双螺杆挤出机设计.doc

湖南工业大学2010届本科毕业设计（论文）1摘要本文是关于工业用塑料聚合物双螺杆挤出机的设计。在工业上和实验室中，单螺杆和双螺杆挤出机都应用极其普遍，是塑料加工设备的重要元部件之一。作为工业中使用的双螺杆挤出机，在设计过程中，除了要求能够完成固体输送、增压、熔融、熔体输送和泵压等一系列通用过程以外，还要求涉及到复合塑料与聚合物颗粒之间的混合，以及物料喂料量的控制。物料喂料量的控制则是通过控制主螺杆及其辅助喂料螺杆的转速来完成的。同时，双螺杆挤出机具有分布混合和分散混合效果良好、自洁作用较强、可实现高速运转、产量高等特点，特别适合聚合物的改性，如共混、填料、增强及反应挤出。有利于增加挤出机的挤出产量，提高塑化质量。关键词：双螺杆挤出机；塑料；同向啮合目录第1章绪论11.1塑料挤出成型概述11.2塑料挤出成型设备的组成11.3挤出机的分类21.3.1分类方法21.3.2各挤出机的结构特点及用途21.4设计类型的确定3第2章同向啮合双螺杆挤出机42.1同向啮合双螺杆挤出机工作原理及其特性42.2同向啮合双螺杆挤出机的主要技术参数和规格4第3章同向啮合双螺杆挤出机主要零部件的设计73.1主螺杆的设计73.1.1螺杆的基本尺寸初步确定73.1.2螺杆材料的选择83.1.3螺杆设计计算83.1.4螺杆的强度校核与计算113.1.5螺杆的技术要求133.1.6螺杆传动系统及止推轴承布置设计133.2机筒的设计143.2.1机筒的结构类型选择及特性143.2.2机筒的结构尺寸设计153.2.3机筒的材料选择153.3螺杆与机筒的配合要求163.3.1螺杆与机筒的配合间隙163.3.2螺杆与机筒的对中性173.4送料螺杆的设计173.5分流板及过滤网183.5.1分流板183.5.2过滤网183.6料斗的设计193.7挤出机电机的选择19湖南工业大学2010届本科毕业设计（论文）23.8传动系统的设计193.8.1传动方案的确定193.8.2齿轮参数203.8.3齿轮轴的确定263.8.4轴承寿命校核383.8.5键的校核393.8.6箱体的设计41第4章双螺杆挤出机辅助系统设计434.1定量给料系统434.2恒温系统434.3真空排气系统434.4电气控制系统434.4.1直流调速系统444.4.2加热控制系统44结论46参考文献47致谢48第1章绪论1.1塑料挤出概述当今世界四大材料体系（木材、硅酸盐、金属和聚合物）中，聚合物和金属是应用最广泛和最重要的两种材料。据统计，在塑料制品成型加工中，挤出成型制品的产量大约占整个塑料制品产量的50%以上。其中不仅包括板、管、膜、丝、和型材等制品的直接成型，还包括热成型、中空吹塑等坯料的挤出加工。除此之外，在填充、共混、改性等复合材料和聚合物合金生产过程中，螺杆挤出很大程度上取代了密炼、开炼等常规工艺。挤出机几乎成为任何一个塑料有关公司或研究所最基本的装备之一。挤出成型有如此发展趋势主要原因为：螺杆挤出机能将一系列化工基本单元过程，如固体输送、增压、熔融、排气、脱湿、熔体输送和泵出等物理过程集中在挤出机内的螺杆上来进行。近年来，挤出工程的创新表现，更多的过程，如发泡、胶联、接枝、嵌段、调节相对分子质量甚至聚合反应等化学加工过程都愈来愈多地在螺杆挤出机上进行。螺杆挤出工艺装备有较高的生产率和较低的能耗，减少生产面积和操作人员数量，降低生产成本，也易于实现生产自动化，创造好的劳动条件和减少少的环境污染。螺杆挤出这种工艺不仅广泛地用于聚合物加工，而且在建材、食品、纺织、军工、和造纸等工业部门中都得到了愈来愈多的应用。