塑料擠出機機械結構設計

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1、哈爾濱石油學院哈爾濱石油學院畢畢 業(yè)業(yè) 設設 計計題目 塑料擠出機機械結構設計 系別 機械電子工程系 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 班級 10 姓名 龔玉平 學號 20103140226 指導教師 王妍瑋 日期 2014/06/01 哈爾濱石油學院哈爾濱石油學院畢業(yè)設計（論文）任務書畢業(yè)設計（論文）任務書題目題目塑料擠出機機械結構設計姓名姓名 龔玉平 專業(yè)專業(yè) 機械設計制造及自動化學號學號 20103140226主要內容：主要內容： 本次畢業(yè)設計主要工作內容是完成塑料擠出機的機械結構設計。通過本次設計，建立正確的產品設計思想、掌握產品設計的流程、各個設計階段解決問題的方法和手段。為畢業(yè)后實際設

2、計產品奠定良好基礎?；疽蠡疽?用多種方法查找相關文獻資料。2參照以有的設備數(shù)據(jù)擬定多種設計方案，比較設計方案，選擇最佳方案進行設計。 3利用 CAD 完成裝配圖和零件圖，。 4. 撰寫畢業(yè)設計論文。主要參考資料主要參考資料1 劉立春. 塑料機械設計.北京.機械工業(yè)出版社,1993.22 于德水. 塑料加工機械.北京.機械工業(yè)出版社,2001.123 陳露.AutoCAD2006 基礎及應用教程.電子工業(yè)出版社,2006.8 完成期限：2014 年 6 月 2 日指導教師簽章：專業(yè)負責人簽章：2014年3月2日摘要此次設計的題目是 SJ-65 塑料擠出機機械結構設計。擠出成型是塑料成型加

3、工的重要成型方法之一，而擠出成型是在擠出機上進行的，所以擠出機是塑料成型加工機械的主要設備。用擠出機生產的產品廣泛地應用于人們生活以及農業(yè)、建筑業(yè)、石油化工、機械制造、國防等工業(yè)部門。擠出機主要用不高于把聚合物主原料與所需添加的輔助原料混合、混煉塑化熔融，最終加工成具有各種截面形狀和幾何尺寸的擠出類塑料制品。其主要的特點是：生產過程連續(xù)；生產效率高；應用范圍廣；投資小，收效快。1擠出機主要由擠壓系統(tǒng)、加料系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)和加熱冷卻系統(tǒng)組成。本次設計就是圍繞這幾部分進行設計的。擠壓系統(tǒng)主要由螺桿和機筒組成，是擠出機的關鍵部分。加工的塑料是高分子聚合物。綜合各個方面的因素考慮，螺桿的結構形式選定為等

4、距變深型螺桿。機筒結構是選用的襯套式機筒，即在整體式機筒內加一襯套，襯套磨損后可以拆出加以更換，這樣可以節(jié)省貴金屬材料，很經(jīng)濟。本次設計就是基于在結構合理、易于加工和維修等條件的要求下，進行擠出機的設計。關鍵詞：擠出機；傳動系統(tǒng)；加熱冷卻AbstractThis design topic is SJ-65 plastic extruder mechanical structure design. Extrusion molding is plastic forming the important method of forming process, and extrusion molding

5、in extrusion machine is the extruder, so is the plastic molding processing machinery major equipment. Extruder production with the products widely used in people life and agriculture, construction, petroleum chemical industry, machinery manufacturing, defense industries as well.Extruder is not highe

6、r than the polymerization with raw materials and add the owner needed assistance raw material mixing, mixing rubber plasticizing melting, eventually processed into has all kinds of cross-section shape and geometry size of plastic extrusion products. Its main characteristic is: production continuous;

7、 High production efficiency; Application range; Small investment, fast convergence.Extrusion machine mainly by extrusion system, charging system and transmission system and heating, cooling systems. This design is a few parts around this design. Extrusion system mainly by the screw and barrel compos

8、ition, is a key part of the extruder. Processing of plastic is the high polymer. Comprehensive all aspects of the factors, screw structure of the selected for isometric darker type screw. Machine tube structure is to choose the bushing type of barrel, that is, in the integral within a barrel and bus

9、hing, liner wear can be replaced after pulled out, this can save precious metal materials, very economy.The design is based on the reasonable structure, easy to processing and maintenance of the conditions of the request, for the design of the extruder.Keywords：plastic extrusion ; transmission syste

10、m; heating and cooling.目目 錄錄第第 1 章章 緒論緒論.11.1課題背景.11.2課題研究意義.21.3國內外綜述.21.4研究內容.2第第 2 章章 擠壓系統(tǒng)設計擠壓系統(tǒng)設計.42.1螺桿設計.42.2機筒設計.92.3螺桿和機筒的材料選擇.102.4螺桿和機筒的配合要求.102.5分流板設計.112.6本章小結.11第第 3 章章 擠出機傳動系統(tǒng)設計擠出機傳動系統(tǒng)設計.123.1擠出機驅動功率的確定.123.2擠出機轉速的調節(jié)范圍.123.3傳動系統(tǒng)的組成及其設計.123.4擠出機螺桿軸承部分的結構及其布置形式.163.5擠出機螺桿軸承和齒輪的 UG 造型.173

11、.6本章小結.21結結 論論.22致致 謝謝.23參考文獻參考文獻.24附附 錄錄.25第第 1 章章 緒論緒論1.1 課題背景在我國塑料加工業(yè)中，幾乎 1/31/2 的塑料制品是通過擠出成型來完成。作為塑機的第二大類產品，擠出成型機組的產量和銷售額約占塑料機械的 2025%，其生產廠家分布在機械、輕工、化工、石化、建材、軍工等行業(yè)，在地域上多集中在塑料加工業(yè)發(fā)達地區(qū)，如江浙、遼寧、山東、廣東等東南沿海地區(qū)。全國 124 家主要塑機企業(yè)工業(yè)總產值為 38.7 億，東南沿海就占了 70%以上:全國生產擠出機的廠家超過百家，多數(shù)為民營或鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，約占塑機行業(yè)廠家的 60%。擠出機的品種占塑料機械品

