機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-雙螺桿塑料擠出機(jī)設(shè)計(jì)【全套圖紙】

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1、湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 目 錄 第 1 章 緒論 1 1.1 塑料擠出成型概述 1 1.2 塑料擠出成型設(shè)備的組成 1 1.3 擠出機(jī)的分類 2 1.3.1 分類方法2 1.3.2 各擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及用途2 1.4 設(shè)計(jì)類型的確定3 第 2 章 同向嚙合雙螺桿擠出機(jī) 4 2.1 同向嚙合雙螺桿擠出機(jī)工作原理及其特性 4 2.2 同向嚙合雙螺桿擠出機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)和規(guī)格 4 第 3 章 同向嚙合雙螺桿擠出機(jī)主要零部件的設(shè)計(jì) 7 3.1 主螺桿的設(shè)計(jì) 7 3.1.1 螺桿的基本尺寸初步確定 7 3.1.2 螺桿材料的選擇 8 3.1.3 螺桿設(shè)計(jì)計(jì)算 8 3.1.4 螺桿的強(qiáng)度校核

2、與計(jì)算 11 3.1.5 螺桿的技術(shù)要求 13 3.1.6 螺桿傳動(dòng)系統(tǒng)及止推軸承布置設(shè)計(jì) 13 3.2 機(jī)筒的設(shè)計(jì) 14 3.2.1 機(jī)筒的結(jié)構(gòu)類型選擇及特性 14 3.2.2 機(jī)筒的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 15 3.2.3 機(jī)筒的材料選擇 15 3.3 螺桿與機(jī)筒的配合要求 16 3.3.1 螺桿與機(jī)筒的配合間隙 16 3.3.2 螺桿與機(jī)筒的對(duì)中性 17 3.4 送料螺桿的設(shè)計(jì) 17 3.5 分流板及過濾網(wǎng) 18 3.5.1 分流板 18 3.5.2 過濾網(wǎng) 18 3.6 料斗的設(shè)計(jì) 19 3.7 擠出機(jī)電機(jī)的選擇 19 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 3.8 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 19 3.8.

3、1 傳動(dòng)方案的確定 19 3.8.2 齒輪參數(shù) 20 3.8.3 齒輪軸的確定 26 3.8.4 軸承壽命校核 38 3.8.5 鍵的校核 39 3.8.6 箱體的設(shè)計(jì) 41 第 4 章 雙螺桿擠出機(jī)輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì) 43 4.1 定量給料系統(tǒng)43 4.2 恒溫系統(tǒng)43 4.3 真空排氣系統(tǒng)43 4.4 電氣控制系統(tǒng)43 4.4.1 直流調(diào)速系統(tǒng)44 4.4.2 加熱控制系統(tǒng)44 結(jié) 論 46 參考文獻(xiàn) 47 致 謝 48 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706153893706 摘摘 要要 本文是關(guān)于工業(yè)用塑料聚合物雙螺桿擠出機(jī)的設(shè)計(jì)。在工業(yè)上和實(shí)驗(yàn)室中，單螺 桿和雙螺桿擠出機(jī)都應(yīng)用極其普

4、遍，是塑料加工設(shè)備的重要元部件之一。作為工業(yè)中 使用的雙螺桿擠出機(jī)，在設(shè)計(jì)過程中，除了要求能夠完成固體輸送、增壓、熔融、熔 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 體輸送和泵壓等一系列通用過程以外，還要求涉及到復(fù)合塑料與聚合物顆粒之間的混 合，以及物料喂料量的控制。物料喂料量的控制則是通過控制主螺桿及其輔助喂料螺 桿的轉(zhuǎn)速來完成的。同時(shí)，雙螺桿擠出機(jī)具有分布混合和分散混合效果良好、自潔作 用較強(qiáng)、可實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)、產(chǎn)量高等特點(diǎn)，特別適合聚合物的改性，如共混、填料、 增強(qiáng)及反應(yīng)擠出。有利于增加擠出機(jī)的擠出產(chǎn)量，提高塑化質(zhì)量。 關(guān)鍵詞：雙螺桿擠出機(jī)；塑料；同向嚙合 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1

5、 ABSTRACT This paper is about the design of plastic polymer single-screw extruder that used in industry.The single-screw extruder is extensively used in the fields of industry and experiment,and it is one of the important units of polymer processing equipment.As a single-screw extruder used in indus

6、try,it requires to complete a series of general process such as transportation of solid,increase of pressure,melt,transportation of melt.Besides,it refers to mix the composite plastics and polymer grain,and the control of the material feed quantity.These are the innovations in this design.On the bas

7、e of the design of common single-screw extruder,i increased two auxiliary feed screws which are used to transportate materials of composite plastics and used it to mix kinds of plastics.The control of the quantity of material feed is done by the control of the chief screw and the speed of auxiliary

8、feed screws.Meanwhile,i used twin wedge-shaped thread section in the design of screw thread section.This is good to increase the outcome of the extruder, and to improve the quality of plasticity comparing with common tectangular thread section. Keyword: Single-screw Extruder; plastics; Industry 第 1

9、章 緒論 1.1 塑料擠出概述 當(dāng)今世界四大材料體系（木材、硅酸鹽、金屬和聚合物）中，聚合物和金 屬是應(yīng)用最廣泛和最重要的兩種材料。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在塑料制品成型加工中，擠出 成型制品的產(chǎn)量大約占整個(gè)塑料制品產(chǎn)量的 50%以上。其中不僅包括板、管、 膜、絲、和型材等制品的直接成型，還包括熱成型、中空吹塑等坯料的擠出加 工。除此之外，在填充、共混、改性等復(fù)合材料和聚合物合金生產(chǎn)過程中，螺 桿擠出很大程度上取代了密煉、開煉等常規(guī)工藝。擠出機(jī)幾乎成為任何一個(gè)塑 料有關(guān)公司或研究所最基本的裝備之一。 擠出成型有如此發(fā)展趨勢主要原因?yàn)椋郝輻U擠出機(jī)能將一系列化工基本單 元過程，如固體輸送、增壓、熔融、排氣、脫濕、

10、熔體輸送和泵出等物理過程 集中在擠出機(jī)內(nèi)的螺桿上來進(jìn)行。近年來，擠出工程的創(chuàng)新表現(xiàn)，更多的過程， 如發(fā)泡、膠聯(lián)、接枝、嵌段、調(diào)節(jié)相對(duì)分子質(zhì)量甚至聚合反應(yīng)等化學(xué)加工過程 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 都愈來愈多地在螺桿擠出機(jī)上進(jìn)行。螺桿擠出工藝裝備有較高的生產(chǎn)率和較低 的能耗，減少生產(chǎn)面積和操作人員數(shù)量，降低生產(chǎn)成本，也易于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng) 化，創(chuàng)造好的勞動(dòng)條件和減少少的環(huán)境污染。螺桿擠出這種工藝不僅廣泛地用 于聚合物加工，而且在建材、食品、紡織、軍工、和造紙等工業(yè)部門中都得到 了愈來愈多的應(yīng)用。 雙螺桿擠出機(jī)與單螺桿擠出機(jī)相比，能使熔體得到更加充分的混合，應(yīng)用 更廣。 1.2 塑料擠出成型

