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木塑复合材料快速成型机设计【5张CAD图纸】【优秀】

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关键词：: 木塑复合材料成型成型机 cad图纸

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木塑复合材料快速成型机设计

54页 17000字数+说明书+任务书+外文翻译+5张CAD图纸【详情如下】

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摘要

　　　首先介绍木塑复合材料挤出成型生产工艺，单螺杆挤出机的工作原理、基本结构及各系统在工作中的作用，根据设计任务书要求确定挤出机的基本参数并对挤出机主要零件螺杆和机筒进行了设计最后对螺杆和机筒的制造要求、修复方法提出了自己的一些看法。

　　　挤出成型是橡胶工业的基本加工工艺之一。它是指利用挤出机及其辅机，使胶料在螺杆的推动下连续不断地向前运动，再借助于口型挤出各种所需形状的半成品，然后由特定的辅机配合，来完成挤出成型或其他作业的工艺过程。挤出成型工艺的优点主要是操作简单、经济，半成品质地均匀、致密，容易变换规格和断面形状，设备占地面积小，结构简单，造价低，灵活机动性大，生产能力大且能连续操作。

　　　挤出机与成型模具，它是制件成型的主要部件，熔融塑料通过它获得一定的几何截面和尺寸。本设计将主要针对挤出机的工作原理进行分析研究。单螺杆挤出机主要由传动系统、加料系统、挤压系统、加热冷却系统、控制系统和机架等几部分组成。

关键词　挤出成型，挤出机，螺杆，机筒，设计

Abstract

First wood plastic composite extrusion molding technology,single screw extruder,and the working principle basic structure and the role of each system in the work according to the requirement of the design plan descriptions of the basic parameters of the extrusion machine and extruder screw and barrel for the main parts design of screw and barrel manufacturing requirements,repair method proposed own some viewsExtrusion is one of the basic processing technology of rubber industry.It refers to the use of the extruder and its auxiliaries, make the rubber screw driven by continuously move forward, again with the help of the mouth out various shape semi-finished products, and the specific auxiliary coordination, to complete the extrusion molding process or other operations.Extrusion molding process is mainly the advantages of simple operation, economy, semi-finished products is compact and uniform texture, easy to transform specifications and cross section shape, equipment cover an area of an area small, simple structure, low cost, flexible mobility is large, large production capacity and can continuous operation. Extruder and molding, it is a major part of the stamping shape, through which the molten plastic for certain geometric cross section and size.This design will mainly study the working principle of extruder is analyzed.Single screw extruder is mainly composed of the transmission system, feeding system, extruding system, heating and cooling system, control system and frame, etc.

Keywords　 extruder；screw；extrusion；molding；machine；drum；design

摘要-I-

Abstract-II-

第1章绪论-1-

1.1木塑复合材料挤出概述-1-

1.2木塑缝合材料挤出成型设备的组成-1-

1.3挤出机的分类-1-

1.3.1分类方法-2-

1.3.2单螺杆挤出机用途及特点-2-

1.4设计类型的确定-2-

第2章单螺杆挤出机-4-

2.1单螺杆挤出机原理-4-

2.2单螺杆挤出机主要技术参数和规格-4-

2.2.1螺杆直径-4-

2.2.2螺杆中心距公称尺寸-4-

2.2.3螺杆长径比-5-

2.2.4螺杆转速要求及范围-5-

2.2.5挤出机功率的确定-6-

2.2.6挤出机加热功率的确定-6-

第3章单螺杆挤出机主要零部件的设计-7-

3.1螺杆的设计-7-

3.1.1螺杆的基本尺寸初步确-7-

3.1.2螺杆材料的选择-8-

3.1.3螺杆设计计算-8-

3.1.4螺杆的技术要求-14-

3.1.5螺杆传动系统及止推轴承布置设计-15-

3.2机筒的设计-15-

3.2.1机筒的结构类型选择及特性-15-

3.2.2机筒的结构尺寸设计-16-

3.2.3机筒材料的选择-17-

3.4分流板-19-

3.5挤出机电机的选择-20-

3.6传动系统的设计-20-

3.6.1传动方案的确定-20-

3.6.2齿轮参数-20-

3.6.3齿轮轴的确定-28-

3.6.4螺杆齿轮轴段计算-37-

3.6.5轴承寿命校核-40-

3.6.6键的校核-41-

3.6.7箱体的设计-43-

第4章单螺杆挤出机辅助系统的设计-44-

4.1定量给料系统-44-

4.2恒温系统-44-

4.3真空排气系统-44-

4.4电气控制系统-44-

4.4.1直流调速系统-45-

4.4.2加热控制系统-45-

结论-47-

致谢-48-

参考文献-49-

1.2木塑复合材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

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

1.3.2单螺杆挤出机用途及特点

　　　料口最后一道螺纹开始叫输送段物料在此处要求不能塑化，但要预热、受压挤实，过去老挤出理论认为此处物料是松散体，后来通过证明此处物料实际是固体塞，就是说这里物料受挤压后是一固体象塞子一样，因此只要完成输送任务就是它的功能了。

　　　单螺杆挤出机原理：第二段叫压缩段时螺槽体积由大逐渐变小，并且温度要达到物料塑化程度，此处产生压缩由输送段三，在这里压缩到一，这叫螺杆的压缩比－－3：1，有的机器也有变化，完成塑化的物料进入到第三段。

　　　单螺杆挤出机原理：第三段是计量段此处物料保持塑化温度，只是象计量泵那样准确、定量输送熔体物料，以供给机头，此时温度不能低于塑化温度，一般略高点。4.4.2加热控制系统

本挤出机加热控制回路用小型断路开关代替了老式的熔断器，在过载和短路保护时，小型开关自动断开，在故障排除后，则可重新合上该开关，继续参加工作。

加热装置采用电阻加热器，其中料筒上的三段加热装置采用了先进的瓷块加热器，其热容量高，寿命长，安装使用方便，且安全可靠。

本系统共设置了十二组加热段：

螺杆油温加热段功率为 15KW

　料筒第一段加热功率为 6KW

　料筒第二段加热功率为 2.5KW

料筒第三段加热功率为 3KW

合流芯加热功率为 2KW

在控制箱前端部设置了五组电加热器和热电偶的插接装置，供用户选择使用，每组最大输出功率不得超过7KW。

加热器供电电压采用220V/380V三相四线制的供电方式，使装置在加热过程中电网三相负荷保持平衡。同时也可用于单相220V和线压380V的加热装置上。

在控制箱的每个温度指示调节仪下方，设置了三只加热指示灯，当电加热圈加热时，指示灯发亮，当电加热圈中有一组加热元件损坏时，对应的指示器熄灭，及时反映出该组电热圈有否损坏，以便及时进行更换，保证加热要求。

加热段的温度控制采用了国际DIN规格（96×96）的时间比例式温度指示调节仪，配用热电偶实现现温度的检测指示，调节和自动控温。

　　　至此，整个木塑复合材料快速成型机的设计已基本完成。　　　　　　　　　　　　　　　　　

参考文献

1 丁松聚主编.冷冲模设计[M].北京：机械工业出版社，2001.10.

2 周大隽等.冲模结构设计要领与范例[M].北京：机械工业出版社,2005.11.

3 彭建声，秦晓刚.模具技术问[M]答.北京:机械工业出版社，1996,59-60:

4肖祥芷.冲压工艺与模具计算机辅助设计[M].北京:国防工业出版社,1996,7-10.

5 罗继相.浅析我国模具行业现状及发展趋势和对策[M].模具技术,2002.NO.3.

