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食品用双螺杆挤出机主机的设计说明书.doc

食品用双螺杆挤出机主机的设计【6张图纸】【优秀】【原创】

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关键词：: 食品食物双螺杆挤出机主机设计图纸优秀优良原创

资源描述：

食品用双螺杆挤出机主机的设计

57页 17000字数+说明书+任务书+开题报告+6张CAD图纸【详情如下】

任务书.doc

传动系统1.dwg

传动系统2.dwg

实习总结.doc

挤出系统装配图.dwg

整体装配图.dwg

零件图1.dwg

零件图2.dwg

食品用双螺杆挤出机主机的设计开题报告.doc

食品用双螺杆挤出机主机的设计说明书.doc

摘要

　　　针对设计任务要求，进行了组合式食品双螺杆挤出机的设计。首先，进行了总体方案的设计与选择，确定采用积木式螺杆和剖分式机筒，有利于提高生产效率，降低挤出机的制造难度；然后，对挤出机的各组成子系统进行了设计与计算，主要包括传动系统、加料系统和挤出系统等的设计。最后，对关键的零部件进行了校核计算。

　　　总体上看，所设计的食品双螺杆挤出机，结构比较简单，有较好的进料特性、正向输送特性、良好的混合和自洁性能，而且，生产效率也较高。

关键词：组合式；双螺杆；自洁

摘要I

AbstractII

第1章绪论1

　　　1.1 课题研究的意义1

　　　1.2 双螺杆挤出机的发展概况1

　　　1.3 双螺杆挤出机的组成3

　　　1.4 双螺杆挤出机的主要技术参数3

第2章总体方案确定5

　　　2.1 设计参数5

　　　2.2 整体方案的拟定5

第3章传动系统的设计7

　3.1电动机的选择7

　　　3.1.1 选择电动机类型和结构形式7

　　　3.1.2 选择电动机的容量及转速7

　　　3.2 初步方案8

　　　3.2.1 转速图布置8

　　　3.2.2传动系统和扭矩分配装置10

　　　3.3 计算传动系统装置的运动和动力参数11

　　　3.3.1各轴输入功率11

　　　3.3.2 各轴输入转矩12

　　　3.3.3 齿轮的齿数12

　　　3.3.4 第五对齿轮的设计12

　　　3.3.5 第二对齿轮的设计18

　　　3.3.6 带轮的设计23

　　　3.3.7 轴的初步设计27

　　　3.3.8 轴的校核28

第4章挤出系统的设计....... ................ ........... 32

　　　4.1 螺杆的设计32

　　　4.1.1 螺杆设计主要指标32

　　　4.1.2 螺杆主要参数的设计33

　　　4.2 螺杆轴承装置36

　　　4.2.1 螺杆轴向力的确定37

　　　4.2.2 螺杆的强度计算37

　　　4.2.3 轴承组的工作特点39

　　　4.2.4 套筒式串联推力轴承组39

　　　4.2.5 轴承设计原则40

　　　4.3 机筒设计40

　　　4.3.1 机筒元件的结构形式41

　　　4.3.2 机筒的材质44

第5章加热与冷却装置45

　　　5.1 加热装置45

　　　5.1.1 载体加热器45

　　　5.1.2 电阻加热46

　　　5.1.3 电感应加热器46

　　　5.2 冷却装置47

结论48

致谢49

参考文献50

CONTENTS

AbstractI

Chapter 1 Introduction1

1.1 The significance of the research1

1.2 The development of twin-screw extruder Overview1

1.3 Composition of twin-screw extruder3

1.4 The main technical parameters of the twin-screw extruder 3

Chapter 2 Overall program to determine5

2.1 Design parameters5

2.2 The formulation of the overall program5

Chapter 3 Transmission7

3.1 Motor selecting 7

3.1.1 Select motor type of nuclear structure7

3.1.2 Select motor capacity and speed7

3.2 Preliminary program8

3.2.1 Speed Chart Layout8

3.2.2 Torque transmission and distribution equipment10

3.3 Calculate the movement and power transmission equipment parameters11

3.3.1 The shaft input power11

3.3.2 The shaft input torque12

3.3.3 Gear teeth12

3.3.4 Fifth gear design12

3.3.5 The design of the second gear18

3.3.6 Pulley design23

3.3.7 Axis of the preliminary design27

3.3.8 Checking of the axis28

Chapter 4 Extrusion system32

4.1 The structure of screw32

4.1.1 Screw design main index32

4.1.2 The main parameters of the design of screw33

4.2 Screw bearing device36

4.2.1 Determination of axial screw force37

4.2.2 Screw the strength calculation37

4.2.3 Bearing characteristics of group work39

4.2.4 Telescopic Tandem Thrust Bearings39

4.2.5 Bearing design principles40

4.3 Barrel Design40

4.3.1 Barrel structure components41

4.3.2 Barrel structure components44

Chapter 5 Heating and cooling equipment45

5.1 Heating device45

5.1.1 Carrier heater45

5.1.2 Resistance heating46

5.1.3 Induction heater46

5.2 Cooling divice47

Summary48

Thanks49

References50

第2章总体方案确定

2.1 设计参数

　　　双螺杆挤出机的直径为35mm，长径比25，转速范围是30-250rpm，双螺杆转动方向为同向，要求按已知条件设计出同向啮合双螺杆挤出机。

2.2 整体方案的拟定

　　　螺杆类挤出机的应用都是以机组式出现，挤出机组包括主机（即通常所说的挤出机）机头和辅机。因此就双螺杆挤出机的设计而言，它可以包括主机（即通常所说的挤出机），机头和辅机的设计，也可以单指主机的设计[8]。本设计就是针对主机的设计。而双螺杆主机的设计应当包括挤出机的类型的确定，挤压系统的设计，传动系统的设计，加料冷却系统的设计，控制系统的设计。

　　　双螺杆挤出机的类型确定后，要进行整体设计，除了下面将要详细介绍的双螺杆挤出机的主要技术参数的确定外，还应包括以下几个问题：是整体式还是积木式？是开式还是闭式？整个主机是一阶还是二阶？如果是二阶，第一阶、第二阶是双螺杆挤出机，还是单螺杆挤出机？在挤压系统中要不要串接齿轮泵？机筒是整体封闭的，还是剖分的？这些问题带有全局性，它们会对双螺杆挤出机的设计带来很大影响，必须根据需要及经济性、技术上的可行性来选择确定。下面就其中的几个问题进行简单讨论[9]。

开式设计和闭式设计，所谓开式设计，一般指双螺杆挤出机的挤压系统，冷却加热系统都裸露在外面。这种设计的优点是各部分出现故障时，检查、维修及拆装比较方便，也一目了然，但有人觉得其外观比较零乱。啮合同向双螺杆挤出机大多采用这种设计。所谓闭式，与开式设计相反，其挤压系统，冷却加热系统的外面装有外罩，其余的部分有时也封闭起来。这种设计看上

