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订书机中的力学原理

2006届土木工程14班 赵涛 062087

订书机是日常办公中必备的小工具，但小工具却蕴含了大智慧，可谓“麻雀虽小五脏俱全啊！”订书机的机构设计和工作原理运用了许多科学知识，其中不乏杠杆原理、链杆的空间传动、摩擦、压强……

订书机的设计小巧，线条平滑便于使用。本文就Deli 的一款订书机的力学原理作出一定浅显的说明。

1 目的目的：：

1．探讨订书机的工作过程与力学原理。

2．学会用力学的眼光去分析日常生活中的现象。

2 设备设备：：

Deli 牌订书机（尺寸90*18*47mm ，上部倾角16°），Deli 订书钉NO.0010（50枚 26.5*9*4.5mm ）

3 简化模型简化模型：：

图 1

4 原理介绍原理介绍：：

一 主体结构

订书机的主体结构相当于三块刚片通过一个活动较相连接。如图2所示，OC 、OD 、OA 相当于订书机的三块刚片，EF 即为连接其中两块刚片的链杆。

图 2 订书机的拆分图如下：

链杆传动机构链杆传动机构：：

订书机运用了很多的链杆传动机构，如上图，托板与手柄通过一根链杆相连，链杆一端固定在手柄上，且另一端连接了推动器放在托板的滑槽里，这样当托板与手柄之间的夹角增大时链杆带动推动器在滑槽里往后移动，这样滑槽空出前段空间，这时可以往滑槽里放订书钉。当托板与手柄之间的夹角减小时，链杆可以带动推动器运动到托板的前端，同时推动器经托板里的细长弹簧作用，从而把订书钉压紧。需要注意的是，链杆与推动器的连接是通过一个钩子连在一起的，链杆只对推动器有向后的力，也就是说在往托板的前端运动的时候，链杆是不会影响推动器压紧订书钉的。我们可以简单的计算一下手柄绕转轴转动的角速度与推动器在托板滑槽里运动的速度之间的关系：

基本简化模型如下：

设OA 杆为匀角速度w 绕O 点转动，则通过链杆传动后，推动器B 就有一个水平方向速度VB,则由速度瞬心法，

由速度方向可以得到瞬心为I,则有如下过程：

V A =W ×OA

OI=OB/Cos θ BI=OB ×tan θ AI=OI AI=OI--OA

ωAB = V A / AI

V B =ωAB ×BI = W ×OA ×OB ×Sin θ/(OB /(OB--OA ×Cos θ) )

压力机构压力机构与装订过程与装订过程与装订过程：：

订书机的工作过程是人手对手柄端部作用一定的力，假设所作用的里全部传到压形器上，则力会通过压形器传到订书钉上，订书钉由于上下作用面的面积相差悬殊，订书钉上下面的应力有很大差异，可以适当估计一下上下面的应力关系：

计算尖端的近似面积：将四颗订书钉并排紧密放在一起可近似测得

宽度为1.20mm，在长度方向50枚订书钉的长度为27.00mm,面积大的一侧

可以测得长为9.00mm。

S1=2×1.20/4×27/50=0.324 mm 2；S2=27/50×9.00= 4.86mm 2

由应力的等量关系，有

F 上／S1=F 下／S2

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186.4324.0S2S1F F ===下上 由上式可知由上式可知：：订书钉在上部受到一定的压力后可以在下部对被订纸张产生很大压力。此外，订书机的链杆传动机构是一个省力装置，这样综合上述过程，使用者就可以用很小的力来装订纸张。

其他细节部位也注意到使用力学原理来设计订书机，这样足以让订书机精巧，方便使用。

例：①在底部垫了两块橡皮，可以减小对桌面的压强。

②钉子头很尖，可以增大对书的压强。

③按压处面积较大，可以减小对手掌的压强。

④里面推钉处的弹簧，可以把钉子推紧。

5 结论与分析

订书机是一件有用的办公用品，其设计与制造中都包含了很多的力学原理，因此其可以做得相当精巧。经过以上的原理分析介绍，我们可以认识到，订书机的链杆传动机构装置，是实现订书钉的装载到位与压力传动的保障。另外，订书钉的巧妙造型，使之上下端面有较大的压强比，从而实现省力的订书过程。回到本文开头，我们可以再说一次：订书机真是“麻雀虽小五脏俱全啊！”