6 俞新陆主编.锻压手册-锻压车间设备[M].北京：机械工业出版社，1993．

7 现代模具技术编委会.模具CPdD／CAM 技术[M].北京：国防工业出版社，1995

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10 Jae Wook Jeon, Yun - Ki Kim. FPCA based acceleration and deceleration circuit for industrial robots and CNC machine tools. Mechatronics ,12(2002):63-65

11 HOU Wen-qi. Study of railway steel-concrete composite bridges and shear connectors [D]. Changsha: School of Civil and Architectural Engineering, Central South University, 2009. (in Chinese

12 HOU Wen-qi. Study of railway steel-concrete composite bridges and shear connectors [D]. Changsha: School of Civil and Architectural Engineering, Central South University, 2009. (in Chinese

内容简介：: 哈工大华德学院毕业设计（论文）评语姓名：学号：专业：毕业设计（论文）题目：工作起止日期：_ 年_ 月_ 日起 _ 年_ 月_ 日止指导教师对毕业设计（论文）进行情况，完成质量及评分意见：_指导教师签字：指导教师职称：评阅人评阅意见：_ _评阅教师签字：_ 评阅教师职称：_答辩委员会评语：_根据毕业设计（论文）的材料和学生的答辩情况，答辩委员会作出如下评定：学生毕业设计（论文）答辩成绩评定为：对毕业设计（论文）的特殊评语：_答辩委员会主任（签字）：职称：_答辩委员会副主任（签字）：答辩委员会委员（签字）：_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _年月日哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）任务书学生姓名郑美微系部机电工程系专业、班级1095111指导教师姓名毕经毅职称讲师从事专业农业机械化工程外聘否题目名称木塑复合材料快速成型机设计一、设计（论文）目的、意义国内外发展现状：木纤维塑料配混料研究已有80多年历史，但一直未能工业化，15年前左右，才很小量用于低值的吸声制品。由于环境观念的加强，美国建筑工业寻找象木一样的替代材料（不腐蚀、不翘曲、维修方便，外观与木材相似），而韩国和日本的纸、木材加工厂为寻找锯木粉、废木屑等的应用，都推动和加速了WPC的研究和应用开发。把木粉填充配混料加工成建筑和结构用型材是目前挤出行业最活跃的部门之一，新应用开发也层出不穷，所以尽管已有几十年的研究历史，但由于WPC巨大的潜在应用市场，使其象一种新产品受到人们普遍关注。不少国家投入力量加快开发和应用步伐，尤其是型材的生产，被称为是一个“热门”市场。选题的目的和意义：木塑复合材料与快速成形技术有机的结合，是新材料与新技术的实际应用，有着巨大的发展前景。木塑复合材料快速成形机提高了木塑复合材料从概念到市场的产品开发周期。为未来木塑复合材料的大量应用打下坚实的基础。本论文介绍的快速成形设备主要用于木塑复合材料的快速成形，成本较低，具有较好的推广价值。二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法）本设计内容主要包括：总体结构方案的拟定；吐丝喷嘴结构设计，使其能够正常吐丝而不流涎；温度控制部分要保证温度控制的稳定性，并注意温度惯性对成形的影响；机械结构设计要充分考虑原料成形设备的体积和重量；工作台为三维可动结构；绘制木塑复合材料快速成形机总体装配图；编写设计说明书.拟解决的主要问题：1、木塑复合材料快速成形机的整体设计2、零件设计的基本要求（从满足机器的使用功能和经济性两方面来考虑.）三、设计（论文）完成后应提交的成果1. 设计计算说明书一份2. A0图纸两张，3个零件图四、设计（论文）进度安排1、查找相关文献资料；2、参考前人设计经验对木塑复合材料快速成形机的设计提出创新点，并拟定总体设计方案；3、木塑复合材料快速成形机整体的结构设计； 4、应用AutoCAD软件对木塑复合材料快速成形机绘制总成结构图，零、部件工作图； 5、完成设计说明书的编写。五、主要参考资料1 丁松聚主编.冷冲模设计M.北京：机械工业出版社，2001.10.2 周大隽等.冲模结构设计要领与范例M.北京：机械工业出版社,2005.11.3 彭建声，秦晓刚.模具技术问M答.北京:机械工业出版社，1996,59-60:4 肖祥芷.冲压工艺与模具计算机辅助设计M.北京:国防工业出版社,1996,7-10.5 罗继相.浅析我国模具行业现状及发展趋势和对策M.模具技术,2002.NO.3.6 俞新陆主编.锻压手册-锻压车间设备M.北京：机械工业出版社，19937 现代模具技术编委会.模具CPdDCAM 技术M.北京：国防工业出版社，19958 范宏才.现代锻压机械M.北京：机械工业出版社,1994.六、备注指导教师签字：年月日教研室主任签字：年月日附录1成型机及其工艺的调节成型机剪切性能高低由挤出机的螺杆结构所决定。但挤出质量优劣与挤出效率高低，还在于挤出工艺与挤出机剪切性能相适应。否则低剪切挤出机采用过高挤出速度挤出，难以生产挤出高质量型材制品，高剪切挤出机在过低挤出速度下运行，难以有效发挥挤出效率。不同剪切性能挤出机都有一定的工艺控制范围，是有限度的。业内倡导的挤出工艺路线为“马鞍型”即加热区设定温度要高一些，恒温区设定温度要低一些，保温区设定温度要高一些。但不同剪切性能挤出机在不同挤出速度下运行，“马鞍型”的“鞍”与“座”高低是完全不同的。在木塑复合型材挤出时，要最大限度发挥不同剪切性能挤出机的挤出效率，建立螺杆加热区供料段、压缩段与恒温区熔融段、计量段所需热量与所供热量的平衡是关键所在。依据挤出机剪切性能特点，不同剪切性能挤出机，挤出不同规格塑料异型材，应分别采取不同的挤出工艺，以适应制品质量性能的需求。木塑复合型材挤出，物料由玻璃态转化为熔融态共计有两种热源，一种是由电加热器提供的外加热，一种是由螺杆在旋转过程中对物料压延、摩擦、剪切产生的热量。在开机生产时，物料的熔融主要以外加热为主，在正常生产阶段，物料的熔融主要以螺杆对物料压延、摩擦、剪切产生的内热为主。具有关资料表明：在型材挤出中，内热所占挤出机所供热量的比例，大致在65以上。外加热温度控制系统主要是通过电器仪表元件实施温度设定与显示。当显示温度超过设定温度指标参数时，加热圈即刻断电，停止加温，并由螺杆油冷装置与螺筒风冷装置进行强制冷却；当显示温度达不到设定温度指标参数时，加热圈就一直不间断工作。由于内热主要受挤出机螺杆特性、加料与挤出速度的制约，不受外加热温度控制系统的影响。当低剪切挤出机挤出速度过高时，即使供料段与压缩段外加热圈工作频率提高，间歇时间很短，其显示温度亦可能达不到设定温度；即使熔融段与计量段外加热停止工作并启动螺杆与螺筒冷却装置运行，显示温度仍可能远远高于设定温度。同时由于反映显示温度的测温点热电偶安装在挤出机螺筒壁上，与螺筒内物料有一定距离，仪表显示温度与物料实际温度在不同工况下则有一定梯度，存在不同对应关系。一般情况下加料段与压缩段物料即存在外加热，又存在剪切热，为双向加热，显示温度基本等同于物料温度；熔融段与计量段物料显示温度未达到设定温度时，亦为双向加热。当显示温度超越设定温度时，热量开始由内向外传递，可称之为逆向传热，显示温度低于物料温度。由此可知低剪切挤出机挤出速度较高时，螺杆熔融段、计量段物料实际温度不仅高于设定温度，也高于显示温度。因此当显示温度在设定温度区域运行时，设定温度参数基本等同于物料温度，是物料塑化熔融的控制目标与依据。当显示温度偏离设定温度区域运行时，显示温度可假定为物料温度，即取代设定温度成为物料塑化熔融的控制目标与依据。设定温度只是增加或减少外供热的调控手段。对于低剪切挤出机，由于给料段、压缩段压缩比较小，所提供的内热远远满足不了玻璃态物料塑化要求，故给料段、压缩段温度设定应高一些，因配方不同，大致在190200左右，尽管在提高挤出速度情况下，显示温度依然偏低，但提高设定温度的目的，是为了供料段、压缩段电加热圈，一直不间断工作，只要显示温度在180185区间，物料紧包裹于螺杆，处于微熔状态，不出现排气孔冒料现象，可视为正常；熔融段、计量段设定温度应低一些，因配方不同，大致在165175左右，尽管在提高挤出速度情况下，显示温度依然偏高，但降低设定温度的目的，是为了熔融段、计量段电加热圈适时停止加热，并启动螺杆油冷与螺筒风冷对物料进行冷却，只要显示温度在180185区间，挤出型坯截面未出现气孔、麻点等症状，可视为挤出速度正常。反之即使给料段、压缩段温度设定的再高，加热圈不间断工作，排气孔物料疏松，呈豆腐渣状，未包裹住螺杆，从螺筒排气孔出现冒料现象；熔融段、计量段设定温度再低，电加热圈已停止工作，螺杆油冷与螺筒风冷一直对物料进行冷却，挤出型坯已出现气孔、麻点等症状，可视为挤出速度已到极限，应及时降低挤出速度或加料与挤出速度。排气孔冒料是低剪切挤出机塑化不良的表征。但并非排气孔冒料都是低剪切挤出机所造成的。导致排气孔冒料主要有以下原因：加料速度过快，所增加的剪切热不足于平衡所增加的给料量需要的热量，导致的塑料塑化不良；挤出速度过快，所增加的剪切热不足于平衡物料在给料段与压缩段停留时间减少而损失的热量，导致的塑料塑化不良；配方采用CPE抗冲改性剂时，加工助剂添加量偏少，物料摩擦性能差，到排气孔时塑化不良；配方中润滑剂过量，物料在挤出机内移动挤出速度过快，到排气孔时塑化不良；挤出机螺杆与螺筒轴向间隙过大，漏流严重或螺杆给料段、压缩段温度过高，导致物料“过塑化”，已转化为体的物料经历了压缩段第一次压力高峰后，到排气孔时应力释放，体积膨胀，粘附在螺棱端面，随螺杆转动被排气段螺筒刮落在排气孔管壁上，积累到一定程度从排气孔溢出。