QQ截图20130801225518.gif

食品用双螺杆挤出机主机的设计.gif

内容简介：: 黑龙江科技学院毕业设计任务书学生姓名：侯丽明任务下达日期：2011 年 12 月 19 日设计开题日期：2012 年 4 月 13 日设计开始日期：2012 年 4 月 16 日中期检查日期：2012 年 5 月 18 日设计完成日期：2012 年 6 月 4日一、设计题目：食品用双螺杆挤出机主机的设计二、设计的主要内容：针对设计题目，查阅相关文献资料，综合运用所学知识，确定所指定食品用双螺杆挤出机主机的设计方案。进行设计计算与工程图绘制和技术文件的编制，完成双螺杆挤出机主机的设计，其中包括挤出机发展概况、挤出机工作原理、挤出机各子系统的设计计算等。图量22.5张A0，其中1张图必须徒手画。按照工程技术规范要求，整理好技术资料，编写设计说明书。三、设计目标：通过方案确定、设计计算，完成保食品用双螺杆挤出机主机的设计。按照工程技术规范要求，整理好技术资料，编写出设计说明书。指导教师：唐庆菊院（系）主管领导： 2011 年 12 月19日黑龙江科技学院毕业设计任务书学生姓名：徐洪威任务下达日期：2011 年 12 月 19 日设计开题日期：2012 年 4 月 13 日设计开始日期：2012 年 4 月 16 日中期检查日期：2012 年 5 月 18 日设计完成日期：2012 年 6 月 4日一、设计题目：立式钻削中心主轴系统的机械结构设计二、设计的主要内容：设计参数：钻削中心主轴转速为1803000r/min；最大钻孔直径20mm。针对设计题目，查阅相关文献资料，综合运用所学知识，确定最优设计方案。进行设计计算与工程图绘制和技术文件的编制，完成立式钻削中心主轴系统结构设计。图量22.5张A0，其中1张图必须徒手画。按照工程技术规范要求，整理好技术资料，编写设计说明书。三、设计目标：通过方案确定、设计计算，完成立式钻削中心主轴系统的机械结构设计。按照工程技术规范要求，整理好技术资料，编写出设计说明书。指导教师：唐庆菊院（系）主管领导： 2011 年 12 月19日黑龙江科技学院毕业设计任务书学生姓名：陈烨任务下达日期：2011 年 12 月 19 日设计开题日期：2012 年 4 月 13 日设计开始日期：2012 年 4 月 16 日中期检查日期：2012 年 5 月 18 日设计完成日期：2012 年 6 月 4日一、设计题目：五自由度教学机器人的机械结构设计二、设计的主要内容：针对设计题目，查阅相关文献资料，综合运用所学知识，确定五自由度教学机器人的最优设计方案。进行设计计算与工程图绘制和技术文件的编制，完成五自由度教学机器人的机械结构设计，主要包括各自由度驱动机构的设计与选择等。图量22.5张A0，其中1张图必须徒手画。按照工程技术规范要求，整理好技术资料，编写设计说明书。三、设计目标：通过方案确定、设计计算，完成五自由度教学机器人的机械结构设计。按照工程技术规范要求，整理好技术资料，编写出设计说明书。指导教师：唐庆菊院（系）主管领导： 2011 年 12 月19日黑龙江科技学院毕业设计任务书学生姓名：侯丽明任务下达日期：2011 年 12 月 19 日设计开题日期：2012 年 4 月 13 日设计开始日期：2012 年 4 月 16 日中期检查日期：2012 年 5 月 18 日设计完成日期：2012 年 6 月 4日一、设计题目：食品双螺杆挤出机的机械结构设计二、设计的主要内容：根据给定的设计参数（螺杆直径35mm，长径比25，调速范围30250rpm），完成食品双螺杆挤出机的设计。主要包括：总体方案的设计与选择以及挤出机各子系统的设计（传动系统、加料系统、挤出系统等）。图量22.5张A0，其中1张图必须徒手画。按照工程技术规范要求，整理好技术资料，编写设计说明书。三、设计目标：通过方案确定、设计计算，完成食品双螺杆挤出机的机械结构设计。按照工程技术规范要求，整理好技术资料，编写出设计说明书。指导教师：唐庆菊院（系）主管领导： 2011 年 12 月19日黑龙江科技学院毕业设计任务书学生姓名：周文任务下达日期：2011 年 12 月 19 日设计开题日期：2012 年 4 月 13 日设计开始日期：2012 年 4 月 16 日中期检查日期：2012 年 5 月 18 日设计完成日期：2012 年 6 月 4日一、设计题目：食品单螺杆挤出机的机械结构设计二、设计的主要内容：根据给定的设计参数（螺杆直径35mm，长径比16，调速范围15150rpm），完成食品单螺杆挤出机的设计，主要包括：总体方案的设计与选择以及挤出机各子系统的设计（传动系统、加料系统、挤出系统等）。图量22.5张A0，其中1张图必须徒手画。按照工程技术规范要求，整理好技术资料，编写设计说明书。三、设计目标：通过方案确定、设计计算，完成食品单螺杆挤出机的机械结构设计。按照工程技术规范要求，整理好技术资料，编写出设计说明书。指导教师：唐庆菊院（系）主管领导： 2011 年 12 月19日黑龙江科技学院毕业设计任务书学生姓名：陆雅黔任务下达日期：2011 年 12 月 19 日设计开题日期：2012 年 4 月 13 日设计开始日期：2012 年 4 月 16 日中期检查日期：2012 年 5 月 18 日设计完成日期：2012 年 6 月 4日一、设计题目： LOCK保鲜盒腔体的注塑模具设计二、设计的主要内容：针对设计题目，查阅相关文献资料，综合运用所学知识，确定所指定LOCK保鲜盒腔体相应注塑模具的最优设计方案。进行设计计算与工程图绘制和技术文件的编制，完成保鲜盒腔体注塑模具设计，主要包括：浇注系统；成型零件，包括凹模（型腔）、凸模和型芯等；脱模系统，包括推出和抽芯机构等；导向系统；固定和安装部分。图量22.5张A0，其中1张图必须徒手画。按照工程技术规范要求，整理好技术资料，编写设计说明书。三、设计目标：通过方案确定、设计计算，完成LOCK保鲜盒腔体的注塑模具设计。按照工程技术规范要求，整理好技术资料，编写出设计说明书。指导教师：唐庆菊院（系）主管领导： 2011 年 12 月19日黑龙江科技学院毕业设计任务书学生姓名：侯洪涛任务下达日期：2011 年 12 月 19 日设计开题日期：2012 年 4 月 13 日设计开始日期：2012 年 4 月 16 日中期检查日期：2012 年 5 月 18 日设计完成日期：2012 年 6 月 4日一、设计题目：按钮帽注塑模具设计二、设计的主要内容：针对设计题目，查阅相关文献资料，综合运用所学知识，确定所指定按钮帽的注塑模具最优设计方案。进行设计计算与工程图绘制和技术文件的编制，完成按钮帽注塑模具设计，主要包括：浇注系统；成型零件，包括凹模（型腔）、凸模和型芯等；脱模系统，包括推出和抽芯机构等；导向系统；固定和安装部分。图量22.5张A0，其中1张图必须徒手画。按照工程技术规范要求，整理好技术资料，编写设计说明书。三、设计目标：通过方案确定、设计计算，完成按钮帽的注塑模具设计。按照工程技术规范要求，整理好技术资料，编写出设计说明书。指导教师：唐庆菊院（系）主管领导： 2011 年 12 月19日黑龙江科技学院毕业设计任务书学生姓名：陈盈玉任务下达日期：2011 年 12 月 19 日设计开题日期：2012 年 4 月 13 日设计开始日期：2012 年 4 月 16 日中期检查日期：2012 年 5 月 18 日设计完成日期：2012 年 6 月 4日一、设计题目： MP3播放器上盖注塑模具设计二、设计的主要内容：针对设计题目，查阅相关文献资料，综合运用所学知识，确定所指定MP3播放器上盖的注塑模具最优设计方案。进行设计计算与工程图绘制和技术文件的编制，完成按钮帽注塑模具设计，主要包括：浇注系统；成型零件，包括凹模（型腔）、凸模和型芯等；脱模系统，包括推出和抽芯机构等；导向系统；固定和安装部分。图量22.5张A0，其中1张图必须徒手画。按照工程技术规范要求，整理好技术资料，编写设计说明书。三、设计目标：通过方案确定、设计计算，完成MP3播放器上盖的注塑模具设计。按照工程技术规范要求，整理好技术资料，编写出设计说明书。指导教师：唐庆菊院（系）主管领导： 2011 年 12 月19日黑龙江科技学院毕业设计任务书学生姓名：康晶任务下达日期：2011 年 12 月 19 日设计开题日期：2012 年 4 月 13 日设计开始日期：2012 年 4 月 16 日中期检查日期：2012 年 5 月 18 日设计完成日期：2012 年 6 月 4日一、设计题目： CM6132型精密车床进给系统的数控改造二、设计的主要内容：针对设计题目，查阅相关文献资料，综合运用所学知识，确定CM6132型精密机床进给系统的数控改造最优方案。进行设计计算与工程图绘制和技术文件的编制，完成CM6132型精密车床进给系统的设计，主要包括：纵向进给和横向进给系统的数控改造等。图量22.5张A0，其中1张图必须徒手画。按照工程技术规范要求，整理好技术资料，编写设计说明书。三、设计目标：通过方案确定、设计计算，完成CM6132型精密机床进给系统的数控改造设计。按照工程技术规范要求，整理好技术资料，编写出设计说明书。指导教师：唐庆菊院（系）主管领导： 2011 年 12 月19日黑龙江科技学院毕业设计任务书学生姓名：陈玉琪任务下达日期：2011 年 12 月 19 日设计开题日期：2012 年 4 月 13 日设计开始日期：2012 年 4 月 16 日中期检查日期：2012 年 5 月 18 日设计完成日期：2012 年 6 月 4日一、设计题目：鼠标上盖注塑模具设计二、设计的主要内容：针对设计题目，查阅相关文献资料，综合运用所学知识，确定所指定鼠标上盖的注塑模具最优设计方案。进行设计计算与工程图绘制和技术文件的编制，完成鼠标上盖的注塑模具设计，主要包括：浇注系统；成型零件，包括凹模（型腔）、凸模和型芯等；脱模系统，包括推出和抽芯机构等；导向系统；固定和安装部分。图量22.5张A0，其中1张图必须徒手画。按照工程技术规范要求，整理好技术资料，编写设计说明书。三、设计目标：通过方案确定、设计计算，完成鼠标上盖的注塑模具设计。按照工程技术规范要求，整理好技术资料，编写出设计说明书。指导教师：唐庆菊院（系）主管领导： 2011 年 12 月19日黑龙江科技学院毕业设计任务书学生姓名：陈龙任务下达日期：2011 年 12 月 19 日设计开题日期：2012 年 4 月 13 日设计开始日期：2012 年 4 月 16 日中期检查日期：2012 年 5 月 18 日设计完成日期：2012 年 6 月 4日一、设计题目：电火花线切割机床的设计二、设计的主要内容：针对设计题目，查阅相关文献资料，综合运用所学知识，确定电火花线切割机床的最优设计方案。进行设计计算与工程图绘制和技术文件的编制，完成电火花线切割机床的设计，主要包括：床身、工作台、储丝筒、驱动机构的设计等。图量22.5张A0，其中1张图必须徒手画。按照工程技术规范要求，整理好技术资料，编写设计说明书。三、设计目标：通过方案确定、设计计算，完成电火花线切割机床的设计。按照工程技术规范要求，整理好技术资料，编写出设计说明书。指导教师：唐庆菊院（系）主管领导： 2011 年 12 月19日黑龙江科技学院毕业设计任务书学生姓名：孟庆轩任务下达日期：2011 年 12 月 19 日设计开题日期：2012 年 4 月 13 日设计开始日期：2012 年 4 月 16 日中期检查日期：2012 年 5 月 18 日设计完成日期：2012 年 6 月 4日一、设计题目：对讲机外壳注塑模具设计二、设计的主要内容：针对设计题目，查阅相关文献资料，综合运用所学知识，确定所指定对讲机外壳的注塑模具最优设计方案。进行设计计算与工程图绘制和技术文件的编制，完成对讲机外壳的注塑模具设计，主要包括：浇注系统；成型零件，包括凹模（型腔）、凸模和型芯等；脱模系统，包括推出和抽芯机构等；导向系统；固定和安装部分。图量22.5张A0，其中1张图必须徒手画。按照工程技术规范要求，整理好技术资料，编写设计说明书。三、设计目标：通过方案确定、设计计算，完成对讲机外壳的注塑模具设计。按照工程技术规范要求，整理好技术资料，编写出设计说明书。