12、種的 30%，這個比例還有逐年上升趨勢。全國每年能夠生產 300 臺以上擠出機機組的廠家僅有 3、4 家，大部分企業(yè)只能生產低檔次的老產品，難以達到經(jīng)濟規(guī)模，尤其在控制水平、效率、精度、可靠性和成套性等方面與發(fā)達國家相比差距較大。由于專業(yè)水平和產品技術含量低，決定了產品的附加值低，從而使企業(yè)的整體效益不高，在國際競爭中處于劣勢。在常規(guī)單螺桿擠出機組的性能方面，我國己能生產螺桿直徑為12250mm多種規(guī)格、門類齊全的擠出機組，長徑比太多在 2530 范圍。一些新型的混煉元件如分離型、屏障型、分流型、變流道型以及流束位置變換型等說煉元件得到了較為廣泛的應用:螺桿最高轉速:直徑150200 的大型擠

13、出機加工烯烴類物料時為5075r/min，加工 PVC 等熱敏性物料時為 542r/min:直徑30 以下的小型機器加工烯烴類物料時為 l60200r/min，加工 PVC 等熱敏性物料時為 18l20r/min:北京化工大學研制成功的l2mm 手提式單螺桿排氣擠出機為 1200r/min。而國外單螺桿擠出機螺桿直徑最小6mm，最大為700mm，最大長徑比達 60。日本池貝公司30 單螺桿擠出機最高螺桿轉速為 3000r/min，擠出機 300kg/h，遠遠高于我國同規(guī)格機器實際產量 l4kg/h 的水平。2由于常規(guī)單螺桿擠出機與其它擠出機相比，具有結構簡單、堅固耐用、維修方便、價格低廉、操作

14、容易等特點。在我國相當長時間內仍有很大市場，因此如何使常規(guī)單螺桿擠出機優(yōu)質、高效、多功能化，仍然是我國塑機研究工作者的艱巨任務。1.2 課題研究意義SJ-65 塑料擠出機研究的意義 近年來，隨著電子設備信息化的展，作為物理傳輸介質的各種熱敏性聚合物加工需求也越來多，如 PVC 電纜料 PE 硅烷、過氧化物交聯(lián)電纜料，PE 交聯(lián)屏蔽線等。在我國塑料加工業(yè)中，幾乎 1/31/2 的塑料制品是通過擠出成型來完成。生產這些聚合物的關鍵是擠出機。擠出機也隨著越來越高的時效性生產要求在不斷發(fā)展。1.3 國內外綜述在我國塑料加工業(yè)中，幾乎 1/31/2 的塑料制品是通過擠出成型來完成。作為塑機的第二大類產品

15、，擠出成型機組的產量和銷售額約占塑料機械的 2025%，其生產廠家分布在機械、輕工、化工、石化、建材、軍工等行業(yè)，在地域上多集中在塑料加工業(yè)發(fā)達地區(qū)，如江浙、遼寧、山東、廣東等東南沿海地區(qū)。全國 124 家主要塑機企業(yè)工業(yè)總產值為 38.7 億，東南沿海就占了 70%以上:全國生產擠出機的廠家超過百家，多數(shù)為民營或鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，約占塑機行業(yè)廠家的 60%。擠出機的品種占塑料機械品種的 30%，這個比例還有逐年上升趨勢。全國每年能夠生產 300 臺以上擠出機機組的廠家僅有 3、4 家，大部分企業(yè)只能生產低檔次的老產品，難以達到經(jīng)濟規(guī)模，尤其在控制水平、效率、精度、可靠性和成套性等方面與發(fā)達國家相比差

16、距較大。由于專業(yè)水平和產品技術含量低，決定了產品的附加值低，從而使企業(yè)的整體效益不高，在國際競爭中處于劣勢。在常規(guī)單螺桿擠出機組的性能方面，我國己能生產螺桿直徑為12250mm 多種規(guī)格、門類齊全的擠出機組，長徑比太多在 2530 范圍。一些新型的混煉元件如分離型、屏障型、分流型、變流道型以及流束位置變換型等說煉元件得到了較為廣泛的應用:螺桿最高轉速:直徑150200 的大型擠出機加工烯烴類物料時為5075r/min，加工 PVC 等熱敏性物料時為 542r/min:直徑30 以下的小型機器加工烯烴類物料時為 l60200r/min，加工 PVC 等熱敏性物料時為 18l20r/min:北京化

17、工大學研制成功的l2mm 手提式單螺桿排氣擠出機為 1200r/min。而國外單螺桿擠出機螺桿直徑最小6mm，最大為700mm，最大長徑比達 60。日本池貝公司30 單螺桿擠出機最高螺桿轉速為 3000r/min，擠出機 300kg/h，遠遠高于我國同規(guī)格機器實際產量 l4kg/h 的水平。1.4 研究內容第一部分是擠出系統(tǒng)的設計，擠出系統(tǒng)包括螺桿和機筒。是擠出機的關鍵部分。塑料是高分子聚合物，它由柔韌的大分子鏈結構所組成，分子間的相互作用和分子量是決定其所有綜合物理性能的主要因素。熱塑料在恒定壓力下受熱時存在三種物理狀態(tài)，即玻璃態(tài)，高彈態(tài)和粘流態(tài)，當溫度超過 Td 時，聚合物開始分解。所以擠