前两种排气孔冒料均和挤出机剪切性能差有关，第三种与第四种排气孔冒料主要与配方有关，第五种排气孔冒料主要与挤出机磨损及剪切性能高有关。在判断排气孔冒料原因时，应综合考虑，不可盲目而定。如属于试验配方发生的排气孔冒料应调整配方；如属于挤出机磨损，应调整挤出机螺杆与螺筒间隙；如发现物料在排气孔“过塑化”应调整加料挤出速度比；前三种排气孔冒一般表现为扭距升高，后两种排气孔冒一般表现为扭矩降低。7附录2Shear properties in the molding machine height determined by the extruder screw structure. But extrusion quality fit and unfit quality and extrusion efficiency high and low, but also in the extrusion process with the shear properties in the extruder. Otherwise low shear extrusion machine adopts the high speed extrusion, it is difficult to produce extrusion profiles products with high quality, high shear extrusion machine running under low speed, difficult to play extrusion efficiency effectively. Different shear performance extruder has certain scope of process control, there is a limit. Industry advocacy of extrusion process route is saddle type means heating area set temperature, lower temperature zone set temperature, heat preservation zone set temperature. But different shear extrusion machine performance under different extrusion speed run, saddle type of saddle and bridge is completely different.When wood plastic composite profiles extrusion, to play a maximum efficiency of different shear performance of the extruder extrusion, establish screw heating zone feeding section, compression and constant temperature zone melting section, the metering section of calories and heating load balance is the key. Extruder based on shear properties, shear properties in the different extrusion machine, extrusion plastic different profile with different specs, should respectively take different extrusion process, in order to meet the needs of the product quality performance. Wood plastic composite profiles extrusion, the glassy state material into molten total there are two kinds of heat source, one kind is provided by the electric heater heating, one kind is by screw for material in the process of rotary rolling, the heat generated by the friction, shear. During post production, material outside heatings molten core, in normal production, the molten material mainly by the screw on the rolling material, friction, shear internal heat. With relevant data show that in profile extrusion, the internal heat of extruder by heating load, the proportion of roughly the above 65%. Outside the heating temperature control system mainly through electrical instrumentation components implement temperature setting and display. When temperature more than set temperature parameters, heating coil power immediately, stop the heating, and the screw barrel screw oil cooling device with air cooling device for cooling; When the temperature of the display is short of set temperature parameters, heating coil has been uninterrupted work. Due to internal heat mainly by extruder screw characteristics, feeding and extrusion speed, not affected by heating temperature control system. When low shear extruder extrusion speed is too high, even if the feeding section and compression section of outer heating coil working frequency increases, intermittent time is short, its temperature also may not reach setting temperature; Even if fused segment and outside heating metering section to stop working and start the screw and screw cylinder cooling device operation, display temperature could still far higher than the set temperature. And due to reflect the temperature of the temperature measuring point thermocouple installed on the extruder screw are compared.in addition, a certain distance with screw tubes inside material, instrument show the actual temperature and material temperature under different conditions has a certain gradient, there are different corresponding relations. Usually charging and compression section material is heated, again there is a shear heat, heating for two-way, according to basic equivalent material temperature; Fused segment and the metering section material according to the temperature did not reach the set temperature, also for two-way heating. When the temperature beyond set temperature, heat started by passing outside introversion, could be called reverse heat transfer, temperature is lower than the temperature of the material. Thus the low shear extruder extrusion at high speeds, screw the molten material actual temperature, measuring paragraphs