指导教师：唐庆菊院（系）主管领导： 2011 年 12 月19日实习总结专业：机械设计制造及其自动化性质：毕业实习学年： 2011-2012 班级：机制08-1班姓名：侯丽明学号： 2008023312 机械工程学院实习总结实习单位：哈尔滨商业大学轻工学院实习时间：2012.3.122012.3.30一、实习目的为了掌握基本生产知识，巩固和提高专业知识，培养我对机械加工工艺及工艺设备应用能力和解决生产实际中的问题的能力，为毕业设计搜集资料，我来到哈尔滨商业大学轻工学院进行毕业实习。这次实习让我了解和掌握食品用双螺旋挤出机的工作原理及拆装知识，联系已学过的专业理论知识并将知识与生产实际结合，培养我们理论联系实际，在生产实际中观察问题、分析问题以及解决问题的能力和方法。此次实习目的，我归纳了以下几个方面：(1)通过在教学基地内仔细了解观看了食品用双螺旋挤出机各部分零件结构，认真分析各部分零件的作用,培养我独立识图能力,增强对食品用双螺旋挤出机整体工作原理的认识和了解。(2)通过这次实习,不仅让我更为全面地了解食品用双螺旋挤出机的工作原理,而且仔细观看了该机器拆装后各部分的零件的尺寸和功用。这是对以前学习过的知识的综合运用,也是以后毕业设计的一个铺垫。(3)通过参观车间，掌握了食品用双螺旋挤出机从拆卸到安装的整个过程。(4)培养实践能力，锻炼了我在现场了解情况、分析、判断、决策解决实际问题的能力。这也是以后我走上工作岗位所必须具备的最基本的素质。二、实习公司简介哈尔滨商业大学轻工学院成立于1958年，经过几代人近半个世纪的建设，学院现有机械设计制造及其自动化专业（食品机械与包装机械特色）、包装工程专业、印刷工程专业和工业工程专业。机械设计制造及其自动化专业为2000年和2005年省级重点专业、2007年国家级特色专业；包装工程专业为2007年省级重点专业。设有机械设计及理论硕士点（1992年设立的轻工机械硕士点），设有农产品加工技术与装备省级重点学科，设有黑龙江省研究生创新示范基地。设有包装工程实验室、工业工程实验室、食品与包装机械实验室、机械基础实验室；与台湾凌阳科技股份有限公司共建“16位凌阳单片机实验室”，与珠海通软管理科技有限公司共建哈尔滨商业大学Tonsoft/ERP企业信息化工程实验室；设有校CAD中心、印刷工程实验实习中心和工业技术实习中心；设有黑龙江省包装与印刷工程技术教学示范中心。学院现有学科专业涵盖机械工程、轻工技术与工程、管理科学与工程3个一级学科，实现了学科专业之间的相互渗透与支撑，为学科专业的建设与发展奠定了坚实的基础。现有在校本科生1423名，教职工56人，其中教授9人、副教授11人、硕士研究生导师13人，在校硕士研究生15人，已毕业硕士研究生36人，其中11人分别考取清华、哈工大、大连理工、中国农大博士研究生，有2人在清华大学博士后流动站工作。在科学研究方面，学院的科研工作可以追溯到1959年我校研制的全国第一台饺子机。经过五十多年的努力，完成了国家及省部级科研项目45项，在研项目13项，科研经费981万，目前正承担国家“十一五”科技支撑重大项目“食品包装新材料的研究与开发”课题。获国家技术开发优秀成果奖一项，获省部级科技进步奖三等奖3项。发表学术论文330多篇，其中国家一级刊物发表论文62篇。EI检索23篇。出版专著15本。于2002年7月承办第六届全国包装与食品工程学术会议，2002年8月承办第八届全国包装工程学术会议，提高了我院相关专业在国内的学术水平和影响。为行业和地方经济建设做出贡献的同时有利促进我院教学水平的提高。三、实习内容（一）挤出机的结构和生产流程挤出机由料筒、喂料螺杆、挤出螺杆、模具和水槽组成。由操作员将塑料颗粒倒入料筒中，塑料颗粒被输送进入喂料桶内通过喂料螺杆输送进入挤出螺杆，挤出机内加热使塑料颗粒熔化经过模具挤出后成型，再根据客户要求的长度进行切割。（二）挤出机的工作原理挤出机的功能是采用加热、加压和剪切等方式，将固态塑料转变成均匀一致的熔体，并将熔体送到下一个工艺。熔体的生产涉及到混合色母料等添加剂、掺混树脂以及再粉碎等过程。成品熔体在浓度和温度上必须是均匀的。加压必须足够大，以将粘性的聚合物挤出。挤出机通过一个带有一个螺杆和螺旋道的机筒完成以上所有的过程。塑料粒料通过机筒一端的料斗进入机筒，然后通过螺杆传送到机筒的另一端。为了有足够的压力，螺杆上螺纹的深度随着到料斗的距离的增加而下降。外部的加热以及在塑料和螺杆由于摩擦而产生的内热，使塑料变软和熔化。不同的聚合物及不同的应用，对挤出机的设计要求常常也是不同的。许多选项涉及到排出口、多个上料口，沿着螺杆特殊的混合装置，熔体的冷却及加热，或无外部热源（绝热挤出机），螺杆和机筒之间的间隙变化相对大小，以及螺杆的数目等。例如，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。串联挤压是用第一个挤出机挤出的熔体，作为原料供给第二个挤出机，通常用来生产挤出聚乙烯泡沫。（三）挤出机的主要参数挤出机的特征尺寸是螺杆的直径（D）和螺杆的长度（L）与直径（D）的比率（L/D）。挤出机通常至少由三段组成。第一段，靠近加料斗，是加料段。它的功能让物料以一个相对平稳的速率进入挤出机。一般情况下，为避免加料通道的堵塞，这部分将保持相对低的温度。第二部分为压缩段，在这段形成熔体并且压力增加。由加料段到压缩段的过渡可以突然的也可以是逐步（平缓）的。最后一个部分计量段，紧靠着挤出机出口。主要功能是流出挤出机的物质是均匀一致的。在这部分为确保组成成分和温度的均匀性，物料应有足够的停留时间。在机筒的尾部，塑料熔体通过一个机头离开挤出机，这个机头设计成理想的形状，挤出的熔体流在这里通过。另一个重要的部分是挤出机的驱动机构。它控制螺杆的旋转速度，螺杆的旋转速度决定着挤出机的产量。所需的功率由聚合物的粘性（流动阻力）决定。而聚合物的粘性取决于温度和流动速率，随着温度和剪切力的增加而下降。挤出机都带有滤网，能将杂质阻挡在滤网上。为避免停工，滤网应能自动更换。当加工带有杂质的树脂时，比如回收料，这一点特别重要。挤塑机的螺杆分进料段，塑化，熔融段，温度根据塑料粒子的工艺参数，型号按螺杆直径分20、36、52、65、75、95、120、135。塑料颗粒加热后由螺杆的运动来改变原来的状态,类型就很多了，看具体应用。变频的容量跟螺杆的直径成正比，再根据原料的不同调整。四、实习收获和体会在这段实习期间我认真学习观看了哈尔滨商业大学轻工学院食品用挤出机的拆装过程。通过这段时间的学习，我觉得自己在以下几个方面与有收获：一.对挤出工艺的理论有了初步的系统了解。我们了解到了胶料机、挤出机、螺杆和各个模具的零部件的的作用等。这些知识不仅在课堂上有效，对以后的学习有很大的指导意义，在日常生活中更是有着现实意义。二.对自己的动手能力是个很大的锻炼。实践出真知，纵观古今，所有发明创造无一不是在实践中得到检验的。没有足够的动手能力，就奢谈在未来的科研尤其是实验研究中有所成就。在实习中，我锻炼了自己动手技巧，提高了自己解决问题的能力。同时也发现了一些在工作方面的不足。虽然学习和动手能力在工作中游刃有余但是发现自己在工作中缺乏与同事和上级领导直接的沟通。在以后的工作和学习中要加强沟通能力。此次实习，不仅让我获得了机械制造的基础知识,了解了现代机械制造工业的一般操作过程、生产方式和工艺过程,熟悉了工程材料主要成形方法和主要机械加工方法及其所用主要设备的工作原理和典型结构、从而加强了理论联系实际的锻炼,提高了工程实践能力。同时还了解了生产实际的机械制造工艺知识和新工艺、新技术、新设备在机械制造中的应用。这次实习是大学教育最后一个极为重要的实践性教学环节。通过实习，使我们在社会实践中接触与本专业相关的实际工作，增强感性认识，培养和锻炼我们综合运用所学的基础理论、基本技能和专业知识，去独立分析和解决实际问题的能力，把理论和实践结合起来，提高实践动手能力，为我们毕业后走上工作岗位打下一定的基础；同时可以检验教学效果，为进一步提高教育教学质量，培养合格人才积累经验，并为自己能顺利与社会环境接轨做准备。在实习中也感到了生活的充实和学习的快乐，以及获得知识的满足。真正的接触了社会，使我消除了走向社会的恐惧心里，让我对未来充满了信心，以良好的心态去面对社会。同时，也让我们体验到了工作的艰辛，了解了当前社会大学生所面临的严峻问题，促使自己努力学习更多的知识，为自己今后的工作奠定良好的基础。本科毕业设计开题报告题目：食品用双螺旋挤出机主机的设计院（系）：机械工程学院班级：机制08-1 班姓名：侯丽明学号： 2008023312 指导教师：唐庆菊教师职称：讲师黑龙江科技学院本科毕业设计开题报告题目食品用双螺旋挤出机主机的设计来源工程实际1、研究目的和意义：1.1研究的目的本题目的研究内容为食品用双螺旋挤出机主机的设计。品挤压概括的说就是将食品物料置于挤压机的高温高压状态下，然后突然释放至常温常压，使物料内部结构和性质发生变化的过程。为能使双螺杆挤出机在满足功能的前提下，要求结构简单，拆卸清理方便。同时要求造价便宜，节省空间。同时，在整个设计过程中,我们将学习到更多的知识。近年来，随着聚合物改性材料的不断发展，其对混炼设备的要求也越来越高。双螺杆挤出机是连续混炼机中应用最多的一种设备，理所当然，也就受到大家的广泛关注，围绕它的研究也就越多。目前，根据国内外的发展趋势，双螺杆挤出机主要是向高速、大扭矩、大挤出量及低能耗转方面发展。1.2研究的意义挤出技术在食品工业上的应用越来越广泛，从较早的方便食品，休闲食品到植物组织蛋白等领域。在一些发达国家，挤出技术的理论研究越来越完善，利用挤出技术改性蛋白质，研究淀粉、蛋白质等在挤出过程中的变化，并进一步研究营养吸收等问题。工艺条件的不断完善和工艺设备的不断改进为挤出技术的应用开辟了广阔的前景。随着聚合物加工业的发展，作为聚合物加工主要设备之一的双螺杆挤出机在聚合物加工行业已经得到并将进一步得到越来越广泛的应用，而且也会衍生到其他行业。尤其在食品行业，双螺杆挤出机被广泛应用于淀粉膨化食品、蛋白挤压食品、膨化饲料的生产。双螺杆挤出机虽然传动箱的设计和制造也比单螺杆挤出机的困难、复杂的多。在两螺杆中心距确定后，要在有限的中心距内传递很大的扭矩，并把这很大的扭矩相等的分配到两根螺杆上去，在设计、制造及材质选择、热处理上都遇到很多问题。自然，随着机械设计水平、机械加工水平的提高及整体工业配套的发展，上述问题已逐渐得到解决，从而使双螺杆挤出机得到飞速发展。2、国内外发展情况(文献综述)：一个世纪以来, 食品挤压工艺在不断的实践中得到发展与提高。双螺杆挤出机发展至今，已在食品加工中居重要地位，而且大有应用越来越广泛之势。双螺杆挤出机是随着聚合物加工业及食品加工业的发展而出现和发展的；而在聚合物加工中真正应用的双螺杆挤出机是在20世纪30年代，首先在意大利研制成功。第二次世界大战前后，双螺杆挤出机发展较快；现在双螺杆挤出机是在20世纪60年代末和70年代初发展起来的。更准确的说，现代啮合异向双螺杆挤出机是随RPVC制品的发展而发展的，啮合同向双螺杆挤出机则是在聚合物改性的推动下发展的。1935年意大利的Roberto Colombo研制出世界上首个啮合同向双螺杆挤出机后。自从其诞生后，经过半个多世纪的不断改进和完善，它便以其积木式结构带来的多变性和适应性以及优异的混合性能，在成型、共混、改性、反应挤出等聚合物加工过程中得到了广泛应用。挤出机的核心部件是螺杆，啮合同向双螺杆挤出机一般分为固体输送、熔融、排气、熔体输送等功能段。至今为止，研究主要集中在熔体输送段，已经有了成熟的理论体系和数理模型，有了很多有意义的研究成果；固体输送段和熔融段由于物料在该段的状态还不能由现有方程和数理模型很好的描述，所以理论研究成果较少，主要依靠经验设计。目前，啮合同向双螺杆挤出机向着高转速、大扭矩、更高的熔融塑化效率、更优的混合质量、更低的能耗方向发展。也就是说，在保证产品质量的前提下，如何在更低的能耗下，获得更高的生产能力，是双螺杆挤出机制造商和用户所共同追求的目标。 20世纪80年代，我国开始较为广泛的应用双螺杆挤出机，相对于西方国家（美、德、意、英、日等）起步较晚。随后，我国一些厂家开始生产制造双螺杆挤出机。但是最初的设计基本是依靠引进国外技术。到20世纪90年代初，我国双螺杆挤出机的设计制造发展很快，形成了双螺杆挤出机制造热。目前国内所生产的双螺杆挤出机的规格已由中小型开始向大型发展，制定了相应标准并形成系列，年产量达几百台套。但在双螺杆挤出机的设计、制造水平和机器的整体质量方面，与国外先进国家生产的双螺杆挤出机还有不小差距，这主要表现在独立设计能力较弱，不少厂家的产品是测绘和仿制的，设计出水平较高的机器较少。目前国内啮合同向双螺杆挤出机方面研究工作做的较多的单位主要有：甘肃兰州天华设计院，北京化工大学，SEI等单位，制造主要是大连橡塑还有南京科亚。