环模制粒机试验样机的结构设计（全套含CAD图纸）
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环模制粒机
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毕业设计说明书论文作者学院系机械工程学院专业机械工程及自动化题目环模制粒机试验样机的三维设计与性能分析指导者姓名专业技术职务评阅者姓名专业技术职务武凯副教授毕业设计说明书（论文）中文摘要制粒机是饲料机械的四大主机之一，在饲料工业中占有很重要的地位。目前，国内饲料机械企业虽然在制粒机的设计、制造领域取得了很大进步，产品的外观、性能指标不断提高，但是与国外同类型设备相比较，仍然存在结构不合理，生产效率偏低、能耗偏高等缺陷，这极大地制约了产品的国际竞争力。本课题所设计的环模制粒机主要用于饲料生产，主要对环模制粒机的喂料系统、调质系统、制粒系统，传动系统四个主要部分进行了设计；并应用了PROE软件进行了三维实体建模；应用ANSYS软件对关键部件进行性能分析与强度校核，得到了零件受载情况下的应力应变图；最后绘制了双螺杆挤压膨化机的二维工程图。本文研究成果对环模制粒机产品的研发、优化有一定的借鉴意义。关键词环模制粒机三维实体造型有限元分析本科毕业设计说明书（论文）第1页共31页毕业设计说明书（论文）外文摘要TITLEROTATINGRINGDIEPELLETMILLDESIGNANDPERFORMANCEANALYSISABSTRACTROTATINGRINGDIEPELLETMILLISTHEKEYDEVICEOFPRODUCINGPELLETFEED，TOALARGEEXTENTDETERMINESTHEPRODUCTIONOFFEEDPROCESSINGANDNOWROTATINGRINGDIEPELLETMILLISWIDELYUSEDINANIMALHUSBANDRY，POULTRYINDUSTRY，FISHERIES，ANDSOONATPRESENT，THEPELLETINGMECHANISMSTUDYOFTHEROTATINGRINGDIEPELLETMILLISFEWINCHINACOMPARINGTHEPELLETMILLWITHTHESAMETYPEOFFOREIGN，THEREARESTILLMANYDEFECTS，SUCHASIRRATIONALSTRUCTURE，LOWPRODUCTIVITY，HIGHENERGYCONSUMPTION，WHICHSIGNIFICANTLYRESTRICTEDTHEINTERNATIONALCOMPETITIVENESSOFOURPRODUCTSTHEROTATINGRINGDIEPELLETMILLINTHISPAPERISUSEDFORFEEDPRODUCTIONTHEARTICLECONTAINSTHEDESIGNPROCESSOFFOURMAINPARTOFTHEMACHINETHETRANSMISSIONSYSTEM,THEFEEDINGSYSTEM，THEQUENCHINGDEVICEANDTHEPELLETINGSYSTEMBESIDESADIMENSIONALSOLIDMODELMADEBYPROENGINEERSOFTWAREISPRESENTEDTHENCONDUCTPERFORMANCEANALYSISANDSTRENGTHCHECKOFKEYCOMPONENTUSINGFINITEELEMENTSOFTWAREFINALLY,DRAWTWODIMENSIONALDRAWINGSOFTHETWINSCREWEXTRUDERTHISARTICLEHASBEENDESIGNEDONTHEBASISOFINNOVATIONITCANBEAREFERENCETOPRODUCTRESEARCHANDOPTIMIZEOFTHEROTATINGRINGDIEPELLETMILL本科毕业设计说明书（论文）第2页共31页KEYWORDSROTATINGRINGDIEPELLETMILLDIMENSIONALSOLIDMODELINGFINITEELEMENTANALYSIS本科毕业设计说明书（论文）第3页共31页目录1绪论111课题背景与研究意义112国内外研究与发展现状2121环模制粒机发展历史2122环模制粒机发展现状413课题研究内容52环模制粒机主要结构的分析与设计521总体设计目标522环模制粒机主电机选择623环模制粒机主要技术参数确定7231喂料器设计7232调制器设计9233环模制粒机核心制粒室设计11234主传动系统设计16235轴承及支架设计193环模制粒机关键部位校核2031主轴校核20311主轴截面左侧强度校核20312主轴截面右侧强度校核2232关键部位压辊有限元分析23321压辊实体模型建立23322压辊材料模型建立23323有限元网格划分23324添加载荷约束24325有限元求解254装配图、零件图2741装配图2742零件图27结论29致谢30参考文献31下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985毕业设计说明书论文作者学院系机械工程学院专业机械工程及自动化题目环模制粒机试验样机的三维设计与性能分析指导者姓名专业技术职务评阅者姓名专业技术职务武凯副教授下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985毕业设计说明书（论文）中文摘要制粒机是饲料机械的四大主机之一，在饲料工业中占有很重要的地位。目前，国内饲料机械企业虽然在制粒机的设计、制造领域取得了很大进步，产品的外观、性能指标不断提高，但是与国外同类型设备相比较，仍然存在结构不合理，生产效率偏低、能耗偏高等缺陷，这极大地制约了产品的国际竞争力。本课题所设计的环模制粒机主要用于饲料生产，主要对环模制粒机的喂料系统、调质系统、制粒系统，传动系统四个主要部分进行了设计；并应用了PROE软件进行了三维实体建模；应用ANSYS软件对关键部件进行性能分析与强度校核，得到了零件受载情况下的应力应变图；最后绘制了双螺杆挤压膨化机的二维工程图。本文研究成果对环模制粒机产品的研发、优化有一定的借鉴意义。关键词环模制粒机三维实体造型有限元分析下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985毕业设计说明书（论文）外文摘要TITLEROTATINGRINGDIEPELLETMILLDESIGNANDPERFORMANCEANALYSISABSTRACTROTATINGRINGDIEPELLETMILLISTHEKEYDEVICEOFPRODUCINGPELLETFEED，TOALARGEEXTENTDETERMINESTHEPRODUCTIONOFFEEDPROCESSINGANDNOWROTATINGRINGDIEPELLETMILLISWIDELYUSEDINANIMALHUSBANDRY，POULTRYINDUSTRY，FISHERIES，ANDSOONATPRESENT，THEPELLETINGMECHANISMSTUDYOFTHEROTATINGRINGDIEPELLETMILLISFEWINCHINACOMPARINGTHEPELLETMILLWITHTHESAMETYPEOFFOREIGN，THEREARESTILLMANYDEFECTS，SUCHASIRRATIONALSTRUCTURE，LOWPRODUCTIVITY，HIGHENERGYCONSUMPTION，WHICHSIGNIFICANTLYRESTRICTEDTHEINTERNATIONALCOMPETITIVENESSOFOURPRODUCTSTHEROTATINGRINGDIEPELLETMILLINTHISPAPERISUSEDFORFEEDPRODUCTIONTHEARTICLECONTAINSTHEDESIGNPROCESSOFFOURMAINPARTOFTHEMACHINETHETRANSMISSIONSYSTEM,THEFEEDINGSYSTEM，THEQUENCHINGDEVICEANDTHEPELLETINGSYSTEMBESIDESADIMENSIONALSOLIDMODELMADEBYPROENGINEERSOFTWAREISPRESENTEDTHENCONDUCTPERFORMANCEANALYSISANDSTRENGTHCHECKOFKEYCOMPONENTUSINGFINITEELEMENTSOFTWAREFINALLY,DRAWTWODIMENSIONALDRAWINGSOFTHETWINSCREWEXTRUDERTHISARTICLEHASBEENDESIGNEDONTHEBASISOFINNOVATIONITCANBEAREFERENCETOPRODUCTRESEARCHANDOPTIMIZEOFTHEROTATINGRINGDIEPELLETMILL下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985KEYWORDSROTATINGRINGDIEPELLETMILLDIMENSIONALSOLIDMODELINGFINITEELEMENTANALYSIS下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985目录1绪论111课题背景与研究意义112国内外研究与发展现状2121环模制粒机发展历史2122环模制粒机发展现状413课题研究内容52环模制粒机主要结构的分析与设计521总体设计目标522环模制粒机主电机选择623环模制粒机主要技术参数确定7231喂料器设计7232调制器设计9233环模制粒机核心制粒室设计11234主传动系统设计16235轴承及支架设计193环模制粒机关键部位校核2031主轴校核20311主轴截面左侧强度校核20312主轴截面右侧强度校核2232关键部位压辊有限元分析23321压辊实体模型建立23322压辊材料模型建立23323有限元网格划分23324添加载荷约束24325有限元求解254装配图、零件图2741装配图2742零件图27结论29致谢30参考文献31下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985本科毕业设计说明书（论文）第1页共31页1绪论11课题背景与研究意义饲料工业是随着动物营养和饲料科学的发展，在工业化水平提高并达到一定阶段后逐步发展起来的跨行业、跨部门、跨学科的新兴工业，也是国民经济的重要基础产业之一。它包括五大部分饲料原料生、饲料加工（包括全价配合饲料、浓缩饲料、精料补充料和添加剂预混合饲料）、饲料添加剂生产、饲料机械生产和饲料科研教育、制标和监测检测等服务体系1。中国饲料工业处于稳定发展期，目前全国有饲料企业15万多家，从业人员约50多万人。中国饲料业改革开放后年平均发展速度保持在20以上。已完成了从手工作坊式的生产到世界第二大饲料生产国的飞越，成为中国重要的支柱产业之一。经过多年的机制体制发展和改革，我国的农业饲料工业已经建成了比较完整的饲料工业体系，饲料工业也慢慢走上了高速发展的道路，向跻身世界饲料工业发展前列的目标迈进。随着饲料工业的迅速发展，高品质高产量高效率的饲料机械的需求量越来越大。