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2024年10月17日发(作者：夫宏)

本科毕业设计（论文）通过答辩

毕业设计（论文）

题目

（中文）：

办公用碎纸机的设计

（英文）：

The design of the office paper shredder

系部

专业班级

学生姓名

学号

指导教师

完成日期 2013 年 5 月

本科毕业设计（论文）通过答辩

摘要

碎纸机是对于需要报保密的废弃文件、保密资料、图纸、记有保密信

息的废纸以及试卷等需要安全处理的保密物件以及对于现代的一些信息载

体（例如光盘，软盘等）等进行切割处的工具，理既可以达到文件保密的

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。

本文通过对碎纸机发展历程的回顾，结合我国碎纸机的发展现状，发现市

场里的碎纸机体积大，成本高，效率偏低，为此力求在设计中做到小体积，

低成本，高效率的碎纸机。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；

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。因此本设计对

于民用办公或者企业办公的日常需要是有着实际应用的意义。

关键词

碎纸机，传动，齿轮

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Abstract

The machine of shredder is a cutting tool which is need for secrecy,

newspaper obsolete documents, drawings, confidential information waste paper

of confidential information secret objects and test to safe handling and for

some information carrier of modern (e.g. CD, floppy disk and so on), not only

can achieve file security role, but also be convenient handle daily waste

products, provide a guarantee for the modern office environment clean. This

paper reviews the development course of the shredder, combining with the

development situation of the shredder in China, found the shredder market in

large volume, high cost, low efficiency, therefore to be small in volume, in the

design of low cost, high efficiency the paper shredder. Firstly, according to the

design requirements and considering the characteristics of paper shredder put

forward three kinds of schemes of different transmission system, through the

analysis and comparison of different transmission system is proposed, finally to

select two gear reducer drive, and determine the shredder of transmission

system；According to the given data of design requirements for speed

calculation of each axis and transmission torque to determine the model of

motor, completion of the motor output by calculating the bending fatigue

strength and contact fatigue strength reduction gear set and shredding knife

drive gear design and verification, as well as two pairs of the structural design

of the gear；Shredding knife shaft is the main force part, the calculation of the

minimum diameter and the shaft of the various components of the axial and the

circumferential direction fixed its position on the shredding blade shaft analysis

and determination；A brief introduction followed by shredding blade cutting tool

materials, the choice of the shape and the shape of the knife comb structure,

culminating in the assembly drawing of the the shredding cutter shaft shredding

knives, gear parts diagram and shredders；The design has a practical application

significance of the day-to-day needs of the civilian office or corporate office.

Key words office shredder ，transmission ，gear

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摘要........................................................

1 绪论......................................................3

1.1简介..................................................3

1.2发展历史..............................................3

1.3碎纸机的特性..........................................4

1.3.1碎纸的方式和能力及其效果.........................4

1.3.2碎纸的速度和宽度及其容积.........................7

1.3.3其他特性.........................................8

1.3.4处理对象的材质及其余事项.........................8

1.4设计的主要任务........................................9

1.4.1研究现状与研究意义...............................9

1.4.2设计要求和设计的主要步骤........................10

2 设计方案的选定及常见问题的解决............................11

2.1设计的总体思想........................................11

2.2方案的提出及选定......................................11

2.2.1方案的提出.......................................11

2.2.2方案的分析与比较.................................12

2.2.3方案的选定.......................................12

2.3常见问题及解决方案....................................13

3 碎纸机机械部分的设计计算...................................14

3.1电机的选择及其输出轴的设计计算.........................14

3.1.1电机的选择.......................................14

3.1.2电机输出轴的设计计算.............................16

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3.2传动系统中各轴的转速以及转矩计算.......................17

3.2.1各轴的转速计算...................................17

3.2.2各轴的功率计算...................................17

3.2.3各轴的输出转矩的计算.............................17

3.3减速机部分的设计与计算................................18

3.3.1一级减速级齿轮组的设计与计算....................18

3.3.2一级减速级齿轮的结构设计........................22

3.3.3一级减速级输出轴的设计..........................23

3.3.4二级减速级齿轮组的设计与计算....................23

3.3.5二级减速级齿轮的结构设计........................27

3.4主轴的设计与计算......................................28

3.4.1主轴齿轮的设计..................................28

3.4.2主轴齿轮的结构设计..............................29

3.4.3碎纸刀输出轴材料的选择..........................30

3.4.4碎纸刀输入轴材料的选择..........................31

4 碎纸刀及其轴的设计计算....................................32

4.1刀具材料的选择........................................32

4.2刀齿盘的形状..........................................33

4.3刀齿盘的公差及表面粗糙度..............................34

4.4刀梳的设计............................................34

4.5旋转零件的润滑方式及弹簧挡圈的确定....................35

5 总结.......................................................35

参考文献.....................................................36

致谢.........................................................36

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1 绪论

1.1简介

碎纸机对于现代办公室来说是个不可或缺的工具。对于需要报保密的

废气文件、保密资料、图纸、记有保密信息的废纸以及试卷等需要安全处

理的保密物件，以前用手来销毁，但是这种方法既不安全，效率又低，而

且比较费力，特别是对于现代的一些信息载体（例如光盘，软盘等）就不

是好方法了。

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七代的发展历程，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。

1.2发展历史

第一代碎纸机：第一代碎纸机传动机构大多是皮带传动，带传动具有

缓和冲击、吸收震动、噪音少、成本低、保养维修较方便等优点，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。

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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

到最低限度，确保产品质量稳定性、降低噪音。质量保证；超强全刚全齿

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。

第七代碎纸机：2010年，研发出最新专利制冷技术（水冷+风冷）碎

纸机。全新技术应用N倍效能，连续碎纸40分钟以上，六大革新技术：A.