3、研究/设计的目标：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。4、设计方案（研究/设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等）：本题目加工的总泵缸体零件图如图1所示：1连接器2过滤器 3料简 4螺杆5加热器6加料器 7支座 8上推轴承 9减速器 10电功机图1 双螺杆挤出机示意图双颊杆挤出机双螺杆挤出机是指在一根两相连孔道组成“”截面的料筒内由两根相互啮合或相切的螺杆所组成的挤出装置。双螺杆挤出机由传动装置、加料装置、料筒和螺杆等几部分组成，如图53所示。各部件的功能与单螺杆挤出机相似。但在众多双螺杆挤出机中，最重要的差别是螺杆结构的设计。首先，两根螺杆是啮合的还是非啮合的，其次，在啮合型双螺杆中，螺杆是同向转动，还是反向转动；第三，螺杆是圆柱形(平行双螺杆)还是锥形；第四，实现压缩比的途径：变动螺纹的高度或导程。螺杆根径由小变大或外径由大变小。螺纹的头数由单头变成二头或三头；第五，螺杆是整体的还是组合的。所有这些表明，双螺杆挤出机的螺杆结构要比单螺杆挤出机的复杂得多。现举出几种有代表性的双螺杆以说明螺杆的几何形状。(1) Colombo型双螺杆螺杆分为三段，每一分段有一混合室，加料段的外径和螺距为最大，压缩段次之，均化段为最小，这样组成压缩比但在同一段中，螺杆是等径等距的，这种双螺杆是早期开发的。现在，根据加工硬聚氯乙烯管材的需要，已开发出具有多种功能(进料、剪切、混合、排气和均化等)的双螺杆挤出机(2) 锥型双螺杆如图55所示，这类挤出机是向外反向转动的。从加料段到计量段，螺杆的外径和根径均匀地由大到小。通过螺杆各部分的长度、螺纹头数、螺槽数、螺棱宽度、螺棱形状等的变化，实现对物料的输送、压缩、排气、混合与塑炼。这种锥形双螺杆挤出机具有剪切速率沿口模方向减小和安装推力轴承的空间较大等优点，但制造较困难。(3) 组合型双螺杆这种螺杆是由不向数目的具有不同功能的螺杆元件(输送、剪切、混合、压缩和捏合等元件)按一定要求和顺序装到带导键或三角形芯轴上组合而成的，它可以连续输送、塑化、均化、加压、排气，以灵活适应特定用途。这种配料用双螺杆挤出机具有强大的剪切力，能剪断和分散填料、颜料和玻璃纤维。属于这类双螺杆的有ZSK型配料双螺杆挤出机。 (4) 非啮合型双螺杆在结构上类似于两根平行单螺杆在料筒中转动，但两根螺杆反向转动并相切。按照整体结构又可分为单阶和双阶两种形式。双螺杆挤出机的主要技术参数螺杆直径（D）-双螺杆挤出机的螺杆直径是一个基本而重要的参数，螺杆直径的大小在很大程度上反映了挤出机规格的大小，生产能力的大小，因为挤出机的生产能力与螺杆直径的平方成正比。其它参数也都与它有关。中心距-双螺杆挤出机两根螺杆之间的中心距是一个重要参量，从制定总体方案到具体结构设计它决定了如下几何关系，并因而决定了有关的设计参数：传动系统输出轴（与螺杆相连）及有关齿轮的尺寸；螺杆的外径和根径、两螺杆的啮合程度，螺杆槽深度和双螺杆挤出机的最大理论输送量。长径比(L/D)-螺杆长度与螺杆直径的比值，这也是一个重要的参量，在一定程度上反映出双螺杆挤出机的规格及其性能。螺杆转速范围-这是一个很重要的特征参数，在一定程度上反映了双螺杆挤出机的挤出能力和混炼能力。双螺杆挤出机的螺杆转数，除了像单螺杆挤出机那样取决于对挤出量的要求，被加工物料的特征和最终制品的质量以外，还受螺杆旋转方向的影响。挤出量(Q)-挤出量就是所谓的产量，它是一个重要的参数，它表征机器生产能力大小，是用户选择双螺杆挤出机规格时的重要依据之一。最大理论挤出量等于无机头压力下，单位时间内螺杆转数与一个C型小室（啮合型双螺杆挤出机）体积的2倍的乘积再乘上螺纹头数。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。一般而言，双螺杆挤出机主机设计包括挤出机类型的确定，挤压系统的设计，传动系统的设计，加料冷却系统的设计，控制系统的设计。而本设计中采用积木式同向啮合双螺杆挤出机来进行设计。5、方案的可行性分析：(1)对于机头的开式与闭式设计问题上，我们采用开始设计以便于进行检修。而采用积木式设计的原因是该形式啮合的双螺双螺杆挤出机在制造时省时，从而可以降低成本。(2)此外，为了清洗螺杆方便，采用了机筒快速移出装置和快速移出螺杆装置，以便于制造及日常使用维护。(3)该双螺杆挤出机的设计严格按照先收集和研究有关资料，再确定双螺杆挤出机的结构方案，然后绘制挤出机主机总图，最后确定并标注。在设计过程中，基准及其定位方案的选择都严格遵循各自的选择原则,并严格遵守相关要求和标准。综上分析故该方案可行。6、该设计的创新之处：(1)该双螺杆挤出机结构简单、工作可靠、经济性好，在食品及饲料和轻工业中有很广泛的应用，比传统的单螺杆挤出机更具优势。(2)该双螺杆挤出机经过局部改进，采用积木式以及开式设计有利于清洗及维护。7、设计产品的主要用途和应用领域：该双螺杆挤出机主要用于淀粉、蛋白质、膨化食品、饲料等的加工生产。8、时间进程：2012年3月12日2012年3月30日在哈尔滨商业大学轻工学院、校图书馆，收集螺杆挤出机的相关资料，在校图书馆和哈尔滨商业大学轻工学院，了解总泵缸体的工作原理和结构设计，学习螺杆挤出机拆装的原理，并完成实习日记和实习报告2012 年 3月31日 2012年4月11 日完成开题报告2012 年 4月12日 2012年4月30日双螺杆挤出机整体方案的拟定2012 年 5月1日 2012年5月19 日各部分零件的计算2012 年 5月20日 2012年6月3 日总装图及零件图的绘制2012 年 6月4日 2012年6月10日编写毕业设计说明书、审图、修改2012 年 6月11日 2012年6月15日答辩9、参考文献：1 杨凯,林富来,丁峰,王增昌. 螺杆泵的应用及双螺杆泵的发展J. 机床与液压, 1999,(04) . 2 陈金海,陈德伟. 双螺杆泵型面加工、刀具设计及计算方法J. 流体机械, 2002,(06) . 3 武文斌. 国产卧式双螺旋辊馒头成形机的分析研究J. 轻工机械, 2002,(01) . 4 耿孝正. 各种双螺杆挤出机的性能及应用J. 中国塑料, 1995,(05) . 5 王平,沈晓阳,薛强. 双螺杆磨浆机的研究与应用J. 中国造纸, 2004,(01) . 6 于凤云，唐庆菊，胡金平. 煤矿机械制造工艺与夹具M. 哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社,2011：2.7 Janssen.双螺杆挤出机M.耿孝正译.北京：轻工业出版社.20038 WilliamM.Davics,曲永，李青莲。挤出机中的传热J.世界橡胶工业.1992（02）.9 Chris Rauwendaal.Wear and Corrosion Behavior and Their CounterMeasures for Twin Comppomunding Extruders.Japan.1998.14,37-43.10 濮良贵，纪明刚。机械设计M.高等教育出版社.2001,6:67-187.11 张耀宏.食品用双螺杆挤压机J.粮食与油脂.2007（2）.12 宋小梅.食品加工用双螺杆挤出机J.食品工业.2009(03).13 北京化工大学.华南理工大学合编.塑料机械设计（第二版）M.北京：中国轻工业出版社.1995,12:57-63.指导教师意见教师签字：年月日开题答辩小组意见：组长签字：成员签字：年月日毕业设计领导小组意见: 组长签字：年月日I摘要针对设计任务要求，进行了组合式食品双螺杆挤出机的设计。首先，进行了总体方案的设计与选择，确定采用积木式螺杆和剖分式机筒，有利于提高生产效率，降低挤出机的制造难度；然后，对挤出机的各组成子系统进行了设计与计算，主要包括传动系统、加料系统和挤出系统等的设计。最后，对关键的零部件进行了校核计算。总体上看，所设计的食品双螺杆挤出机，结构比较简单，有较好的进料特性、正向输送特性、良好的混合和自洁性能，而且，生产效率也较高。关键词：组合式；双螺杆；自洁IIAbstract According to the requirement, design modular food twin-screw extruder design. First, design and choose the overall scheme, adopt block screw and cylinder profile fraction, improve the production efficiency, reduce the difficulty of the extruder manufacture; then design and calculate the extruder subsystems; mainly includes the transmission system, charging system and extrusion system, etc. Finally, check the key parts. Overall, the design of food twin-screw extruder, the structure is simple, have good feeding characteristics, transportation, good mixing and self-cleaning performance, and, the production efficiency is higher.Keywords: modular; twin-screw; self-cleaningI目录摘要 .IAbstract.II第 1 章绪论 .11.1 课题研究的意义.11.2 双螺杆挤出机的发展概况.11.3 双螺杆挤出机的组成.31.4 双螺杆挤出机的主要技术参数.3第 2 章总体方案确定.52.1 设计参数.52.2 整体方案的拟定.5第 3 章传动系统的设计.73.1 电动机的选择 .73.1.1 选择电动机类型和结构形式 .73.1.2 选择电动机的容量及转速 .73.2 初步方案 .83.2.1 转速图布置 .83.2.2 传动系统和扭矩分配装置 .103.3 计算传动系统装置的运动和动力参数.113.3.1 各轴输入功率 .113.3.2 各轴输入转矩 .123.3.3 齿轮的齿数 .123.3.4 第五对齿轮的设计 .123.3.5 第二对齿轮的设计 .183.3.6 带轮的设计 .233.3.7 轴的初步设计 .273.3.8 轴的校核 .28第 4 章挤出系统的设计. . . 