雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)【7張CAD圖紙+畢業(yè)論文】

雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)

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1雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)概述

1.1  雙螺桿擠出機(jī)概述

塑料擠出成型是在擠出機(jī)中通過(guò)加熱、加壓而使塑料以及熔融流動(dòng)狀態(tài)連續(xù)通過(guò)口模成型的方法，或簡(jiǎn)稱(chēng)為擠塑。擠出成型是聚合物加工中出現(xiàn)較早的一門(mén)技術(shù),在19世紀(jì)初已有使用。擠出成型可加工的聚合物種類(lèi)很多,制品更是多種多樣,成型過(guò)程也有許多差異比較常見(jiàn)的是以固體塊狀加料擠出制品的過(guò)程。其擠出成型過(guò)程為:將顆粒狀或粉狀的固體物料加入到擠出機(jī)的料斗中,擠出機(jī)的料筒外面有加熱器,通過(guò)熱傳導(dǎo)將加熱器產(chǎn)生的熱量傳給料筒內(nèi)的物料,溫度上升,達(dá)到熔融溫度。機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn),料筒內(nèi)的螺桿轉(zhuǎn)動(dòng),將物料向前輸送,物料在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與料筒、螺桿以及物料與物料之間相互摩擦、剪切,產(chǎn)生大量的熱,與熱傳導(dǎo)共同作用使加入的物料不斷熔融,熔融的物料被連續(xù)、穩(wěn)定地輸送到具有一定形狀的機(jī)頭(或稱(chēng)口模)中。通過(guò)口模后,處于流動(dòng)狀態(tài)的物料取近似口型的形狀,再進(jìn)入冷卻定型裝置,使物料一面固化,一面保持既定的形狀,在牽引裝置的作用下,使制品連續(xù)地前進(jìn),并獲得最終的制品尺寸。最后永切割的方法截?cái)嘀破?以便儲(chǔ)存和運(yùn)輸。

擠出成型加工的主要設(shè)備是擠出機(jī)，此外，還有機(jī)頭口模及冷卻定型、牽引、切割、卷取等附屬設(shè)備。其擠出制品都是連續(xù)的形體，在生產(chǎn)及應(yīng)用上都具有多方面的優(yōu)點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在塑料制品成形加工中，擠出成型制品的產(chǎn)量約占整個(gè)塑料制品的50％以上。所以，擠出成型在塑料制品成型加工工業(yè)中占有重要地位。

塑料在擠出機(jī)內(nèi)熔融塑化，通過(guò)口模成為所需要的形狀，經(jīng)冷卻定型而得到與口模斷面形狀相吻合的制品。

擠出成型是塑料加工工業(yè)中最早的成型方法之一。早在19世紀(jì)初期，擠出機(jī)就用于生產(chǎn)鉛管、面條。早期的擠出機(jī)是柱塞式的，直到1936年才研制成功電加熱的單螺桿擠出機(jī)，這就是現(xiàn)代塑料擠出機(jī)的起源。

同其他成型方式相比，擠出成型具有以下突出優(yōu)點(diǎn)。

1.設(shè)備成本低，制造容易，因此投資少，見(jiàn)效快，占地面積小，生產(chǎn)環(huán)境清潔。

2.生產(chǎn)效率高。擠出機(jī)的單機(jī)產(chǎn)量較高。特別適合于較長(zhǎng)的尺寸的制品。如制造較長(zhǎng)的管材，板材、型材、薄膜等，而且產(chǎn)品質(zhì)量均勻、密實(shí)。其生產(chǎn)效率的提高比其它成型方法快。

3.擠出成型可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)化、自動(dòng)化生產(chǎn)。生產(chǎn)操作簡(jiǎn)單，工藝控制容易，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

4.可以根據(jù)產(chǎn)品的不同要求，改變產(chǎn)品的斷面形狀。其產(chǎn)品為管材、棒材、片材、板材、薄膜、電纜、單絲、中空制品及異型材等。

5.應(yīng)用范圍廣。只要改變螺桿及輔機(jī)，就能適用于多種塑料及多種工藝過(guò)程。例如，可以加工大多數(shù)熱塑性塑料及部分熱固性塑料，也能用擠出法進(jìn)行共混改性、塑化、造粒、脫水和著色等。

6.可以進(jìn)行綜合性生產(chǎn)。擠出機(jī)與壓延機(jī)配合，可以喂料生產(chǎn)壓延薄膜，與油壓機(jī)配合生產(chǎn)各種模壓制品。

隨著聚合物加工業(yè)的發(fā)展，作為聚合物的主要加工設(shè)備之一的擠出機(jī)得到了飛速發(fā)展，并以其優(yōu)異的加工性能得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)。

一套完整的擠出設(shè)備由主機(jī)和相應(yīng)的輔機(jī)以及其它控制系統(tǒng)組成。 通常這些組成部分統(tǒng)稱(chēng)為擠出機(jī)組。它主要包括擠出系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)和加熱冷卻系統(tǒng)及控制系統(tǒng)。

1.擠出系統(tǒng)  它由料斗、螺桿和機(jī)筒組成，是擠出機(jī)工作的核心部分。其作用是使塑料塑化成均勻的熔體，并在此過(guò)程中建立壓力，再被螺桿連續(xù)、定壓、定溫、定量地?cái)D出機(jī)頭。

2.傳動(dòng)系統(tǒng)  它由電機(jī)、調(diào)速裝置及傳動(dòng)裝置組成。其作用是驅(qū)動(dòng)螺桿，并保證供給螺桿在工作過(guò)程中所需的扭矩和轉(zhuǎn)速。

3.加熱冷卻系統(tǒng)  它由溫度控制設(shè)備組成。其作用是通過(guò)對(duì)機(jī)筒進(jìn)行加熱和冷卻，保證擠出系統(tǒng)的成型在工藝要求的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。

4.控制系統(tǒng)  它主要由電器、儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。其作用是調(diào)節(jié)控制螺桿的轉(zhuǎn)速、機(jī)筒溫度、機(jī)頭壓力等。

在擠出成型中，應(yīng)用得最廣的是單螺桿擠出機(jī)和雙螺桿擠出機(jī)。雙螺桿擠出機(jī)是在擠出機(jī)機(jī)筒中并排地安裝兩根螺桿的一種擠出機(jī)，它是在單螺桿擠出機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。最初的雙螺桿擠出機(jī)是20世紀(jì)30年代后期在意大利開(kāi)發(fā)的。Roterto Colombo開(kāi)發(fā)了同向旋轉(zhuǎn)式雙螺桿擠出機(jī)，Carlo Pasqutti開(kāi)發(fā)了異向旋轉(zhuǎn)式雙螺桿擠出機(jī)。

單螺桿擠出機(jī)易于加工粒料，對(duì)粉料則不易加工。對(duì)那些形狀不規(guī)則的或是含濕度很大的懸浮料、乳劑料或分子量很高因而粘度很高的料等，實(shí)際上無(wú)法加工。單螺桿擠出機(jī)對(duì)于加入無(wú)機(jī)填料的適應(yīng)能力也是差的，且混煉效果較差。

與單螺桿擠出機(jī)相比，雙螺桿擠出機(jī)具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，如雙螺桿擠出機(jī)可以用在混煉、排氣、脫水、造粒粉料直接擠出以及玻璃纖維或其他填料的填充增強(qiáng)改性等方面。據(jù)資料介紹，近年來(lái)西歐工業(yè)國(guó)家的雙螺桿擠出機(jī)的數(shù)量已達(dá)到擠出機(jī)臺(tái)數(shù)的40%左右。特別是在成型加工中，應(yīng)用更多、更廣。例如，在管材和造粒中幾乎全部使用雙螺桿擠出機(jī)，在板材和型材的成型中，雙螺桿擠出機(jī)約占80－90%。尤其對(duì)RPVC粉料、LDPE塑料的加工，雙螺桿擠出機(jī)更是具有極大的優(yōu)越性。因?yàn)槠浼羟兴俾瘦^低（主要指異向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿擠出機(jī)）、自潔性好、在機(jī)筒中物料停留時(shí)間短。此外，雙螺桿擠出機(jī)還具有剪切力大、傳熱面積大、計(jì)量準(zhǔn)確、回流少、供料性能好、混煉效果好、塑化效果好等優(yōu)點(diǎn)。目前，雙螺桿擠出機(jī)主要用作成型加工、預(yù)塑混煉、聚合反應(yīng)以及廢料處理方面。近幾年來(lái)，我國(guó)在雙螺桿擠出機(jī)的生產(chǎn)和應(yīng)用方面同樣也都得到了迅速的發(fā)展。

目前，雙螺桿有許多種類(lèi)型，其主要可以分為：

1.從螺桿軸線(xiàn)是否平行可分為平行式和錐形式雙螺桿；前者兩根螺桿的軸線(xiàn)互相平行，后者兩螺桿的軸線(xiàn)相交成一角度。平行雙螺桿擠出機(jī)相比較于錐形雙螺桿基礎(chǔ)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：平行雙螺桿擠出機(jī)具有壓延長(zhǎng)度較大，壓延有強(qiáng)烈的塑化與均化能力的效果，而且螺桿平均直徑小，轉(zhuǎn)速較低，因此，平均剪切速率也較低，壓延頻率高，有效停留時(shí)間并  速度調(diào)節(jié)環(huán)擴(kuò)大了調(diào)速范圍，維持了工作速度的恒定，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)速的無(wú)差調(diào)節(jié)。電流調(diào)節(jié)環(huán)可把起動(dòng)電流穩(wěn)定在允許的最大值，達(dá)到最優(yōu)控制。在過(guò)載或堵轉(zhuǎn)時(shí)可獲得理想的下垂特性。在電閥電壓波動(dòng)時(shí)，由于其的快速作用，保證了電機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡，而不致產(chǎn)生自轉(zhuǎn)速量的變化。