11、設(shè)備的組成 一套完整的擠出設(shè)備由主機(jī)、輔機(jī)及控制系統(tǒng)組成。 擠出機(jī)是塑料擠出成型的主要設(shè)備，即主機(jī)。由擠壓系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)及加 熱冷卻系統(tǒng)和主機(jī)控制系統(tǒng)組成。 （1） 擠壓系統(tǒng) 由機(jī)筒、螺桿和料斗組成，是擠出機(jī)的核心工作部分。 （2） 傳動(dòng)系統(tǒng) 由電機(jī)、調(diào)速裝置和傳動(dòng)裝置組成。作用是給螺桿提供所 需轉(zhuǎn)速和扭矩。 （3） 加熱冷卻系統(tǒng) 由溫控設(shè)備組成。作用是通過對(duì)機(jī)筒進(jìn)行加熱和冷卻， 以保證擠出系統(tǒng)成型在工藝要求的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。 （4） 控制系統(tǒng) 主要由儀表、電器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。作用是調(diào)節(jié)控制機(jī)筒 溫度、機(jī)頭壓力和螺桿轉(zhuǎn)速。 擠出機(jī)需配置相應(yīng)的輔助機(jī)械設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)擠出成型。根據(jù)制品的種類 確定輔

12、助設(shè)備的組成。通常包括：機(jī)頭、冷卻系統(tǒng)、定量給料系統(tǒng)、電氣控 制系統(tǒng)、真空排氣系統(tǒng)等。 控制系統(tǒng)由各種電器、儀表及執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。根據(jù)自動(dòng)化水平的高低， 可控制擠出機(jī)、輔機(jī)的拖動(dòng)電機(jī)及其他各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)按所需的速度、功率和軌 跡運(yùn)行監(jiān)控主輔機(jī)的流量、溫度及壓力，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)擠出成型設(shè)備的自動(dòng) 控制和對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的控制。 1.3 擠出機(jī)的分類 1.3.1 分類方法 隨著擠出機(jī)的廣泛應(yīng)用和不斷的發(fā)展，出現(xiàn)了各種類型的擠出機(jī)，其分類方 法各異，主要有以下幾種： 按裝置位置分為立式擠出機(jī)和臥式擠出機(jī)。 按可否排氣分為排氣擠出機(jī)和非排氣擠出機(jī)。 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 按螺桿轉(zhuǎn)速分為普通擠出機(jī)

13、、高速擠出機(jī)和超高速擠出機(jī) 按螺桿數(shù)目的多少和結(jié)構(gòu)分為無螺桿擠出機(jī)、單螺桿擠出機(jī)、雙螺桿擠出機(jī)、 多螺桿擠出機(jī)。 按用途可分為配混造粒擠出機(jī)和生產(chǎn)制品用擠出機(jī)。 1.3.2 各擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及用途 （1）單螺桿擠出機(jī) 單螺桿擠出機(jī)，造價(jià)低、易操作，但塑料混合、分散和均化效果差，滯留時(shí) 間長且分布廣，物料溫差較大（指同一斷面處）和難以吃粉料。因此，它只適用 于一般性造粒和塑料制品的加工。 （2）同向雙螺桿擠出機(jī) 雙螺桿擠出機(jī)的特征是兩根相互平行的組合式螺桿裝在具有 8 字形孔的機(jī)筒 內(nèi)。如果兩根螺桿旋轉(zhuǎn)方向相同，稱為同向型雙螺桿擠出機(jī)。根據(jù)兩根螺桿的嚙 合型式不同，可分為嚙合型和非嚙合型兩種，

14、常用的為嚙合型。 選用雙螺桿擠出機(jī)的優(yōu)越性： 生產(chǎn)能力大，根據(jù)理論計(jì)算，在同螺桿直徑下，雙螺桿擠出機(jī)生產(chǎn)量能達(dá) 到單螺桿擠出機(jī)的 4 倍（實(shí)測為 24 倍） 。 能耗低，雙螺桿擠出機(jī)的單位能耗僅約為單螺桿擠出機(jī)的 1/31/2 左右。 產(chǎn)品質(zhì)量好，由于雙螺桿擠出機(jī)的塑化、混煉性能好，在保證產(chǎn)品強(qiáng)度的 條件下，原材料的消耗量下降約 1/41/5。 雙螺桿擠出機(jī)在歐美國家中應(yīng)用的比例： 管材 100% 板材 90% 造粒 100% 異型材 80% 平膜片材 90% 發(fā)泡材 60%70% 同向雙螺桿擠出機(jī)的顯著特點(diǎn)是高效能和多功能。高效能集中于高混煉、高 扭矩、低能耗，特別適合工程塑料的共混改性、填

15、充、增韌、增強(qiáng)。多功能表現(xiàn) 為螺桿的多種功能的組合，組成不同功能的螺桿形式，以適應(yīng)不同塑料、樹脂的 擠出，特別是高性能對(duì)樹脂和塑料合金的加工。 （3）異向雙螺桿擠出機(jī) 異向雙螺桿擠出機(jī)的顯著特點(diǎn)是：物料的輸送能力和擠出能力比同向雙螺桿 擠出機(jī)的強(qiáng)，在同螺桿直徑下，擠出量比同向擠出機(jī)一般高 1 倍左右，物料在機(jī) 筒內(nèi)的滯留時(shí)間比同向機(jī)要短，并且剪切發(fā)熱小，溫差小，物料溫度分布十分均 勻，物料分散充分。 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 （4） 錐形雙螺桿擠出機(jī) 雙螺桿是異向嚙合。 （5）多螺桿擠出機(jī) 我國已開發(fā)出四螺桿反應(yīng)混煉機(jī)。它綜合了捏合機(jī)、 螺桿擠出機(jī)、縮聚反應(yīng)器、混煉機(jī)、研磨機(jī)的特點(diǎn)

16、。 1.4設(shè)計(jì)類型的確定 現(xiàn)在在工業(yè)生產(chǎn)中復(fù)合塑料的應(yīng)用范圍很廣，本次設(shè)計(jì)的擠出機(jī)要可以對(duì)塑 料混合、改性，主要用于生產(chǎn)以聚氯乙烯（PVC）為主料的復(fù)合塑料。 由于同向雙螺桿擠出機(jī)具有分布混合及分散混合良好、自潔作用較強(qiáng)、可實(shí) 現(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)、產(chǎn)量高等特點(diǎn)，特別適用于聚合物的改性，如共混、填料、增強(qiáng)及 反應(yīng)擠出。并且本次設(shè)計(jì)的擠出機(jī)主要用于復(fù)合塑料擠出，因此應(yīng)設(shè)計(jì)同向嚙合 雙螺桿擠出機(jī)。 第 2 章 同向嚙合雙螺桿擠出機(jī) 2.1 同向嚙合雙螺桿擠出機(jī)工作原理及其特性 同向嚙合雙螺桿擠出機(jī)與單螺桿擠出機(jī)一樣，承擔(dān)輸送、塑化、混合和混煉 聚合物的工作，但在工作上與單螺桿擠出機(jī)有許多不同點(diǎn)。 同向嚙合雙