324.1 螺杆的设计.32II4.1.1 螺杆设计主要指标 .324.1.2 螺杆主要参数的设计 .334.2 螺杆轴承装置.364.2.1 螺杆轴向力的确定 .374.2.2 螺杆的强度计算 .374.2.3 轴承组的工作特点 .394.2.4 套筒式串联推力轴承组 .394.2.5 轴承设计原则 .404.3 机筒设计.404.3.1 机筒元件的结构形式 .414.3.2 机筒的材质 .44第 5 章加热与冷却装置.455.1 加热装置.455.1.1 载体加热器 .455.1.2 电阻加热 .465.1.3 电感应加热器 .465.2 冷却装置.47结论.48致谢.49参考文献 .50IIICONTENTSAbstract .IChapter 1 Introduction.11.1 The significance of the research.11.2 The development of twin-screw extruder Overview.11.3 Composition of twin-screw extruder.31.4 The main technical parameters of the twin-screw extruder .3Chapter 2 Overall program to determine.52.1 Design parameters.52.2 The formulation of the overall program.5Chapter 3 Transmission .73.1 Motor selecting .73.1.1 Select motor type of nuclear structure .73.1.2 Select motor capacity and speed.73.2 Preliminary program.83.2.1 Speed Chart Layout.83.2.2 Torque transmission and distribution equipment.103.3 Calculate the movement and power transmission equipment parameters 113.3.1 The shaft input power .113.3.2 The shaft input torque.123.3.3 Gear teeth.123.3.4 Fifth gear design.123.3.5 The design of the second gear.183.3.6 Pulley design.233.3.7 Axis of the preliminary design.273.3.8 Checking of the axis.28IVChapter 4 Extrusion system.324.1 The structure of screw.324.1.1 Screw design main index .324.1.2 The main parameters of the design of screw.334.2 Screw bearing device.364.2.1 Determination of axial screw force.374.2.2 Screw the strength calculation .374.2.3 Bearing characteristics of group work.394.2.4 Telescopic Tandem Thrust Bearings.394.2.5 Bearing design principles.404.3 Barrel Design .404.3.1 Barrel structure components .414.3.2 Barrel structure components .44Chapter 5 Heating and cooling equipment.455.1 Heating device.455.1.1 Carrier heater.455.1.2 Resistance heating.465.1.3 Induction heater.465.2 Cooling divice.47Summary.48Thanks.49References.501第 1 章绪论1.1 课题研究的意义挤出技术在食品工业上的应用越来越广泛，从较早的方便食品，休闲食品到植物组织蛋白等领域。在一些发达国家，挤出技术的理论研究越来越完善，利用挤出技术改性蛋白质，研究淀粉，蛋白质等在挤出过程中的变化，并进一步研究营养吸收等问题。工艺条件的不断完善和工艺设备的不断改进为挤出技术的应用开辟了广阔的前景。随着聚合物加工业的发展，作为聚合物加工主要设备之一的双螺杆挤出机，在聚合物加工行业已得到、并将进一步得到越来越广泛的应用，而且在其他行业将得到更多的应用。尤其在食品行业，双螺杆挤出机被广泛用于淀粉膨化食品、蛋白挤压食品、膨化饲料的生产，还被用作特殊化学或生化反应器1 。人们已花费大量时间来研究挤压机，特别是单螺杆挤压机中物料输送情况，跟单螺杆挤压机相比，双螺杆挤压机有较好的进料特性和正向输送特性、良好的混合和自洁性能、物料在机筒内的停留时间短以及对整个物料温度控制性能良好等特点，所以在工业上具有广泛的应用。理想的挤压膨化与成型加工是采用双螺杆挤压机，而发展的主流是同向旋转、完全啮合、梯形螺旋的双螺杆挤压机2。所以，双螺杆挤压机的设计对于发展我国的食品工业以及其它运用双螺杆挤压技术的行业有着重要的意义。1.2 双螺杆挤出机的发展概况双螺杆挤出机发展至今，已在聚合加工中居重要地位，而且大有应用越来越广泛之势。双螺杆挤出机是随着聚合物加工业及食品加工业的发展而出现和发展的；而在聚合物加工中真正应用的双螺杆挤出机是在 20 世纪 30 年代，首先在意大利研制成功。第二次世界大战前后，双螺杆挤出机发展较快；现在双螺杆挤出机是在 20 世纪 60 年代末和 70 年代初发展起来的。更准确的说，现2代啮合异向双螺杆挤出机是随 RPVC 制品的发展而发展的，啮合同向双螺杆挤出机则是在聚合物改性的推动下发展的3。在双螺杆挤出机的发展过程中，就制造方面而言，遇到的困难比单螺杆挤出机多得多。除了螺杆元件及构型的研制外，最重要的就是止推轴承和传动箱设计制造问题。因为双螺杆挤出机的两螺杆中心距确定后，其承受巨大轴向推力的止推轴承的安装间隙有限，要设计制造出性能良好的能承受轴向和径向轴承，及能均载的轴承组合结构是比较困难的。早期的推力轴承固定到足以提供给双螺杆传动箱良好的机械可靠性。20 世纪 60 年代，开发出一种特别适用与双螺杆挤出机应用的特殊推力轴承后，双螺杆挤出机的可靠性才可与单螺杆挤出机相比，但双螺杆挤出机仍没有像单螺杆挤出机那样高能力的推力轴承。另外，双螺杆挤出机传动箱的设计制造也比单螺杆挤出机的困难、复杂的多。要在有限的中心距内传递很大的扭矩，并把这很大的扭矩相等的分配到两螺杆上去，在设计、制造及材质选择、热处理上都遇到很多问题1。自然，随着机械设计水平、机械加工水平的提高及整体工业配套的发展，上述问题逐渐得到解决，从而使双螺杆挤出机得到飞速发展。与西方国家（美、德、意、英、日等）相比，双螺杆挤出机在我国开始应用较晚（大约在 20 世纪 70 年代初），只是到了 20 世纪 80 年代初才开始较多的由国外引进。随着对双螺杆挤出机性能的加深，在 20 世纪 80 年代中期，双螺杆挤出机在我国的应用范围和使用量扩大。通过引进国外技术，我国有的厂家开始生产制造双螺杆挤出机。到 20 世纪 90 年代处，我国双螺杆挤出机的发展很快，形成双螺杆挤出机制造热。至今，不但能生产啮合同向双螺杆挤出机，也能生产啮合异向平行和锥形双螺杆挤出机。所生产的双螺杆挤出机的规格已由中小型开始向大型发展，并基本形成系列，制定了相应标准，年产几百台套，除特种类型和大规格的双螺杆挤出机尚未生产外，国产双螺杆挤出机以基本能满足国内一般生产的需求。但就双螺杆挤出机的设计、制造水平和机器的整体质量而言，与国外先进国家生产的双螺杆挤出机还有不少差距，这表现在独立设计能力较弱，不少厂家的产品是测绘和仿制的，设计出水平较高的机种较少；机械制造水平、材质、热处理水平也有差距；轴承、电器、仪表配套还不健全，电器仪表质量也较差，不可靠4。31.3 双螺杆挤出机的组成不论何种双螺杆挤出机，其整体结构组成与单螺杆挤出机差不多，由主机、机头和辅助机组成。其中主机就是通常所说的双螺杆挤出机。在实际应用中，双螺杆挤出机必须配以机头和辅助机才能完成预定的任务，这就是所谓双螺杆挤出机组。双螺杆挤出机（主机）是双螺杆挤出机组的核心组成部分。从总体组成上看，双螺杆挤出机和单螺杆挤出机差不多，由传动系统、积压系统、加热冷却系统系统、控制系统等组成5。1.4 双螺杆挤出机的主要技术参数螺杆直径（D）双螺杆挤出机的螺杆直径是一个基本而重要的参数，螺杆直径的大小在很大程度上反映了挤出机规格的大小，生产能力的大小，因为挤出机的生产能力与螺杆直径的平方成正比,其他参数也都与它有关6。中心距双螺杆挤出机两螺杆之间的中心距是一个重要参量，从制定总体方案到具体结构设计，决定了如下几何关系，并因而决定了有关的设计/参数：传动系统输出轴（与螺杆相连）及有关齿轮的尺寸；推力轴承外径尺寸的大小，及最大的机头设计应取多大；螺杆的外径和根径、两螺杆的啮合程度，螺杆槽深度和螺杆挤出机的最大理论输送量。长径比（L/D）螺杆长度与螺杆直径的比值，这也是一个重要的参量，在一定程度上反映出双螺杆挤出机的规格及其性能。螺杆转速范围-这是一个很重要的特征参数，在一定程度上反映了双螺杆挤出机的挤出能力和混炼能力。双螺杆挤出机的螺杆转速，除了像单螺杆挤出机那样取决于对挤出量的要求，被加工物的特征和最终制品的质量外，还受螺杆旋转方向的影响。挤出量（Q）挤出量就是所谓的产量，它是一个重要的参数它表征机器生产能力大小，是用户选择双螺杆挤出机规格时的重要依据之一。最大理论4挤出量等于无机头压力下，单位时间内螺杆转速与一个 C 型小室（啮合型双螺杆挤出机）体积的 2 倍的乘积在乘上螺纹头数7。 VnmQ 2max式中 m螺纹头数n螺杆转速 V一个 C 型小室的体积5第 2 章总体方案确定2.1 设计参数双螺杆挤出机的直径为 35mm，长径比 25，转速范围是 30-250rpm，双螺杆转动方向为同向，要求按已知条件设计出同向啮合双螺杆挤出1.41机。2.2 整体方案的拟定螺杆类挤出机的应用都是以机组式出现，挤出机组包括主机（即通常所说的挤出机）机头和辅机。因此就双螺杆挤出机的设计而言，它可以包括主机（即通常所说的挤出机），机头和辅机的设计，也可以单指主机的设计8。本设计就是针对主机的设计。而双螺杆主机的设计应当包括挤出机的类型的确定，挤压系统的设计，传动系统的设计，加料冷却系统的设计，控制系统的设计。双螺杆挤出机的类型确定后，要进行整体设计，除了下面将要详细介绍的双螺杆挤出机的主要技术参数的确定外，还应包括以下几个问题：是整体式还是积木式？是开式还是闭式？整个主机是一阶还是二阶？如果是二阶，第一阶、第二阶是双螺杆挤出机，还是单螺杆挤出机？在挤压系统中要不要串接齿轮泵？机筒是整体封闭的，还是剖分的？这些问题带有全局性，它们会对双螺杆挤出机的设计带来很大影响，必须根据需要及经济性、技术上的可行性来选择确定。下面就其中的几个问题进行简单讨论9。开式设计和闭式设计，所谓开式设计，一般指双螺杆挤出机的挤压系统，冷却加热系统都裸露在外面。这种设计的优点是各部分出现故障时，检查、维修及拆装比较方便，也一目了然，但有人觉得其外观比较零乱。啮合同向双螺杆挤出机大多采用这种设计。所谓闭式，与开式设计相反，其挤压系统，冷却加热系统的外面装有外罩，其余的部分有时也封闭起来。这种设计看上去外形比较整齐，但检修不太方便。锥形双螺杆挤出机多采用这种结构。6一阶机和二阶机，所谓一阶机，指主机只有一个挤压系统，包括一套螺杆、机筒和传动箱；而二阶，是指主机有两个挤压系统，包括两套螺杆、机筒和传动箱，柔性串联起来组成主机。就目前见到的、用于成型制品的双螺杆组的主机多是一阶的，如啮合平行异向旋转双螺杆挤出机和锥形双螺杆挤出机。用于配混料造粒的啮合同向双螺杆挤出机有的情况下设计成二阶的，其第一阶用来塑化、混合物料，第二阶用来建压、挤出造粒。很多情况下，第一阶一般用啮合同向双螺杆挤出机，第二阶用单螺杆挤出机。若采用二阶式，有二阶一上一下布置和水平成 T 型布置两种形式。整体式和积木式，一般啮合异向旋转双螺杆挤出机（也有例外）和锥形双螺杆挤出机都是整体式，即其各大组成部分（螺杆、机筒、减速箱）在使用中不再拆开进行重新组合安装。而国内外流行的啮合同向双螺杆挤出机设计成积木式，即其机筒、螺杆由若干元件组成，可根据使用需要进行重新组合安装。有的厂家生产的双螺杆挤出机，除了其机筒、螺杆组合式外，其扭矩分配和齿轮箱也做成积木式，通过更换扭矩分配器可以将双螺杆挤出机改变异向旋转或同向旋转；去掉扭矩分配器，其齿轮箱还可与单螺杆挤出系统相接，组成单螺杆挤出机。积木式啮合同向双螺杆挤出机在制造上也省工省时，降低成本。机筒是封闭式和剖分式，有的双螺杆挤出机机筒由若干段组成，有的是整体的，但机筒均不能打开分成两半，它们是封闭的。因此，想要了解挤出的过程中物料沿螺杆的输送、混合、反映情况，只有停转将机筒通水骤冷，然后把螺杆抽出来才能看清。为了克服上述缺点及操作方便，人们把双螺杆挤出机的机筒做成剖分式，停车冷却靠液压系统或手动机械打开，观察取样，进行研究。挤出机在工作前，再靠液压系统或手动机械合起来。此外，为清洗螺杆方便，采用了机筒快速移出装置和快速移出螺杆装置。另一个影响双螺杆挤出机整体方案的确定是在某些机组上将要采用的加料系统。一般双螺杆挤出机和锥形双螺杆挤出机大多采用计量加料，其计量加料系统对挤出机组整体设计不会有多大影响，但对某些设有多组加料系统的配混料啮合同向双螺杆挤出机，将会有多个加料口和加料装置（侧加料装置），它们的联合使用和布置将对双螺杆挤出机的整体布置带来影响。 