冷却系统——大幅度增加机器连续工作时间和快速恢复待机状态，减少人

员工作时间，提高工作效率。B.超静音设计——工作噪音低于55分贝，创

造安静舒适的办公环境。C.防堵卡系统——优秀的齿轮设计有防卡纸现象，

使用更放心。D.碎纸量控制系统——能耗直观的呈现，耗能全在掌握中。

E.触控操作——首次采用触摸技术应用于碎纸机，敢为人先，操控更人性，

使用更方便，科技创造时尚。F.风冷系统——水冷系统相辅相成，让机器

更快恢复最佳状态。

1.3 特性

如何选择适合自己的碎纸机，可以参考以下七大特性来选购，分别是

碎纸方式、碎纸能力、碎纸效果、碎纸速度、碎纸宽度、碎纸箱容积以及

其他特性。

1.3.1 碎纸的方式和能力及其效果

A.碎纸方式

图1.1 粒状效果

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图1.2 条状效果

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、段状、沫状、条状、粒状、

丝状等。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粒状、丝状，

段状、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。

B.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

A4，70g，7-9张，就是说明该碎纸机一次能处理切碎厚度为70g的A4幅面

的纸七到九张。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60-70张每次。

C.碎纸效果

图1.3 一级保密(条状:6.3-12mm)

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图1.4 二级(条状3.9-5.8/粒状6-10.5 x 40-80mm)

图1.5 三级(条状1.9mm/粒状3.9-6 x 25-53mm)

图1.6 四级保密(粒状:1.9-2 x 15mm)

图1.7 五级保密(粒状:0.78 x 11mm)

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图1.8 六级保密(粒状:1 x 5mm)

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。

1.3.2碎纸的速度和宽度及其容积

A.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米/分，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。

B.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，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，且容易引至纸塞，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），所以220mm宽度就足够用了。

C.碎纸箱容积

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

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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。最后，还有一些碎纸机带有一个能挂上塑料袋的架

子。这样的你只要准备能挂在架子上的塑料袋就行了。

1.3.3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/过载退纸等。

1.3.4处理对象的材质及其其余事项

A.处理对象的材质

图1.9 纸张

绝大多数碎纸机是设计成处理纸张的，通常是纸片或者纸条。如果您

打算粉碎计算机的打印件，那么最好选择入口比较宽大的型号，这样纸张

能够直接进入机器进行处理。还有一些碎纸机采用了进纸斗，这样就能够

处理揉成一团的纸张了。还有一些碎纸机能够处理更多的东西。信用卡、

录象带或者软盘都能够被这些机器所粉碎。

B.其余事项

维护要求:基本的经济型办公用碎纸机设计寿命是７到１０年。后续的

维护措施包括给切割装置上油以减少磨损，清除积在刀刃里的灰尘，以及

更换装满的袋子。另外，避免在极限容量下长时间使用也是一个保养的关

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键。个人型号的碎纸机并没有设计成可维修的。如果产品在保修期内损坏，