17、螺桿擠出機(jī)表現(xiàn)為物料的正位移輸送特性。所謂正位移輸送特性 是這移動(dòng)的外部表面物質(zhì)置換了系統(tǒng)中的部分液體的輸送方式。嚙合同向雙螺桿 擠出機(jī)必須縱向開放，否則螺桿會(huì)因?yàn)榘l(fā)生干涉而不能正常嚙合。意味著螺槽的 寬度一定要大于螺棱的寬度，在縱向留下一定的輸送物料的通道。縱向開放程度 越大，正位移輸送能力損失也越多，此時(shí)摩擦拖曳和粘性拖曳所起的作用越大。 但是無論開放程度多大，物料沿螺槽流動(dòng)時(shí)在螺棱出仍然受阻而改變方向，因此 具有一定的正位移輸送能力。 由于螺槽縱向開放，由加料口到機(jī)頭，兩螺桿間有一通道，當(dāng)物料由加料口 加到一根螺桿上后，物料在摩擦拖曳作用下沿著這跟螺桿的螺槽向前輸送物料至 湖南工業(yè)大學(xué)本

18、科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 下方的楔形區(qū)，在這里物料會(huì)受到一定的壓縮。因螺棱比螺寬窄，那么另一根螺 桿的螺棱不會(huì)把物料向前輸送的道路堵死。兩根螺桿在楔形區(qū)有大小相等、方向 相反的速度梯度，因此物料不會(huì)進(jìn)入嚙合區(qū)繞同一根螺桿繼續(xù)前進(jìn)而被另一螺桿 托起，在擠出機(jī)機(jī)筒表面的摩擦拖曳下沿另一根螺桿的螺槽向前輸送。 2.2 同向嚙合雙螺桿擠出機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)和規(guī)格 螺桿直徑螺桿直徑 螺桿直徑：即螺桿的外徑，它是擠出機(jī)的重要參數(shù)，一般用 D 表示，單位為 mm，它表征擠出機(jī)擠出量的大小。 在設(shè)計(jì)或選用擠出機(jī)前，一般擠出機(jī)生產(chǎn)能力及轉(zhuǎn)速已經(jīng)確定，螺桿直徑的 選取主要是根據(jù)擠出機(jī)的產(chǎn)量來確定設(shè)計(jì)參數(shù)：生產(chǎn)以聚氯乙

19、烯（PVC）為主料的 復(fù)合塑料，最大產(chǎn)量為 200Kg/h，最高轉(zhuǎn)速為 260r/min。 根據(jù)我國同向雙螺桿擠出機(jī)基本參數(shù)表(JB/T 5420-91)和螺桿直徑系列標(biāo)準(zhǔn)， 取螺桿公稱直徑:D=72mm。 螺桿中心距公稱尺寸螺桿中心距公稱尺寸 雙螺桿中心距公稱尺寸。 指平行布置兩螺桿中心的距離，用 a 表示，單位為 mm。根據(jù)螺桿直徑、螺桿計(jì)量段螺紋槽深度和計(jì)量段嚙合程度確定。 螺桿長徑比螺桿長徑比 螺桿長徑比。 （L/D）來表示，即螺桿有效螺紋部分長度 L 與螺桿外徑 D 之比， 它可以表征螺桿的塑化能力和塑化質(zhì)量，用（L/D）來表示，如下圖 2.1 所示： 圖 2.1 螺桿示意圖 現(xiàn)代塑

20、料擠出工業(yè)螺桿長徑比較早期螺桿大，國內(nèi)應(yīng)用較多的長徑比一般范 圍是 2025，多采用 25，最長可達(dá) 40 乃至更高。螺桿長徑比的增加有如下好處： （1）螺桿加壓充分，能提高塑料制品的物理機(jī)械性能。 （2）提高塑化質(zhì)量，制品 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 外觀質(zhì)量好。 （3）有利于類似于 PVC 粉料擠管的成型。 （4）螺桿特性曲線斜率小，擠出量穩(wěn)定，擠出量可以提高 20%40%。但螺桿長徑 比與很多因素有關(guān)，因此可以根據(jù)加工條件和實(shí)際需要再由試驗(yàn)確定，還可以由 統(tǒng)計(jì)類比的方法來確定。國產(chǎn)同向旋轉(zhuǎn)擠出機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)表(JB/T 5420-91) 顯示生產(chǎn)能力為 300kg/h 的螺桿

21、擠出機(jī)螺桿長徑比 L/D=2832，取 L/D=30。 螺桿轉(zhuǎn)速要求及范圍螺桿轉(zhuǎn)速要求及范圍 螺桿轉(zhuǎn)速范圍：用（最高轉(zhuǎn)速）（最低轉(zhuǎn)速）表示，其單位是 max n min n r/min。 對(duì)擠出機(jī)速度要求有兩方面，既能實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速又要有一定的調(diào)速范圍。要 求實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速的目的是容易控制擠出質(zhì)量并與輔機(jī)的一致配合；要求有一定的 調(diào)速范圍的目的是為了適應(yīng)多種加工物料及滿足多種工藝要求。在實(shí)際生產(chǎn)中， 因擠出機(jī)開始工作時(shí)，機(jī)頭壓力容易出現(xiàn)超常值，所以螺桿轉(zhuǎn)速應(yīng)緩慢增至工作 要求速度；當(dāng)螺桿運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)后，由于加工的原料、制品及生產(chǎn)能力不同要求，要 保證質(zhì)量提高產(chǎn)量，除控制溫度、壓力等條件外，主要是靠改變

22、螺桿轉(zhuǎn)速進(jìn)行控 制調(diào)節(jié)。因此，要求螺桿轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)可調(diào)。多數(shù)擠出機(jī)的調(diào)速范圍在 1：6，對(duì)通用性大的小規(guī)格擠出機(jī)調(diào)速范圍可達(dá)到 1：10，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，確定螺桿轉(zhuǎn) 速范圍為： n=50260r/min 擠出機(jī)功率的確定擠出機(jī)功率的確定 驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率.用 P 表示，單位為千瓦（KW） 。它表征擠出機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力。擠 出機(jī)螺桿消耗的功率所涉及的因素是多方面的。雙螺桿擠出機(jī)功率的確定通常是 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取，根據(jù)我國同向雙螺桿擠出機(jī)基本參數(shù)表(JB/T 5420-91)選取擠出 機(jī)主電機(jī)功率:P=55KW. 擠出機(jī)加熱功率的確定擠出機(jī)加熱功率的確定 擠出機(jī)加熱功率是指機(jī)筒加熱功率：用 H 表示，單位為千瓦

23、（KW）它表示了 擠出機(jī)的加熱能力。 通常情況下按機(jī)筒的內(nèi)表面積計(jì)算加熱功率： H=ADLDaD)/()2( 1000 1 =41.1KW 2 105 . 53072)60272( 1000 1 式中 H機(jī)筒加熱功率，單位為 KW； 機(jī)筒內(nèi)直徑，單位為 mm； 0 D A單位面積的加熱功率，W/。 2 mm 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 A 值根據(jù)各種塑料性能靠經(jīng)驗(yàn)選定，取 A=5.5 W/。 2 10 2 mm 第第 3 3 章章 同向嚙合雙螺桿擠出機(jī)主要零部件的設(shè)計(jì)同向嚙合雙螺桿擠出機(jī)主要零部件的設(shè)計(jì) 同向嚙合雙螺桿擠出機(jī)主要零部件包括螺桿、機(jī)筒、分流板、過濾網(wǎng)、料斗 及料斗傳輸螺