湖南工业大学2010届本科毕业设计（论文）3双螺杆挤出机与单螺杆挤出机相比，能使熔体得到更加充分的混合，应用更广。1.2塑料挤出成型设备的组成一套完整的挤出设备由主机、辅机及控制系统组成。挤出机是塑料挤出成型的主要设备，即主机。由挤压系统、传动系统及加热冷却系统和主机控制系统组成。（1）挤压系统由机筒、螺杆和料斗组成，是挤出机的核心工作部分。（2）传动系统由电机、调速装置和传动装置组成。作用是给螺杆提供所需转速和扭矩。（3）加热冷却系统由温控设备组成。作用是通过对机筒进行加热和冷却，以保证挤出系统成型在工艺要求的温度范围内进行。（4）控制系统主要由仪表、电器及执行机构组成。作用是调节控制机筒温度、机头压力和螺杆转速。挤出机需配置相应的辅助机械设备才能实现挤出成型。根据制品的种类确定辅助设备的组成。通常包括：机头、冷却系统、定量给料系统、电气控制系统、真空排气系统等。控制系统由各种电器、仪表及执行机构组成。根据自动化水平的高低，可控制挤出机、辅机的拖动电机及其他各种执行机构按所需的速度、功率和轨迹运行监控主辅机的流量、温度及压力，最终实现对整个挤出成型设备的自动控制和对产品质量的控制。1.3挤出机的分类1.3.1分类方法随着挤出机的广泛应用和不断的发展，出现了各种类型的挤出机，其分类方法各异，主要有以下几种：按装置位置分为立式挤出机和卧式挤出机。按可否排气分为排气挤出机和非排气挤出机。按螺杆转速分为普通挤出机、高速挤出机和超高速挤出机按螺杆数目的多少和结构分为无螺杆挤出机、单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、多螺杆挤出机。按用途可分为配混造粒挤出机和生产制品用挤出机。湖南工业大学2010届本科毕业设计（论文）41.3.2各挤出机的结构特点及用途（1）单螺杆挤出机单螺杆挤出机，造价低、易操作，但塑料混合、分散和均化效果差，滞留时间长且分布广，物料温差较大（指同一断面处）和难以吃粉料。因此，它只适用于一般性造粒和塑料制品的加工。（2）同向双螺杆挤出机双螺杆挤出机的特征是两根相互平行的组合式螺杆装在具有8字形孔的机筒内。如果两根螺杆旋转方向相同，称为同向型双螺杆挤出机。根据两根螺杆的啮合型式不同，可分为啮合型和非啮合型两种，常用的为啮合型。选用双螺杆挤出机的优越性：生产能力大，根据理论计算，在同螺杆直径下，双螺杆挤出机生产量能达到单螺杆挤出机的4倍（实测为24倍）。能耗低，双螺杆挤出机的单位能耗仅约为单螺杆挤出机的1/31/2左右。产品质量好，由于双螺杆挤出机的塑化、混炼性能好，在保证产品强度的条件下，原材料的消耗量下降约1/41/5。双螺杆挤出机在欧美国家中应用的比例：管材100%板材90%造粒100%异型材80%平膜片材90%发泡材60%70%同向双螺杆挤出机的显著特点是高效能和多功能。高效能集中于高混炼、高扭矩、低能耗，特别适合工程塑料的共混改性、填充、增韧、增强。多功能表现为螺杆的多种功能的组合，组成不同功能的螺杆形式，以适应不同塑料、树脂的挤出，特别是高性能对树脂和塑料合金的加工。（3）异向双螺杆挤出机异向双螺杆挤出机的显著特点是：物料的输送能力和挤出能力比同向双螺杆挤出机的强，在同螺杆直径下，挤出量比同向挤出机一般高1倍左右，物料在机筒内的滞留时间比同向机要短，并且剪切发热小，温差小，物料温度分布十分均匀，物料分散充分。（4）锥形双螺杆挤出机双螺杆是异向啮合。（5）多螺杆挤出机我国已开发出四螺杆反应混炼机。它综合了捏合机、螺杆挤出机、缩聚反应器、混炼机、研磨机的特点。1.4设计类型的确定