not only higher than the set temperature, also higher than that of temperature. So when the temperature in the operation of the region set temperature, set temperature parameters of the basic equivalent to the material temperature, is the material plasticizing melting control goal and the basis. When run display area of temperature deviates from the set temperature, temperature can be assumed to material temperature, namely the replaced set temperature as plasticizing molten material control goal and the basis. Outside the set temperature is increasing or decreasing heating control. For low shear extrusion machine, due to compression, compression paragraphs are small, provided by the internal heat is far cannot satisfy the glassy state material plasticizing requirements, therefore, feeding temperature setting, compressed paragraphs should be higher, because of the different formula, roughly around 190 200 , although in improving extrusion speed case, show the temperature is still low, but to increase the temperature of the set purpose, in order to feed, compressed paragraphs electric heating circle, has been non-stop work, as long as the temperature within the range of 180 185, tightly wrapped in screw, material in micro molten state, not a vent to risk phenomenon, can be regarded as normal. Melting, metering section set temperature should be lower, because of the different formula, roughly around 165 175 , although in improving extrusion speed case, show the temperature still on the high side, but reduce the purpose of the set temperature, to melt, metering section electric heating circle timely stop heating, and start the screw oil cooling and screw cylinder air-cooled cooling, the supplies as long as the temperature within the range of 180 185 , extrusion parison section did not appear the symptom such as porosity, pitting, can be regarded as normal extrusion speed. And even feeding high temperature setting, compressed paragraphs, heating coil non-stop work, vent loose materials, and shows shape of bean curd, wrapped in not screw, screw tubes from vent appear to take material phenomenon; Molten set temperature, measuring paragraphs again low, electric heating circle has stopped work, screw oil cooling and screw cylinder air-cooled cooling, have been carried out on the material extrusion parison has symptoms such as porosity, pitting, can be regarded as extrusion speed has been to the limit, should be timely to reduce speed or charging and extrusion speed.Vent risk is low shear extrusion machine characterization of plasticizing adverse. But not vent take material are caused by the low shear extrusion machine. Lead to vent at material basically has the following reasons: 1) feeding too fast, the increase of shear heat enough to balance the increased quantificationally need quantity of heat, caused by the plastic plasticizing bad; (2) the speed too fast, the increase of shear heat enough to balance the material stay in feeding period and compression time reduced and the heat loss, caused by the plastic plasticizing bad; (3) formula using CPE impact modifier, processing AIDS add quantity is less, the material friction performance is poor, to vent plasticizing bad; (4) the formula of lubricant, excessive material in the extruder mobile speed too fast, to vent plasticizing bad; (5) with screw extruder screw barrel axial clearance is too large, serious leakage flow or screw feeding period, compression temperature is too high, lead to material plasticizer, has been transformed into body material after compression section of the first peak pressure, stress release to vent, volume expansion, adhesion in screw arris end face, with the screw rotation was exhaust section of screw barrel scraping on the vent pipe wall, accumulated to a certain extent from the vent overflow. First two vent take material are associated and shear properties of extruder, the third and fourth vent risk is mainly related to formula, 5 kinds of vents to risk is mainly related to the extrusion machine wear and high shear performance. In judging vent take material reason, should be comprehensive consideration, not blindly. If belong to the experimental formula of vent take material should be adjusted formula; If belong to extrusion machine wear and should be adjusted with screw extruder screw barrel clearance; As found material in the vent plasticizing should adjust the feeding speed ratio; The first three vent risk generally characterized by higher torque, the latter two vent take general performance for lower torque.