24、桿、電機(jī)、減速器等裝置。 3.1 主螺桿的設(shè)計(jì) 螺桿是擠出機(jī)的核心部分，是輸送、塑化塑料的最重要部件。其結(jié)構(gòu)性能將 直接影響擠出機(jī)的生產(chǎn)率、塑化混合質(zhì)量和能量消耗。 由于聚氯乙烯（PVC）為非結(jié)晶型高聚物，它從玻璃化溫度到粘流溫度的溫度 范圍較大，其熔融過程是在一個(gè)比較長的距離后才能全部熔融，出于制造成本和 膠料的均勻混煉和塑化考慮，采用漸變型普通螺桿，螺紋斷面形狀為矩形。 3.1.1 螺桿的基本尺寸初步確定 螺桿的螺紋長度為：L=30D=3072=2160mm 根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，螺桿三段長度的分配如表 3.1。 表 3.1 長度分配比例表 塑料類型 加料段 1 L壓縮段 2 L計(jì)量段 3 L 非

25、結(jié)晶型 塑料 10%25%全 長 55%65%全 長 22%25%全 長 結(jié)晶型塑 料 60%65%全 長 12 螺距25%35%全 長 所以：加料段=（10%25%）L，取 =0.15L=0.122160=259mm 1 L 1 L 壓縮段=（55%65%）L，取 =0.6L=0.652160=1404mm 2 L 2 L 計(jì)量段=（22%25%）L，取=0.25L=0.232160=497mm 3 L 3 L 螺桿壓縮比。因壓縮比的確定非常復(fù)雜，目前國內(nèi)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取。對(duì)塑料而 言，螺桿幾何壓縮比大多數(shù)為 25,根據(jù)常用塑料螺桿的幾何壓縮比表，選取螺桿 壓縮比：=3 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

26、（論文） 1 為了加工方便，等距螺桿取 S=D 螺距 S： S=D=72mm 螺紋頭數(shù)： i=1 螺紋升角：=arctan=arctan= S D 3 3 72 10 3.14 72 10 17 41 螺棱法向?qū)挾?e：根據(jù)對(duì)緊密共軛齒廓的要求和齒輪傳動(dòng)嚙合基本原理，考慮 到螺桿制造和安裝方便，同時(shí)為了更好的對(duì)物料進(jìn)行充分混合，把螺桿設(shè)計(jì)成接 近共軛型，取螺棱法向?qū)挾葹椋?e=30mm 螺棱軸向?qū)?b：b=e/Cos=30/Cos=12.6mm17 41 螺槽法向?qū)?E：E=SCos30=72Cos30=38.7mm17 41 螺槽軸向?qū)?B：B=Db=7231.4=40.6mm 螺桿與機(jī)筒間

27、隙 =0.3mm 3.1.2 螺桿材料的選擇 螺桿工作時(shí)不僅所受扭矩較大，而且是在高溫、高壓下工作。因螺桿要與機(jī) 筒配合工作，所以還要受到機(jī)械摩擦磨損、刮磨及塑料摩擦的作用，某些塑料還 會(huì)有較強(qiáng)的化學(xué)腐蝕作用。所以螺桿可能產(chǎn)生扭斷、因磨損嚴(yán)重而與機(jī)筒間隙增 大使產(chǎn)量降低等失效形式。 根據(jù)以上螺桿的實(shí)際工況，要保證螺桿能正常工作，必須選擇合適的材料。 其材料性能要求為：機(jī)械性能好，耐磨性能好，耐腐蝕性能好，加工性能好。由 于 38CrMoA1 綜合性能好且是擠出機(jī)螺桿應(yīng)用最廣泛的材料，因此選擇 38CrMoA1 作為螺桿的材料。 3.1.3 螺桿設(shè)計(jì)計(jì)算 到此已知螺桿參數(shù)為： 最高轉(zhuǎn)速： max

28、 260 / min4.3 /nrr s 最高產(chǎn)量：G=200Kg/h 螺桿直徑：D=72mm 螺距 S： S=72 mm 長徑比： L/D=30 螺槽法向?qū)挾龋篍=38.7mm 螺槽軸向?qū)挾龋築=40.6mm 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 螺棱法向?qū)挾龋篹=30mm 螺棱軸向?qū)挾龋篵=31.4mm 螺紋升角：=17 41 查表得:聚氯乙烯（PVC）的堆積密度為 3 /500mkg 固相密度 3 /1400mkg s 液相密度 3 /1200mkg m 熔池溫度 CTb190 由于雙螺桿擠出機(jī)的理論很不成熟，加之螺桿嚙合部分容積相對(duì)于整個(gè)螺桿 來說很小，故可以把雙螺桿看成兩根單螺桿進(jìn)行

29、計(jì)算，然后做一定的因雙螺桿嚙 合帶來數(shù)據(jù)校正。 （1）計(jì)算熔融速率。 為了保證穩(wěn)定的擠出過程，熔體輸出量、固體輸送量和固體熔融量應(yīng)該平衡。 即： Sm GAQ 式中 固體輸送量； S G 單位面積熔融速率； 固體粒料與機(jī)筒的接觸面積；A 熔體密度； m 熔體輸出量；Q 取螺桿轉(zhuǎn)速下塑料的輸出量為：G=200Kg/h4.3 /r s =/ m QG 53 4.63 10/ms 估算面積 A。由于螺桿嚙合部分沒有機(jī)筒對(duì)物料進(jìn)行加熱，但螺紋嚙合處沒有 機(jī)筒部分占整個(gè)機(jī)筒的比例較小，因此機(jī)筒的總面積約為 1.8,其中螺槽占DL 56.3%，假設(shè)其中固體與熔體塑料各占一半，則固體總面積 A：0.5ADL

30、 熔融速率：=0.228 0.5 G DL 2 /kg s m （2）計(jì)算計(jì)量段螺槽深度。 為了保證螺桿的硬特性，避免壓力波動(dòng)引起過大的輸出量波動(dòng)，應(yīng) p d Q i Q 取較小的值，但為了達(dá)到較好的混合質(zhì)量，又不能取得過小。綜合上述原因，?。?0.2i 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 由得：= dp QQQ1.25 d QQ 53 5.79 10/ms 由于是雙螺桿，則有： 2 3( ) cos d QDHDb n = 取 3 2 () cos d Q H D Db n 1.574mm 3 1.8Hmm （3）驗(yàn)算計(jì)量段長度。 螺桿的剪切速率為：= 3 Dn H 1 540.1s 當(dāng)溫

31、度為時(shí)，由流變曲線得： C1904100Pa s 有上文可知：=0.25 p QQ 53 1.16 10/ms 令=，由式：得： PP 3 3 3 1 ()cos sin 12 p P QDb H L = 497mm 94.7mm 合格 3 3 3 ()cos sin 12 p Db H P L Q 94.7mm （4）確定加料段螺槽深度。 根據(jù)常用塑料的幾何壓縮比表，?。?3 則加料段螺紋槽深度為： =5.72mm 1 h 1 h 2 33 0.54()DDh Dh 取 =5.7mm 驗(yàn)算壓縮比=2.99 正確 1 h 11 33 () () Dh h Dh h （5）驗(yàn)算壓縮段長度。 計(jì)算