18、出機的螺桿結構就是根據(jù)高聚物在不同溫度的三種物理狀態(tài)設計的。3在螺桿的多種結構選擇之后選定的是等距變深型螺桿。機筒結構是選用的襯套式機筒，在整體式機筒內加一襯套，襯套磨損后可以拆出加以更換，這樣可以節(jié)省貴金屬材料，很經(jīng)濟。第二部分是加料系統(tǒng)設計，分為料斗選擇和加料方式選擇。第三部分是加熱冷卻裝置設計，因為擠出機是靠加熱使高聚物狀態(tài)變化的，所以加熱和冷卻在這個系統(tǒng)中占有非常重要的位置。只有好的加熱和冷卻系統(tǒng)才能使擠出機正常、合理的工作。第四部分是傳動系統(tǒng)設計，傳動系統(tǒng)包括減速裝置、皮帶傳動和電機。第第 2 章章 擠壓系統(tǒng)設計擠壓系統(tǒng)設計2.1 螺桿設計2.1.1 螺桿設計所需考慮的問題衡量螺桿設

19、計質量的標準 （1）生產能力 生產能力是設計螺桿的一個重要指標之一。不同規(guī)格的螺桿生產能力是不同的，同一種規(guī)格的螺桿，由于結構和尺寸的差異，加工同一物料的生產能力也各有不同。因此，必須有一個作為比較生產能力的標準，其中一個標準是比流量 Q/N，即在單位時間內螺桿每轉一圈的擠出量。對于同一規(guī)格的螺桿，還要衡量在保證擠出物質量的前提下能夠達到的最高生產能力 QMAX。（2）率消耗 螺桿的單耗值越大，說明螺桿所作的機械功對物料進行剪切和摩擦作用而轉換為熱能越多。但是，在不同的溫度下，不同的物料的熱是一個定值，機械功轉換為熱能過多，可能會引起局部過熱，甚至造成物料的熱分解，影響制品質量，另一個方面增加

20、螺桿傳動裝置的負載對螺桿和機筒進行局部冷卻而造成能量浪費。因此，在保證物料塑化的前提下，螺桿的單耗應以低值為好。（3）擠出物的質量 擠出物的質量包括外觀質量、擠出物的混合質量、擠出物的擠出溫度，在徑向上的溫差、溫度隨時間而波動的軸向溫差，擠出的壓力波動等方面的內容。（4）桿的加工制造容易 使用壽命長 螺桿加工制造困難，影響螺桿的造價。使用壽命短，機臺的經(jīng)濟性能差。設計擠壓系統(tǒng)首先考慮的問題 （1）高聚物的特性 在設計擠出系統(tǒng)之前，應掌握被加工高聚物的性能,不同的高聚物，對螺桿的結構和幾何參數(shù)有不同的要求。（2）擠壓系統(tǒng)的用途 在設計之前應考慮其用途，是作為專用機臺還是通用機臺之用。作為專用機臺

21、，擠壓系統(tǒng)只考慮擠壓某一種塑料的長期生產之用。若作為通用機臺之用，擠壓系統(tǒng)就要考慮適應若干塑料相互交替之用。這對擠壓系統(tǒng)的結構或螺桿的設計有不同要求。（3）口模幾何形狀和阻力特征 擠出不同的制品，要求不同的口模。不同的幾何形狀，對物料擠出時的阻力特性不同。從基礎理論知道螺桿口模的特性關系曲線 機頭阻力大，螺桿的生產能力降低；反之生產能力高。不同口模的幾何形狀和阻力特性對螺桿的幾何參數(shù)有不同的要求，這在設計擠壓系統(tǒng)之前應加于考慮和了解。2.1.2 普通螺桿的主要形式及其確定普通螺桿的主要形式 等距變深型、等深變距型、變深變距型。普通螺桿形式的確定 選擇等距變深型；相對于其他形式的螺桿來說，其加工

22、制造容易，成本低；由于螺紋升程相等，物料與機筒的接觸面積大，從外加熱的機筒上吸收的熱量多，有利于固體塑料的熔融和能夠均勻地壓縮、塑化物料；加料段的第一個螺紋深度大，有利于進料。2.1.3螺桿主要參數(shù)的確定螺桿直徑，正常能力的確定 設計中螺桿直接已經(jīng)給出在初步確sDQmmDs65定螺桿的轉數(shù)和直徑之后，可根據(jù)經(jīng)驗公式初步確定螺桿的生產能力 小時公斤/12905 . 6005. 033nDQs長徑比的確定 從擠出理論得知，在其它條件一定時，增大長徑比，即等sDL/于增加螺桿的長度。結果增加物料在螺桿中的停留時間，既保證了物料有充分的熔融時間，但對熱敏性的物料，過大的長徑比易于造成停留時間過長而熱分

23、解。一般國內應用比較多的長徑比范圍是在 1525，目前多采用 20 左右，因此取長徑。4mmDLs13006520202.1.4螺桿設計塑料是高分子聚合物，它由柔韌的大分子鏈結構所組成，分子間的相互作用和分子量是決定其所有綜合物理性能的主要因素。熱塑料在恒定壓力下受熱時存在三種物理狀態(tài)，即玻璃態(tài)，高彈態(tài)和粘流態(tài)，當溫度超過 Td 時，聚合物開始分解。從上述螺桿的形式可以看到，結晶型高聚物用的螺桿有明顯的三段之分，而非結晶型高聚物用的螺桿雖然在幾何形狀上不一定明顯的分成三段，但按照擠出理論的分析，非結晶型高聚物在螺桿中的擠出過程，實際上是經(jīng)歷固體輸送、熔融和均化的過程。因此，把普通螺桿都分成三段

24、。加料段設計 （1）加料段的長度按照固體輸送理論分為料斗區(qū)、輸送區(qū)和遲滯區(qū)。料斗區(qū) 是指加料口先面的螺紋段。輸送區(qū) 是指從料斗區(qū)口前壁面開始直至固體塞表面達到熔點為止。遲滯區(qū) 是指物料開始在機筒表面上熔融而形成熔膜直至熔膜厚度增厚到若干倍螺桿和機筒之間的間隙時，熔膜被螺棱刮下而螺棱推進前面的熔池，此時固體床偏移至螺棱后緣，穩(wěn)定的熔融開始起作用之前為止。 （2）固體輸送能力要求 （a）固體輸送能力應稍高于或等于熔融段或均化段的工作能力。（b）能壓實固態(tài)顆粒或粉料。有利于排除顆粒料或粉料中所含的氣體和提高固體輸送效率。（3）螺紋升角 固體塞與螺桿是有摩擦和有一定的壓力，因而加料段的最佳螺紋升程不為