哈尔滨工业大学华德应用技术学院哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）题目木塑复合材料快速成型机专业机械设计制造及其自动化学号学生指导教师答辩日期 2013.12.17 哈工大华德学院摘要首先介绍木塑复合材料挤出成型生产工艺，单螺杆挤出机的工作原理、基本结构及各系统在工作中的作用，根据设计任务书要求确定挤出机的基本参数并对挤出机主要零件螺杆和机筒进行了设计最后对螺杆和机筒的制造要求、修复方法提出了自己的一些看法。挤出成型是橡胶工业的基本加工工艺之一。它是指利用挤出机及其辅机，使胶料在螺杆的推动下连续不断地向前运动，再借助于口型挤出各种所需形状的半成品，然后由特定的辅机配合，来完成挤出成型或其他作业的工艺过程。挤出成型工艺的优点主要是操作简单、经济，半成品质地均匀、致密，容易变换规格和断面形状，设备占地面积小，结构简单，造价低，灵活机动性大，生产能力大且能连续操作。挤出机与成型模具，它是制件成型的主要部件，熔融塑料通过它获得一定的几何截面和尺寸。本设计将主要针对挤出机的工作原理进行分析研究。单螺杆挤出机主要由传动系统、加料系统、挤压系统、加热冷却系统、控制系统和机架等几部分组成。关键词挤出成型，挤出机，螺杆，机筒，设计AbstractFirst wood plastic composite extrusion molding technology,single screw extruder,and the working principle basic structure and the role of each system in the work according to the requirement of the design plan descriptions of the basic parameters of the extrusion machine and extruder screw and barrel for the main parts design of screw and barrel manufacturing requirements,repair method proposed own some viewsExtrusion is one of the basic processing technology of rubber industry.It refers to the use of the extruder and its auxiliaries, make the rubber screw driven by continuously move forward, again with the help of the mouth out various shape semi-finished products, and the specific auxiliary coordination, to complete the extrusion molding process or other operations.Extrusion molding process is mainly the advantages of simple operation, economy, semi-finished products is compact and uniform texture, easy to transform specifications and cross section shape, equipment cover an area of an area small, simple structure, low cost, flexible mobility is large, large production capacity and can continuous operation. Extruder and molding, it is a major part of the stamping shape, through which the molten plastic for certain geometric cross section and size.This design will mainly study the working principle of extruder is analyzed.Single screw extruder is mainly composed of the transmission system, feeding system, extruding system, heating and cooling system, control system and frame, etc.Keywords extruder；screw；extrusion；molding；machine；drum；design -I-目录摘要-I-Abstract-II-第1章绪论-1-1.1木塑复合材料挤出概述-1- 1.2木塑缝合材料挤出成型设备的组成-1-1.3挤出机的分类-1- 1.3.1分类方法-2- 1.3.2单螺杆挤出机用途及特点-2-1.4设计类型的确定-2-第2章单螺杆挤出机-4-2.1单螺杆挤出机原理-4-2.2单螺杆挤出机主要技术参数和规格-4- 2.2.1螺杆直径-4- 2.2.2螺杆中心距公称尺寸-4- 2.2.3螺杆长径比-5- 2.2.4螺杆转速要求及范围-5- 2.2.5挤出机功率的确定-6- 2.2.6挤出机加热功率的确定-6-第3章单螺杆挤出机主要零部件的设计-7-3.1螺杆的设计-7-3.1.1螺杆的基本尺寸初步确-7- 3.1.2螺杆材料的选择-8- 3.1.3螺杆设计计算-8- 3.1.4螺杆的技术要求-14- 3.1.5螺杆传动系统及止推轴承布置设计-15-3.2机筒的设计-15- 3.2.1机筒的结构类型选择及特性-15- 3.2.2机筒的结构尺寸设计-16- 3.2.3机筒材料的选择-17-3.4分流板-19-3.5挤出机电机的选择-20-3.6传动系统的设计-20- 3.6.1传动方案的确定-20- 3.6.2齿轮参数-20- 3.6.3齿轮轴的确定-28- 3.6.4螺杆齿轮轴段计算-37- 3.6.5轴承寿命校核-40- 3.6.6键的校核-41- 3.6.7箱体的设计-43-第4章单螺杆挤出机辅助系统的设计-44-4.1定量给料系统-44-4.2恒温系统-44-4.3真空排气系统-44-4.4电气控制系统-44- 4.4.1直流调速系统-45- 4.4.2加热控制系统-45-结论-47-致谢-48-参考文献-49-第一章绪论1.1 木塑复合材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。1.2木塑复合材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1.3.2单螺杆挤出机用途及特点料口最后一道螺纹开始叫输送段物料在此处要求不能塑化，但要预热、受压挤实，过去老挤出理论认为此处物料是松散体，后来通过证明此处物料实际是固体塞，就是说这里物料受挤压后是一固体象塞子一样，因此只要完成输送任务就是它的功能了。单螺杆挤出机原理：第二段叫压缩段时螺槽体积由大逐渐变小，并且温度要达到物料塑化程度，此处产生压缩由输送段三，在这里压缩到一，这叫螺杆的压缩比3：1，有的机器也有变化，完成塑化的物料进入到第三段。单螺杆挤出机原理：第三段是计量段此处物料保持塑化温度，只是象计量泵那样准确、定量输送熔体物料，以供给机头，此时温度不能低于塑化温度，一般略高点。单螺杆挤出机主要供挤出软、硬聚氯乙烯、聚乙烯等热塑性塑料之用，它与相应的辅机（包括成型机头）配合，可加工多种塑料制品，如膜、管、板、丝带等，亦可用于造粒。塑料挤出机设计先进，质量高，塑化好，能耗低，采用渐开线齿轮传动，具有噪音低，运转平稳，承载力大，寿命长等特点。1.4设计类型的确定现在在工业生产中复合材料的应用非常广泛，本次设计的挤出机要可以对塑料混合、改性，主要用于生产木材和塑料配混料为主料的复合材料。由于单螺杆挤出机具有设计先进，质量高，塑化好，能耗低，采用渐开线齿轮传动，具有噪音低，运转平稳，承载力大，寿命长等特点。特别适于聚合物的改性，如共混、填料、增强及反应挤出。并且本次设计的挤出机主要用于复合塑料挤出，因此应设计单螺杆挤出机第1章单螺杆挤出机2.1单螺杆挤出机原理螺杆挤出机是塑料成型加工最主要的设备之一，它通过外部动力传递和外部加热元件的传热进行塑料的固体输送、压实、熔融、剪切混炼挤出成型。螺杆挤出机自诞生以来，经过近百年的发展，已由普通螺杆挤出机发展为新型螺杆挤出机。尽管新型螺杆挤出机种类繁多，但就挤出机理而言，基本是相同的。传统螺杆挤出机挤出过程，是靠机筒外加热、固体物料与机筒、螺杆摩擦力及熔体剪切力来实现的。“摩擦系数”和“摩擦力”，“粘度”和“剪应力”是影响传统螺杆挤出机工作性能的主要因素，由于影响“摩擦”和“粘度”的因素十分复杂，因此，传统螺杆挤出机挤出过程是一个非稳定状态，难以控制，对某些热稳定性差、粘度高的热敏性塑料尤为突出。自60年代以来，世界上各国学者对螺杆挤出机理进行了大量研究，也取得了明显的成就，但由于他们的研究大多局限于传统塑料挤出成型机理、机械结构形式和换能方式，因而一直未能取得重大突破。传统螺杆挤出机所存在的如体积庞大、能耗高、噪音大、产品质量提高难等一系列缺点没有得到根本解决。2.2单螺杆挤出机主要技术参数和规格2.2.1螺杆直径螺杆直径：即螺杆的外径，它是挤出机的重要参数，一般用D表示，单位为mm，它表征挤出机挤出量的大小。