目前我国饲料机械工业已具备一定的规模和水平,饲料机械制造企业已发展到90多万家,其中骨干企业600多家。因而研发高产量、高产量、高品质的饲料机械产品已成为支持饲料工业发展的迫切需求。制粒机是饲料机械的四大主机混合机、粉碎机、膨化机、制粒机之一，对饲料加工的产量起到了决定性的作用，在饲料生产中占有很重要的地位1。制粒机制粒快、效果好，设计特殊孔的滤网，仔细筛滤，其摩擦滤网杆能扎碎筛滤坚固粒子，在制药、化工、食品工业广泛应用。环模制粒机是消化吸收国内外先进技术而设计制作的新一代制粒机。现今，在国内以江苏扬州牧羊集团为代表的饲料机械企业在制粒机的设计、制造、装配领域取得了很大进展，产品的外观、性能指标不断地提高，并且与国外同类产品的差距也不断地缩小。尽管如此，我国的制粒机与国外同类型设备相比较，仍然存在着结构不合理，生产效率偏低、能耗偏高等不足，这极大地制约了产品的国际竞争力1。研究设计环模制粒机试验样机有助于对环模制粒机的颗粒制造机理进行更深入的试验与研究，并且有助于对环模的结构参数进行优化1。对设计出具有国际先进水平的环模制粒机具有积极的推进作用，对提高制粒效率与制粒质量，提升我国制粒机产品国际竞争力、进而提高饲料机械设计和制造的整体水平，促进饲料工业的发本科毕业设计说明书（论文）第2页共31页展具有至关重要的理论意义与实用价值。只有制粒机械率先加强技术创新，降低能耗，才能带动整个机械制粒行业走向低碳低排放，节约能源，环保高效的可持续发展道路。12国内外研究与发展现状121环模制粒机发展历史早在1930年之前就初步形成了一些不同原理的机械构思，这些机械构思可以说是现代挤压式颗粒机的前身。最早使用的颗粒压制机是一台在机械结构上与现在的煤球机类似的铸模式设备。两个轧辊作相对旋转运动，轧辊上有凹槽，物料自上而下压制成圆球形颗粒饲料图1。但是用这种方法压制的饲料密度较低并且物料不易被糊化。所以，该工艺没有被人们所普遍接受2。图1铸模式颗粒机示意图在1910年前后，第一台挤压式颗粒机问世。这台机器的操作原理已经与现代的挤压式颗粒机基本相同2。它的原理是用螺旋型物料输送器强行将物料向前推进、挤压并通过模孔，在旋转切刀的作用下，制成颗粒饲料图2。这种机器适用于某些带有选择性的原料，对具有高度凝胶潜力的原料仍需要使用蒸煮膨化机。这样就大大的提高了加工成本。SCHUELER型颗粒机是根据SCHUELER在1920年提出的压缩法构思制造的，这种机器安装两个带有排出孔的齿轮成形模具的轧辊图3，在牙状形齿轮根部有空槽，物料从齿轮的齿根处的空槽排出孔挤出，最后由齿轮内部的切刀切出理想的长度。然而本科毕业设计说明书（论文）第3页共31页这种方法与铸模法和挤压法相比机械磨损大，费用高。圈2早期挤压式颗粒机示意图图3SCHUELER型颗粒机在总结了众多颗粒机原理的基础上，第一台平模制粒机在1920年研制成功。这种机器装有围绕中心轴回转的滚轮，强制物料挤压向下并通过水平固定模板的挤压孔，旋转切刀把饲料切割成理想长度的颗粒饲料2。该机的制粒原理如（图4）所示。平模制粒机有效地提高了制粒机的生产效率、减小了机械磨损程度，但由于平模与直辊接触点的线速度沿径向不同，影响成品的质量均匀和模辊的均匀磨损。因此有人将目光转向了环模颗粒机。几乎在同时期，也研制成功第一台环模颗粒机图5。本科毕业设计说明书（论文）第4页共31页圈4平模制粒机示意圈图5早期环模颗粒机示意图最初的环模制粒机是迫使物料通过单个滚轮圆筒上的模孔，逐渐演变成通过两、三个滚轮的颗粒机。经过几十年的不断改进与发展，环模颗粒机不仅采用了主动滚轮，而且还采用更为普遍的主动环模2。根据兼有水平和垂直成形环模的基本原理而研制成的颗粒机，就是现在的环模式制粒机。这种环模式制粒机在饲料厂中很受欢迎，而且应用非常普遍。环模式制粒机的进一步发展提高了机械强度和性能。