    本調(diào)速系統(tǒng)采用了新一代的可控硅調(diào)速裝置，相同于進(jìn)口系統(tǒng)，主控制板采用緊湊板結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)器、觸發(fā)器及保護(hù)環(huán)節(jié)集中在一快板上。主回路器件選用了可控硅模塊，主機(jī)的控制裝置集中在一個(gè)小型籠式箱體內(nèi)，主控板與箱體的連接采用翻板方式，能旋轉(zhuǎn)，具有結(jié)構(gòu)緊湊，技術(shù)先進(jìn)，性能可靠，使用維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。

    主螺桿電機(jī)采用三相全控橋具有速度控制和電流控制的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，其具有良好的動(dòng)態(tài)性能和靜態(tài)指標(biāo)。

6.5.2 加熱控制系統(tǒng)

    本擠出機(jī)加熱控制回路用小型斷路開(kāi)關(guān)代替了老式的熔斷器，在過(guò)載和短路保護(hù)時(shí)，小型開(kāi)關(guān)自動(dòng)斷開(kāi)，在故障排除后，則可重新合上該開(kāi)關(guān)，繼續(xù)參加工作。

    加熱裝置采用電阻加熱器，其中料筒上的三段加熱裝置采用了先進(jìn)的瓷塊加熱器，其熱容量高，壽命長(zhǎng)，安裝使用方便，且安全可靠。

    本系統(tǒng)共設(shè)置了十二組加熱段：

    螺桿油溫加熱段功率為  15KW

    料筒第一段加熱功率為  6KW

    料筒第二段加熱功率為  2.5KW

    料筒第三段加熱功率為  3KW

    合流芯加熱功率為      2KW

    在控制箱前端部設(shè)置了五組電加熱器和熱電偶的插接裝置，供用戶(hù)選擇使用，每組最大輸出功率不得超過(guò)7KW。

    加熱器供電電壓采用220V/380V三相四線(xiàn)制的供電方式，使裝置在加熱過(guò)程中電網(wǎng)三相負(fù)荷保持平衡。同時(shí)也可用于單相220V和線(xiàn)壓380V的加熱裝置上。

    在控制箱的每個(gè)溫度指示調(diào)節(jié)儀下方，設(shè)置了三只加熱指示燈，當(dāng)電加熱圈加熱時(shí)，指示燈發(fā)亮，當(dāng)電加熱圈中有一組加熱元件損壞時(shí)，對(duì)應(yīng)的指示器熄滅，及時(shí)反映出該組電熱圈有否損壞，以便及時(shí)進(jìn)行更換，保證加熱要求。

    加熱段的溫度控制采用了國(guó)際DIN規(guī)格（96×96）的時(shí)間比例式溫度指示調(diào)節(jié)儀，配用熱電偶實(shí)現(xiàn)現(xiàn)溫度的檢測(cè)指示，調(diào)節(jié)和自動(dòng)控溫。至此，整個(gè)錐形雙螺桿擠出機(jī)的設(shè)計(jì)已基本完成。

7  設(shè) 計(jì) 心 得

經(jīng)過(guò)兩個(gè)多月的努力，四年大學(xué)的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了，之所以要用“終于”這字眼，是因?yàn)樗_實(shí)是來(lái)之不易。記得剛剛接到設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)時(shí)，看著上面寫(xiě)得密密麻麻的設(shè)計(jì)要求：翻譯、計(jì)算、校核、編程等等，無(wú)一樣是輕易就可以完成的，只感到千頭萬(wàn)緒，不知從何做起。后來(lái)在傅老師的指導(dǎo)下，我們對(duì)株洲時(shí)代工程塑料制品有限公司及益陽(yáng)橡膠塑料機(jī)械集團(tuán)有限公司進(jìn)行了參觀實(shí)習(xí)，通過(guò)翻看查閱了大量相關(guān)資料和文獻(xiàn)，漸漸地我對(duì)設(shè)計(jì)有了大概全面的了解。同時(shí)，也掌握了設(shè)計(jì)的基本方法和步驟。在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，雖然遇到了許多困難和問(wèn)題，但在導(dǎo)師耐心的指導(dǎo)下，通過(guò)不斷地翻閱相關(guān)資料和思考，一步一步地解決所遇到的問(wèn)題，最終較圓滿(mǎn)地完成了圖紙和說(shuō)明書(shū)的工作。當(dāng)看著圖紙和說(shuō)明書(shū)從打印機(jī)出口一寸一寸地輸出來(lái)時(shí)，心里真是感到無(wú)比的興奮與激動(dòng)。努力終于有了收獲，這一劃一線(xiàn)、一字一句無(wú)不凝聚著自己所有的付出。

在這次設(shè)計(jì)中，我最大的收獲就是學(xué)會(huì)了如何借助手冊(cè)和資料來(lái)進(jìn)行合理、規(guī)范的設(shè)計(jì)，可以說(shuō)，在這短短的兩個(gè)月設(shè)計(jì)時(shí)間里，我到圖書(shū)館所借的書(shū)比我之前四年大學(xué)里所借的書(shū)加起來(lái)還要多。

另外，在為期兩個(gè)多月的設(shè)計(jì)工作中，由于擠出機(jī)設(shè)計(jì)所涉及的知識(shí)較為廣泛，所以整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程又是一個(gè)學(xué)習(xí)的過(guò)程。通過(guò)不斷地查閱資料、請(qǐng)教老師，并且進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)參觀與實(shí)物測(cè)繪，對(duì)有關(guān)塑料機(jī)械的理論知識(shí)和設(shè)計(jì)有了較深程度的認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)了實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，為日后工作的獨(dú)立設(shè)計(jì)能力打下了一個(gè)良好的基礎(chǔ)。

在為期幾個(gè)月的設(shè)計(jì)工作中，我個(gè)人獲益良多。在知識(shí)的增長(zhǎng)方面，擴(kuò)展了自己的知識(shí)面，加深了對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的掌握程度，培養(yǎng)了學(xué)以致用的能力；而在工作作風(fēng)的培養(yǎng)上，則加強(qiáng)了整體思考問(wèn)題的全局觀念，培養(yǎng)了分工合作的協(xié)作精神，增強(qiáng)了對(duì)所負(fù)責(zé)工作任務(wù)的責(zé)任感。這些都為以后的學(xué)習(xí)和工作打下了良好的基礎(chǔ)。在這次設(shè)計(jì)中，我走過(guò)彎路，遇過(guò)挫折。但通過(guò)這些挫折與教訓(xùn)，我學(xué)到了更多的東西，也增強(qiáng)了自己解決問(wèn)題的信心。

盡管我已經(jīng)盡了最大的努力，但是，我還是很清醒地認(rèn)識(shí)到，由于一方面時(shí)間匆促，另一方面又受到知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的限制，我所初步設(shè)計(jì)出來(lái)的這個(gè)系統(tǒng)還有很多需要完善的地方。希望能在以后的時(shí)間里不斷地得到修正和改進(jìn)。

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[16]  徐灝．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第四卷）.機(jī)械工業(yè)出版社，1991.9.第一版