在设计或选用挤出机前，一般挤出机生产能力及转速已经确定，螺杆直径的选取主要是根据挤出机的产量来确定设计参数：生产以聚氯乙烯（PVC）为主料的复合塑料，最大产量为 200Kg/h，最高转速为260r/min。根据我国同向双螺杆挤出机基本参数表(JB/T 5420-91)和螺杆直径系列标准，取螺杆公称直径:D=72mm。2.2.2螺杆中心距公称尺寸单螺杆中心距公称尺寸。指平行布置两螺杆中心的距离，用a表示，单位为mm。根据螺杆直径、螺杆计量段螺纹槽深度和计量段啮合程度确定。2.2.3螺杆长径比螺杆长径比。（L/D）来表示，即螺杆有效螺纹部分长度L与螺杆外径D之比，它可以表征螺杆的塑化能力和塑化质量，用（L/D）来表示，如下图2-1所示：图2-1 螺杆示意图现代塑料挤出工业螺杆长径比较早期螺杆大，国内应用较多的长径比一般范围是1540，多采用15，最长可达40乃至更高。螺杆长径比的增加有如下好处：（1）螺杆加压充分，能提高塑料制品的物理机械性能。（2）提高塑化质量，制品外观质量好。（3）有利于类似于PVC粉料挤管的成型。（4）螺杆特性曲线斜率小，挤出量稳定，挤出量可以提高20%40%。但螺杆长径比与很多因素有关，因此可以根据加工条件和实际需要再由试验确定，还可以由统计类比的方法来确定。国产同向旋转挤出机的主要技术参数表(JB/T 5420-91)显示生产能力为300kg/h的螺杆挤出机螺杆长径比 L/D=1540，取 L/D=40。2.2.4螺杆转速要求及范围螺杆转速范围：用（最高转速）（最低转速）表示，其单位是r/min。对挤出机速度要求有两方面，既能实现无级调速又要有一定的调速范围。要求实现无级调速的目的是容易控制挤出质量并与辅机的一致配合；要求有一定的调速范围的目的是为了适应多种加工物料及满足多种工艺要求。在实际生产中，因挤出机开始工作时，机头压力容易出现超常值，所以螺杆转速应缓慢增至工作要求速度；当螺杆运转平稳后，由于加工的原料、制品及生产能力不同要求，要保证质量提高产量，除控制温度、压力等条件外，主要是靠改变螺杆转速进行控制调节。因此，要求螺杆转速在一定范围内可调。多数挤出机的调速范围在1：6，对通用性大的小规格挤出机调速范围可达到1：10，根据经验，确定螺杆转速范围为： n=50260r/min2.2.5挤出机功率的确定驱动电机功率.用P表示，单位为千瓦（KW）。它表征挤出机的驱动能力。挤出机螺杆消耗的功率所涉及的因素是多方面的。双螺杆挤出机功率的确定通常是根据经验选取，根据我国同向双螺杆挤出机基本参数表(JB/T 5420-91)选取挤出机主电机功率:P=55KW.2.2.6挤出机加热功率的确定挤出机加热功率是指机筒加热功率：用H表示，单位为千瓦（KW）它表了挤出机的加热能力。通常情况下按机筒的内表面积计算加热功率： H=41.1KW式中 H机筒加热功率，单位为KW；机筒内直径，单位为mm； A单位面积的加热功率，W/。A值根据各种塑料性能靠经验选定，取A=5.5 W/。第3章单螺杆挤出机主要零部件的设计单螺杆挤出机主要零部件包括螺杆、机筒、分流板、过滤网、料斗及料斗传输螺杆、电机、减速器等装置。3.1螺杆的设计螺杆是挤出机的核心部分，是输送、塑化塑料的最重要部件。其结构性能将直接影响挤出机的生产率、塑化混合质量和能量消耗。由于聚氯乙烯（PVC）为非结晶型高聚物，它从玻璃化温度到粘流温度的温度范围较大，其熔融过程是在一个比较长的距离后才能全部熔融，出于制造成本和胶料的均匀混炼和塑化考虑，采用渐变型普通螺杆，螺纹断面形状为矩形。3.1.1 螺杆的基本尺寸初步确定螺杆的螺纹长度为：L=15D=3072=1080mm (3-1)根据实践经验，螺杆三段长度的分配如表3-1。表3-1 长度分配比例表塑料类型加料段压缩段计量段非结晶型塑料10%25%全长55%65%全长22%25%全长结晶型塑料60%65%全长12 螺距25%35%全长所以：加料段=（10%25%）L，取 =0.15L=0.121080=130mm压缩段=（55%65%）L，取 =0.6L=0.651080=702mm计量段=（22%25%）L，取=0.25L=0.231080=248mm螺杆压缩比。因压缩比的确定非常复杂，目前国内根据经验选取。对塑料而言，螺杆几何压缩比大多数为25,根据常用塑料螺杆的几何压缩比表，选取螺杆压缩比：=3 为了加工方便，等距螺杆取S=D 螺距S： S=D=72mm 螺纹头数： i=1螺纹升角：=arctan=arctan= (3-2)螺棱法向宽度e：根据对紧密共轭齿廓的要求和齿轮传动啮合基本原理，考虑到螺杆制造和安装方便，同时为了更好的对物料进行充分混合，把螺杆设计成接近共轭型，取螺棱法向宽度为： e=30mm 螺棱轴向宽b：b=e/Cos=30/Cos=12.6mm 螺槽法向宽E：E=SCos30=72Cos30=38.7mm 螺槽轴向宽B：B=D-b=72-31.4=40.6mm螺杆与机筒间隙=0.3mm3.1.2螺杆材料的选择螺杆工作时不仅所受扭矩较大，而且是在高温、高压下工作。因螺杆要与机筒配合工作，所以还要受到机械摩擦磨损、刮磨及塑料摩擦的作用，某些塑料还会有较强的化学腐蚀作用。所以螺杆可能产生扭断、因磨损严重而与机筒间隙增大使产量降低等失效形式。根据以上螺杆的实际工况，要保证螺杆能正常工作，必须选择合适的材料。其材料性能要求为：机械性能好，耐磨性能好，耐腐蚀性能好，加工性能好。由于38CrMoA1综合性能好且是挤出机螺杆应用最广泛的材料，因此选择38CrMoA1作为螺杆的材料。3.1.3螺杆设计计算到此已知螺杆参数为：最高转速：最高产量：G=200Kg/h螺杆直径：D=72mm 螺距S： S=72 mm长径比： L/D=30螺槽法向宽度：E=38.7mm螺槽轴向宽度：B=40.6mm螺棱法向宽度：e=30mm螺棱轴向宽度：b=31.4mm螺纹升角：=查表得:聚氯乙烯（PVC）的堆积密度为固相密度液相密度熔池温度由于双螺杆挤出机的理论很不成熟，加之螺杆啮合部分容积相对于整个螺杆来说很小，故可以把双螺杆看成两根单螺杆进行计算，然后做一定的因双螺杆啮合带来数据校正。（1）计算熔融速率。为了保证稳定的挤出过程，熔体输出量、固体输送量和固体熔融量应该平衡。即：（3-3）式中固体输送量；单位面积熔融速率；固体粒料与机筒的接触面积；熔体密度；熔体输出量；取螺杆转速下塑料的输出量为：G=200Kg/h = （3-4）估算面积A。由于螺杆啮合部分没有机筒对物料进行加热，但螺纹啮合处没有机筒部分占整个机筒的比例较小，因此机筒的总面积约为1.8,其中螺槽占56.3%，假设其中固体与熔体塑料各占一半，则固体总面积A：熔融速率：=0.228 (3-5)（2）计算计量段螺槽深度。为了保证螺杆的硬特性，避免压力波动引起过大的输出量波动，应取较小的值，但为了达到较好的混合质量，又不能取得过小。综合上述原因，取：由得：= (3-6)（3）验算计量段长度。螺杆的剪切速率为：= (3-7)当温度为时，由流变曲线得：有上文可知：= (3-8)令=，由式：得：（3-9） = 497mm 94.7mm 合格（4）确定加料段螺槽深度。根据常用塑料的几何压缩比表，取：=3 则加料段螺纹槽深度为： =5.72mm （3-10）取 =5.7mm 验算压缩比=2.99 正确（5）验算压缩段长度。计算螺槽内固体粒料厚度减小的速率，即形成熔膜的速率, = （3-11）即固体粒料在压缩段中移动时，在每秒钟移动的距离上螺槽深度的减小量不能超过0.456mm .否则固体粒料来不及完全熔融而堵塞螺槽，引起产量波动。此时固体粒料顺着螺槽的流动速率：= （3-12）则压缩段顺着螺槽展开的长度:= 由（3-11）（3-12）则压缩段的最小长度为:=1032mm 由于1404mm 1034mm （6）螺杆中心距的确定。考虑到螺杆的安装和物料的混合均匀，又不至于螺杆产生干涉，取螺杆的中心距a:a=70.7mm （6）归纳设计结果。加料段长度：=259mm加料段螺槽深度：=5.7mm压缩段长度：=1404mm计量段长度：=497mm计量段螺槽深度：螺槽轴向宽度：B=40.6mm螺棱轴向宽度：b=31.4mm螺杆中心距a：a =70.7mm 3.1.4螺杆的技术要求材料：采用氮化钢38CrMoA1。表面处理：对材料进行氮化处理，处理深度为0.30.6mm，螺杆外圆硬度65HRC，脆性不大于2级。螺杆外圆极限偏差应符合GB/T1184-1999 h8的规定。螺杆的上、下偏差分别为：上偏差：es=0m 下偏差：ei=39m螺杆全长直线度公差值应符合 GB/T1184-1996 h7的精度等级规定。所以螺杆的直线度公差值为：螺杆外圆：螺纹槽底径的表面粗糙度不大于0.8m，螺棱两侧的表面粗糙度不大于1.6m。3.1.5 螺杆传动系统及止推轴承布置设计设计单螺杆传动系统比较困难的问题是配位齿轮和止推轴承的布置。因受螺杆啮合条件的限制使安装配位齿轮和止推轴承在空间上受到很大的限制。本设计传动系统及止推轴承的布置从机头开始的顺序为：深沟球轴承配位齿轮止推轴承。将止推轴承布置在减速箱之后。单螺杆传动齿轮布置如图3-1。图3-1 齿轮布置图 1、2为配位齿轮，c为减速箱输出齿轮。3.2机筒的设计机筒是单螺杆挤出机最重要的部件之一。机筒的结构设计是否合理直接影响到挤出机的热量传递的稳定性及均匀性；机筒的加料段设计影响到塑料固体输送效率；机筒的加工与装配影响挤出机的工作性能和机器寿命。所以，对于挤出机机筒，涉及到其结构形式选择、机筒加料口形式确定及其各段与机头的连接等问题。3.2.1机筒的结构类型选择及特性机筒的结构类型有多种，主要有分段式、整体式、双金属和轴向开槽结构形式。整体式机筒的特点是加工精度容易满足，转配误差小；长径比大，零件数目少；机筒受热均匀，配置加热器不受限制。但整体式机筒对加工设备及加工技术要求较高，且磨损后修复困难。分段式机筒是将机筒分成若干段来加工，各段加工好后通过法兰连接起来。这种机筒加工比较容易，可适应多种长径比的要求，对于长径大的螺杆，因过长的机筒整体难以加工，也配以分段式机筒，但分段多，对中性不易保证，连接法兰也会影响到机筒的加热均匀性。为减少装配困难，分段尽量少。为减少热量损失，法兰尺寸尽可能小。双金属机筒有浇铸式和衬套式两种结构形式。