.3mm,长刀轴全长为267mm,如下图：图4-6刀轴三视图4.11.5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15.2mm，总长度为244.1mm,其余与长刀轴完全一致。4.12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：37 合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）图4-7六角帽图4-8轴承座37 合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）4.13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16.4[5]选用7407号齿轮润滑脂（SH/T0469-1992）。37 合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）5.刀具的选用5.1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。5.2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，刀背外径，单刀片厚度为，内孔尺寸为。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13.3mm。刀片与刀片之间穿的是内径15mm，外径17.5mm，厚度2.6mm和5.2mm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。37 合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）图5-1刀片三视图由下图，一根完整的刀棒是由21组刀片和21个5.2mm厚的胶圈，以及1片单刀片和一个2.6mm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5.2mm厚胶圈和2个2.6mm薄胶圈组成。刀片的穿法采用别的碎纸机螺旋穿刀方法。图5-2刀具装配图37 合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）5.2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，导致纸在入纸口堵死而不能工作的情况，因此设计导纸包将刀具包裹在里面是必要的。根据刀具的形状与结构，以及在市场的调查结果，可确定导纸包的结构如下图。由于导纸包与刀具的配合要求并不是很严格且受力不大，所以选用ABS塑胶材料。根据刀棒尺寸，选择其长度为228.2mm，宽度为98mm,高度为56.5mm，外形请见下图导纸包分为上下导纸包，用自攻螺丝锁合，结构参数不再进行校核。37 合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）图5-3导纸包图5-4上下导纸包37 合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）6机芯部分的机架设计6.1基座整个传动装置放在基座上进行，基座上设有两根固定的销轴，用来固定2#大小齿轮和3#大小齿轮的，基座上的两根固定销轴也是齿轮的主要受力部分，因为基座的受力很大，所以其材质宜选用SPHC材质，厚度为2.5mm；图6-1基座37 合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）6.2护套为了保证齿轮传动的轴向固定和保护基座销轴的强度，在基座上设计了一个护套，用来轴向固定，材质选用SPHC材质，厚度为2.5mm。基座和护套三视图如下：图6-2护套6.3双侧夹板考虑到刀轴碎纸时受两侧向外的张力比较大，易将导纸包撑开，为了增强其抗拉轻度，在导纸包两侧各加了一块夹板。因为碎纸机转速不是很快，抗拉轻度不需太大，所以材质选用Q235，屈服强度235MPa足矣。其尺寸结构见下图：图6-3夹板37 合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）6.4尾座碎纸机的长短刀轴转动的时候为了避免受力向两侧张开，除了用夹板固定，还需要在起尾端固定，这样才能保证长短刀棒啮合碎纸，所以根据需求同时借鉴其他碎纸机，设计了尾座，其材质与基座一样，都用SPHC材质，其尺寸结构图如下：图6-4尾座37 合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）7.cm140P型碎纸机装配图和爆炸图7.1cm140P碎纸机装配图图7-1cm140p装配图37 合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）7.2C140P碎纸机爆炸图图7-2cm140p爆炸图37 合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）参考文献[1]濮良贵,陈国定，吴立言主编.机械设计[M].北京：高等教育出版社,2013[2]于骏一,邹青编主编.机械制造技术基础[M].北京:机械工业出版社，2004.[3]成大先主编.机械设计手册.第3卷[M].-4版.北京:化学工业出版社.2002.[4]罗迎社主编.材料力学[M].武汉:武汉理工大学出版社,2007.[5]卢书荣，张翠华主编.机械设计课程设计[M].成都:西南交通大学出版社,2014.2．[6]上海市机械工程学会编.简明实用机械手册[M].北京：机械工业出版社，1991.[7]孙桓,陈作模,葛文杰主编.机械原理[M].—8版.—北京：高等教育出版社,2013.5.[8]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.[9]赵金广，闫福民主编.公差配合与测量技术[M].上海:上海交通大学出版社,2012.[10]哈尔滨工业大学理论力学研究室编.理论力学[M].北京:高等教育出版社,2009.7.[11]申荣华.工程材料及其成形技术基础[M].北京:高等教育出版社,2013.5.致谢37 合肥工业大学2016届本科毕业论文（设计）光阴似箭，日月如梭。四年的大学生活即将结束，四年的时间我从一个懵懂无知的青年摇身变成了一位颇具担当的阳光男青年。在这四年里，专业知识方面的学习知识一方面，我也培养了严谨、细心、勤奋的良好习惯。在各位老师的教育指导下，我对我们机械专业有了很全面的了解，也学到了很多机械专业方面知识。比如在这次的碎纸机设计中，我在大学里面学习的机械设计，机械原理，公差配合等等都在里面得到了很好的运用，通过认真反思这些知识，对我以后在机械岗位工作有莫大的帮助。在此我想对巢湖学院，以及我院的师生们表达我由衷的谢意。这次毕业论文设计我得到了很多老师和同学们的帮助，特别是我的论文指导老师吴仁彦给了我很大的帮助。每次遇到问题，我都会先向张老师寻求帮助，他也总会不厌其烦地抽空指导我，告诉我解决问题的办法。同时，本篇论文的顺利完成也少不了我的同事的热心帮助，他跟我讲解了很多五金材料的知识以及一些机构强度的知识，让我在选材方面顺手了很多。同时，对于那些不断给予我帮助的同学们，我也是感激万分，没有你们我相信我是不会这么顺利就写完论文的。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。37'