25、 45。另外，固體輸送理論還假設，和忽略螺棱寬度 的影bsff 0pp e響，并認為大多數(shù)固態(tài)高聚物與金屬之間的摩擦系數(shù)大約是 0.250.5，此時從理論公式推導出最佳的螺紋升角是 1720。若加料段螺桿的螺紋升程等于螺桿直徑，sD得到的螺紋升角是 1742。所以選取螺桿的升程等于螺桿的直徑，。4217（4）螺槽深度的確定 在理論上大，固體輸送量大。一般先確定均化段螺1H1H槽深度后，再由螺桿幾何壓縮比來計算加料段的螺槽深度。1H（5）加料段長度的確定 實際上如螺紋升角分析那樣，影象因素很多，難于1L由理論公式去計算。因此，往往根據(jù)高聚物的物理性能分析，用經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定所需要的長度，對于熔點高，

26、導熱性差，加料段的長度要取長一些，反之可取短一些。1L根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)取加料段長度，占螺桿全長的百分比 1L非結晶型高聚物 LL%2510112結晶型高聚物 LL%6530122根據(jù)經(jīng)驗5mmLL2602 . 01300%201熔融段設計 （1）熔融段設計要求 是固態(tài)顆粒或粉料在這一段得到進一步壓縮，以排除所夾雜的空氣或揮發(fā)性氣體 某些固態(tài)高聚物顆粒或粉料在熔融過程中由松散轉變到.熔料時密度會發(fā)生變化。另外，高聚物熔料在本段形成 壓力下，密度也有變化。另一個設計要求是要有一定的長度。在理論上這個軸向2L長度和本段的幾何壓縮比所構成的螺槽體積變化要符合物料固相寬度分布函數(shù)的2L變化規(guī)律。 （2）熔融

27、段長度的確定 熔融段要有足夠的壓縮比,如果螺桿三段的螺2L紋升程相等，螺棱寬度 也相等，壓縮比 等于 ei 31/ HHi 32要從力理論公式計算和壓縮比是 是比較困難的。因此，往往用經(jīng)驗數(shù)據(jù)來確定。2Li螺桿熔融段的幾何壓縮比一般要大于高聚物的顆粒料或粉料的物理壓縮比。非結晶型高聚物 (24)LL%60502結晶型高聚物 DL53252根據(jù)經(jīng)驗公式非結晶高聚物。取。6mmL7806501mmL7002均化段的確定 （1）對生產能力的影響 正流流量與的一次方成正比，倒流量與3HdQ3HcQ的三次方成正比。如果其它條件相同時，僅把增大一倍，則只增大一倍，3H3HdQ而卻增大八倍。因此，太深的螺槽

28、，反而降低生產能力。淺的對物料的剪切作cQ3H用大，有利于對物料進一步的塑化和均化作用。但過淺的，對熱敏性的物料可能3H會引起熱分解。均化段長度的大小對生產能力、擠出物的質量和螺桿的工作特性有一定的影響。從熔融輸送理論公式可以看到，增大，等于減少倒流和漏流的流量，3L在其他條件相同時，相對地提高了生產能力。（2）均化段和的確定 用理論公式計算有一定困難。因此，大多數(shù)采用經(jīng)3H3L驗數(shù)據(jù)來確定。 （2-6）sDH06. 0025. 03對于直徑較大的螺桿，取小值；反之取大值。對于黏度低，熱穩(wěn)定性好的熔3H料，可取小值，反之取大值。經(jīng)驗數(shù)據(jù)，。06. 0025. 03HmmDs9 . 3625.

29、1取。確定之后，根據(jù)確定的螺桿壓縮比計算加料段螺桿的螺槽深度mmH6 . 333H 1H （2-7）4 5 . 03321HDiHDDHsss可以求出。mmH101按經(jīng)驗數(shù)據(jù) 3L （2-8） LL%25203選取。mmLLLL3407002601300213螺紋端面形狀 選取矩形斷面的螺紋，螺紋根徑表面與螺棱推進面成 90 夾角，用小弧過度。螺槽容積較大。螺棱頂面寬度一般取,在保證螺棱強sDe12. 008. 0度的條件下， 值取小一些。因為比較大的 值不但占據(jù)一部分螺槽容積，而且增加ee螺桿的功率消耗，又容易引起物料的局部過熱的危險。 值也不能過小，否則會削弱e螺棱的強度，增大漏流流量，從

30、而降低生產能力，尤其對低黏度的熔料更甚。螺棱的經(jīng)驗選取公式 33221Hr R=(12)r （2-9） 螺紋后角一般取。 10計算螺棱的數(shù)據(jù) ,。7mme6mmr2mmR4螺桿頭數(shù)的確定 在螺桿的直接、螺槽深度和螺紋升程都相同的情況下，多頭螺紋與單頭螺紋相比，多頭螺紋對物料的正推力較大，并可降低熔料的倒流現(xiàn)象。但是，整條螺桿都是多頭螺紋時，物料分別從螺桿料斗區(qū)幾條螺槽通道進入而到達螺頭，在料斗區(qū)往往由于幾條螺槽的進料不均勻和各條螺槽的熔融和均化或對熔料輸送能力不一樣，容易引起生產能力波動、壓力波動。其結果制品質量下降。所以選取單頭螺桿。螺桿頭部結構 熔料在螺槽中的旋轉運動至進入口摸時的直線運動