32、螺槽內(nèi)固體粒料厚度減小的速率，即形成熔膜的速率, 2Z V = 2Z b V 4 4.56 10/m s 即固體粒料在壓縮段中移動(dòng)時(shí)，在每秒鐘移動(dòng)的距離上螺槽深度的減小量不 能超過 0.456mm .否則固體粒料來不及完全熔融而堵塞螺槽，引起產(chǎn)量波動(dòng)。此時(shí) 固體粒料順著螺槽的流動(dòng)速率：= SZ V 1( )cos SZ b G V H Db 0.4033/m s 則壓縮段順著螺槽展開的長度:= 2Z L 213 2 () SZ S Z V LHH V 3449.3mm 則壓縮段的最小長度為:=1032mm 2 L 2 L 2sinS L 由于 1404mm 1034mm 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)

33、計(jì)（論文） 1 （6）螺桿中心距的確定。 考慮到螺桿的安裝和物料的混合均勻，又不至于螺桿產(chǎn)生干涉，取螺桿的中 心距 a:a=70.7mm 3 0.5Dh （6）歸納設(shè)計(jì)結(jié)果。 加料段長度：=259mm 1 L 加料段螺槽深度：=5.7mm 1 h 壓縮段長度：=1404mm 2 L 計(jì)量段長度：=497mm 3 L 計(jì)量段螺槽深度： 3 1.8Hmm 螺槽軸向?qū)挾龋築=40.6mm 螺棱軸向?qū)挾龋篵=31.4mm 螺桿中心距 a：a =70.7mm 3.1.4 螺桿的強(qiáng)度校核與計(jì)算 雙螺桿擠出機(jī)中需要進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算的主要零部件是螺桿和機(jī)筒。進(jìn)行螺桿的 強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，必須先確定原始數(shù)據(jù)。決定螺桿強(qiáng)度

34、的原始數(shù)據(jù)包括：機(jī)頭最大壓 力 P、螺桿軸向力及螺桿扭矩。 Z F t M （1）機(jī)頭壓力的確定 機(jī)頭壓力可以用理論計(jì)算方法和實(shí)測方法得到。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速增加到一定程度 時(shí)，實(shí)際機(jī)頭壓力與轉(zhuǎn)速的關(guān)系并不成正比，在實(shí)際生產(chǎn)中常以試驗(yàn)測定機(jī)頭壓 力。 根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中產(chǎn)量為 200 的國產(chǎn)雙螺桿擠出機(jī)的機(jī)頭壓力一般為/kg h ，?。篜=40.0MPa30 50PMPa （2）螺桿軸向力的確定 螺桿軸向力的大小受到物料物理性能、機(jī)頭壓力、螺棱構(gòu)型、螺桿轉(zhuǎn)速及機(jī) 筒溫度等、因素的影響。螺桿軸向力可按下式計(jì)算： 21 PPFZ 式中 物料作用在螺桿端面上的總壓力，單位為 N； 1 P =D/4 1 P 2

35、p 式中 螺桿端部的物料壓力，單位為 MPa，國產(chǎn)擠出機(jī)一般取p =3050MPa。p 動(dòng)載荷產(chǎn)生的附加壓力的沿軸向的力的分量， 約為的 2 P 2 P 1 P 1/81/4，即=（0.1250.25），取：=0.2D/4 2 P 1 P 2 P 2 p 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 所以有：= 1.2D/4 12Z PPP 2 p （3）螺桿冷卻孔直徑確定 由于聚合物在擠出過程中與金屬接觸面積中有一半在螺桿上，為了避免螺桿 過熱需在擠出過程中對(duì)螺桿進(jìn)行冷卻。 取螺桿冷卻水孔的直徑： 0 10dmm （3）螺桿強(qiáng)度的計(jì)算 螺桿與減速箱傳動(dòng)軸的連接有固定式和浮動(dòng)式兩種。無論是哪種連接方式

36、在 進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，都將螺桿視為一端固定的懸臂梁。螺桿主要受到物料壓力 P，克 服物料阻力所需的扭矩和螺桿自重 G 的作用。由于雙螺桿的嚙合角度很小，所 t M 以計(jì)算時(shí)近似認(rèn)為螺桿所受徑向力大小相對(duì)方向相反，可以抵消。螺桿所受軸 r p 向力為。由于螺桿軸向彎曲作用較小可忽略不計(jì)。螺桿自重 G 對(duì)螺桿產(chǎn)生橫向 z p 彎曲作用。因此，螺桿所受的綜合受力作用為：螺桿軸向力、螺桿扭矩及螺桿自 重產(chǎn)生的壓、扭、彎的力的組合。由于加料段螺桿的根徑較小，承載能力最低， 所以強(qiáng)度計(jì)算以加料段的根徑截面為強(qiáng)度計(jì)算、校核截面。 由軸向力產(chǎn)生的壓應(yīng)力：=69.5 c 2 22 0 1.2 () c s pD

37、dd MPa 式中 軸向力產(chǎn)生的壓應(yīng)力，MPa； c 螺桿的最小內(nèi)徑端面直徑，mm； s d 螺桿冷卻水孔直徑，mm. 0 d 由扭矩產(chǎn)生的剪切應(yīng)力 ： =35.8 max 6 max 34 1 2 9.55 10 (1) 16 t s s N Mn W dC a MP 主電機(jī)的最大傳遞功率，KW; max N 螺桿的最高轉(zhuǎn)速，r/min。 max n 電動(dòng)機(jī)傳遞效率，此時(shí)校核取 1； C； 0/ dd 螺桿的剪切應(yīng)力，MPa； 由螺桿自重產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力： b = 34 2 (1) 32 b b b s L G M W dC 22 34 () 0.1 (1) s s L Dd dC 0.24M

38、Pa 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 式中 L螺桿的有效長度，mm； 螺桿材料密度，鋼取 7.85； 3 /mt 3 /mt 由自重產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力，單位 MPa； b 螺桿的合成應(yīng)力 r 合成應(yīng)力用第三強(qiáng)度理論計(jì)算，其強(qiáng)度條件為：4 2 pr 查表得的屈服極限： = p 85 9.8833MPa 有： =71.2MPa65HRC，脆性不大于 2 級(jí)。 螺桿外圓極限偏差應(yīng)符合 GB/T1184-1999 h8 的規(guī)定。螺桿的上、下偏差分別 為： 上偏差：es=0m 下偏差：ei=39m 螺桿全長直線度公差值應(yīng)符合 GB/T1184-1996 h7 的精度等級(jí)規(guī)定。所以螺桿 的直線度公差值為

39、： me10 0 螺桿外圓：螺紋槽底徑的表面粗糙度不大于 0.8m，螺棱兩側(cè)的表面粗糙 a R 度不大于 1.6m。 a R 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 3.1.6 螺桿傳動(dòng)系統(tǒng)及止推軸承布置設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)雙螺桿傳動(dòng)系統(tǒng)比較困難的問題是配位齒輪和止推軸承的布置。因受螺 桿嚙合條件的限制使安裝配位齒輪和止推軸承在空間上受到很大的限制。 本設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)及止推軸承的布置從機(jī)頭開始的順序?yàn)椋荷顪锨蜉S承配位 齒輪止推軸承。將止推軸承布置在減速箱之后。 雙螺桿傳動(dòng)齒輪布置如圖 3.1。 圖 3.1 齒輪布置圖 1、2 為配位齒輪，c 為減速箱輸出齒輪。 3.2 機(jī)筒的設(shè)計(jì) 機(jī)筒是雙螺桿擠出機(jī)最重要的