- 1 - 1 雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)概述 雙螺桿擠出機(jī)概述 塑料擠出成型是在擠出機(jī)中通過(guò)加熱、加壓而使塑料以及熔融流動(dòng)狀態(tài)連續(xù)通過(guò)口模成型的方法，或簡(jiǎn)稱(chēng)為擠塑。 擠出成型是聚合物加工中出現(xiàn)較早的一門(mén)技術(shù) ,在 19世紀(jì)初已有使用。擠出成型可加工的聚合物種類(lèi)很多 ,制品更是多種多樣 ,成型過(guò)程也有許多差異比較常見(jiàn)的是以固體塊狀加料擠出制品的過(guò)程。其擠出成型過(guò)程為 :將顆粒狀或粉狀的固體物料加入到擠出機(jī)的料斗中 ,擠出機(jī)的料筒外面有加熱器 ,通過(guò)熱傳導(dǎo)將加熱器產(chǎn)生的熱量傳給料筒內(nèi)的物料 ,溫度上升 ,達(dá)到熔融溫度。機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn) ,料筒內(nèi)的螺 桿轉(zhuǎn)動(dòng) ,將物料向前輸送 ,物料在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與料筒、螺桿以及物料與物料之間相互摩擦、剪切 ,產(chǎn)生大量的熱 ,與熱傳導(dǎo)共同作用使加入的物料不斷熔融 ,熔融的物料被連續(xù)、穩(wěn)定地輸送到具有一定形狀的機(jī)頭 (或稱(chēng)口模 )中。通過(guò)口模后 ,處于流動(dòng)狀態(tài)的物料取近似口型的形狀 ,再進(jìn)入冷卻定型裝置 ,使物料一面固化 ,一面保持既定的形狀 ,在牽引裝置的作用下 ,使制品連續(xù)地前進(jìn) ,并獲得最終的制品尺寸。最后永切割的方法截?cái)嘀破?,以便儲(chǔ)存和運(yùn)輸。 擠出成型加工的主要設(shè)備是擠出機(jī)，此外，還有機(jī)頭口模及冷卻定型、牽引、切割、卷取等附屬設(shè)備。其擠出制品都 是連續(xù)的形體，在生產(chǎn)及應(yīng)用上都具有多方面的優(yōu)點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在塑料制品成形加工中，擠出成型制品的產(chǎn)量約占整個(gè)塑料制品的 50％以上。所以，擠出成型在塑料制品成型加工工業(yè)中占有重要地位。 塑料在擠出機(jī)內(nèi)熔融塑化，通過(guò)口模成為所需要的形狀，經(jīng)冷卻定型而得到與口模斷面形狀相吻合的制品。 擠出成型是塑料加工工業(yè)中最早的成型方法之一。早在 19世紀(jì)初期，擠出機(jī)就用于生產(chǎn)鉛管、面條。早期的擠出機(jī)是柱塞式的，直到 1936年才研制成功電加熱的單螺桿擠出機(jī)，這就是現(xiàn)代塑料擠出機(jī)的起源。 - 2 - 同其他成型方式相比，擠出成型具有以下突出優(yōu)點(diǎn)。 造容易，因此投資少，見(jiàn)效快，占地面積小，生產(chǎn)環(huán)境清潔。 出機(jī)的單機(jī)產(chǎn)量較高。特別適合于較長(zhǎng)的尺寸的制品。如制造較長(zhǎng)的管材，板材、型材、薄膜等，而且產(chǎn)品質(zhì)量均勻、密實(shí)。其生產(chǎn)效率的提高比其它成型方法快。 動(dòng)化生產(chǎn)。生產(chǎn)操作簡(jiǎn)單，工藝控制容易，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。 變產(chǎn)品的斷面形狀。其產(chǎn)品為管材、棒材、片材、板材、薄膜、電纜、單絲、中空制品及異型材等。 要改變螺桿及輔機(jī)，就能適用于多種塑料及多種工藝過(guò)程 。例如，可以加工大多數(shù)熱塑性塑料及部分熱固性塑料，也能用擠出法進(jìn)行共混改性、塑化、造粒、脫水和著色等。 出機(jī)與壓延機(jī)配合，可以喂料生產(chǎn)壓延薄膜，與油壓機(jī)配合生產(chǎn)各種模壓制品。 隨著聚合物加工業(yè)的發(fā)展，作為聚合物的主要加工設(shè)備之一的擠出機(jī)得到了飛速發(fā)展，并以其優(yōu)異的加工性能得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 一套完整的擠出設(shè)備由主機(jī) 和 相應(yīng)的輔機(jī) 以 及其它控制系統(tǒng)組成。 通常這些組成部分統(tǒng)稱(chēng)為擠出機(jī)組。它主要包括擠出系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)和加熱冷卻系統(tǒng)及控制系統(tǒng)。 它由料斗、螺桿和機(jī)筒組成 ，是擠出機(jī)工作的核心部分。其作用是使塑料塑化成均勻 的 熔體，并在此過(guò)程中建立壓力，再被螺桿連續(xù)、定壓、定溫、定量地?cái)D出機(jī)頭。 它由電機(jī)、調(diào)速裝置及傳動(dòng)裝置組成。其作用是驅(qū)動(dòng)螺桿，并保證供給螺桿在工作過(guò)程中所需的扭矩和轉(zhuǎn)速。 它由溫度控制設(shè)備組成。其作用是通過(guò)對(duì)機(jī)筒進(jìn)行加熱和冷卻，保證擠出系統(tǒng)的成型在工藝要求的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。 它主要由電器、儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。其作用是調(diào)節(jié)控制螺 桿的轉(zhuǎn)速、機(jī)筒溫度、機(jī)頭壓力等。 - 3 - 在擠出成型中，應(yīng)用得最廣的是單螺桿擠出機(jī)和雙螺桿 擠出機(jī)。雙螺桿擠出機(jī)是在擠出機(jī)機(jī)筒中并排地安裝兩根螺桿的一種擠出機(jī)，它是在單螺桿擠出機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。最初的雙螺桿擠出機(jī)是 20 世紀(jì)30年代后期在意大利開(kāi)發(fā)的。 發(fā)了同向旋轉(zhuǎn)式雙螺桿擠出機(jī)， 發(fā)了異向旋轉(zhuǎn)式雙螺桿擠出機(jī)。 單螺桿擠出機(jī)易于加工粒料，對(duì)粉料則不易加工。對(duì)那些形狀不規(guī)則的或是含濕度很大的懸浮料、乳劑料或分子量很高因而粘度很高的料等，實(shí)際上無(wú)法加工。單螺桿擠出機(jī)對(duì)于加入無(wú)機(jī)填料的適應(yīng)能力也是差的，且混煉效果較差。 與單螺桿擠出機(jī)相比，雙螺 桿擠出機(jī)具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，如雙螺桿擠出機(jī)可以用在混煉、排氣、脫水、造粒粉料直接擠出以及玻璃纖維或其他填料的填充增強(qiáng)改性等方面。據(jù)資料介紹，近年來(lái)西歐工業(yè)國(guó)家的雙螺桿擠出機(jī)的數(shù)量已達(dá)到擠出機(jī)臺(tái)數(shù)的 40%左右。特別是在成型加工中，應(yīng)用更多、更廣。例如，在管材和造粒中幾乎全部使用雙螺桿擠出機(jī)，在板材和型材的成型中，雙螺桿擠出機(jī)約占 80－ 90%。尤其對(duì) 加工，雙螺桿擠出機(jī)更是具有極大的優(yōu)越性。因?yàn)槠浼羟兴俾瘦^低（主要指異向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿擠出機(jī)）、自潔性好、在機(jī)筒中物料停留時(shí)間短。此外，雙螺桿 擠出機(jī)還具有剪切力大、傳熱面積大、計(jì)量準(zhǔn)確、回流少、供料性能好、混煉效果好、塑化效果好等優(yōu)點(diǎn)。目前，雙螺桿擠出機(jī)主要用作成型加工、預(yù)塑混煉、聚合反應(yīng)以及廢料處理方面。近幾年來(lái)，我國(guó)在雙螺桿擠出機(jī)的生產(chǎn)和應(yīng)用方面同樣也都得到了迅速的發(fā)展。 目前，雙螺桿有許多種類(lèi)型，其主要可以分為： 者兩根螺桿的軸線(xiàn)互相平行，后者兩螺桿的軸線(xiàn)相交成一角度。平行雙螺桿擠出機(jī)相比較于錐形雙螺桿基礎(chǔ)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：平行雙螺桿擠出機(jī)具有壓延長(zhǎng)度較大，壓延有強(qiáng)烈的塑化與均化能力的效果，而且 螺桿平均直徑小，轉(zhuǎn)速較低，因此，平均剪切速率也較低，壓延頻率高，有效停留時(shí)間并 - 4 - 不低于錐形螺桿。 合型又可以分為部分嚙合和全嚙合型。 非嚙合型的一根螺桿的螺棱不伸到另一根螺桿的螺槽中去，而非嚙合型則是兩根螺桿的軸線(xiàn)分開(kāi)的距離小于兩根螺桿外半徑之和，即一根螺桿的螺棱插到另一根螺桿的螺槽中去。根據(jù)嚙合程度（即一根螺桿的螺棱插到另一根螺桿的螺槽中的深淺程度），嚙合型又可以分為部分嚙合和全嚙合型。 以分為同向旋轉(zhuǎn)與反向旋轉(zhuǎn)。 顧名思義，同向 旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)的兩根螺桿的旋轉(zhuǎn)方向相同，異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)的兩根螺桿的旋轉(zhuǎn)方向相反。它可以是向內(nèi)旋轉(zhuǎn)或向外旋轉(zhuǎn)。 擠出機(jī)整體方案設(shè)計(jì) 近年來(lái)，雙螺桿擠出機(jī)得到了迅速的發(fā)展，但由于雙螺桿擠出機(jī)的復(fù)雜性和種類(lèi)的多樣性，以及雙螺桿理論的不成熟，所以至今還沒(méi)看到有關(guān)雙螺桿擠出機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的比較系統(tǒng)的文獻(xiàn)，因此對(duì)雙螺桿擠出機(jī)的設(shè)計(jì)更多地只能停留在經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的水平上。當(dāng)然，經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)是必須服從擠出工程的基本規(guī)律的，所以由此所進(jìn)行的有關(guān)雙螺桿擠出機(jī)的設(shè)計(jì)是具有一定的科學(xué)性與理論性的。 雙螺桿擠出機(jī)的應(yīng)用 ，都 是 以機(jī)組的的形式出現(xiàn)。擠出機(jī)組包括主機(jī)（即通常說(shuō)的擠出機(jī)）、機(jī)頭和輔機(jī)。因而就雙螺桿擠出機(jī)的總體設(shè)計(jì)而言，它可以包括主機(jī)（螺桿擠出機(jī)）、機(jī)頭和輔機(jī)的設(shè)計(jì)，也可以單指主機(jī)的設(shè)計(jì)。 