基于后压式省力杠杆机构设计的订书机

张兆珩?李相俊?张　灿　邹晓宇　刘锦

摘要：文章提出一种将省力杠杆与订书机结合的方式，实现订书机省力装订的目的。省力杠杆机构参照我们日常所使用的指甲刀的结构进行设计，通过对杠杆力臂长度的设计，充分发挥省力杠杆的省力作用，最终达到省力装订的目的。

关键词：订书机；杠杆机构；省力装订

中图分类号：TS88 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）12-0032-02

现在市面上的省力订书机，主要通过两种方式达到省力的目的。一种是运用较长力臂设计的重型订书机，另一种是运用复杂机构的力的逐级放大效果设计的一般省力订书机。但这两种省力订书机的缺点也很明显，重型订书机的长力臂使这种订书机的体积过于庞大，同时重量也较重；一般省力订书机由于其复杂的机构设计，造成故障率的增加，并且使生产成本也较高。因此，市场迫切需要一种使装订过程省力且结构简单、可靠性高的省力订书机的产生。

后压式省力订书机的结构如图1所示：

1.省力订书机压柄；2.压钉板；3.钉盒；4.机座；5.弹簧；6.压柄转轴；7.后轴；8.折钉板

图1

1 装订工作过程

主动力作用在压柄1的末端，压钉板2受到压柄1的作用力绕后轴7进行逆时针旋转，同时使压钉板2前端向下推动订书钉，使订书钉向下运动，同时钉盒3也将一起向下运动直至压在纸张上层，继续压动压柄1推动订书钉向下穿透纸张，当订书钉接触到折钉板8时，订书钉尾部将发生弯折，最终完成纸张装订，松开压柄1，订书机机构在弹簧弹力作用下复位，完成整个装订过程。

2 省力参考模型

如图2所示为生活中常见指甲刀的结构示意图，本设计参照指甲刀的设计。指甲刀共有ABC、OBD、ODE三个杠杆机构，其中ABC为省力杠杆，而OBD、ODE为费力杠杆。本设计引入一个省力杠杆和一个费力杠杆，同时通过合理加长省力杠杆力臂长度同时缩短费力杠杆力臂长度，进而更好地发挥杠杆机构的省力作用。将类似于指甲刀的省力杠杆机构应用于订书机的设计，从而达到省力装订的的目的。

3 省力杠杆分析

（1）初始情况下压柄1未发生转动，对于由钉盒3和转轴7组成的杠杆机构。

设：将钉子钉入纸张所需的作用于钉子上的力的大小为F0，则通过杠杆定理换算为B点力，故：

以C点为支点，A、B点各作用一个力的压柄1，将其简化为一个以C为支点的杠杆，已知A、B点受力均在竖直方向，对杠杆ABC列杠杆定理，得：

由式（1）、式（2）得：

带入数据得省力可达65%。

（2）压柄转动至行程末端时，阻力臂减小动力比加长，同理计算得省力可达70%。

综上所述，省力杠杆机构省力65%～70%。

4 结语

（1）后压式省力订书机采用简单可靠的省力结构，减小了总体体积，提高了使用可靠性。

（2）省力机构参照指甲刀的省力结构进行设计，合理加长省力杠杆力臂同时缩短费力杠杆力臂，更好地发挥了省力的杠杆机构的省力效果。

（3）杠杆按压过程中，随着压柄的受力点不断下降，使省力机构动力臂增长、阻力臂不断减短，从而使整个省力机构的省力效果增强，达到压动过程越来越省力的

效果。

参考文献

[1] 现代机械设计——思想与方法[M].上海：上海科学技术文献出版社.

[2] 创造学与新产品开发思路与实例[M].北京：机械工业出版社.

作者简介：张兆珩（1991—），男，江苏人，西南交通大学学生，研究方向：机械设计制造及其自动化。

（责任编辑：黄银芳）