40、部件之一。機(jī)筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理直接 影響到擠出機(jī)的熱量傳遞的穩(wěn)定性及均勻性；機(jī)筒的加料段設(shè)計(jì)影響到塑料 固體輸送效率；機(jī)筒的加工與裝配影響擠出機(jī)的工作性能和機(jī)器壽命。所以， 對(duì)于擠出機(jī)機(jī)筒，涉及到其結(jié)構(gòu)形式選擇、機(jī)筒加料口形式確定及其各段與 機(jī)頭的連接等問題。 3.2.1 機(jī)筒的結(jié)構(gòu)類型選擇及特性 機(jī)筒的結(jié)構(gòu)類型有多種，主要有分段式、整體式、雙金屬和軸向開槽結(jié)構(gòu)形 式。 整體式機(jī)筒的特點(diǎn)是加工精度容易滿足，轉(zhuǎn)配誤差小；長徑比大，零件數(shù)目 少；機(jī)筒受熱均勻，配置加熱器不受限制。但整體式機(jī)筒對(duì)加工設(shè)備及加工技術(shù) 要求較高，且磨損后修復(fù)困難。 分段式機(jī)筒是將機(jī)筒分成若干段來加工，各段加工好后通過法

41、蘭連接起來。 這種機(jī)筒加工比較容易，可適應(yīng)多種長徑比的要求，對(duì)于長徑大的螺桿，因過長 的機(jī)筒整體難以加工，也配以分段式機(jī)筒，但分段多，對(duì)中性不易保證，連接法 蘭也會(huì)影響到機(jī)筒的加熱均勻性。為減少裝配困難，分段盡量少。為減少熱量損 失，法蘭尺寸盡可能小。 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 雙金屬機(jī)筒有澆鑄式和襯套式兩種結(jié)構(gòu)形式。襯套式機(jī)筒具有易更換、壽命 長、節(jié)約貴金屬等優(yōu)點(diǎn)，但其設(shè)計(jì)、制造、裝配都較為復(fù)雜。澆鑄式機(jī)筒的優(yōu)點(diǎn) 是合金層與機(jī)筒合為一體，在擠出機(jī)機(jī)筒的內(nèi)表面結(jié)合均勻，不會(huì)脫落或開裂， 耐磨性好，壽命長，滑動(dòng)性好，但成本高。 軸向開槽機(jī)筒能提高固體輸送率，但其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要綜合考慮被

42、加工物料的 性能，如物料的大小、幾何形狀、物料顆粒間的摩擦系數(shù)值，顆粒在凹槽中的抗 剪切強(qiáng)度，由顆粒組成的楔形結(jié)構(gòu)的抗剪強(qiáng)度，套筒的冷卻性能，螺桿的轉(zhuǎn)速， 以及與加熱機(jī)筒的隔熱程度等因素。 綜合上述各種結(jié)構(gòu)類型機(jī)筒的優(yōu)劣以及雙螺桿螺桿擠出機(jī)的設(shè)計(jì)要求，選擇 分段式機(jī)筒。 3.2.2 機(jī)筒的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 機(jī)筒壁厚的設(shè)計(jì)，要考慮機(jī)筒的強(qiáng)度要求，還要考慮其結(jié)構(gòu)工藝性以及機(jī)筒 傳熱效率等因素，使加工容易，傳熱快且穩(wěn)定。雙螺桿擠出機(jī)筒斷面形狀為型， 在綜合了經(jīng)驗(yàn)和理論計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，我國擠出機(jī)生產(chǎn)廠家提出了擠出機(jī)機(jī)筒 壁厚的參考值。 根據(jù)參考值，可選擇機(jī)筒壁厚 h 為： h=40mm 機(jī)筒的內(nèi)徑 mm

43、DD72 1 機(jī)筒的外徑 mmhDD152402722 12 機(jī)筒兩孔的中心距為兩螺桿中心距，即為 70.7mm. 機(jī)筒總長度 L 的確定。 查 GB/T297-95,選取安裝在機(jī)筒內(nèi)深溝球軸承的代號(hào)為 61810，其內(nèi)徑為 50， 外徑為 65mm ,寬為 7mm .軸承端蓋暫取 40mm ,螺桿螺紋端末端到軸承需留一段長 度供密封，取該段長度為 30mm. 則螺桿的重長度 L 為：L=2160+7+40+30=2237 mm ?。?L=2240mm 3.2.3 機(jī)筒的材料選擇 工作時(shí)機(jī)筒受到刮磨、摩擦磨損以及塑料摩擦的作用，一些塑料還會(huì)有較強(qiáng) 的化學(xué)腐蝕作用。普通機(jī)筒材料為一般鋼材（如 4

44、5 號(hào)鋼） 、鑄鋼或球磨鑄鐵。為 了提高機(jī)筒的耐磨性，國際上的擠出機(jī)機(jī)筒有采用氮化鋼制造，其強(qiáng)度極限約為 900MPa。 這里我們選擇 40Cr 鋼作為機(jī)筒的制造材料。 機(jī)筒的強(qiáng)度計(jì)算 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 機(jī)筒內(nèi)部受塑料熔料的壓力作用，熔料在機(jī)筒內(nèi)產(chǎn)生的力沿機(jī)筒軸向的分布 是相當(dāng)復(fù)雜的，各處壓力不等。由于機(jī)頭處壓力最大，因此一般取機(jī)頭壓力為計(jì) 算壓力值。 進(jìn)行機(jī)筒設(shè)計(jì)時(shí)，用壁厚圓筒理論來對(duì)料筒進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。 根據(jù)厚壁圓筒的理論，當(dāng)筒壁內(nèi)受到物料壓力 P 的作用時(shí)，筒壁上各點(diǎn)處于 三向應(yīng)力狀態(tài)，三向應(yīng)力分別為：徑向應(yīng)力，軸向應(yīng)力，切向應(yīng)力。 r z t 機(jī)筒的內(nèi)壁處，徑向應(yīng)力和

45、切向應(yīng)力都達(dá)到最大值。 徑向應(yīng)力： r MPaP D D DD PD r 401 2 1 2 2 2 1 2 2 2 1 切向應(yīng)力：=63.1MPa t 2 1 2 2 2 1 2 2 DD DDP t 軸向應(yīng)力為： =11.6MPa z 2 1 2 2 2 1 DD PD z 由于機(jī)筒為塑性材料，可用第四強(qiáng)度理論進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和強(qiáng)度校核，機(jī)筒壁 厚的強(qiáng)度條件為： 222 0.5 rttzzr 查表得 40Cr 的屈服強(qiáng)度極限為 540MPa, s 則：，有： MPan s 8 . 2343 . 2/540/ =89.3MPa55HRC，脆性不大于 2 級(jí)。 （3）公差：機(jī)筒內(nèi)孔極限偏差：上偏差