因此 雙螺桿擠出機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)包括雙螺桿擠出機(jī)類(lèi)型的確定 、 整體方案的確定 、 主要技術(shù)參數(shù)的確定 、 擠壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 、 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 、機(jī)頭的設(shè)計(jì)、 加料系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 以及雙螺桿擠出機(jī)輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 等。 開(kāi)式設(shè)計(jì)和閉式設(shè)計(jì)的選擇 所 謂開(kāi) 式 設(shè)計(jì) ，一般指 雙 螺桿 擠 出機(jī)的 擠壓系統(tǒng) 、冷 卻 加 熱 系 統(tǒng) 都裸露在外面， 這 種 設(shè)計(jì) 的優(yōu) 點(diǎn) 是各部分出 現(xiàn) 故障 時(shí) ， 檢 查 、 維 修及拆 裝比 較 方便，也一目了然。 嚙 合同 向雙 螺桿 擠 出機(jī)大多采用 這 種 設(shè)計(jì) 。所 - 5 - 謂閉 式 設(shè)計(jì) ，其 擠壓 、冷 卻 加 熱 系 統(tǒng) 的外面都有罩子，其余各部分有 時(shí)也 封閉 起 來(lái) 。這種設(shè)計(jì)看上去外形比較整齊，但檢修不太方便。所以 本設(shè)計(jì) 中采用 開(kāi) 式 設(shè)計(jì) 。 一階機(jī)和二階機(jī)的選擇 所 謂 一 階 機(jī)，是指主機(jī)只有一 個(gè)擠壓系統(tǒng) ，包括一套螺桿、機(jī)筒和傳動(dòng) 箱；而二 階 機(jī)是指主機(jī) 有兩個(gè)擠壓系統(tǒng) ，包括 兩 套螺桿、機(jī)筒和 傳動(dòng) 箱，柔性串起 來(lái)組 成主機(jī)。就目前 見(jiàn) 到、用于成型制品的 雙 螺桿 擠 出機(jī) 組的 主機(jī)多是一 階 的，如 嚙 合平行異 向雙 螺桿 擠 出機(jī)和 錐 形 雙 螺桿 擠出機(jī)。用于配 混料造粒的 嚙 合同 向雙 螺桿 擠 出機(jī)有的情 況 下 設(shè)計(jì)成 二 階的，其第一 階 用 來(lái) 塑化、混合物料，第二 階 用 來(lái) 建 壓 、 擠 出造粒。本 設(shè)計(jì) 中 以 采用一 階 式 為 宜。 整體式和積木式的選擇 一般 嚙 合異向旋 轉(zhuǎn) 的 雙 螺桿 擠 出機(jī)（也有例外）和 錐 形 雙 螺桿 擠 出機(jī)都是整體式，即其各大 組 成部分（螺桿、機(jī)筒、 減 速箱）在使用中不再拆 開(kāi) 并 進(jìn) 行重新 組 合安 裝 。 國(guó) 外流行的 嚙 合同 向雙 螺桿 擠 出機(jī) 絕 大多數(shù)都設(shè)計(jì)成積 木式的，即其機(jī)筒、螺桿有若干 組 件 組 成，可根據(jù)使用需要 進(jìn) 行重新 組 合安 裝 。也有的廠家生 產(chǎn) 的 雙 螺桿 擠 出機(jī)，除了其機(jī)筒、螺桿是 組 合式外，其扭距分配器和 齒 輪 箱做成 積 木式，通 過(guò) 更 換 扭距分配器可以 將雙 螺桿 擠 出機(jī)改 變 成異向旋 轉(zhuǎn) 或同向旋 轉(zhuǎn) ；去掉扭距分配器，其 齒輪 箱 還 可以與 單 螺桿 擠壓系統(tǒng) 相接 ，組 成 單 螺桿 擠 出機(jī)。本 設(shè)計(jì) 中采用整體式 設(shè)計(jì) 。 封閉式機(jī)筒與剖分式機(jī)筒的選擇 雙 螺桿 擠 出機(jī)的機(jī)筒有的是整體式的，有的是由若干段 組 成，但機(jī)筒均不能 打開(kāi) 分成 兩 段，它 們 是 封閉 的。因此，要想了解 擠 出 過(guò) 程中物料沿螺桿的 輸 送、混合、反 應(yīng) 情 況 ，只有停 轉(zhuǎn)將機(jī) 筒通 過(guò) 水 驟冷 ，然后把螺桿抽出 來(lái) 才能看清楚。 這樣 很不方便，有 時(shí)為 了 會(huì) 破 壞過(guò) 程反 應(yīng) 的原貌。 為 了克服上述缺 點(diǎn) ，人 們 把 雙 螺桿 擠 出機(jī)的機(jī)筒做 成剖分式，停車(chē) 冷 卻 后靠液 壓系統(tǒng) 或手 動(dòng) 機(jī)械 打開(kāi) ， 觀 察取 樣 ， 進(jìn) 行研究。 擠 出機(jī)再 - 6 - 工作前，再靠液 壓系統(tǒng) 或手 動(dòng) 機(jī)械合起 來(lái) 。本 設(shè)計(jì) 采用 封閉 式 設(shè)計(jì) 。 擠壓系統(tǒng)的選擇 對(duì) 某些大型同 向雙 螺桿 擠 出機(jī)造粒機(jī) 組 （有 時(shí) 是 擠 出片 材擠 出機(jī)組 ）， 為 了高效、 節(jié) 能、精確地控制 擠 出機(jī)熔體的 壓力 以保 證 制品的尺寸精度， 在擠壓系統(tǒng) 末串接熔體 齒輪 泵， 由雙 螺桿完成塑化、混 煉 ，由齒輪 泵建立、控制 擠 出 壓力 。 串聯(lián)齒輪泵后會(huì)給整個(gè)雙螺桿主機(jī)得整體設(shè)計(jì)帶來(lái)了重大影響。所以 本 設(shè)計(jì) 中 沒(méi) 有使用串接 齒輪 泵的 設(shè)計(jì) 。 另一個(gè)影響雙螺桿擠出機(jī)整體方案確定的是在某些 機(jī)組上將要采用的加料系統(tǒng)。一般雙螺桿擠出機(jī)大多采用計(jì)量加料，對(duì)大多數(shù)情況下得雙螺桿擠出機(jī) （如嚙合異向雙螺桿擠出機(jī)和錐形雙螺桿擠出機(jī)），其計(jì)量加料系統(tǒng)對(duì)擠出機(jī)組整體設(shè)計(jì)不會(huì)有多大影響，但對(duì)某些沒(méi)有多組分加料系統(tǒng)的配混料嚙合同向雙螺桿擠出機(jī)，將會(huì)有多個(gè)加料口和加料裝置，它們得聯(lián)合使用和布置將對(duì)雙螺桿擠出機(jī)的整體布置帶來(lái)影響。 2 擠出系統(tǒng)設(shè)計(jì) 雙螺桿擠出機(jī)的擠壓系統(tǒng)是雙螺桿擠出機(jī)的核心部分。其作用是把加入的固體物料熔融塑化、混合，為口模提供定溫、定壓、 定量的容體，并將在這一過(guò)程中產(chǎn)生的氣體排除，最后通過(guò)口模 ，得到合乎質(zhì)量要求的制品。 雙螺桿擠出機(jī)的擠壓系統(tǒng)主要由螺桿、機(jī)筒組成。因此，雙螺桿擠出機(jī)擠壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)際上就是螺桿、機(jī)筒的設(shè)計(jì)。 桿設(shè)計(jì) 螺桿設(shè)計(jì)包括螺桿參數(shù)的確定，螺桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和螺桿材質(zhì)選擇等。 螺桿設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題就是設(shè)計(jì)出的螺桿應(yīng)具有優(yōu)異的混合能力和其它的特定能力（如脫揮發(fā)分）。 螺桿參數(shù)包括螺桿直徑、螺桿長(zhǎng)徑比、螺桿導(dǎo)程（升角）、螺紋和 - 7 - 螺槽的斷面形狀、螺棱厚度、四個(gè)間隙等。 備 注： 具體的設(shè)計(jì)過(guò)程由本組成員張偉俊同學(xué)負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)，有關(guān)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)請(qǐng)參照張偉俊同學(xué)的設(shè)計(jì)過(guò)程。 筒設(shè)計(jì) 機(jī)筒和螺桿共同組成了擠出機(jī)的擠壓系統(tǒng)，完成對(duì)塑料的固體輸送、熔融和定壓定量輸送作用。機(jī)筒的結(jié)構(gòu)形式關(guān)系到熱量傳送的穩(wěn)定性和均勻性。并且對(duì)于一些新型的擠壓系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，機(jī)筒在加料段上的結(jié)構(gòu)形式也影響到固體輸送效率。機(jī)筒的機(jī)械加工和使用壽命也影響到整個(gè)擠壓系統(tǒng)的工作性能。因此，機(jī)筒在擠壓系統(tǒng)中是僅次于螺桿的重要零件。 普通機(jī)筒的結(jié)構(gòu)類(lèi)型有整體式，分段式和雙金屬式。一般的異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)采用的是整體式機(jī)筒。而本次設(shè)計(jì)中的螺桿采用的是整體式，因此機(jī)筒也相應(yīng)的采用整體式機(jī)筒。 備 注： 具體的設(shè)計(jì)過(guò)程由本組成員董武林 同學(xué)負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)，有關(guān)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)請(qǐng)參照董武林同學(xué)的設(shè)計(jì)過(guò)程。 3 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 雙螺桿擠出機(jī) 的傳動(dòng)系統(tǒng)是雙螺桿擠出機(jī)的重要組成部分。它的重要性表現(xiàn)在它所完成的功能在雙螺桿 擠出機(jī)中致關(guān)重要，也表現(xiàn)在其設(shè)計(jì)、制造難度和成本在整臺(tái)機(jī)器中占的比重。 雙螺桿擠出機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的作用是在設(shè)定的工藝條件下，向兩根螺桿提供合適的轉(zhuǎn)速范圍、穩(wěn)定而均勻的速度、足夠且均勻相等的扭矩（功率）。并能承受完成擠出過(guò)程所產(chǎn)生的巨大的螺桿軸向力。 雙螺桿擠出機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī) （聯(lián)軸器）、齒輪箱（包 - 8 - 括扭矩分配和減速 部分）等組成。 與單螺桿擠出機(jī)相比，雙螺桿擠出機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造要困難的多。這是因?yàn)椋环矫?，雙螺桿擠出機(jī)比單螺桿擠出機(jī)承受的扭矩要大得多，而且這么大的扭矩是在有限的 中心距內(nèi)傳遞，且扭矩的傳遞和減速交織在一起的。另一方面，擠出過(guò)程在螺桿末端產(chǎn)生的軸向力很大，該軸向力需要止推軸承來(lái)承受。