31、過程中，有一個急劇的改變過程，料流在螺桿頭部前面的機構中，料流速度在機筒中心點為最快，而機筒壁最慢。因而應選擇合理的螺桿頭部形狀才能使料流平穩(wěn)的進入口蘑，并可避免產生滯流和防止物料的局部熱分解。螺桿強度校合 由軸力向 Pz 產生的壓縮應力，可由公式 3-10c （2-10）2022max44.25. 115. 1ddDPsSc得到軸向壓應力為:22222022max/156025 . 45 . 65002 . 12 . 1厘米公斤力ddDPsSc由扭矩 M 產生的剪應力: （2-11）43maxmax1496000CdnNs得到剪應力:24243max/7945 . 4211090923. 0

32、5 . 64960001496000厘米公斤力CdnNsMAX由螺桿自重產生的彎應力s （2-12）322ssdDdL得到彎應力s22322322/19.3285 . 41025. 35 . 45 . 6130厘米公斤力drDdLs22222/2467794432815604厘米公斤力因為安全系數(shù)取 3.所以許用應力為 8500/3=2830 公斤力/厘米 ，所以螺桿強度許2可。2.1.5螺桿零件圖此次設計的螺桿為等距變深螺桿，螺桿結構如圖 2-1 所示。 圖 2-1 螺桿的結構圖2.2 機筒設計2.2.1普通機筒的結構類型及其選擇整體式機筒 整體式機筒的結喉形式之一，其特點是長度大，加工要求

33、比較高；在加工精度和裝配精度上容易得到保證（特別市機筒和螺桿同心度的要求） ，也可以簡化裝配工作；在機筒上設置外加熱器不易受到限制，機筒受熱均勻。一般專業(yè)制造廠用的比較多，但是機筒的加工設備要求較高，技術要求也較高 機筒內表面磨損后難以復修。分段式 分段式機筒是將機筒分成幾段，然后各段用法蘭或其它形式連接起來。這種形式機筒的機械加工比整體容易；便于改變長徑比。多用于需要改變螺桿長徑比或實驗室用的機臺以及在強制式軸向開槽進料套筒的機筒、排氣擠出機的機筒，使機筒的結構更加合理。雙金屬機筒 雙金屬機筒主要有 2 種結構形式 一種是襯套式機筒；另一種是在機筒上澆鑄一層合金箔層。選擇襯套式整體機筒 結構

34、如圖 2-2 所示。圖 2-2 機筒結構圖2.2.2加料口設計加料口的結構必須與物料的形狀相適應，使被加入的物料能從料斗或加料器中自由流入螺桿而不中斷。加料斗的選擇結構如圖 2-3 所示。圖 2-3 加料斗選擇的結構圖2.2.3機筒和機頭的連接方式在選擇機筒與機頭的連接方式時，除了考慮其結構盡量簡單，加工制造方便和夾緊可靠之外，同時必須做到易于裝拆機頭等。2.3 螺桿和機筒的材料選擇工作狀況 螺桿和機筒在擠出機擠出時受到高溫，高壓的作用。同時受到機械刮磨。有的塑料還有化學腐蝕作用。切螺桿受到的扭矩也較大。螺桿和機筒的工作溫度有時達到 400C 高溫和 300500 公斤力/平方厘米的壓力，甚至

35、壓力還高。對材料的性能要求 機械強度高 在選擇鋼材時，要有足夠的機械強度，以保證設計上的要求。加工性能好 選取的鋼材要有好的切削加工性能和熱處理性能。在一般情況下，切削加工之后還要進行熱處理。耐腐蝕和抗磨性好 一般未經(jīng)熱處理的鋼材，其耐磨性能不高，往往影響其使用壽命；一般鋼材的耐磨性能也要通過熱處理給予提高。加工含腐蝕性質物質時，要求選取的鋼材或經(jīng)過其它處理后具有好的耐磨腐蝕性能。螺桿材料選擇 38CrMoAlA.機筒內襯套選擇 38CrMoAlA.機筒鑄造。2.4 螺桿和機筒的配合要求螺桿與機筒的配合間隙 在表 2-1 中選取間隙值。表 2-1 螺桿與機筒之間的間隙值表螺桿直徑3045659

36、0120150200最小+0.15+0.20+0.25+0.30+0.35+0.40+0.45直徑間隙最大+0.30+0.35+0.45+0.50+0.55+0.60+0.65螺桿與機筒的對中性 從設計要求上，螺桿與機筒的中線必須重合。但是，由于制造和裝配等原因，實際上無法達到此要求。由于螺桿與機筒之間有間隙的存在，因此一般不同心度所造成的影響較小。而不垂直度造成的影響較大。這是由于螺桿和機筒較長，微小的不垂直度反映到螺桿頭部都會出現(xiàn)較大的偏差。為了提高螺桿與機筒的對中性，一般采用下列措施 提高零件的加工和裝配精度。減小誤差累積；盡量減少組成零件的數(shù)目；采用有效的定位基準和合理的連接方式。將螺

37、桿尾部的定位棉設計得較短。這樣，未開車之前，螺桿頭部實際上是靠在機筒內壁上，而在開車之后依靠在周圍的塑料將螺桿浮起，以達到定心目的。2.5 分流板設計1分流板作用 作用是使物料由旋轉運動變?yōu)橹本€運動；阻止雜質和未塑化的物料通過以及增加料流背壓，使制品更加密實。其中分流板還起支撐過濾網(wǎng)的作用。設計要求 分流板的結構應盡量做到 與機筒的裝配上對中性好；物料通過分流板后流速相同；與螺桿頭部形狀吻合。目前我過多用平板狀分流板，其結構簡單，制造方便。分流板設計；在表 2-2 中選取數(shù)據(jù) 表 2-2 我國某些擠出機的分流板尺寸表螺桿直徑/mm孔眼直徑/mm開孔率/%分流板厚度/mm302.53110452