46、 ES=0.231mm 下偏差 EI=0.130mm 機(jī) 筒內(nèi)孔軸線的直線度公差值應(yīng)符合 GB/T1184-1996 7 級(jí)的精度規(guī)定。則所設(shè)計(jì)機(jī) 筒的直線度公差為： me10 1 （4）機(jī)筒內(nèi)孔：表面粗糙度不大于 1.6。 a Rm 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 3.3 螺桿與機(jī)筒的配合要求 3.3.1 螺桿與機(jī)筒的配合間隙 螺桿與機(jī)筒的配合間隙值影響到擠出機(jī)的功率消耗、生產(chǎn)能力、使用壽命、 f 機(jī)器加工成本等問題。取值過大，加工、裝配比較容易容易，但生產(chǎn)能力會(huì)降 f 低，塑料原料在機(jī)筒內(nèi)的停留時(shí)間難以控制，甚至?xí)斐蔁岱纸?。如果取值過 f 小，功率消耗大，加工、裝配困難，且易使螺桿

47、和機(jī)筒發(fā)生磨損，降低擠出機(jī)使 用壽命。 螺桿與機(jī)筒之間的間隙值可按 JB1291-73 來選取。則設(shè)計(jì)的雙螺桿擠出機(jī)的 螺桿和機(jī)筒之間的間隙取值： f mm f 3 . 0 3.3.2 螺桿與機(jī)筒的對(duì)中性 擠出機(jī)螺桿與機(jī)筒的對(duì)中性在設(shè)計(jì)上要求螺桿的中心線與機(jī)筒的中心線重合。 然而由于制造、裝配過程中所產(chǎn)生的螺桿定位面與螺桿中心線不同心、機(jī)筒內(nèi)孔 偏差、螺桿徑向跳動(dòng)、螺桿推力面與螺桿中心線不垂直、法蘭平面對(duì)機(jī)筒中心不 垂直、內(nèi)孔徑向跳動(dòng)等安裝誤差和加工誤差都會(huì)影響對(duì)中性。要保證螺桿與機(jī)筒 的對(duì)中性，一般需要采取以下措施提高對(duì)中性：選取有效的定位基準(zhǔn)和合理的連 接方式；提高零件的加工與裝配精度，減

48、少零件數(shù)目。 3.4 送料螺桿的設(shè)計(jì) 為了使塑料與其他材料能夠進(jìn)行定量定比例的加入，因此要在機(jī)筒加料口上 方添加兩根送料螺桿。其中，一根螺桿用于輸送聚合物塑料顆粒，另一根螺桿用 于輸送其他復(fù)合材料。工作時(shí)，只需要分別控制兩根送料螺桿的轉(zhuǎn)速比及兩根送 料螺桿與主螺桿之間的轉(zhuǎn)速關(guān)系，就能夠較精確地將復(fù)合原材料通過送料螺桿送 入到塑料顆粒中去混合。沒根螺桿按照最大輸送能力 200kg/h 進(jìn)行設(shè)計(jì)。所設(shè)計(jì) 螺紋斷面形狀為矩形。 送料螺桿的基本參數(shù)設(shè)計(jì)如下。 螺桿直徑 D d=40mm 螺紋升角 =17.41 螺距 S S= 40mm 螺紋頭數(shù) 單頭螺紋 螺棱法向?qū)?e e=0.1d=0.140=4m

49、m 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 螺棱軸向?qū)?b b=e/Cos=4.2mm 螺槽法向?qū)?W W=SCose=37.9mm 螺槽軸向?qū)?B B=db=35.8mm 螺桿與機(jī)筒之間的間隙 f mm f 2 . 0 摩擦因數(shù)、 =0.27 b f s f b f s f 轉(zhuǎn)速 n n=200r/min 敞開式固體輸送 =0 1 P 2 P 由于送料螺桿主要是用于顆粒狀或粉末狀材料的輸送，因此送料螺桿可按照 普通螺桿送料段的設(shè)計(jì)方法來進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。 螺桿在 n=200r/min 的轉(zhuǎn)速下的輸出量為 G=200kg/h。 則固體輸送量 Q： 43 /1.11 10/QGms 由得：=15.5m

50、m 1 () cos 2 QDH Db n 2 () cos Q H D Db n 3.5 分流板及過濾網(wǎng) 在擠出機(jī)機(jī)筒與機(jī)頭之間設(shè)分流板（也稱多孔板）和過濾網(wǎng)，其作用是： 防止熔料中的雜質(zhì)和未熔物料進(jìn)入機(jī)頭而堵塞機(jī)頭流道或影響產(chǎn)品質(zhì)量；使由 機(jī)筒來的熔料的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，并分成若干束，以保證擠出穩(wěn)定；攪 拌混合，增強(qiáng)塑化效果。設(shè)置料流障礙，以增加背壓來保證制品的密實(shí)；支 撐過濾網(wǎng)。 3.5.1 分流板 因聚氯乙烯為熱敏性物料，分流板的設(shè)置離螺桿頭部距離要小，以防止積料 產(chǎn)生熱分解。但也不能因距離設(shè)置過小而使物料的螺旋運(yùn)動(dòng)來不及轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn) 動(dòng)，導(dǎo)致物料縱向流動(dòng)不穩(wěn)定。一般應(yīng)使螺桿頭部至

51、分流板的容積小于或等于計(jì) 量段一個(gè)螺紋槽的容積，其距離為 0.1D。 目前，國產(chǎn)擠出機(jī)多采用制造方便、結(jié)構(gòu)簡單的平板型分流板。為保證物料 流經(jīng)分流板后速度不變，且由于聚氯乙烯為熱敏性物料，把分流板設(shè)計(jì)孔眼尺寸 為中間孔眼直徑大而稀疏形式，以降低流道阻力，避免熱分解。本雙螺桿擠出機(jī) 分流板的設(shè)計(jì)尺寸及孔眼尺寸分別為： 孔眼直徑 mmDk5 開孔率 %39 k O 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 分流板至螺桿頭部的距離 取 mmDLk2 . 71 . 07 k Lmm 分流板尺寸 mmEk11 分流板的孔道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要光滑無死角，以便物料的流動(dòng)和清理。所以孔道的 進(jìn)料段設(shè)倒斜角，分流板的材料用

52、不銹鋼 2Cr13。 3.5.2 過濾網(wǎng) 對(duì)于加工醫(yī)療用品、電纜、透明制品、薄膜、單絲等產(chǎn)品質(zhì)量要求較高時(shí)， 擠出成型需要在分流板上設(shè)置過濾網(wǎng)。過濾網(wǎng)一般為金屬網(wǎng)，細(xì)度為 20120 目， 放置層數(shù) 15 層。網(wǎng)的細(xì)度及層數(shù)由塑料的物料性能、制品的形狀、密度要求及 擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)形式等決定。網(wǎng)的放置為：細(xì)的銅絲網(wǎng)放在靠螺桿一側(cè)，粗的銅絲 網(wǎng)放在靠分流板一側(cè)。 3.6 料斗的設(shè)計(jì) 料斗的設(shè)計(jì)遵循不允許物料結(jié)成團(tuán)、架橋和掛料的原則。料斗角度應(yīng)該大于 塑料顆粒的靜止角。為了達(dá)到設(shè)計(jì)所需要求，該擠出機(jī)設(shè)置兩個(gè)料斗：一個(gè)用于 盛裝主料；另一個(gè)用于盛裝添加料。如下圖 3.2 所示： 圖 3.2 料斗 3.7