按一般情況，軸向力越大 ，所需的止推軸承的外徑越大，但在兩螺桿中心距已限定的情況下，不可能任意選擇大外徑的止推軸承，這就要求另想辦法 —— 譬如采用止推軸承串來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。但這是比較困難的。另外抵消齒輪傳動(dòng)的徑向力，防 止螺桿彎曲，提高齒輪的承載能力和傳動(dòng)精度，也是雙螺桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)不同于單螺桿擠出機(jī)之處。雙螺桿傳動(dòng)箱的散熱和潤(rùn)滑也比單螺桿擠出機(jī)重要、復(fù)雜得多。 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)選型 雙螺桿擠出機(jī)所用電機(jī)的選擇如下。 雙螺桿擠出機(jī)中常用的電機(jī)有直流電機(jī)、交流變頻調(diào)速電機(jī)、滑差電機(jī)、整流子電機(jī)等。其中以直流電機(jī)和交流變頻調(diào)速電機(jī)用的最多。 直流電機(jī)系統(tǒng)：可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，且調(diào)速范圍寬，啟動(dòng)較平穩(wěn)。以國(guó)產(chǎn) 列電機(jī)為例，當(dāng)改變電樞電壓時(shí)，其轉(zhuǎn)速可自同步轉(zhuǎn)速（ 1500r/下調(diào) 1： 8；當(dāng)改變激磁電壓時(shí)，轉(zhuǎn)速可往上調(diào) 1： 2，因此其最大調(diào)速范圍可達(dá) 1： 16。圖 圖可以看出改變電樞電壓時(shí)可以得到恒扭矩調(diào)速：改變激磁電壓時(shí)可以得到恒功率調(diào)速，此時(shí)隨著轉(zhuǎn)速升高其功率不變，但扭矩相應(yīng)地減少。但國(guó)產(chǎn)的 列直流電機(jī)，在其轉(zhuǎn)速低于（ 100～ 200） r/作不穩(wěn)定，而且這時(shí)電機(jī)冷卻風(fēng)扇冷卻性能下降。 20 世紀(jì) 80 年代以后生產(chǎn)的 2、 低速性能穩(wěn)定，因而在雙螺桿擠出機(jī)中得到廣泛采用。 - 9 - 3001500圖 1 直 流 電 機(jī) 外 特 性 曲 線(xiàn)恒功率調(diào)速恒熱源n / ( r / m i n )2 直流電機(jī)外特性曲線(xiàn) 根據(jù)圖 知，選用功率為 55以本設(shè)計(jì)中所采用的主驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 率為 55定電壓為 440V，轉(zhuǎn)速為 1510r/ 帶有冷卻鼓風(fēng)機(jī)和熱保護(hù)裝置，采用三相全控橋雙閉環(huán)無(wú)級(jí)調(diào)速，另外還帶有測(cè)速發(fā)電機(jī)。 速箱設(shè)計(jì) 雙螺桿擠出機(jī)的傳動(dòng)箱由兩大部分即減速部分和扭矩分配部分組成。這兩部分的功能雖有不同 ，但它們緊密聯(lián)系，有時(shí)還相互制約。根據(jù)目前流行的結(jié)構(gòu)看，其設(shè)計(jì)布置大致有兩種方案，一種是將減速部分和扭矩分配部分很明顯的分開(kāi)，即所謂的分離式；另一種是將二者和在一起。 在本設(shè)計(jì)中， 選用分離式， 因 螺桿的轉(zhuǎn)速范圍為 40～ 400r/而電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為 1510 r/以要求減速箱的總傳動(dòng)比為：1:1510/144 = 1: 根據(jù)所選電機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速、電機(jī)伸出端的直徑和 減速箱 軸的直徑選擇聯(lián)軸器的型號(hào)為8445 112554 ??速箱 通過(guò)彈性 柱銷(xiāo) 聯(lián)軸器與直流電動(dòng)機(jī)相連，采用三級(jí)斜齒傳動(dòng) ,使總傳動(dòng)比與所要求的傳動(dòng)比吻合。 - 10 - 另外，減速箱潤(rùn)滑油采用 150 號(hào)極壓齒輪油， 一次加油量為 25 升。為了防止油量過(guò)熱，箱內(nèi)懸有蛇形冷卻管，冷卻方式為水循環(huán)式。具體設(shè)計(jì)及校核略。 配箱設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)規(guī)定的螺桿轉(zhuǎn)速（范圍）、扭矩均勻分配、軸承合理布置的前提下，通過(guò)傳動(dòng)方案的確定和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采取措施，降低齒輪載荷，抵消或減少傳動(dòng)齒輪的徑向載荷，傳遞更大的功率和軸向力，提高軸承的壽命，裝配維修方便。設(shè)計(jì) 、加工 的難點(diǎn)在于 螺桿中心距限定的狹少的空間。因而必須調(diào)動(dòng)一切可能的手段，尋找特殊的結(jié)構(gòu)形式、材料和熱處理工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)上述的目標(biāo)。 與錐形雙螺桿擠出機(jī)相比，平行雙螺桿擠出 機(jī)螺桿尾部空間比較小，不能平行地放下兩根傳動(dòng)軸。 本設(shè)計(jì)中兩螺桿異向旋轉(zhuǎn)，為達(dá)到這一目的，大致設(shè)想如下： 動(dòng)力由減速箱輸出軸齒輪輸入到分配箱的 一 根軸上， 這根 軸 的 齒輪齒數(shù) 與主軸 相等， 且與一根主軸外嚙合同時(shí)與 大齒輪內(nèi)嚙合，從而帶動(dòng)與此大齒輪內(nèi)嚙合的另一主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。 這樣，兩根主軸以相同的角速度 異向旋轉(zhuǎn)， 同時(shí)也使得分配箱尾部空間增大。 雙螺桿擠出機(jī) 分配 箱的設(shè)計(jì)所涉及的問(wèn)題很多，要想設(shè)計(jì)好 分配箱，除了應(yīng)具有扎實(shí)的機(jī)械設(shè)計(jì)理論和知識(shí)外，更需要有豐富的實(shí)踐設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，下面僅以雙螺桿擠出機(jī)中目前最流行的分離 式傳動(dòng)箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)主要問(wèn)題進(jìn)行討論。 配箱的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ⒈ 雙螺桿中心距與 分配 箱設(shè)計(jì)中齒輪、軸與軸承之間的關(guān)系 對(duì)于全嚙合雙螺桿擠出機(jī)，一旦兩根軸的外徑、根徑（或螺槽深度）初步確定，則為兩螺桿提供轉(zhuǎn)速和扭矩的傳動(dòng)箱中與兩螺桿相連的輸出軸之間的中心距也就確定了。現(xiàn)以一般分離式傳動(dòng)箱軸承、齒輪、軸之間的幾何關(guān)系，來(lái)討論傳動(dòng)箱結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系。圖 示出了分離式傳動(dòng)系統(tǒng)齒輪、軸、軸承的布置。 - 11 - △1分離式傳動(dòng)系 統(tǒng)齒輪、軸、軸承布置 支持兩輸出軸的徑向軸承有如下關(guān)系： 1m ?? ???????? 根軸的外徑與另一根軸上所裝齒輪的外徑之間應(yīng)滿(mǎn)足以下關(guān)系： 2)(21 ???? za ???????? 頂圓直徑： )2(1 ??? aa ???????? 或 )222(11 ???? ????? 上各式中 雙螺桿最小中心距 A— 雙螺桿實(shí)際中心距 所選徑向軸承外徑 螺桿驅(qū)動(dòng)軸直徑 Δ 1— 兩根螺桿上兩個(gè)徑向軸承外徑之間的徑向間隙 Δ 2— 一根螺桿驅(qū)動(dòng)軸外徑與另一根螺桿驅(qū)動(dòng)軸上齒輪頂圓之間的 - 12 - 間隙 赤頂圓直徑 m— 齒輪模數(shù) 齒數(shù) 齒頂高系數(shù) 齒輪變位系數(shù) Δ Y— 齒頂高變位系數(shù) 由以上關(guān)系可見(jiàn)，中心距 A 對(duì)其它幾何參數(shù)的限制，特別是對(duì)齒輪承載能力的關(guān)鍵參數(shù) m、 Z 的限制。 2、 雙螺桿中心距的確定與齒輪參數(shù)的選擇 由同組的同學(xué)已初選定了螺桿直徑及螺槽深度，進(jìn)而給出了雙螺桿中心距的可選范圍，但尚不能將中心距最后確定。道理很明顯，因?yàn)殡p螺桿直徑、槽深、中心距的設(shè)計(jì)是從雙螺桿擠出機(jī)的主要參數(shù)、規(guī)格和螺桿幾何學(xué)出發(fā)的，而傳動(dòng)箱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)要考慮齒輪幾何學(xué)及受力、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，二者不一定完全一致。 對(duì)分離式的傳動(dòng)箱的設(shè)計(jì)而言，一般是根據(jù)初步的受力分析，算出軸徑再結(jié)構(gòu)化，同時(shí)根據(jù)軸承系列規(guī)格圓整（對(duì)軸承壽命與軸徑強(qiáng)度核算平衡），進(jìn)而軸承組合設(shè)計(jì)。根據(jù)式 確定出兩螺桿驅(qū)動(dòng)軸的最小中心距 即兩螺桿最小中心距）。式中Δ 1主要考慮軸承定位及箱體的結(jié)構(gòu)，一般取 ? ，并隨軸承直徑的增大而適當(dāng)增大。然后根據(jù)式 定扭矩分配齒輪的齒頂圓直徑 驅(qū)動(dòng)軸的軸徑 限制，一般取。確定間隙Δ 2 時(shí)主要考慮一根軸上的齒頂圓與另一根軸徑不發(fā)生干涉的情況下，使 軸徑最大，這樣螺桿驅(qū)動(dòng)軸可獲得最大剛度和強(qiáng)度。在初定的 圍內(nèi)，根據(jù)傳遞功率（扭矩）對(duì)齒輪進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算（校核其接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度），最后確定出齒輪參數(shù) m、 Z、 在強(qiáng)度允許的范圍內(nèi)對(duì) 時(shí)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)初定的 行適當(dāng)調(diào)整、增大。經(jīng)反復(fù)優(yōu)選后，得到較佳的齒輪參數(shù)及所對(duì)應(yīng)的合適中心距。