根据实际生产的需要，制粒机的设计将向大环模、大功率的大型机械方向发展。122环模制粒机发展现状国外研究制粒机起步比较早，1931年美国CPM公司研制成功了第一台立式环模本科毕业设计说明书（论文）第5页共31页制粒机。1934年该公司又生产了第一台卧式环模制粒机，江苏正昌集团沿用的就是美国CPM公司的制粒机技术。与此同时，英国UMT公司也研制出了环模制粒机，江苏牧羊集团沿用的就是英国UMT公司的制粒机技术。江苏牧羊和江苏正昌是目前国内生产制粒机的两个主要厂家3。七十年代之后，欧洲很多国家也相继研究、生产了环模制粒机。当今世界上畜牧业发达的国家，比如美国、加拿大，仍在继续研究饲料制粒机。对于制粒机的研究方面，中国起步较晚。七十年代江苏牧羊集团研制出我国第一台制粒机，这台制粒机是在逐步吸收英国UMT公司制粒机的原理基础上研发的。与此同时，国内很多高校及科研院所也对环模制粒机进行了深入的研制4。环模制粒机出现以后，制粒机的基本形式就没发生多大变化，而在制造水平和技术性能上则逐步改进。13课题研究内容综上所述，环模制粒机是饲料工业中一类重要的饲料机械，主要用于饲料颗粒的加工制造。本课题以整体设计环模制粒机试验样机为基础，以使设计出的试验样机能准确用于试验为目的，对环模制粒机进行深入的了解和开发设计。随着科技的发展，设计试验样机并不一定要先设计出实物。通过一些电脑软件，可以先虚拟设计，然后进行校核，模拟机器运行，观察机器是否能满足实际生产中的需要。在本课题的设计中，先用PROE软件为操作平台，建立实体的三维模型，再将其转出二维工程图，在AUTOCAD软件中进行细节的修改。制作出设计的标准的环模制粒机工程图。2环模制粒机主要结构的分析与设计21总体设计目标大型的环模制粒机，零件较多，机器的类型不同，外观设计上有些许不同，但总体的结构基本相同，如下图所示（图21图22）本科毕业设计说明书（论文）第6页共31页环模制粒机图21环模制粒机一般主体构造图22环模制粒机结构示意图1下料斜槽2门盖3行程开关4底座5联轴器罩壳6行程开关7主电机8支撑架9切刀结构10轴承11减速器12带传动罩壳13调质电机14链传动罩壳15变频调速电机减速器16喂料绞龙17加油系统18轴承19主传动箱20筒体支座21起吊器22环模制粒机主电机选择电动机是已经系列化的产品，在机械设计中，要根据工作载荷大小及性质、转速高低、启动特性、过载情况、工作环境、安装要求及空间尺寸限制和经济性等要求从产品目录中选择电动机的类型、结构形式、容量和转速，最后确定具体电动机型号。由于，主电机通过皮带传动带动环模转动，不需要调速，因而选用结构简单并且造价低廉的交流电动机。本课题要求环模制粒机的主电机功率为110KW，确定选用本科毕业设计说明书（论文）第7页共31页综合性能较好的Y2系列交流电动机，由额定功率确定选用电机型号为Y2355M110电机。电机外形如图23所示，电机参数如表21所示。图23Y2355M110电机表21Y2355M110电机参数型号额定功率NP/KW额定转速/1RMINY2355M11011059023环模制粒机主要技术参数确定231喂料器设计为保证从料仓来的物料通过料斗能均匀的进入制粒机，通常采用螺旋输送机作为喂料器来均匀的给制粒机喂料。喂料器由喂料料斗，料筒，螺旋输送机轴和喂料电机组成。具体结构如图24所示。本科毕业设计说明书（论文）第8页共31页图24喂料器由于要使输送的物料均匀的进入调质器进行调质，螺旋输送器轴的转速不能过快，一般转速在17150R/MIN5。由此选用体积小，安装方便的减速异步电动机，电机型号为B3YCJ2007573。电机外形如图25所示，电机参数如表22所示。