53、 擠出機(jī)電機(jī)的選擇 為了實(shí)現(xiàn)在調(diào)速范圍內(nèi)的無級(jí)調(diào)速和保證雙螺桿擠出機(jī) 50r/min260r/min 的 調(diào)速范圍，選擇直流電機(jī)作為擠出機(jī)電機(jī)。雙螺桿擠出機(jī)功率的確定通常是根據(jù) 經(jīng)驗(yàn)選取，根據(jù)我國同向雙螺桿擠出機(jī)基本參數(shù)表(JB/T 5420-91)選取擠出機(jī)主 電機(jī)功率為：P=55KW 擠出機(jī)電機(jī)選擇某公司生產(chǎn)的型號(hào)為 Z3-250-31 直流電動(dòng)機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù) 為：額定功率為 55 KW、額定電壓 440V、額定轉(zhuǎn)速為 500r/min。 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 3.8傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3.8.1 傳動(dòng)方案的確定 本設(shè)計(jì)選取的直流電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為 500r/min，擠出機(jī)

54、設(shè)計(jì)的最高轉(zhuǎn)速為 260 r/min，因此需要在電機(jī)輸出軸和螺桿之間設(shè)置減速器，總傳動(dòng)比： =1.92。由參考文獻(xiàn)1雙螺桿擠出機(jī)及其應(yīng)用知，由于受擠出機(jī)螺桿上i 500 260 配位齒輪大小的限制，防止發(fā)生擠出機(jī)螺桿的配位齒輪與高速級(jí)從動(dòng)齒輪產(chǎn)生干 涉，因此把減速箱和螺桿配位齒輪整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成兩級(jí)減速一級(jí)增速。 傳動(dòng)比的分配：由于配位齒輪受到螺桿直徑的限制，如果第一級(jí)傳動(dòng)比取得 過小，則減速器的第二根軸上的小齒輪會(huì)較小，而此軸的直徑較第一根軸大，如 此對(duì)鍵和齒輪的強(qiáng)度有很大的不利，因此應(yīng)把第一級(jí)減速的傳動(dòng)比設(shè)置大些?。?，則后續(xù)總傳動(dòng)比=0.8 1 2.4i 0 1 i i i 3.8.2

55、 齒輪參數(shù) 第第減速級(jí)齒輪減速級(jí)齒輪 （1）選擇齒輪材料，確定許用應(yīng)力 選用滲碳淬火的材料制成的齒輪20CrMnTi 許用接觸應(yīng)力 由式 H lim lim H H H S 接觸疲勞極限 limH 3 lim1 1600/ H N mm 3 lim2 1600/ H N mm 齒輪接觸強(qiáng)度壽命系數(shù) 設(shè)計(jì)擠出機(jī)每天工作 24 小時(shí)，每年工作 300 天， N Z 預(yù)期壽命為 10 年，應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N 由式 11 6060 500 1 (24 300 10) h Nn jL 9 2.16 10 21/ NNi 9 1.13 10 查接觸強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù)圖表得1 1 N Z 1N Z 2N Z

56、接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù) minH S 1 1600 1/1 H 2 1600 1/1 H 許用彎曲應(yīng)力 由式 F lim min F FNX F Y Y S 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 彎曲疲勞極限 查試驗(yàn)齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 limF limF 2 lim1 1000/ F N mm 2 lim2 1000/ F N mm 查彎曲強(qiáng)度壽命系數(shù)圖 N Y 12 1 NN YY 查彎曲強(qiáng)度尺寸系數(shù)圖（假設(shè)模數(shù)小于 5mm） X Y1 X Y 彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù) minF S min 1.4 F S 則 2 1 714.3/ F N mm 2 2 714.3/ F N mm （2）齒面

57、接觸疲勞強(qiáng)度 確定齒輪傳動(dòng)的精度等級(jí)，按估取圓周速度 3 11 /022 . 0 013 . 0 nPnvt =2.4m/s，參考通用機(jī)械所用齒輪傳動(dòng)的精度范圍圖表和齒輪第公差精度與齒 t v 輪圓周速度圖表選取小輪分度圓直徑，由式 1 d 3 2 1 12 H HE d ZZZ u uKT d 齒寬系數(shù) 查圓柱齒輪的齒寬系數(shù)表，按相對(duì)軸承為非對(duì)稱分布選取 d 小齒輪齒數(shù) 在推薦值 2040 中取 =23 1 Z 1 Z 大齒輪齒數(shù) 2 Z 2 . 55234 . 2 12 ZiZ 圓整選取 =55 2 Z 齒數(shù)比 u 39 . 2 23/55/ 12 ZZu 傳動(dòng)比誤差u/u u/u=（2.

58、4-2.39）/2.4=0.00420.05 小齒輪轉(zhuǎn)矩 =1050500Nmm 1 6 1 1055 . 9 n P T 500 55 1055 . 9 6 載荷系數(shù) K K= KKKK vA 1.0 1.25 1.05 1.1 材料彈性系數(shù) 查材料彈性系數(shù)表 =189.8 E Z E Z 2 /N mm 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 查節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)表 H Z2.5 H Z 重合度系數(shù) 由推薦值 0.850.92 =0.88Z Z 故：=70.74mm 2 3 1 2 1.44 10505002.39 1189.8 2.5 0.88 12.391600 d 齒輪模數(shù) =3.08 按漸開線齒輪標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)表圓整m

59、 11 /mdZ70.74/ 23 故小輪分度圓直徑： 1 dmmmZd92234 11 大輪分度圓直徑： 2 d 22 4 55220dmZmm 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 圓周速度sm nd v/41 . 2 60000 5009214 . 3 60000 11 標(biāo)準(zhǔn)中心距=156mm 2 21 12 zzm a 2 55234 齒寬mmdb d 6 . 5674.708 . 0 1 大齒輪齒寬 取=57mmmmbb 6 . 56 2 2 b 小齒輪齒寬 取=65mm )105( 21 bb 1 b （3）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 由式 FsaFaF YYY mbd KT 1 1 2

60、 查齒形系數(shù)和應(yīng)力修正系數(shù)表 齒形系數(shù) 小輪 大輪 Fa Y69 . 2 1 Fa Y30 . 2 2 Fa Y 應(yīng)力修正系數(shù) 小輪 大輪 sa Y575 . 1 1 sa Y715 . 1 2 sa Y 重合度 1122 1 (tantan)(tantan) 2 a ZZ 14 23cos20 23 (tan(arccos)tan20 ) 24 232 4 4 55cos20 55 (tan(arccos)tan20 ) 4 552 4 重合度系數(shù)0.250.75/Y = 1 2 1.44 1050500 2.69 1.575 0.7 65 92 4 F 1 2 /1 .375 F mmN = 2 2 1.44 1050500 2.3 1.715 0.7 57 220 4 F 1 2 /5 .166 F mmN （4）齒輪其他主要尺寸計(jì)算 齒根圓直徑 f