這樣的設(shè)計(jì)過(guò)程可以在盡可能小的雙螺桿中心距下進(jìn)行，以求設(shè)計(jì)出較大輸出扭矩的傳動(dòng)箱，一旦傳動(dòng)箱的中 - 13 - 心距確定，再反過(guò)來(lái)最后確定雙螺桿的外徑和槽深。 在以上設(shè)計(jì)中，要對(duì)扭矩分配齒輪進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，這不可避 免地用到所謂齒寬系數(shù)（即齒輪軸向?qū)挾扰c分度圓直徑之比， 1/ ）。由于扭矩分配齒輪徑向尺寸受到限制，而又要傳遞比一般傳動(dòng)中大得多的扭矩，為了滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，除采用優(yōu)質(zhì)材料和提高加工精度外，還有一個(gè)可行的途徑，就是增加齒寬系數(shù)，即增加齒寬。有的資料介紹，齒寬的取值范圍可為 ，或 0? （ A 為螺桿中心距， m 為模數(shù)）。但齒寬系數(shù)也不能過(guò)大，否則，若傳動(dòng)箱的加工精度不高和軸的剛度不夠，實(shí)際上沿齒寬兩 齒不會(huì)均勻接觸，反而對(duì)齒輪的實(shí)際承載不利。 由上述的討論可以看出，在齒輪箱的設(shè)計(jì)中，采用雙嚙合齒輪傳動(dòng)的效果要比在齒寬系數(shù)上打主意要好得多，采用雙嚙合傳動(dòng)可大大降低齒輪載荷。 這里要附帶討論一個(gè)問(wèn)題，即關(guān)于用一個(gè)傳動(dòng)箱來(lái)適應(yīng)不同螺桿直徑和螺槽深度的雙螺桿擠壓系統(tǒng)的問(wèn)題。前以述及，在雙螺桿中心距一定的情況下，根據(jù)擠出過(guò)程和加工物料的需要以及雙螺桿擠出機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，可以設(shè)計(jì)成普通型、深糙型和淺槽型幾種類(lèi)型的雙螺桿。與傳動(dòng)箱的設(shè)計(jì)、制造和使用聯(lián)系起來(lái)，為減小設(shè)計(jì)、制造差別不大但規(guī)格繁多的傳動(dòng)箱，提高效益，提高系列 化水平，可以在同一個(gè)中心距下，設(shè)計(jì)制造出具有最大輸出扭矩的齒輪傳動(dòng)箱，分別與普通型、深槽型和淺槽型擠出機(jī)的擠壓系統(tǒng)相配，配套出中心距相等、螺干直徑、螺槽深度不等的三種規(guī)格的雙螺桿擠出機(jī)，以適應(yīng)用戶(hù)對(duì)不同規(guī)格和類(lèi)型的雙螺桿擠出機(jī)的需求。這是一種經(jīng)濟(jì)的、減小設(shè)計(jì)制造傳動(dòng)箱工作量的有效方法。這些方法早已在國(guó)外某些著名雙螺桿擠出機(jī)生產(chǎn)廠家得到采用。 在本設(shè)計(jì)中齒輪的材料采用 40金，輪齒表面經(jīng) 調(diào)質(zhì) 處理。下面將對(duì)其進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算及設(shè)計(jì)。 輪軸的設(shè)計(jì) 齒輪設(shè)計(jì) 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇 ⑴ 力 角α的選擇 - 14 - 由機(jī)械原理可知，增大壓力角α，輪齒的齒厚及節(jié)點(diǎn)處的齒廓曲率半徑亦皆隨之增加，有利于提高齒輪傳動(dòng)的彎曲強(qiáng)度及接觸強(qiáng)度。 為了設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)及使用的方便， 88中 對(duì)一般用途的齒輪傳動(dòng)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角α =200另外我國(guó)航空齒輪傳動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了α =250的標(biāo)準(zhǔn)壓力角。但增大壓力角并不一定都對(duì)傳動(dòng)有利。對(duì)重合度接近 2的高速齒輪傳動(dòng)，推薦采用齒頂高系數(shù)為 1～ 力角為 160～ 80的齒輪，這樣做可增加輪齒的柔性，降低噪聲和動(dòng)載荷。 ⑵ 齒數(shù)的選擇 若保持齒輪傳動(dòng)的中心距不變，增加齒數(shù)，除能 增大重合度、改善傳動(dòng)的平穩(wěn)性外，還可減小模數(shù)，降低齒高，因而減少金屬切削量，節(jié)省制造費(fèi)用。另外，降低齒高還能減小滑動(dòng)速度，減少磨損及減小膠合可能性。但模數(shù)小了，齒厚隨之減薄，則要降低輪齒的彎曲強(qiáng)度。不過(guò)在一定的齒數(shù)范圍內(nèi)，尤其是當(dāng)承載能力主要取決于齒面接觸強(qiáng)度時(shí)，以齒數(shù)多一些為好。 ⑶ 齒寬系數(shù)Φ 載荷一定時(shí)，齒寬系數(shù)大，可減少齒輪的直徑或中心距，能在一定程度上減輕整個(gè)傳動(dòng)的重量，但卻增大了軸向尺寸，增加了載荷沿齒寬分布不均勻性，設(shè)計(jì)時(shí) ，必須合理選擇，一般圓柱齒輪的齒寬系數(shù)可參考表 3— 6[7]選用。其中，閉式傳動(dòng)，支承剛性好，Φ d 可取大值：開(kāi)式傳動(dòng)，齒輪一般懸臂布置，軸的剛性差，Φ d 可取 小 值 ， 故齒寬系數(shù)應(yīng)取得適當(dāng)。對(duì)于外嚙合齒輪傳動(dòng)： ? ?ad ???? ?????? （ 式中，Φ 算時(shí)可先選定Φ 用式（ 算出相應(yīng)的Φ d。 受力分析 在 直 齒圓柱 齒輪傳動(dòng)中，作用于齒面上的法向載荷 垂直于齒面。如圖 3— 6[7]所示 為一對(duì)直齒圓柱齒輪，若略去齒面間的摩擦力， 15 - 可分解為兩個(gè)相互垂直的分力： 沿半徑方向的徑 向力 切于分度圓上的圓周力 各力的方向如圖 3— 6[7]所示； 各力的大 小 ??????????????????)(c o o s)()(211611111??? ??????? （ 式中 ， 為 主動(dòng)齒輪傳遞的名義轉(zhuǎn)矩（ N· ； 為主動(dòng)齒輪的分度圓直徑（ ； α — 分度圓壓力角 ，對(duì)標(biāo)準(zhǔn) 直 齒輪，α n = 20°； 為主動(dòng)輪傳遞的功率（ 為主動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速（ r/； 計(jì)算載荷 由式（ 計(jì) 算的 是作用在 輪齒上的 名義 載荷 。在實(shí)際工作中，還應(yīng)考慮下列因素的影響：由于原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)的振動(dòng)和沖擊，輪齒嚙合過(guò)程中 產(chǎn)生的動(dòng)載荷；由于制造安裝誤差或受載后齒輪產(chǎn)生的彈性變形以及軸、軸承、箱體的變形等原因，使的載荷沿齒寬方向分布不均、同時(shí)嚙合的各輪齒間載荷分布不均等。為此，應(yīng)將名義載荷乘以載荷系數(shù)，修正為計(jì)算載荷，進(jìn)行齒輪的強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，按計(jì)算載荷進(jìn)行計(jì)算 。 ????????? （ 其中， ??? ???????? （ 式中， - 16 - 齒向載荷分布系數(shù)； 齒間載荷分布系數(shù)。 1) 使用系數(shù) 用來(lái)考慮原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)的工作特性等引起的動(dòng)力過(guò)載對(duì)齒輪受載的影響。其值可查表 3— 1[7]得到。 2) 動(dòng)載系數(shù) 用來(lái)考慮齒輪副在嚙合過(guò)程中，因嚙合誤差所引起的內(nèi)部附加動(dòng)載荷對(duì)齒輪受載的影響。 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，可取 K v =齒圓柱齒輪傳動(dòng)，因傳動(dòng)平穩(wěn)，可取 K v=輪精度底、轉(zhuǎn)速高時(shí)取大值；反之，取小值。 3) 齒向載荷分布系數(shù) 用以考慮由于軸 的變形和齒輪制造誤差等引起載荷沿齒寬方向分布不均勻的影響。當(dāng)兩 輪之一為軟齒面時(shí)，取 1～ 兩輪均為硬齒面時(shí)，取 寬徑比較小、齒輪在兩支承中間對(duì)稱(chēng)布置、軸的剛性大時(shí)，取小值反之取大值。 4) 齒間載荷分布系數(shù) 用以考慮同時(shí)嚙合的各對(duì)輪齒間載荷分布不均勻的影響。 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，可取 1～ 齒圓柱齒輪傳 動(dòng)，齒輪精度高于 7級(jí)， 1～ 輪精度低于 7 級(jí)， 齒輪制造精度低、硬齒面時(shí)，取大值；當(dāng)精度高、軟齒面時(shí)，取小值。 輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度 計(jì)算 為了防止輪齒折斷，輪齒的彎曲條件為 ? ? ?????????? (式中，σ ; σ 計(jì)算 σ F 時(shí)，首先要確定齒根危險(xiǎn)截面，其次要確定作用在齒輪上的載荷作用點(diǎn)。 齒根危險(xiǎn)截 面 ：將輪齒視為懸臂梁，作與齒輪對(duì)稱(chēng)中線(xiàn)成 300角并與齒根過(guò)渡曲線(xiàn)相切的切線(xiàn)，通過(guò)兩切點(diǎn)作平行于齒輪軸線(xiàn)的截面，此截面 即為齒根危險(xiǎn)截面。 載荷作用點(diǎn)：嚙合過(guò)程中，輪齒上的載荷作用點(diǎn)是變化的，應(yīng)將其中使齒根產(chǎn)生最大彎矩者作為計(jì)算時(shí)的作用點(diǎn)。輪齒在雙齒對(duì)嚙合區(qū)中 - 17 - 3— 9【 7】 ）嚙合時(shí)，力臂最大，但此時(shí)有兩對(duì) 共同承擔(dān)載荷，齒根所受彎矩不是最大；輪齒在單齒對(duì)嚙合區(qū)上界點(diǎn) 臂雖較前者小，但僅一對(duì)齒輪承擔(dān)總載荷，因此，齒根所受彎矩最大，應(yīng)以該點(diǎn)作為計(jì)算時(shí)的載荷作用點(diǎn) 。但由于按此點(diǎn)計(jì)算較為復(fù)雜，為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，一般可將齒頂作為載荷的作用點(diǎn)，并引入重合度系數(shù) 將力作用于齒頂時(shí)產(chǎn)生的齒根應(yīng)力折算為力作用于單齒對(duì)嚙合區(qū)上界點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生的齒根應(yīng)力。 