38、351265445.8152.6本章小結本章對擠壓系統(tǒng)進行了設計，主要設計的螺桿和機筒進行了尺寸計算以及設計。并使用 CAD 進行了螺桿以及機筒的二維繪畫。第第 3 章章 擠出機傳動系統(tǒng)設計擠出機傳動系統(tǒng)設計3.1 擠出機驅動功率的確定 從擠出理論已知，影響擠出機驅動功率的因素很多。因此，無法精確的確定擠出機的驅動功率的計算方法。主要是依靠統(tǒng)計基礎上得出的估算經(jīng)驗公式（3-1）計算 （3-1）nKDNs2驅動功率KWnKDNs46.13908000354. 022查找設計手冊，選取相應的三相異步整流子變速電機 JZS2-61-3。83.2 擠出機轉速的調節(jié)范圍對擠出機的速度要求有 2 個方面

39、一是能無級調速，另外是有一定的調速范圍。前者是為了控制擠出質量及與輔機的配合一致 后者是針對擠出機應具有適應各種加工情況而提出來的。根據(jù)表3-1 選取擠出機的轉速調節(jié)范圍 表 3-1 擠出機轉速范圍統(tǒng)計表螺桿直徑/mm30456090轉速范圍/轉/分鐘2512018100159015753.3 傳動系統(tǒng)的組成及其設計3.3.1 傳動系統(tǒng)的組成擠出機的傳動系統(tǒng)通常由原動機、調速裝置和減速裝置組成。此次設計采用變速電機、皮帶傳動和減速裝置組成。因為皮帶和減速裝置在達到同一傳動比的要求時，可以有很多重不同的配合，因此考慮配合的合理性非常重要。在設計傳動之前首先選擇設計方案。因為電機已經(jīng)選擇，可得知電

40、機的輸出轉速是 470 轉/分1410 轉/分。螺桿的轉速范圍也已經(jīng)確定是 15 轉/分90 轉/分。所以最大的轉動比要求是。傳動結6 .13I構是由皮帶和減速裝置組成，可以把傳動比合理分配。經(jīng)過多次計算，考慮很多因素最后選擇皮帶傳動比 I=1,減速裝置傳動比。6 .13I3.3.2 傳動系統(tǒng)的設計減速軸的設計 軸的計算公式 （3-2） 32 . 09550000ndr 根據(jù)公式（3-2）求得 mmdrn40min,/47011 mmdrn50min,/21622 mmdrn65min,/9733 。mmdrn95min,/3443減速齒輪的設計 已知。6 .13min,/1410,1511u

41、rnKWP（1） 選精度等級，材料及齒數(shù)大小齒輪都選 45 鋼，硬度為。7 級精度HBS240等級。選取螺旋角。 （2）分配傳動比 按傳動比選1482. 2,22. 2,17. 2321iii取齒輪齒數(shù) 5217. 224,2421ZZ 4422. 220,2043ZZ 5982. 221,2165ZZ 按齒輪面接觸強度設計 （3-3）32111112HEadkZZuuTTd 試選6 . 1kT查得文獻9 表 6-1 665. 1,885. 0,78. 0121Aaa 65. 1,885. 0,765. 0243Aaa選取齒寬系數(shù) 1d小齒輪傳遞轉矩 mmNNPT.30470047015955

42、00009550000111材料的彈性影響系數(shù) MpaZk8 .189小齒輪、大齒輪。MPa600MPa550計算應力循環(huán)次數(shù) 911102153008024706060hjLnN921058. 0N查得文獻9 表 3-2 勞壽命系數(shù) 97. 0,94. 021HNHNKK取失效概率 1% MPaKHNH56460094. 011MPaH5 .5332 FSFadYYZYkTm32121cos2計算小齒輪分度圓直徑 把以上所算參數(shù)代入到公式中，計算出3281d計算圓周速度 smndv/99. 1100060111計算出齒寬B 及模數(shù):bItmmmdbItn818111 mmZdmIt275.

43、32414cos81cos11mmmn36. 7275. 325. 225. 2111166. 781hb計算縱向重合度 903. 114tan241318. 0tan318. 01Zd計算載荷系數(shù) 已知使用系數(shù)。根據(jù)，做精度，查得載荷系K1AKsmv/99. 1數(shù)08. 1vK427. 101863. 0108123. 0288. 0116 . 0118. 012. 1322HK46. 1FK4 . 1FHKK157. 2427. 14 . 118. 11HHvAKKKKK按實際的載荷校正所算得的分度圓直徑 48.891 . 1816 . 1457. 28133111tkkdd計算模數(shù) 61

44、. 32414cos48.89cos11Zdm 齒根彎曲強設計 計算載荷數(shù) 2 . 246. 14 . 108. 11FFvAKKKKK根據(jù)縱向重合度，查得903. 188. 0Y計算當量齒數(shù) 27.2614cos24cos3311ZZv（3-4）95.9114cos84cos3322ZZv查得文獻9表 7-11 齒形系數(shù) 195. 2,592. 221FFYY查得文獻9表 7-16 應力校正系數(shù) 782. 1,596. 121SSYYMPaMPaFEFE380,5002195. 0, 9 . 021FHFHKK 計算彎曲疲勞許用應力 .4 . 1s43.3214 . 19 . 0500111

45、sFNFNF86.2572F計算比較FSaFaYY01287. 043.321592. 2596. 111FSaFaYY01287. 086.257782. 1195. 222FYYSaFa比較得出大齒輪大。計算:597. 2665. 12411014cos88. 0047. 32 . 223252m對比結果，m=3 已滿足彎曲強度。29397. 048.89cos11mdZ632917.212 uZZ幾何尺寸計算 中心矩13814cos236329cos221mZZa計算得 291Z31mmmB951mma1381 632Z32mmmB902 223Z33mmmB95mma1423 494Z

