碎纸机

11.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形状为粒状，因此属于一般保密场合。21.1.3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。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。31.1.7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225mm，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4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。2.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本设计的主要任务如下：5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）：4×27（粒）；每次碎纸量（张）：18；碎纸速度（mm/s）：20；入纸宽度（mm）：225；废纸箱容量（L）：27；另外可碎：回形针、信用卡、CD3.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63.2三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。3.3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：7④③图2-1传动系统简图①-二级减速输出轴②-碎纸刀输出轴③-电机输出轴④-一级减速输出轴3.4电机的选择3.4.1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：min/62.105.224114.3min/mm1200221rmmLDvnn将1n、2n圆整即可得2n=1n=11r/min根据传动比即可计算出二级减速输出的转速应为：min/221124rn83.4.2确定电机的功率由于条件中没有给出输出功率，因此可以根据碎纸速度、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99.03，齿轮传动效率98.021。由此可计算出电机的功率：ww5.11899.098.0105pp636331输出电机圆整为：w120p电机3.4.3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-C5GU25K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：9电机的基本尺寸如下图所示：3.5传动系统中各轴的转速以及转矩计算3.5.1各轴的转速计算：碎纸刀轴：min/1121rnn一级减速输出轴：min/224rn电机输出轴：min/115rn电机3.5.2各轴的