圖 3— 12【 7】 所示，略去齒面間的摩擦力，將 齒的對(duì)稱(chēng)線(xiàn)上，并分解為切向分力 a。且向分力使齒根產(chǎn)生彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力，徑向分力使齒根產(chǎn)生壓應(yīng)力。由于剪應(yīng)力和壓應(yīng)力比彎曲應(yīng)力小得多，且齒根彎曲疲勞裂紋首先發(fā)生在 拉伸側(cè)，故齒根彎曲疲勞強(qiáng)度效核時(shí)應(yīng)按危險(xiǎn)截面拉伸側(cè)的彎曲應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算。其彎曲應(yīng)力為 ? ?? ?????c os/c 26/c 2 ???（ ?? (式中， α 令 ? ?? ? ??c o s/ c o s/6 2mS ??????? (考慮齒根應(yīng)力集中和危險(xiǎn)截面上的壓應(yīng)力和剪應(yīng)力的影響，引入應(yīng)力修正系數(shù) 入重合度系數(shù) ，得輪齒 彎曲疲勞強(qiáng)度條件為 ?? ?? ??? 321111 22（ ?（ 式（ 示得彎曲疲勞強(qiáng)度條件，還可寫(xiě)成（ 形式。設(shè)計(jì)時(shí)，用此式可以計(jì)算出齒輪的模數(shù)。即 3 2112 ? ??（ ??????（ - 18 - 式中，σ 重合度系數(shù) 將力的作用點(diǎn)由齒頂轉(zhuǎn)移到單齒對(duì)嚙合區(qū)上界點(diǎn)的系數(shù)。當(dāng)ε α 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 為了防止齒面出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕，齒面接觸疲勞條件為 ? ? ?????????? (式中，σ σ 一對(duì)漸開(kāi)線(xiàn)圓柱齒輪在 3— 10（ a） 【 7】 ），其齒面接觸狀況可近似認(rèn)為與以ρ 1、ρ 2為半徑的兩圓柱體的接觸應(yīng)力σ 式進(jìn)行計(jì)算 ： ?????????? ???? ????? L a x 111(? (輪齒在嚙合過(guò)程中，齒廓接觸點(diǎn)是不斷變化的，因此，齒廓的曲率半徑也將隨著嚙合位置的不同而變化 （圖 3— 10（ b） 【 7】 ） 。對(duì)于重合度11 時(shí)，嚙合過(guò)程中，將會(huì)有幾對(duì)齒同時(shí)參與嚙合，單位接觸線(xiàn)長(zhǎng) - 19 - 度可取為： L＝ b/, 重合度系數(shù)，是用以考慮因重合度增加，接觸線(xiàn)長(zhǎng)度增加，接觸應(yīng)力降低的影響系數(shù)。對(duì)于直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，一般可取 數(shù)多時(shí)，ε α 大 小值 ;反之，取大值。 將式（ 的 考慮齒數(shù)比 ,co s, 111212 ?????????? 將ρ 1、ρ 2和 L 值代入式（ 簡(jiǎn)化后得 ? ?11 12 ?? ?? （ ???? (式中，?? ??? 2c o 慮節(jié)點(diǎn)齒廓形狀對(duì)接觸應(yīng)力得影響，其值可在圖 3— 11【 7】 中查得 ; ???????? ????222121 111???稱(chēng)為材料系數(shù)（ ，可由表 3— 2【 7】查得。 于是，直齒圓柱齒輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度條件為 ? ??? ???211 12?????? (式中，σ 令齒寬系數(shù)?，將1db d??代入上式，得齒面接觸疲勞強(qiáng)度條件的令一表達(dá)形式： 321112????????????（ ???（ 式（ 式（ 用于標(biāo)準(zhǔn)和變位直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。設(shè)計(jì)時(shí)，用式（ 計(jì)算出齒輪的分度圓直徑?！?+”號(hào)用于外嚙合，“－”號(hào)用 于內(nèi)嚙合 ，在該設(shè)計(jì)中選“ -”號(hào)。 提高齒輪接觸疲勞強(qiáng)度的主要措施：加大齒輪直徑 d 或中心矩 a、適當(dāng)增大齒寬 b、采用 正角度變位齒輪傳動(dòng)和提高齒輪精度等級(jí)，均可 - 20 - 減小齒面接觸應(yīng)力；改善齒輪材料和熱處理方式（提高齒面硬度），可以提高許用接觸應(yīng)力σ 具體計(jì)算 ⑴ 選精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 1） 考慮到本設(shè)計(jì)中分配箱所要傳遞的功率較大，故兩嚙合齒輪都選用硬齒面。由表 3— 3[7]選得大、小齒輪的材料均為 40經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火，齒面硬度為 48～ 55 2） 選取精度等級(jí)。因采用表面淬火，輪齒的變形不大，不需磨削 ，故初選 7級(jí)精度（ 88）。 3） 選取兩齒輪的齒數(shù) 6， 8。 ⑵ 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 按式（ 算，即 321112???????????? ） 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 a、 因?yàn)槭请妱?dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，工作機(jī)載荷平穩(wěn)，查表 3— 1[7]，可取 ；因齒輪速度不高，取 K v=因?qū)ΨQ(chēng)布置，軸的剛性大，取 α = K=α =b、 由圖 3— 11 [7]選取區(qū)域系數(shù) c 、 由圖 10— 26[5]查得ε α 1 =ε α 2 =則ε α =ε α 1 + ε α 2 = d 、 計(jì)算齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 105× P1/ 105× 55× 90%/144 = 105 N· 設(shè)減速箱 的總效率為 90%） e、 由表 3— 6[7]選取齒寬系數(shù)Φ d = f、 由表 3— 2[7]查得材料的彈性影響系數(shù) ；重合度系數(shù) g、 由圖 3— 16[7]按 小齒輪 齒面硬度 為 286齒輪齒面硬度為 - 21 - 240查得的接觸疲勞強(qiáng)度極限σ 660， σ = 600查圖 3— 17[7]，得σ 230， σ =220 h、 由式 3— 13[7]計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N，確定壽命系數(shù) 注：本設(shè)計(jì)擠出機(jī)的分配箱按工作壽命為 15 年，每年工作 300 天，一班制來(lái)進(jìn)行計(jì)算 )： N=60中， r/; 齒同側(cè)齒面嚙合次數(shù)； h） 。 則有 60 60× 144× 1× (1× 8× 300× 15) = 108 i、 由圖 3— 18[7]查得 圖 3— 19[7]得， j、 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 由表 3— 4[7]取 ， 由式（ 3— 11[7]）得 9 21 0m i i ??? ??M P 2 01 0m i i ??? ??由式（ 3— 12[7]）得 M P 22 3 0m i i ???? ??M P 2220m i i ???? ??2） 計(jì)算 試算小齒輪分度圓直徑 由計(jì)算公式得 - 22 - ?????? ???????? ① 計(jì)算齒寬 mn n ??按表 3— 7[7]，取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) m n= n 678(2 12 ????? 圓整后?。?a=88 修 正其它值 ： n ??? d ???? 取 8mm,b1=5～ 10)=(88+6)4 ② 計(jì)算圓周速度 1 ?? ????? ?? 3） 驗(yàn)算輪齒彎曲強(qiáng)度條件。 按式（ 3— 17[7]）驗(yàn)算輪齒的彎曲強(qiáng)度條件。 計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)： 2772co ?? ??? 718co ?? ?? — 14[7]，得 查圖 3— 15[7]，得 - 23 - 計(jì)算彎曲應(yīng)力： ??????????????? ???????????????軸的設(shè)計(jì)及校核 該設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)軸的程序是： （ 1） 選擇軸的合適材料； （ 2） 初步估算軸的直徑； （ 3） 進(jìn)行軸系零、部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； （ 4） 進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算； （ 5） 進(jìn)行剛度計(jì)算； （ 6） 驗(yàn)算軸承； （ 7） 根據(jù)計(jì)算結(jié)果修改設(shè)計(jì)； （ 8） 繪制軸的零件工作圖。 軸的工作能力主要取決于它的強(qiáng)度、剛度、臨界轉(zhuǎn)速等物理約束，軸的形狀主要取決于軸上零件的定位、固定、加工需求等約束。因此，軸設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是根據(jù)工作要求并考慮制造工藝因素，選擇合適的材料，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使其滿(mǎn)足于各種物理約束條件。 軸設(shè)計(jì)常用的約束 條件有： 物理約束： 強(qiáng)度條件： ? ???? 剛度條件： ? ? 臨界轉(zhuǎn)速： ? ?何約束： 軸上零件的軸向定位與固定 - 24 - 軸向零件的周向固定 加工工藝和裝配工藝等 、 軸的材料及 選取 用作軸的材料的種類(lèi)很多，選擇時(shí)應(yīng)主 要考慮如下因素： 1) 軸的強(qiáng)度、剛度及賴(lài)磨性要求； 2) 軸的熱處理方式及機(jī)加工工藝性的要求； 3) 軸的材料來(lái)源和經(jīng)濟(jì)性等。 