厂商一般会给您更换一个而不是帮您维修。为了减少损坏的可能，尽量避

免连续使用时间超过１０到１５分钟，并且避免纸张容量超过最高限制量。

及时清理垃圾：一个"垃圾箱满"的指示器是非常有用的，它能够在

垃圾袋已经装满的时候提醒您及时清理，对于箱柜式的碎纸机来说，这个

功能尤其重要。废纸的溢出是最常见的导致堵塞的原因。

使用安全要注意：要小心一些悬挂的物件，比如领带，在碎纸机工作

的时候偶然地被卷入进纸口。从安全的角度考虑，碎纸机的电源开关应该

在一个容易触及的地方。同样，如果办公室里有小孩的话，最好考虑他们

够不着刀刃的比较高的型号。降低运营成本可替换的垃圾袋能够从碎纸机

制造商那里购买，但是这样一来花销会很大。一个更好解决办法是从普通

的塑料袋生产商那里，购买他们生产的尺寸差不多的塑料袋。

1.4 设计的主要任务

1.4.1研究现状与研究意义

A.研究现状

国家统计局的统计数据显示，中国碎纸机市场每年以20％-25％的速度

发展，且呈现加速趋势，已成为世界生产大国。随着全球信息化的浪潮的

兴起，IT经济迅猛发展，办公机具和一卡通行业作为其相关产业突出巨大

的市场前景。

目前市场碎纸机国内外品牌有：科密、三木、得力、齐心、密理、奥

士达、机密仕、惠格浩、英明仕、EBA等十多个。以科密、三木、齐心为主

的品牌占据着国内主要市场，其中科密碎纸机价格在市场很有优势，性价

比高，建立了国内最强大的研发、制造平台和分公司、成为国内行业的领

导者和国际碎纸机开发和制造的重要组成部分；三木作为国内驰名商标，

生产的所有产品均通过国家以及国际组织的品牌和技术认证，在安全性、

稳定性和环保方面足与国内外优良产品相媲美；齐心有着近十多年的制造

经验，是中国国内碎纸机制造业的元老级企业，其产品全面采用一体特殊

刀具，超静音设计，碎纸效果比同类产品的保密级别更高，属于国际保密

级别中的高级别产品，不管从产品外观设计还是产品质量来说，都要比着

所谓市场占有率第一的科密碎纸机好多了。近几年我国碎纸机行业市场竞

争比较激烈，许多规模小质量差的碎纸机纷纷被淘汰，但其中还有许多企

业凭着价格低廉的优势也占有一定的市场，并且对其他品牌的产品市场形

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成了一定的冲击。但国内主要的几大品牌的地位还是相当稳固的，以科密

为首的几大品牌在市场的份额依然保持稳定，虽然在产品价格上有一定调

整，但利润空间还是相当的可观的。

B.研究意义

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，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。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实际应用的意义。

1.4.2设计要求和设计的主要步骤

A.设计要求

碎纸宽度（毫米）：2.5×9（粒）；

每次碎纸量（张）：6；

碎纸速度（mm/s）：20；

入纸宽度（mm）：220；

额定功率（w）：＜150W；

整机体积：377×218×570mm；

整机重量：13kg

B.设计的主要步骤

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

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级齿轮减速传动，并确定好碎纸机的传动系统简图如图2.1；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2-1，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。

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2设计方案的选定及常见问题的解决

2.1 设计的总体思想

4.5旋转零件的润滑方式及弹簧挡圈的确定

碎纸机属于轻载设备，工作时间不不长，工作环境良好，不方便经常

打开润滑，所以采用脂润滑方式，根据《机械设计课程设计》

P139

表

162

选用

7407

号齿轮润滑脂（SY4036-1984）,根据齿轮以及配合轴的尺寸，选

择轴用弹簧挡圈为：GB/T894.2-86 20。

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5 总结

通过一个学期的时间，我完成了本次的毕业设计。本设计充分吸收参

考资料的基本理论及设计方法，收集了具有代表性的设计用图和设计用表，

加上自己的一些设计想法，提出了三种不同的方案，基于每个方案优缺点

的比较并结合设计要求，基本上达到了设计的目的。通过本次设计，我的

知识领域得到进一步扩展，专业技能得到进一步提高，尤其是从孔老师那

里学到了很多制图方面的知识，同时增强了分析和解决工程实际的综合能

力。另外，也培养了自己严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风。由

于时间有限加上实际条件的限制，本设计不能进行调试，这也是不足之处。

当然，设计中肯定还有其他不足和纸漏之处请各位老师指正。

最后感谢***老师在我整个毕业设计过程中给我的帮助，正是老师给我

良好的建议，我才能更快更好的完成本次设计，把我之前很多不懂的问题

都给搞明白，提高了自己专业的知识。

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参考文献

【1】、海心，赵华．机电传动控制．北京：高等教育出版社，2007．11

【2】、孟繁忠.齿形链啮合原理.北京：机械工业出版社，2008.5

【3】、羌矛践.机电与电力拖动基础教程.北京：电子工业出版社，2008.5

【4】、张展.机械设计通用设计手册.北京：机械设计出版社，2008.4

【5】、濮良贵，纪名刚.机械设计.北京：高等教育出版社，2006.5

【6】、许连元，李强德，徐祖茂.机械制图.上海：同济大学出版社，2003.3

【7】、陆玉，机械设计课程设计.北京：机械工业出版社，2006.12

【8】、叶玉驹，焦永和，张彤.机械制图手册.北京:机械工业出版社，2008.2

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致谢

转瞬间四年的大学生活就要结束了，四年的大学学习让我学到了很多

东西，不仅是在专业方面理论的不断充实，而且也让我养成了认真谨慎、

踏实勤奋的习惯。在各位老师的指导与帮助下，我对各科知识都有了一定

的深入理解，对专业方面理论也有了一定的基础了解。在我的毕业设计碎

纸机结构设计中我也将大学所学到的知识都有了运用，特别是机械设计方

面的知识，在本设计中都有了很多的体现，比如说减速器的设计、轴的设

计等，这些都让我对这些常见的结构设计可以更熟练的应用，为我以后的

学习与工作都奠定了很重要的基础。

在此非常感谢大学四年期间给予过我帮助以及鼓励的老师们，以及在

毕业设计过程中给过我帮助的各位老师们，谢谢你们的不吝赐教，谢谢你

们与我商讨设计方案以及提供建议。

在此我也要衷心地感谢XXX老师，感谢他在我毫无思路的情况下给我

指点，没有他的细心指导，我不可能这么顺利完成毕业设计。

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。