图25B3YCJ2007573电机表22B3YCJ2007573电机参数型号额定功率NP/KW额定转速/1RMINB3YCJ20075737573设计螺旋输送器时要使螺旋叶片输送机的输送量不能过大，均匀的使物料进入调本科毕业设计说明书（论文）第9页共31页制器。输送量Q的计算Q21D006MS015MN73R/MINV055T/K085计算得Q723设计螺旋输送器轴如图26所示，D006M，L13M图26螺旋输送器轴232调制器设计通用型调质器的机构与连续混合机相同。喂料器将一恒定的粉状饲料均匀地喂入调质器。在这里，粉状饲料与蒸汽和其它需要添加的液体原料，如油脂、糖蜜等得到充分的混合，并将调质好的物料输送至压制室。调质器也叫水热处理绞龙，它的主要作用是通过水、热处理，增加物料的塑性和弹性，有利于物料成形。调质器主要由桨叶或绞龙和喷嘴组成，通常在调质器中喷入蒸汽、糖蜜或水，使物料在调质器内与添加物均匀混合并软化，调质的时间越长越好，一般畜禽饲料的调质时间在20秒左右6，在这期间，粉状饲料吸收水蒸汽中的热量和水分，使自身变软，有利于颗粒成形。对于特种动物、水产饲料为提高其质量，提高耐水性，一般要延长调质时间。这种调质器被称为延时调质器。延时调质器被设计能提供20分钟以上的调质时间，一般是通过多级调质，或通过改变普通调质器桨叶的转速来延长调质时间7。调试器如图27所示。本科毕业设计说明书（论文）第10页共31页图27调制器要设计合理的调质筒直径及调质轴转速，需要以调制时间T为参照，一般的调制时间控制在20S左右7。调质轴转速高低对搅拌效果影响很大，速度太高，物料熟化时间短，还没有完全糊化就被送进压粒，饲料品质不理想。反之，调质时间过长，损失过多维生素，流动性差，含水率偏高，影响压粒性能和冷却效果。调质轴转速受较多因素影响，没有固定的计算公式，一般转速控制在100300R/MIN5，由此选用异步减速电机，电机型号为B3YCJ20015212，电机外形如图28所示，电机参数如表23所示。图28B3YCJ20015212电机表23B3YCJ20015212电机参数本科毕业设计说明书（论文）第11页共31页型号额定功率NP/KW额定转速/1RMINB3YCJ20075737573调质筒直径调制时间T22式中V调质筒体积（）D调质筒直径（M）I调质筒长度（M），取I6DV饲料容重（T/），取V055T/K饲料充满系数，取K03Q调质轴输送量，取Q18Q将上述参数代入调质时间T计算式T23D0086因而，调质筒直径由调制时间决定，设计产量Q3T/H，取调质时间的15S，则D300MM，I6D1800MM。调质轴以一定速度转动，调质轴上有矩形片状桨叶，搅拌物料使物料均匀向前推进，调质轴如图29所示。D80MM，L2000MM。本科毕业设计说明书（论文）第12页共31页图29调质轴233环模制粒机核心制粒室设计制粒室是环模制粒机的核心工作室，制粒室由压制机构和机壳组成。压制机构压制机构是制粒机的核心部分，其主要包括环模（压模）、压辊、匀料板和调节机构。制粒的质量、产量在很大程度上决定于压模、压辊的工作状况及压模和压辊的相对位置。压制机构如图210所示。图210压制机构（1）环模设计环模所用材质对于环模的使用寿命有着密切的关系，环模的材质可以采用优质合金钢，目前采用不锈钢较多。对于不易挤压的物料的压制，也可以采用青铜压膜，因为青铜质软，挤压物料比较容易，但使用寿命较短，目前很少使用8。决定环模使用性能和寿面的因素主要有A耐磨性多数压膜的损坏是由于磨损。压膜会因使用而引起表面磨损和模孔增大。压膜的耐磨性随它的表面硬度、显微结构和化学成分而变化；B耐腐蚀性有些饲料成分和添加剂在高温、高压下会引起点蚀，从而腐蚀压膜材料，因此腐蚀是影响压膜性能的最关键因素，必须加以控制；本科毕业设计说明书（论文）第13页共31页C韧性在制粒过程中压膜承受很大的压力，这种压力能引起压膜的即时损坏超过工作时间也会造成压膜的疲劳损伤9。