7第 3 章传动系统的设计3.1 电动机的选择3.1.1 选择电动机类型和结构形式根据挤压机的应用特点，宜选择 Y 系列（IP44）三相异步电动机，其结构简单、工作可靠、价格低廉、维护方便，是应用最广泛的类型。3.1.2 选择电动机的容量及转速根据概略计算，选择 11kW 容量的电机。电机常用的转速有 3000，1500，1000，750r/min，经过分析传动装置及电动机的性能、尺寸、重量和价格等综合因素，最后选择 1500r/min 的电动机。电动机型号：Y160M-4，其主要性能如表 3-1 所示。表 3-1 电动机型号及相关性能参数满载时转速电流效率功率因素型号额定功率kWr/minA%cos堵转电流额定电流堵转转矩额定转矩最大转矩额定转矩Y160M-411146022.6880.847.02.22.38 图 3-1 电机外型图电机主要外型和安装尺寸如下：表 3-2 电机外形尺寸中心高 H外形尺寸L（AC/2+AD）HD低脚安装尺寸 AB地脚螺栓孔直径 K 轴伸尺寸DE装键部位尺寸 FGD160600（325/2+255）3852521015428014403.2 初步方案3.2.1 转速图布置根据技术要求，调速范围 30-250rpm，机械 8 级调速，（，选取最1.41低转速 25rpm） (3-1)min2511146058.4xEnUn总11.607x 911.6072.60733311111实现 8 级转速主轴转速变化的传动系统可以写成多种传动副组合：1）8=24 2）8=42 3）8=222方案 1）2）可节省一根轴，但是，其中一个传动组内有四个变速传动副，增大了该轴的轴向尺寸，这种方案不宜采用。故方案 3）可取。确定变速组扩大顺序：1）8=212224；2）8=222124；3）8=212422 4）8=242122 ；5）8=242221；6）8=2221根据级指比数分配要“前密后疏”的原则10，应选用第一种方案。绘制转速图如下： (r/min) 图 3-2 转速图2.607103.2.2传动系统和扭矩分配装置图 3-3 传动系统方案一图 3-4 传动系统方案二11由于方案一大带轮太大，放在上方突出箱体的部分不美观，而方案二中传动系统太长，而且浪费材料11，综合这两种方案得出以下方案：图 3-5 传动系统方案3.3 计算传动系统装置的运动和动力参数3.3.1 各轴输入功率kW78.1098. 01101 PPIkW56.1098. 078.1012IIIPPkW35.1098. 056.1023IIIIIPPkW15.1098. 035.1034IIIIVPP123.3.2 各轴输入转矩 555115552555335554410.7895.5 1095.5 101.838 10 N mm56010.5695.5 1095.5 103.6 10 N mm20010.3595.5 1095.5 104.85 10 N mm7110.1595.5 1095.5 103.46 10 N mm100III2IIIIVPTnPTnPTnPTn3.3.3 齿轮的齿数，转速范围 30-250rpm。61.411.06通过查表可知输出轴的 8 级转速分别为：25r/min、35.5 r/min、50 r/min、71 r/min、100 r/min、140 r/min、200 r/min、280 r/min。结构式1248222，故满足要求。(2 1) 421.413.958r 233311223344556611111,.iiiiii基本组齿数和 SZ=84， Z1=28，Z1=56，Z2=22，Z2=62。第一扩大组齿数和 SZ=92， Z3=38，Z3=54，Z4=31，Z4=61。第二扩大组齿数和 SZ=102，Z5=60，Z5=42，Z6=27，Z6=75。3.3.4 第五对齿轮的设计1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数13（1）选用直齿圆柱齿轮（2）螺杆挤出机为一般工作机器，速度不高，故选用 7 级精度（GN10095-88）（3）材料选择。由机械设计12表 10-1 常用齿轮材料及其力学特征，选择小齿轮材料为 40Cr（调质），硬度为 280HBS，大齿轮材料为 45 钢（调质），硬度为 240HBS，二者硬度差为 40HBS。（4）小齿轮齿数 Z5=42，大齿轮齿数 Z5=60。2. 按齿面接触强度设计由机械设计12设计公式（10-9a）进行计算，即 (3-2)25312.32tEdHkTZudu（1）确定公式中的各计算值1）试选载荷系数 Kt=1.32）计算小齿轮传递转矩 5595.5 1095.5 1010.15 280N mm455TP n53.46 10 N mm3）由机械设计12表 10-7 选取齿宽系数 1d4）由机械设计12表 10-6 查得材料的弹性影响系数51 2189.8MPaEZ5）由机械设计12图 10-21 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳极限大齿轮的接触疲劳极限 lim5600MPaHlim5550MPaH6）由机械设计12 式 10-13 计算应力循环次数9559856060 280 12 8 300 151.2096 101.2096 10 /1.418.579 10hNn jLN 7）由机械设计12图 10-19 查得接触疲劳寿命系数 50.94HNK50.93.HNK148）计算接触疲劳许用应力取失效概率为 1%，安全系数 S=1，由机械设计12式（10-12）得0.93 600MPa558MPa0.94 550MPa517MPalim5HN5H5HN5lim5H5K=SK=S（2）计算1）试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值td; 5H 325325 55178 .18941. 1141. 111046. 33 . 132. 2132. 2HEdtSZuufkTd 108.97mm 2）计算圆周速度v108.9 2801.598m/s60 100060 1000555d nv3）计算齿宽 b1 108.97108.97mm d55tb = d4）计算齿宽与齿高之比 b/h模数 108.94/422.594mmt55t5m =d /z15齿高 2.252.25 2.5945.8365mm5t5hm108.97/5.836518.6755b /h5）计算载荷系数根据，7 级精度，由机械设计12图 10-8 查得动载荷系1.598m/s5v数；51.07vK直齿轮，假设。由机械设计12书中表 10-3 查得100bFKtAmN；1.2HFKK由机械设计12表 10-2 查得使用系数；1AK 由机械设计12表 10-4 查得 7 级精度、小齿轮相对支撑非对称布置时，；2231.120.18 1 0.60.23 10HddKb将数据代入后得：；2231.120.18 1 0.6 1 10.23 10108.971.433HK由，查机械设计12图 10-13 得；55/18.67bh 51.433HK51.36FK故载荷系数555551 1.07 1.2 1.4331.83917AVHHKKKKK 6）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由机械设计12式（10-10a）得 : 3108.971.83917/1.3122.33mm35t5td =dK/K7）计算模数 m122.33/422.912mm555m =d /z163.按齿根弯曲强度设计由机械设计12式（10-5）得弯曲强度的设计公式为： (3-3)13212FSdFY YKTmz（1）确定公式内的各计算数值1）由机械设计12图 10-20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲疲劳强度极限；5500MPaFE5380MPaFE2）由机械设计12图 10-18 查得弯曲疲劳寿命系数： 50.89FNK50.91FNK3）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数 S=1.4，由机械设计12式（10-2）得5555550.89 500317.857MPa1.40.91 380247MPa1.4FNFEFFNFEFKSKS4）计算载荷系数 K51 1.12 1.2 1.361.8278 AVFFKK K KK5）查取齿形系数由机械设计12表 10-4 查得。552.45,2.32FFYY6）查取应力校正系数由机械设计12表 10-5 可查得。551.65,1.70SSYY7）计算大、小齿轮的，并加以比较FSFY Y175555552.45 1.650.013010356317.8572.32 1.700.016326463247FSFFSFYYYY大齿轮的数值大。9）设计计算5322 1.82784 3.4605 100.0163264632.270731 42m对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 m 大于有齿根弯曲强度计算的模数，由于齿轮 m 的大小要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度的承能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数 2.27073，并就近圆整为标准值 m=2.5。4.几何尺寸计算（1）计算分度圆直径42 2.5105mm60 2.5150mm5555d =z md =z m（2）计算中心距/2105 150 /2127.5mm55a= d +d5.验算522 3.46 106590.48N1051 6590.4860.47N/mm100N/mm108.97tAtTF=dK F=b合适。183.3.5 第二对齿轮的设计1. 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数（1）选用直齿圆柱齿轮（2）螺杆挤出机为一般工作机器，速度不高，故选用 7 级精度（GN10095-88（3）材料选择。由机械设计12表 10-1 常用齿轮材料及其力学特征，选择小齿轮材料为 40Cr（调质），硬度为 280HBS，大齿轮材料为 45 钢（调质），硬度为 240HBS，二者硬度差为 40HBS。（4）小齿轮齿数 Z5=22，大齿轮齿数 Z5=62。2. 按齿面接触强度设计由机械设计12设计公式（10-9a）进行计算，即 (3-4)23312.32tEdHkTZudu（1）确定公式中的各计算值1）试选载荷系数 Kt=1.32）计算小齿轮传递转矩 55595.5 1095.5 1010.78/560N mm1.838 10 N mm212TP/n3）由机械设计12表 10-7 选取齿宽系数 1d4）由机械设计12表 10-6 查得材料的弹性影响系数21 2189.8EZMPa5）由机械设计12图 10-21 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳极限小齿轮的接触疲劳极限 lim2600MPaHlim2550MPaH6）由机械设计12 式 10-3 计算应力循环次数 9229926060 500 12 8 300 152.16 102.16 10 /1.411.0865 10hNn jLN 7）由机械设计12图 10-19 查得接触疲劳寿命系数19 20.94HNK20.93HNK8）计算接触疲劳许用应力取失效概率为 1%，安全系数 S=1，由机械设计12式（10-12）得lim2222lim220.92 600552MPa0.93 550511.5MPaHHNHHNHHKMPaSKMPaS（3）计算1）试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值5 tdH225133211.3 1.84 102.81 1 189.82.322.3212.81511.5tEtdHkTZudu 77.518mm2）计算圆周速度v77.518 5602.273m/s60 100060 10002t22d nv3）计算齿宽 b1 77.51877.518mm 2d2tb = d4）计算齿宽与齿高之比 b/h20模数 77.518/223.523mmt22t2m =d /z齿高 2.252.25 3.5237.956mm2t2hm22/77.518/7.9569.743bh 5）计算载荷系数根据，7 级精度，由机械设计12图 10-8 查得动载荷系2.273m/s2v数；21.07vK直齿轮，假设。