46、34mmmB954 235Z55mmmB1205mma2205 656Z56mmmB11563.4 擠出機螺桿軸承部分的結構及其布置形式3.4.1軸承的布置形式選擇止推軸承位于兩徑向軸承之間的形式。軸承潤滑方便，止推軸承在配合圓錐棍子軸承可以保證軸向穩(wěn)定，結構緊湊。如圖 2-1 所示。圖 3-1 軸承位置圖 3.4.2軸承的冷卻和潤滑為保證機器的正常運轉，除應考慮傳動系統(tǒng)其它部分的冷卻和潤滑外，止推軸承和圓錐滾子軸承的冷卻和潤滑也是一個很重要的問題。此次設計減速箱體是臥式，轉速也較低，所以采用飛濺潤滑的方式，無論是止推軸承還是圓錐滾子軸承都有相映的進油通道，可以充分的潤滑。3.4.3止推軸承的

47、選擇擇止推軸承是根據(jù)擠出機的軸向推力。由于擠出機上止推軸承所承受的軸向力很大，一般都應選能承受重載的。軸向推力的計算 （3-5）PDxPsx2414. 3)25. 1125. 1 (求出軸向推力 P=162KN。 所以選取軸向力大于 162KN 的止推軸承。根據(jù)軸徑寬度選取止推軸承 8422，足夠安全。3.4.4機械裝置的保護裝置此次設計采用皮帶傳動。皮帶傳動本身就具有保護功能。當皮帶所受的力過大時皮帶本身會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。在這里打滑現(xiàn)象本身就可以當做是一種保護裝置。3.5擠出機螺桿軸承和齒輪的 UG 造型3.5.1UG 軟件的概述Unigraphics 簡稱 UG，是美國 UGS 公司開發(fā)的一

48、套優(yōu)秀的和面向制造行業(yè)的CAID/CAD/CAE/CAM 的高端軟件。UG 軟件作為美國 UGS 公司的五大主要產品(UG,Parasolid,iman,SolidEdge. ProductVision)之一，以 CAD/CAM/CAE 一體化而稱。該軟件匯集了美國航空工業(yè)及汽車工業(yè)的專業(yè)經(jīng)驗。廣泛應用于航空、航天、汽車、通用機械、模具和家用電器等領域。作為一個集成的全面產品工程解決方案，UG 使得用戶能夠數(shù)字化地創(chuàng)建和獲取三維產品定義。其功能包括從概念設計、工程設計、到詳細的機械設計、工程仿真和數(shù)字化制造?；貢r，UG 又是基于知識驅動自動化技術的領先者，它實現(xiàn)了設計優(yōu)化技術與基于產品和過程的

49、知識工程的組合，大大提高了汽車、航天、航空、機械、消費產品、醫(yī)療儀器和工具等工業(yè)領域的生產效率。該軟件不僅具有強大的實體造型、曲面造型、虛擬裝配和工程圖等功能;而且，在設計過程中可進行有限元分析、機構運動分析、動力學分析和仿真模擬，提高設計的可靠性同時，可用建立的三維模型直接生成數(shù)控代碼，用于產品的加工，其后處理程序支持多種類型數(shù)控機床。另外它所提供的二次開發(fā)語言 UG/ Open GRIP, UG / Open API，便于用戶開發(fā)專用的客戶化 CAD 系統(tǒng)。UG 為各種規(guī)模的企業(yè)帶來了顯而易見的價值:更快地提交產品到市場:使復雜產品的設計簡化;減少產品成本和增加企業(yè)的競爭實力。用戶包括了通

50、用汽車、波音飛機、通用電氣、惠普發(fā)動機、愛立信、飛利浦、松下、精工和柯達等著名企業(yè)。UG 計算機輔助設計(CAD)模塊包括幾個應用模塊:UG 基礎環(huán)境(Gateway),UG 建模(Modeling),UG 工業(yè)設計(Studio for Design), UG 制圖(Drafting), UG 裝配建模(Assembly Modeling), UG 高級裝配(Advanced Assemblies)。103.5.2零件造型軸承有很多種其中有滾動軸承、向心軸承、球軸承、止推軸承等。它們起到了固定軸和支撐等作用。此次設計用到了只推軸承和深溝球軸承，因為軸向力比較大止推軸承主要起到了支撐的作用，深

51、溝球軸承起到了固定作用，如圖 3-2，3-3 所示。圖 3-2 止推軸承 圖 3-3 深溝球軸承圖軸套的選擇和作用 在運動部件中，因為長期的磨擦而造成零件的磨損，當軸和孔的間隙磨損到一定程度的時候必須要更換零件，因此選用硬度較低、耐磨性較好的材料。一般軸套起到軸向定位和保護軸不被磨損的作用。如圖 3-4，3-5 所示。圖 3-4 凸軸套圖圖 3-5 圓形軸套圖齒輪 齒輪的組成結構一般有輪齒、齒槽、端面、法面、齒頂圓、齒根圓、基圓、分度圓。齒輪按其外形分為圓柱齒輪、錐齒輪、非圓齒輪、齒條、蝸桿蝸輪；按齒線形狀分為直齒輪、斜齒輪、人字齒輪、曲線齒輪；按輪齒所在的表面分為外齒輪、內齒輪；按制造方法可

52、分為鑄造齒輪、切制齒輪、軋制齒輪、燒結齒輪等。如圖 3-6 所示。圖 3-6 圓柱齒輪圖軸 穿在軸承中間或車輪中間或齒輪中間的圓柱形物件。也有少部分是方型的。減速器中一般采用轉軸。如圖3-7 所示。圖 3-7 主動軸圖3.5.3零件的裝配造型通過軸把齒輪、軸套、軸承連接在一起合理的布局位置起到減速的作用，并承受軸向力。在工作過程中合理的運動讓機器能夠穩(wěn)定運行。如圖 3-8 所示。圖 3-8 主動軸裝配圖剖視分析圖 3-9 所示。圖 3-9 主動軸裝配剖視圖3.6 本章小結 本章對 SJ-65 擠出機的傳動系統(tǒng)進行了設計，主要對從電機連接高速軸到兩根中速軸到主軸的各個尺寸計算以及運動分析。并對使