衬套式机筒具有易更换、寿命长、节约贵金属等优点，但其设计、制造、装配都较为复杂。浇铸式机筒的优点是合金层与机筒合为一体，在挤出机机筒的内表面结合均匀，不会脱落或开裂，耐磨性好，寿命长，滑动性好，但成本高。轴向开槽机筒能提高固体输送率，但其结构设计需要综合考虑被加工物料的性能，如物料的大小、几何形状、物料颗粒间的摩擦系数值，颗粒在凹槽中的抗剪切强度，由颗粒组成的楔形结构的抗剪强度，套筒的冷却性能，螺杆的转速，以及与加热机筒的隔热程度等因素。综合上述各种结构类型机筒的优劣以及单螺杆螺杆挤出机的设计要求，选择分段式机筒。3.2.2机筒的结构尺寸设计机筒壁厚的设计，要考虑机筒的强度要求，还要考虑其结构工艺性以及机筒传热效率等因素，使加工容易，传热快且稳定。在综合了经验和理论计算结果的基础上，我国挤出机生产厂家提出了挤出机机筒壁厚的参考值。根据参考值，可选择机筒壁厚h为： h=40mm机筒的内径机筒的外径机筒两孔的中心距为两螺杆中心距，即为70.7mm. 机筒总长度L的确定。查GB/T297-95,选取安装在机筒内深沟球轴承的代号为61810，其内径为50，外径为65mm ,宽为7mm .轴承端盖暂取40mm ,螺杆螺纹端末端到轴承需留一段长度供密封，取该段长度为30mm. 则螺杆的重长度L为：L=1080+7+40+30=1157 mm 取： L=1157mm3.2.3机筒材料的选择工作时机筒受到刮磨、摩擦磨损以及塑料摩擦的作用，一些塑料还会有较强的化学腐蚀作用。普通机筒材料为一般钢材（如45号钢）、铸钢或球磨铸铁。为了提高机筒的耐磨性，国际上的挤出机机筒有采用氮化钢制造，其强度极限约为900MPa。这里我们选择40Cr钢作为机筒的制造材料。机筒的强度计算机筒内部受塑料熔料的压力作用，熔料在机筒内产生的力沿机筒轴向的分布是相当复杂的，各处压力不等。由于机头处压力最大，因此一般取机头压力为计算压力值。进行机筒设计时，用壁厚圆筒理论来对料筒进行强度计算。根据厚壁圆筒的理论，当筒壁内受到物料压力P的作用时，筒壁上各点处于三向应力状态，三向应力分别为：径向应力，轴向应力，切向应力。机筒的内壁处，径向应力和切向应力都达到最大值。径向应力：（3-13）切向应力：=63.1MPa （3-14）轴向应力为： =11.6MPa （3-15）由于机筒为塑性材料，可用第四强度理论进行设计计算和强度校核，机筒壁厚的强度条件为：查表得40Cr的屈服强度极限为540MPa,则：，有：=89.3MPa55HRC，脆性不大于2级。（3）公差：机筒内孔极限偏差：上偏差ES=0.231mm 下偏差EI=0.130mm机筒内孔轴线的直线度公差值应符合GB/T1184-1996 7级的精度规定。则所设计机筒的直线度公差为：（4）机筒内孔：表面粗糙度不大于1.6。3.3分流板在挤出机机筒与机头之间设分流板（也称多孔板）和过滤网，其作用是：防止熔料中的杂质和未熔物料进入机头而堵塞机头流道或影响产品质量；使由机筒来的熔料的旋转运动变为直线运动，并分成若干束，以保证挤出稳定；搅拌混合，增强塑化效果。设置料流障碍，以增加背压来保证制品的密实；支撑过滤网。因聚氯乙烯为热敏性物料，分流板的设置离螺杆头部距离要小，以防止积料产生热分解。但也不能因距离设置过小而使物料的螺旋运动来不及转变为直线运动，导致物料纵向流动不稳定。一般应使螺杆头部至分流板的容积小于或等于计量段一个螺纹槽的容积，其距离为0.1D。目前，国产挤出机多采用制造方便、结构简单的平板型分流板。为保证物料流经分流板后速度不变，且由于聚氯乙烯为热敏性物料，把分流板设计孔眼尺寸为中间孔眼直径大而稀疏形式，以降低流道阻力，避免热分解。本双螺杆挤出机分流板的设计尺寸及孔眼尺寸分别为：孔眼直径开孔率分流板至螺杆头部的距离取分流板尺寸分流板的孔道结构设计要光滑无死角，以便物料的流动和清理。所以孔道的进料段设倒斜角，分流板的材料用不锈钢2Cr13。3.4 挤出机电机的选择为了实现在调速范围内的无级调速和保证单螺杆挤出机50r/min260r/min 的调速范围，选择直流电机作为挤出机电机。单螺杆挤出机功率的确定通常是根据经验选取，根据我国同向单螺杆挤出机基本参数表(JB/T 5420-91)选取挤出机主电机功率为：P=55KW挤出机电机选择某公司生产的型号为Z3-250-31直流电动机，其主要技术参数为：额定功率为55 KW、额定电压440V、额定转速为500r/min。3.5传动系统的设计3.5.1 传动方案的确定本设计选取的直流电动机的额定转速为500r/min，挤出机设计的最高转速为260 r/min，因此需要在电机输出轴和螺杆之间设置减速器，总传动比：=1.92。由参考文献1单螺杆挤出机及其应用知，由于受挤出机螺杆上配位齿轮大小的限制，防止发生挤出机螺杆的配位齿轮与高速级从动齿轮产生干涉，因此把减速箱和螺杆配位齿轮整个传动系统设计成两级减速一级增速。传动比的分配：由于配位齿轮受到螺杆直径的限制，如果第一级传动比取得过小，则减速器的第二根轴上的小齿轮会较小，而此轴的直径较第一根轴大，如此对键和齿轮的强度有很大的不利，因此应把第一级减速的传动比设置大些取：，则后续总传动比=0.83.5.2齿轮参数第减速级齿轮（1）选择齿轮材料，确定许用应力选用渗碳淬火的材料制成的齿轮许用接触应力由式（3-16）接触疲劳极限齿轮接触强度寿命系数设计挤出机每天工作24小时，每年工作300天，预期寿命为10年，应力循环次数N 由式查接触强度计算的寿命系数图表得1 1接触强度最小安全系数许用弯曲应力由式弯曲疲劳极限查试验齿轮的弯曲疲劳强度极限查弯曲强度寿命系数图查弯曲强度尺寸系数图（假设模数小于5mm）弯曲强度最小安全系数则（2）齿面接触疲劳强度确定齿轮传动的精度等级，按估取圆周速度=2.4m/s，参考通用机械所用齿轮传动的精度范围图表和齿轮第公差精度与齿轮圆周速度图表选取小轮分度圆直径，由式（3-17）齿宽系数查【机械设计】中圆柱齿轮的齿宽系数表，按相对轴承为非对称分布选取小齿轮齿数在推荐值2040中取 =23大齿轮齿数圆整选取 =55齿数比u 传动比误差u/u u/u=（2.4-2.39）/2.4=0.00420.05小齿轮转矩 =1050500Nmm载荷系数K K= 材料弹性系数查材料弹性系数表 =189.8节点区域系数查节点区域系数表重合度系数由推荐值0.850.92 =0.88故：=70.74mm齿轮模数 =3.08按渐开线齿轮标准模数表圆整故小轮分度圆直径：大轮分度圆直径：圆周速度（3-18）标准中心距=156mm齿宽大齿轮齿宽取=57mm小齿轮齿宽取=65mm （3）齿根弯曲疲劳强度校核由式（3-19）查齿形系数和应力修正系数表齿形系数小轮大轮应力修正系数小轮大轮重合度（3-20）重合度系数 = = 由（3-21）（4）齿轮其他主要尺寸计算齿根圆直径齿顶圆直径第级减速及第级增速齿轮此两级的传动方式为小齿轮与大齿轮啮合把功率传递给大齿轮，然后大齿轮和配位齿轮啮合把功率传递给配位齿轮，两螺杆上的配位齿轮需要错位配置。由于两螺杆上的配位齿轮错位配置，因此第级减速齿轮为参数相同的两对齿轮，没对齿轮传递的功率是总功率的一半，即：（1）选择齿轮材料，确定许用应力选用渗碳淬火制作齿轮许用接触应力由式接触疲劳极限查图接触强度寿命系数设计挤出机每天工作24小时，每年工作300天，预期寿命为10年，应力循环次数N 由式此时三个齿轮的应力循环次数都大于，查接触强度计算的寿命系数图表得1 1接触强度最小安全系数许用弯曲应力由式弯曲疲劳极限查试验齿轮的弯曲疲劳强度极限弯曲强度寿命系数查弯曲强度寿命系数图弯曲强度尺寸系数查图（假设模数小于5mm）弯曲强度最小安全系数则（2）齿面接触疲劳强度确定齿轮传动的精度等级，按估取圆周速度=2.1m/s，参考通用机械所用齿轮传动的精度范围图表和齿轮第公差精度与齿轮圆周速度图表选取小轮分度圆直径，由式（3-22）由于螺杆上的配位齿轮的大小受到空间的严格限制，因此先确定配位齿轮的分度圆直径。由于两螺杆的中心距为70.7mm，两配位齿轮错位放置，螺杆上安装配位齿轮段的直径大致取50mm，考虑到安装容易，则配位齿轮的齿顶圆直径不能超过85mm,假设模数为3，则齿轮的分度圆直径最大为79mm,此时齿轮齿数为26.3，取配位齿轮分度圆直径小齿轮齿数圆整取齿数比u 传动比误差小齿轮分度圆直径为了空间需要取取大圆齿数大齿轮的分度圆直径：查【机械设计】圆柱齿轮的齿宽系数表，按相对轴承为非对称分布选取=0.8小齿轮转矩 = =525250Nmm载荷系数K=载荷系数K K= =1.44材料弹性系数查材料弹性系数表=189.8节点区域系数查节点区域系数表重合度系数由推荐值0.850.92 =0.88故： =25.2mm因此满足接触疲劳强度圆周速度小齿轮和大齿轮的标准中心距 =156mm配位齿轮和大齿轮的标准中心距 =145.5mm齿宽取大齿轮齿宽小齿轮齿宽取=68mm 配位齿轮齿宽（3）齿根弯曲疲劳强度校核计算由式（3-23）查齿形系数和应力修正系数表齿形系数小轮大轮应力修正系数小轮大轮重合度重合度系数重合度重合度系数因此有：= = 由（3-24）（4）齿轮其他主要尺寸计算齿根圆直径齿顶圆直径 3.5.3 齿轮轴的确定根据整个减速箱设计规划，轴上的齿轮最多，出于减速箱加工工艺和降低成本需要减速箱两侧内壁在同一平面上，因此减速箱的宽度由轴来确定。轴的计算（1）计算轴转矩轴的输出功率： =550.970.99=52.82KW转速：=208.3r/min 求轴上转矩 =1940119Nmm（2）求作用在齿轮上的力（3）初步估算轴直径选取38GrMoAlA作为轴的材料，调质处理。由式计算轴的最小直径并加大3%考虑键槽对轴的强度的影响，查表取A=90，得：（4）轴的结构1）拟定轴的结构方案采用深沟球轴承。轴的结构简图如下图3-3所示：图3-2 轴的结构简图1）确定各轴段直径和长度段根据圆整（按GB/T288-1994）,且符合标准轴承内径，暂选调心滚子轴承型号为22212C/W33, ，其宽度。轴承润滑方式选择：，选择脂润滑。