由机械设计12书中表 10-3 查得100N mAtK F /b；1.2HFKK由机械设计12表 10-2 查得使用系数；1AK 由机械设计12表 10-4 查得 7 级精度、小齿轮相对支撑非对称布置时，;2231.120.18 1 0.60.23 10HddKb将数据代入后得：；2231.120.18 1 0.6 110.23 1077.5181.426HK由，查机械设计12图 10-13 得；22/9.743bh 21.426HK21.33FK故载荷系数222221 1.09 1.2 1.4261.865AVHHKKKKK 6）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由机械设计12式（10-10a）得 mm427.873 . 1865. 1518.77332ttKKd7）计算模数 m21mm973. 322427.87222zdm3.按齿根弯曲强度设计由机械设计12式（10-5）得弯曲强度的设计公式为：13212FSdFY YKTmz（1）确定公式内的各计算数值1）由机械设计12图 10-20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限MPa，大齿轮的弯曲疲劳强度极限MPa；5002FE380 2FE2）由机械设计12图 10-18 查得弯曲疲劳寿命系数： 20.87FNK20.89FNK3）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数 S=1.4，由机械设计12式（10-2）得2222220.87 500310.7141.40.89 380241.5711.4FNFEFFNFEFKMPaSKMPaS4）计算载荷系数 K21 1.12 1.2 1.331.78752AVFFKK K KK 5）查取齿形系数由机械设计12表 10-4 查得。222.76,2.28FFYY6）查取应力校正系数由机械设计12表 10-5 可查得。221.56,1.73SSYY7）计算大、小齿轮的，并加以比较FSFY Y222222222.76 1.560.013857116310.7142.28 1.730.016328118241.571FSFFSFYYYY大齿轮的数值大。8）设计计算5322 1.78752 1.838 100.0163261182.809131 22m对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 m 大于有齿根弯曲强度计算的模数，由于齿轮 m 的大小要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度的承能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数 2.80913，并就近圆整为标准值 m=3。4.几何尺寸计算（1）计算分度圆直径22 366mm62 3186mm 2222d =z md =z m（2）计算中心距/266 186 /2126mm22a= d +d5.验算，522 1.838 105569.69N661 5569.6984.38N/mm100N/mm66tAtTF=dK Fb合适。233.3.6 带轮的设计1.确定计算功率caP 计算功率是根据传递的功率 P，并考虑到载荷性质和每天运转时间等caP因素影响而确定的，即 (3-5)PKPAca 由机械设计12表 8-7 查得工作情况系数1.1AK 故 kWcaP1 .12111 . 12.选择带型根据计算功率和小带轮转速 n1由机械设计12由表 8-10 选定普通caPV 带的带型为 A 型。3.确定带轮的基准直径和1dd2dd（1）初选小带轮直径，根据 V 带截型，参考机械设计12表 8-6 及1dd表 8-8 选取。为了提高 V 带的寿命，选取。1mindddd125mm1dd（2）验算带的速度，根据机械设计12式（8-13）来计算带的速度，v带速不宜过低或过高，并应使maxvv125 14609.425m/s35m/s60 100060 10001d1d nv（3）计算从动轮的基准直径（，为滑动率）2dd0.0224212.607dd1d =d1-125 1.410.98300.02mmu由机械设计12表 8-8 圆整取。315mm2dd4.确定中心距 a 和带的基准长度dL初定中心距 a0，取即121200.72ddddddadd000.7 1253152 125315308880aa初选mm，则4500a 1212200224dddddddLadda 21253152 4501253151403.206mm24 450 根据由机械设计12表 8-2 中选取和由相近的 V 带的基准长度dLdL，取；dL1400mmdL 再根据来计算实际中心距，dL1400 1403.206450448.5mm22dd0L -Laa5.验算主动轮上的包角1根据机械设计12式（8-6）及包角的要求，由式（8-7）可知，小带轮上的包角小于大带轮上的包角，应保证25211315 12518057.518057.5155.6412022dddd故，满足要求。6.确定带的根数 z (3-6)0aLPcazPP K K由机械设计12表 8-5 查得包角系数；0.93aK 由机械设计12表 8-2 查得长度系数；0.93LK 由机械设计12表 8-4a 查得单根 V 带的基本额定功率；04.06PkW 由机械设计12表 8-4b 查得单根 V 带额定功率的增量；00.56PkW根12.13.0234.060.560.93 0.93z7.确定带的预紧力0F (3-7)202.55001caaPFqvzvK 由机械设计12表 8-4 查得 V 带单位长度的质量q0.12kg/m212.12.550010.12 9.425391.05kN3 9.425 0.930F8.计算带传动作用在轴上的力PF为了设计安装带轮的轴和轴承，必须确定带传动作用在轴上的力。PF26如果不考虑带的两边的拉力差，则压轴力可以近似地按带的两边的预紧力的合力来计算，如图 3-8 所示。PF图 3-8 带传动作用在轴上力示意图110002cos2cos2sin2222PFzFzFzF故 kN53.2292sin05.39132sin2242.155201zFFp小带轮的结构、尺寸、技术要求如图 3-9 所示13 图 3-9 小带轮273.3.7 轴的初步设计轴径尺寸的确定受到多方面的制约，首先必须确保传动扭矩的安全和强度要求。其次还受到螺杆中心距的限制，如果轴径太大，则会发生干涉14。 (3-8)3PdCn式中 C 为安全系数，45 钢：C=112，40Cr：C=97依据此公式初定第三根轴轴径，P 约取 10.35kW；n 取 200r/min，则：310.3597,36.147mm200dd而根据两根螺杆标准中心距为 31mm，显然该轴径偏大，依据此方法定中心距显然不合适，为了确保各条件均实现则不妨反向推理：由3PdCn得3dPnc即如果该轴保证kW 即也符合设计要求；即为可行，代入 d=35mm，则：11PkW33352009.9397dPnc则 d 可定在 35mm 左右。现决定各轴径尺寸如下：轴： d=35mm；轴： d=40mm，花键：Z-83640；轴： d=45mm；轴： d=50mm，花键：Z-84650。283.3.8 轴的校核1.求轴上的载荷5553.6 10 N mm22 3.6 10 /1056857.143N22 3.6 10 /1405142.857N6857.143202495.796N5142.857201871.847Nt1t1t2t2r1t1r2t2TF = T/dF = T/dF =FtgtgF =Ftgtg水平方向12122120,00,124.5124.5663150ttHNHNAttNHFFFFFMFFF解得2134.861N2259.91NHN1HN2FF垂直方向12122120,00,124.5124.5663150rrHVHVArrNVFFFFFMFFF解得418.23N1959.0971NHV1HV2FF2.计算弯矩并作出弯矩图和扭矩图水平方向124.52134.861 124.5265790.195N mm124.52259.91 124.5281358.795N mmHCHN1HDHN2M=FM=F垂直方向124.5418.234 124.552970.133N mm124.51959.097 124.5243907.527N mmVCHV1CDHV2M=FM=F22HVM= M +M2252970.133265790.195271017.089N mmCM2922243907.527281358.795372362.261N mmDM30图 3-10 弯矩图和扭矩图3.校核轴的强度已知轴的弯矩后，可针对某些危险截面（即弯矩和扭矩大而轴径可能不足的截面）作弯矩合成强度校核计算15。按第三强度理论计算应力 (3-9)2222221442cacarMaTMaTWWW31 24223242393332372362.261 100.6 3.6 1036 104036108 7 1032 40 10 cadDdDdzbWDMPa7 .66由机械设计12表 15-1 查得MPa701故即该轴满足要求。1ca32第 4 章挤出系统的设计4.1 螺杆的设计4.1.1 螺杆设计主要指标生产能力，功率损耗，挤压物的质量，螺杆的加工制造容易、事业寿命长是螺杆设计的主要指标。螺杆是挤出机的心脏，是塑化、输送物料的最重要部件。其结构性能直接影响着生产、混合质量、能量消耗。普通螺杆结构类型按螺槽容积大小是否变化可分为两种形式。一种是渐变型螺杆。渐变形螺杆由加料段开始均化方向螺杆螺槽容积逐渐减少。螺槽容积减少一般有三种形式：（a）螺槽等深变距型螺杆；（b）螺槽等距变距型螺杆；（c）螺槽变距变深型螺杆。在这三种形式中，因等距变深型螺杆加工容易所以应用广泛。另一种是突变型螺杆。突变型螺杆加料段和均化段均为等距螺纹，但两段螺纹的深度不同，其深度过度在较短的熔融段上完成，熔融段长度一般仅为（12）D。突变型螺杆适用与加工黏度低，具有熔点突变的物料16。普通型螺杆的确定，主根据物料的物理性能。本机主要应用于食品加工行业，物料属于非结晶型高聚物，随温度变化有玻璃态、高弹态和粘流态。从高弹态到粘流态的温度不是一个确定温度点，而是一个较大的温度范围，所以，其加工螺杆应选用螺槽等深变距型渐变螺杆17。334.1.2 螺杆主要参数的设计图 4-1 熔融段一部分螺杆结构1.螺杆直径的确定sD在本设计中螺杆直径为已知参数，sD35mm sD2.长径比的确定sLD在本设计中长径比为已知参数，sLD25:1sLD3.螺杆各段主要参数的确定从上述螺杆的结构形式可以看到，普通型螺杆有明显的三段之分，物料至螺杆中的挤出过程，实际上是经历固体输送、熔化和均化的过程。因此，把普通型螺杆都分成三段。（1）加料段加料段的长度，按照固体输送模型的分析，把该段分成料斗区、输送区和迟滞区。料斗区指加料口下面的螺纹段。输送区指从料口前壁面开始直至固体塞表面达到熔点位置。迟滞区指物料开始在机筒表面上熔融直至熔膜厚度增厚到若干倍螺杆与机筒之间的间隙时，熔膜被螺棱刮下而成为螺棱推进面前的熔池，此时固体床偏移至螺棱后缘，稳定的熔融开始起作用之前为止，这一区域称为迟滞区18。34加料段的主要几何参数有螺纹升角，螺槽深度和加料段长度。1H1L1）螺纹升角的确定从固体输送理论公式，可知，假如固体塞与螺杆之间bbDctgtgtgD没有摩擦和，可以得到最大生产能力的最佳螺纹升角是。0sf 0PPb45但实际上固体塞与螺杆是有摩擦和有一定的压力，因而加料段的最佳升角不是。另外，固体输送理论还假设和忽略螺棱宽度 e 的影响，并45,0sbff PP认为大多数固态高聚物与金属时间的摩擦系数大约是 0.250.5，此时从理论公式推导出最佳螺纹升角是19。在本设计中，加料螺杆的螺纹升程b17 20选取。