53、用 UG 進行了主軸的三維建模以及運動仿真。結結 論論塑料擠出機是用途比較廣泛，是塑料成型加工的重要成型方法之一。此次我做的就是塑料擠出機設計，在半學期的設計過程中對擠出機的工作原理和結構等方面有了一定的了解。擠出機設計最主要的就是螺桿的設計，螺桿是擠出機的核心，擠出產品的質量很大一部分都取決于螺桿設計的好壞，因為物料有三態(tài) 玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)。擠出機的原理就是依靠物料的這 3 種狀態(tài)加工的。螺桿的作用就是使物料通過剪切和加熱使物料熔融，所以正確分配螺桿三段的長度是一個關鍵。還有很多新型螺桿解決了很多普通螺桿的弊端，但因為剛接觸對擠出機的認識有限，所以放棄了。機筒的設計過程相對比較簡單，S

54、J-65 的擠出機不屬于大型擠出機，螺桿的長度不算太長，所以我選取的是帶襯套的整體式機筒。機筒可以是鑄造，但襯套和螺桿必須有良好的同心度，內表面加工精度要求很高。螺桿設計是最重要的，但此次設計過程中最麻煩的要算減速裝置。減速裝置不僅包括減速箱，還包括止推軸承的選擇和放置位子，冷卻水道的設計和皮帶傳動等很多問題，雖然以前做過減速箱的設計，在這次設計過程中仍舊有很多困難。致致 謝謝論文完成之際，我首先要感謝我敬愛的老師唐文明。老師深厚的學術功底、嚴謹?shù)膶W術指導和虛懷若谷的學術作風使我的畢業(yè)論文得以順利完成，導師有如父愛般的關心與愛護、鞭策與鼓勵使我在學習中得到了無窮的動力和勇氣;導師對科學真理的無

55、限熱情與投入、執(zhí)著與奉獻深深地影響和激勵著我。在本科階段的學習中，我從老師這里不僅僅是學到了豐富的科學知識，更寶貴的是學習到了一份鍥而不舍的鉆研精神、一份對理想對事業(yè)對生活的真誠態(tài)度，所有這些都將是我人生路上的寶貴財富，愈久彌堅地伴我前行。我還要感謝我的父母，他們不但給予我物質上的支持，而且給予我精神上的鼓勵。求學路上，親人們的殷殷之情是我奮斗的源泉。 最后，再一次感謝在我成長過程中所有曾經(jīng)給過我關心、幫助和指導的老師、同學、朋友和親人。參考文獻1陳世煌.塑料成型機械.化學工業(yè)出版社M，2005: 611122金嘉琦.幾何量精度設計與檢測.東北大學出版社D，2005: 53593 Y.imur

56、a.Microstructure changes of a poloypropylene/montmorillonite nanocomposite in a single screw. J Mechnical Science and Technology，20054廣東化工學院橡膠機械教研組.塑料機械設計D. 廣東化工學院，2005: 7677 5孫連欣.擠出機過濾網(wǎng)對塑料擠出成型的影響J.化工工程師博客，2006 年: 1281366于德水塑料加工機械.機械工業(yè)出版社M，2001 年: 65687陳露.AutoCAD2006 基礎及應用教程M. 電子工業(yè)出版社，20068朱龍根、黃雨華主編

57、.機械系統(tǒng)設計M. 機械工業(yè)出版社，2000: 6672 9浦林祥.機械零件設計手冊M.機械工業(yè)出版社J，1997: 414510 Naki, D. Wagen. Rubber crumb toughened polystyrene prepared by Reinforcing reaction molding. J American Syvthellc Rubber Industry，200311 陳露.AutoCAD2006 基礎及應用教程.電子工業(yè)出版社M，2006附附 錄錄英文資料英文資料 Extruder Plastic Filters On The Effects Of Extr

58、usion Filters will affect the melting temperature materialsWhen replacing filters blocked, the pressure will suddenly drop in the temperature of molten material may also be decreased, resulting in a change in product size. Products in order to maintain the same size, can adjust the extruder screw sp

59、eed, but also can adjust the linear speed of extruder. In a circular extrusion products, these changes may not lead to serious problems, but out of a flat or irregular shape of the product, the melting temperature of materials may affect the product size. For example, in a flat mold, the cold could

60、cause the molten material thin sheet center, around the side of thick. This situation can die by the automatic or manual adjustment to be corrected.Behind the filter in the converter, is equipped with a molten material to ensure stable access to the gear pump dies, you can prevent these problems. Ho

61、wever, the molten material in the filter after the replacement of the temperature changes occurred on the die still need to address the adjustment. At the same time, gear pump hard impurities easily damaged, therefore, gear pump also needs to be fine filter protection.Rigid PVC, some processors do n

62、ot want to use filters because filters will melt PVC material degradation temperature easily, which will require better thermal stability of materials, thus increasing the cost of materials. The use of PVC filters dedicated converters, will increase the cost. Therefore, the majority of rigid PVC pro

63、cessors to avoid the use of either filters or the use of non-converters of rough filter only filter the larger particles of impurities.Notes on the filtersEasy to get rusty because of wire screen, so when in storage to avoid moisture, or rust will appear in the material in extrusion. What is worse i

64、s that filters are prone to rust and the fracture of the impurities pass filter, therefore, to filter into the plastic or rust-proof paper in storage.When the PVC material is extruded, the filter must not be exposed head placed in the extruder. This is because the nose in the air near the mold of it

65、s corrosive hydrochloric acid. PVC extrusion best practices when, in the module to install a smoke overhead cabinet, and back-up filter must be placed far away from here, and even the use of bags can be placed in the freezer after a good period.Purge and clean when the protection plate is very prone

66、 to the phenomenon of anti-roll, so that sealing surface damage, and does not match the sliding surface, resulting in leakage. In this way, the work will not only result in time-consuming to clean and leaked molten material may affect the thermocouple value, but also damage to the heater, and sometimes may even lead to fire.For single exhaust, two-stage extruder, if back pressure filters Department larger, then its output will be reduced in the second paragraph, but the output of the first parag