新型便携式办公用品——打孔机的设计

陈 成，韩溧君

（无锡科技职业学院 中德机电学院，江苏 无锡 214028）

0 引言

打孔机在现代社会有着较为广泛的应用，利用它可以对杂乱的办公资料如书本、试卷、讲义、打印复印纸等进行快速打孔装订，以方便办公资料的整理，提高了工作效率，改变了人们的生产生活方式。桌面型手动打孔机为两孔设计，不同型号打孔机一次性可打孔的纸张数会有所不同，常见的有10页、20页、30页等。

1 打孔机的工作原理和运动方案

打孔机的工作原理是通过力作用在冲孔轴，使冲孔轴克服穿透纸张的阻力而发生位移，从而在纸张上形成与冲孔轴相同形状的孔，便于纸张文件的装订和整理。

打孔机的运动方案和工作原理有着密切的联系，要实现打孔功能，只需冲孔轴向下压，然后向上抬升复位两个动作即可，需保证这两个运动都是上下垂直的。

2 打孔机运动机构类型的选择

桌面打孔机的冲孔轴是上下运动的，实现这一运动的机构有许多种。例如将回转运动转变为直线运动，既可以采用齿轮齿条机构或螺旋机构，也可以采用连杆机构或是凸轮机构。由于桌面打孔机的执行机构——冲孔轴是进行上下往复运动的，故选择连杆机构，其结构简单、操作方便。

3 打孔机的设计参数

打孔机执行机构的运动属于往复直线运动，其动力来源于人的手掌向下压的力，根据力的作用力与反作用力原理，原动力不大于人体的重力，即原动力≤60kg×9.8m／s2＝588N。

打孔机的体积应小巧，作为手动用力，使用时越省力越好，其本体重量越轻越好。从其性能和经济实用角度考虑，选用45钢、Q235作为打孔机的主要材料。

4 打孔机的结构设计

桌面打孔机基本结构可分为底板、定位部件、连接部件、传动执行部件及复位部件5部分。其中复位部件是在打孔机完成有效动作后，使得打孔机迅速复位到待命状态，本复位原件只需一个弹簧即可。现着重介绍一些主要功能部件的设计过程。

4.1 底板

（1）底板作为基础结构，其他部件都以此为基础进行装配，因此需增加底板的厚度以提高其刚性。

（2）底板的长度需保证大于打孔孔距80mm。

（3）底板的形状设计成规则的长方形。

4.2 定位部件

（1）上定位板：其对冲孔轴的上半部分进行定位，确保冲孔轴向下打孔时不发生晃动歪斜。其设计要求如下：①应确保两个孔之间的距离即孔距为80 mm；②上定位板与结合定位板相连接，需精确定位，为保证定位精度，采用圆柱销定位，沉头孔连接；③定位冲孔轴的孔需保证较高的垂直度；④上定位板需连接支撑结合板，连接方式选用螺纹连接，如图1所示。

图1中，沉头孔用于与结合定位板相连接，起到连接固定作用；M4的螺纹孔与支撑结合板相连接；2－Φ8H7的孔通过冲孔轴；在尺寸22mm 处的左右对称两孔为定位孔。

（2）结合定位板：是实现打孔机各部分精确定位的关键，与底板相连接。根据两点确定一线的原理，若要把冲孔轴固定住，使之工作时稳定可靠，依靠上定位板固定其上端，通过结合定位板固定其下端。

图1 上定位板

其结构需要满足如下要求：①能够保证30 张～40张纸的打孔厚度；②保证打孔纸张页边距为11mm；③冲孔轴与孔应有良好的配合间隙。结合定位板剖面图如图2所示。

图2中，孔Φ6H7通过冲孔轴，其表面粗糙度要求较高；打孔纸张的厚度为3.5mm；18mm 和7mm 保证了打孔纸张的页边距为11 mm；孔Φ5H7 为定位孔，其精度要求较高；通孔Φ5.5mm 与底板连接。

4.3 连接部件

连接部件主要包括支撑结合板、连接板及轴板连接件3部分，主要起连接作用，一般可通过支承轴与其他部件进行装配。

图2 结合定位板剖面图

4.4 传动执行部件

传动执行部件主要包括冲孔轴和压力板。冲孔轴主要对纸张起冲孔作用，要求冲孔端设计成一个锋利尖锐的结构；压力板主要起传递手部压力的作用，需要在一端打孔做支承。

5 打孔机的总体设计

经过项目组成员共同探讨研究，在性能、成本与工艺之间谋求平衡，最终设计并制作出了一种新型便携式办公用打孔机，整体设计方案如图3所示。成功实现了对杂乱的办公资料的快速打孔装订功能，提高了办事效率。

图3 打孔机总体装配图

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