齿轮3与减速箱体内壁间隙取，考虑到轴承脂润滑，取轴承距箱体内壁距离，为了使齿轮轴向可靠定位，轴段应伸入齿轮3内孔一段距取其长度为，则有：段，齿轮3与齿轮2之间的间隙取10mm，为了使与左轴承相连的套筒1端面可靠地压紧齿轮3，轴段上齿轮3占据的长度应比轮毂孔短14mm，取其长度为2mm，为了使套筒2可靠地压紧齿轮2，轴段还应在以上长度基础上加上2mm，则：段，套筒2端面可靠地压紧齿轮2，应比齿轮2的轮毂长度短2mm段取齿轮2右端定位轴肩高度为，则轴环直径，长度取段因齿轮4和齿轮3的技术参数完全相同，考虑到加工方便和降低成本，取，为了使套筒3端面可靠地压紧齿轮4，应比齿轮毂孔的长度短2mm段长度和直径都和段相同2）确定轴承及齿轮作用力位置（5）绘制轴的弯矩和扭矩图1）求轴承反力V垂直面 H水平面图3-3 轴的弯矩和扭矩图2）求危险截面处的弯曲轴的计算简图作出轴的弯矩图、扭矩图和当量弯矩图。从轴的结构图及当量弯矩图中可以看出，C截面的当量弯矩最大，是轴的危险截面。C截面处的M、T及的数据如下。 V垂直面 H水平面合成弯矩（3-25）扭矩 =1940119Nmm（6）按弯扭合成强度校核轴的强度当量弯矩（3-26） =轴的材料为38GrMoAlA，调质处理。查表可得：，取8493，取，则轴的计算应力为： =根据计算结果，该轴满足强度要求轴的计算由于齿轮较小，传递功率较大，把轴和齿轮做成齿轮轴。（1）求轴转矩轴的输出功率：转速：求输入轴上转矩:=1050500Nmm（2）计算作用在齿轮上的力（3）初步估算轴直径选取38GrMoAlA作为轴的材料，调质处理。由式计算轴的最小直径查表取A=90，得：（4）轴的结构设计1）拟定轴的结构方案右挡油圈和右轴承从轴的右端装入，右挡油圈左端面靠轴肩定位。左挡油圈和左轴承从轴的左端装入，左挡油圈靠轴肩定位。半联轴器靠轴肩定位。左右轴承均采用轴承端盖，半联轴器靠轴肩得到轴向固定。齿轮和半联轴器采用普通平键得到周向固定。采用调心滚子轴承和弹性柱销联轴器。轴的结构简图如下图3-4所示。图3-4 轴的结构简图2）确定各轴段直径和长度段此轴段用于联轴器的安装，根据圆整（按GB5014-85圆整），其直径应该与联轴器的孔径相配合，并根据输入轴的转矩和转速选用型号为HL4联轴器(GB/T5014-1985)，为了使轴端挡圈能够可靠地对半联轴器进行轴向定位，取比毂孔长度短14作为段长度。段为了使半联轴器轴向能够可靠得定位，轴肩高度取，半联轴器孔倒角C取2mm，并且要符合标准密封内径(JB/ZQ4606-86)。取端盖宽度为，端盖外端面与半联轴器右端面留空隙，则段为了方便轴承内圈的装拆，应，并且应符合标准轴承内径。根据GB/T288-1994，初选调心滚子轴承代号为22212 C/W33，其宽度B为。轴承润滑方式的确定：，选择脂润滑，考虑挡油圈宽度为17mm。段查机械设计手册可知轴承的安装尺寸,取：。由轴的设计计算可知，齿轮轴向中点到箱体左内壁的距离为116.5mm，轴承右端面距箱体内壁为7mm,则有：段该段为齿轮所占长度，长度等于齿轮宽度。段由于箱体内壁相对于齿轮对称，因此该段与4段数据相同。段该段数据与3段数据相同3）确定轴上圆角和倒角尺寸各轴肩出的圆角半径为R2，轴端倒角为245。4）确定轴承及齿轮作用力位置（5）绘制轴的弯矩和扭矩图1）求轴承的反力H水平面 V垂直面图3-5 轴的弯矩和扭矩图2）求齿宽中点处弯矩 H水平面 V垂直面合成弯矩M =扭矩 =1050500（6）按弯扭合成强度校核轴的强度当量弯矩=轴的材料为38GrMoAlA，调质处理。查表可得：，取8493，取，则轴的计算应力为： =根据计算结果可得，该轴满足强度要求。轴的计算（1）计算轴转矩轴的输出功率： =52.820.970.99=50.72KW转速：=96.8r/min 求轴上转矩=5003884Nmm（2）计算作用在齿轮上的力（3）初步估算轴直径选取38GrMoAlA作为轴的材料，调质处理。由式计算轴的最小直径并加大3%考虑键槽对轴的强度的影响查表取A=90，得：（4）轴的结构设计1）拟定轴的结构方案右齿轮和右轴承从轴的右端装入，右齿轮左端面靠轴肩定位，右齿轮和右轴承之间用定位套筒使右轴承左端面得以定位。左齿轮和左轴承从轴的左端装入，齿轮右侧端面靠轴肩定位，左齿轮和左轴承之间用定位套筒使左轴承右端面得以定位，左右轴承均采用轴承端盖。齿轮采用普通平键得到周向固定。采用调心滚子轴承。轴的结构简图如下图3.5所示。图3-6 轴的结构简图2）确定各轴段直径和长度段根据按GB/T288-1994圆整，选择调心滚子轴承型号为22215C/W33,其宽度。轴承润滑方式的选择：，选择脂润滑。考虑轴承润滑，取轴承距箱体内壁距离为7mm。由轴计算可知，左齿轮轴向中点到箱体左内壁的距离为44mm，则：段，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，应比齿轮毂孔短2mm。段取左齿轮右端定位高度为4mm。由前面计算轴可知两齿轮径向中心距为145mm，则此轴环的长度由于是对称布置，因此段分别与、段相同。3）确定轴上圆角和倒角尺寸各轴肩出的圆角半径为R1，轴端倒角为245。4）确定轴承及齿轮作用力位置（5）绘制轴的弯矩和扭矩图轴上齿轮与前一级齿轮和配位齿轮相对位置如图3-6。图3-7 齿轮相对位置其中齿轮5与齿轮3、齿轮7啮合，齿轮6与齿轮4、齿轮8啮合。1）求轴承反力：H水平面 V垂直面图3-8 轴的弯矩和扭矩图2）求齿宽中点处弯矩H水平面 V垂直面合成弯矩M 由于不受扭矩作用，因此按弯矩进行强度校核。轴的材料为38GrMoAlA，调质处理。查表可得：，取8493，取，则轴的计算应力为： = （3-27）根据计算结果，该轴满足强度要求。3.5.4螺杆齿轮轴段计算（1）计算轴转矩每根螺杆的输出功率：=50.720.970.99=24.4KW转速：=260r/min 求轴上转矩=896230.8Nmm（2）计算作用在齿轮上的力（3）初步估算轴直径螺杆的材料为38GrMoAlA，调质处理。由式计算轴的最小直径并加大3%考虑键槽对轴的强度的影响，查表取A=90，得：（4）轴的结构确定1）拟定轴的结构方案由于螺杆挤出工作段直径最大，因此齿轮和轴承均从轴的右端装入，因此螺杆非挤出段直径从左到右依次减小。两螺杆的中心距为70.7mm，查机械设计手册，内径大于42mm的满足选择要求的轴承的外径都大于螺杆中心距的一半，因此两螺杆上安装在减速箱体同侧的轴承必须错位布置。考虑到防止一根螺杆的轴承和另一根螺杆非挤出段发生干涉，则轴承外径的半径加上螺杆的半径必须小于螺杆中心距，由前面初步估算的轴的直径，如果此段用了轴肩来对齿轮或轴承进行轴向定位，那么轴的大径段会达到50mm，可选用的轴承的外径的半径加上轴的半径将达到70mm，而螺杆的中心距只有70.7mm，这样给制造和安装的精度误差带来了很大麻烦。因此两轴承之间螺杆段直径一样，靠套筒进行轴向定位。左右轴承均采用轴承端盖，齿轮采用普通平键得到周向固定，轴承采用调心滚子轴承。结构如图3-7。图3-9 轴的结构简图 2）确定轴直径和受力点之间的长度根据圆整，选择调心滚子轴承型号为22209C/W33，其宽度。轴承润滑方式的选择：，选择脂润滑。考虑轴承润滑，取轴承距箱体内壁距离为7mm。由轴计算可知，齿轮中点到箱体左内壁的距离为44mm，则：齿轮中点到箱体右内壁的距离为189mm，且要给另一根螺杆安装轴承留下空间，取两轴承之间的轴向间为10mm，则：（5）绘制轴的弯矩和扭矩图1）求轴承反力：沿齿轮接触点切平面垂直平面图3-10 轴的弯矩和扭矩图2）求齿宽中点处弯矩切平面垂直平面合成弯矩（6）按弯扭合成强度校核轴的强度当量弯矩，取折合系数为0.6。 =轴的材料为38GrMoAlA，调质处理。查表可得：，取8493，取，则轴的计算应力为： =3.6.5 轴承寿命校核轴承设计的预期寿命为为1年，由于挤出机每天24小时工作，则设计预期寿命小时数轴轴承寿命计算该轴选用的轴承为调心滚子轴承22212C/W33,其额定载荷 (GB/T288-1994). 该轴的转速轴承工作时无冲击，载荷系数当量动载荷轴承寿命（3-28）轴承寿命校核合格轴轴承寿命计算该轴选用的轴承为调心滚子轴承22212C/W33,其额定载荷 (GB/T288-1994)。该轴的转速轴承工作时无冲击，载荷系数当量动载荷轴承寿命由（3-28）轴承寿命校核合格轴轴承寿命计算该轴选用的轴承为调心滚子轴承22215C/W33,其额定载荷 (GB/T288-1994)。该轴的转速轴承工作时无冲击，载荷系数当量动载荷轴承寿命螺杆轴承寿命计算该轴选用的轴承为调心滚子轴承22209C/W33,其额定载荷 (GB/T288-1994)。该轴的转速轴承工作时无冲击，载荷系数当量动载荷轴承寿命轴承寿命校核合格3.6.6键的校核轴上的键校核选用普通平键A型，按1.5个键进行强度计算。轴直径为 A型普通平键尺寸 bh=149键长转矩许用挤压应力则有： = （3-29）因此，该键可以安全使用。轴上的键校核（1）大齿轮键校核选用普通平键A型一个轴直径为 A型普通平键尺寸 bh=2012键长转矩许用挤压应力则有： = 由（3-29）因此，该键可以安全使用。（2）小齿轮键校核选用普通平键A型，轴直径为 A型普通平键尺寸 bh=1811键长转矩许用挤压应力则有： =轴上的键校核选用普通平键A型，直径为 A型普通平键尺寸 bh=2214键长转矩许用挤压应力则有： =因此，该键可以安全使用。3.6.7 箱体的设计完整的减速器箱体上设有窥视孔、窥视孔盖、连通器、轴承盖、定位销、起箱螺钉、油标、放油孔、放油螺塞和起吊装置等。本设计为卧式减速器。减速器箱体设计数据如下表3-2所示。表3-2 箱体参数符号尺寸11箱盖壁厚11箱座上凸缘厚度b12名称b16.5箱座壁厚b27.5地脚螺栓直径24地脚螺栓数目n6轴承旁连接螺栓直径20盖和座连接螺栓直径12轴承端盖螺钉直径10检查孔盖螺钉直径8定位销直径d8第4章单螺杆挤出机辅助系统的设计4.1定量给料系统定量给料系统由电动机、减速箱、螺杆和加料斗组成。螺杆实行无级调速。也就是说，随螺杆转速的提高而提高。一旦建立了平衡，螺杆的送料量就等于挤出量，也就等于工作产量。转速可直接从仪表上显示出来。在减速箱内要加入30号机油润滑。另外，在加料斗内附有CJ3型磁力架，可有效地防止钢制螺钉、铁屑导磁金属杂物随塑料原料混入挤出机螺杆内。保护螺杆不受损环。4.2恒

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