軸的材料種類(lèi)很多，設(shè)計(jì)時(shí)主要根據(jù)對(duì)軸的強(qiáng)度、剛度、耐磨性等要求，以及為實(shí)現(xiàn)這些要求而采用的熱處理方式，同時(shí)考慮制造工藝問(wèn)題加以選用，力求經(jīng)濟(jì)合理。 軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。 由于碳鋼比合金鋼價(jià)廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低，同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，故采用碳鋼制造軸尤為廣泛，其中最常用的是 45號(hào)鋼 。 合金鋼比碳鋼具有更高的機(jī)械性能和更好的淬火性能。因此，在傳遞大動(dòng)力，并要求減小尺寸與質(zhì)量，提高軸頸的耐磨性，以及處于高溫或低溫條件下工作的軸，常采用合金鋼。 必須指出：在一般工作溫度下（ 200℃），各種碳鋼和合金鋼的彈性模量均相差不多，因此在選擇鋼的種類(lèi)和決定鋼的熱處理方法時(shí)，所根據(jù)的是強(qiáng)度與耐磨性，而不是軸的彎曲或扭轉(zhuǎn)剛度。但也應(yīng)當(dāng)注意，在既定條件下，有時(shí)也可選擇強(qiáng)度較低的鋼材，而用適當(dāng)增大軸的截面面積的辦法來(lái)提高軸的剛度。 另外，各種熱處理（如高頻淬火、滲碳、氮化、氰化等）以及表面強(qiáng)化處理（ 如噴丸、滾壓等），對(duì)提高軸的抗疲勞強(qiáng)度都有著顯著的效果。 球墨鑄鐵和高強(qiáng)度鑄鐵因其具有良好的工藝性，不需要鍛壓設(shè)備，吸振性好，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性低，故 近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于制造結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的曲軸等，只是鑄件的質(zhì)量難于控制。 針對(duì)上述內(nèi)容，再結(jié)合本次設(shè)計(jì)要求，決定軸的材料采用 40經(jīng) - 25 - 調(diào)質(zhì)處理， 這種材料一般用于載荷較大，而無(wú)很大沖擊的重要場(chǎng)合。 其機(jī)械性能由表 6— 1【 7】 查得：σ b=750 s=550 σ 350 00 表 6— 4【 7】 ，得 [σ -1]b=70 、 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的是合理地定出軸的幾何形狀和尺寸。由于影響軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的因素很多，故軸不可能有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式。一般的講，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在滿(mǎn)足規(guī)定的功能要求和設(shè)計(jì)約束的前提下，其設(shè)計(jì)方案有較大的靈活性，即軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有多方案性。通常，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)力求受力合理，有利于提高軸的工作能力，有利于節(jié)約材料和減輕重量；應(yīng)力求軸上零件的定位和固定可靠，并有利于裝拆、調(diào)整和具有良好的工藝性。 1）軸上零件的布置 軸上零件的合理布置可改善軸的受力狀況，提高軸的強(qiáng)度和剛度 。 a、 使彎 矩分配合理 合理改正軸上零件的 結(jié)構(gòu) ，可減少軸上載荷和改善其應(yīng)力特征，提高軸的強(qiáng)度和剛度； b、使轉(zhuǎn)矩分配合理 及改變應(yīng)力狀態(tài)。 2）軸上零件的軸向固定 零件安裝在軸上，要有準(zhǔn)確的定位。各軸段長(zhǎng)度的確定，應(yīng)盡可能使其結(jié)構(gòu)緊湊。對(duì)于不允許軸向滑動(dòng)的零件，零件受力后不要改變其準(zhǔn)確的位置，即定位要準(zhǔn)確，固定要可靠。 軸上零件軸向定位和固定的常用方法見(jiàn)表 6— 2[7]。 3）軸上零件的周向固定 軸上零件與軸的周向固定所形成的連接，通常稱(chēng)為軸轂連接。軸轂連接的形式多種多樣，如鍵連接、花鍵連接、成形連接和過(guò)盈連接 等。 4）減少軸的應(yīng)力 集中 軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量避免形狀的突然變化，以免產(chǎn)生應(yīng)力集中。如直徑過(guò)度處應(yīng)盡量可能用軸肩圓角來(lái)代替環(huán)形槽，并盡可能采用較大的圓角半徑。圖 6— 17[7]所示為幾種減輕圓角應(yīng)力集中的例子。 5）軸結(jié)構(gòu)工藝性約束 - 26 - 設(shè)計(jì)軸時(shí)，要使軸的結(jié)構(gòu)便于加工、測(cè)量、裝拆和維修，力求減少勞動(dòng)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn) 率。為了便于加工，減少加工工具的種類(lèi)，應(yīng)使同一軸上的圓角半徑、鍵槽、越程槽、退刀槽的尺寸盡量相同。一根軸上的各個(gè)鍵槽應(yīng)開(kāi)在軸的同一母線(xiàn)上。當(dāng)有幾個(gè)花鍵軸段是，花鍵尺寸最好也應(yīng)統(tǒng)一。為了便于裝配，軸的配合直徑 應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，軸端應(yīng)加工出倒角（一般為 45o）；過(guò)盈配合零件軸端應(yīng)加工出導(dǎo)向錐面。 、 軸的強(qiáng)度校核計(jì)算 軸的計(jì)算通常都是在初步完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后進(jìn)行校核計(jì)算，計(jì)算準(zhǔn)則是滿(mǎn)足軸的強(qiáng)度或剛度要求，必要時(shí)還應(yīng)校核軸的振動(dòng)穩(wěn)定性。 進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采取相應(yīng)的計(jì)算方法，并恰當(dāng)?shù)剡x取其許用應(yīng)力。對(duì)于僅僅（或主要）承受扭矩的軸（傳動(dòng)軸），應(yīng)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算；對(duì)于只承受彎矩的軸（心軸），應(yīng)按彎曲強(qiáng)度條件計(jì)算；對(duì)于既承受彎矩又承受扭矩的軸（轉(zhuǎn)軸），應(yīng)按彎扭全盛強(qiáng)度條件進(jìn)行計(jì)算，需 要時(shí)還應(yīng)按疲勞強(qiáng)度條件進(jìn)行精確校核。此外，對(duì)于瞬時(shí)過(guò)載很大或應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱(chēng)性較為嚴(yán)重的軸，還應(yīng)按峰尖載荷校核其靜強(qiáng)度，以免產(chǎn)生過(guò)量的塑性變形。 ⑴ 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算 這種方法是只按軸所受的扭矩來(lái)計(jì)算軸的強(qiáng)度；如果還受有不大的彎矩時(shí)，則用降低許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的辦法予以考慮。 軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度 約束 條件為： ? ?? ????3109 5 5 0 ??? （ 式中 ， τ T— 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力， T— 軸所 傳遞 的扭矩， N ? 軸的抗扭 截面 模量 ， 附表 6— 8[7]； n— 軸的轉(zhuǎn)速， r/ P— 軸 所 傳遞的功率， - 27 - d— 計(jì)算截面處軸的直徑， [τ ]T— 許用扭轉(zhuǎn) 應(yīng)力， 表 6— 3[7]。 對(duì)于實(shí)心軸， 51633 ?? 將 上 式 代 入 （ ， 可 得 軸 的 直 徑 約 束 條 件 ： ? ? )()109 5 50(5 33 3 ??? ??????? （ 式中， C 取決于軸材料的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 [τ T]的系數(shù)，其值可查表 彎矩相對(duì)轉(zhuǎn)矩很小時(shí)， C 取小值， [τ T]取較大值；反之， C 取大值， [τ T]取較小值。 表 幾種軸的材料的 [τ T]和 C 值 軸的材料 5 45 40520τ T] 12～ 20 12～ 25 20～ 30 30～ 40 40～ 52 C 160～ 135 148～ 125 135～ 118 118～ 107 107～ 98 應(yīng)用式 (出 ? ? )(09 5 50(5 333 3 ?????? ?其中 ,因?yàn)?在本設(shè)計(jì)中 ,軸的材料為 40以取 C=100,有此計(jì)算的 此外 ,也可 采用經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)估算軸的直徑。如在一般減速器中 ,高速輸入軸的直徑可按與其相連的電機(jī)軸的直徑 d=(;各級(jí)低速軸的軸徑可按同級(jí)齒輪中心距 a 估算 ,d=(0.4)a。 綜上所述，取軸的直徑為 75 ⑵ 按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算 對(duì)于同時(shí)承受彎矩和轉(zhuǎn)矩的軸 ,可根據(jù)彎矩和轉(zhuǎn)矩的合成強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算時(shí) ,先根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所 確定的軸幾何和軸上零件的位置 ,畫(huà)出軸的受力簡(jiǎn)圖 ,然后 ,繪制 彎矩圖 、扭矩圖，再按第三強(qiáng)度理論條件建 - 28 - 立軸的彎矩合成強(qiáng)度約束條件： ? ??? ????????? （ 考慮到彎矩 所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力的性質(zhì)不同，對(duì)上式中的