302）螺槽深度的确定：1H在理论是大，固体输送量大。在确定是要考虑螺杆的机械强度和物1H1H料的物理压缩比大小。先确定均化段螺槽深度和压缩比后，由公式3Hi21330.54sssHDDiHDH来计算加料段长度20。1L3）根据经验数据取加料段长度占螺杆长度的百分比：1L非结晶型高聚物：结晶型高聚物：110 25%LL130 65%LL在本设计中，取mm175875%20%201LL35（2）熔融段熔融段的设计要求是固态颗粒或粉料在这一段能得到进一步的压缩，以排除所夹杂的空气或挥发气体。因此，熔融段要有足够的压缩比：111333sSHDHHiHDHH式中加料段最后一个螺槽的深度；1H均化段始端第一个螺槽的深度。3H压缩比初选为。5i 对熔融段的另一个设计要求是：有一定长度。根据物料各自的特性，一2L般的经验数据为：非结晶高聚物：；结晶高聚物：。250 60%LL23 5%LL在本设计中，取260%60% 875525LL（3）均化段均化段的主要参数是螺槽深度和长度。采用经验数据来确定。按下列的范围选取：30.025 0.06sHD 0.025 0.06350.875 2.1根据及，来计算加料段螺杆螺槽深度；31Hmm5i 1H21330.54sssHDDiHDH 0.5 35354 5 135 1.05 36则实际压缩比为：。5i 4.螺纹断面形状常见的螺纹断面形状有矩形面螺纹、锯齿形端面螺纹、梯形端面螺纹和半圆形端面螺纹。在本设计中采用矩形端面螺纹。螺纹根径表面与螺棱推进面成90 度夹角，用小圆弧过度。圆弧半径 r=1mm，螺纹后角=10 度。根据经验，螺棱顶面宽度一般取 e=（0.080.12）D。在保证螺棱强度的条件下，e 的取值小一些。因为比较大的 e 值不但占据一部分螺槽容积，而且增加螺杆的功率损耗，又容易引起物料的局部过。E 值也不能过小，否则会削弱螺棱强度，增大漏流物量，从而降低生产能力21。因此本设计中取 e=3.5。5.螺杆的螺纹头数在螺杆直径、螺槽深度和螺纹升程相同的条件下，多头；螺纹与单头螺纹相比，多头螺纹对物料的正推力较大、攫取物料的能力较强并可降低熔料的倒流现象。但是整条螺杆都是多头螺纹时，物料分别从螺杆漏斗区几条螺槽通道进入达到螺杆头部。在漏斗区，往往由于几条螺槽的进料不均匀和各条螺槽的熔融和均化或对熔料输送能力不一致，容易引起生产能力的波动、压力波动。其结果是制品质量下降。综合以上因素，本设计采用单头螺纹螺杆。6.螺杆头部的设计熔料在螺槽中的螺旋运动至进入口时的直线运动中，有一个急剧的改变过程。料流在螺杆头部前面的机筒中，料流速度在机筒中心点最快，而在机筒壁处为最慢。因而应选择合理的螺杆头部形状才能使料流平稳地进入口模，并可避免生产滞流和防止物料的局部过热分解。常见的模头形式有球形、大圆锥形、扇形、带螺纹的锥体等，从工艺方面考虑，本设计中采用大圆锥形模头。4.2 螺杆轴承装置螺杆在工作时轴承将承受很大的轴向力。如果操作不合理，轴承极易损坏。挤出不同的物料时，由于物料颗粒、黏度、流速等各不同，它们对机头的压力也就各不相同22。374.2.1 螺杆轴向力的确定PZ螺杆轴向推力，NP1物料作用在螺杆端面上的总压力，NP2挤压时由于动载荷产生的附加压力的轴向分量，N (4-1)214SPD P式中螺杆外径， m SDP螺杆端部的物料压力， Pa。 kW3 .19255.192421020035. 04621PkW825. 44125. 2)25. 0125. 0(3 .19)25. 0125. 0(4181112PPP故 N1219.34.82524.125zPPP4.2.2 螺杆的强度计算1.由轴向力产生的压缩应力zPc22maxmax2222001.15 1.2541.15 1.254SScSSPDDPddddmm，冷却水孔径mm35sD90d2777220.0351.15 1.252 106.492 10 7.056 100.0230.009cPa 382.由扭矩产生的应力tM53118395.5 10103.46 101.422 10 Pa0.20.2 23maxtmax3sNMn=Wd3.由螺杆自重 G 产生的弯曲应力b取337.85 10 kg/m (4-2)223ssbsLDdd 22336a0.8750.0350.0237.85 100.02310662 10 P故767cb7.056 101.662 107.222 10 Pa 4.螺杆的合成应力r根据材料力学可知，塑性材料合成应力用第三强度理论计算，其强度条件为： (4-3) 24r式中cbMPaMPa293102 .1424222. 762r800故满足要求。394.2.3 轴承组的工作特点1.轴承的轴向额定载荷。在轴承外径相同的情况下，以串联组配多列轴承提高动载荷容量，是其他类型轴承无法相比的，它适用于径向尺寸受限的场所。2.轴承的轴向载荷大，弹性元件套筒（即内、外隔圈）在挤出机工作的时总的轴向变形量极小（不足 1），变形均匀，各元件变形量相差不超过m10%15%。3.轴承的使用寿命长，各套筒元件与轴承相连接的接触面积大，使用可靠性好。4.对冲击载荷的敏感度低。5.轴承摩擦系数大适用于低转速场合。随着时间的延长，套筒串联推力轴承组由于制造精度不够高而使各推力轴承受力不均匀的现象会因滚子跑合磨损而自动补偿调整，使载荷趋于均匀。这种轴承除用于双螺杆挤出机（同向或异向）外，还可用于单螺杆挤出机、深孔钻等机械。4.2.4 套筒式串联推力轴承组套筒式串联推力轴承组的结构如图 4-2 所示，滚动体采用圆柱滚子，比推力球轴承承载能力大，刚性好并能承受较大的冲击载荷。由图 4-2 可知，由多列推力滚子轴承组成的轴承组中，轴圈与轴圈、轴座与轴座之间由具有一定弹性的内、外隔圈相隔离，由此产生的弹性形变可实现各推力滚子轴承的均在分布。可修磨隔圈高度的方法施加预载荷，调整装配方便23。根据所承受轴向载荷的大小，增加轴承列数直到达到要求为止。40图 4-2 推力轴承组由于该类轴承结构简单紧凑、安装调试方便，轴向承载能力大，已为大多数双螺杆挤出机生产厂家所接受。但由于计算方法、测试技术及制造水平的限制，此类轴承只有少数厂家生产，价格很贵。4.2.5 轴承设计原则1. 在外形尺寸一定的条件下，使所设计轴承具有最大的额定载荷。2. 各列轴承的轴向承载载荷应均等。3. 在最大工作载荷的轴向变形量不应大于主机的技术要求。4轴圈和座圈应具有保证轴承工作的刚性。5. 隔圈应具有适当的弹性形变和一的刚性。4.3 机筒设计啮合同向双螺杆挤出机的挤压系统采用组合式，螺杆也是组合式的，机筒也是组合的，（即机筒也是由若干段机筒元件组成）。综观国内外同向双螺杆挤出机，虽然各厂家生产的机筒段的长度不尽相同，但大致为（34）D也有（57.5）D。根据机筒段的功能不同，它们有不同的结构形式。根据机出过程和工艺的需要，将不同功能、不同结构形状的若干机筒段用不同方法把它们组合而成一根整体机筒，与相应的组合螺杆装在一起，成为挤压系统。414.3.1 机筒元件的结构形式1.带有上加料口的机筒元件其功能是加入物料。它也有多种形式。图 4-3 所示为加料口开在机筒上方，其中：图（a）为对置的，即加料口正对上啮合区，横向宽度较小；图（b）也为对置，其横向宽度大，两边壁与左、右两根螺杆的外径相切；图（c）为偏置，加料口在右螺杆的上方，偏向右边。它们的加料性能是不同的。由上述机筒元件上方向下看，加料口的形状多为长方形的（其长边平行轴线，大约有两个螺杆直径长；短边有 12 个螺杆直径长），也有圆的、椭圆的等。具有不同形状和结构的上方带有加料口的机筒元件可用在第一加料处，也可以用在下游加料处16。对置（）对置（）对置（）（a） (b) (c)图 4-3 上方带有加料口的机筒元件2.带有侧加料口的机筒元件加料口位于机筒的侧面，对准一根螺杆上方加料难以把大量的物料加入机筒。有的情况下，用侧加料口加料，挤出量提高 200%。侧加料口机筒元件加料口上游上方往往开有排气口，以将侧加料带入的气体排出。为了与侧加料装置相连接，侧加料口周围应留有连接螺钉孔。图 4-4 所示为青岛中塑机械制造有限公司带有侧加料口和排气口的机筒元件。42图 4-4 带有侧加料口和排气口的机筒元件 3.带有安装测量熔体压力和熔体温度传感器孔的机筒元件图 4-5 为带有压力传感器的机筒元件。测量孔一般应开在啮合区，孔的中心线应通过螺杆轴线。传感器装入后，其感受膜片应稍凹陷到机筒内，不能突出，以免被旋转的螺杆将传感器的感受膜片（或平面）刮伤，损坏传感器。但也不能凹陷得太多，形成凹坑，造成死料区，影响测量精度。装压力传感器的孔必须用专用工具加工，以保证压力传感器末端圆柱的中心线和螺纹空的中心孔同心，并保证与压力传感器上的锥台正确配位24。图 4-5 带有压力传感器的机筒元件4.带有排气口的机筒元件为了将挤出过程中的气体排出，有的机筒元件开设有排气口。排气口的形状有多种，排气口多为矩形，但也有圆形的。5.带有加入液体添加剂注入孔的机筒元件43有的挤出过程要加入液体添加剂，这就需要在机筒元件加入处开有液体注入孔。一般应装有单向阀，只允许液体加入，不允许液体或熔体溢出。高压泵与单向阀相接。在高压下将液体添加剂泵入。6.封闭式机筒元件封闭式机筒上不开孔。一般情况下，这种机筒元件的内孔是光滑的，用做输送熔融物料。近年来，为了增加混合效果，日本 Jsw 公司研制出一种内壁开用纵向特殊集合形状沟槽的机筒元件。工作原理是：由于在沟槽处物料受阻，流入特殊形状沟槽后形成涡流旋流动；由于在所示界面内沟槽生读是变化的，和未开沟槽的机筒壁面一起，使物料受的剪切强度交替变化，从而提高了混炼分散效果；螺棱顶部与沟槽之间间隙变大，从而降低了该处的剪切速率，降低了局部剪切热，可进行低温混炼，这种机筒段最适于炭黑母料的生产。可将这种机筒段设置在需要大的混炼效果的轴向位置处。7.装有玻璃视窗的用于可视化实验的机筒元件为了了解双螺杆挤出过程中，物料的固体输送、熔融、混合和熔体输送的真实情况，近年来发展了可视化技术，其中一种方法就是在机筒壁上开上视窗，视窗上安装耐温、耐压玻璃，用以在线观察物料在机筒、螺杆中的真实情况。由上述介绍可知，机筒元件的外形有扁方形和圆柱形之分。机筒元件的外形与相邻机筒元件之间的连接方法、加热冷却方式及机械加工方法有关。圆柱形机筒元件，鲤鱼电加热器及冷却风道的设置，机械加工也方便。当壁厚不均匀，厚壁处浪费材料；从加热角度看，因壁厚不均匀，易造成加热不均匀。扁方形机筒元件壁厚较均匀，故加热均匀，但必须制作出特定锻件毛坯，加工工时也多。加热器不能做成圆形的，必须是板式或角式。其冷却只能为水（油）冷，这需要在制作机筒元件时，在筒壁上开设水冷通道，以便通水冷却。首先在机筒断面围绕孔周围在平行于机筒轴线方向钻出若干个通孔，然后在这些孔的出入口端加工出一定深度的类椭圆形槽，再用小于环形槽深度的环形钢板将环形槽堵上并焊死，但各孔之间要相通。在法兰上开一个进水口和一个出水孔，与上述个孔相连。机筒元件中的冷却水道，则是将管子铸入形成的。分层结构式机筒元件是由四块板组成的，在两块外板上分别加工出冷却通道和电热棒放置 7L，四块板用螺钉连接在一起25。关于机筒元件质监局的定位和连接。不管机筒元件为何种外形，当将两段机筒连接起来时，它们之间相对位置的确定即定位非常重要，即要保证各段机44筒上两 7L 之间的同轴度；也要防止相邻机筒段在圆周方向相互转动；还要保证连接端面严密接触，以防止熔体在压力下由端面泄漏出来。这些都是靠设计机筒元件时确定的尺寸精度和形位公差以及机械加工（工装）来保证的，通常采用的定位方法是在两个机筒元件之间设两个定位销。机筒元件上的定位的孔是用专用机床或专门工装加工出的。扁方形机筒元件都是采用这种方法。4.3.2 机筒的材质由于机筒和螺杆在相同的条件下工作，故其选材原则与螺杆相通。用于共混、填充改性的机筒元件可用氮化钢 38CrMoALA 制成。这种材料具有一定的耐磨性，但耐腐蚀性较差。用于磨损大的填充、增强改性物料生产线的机筒，可采用所谓双金属机筒。即机筒元件不是由整块相通材料构成，而是有两种材料构成，与物料接触部分采用耐磨（蚀）的材料，而不与物料接触部分则用廉价家的一般碳素钢。这样可以节省材料，把耐磨材料用到刀刃上。自然，这会给机筒元件的结构设计、机械加工和热处理等带来新的问题。双金属机筒也可以是不能拆卸的，其与物料接触部分是耐磨、耐腐蚀金属层，是用特殊方法制成的，如硬化处理、粉末冶

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