因此，压膜材料的选择、热处理的方法和模孔的多少都是决定压膜韧性的重要因素。目前用于在生产中对于环模的材质的选择，一般分为三大类合金、铬或淬硬的不锈钢、渗碳不锈钢。上述三大类材料有很多品种，它们的物理性能和化学性质又各不相同。每一类材料在制造过程中又能通过特殊的热处理方法改变其性质。综合各方面因素，本课题中设计环模制粒机环模时采用渗碳不锈钢。环模转速是设计环模时的重要依据参数，环模转速对颗粒成型率有影响10，太高的转速容易将压制的颗粒甩碎，降低成型率，是产量下降；环模的转速同时与环模内径有一定的关系，环模在运转时，会产生离心力，如果环模的转速过高，会产生很大的离心力，影响环模制粒机工作时的稳定性。综合各方面因素，环模转速由环模内径的线速度决定，一般取环模内径线速度V25M/S。环模内径线速度计算V（M/S）24环模内径D684MM0684M线速度选择V7M/S则环模转速N195R/MIN则计算出来的符合环模100400R/MIN的合理转速范围5。且由于内径较大，转速不是很大，使离心力不会太大，而影响到机器的工作稳定性。单位功率面积是指压粒主电机每KW所对应环模有效压带面积（）它是衡量制粒机性能的重要参数也是设计制粒机的主要依据5。该参数过大，主电机功率偏小，则造成超载，反之则造成能耗的浪费11。综合各方面因素，一般设计时取3000/KW。A（）25本科毕业设计说明书（论文）第14页共31页S环模压带宽有效面积）D环模内径（MM）B环模压带宽（MM）图211环模简图由单位功率面积理论推导出环模内径的理论尺寸范围D（D与B的一般关系为BKD，一般K取025）26则D648MM，B025D171MM与设计尺寸D684MM，B154MM基本吻合。设计环模三维造型如图212所示环模上打有小孔，使物料通过压辊挤压和离心力作用，从小孔甩出12。模孔直径一般为20190MM。设计时取小孔直径为6MM。本科毕业设计说明书（论文）第15页共31页图212环模（2）压辊设计制粒机一般有23个压辊。压辊将物料挤压入模孔，在模孔中受压成型。为使物料压入模孔，压辊与物料间必须有一定的摩擦力。将压辊制造成不同形式的粗糙表面，以防止压辊“打滑“。齿形压辊齿形压辊有开端式和闭端式两种，其中以开端式最为常见，闭端式可减少物料的向外滑移。窝眼式压辊这种压辊表面钻有许多窝眼，窝眼中填满了饲料，产生一个摩擦表面，成为动力。碳化钨压辊它是将碳化钨颗粒嵌入焊接基质的粗糙表面，碳化钨颗粒非常耐磨。对于磨损压辊严重及粘性大的物料，这种辊面尤为见效。具有碳化钨涂面的压辊，其使用寿命比颗粒辊长3倍以上，但在使用时务必使该辊定位准确，避免磨损压模8。本次设计的压辊是2个齿形压辊，压辊直径大小直接影响压粒时物料摄入角，因而在机器工作条件允许的情况下，应选择大直径的压辊，取压辊的直径D300MM，内径D110MM。压辊三维造型如图213所示，压辊齿形如图214所示。本科毕业设计说明书（论文）第16页共31页图213压辊图214环模齿形234主传动系统设计环模颗粒压制机的传动方式主要有两类一类是齿轮箱式，优点是传动效率高，可实现二级变速，机器的结构比较紧凑，但噪声较大采用精密齿轮传动可降低噪声，机器大修周期长。另一类是皮带式可分为一级、二级三角带传动或同步齿形带传动，优点是噪声低，不需额外的润滑管理，缺点是不能实现低成本的快速变速。不论采用那种传动，解决低成本的无级调速或多级变速是发展的方向。本科毕业设计说明书（论文）第17页共31页本课题设计中主传动系统采用皮带式，在用于传动同时起到支撑作用。主传动部分包括通过电机带动的皮带轮，支撑主轴和支撑主轴的机座。由于制粒机的工作原理，要求物料从调制器中出来，流入制粒室，在质粒室中由于环模转动，物料由于摩擦力的作用被环模扬起，经过压辊挤压和环模的离心力作用，从环模上的小孔挤压出去。所以，在环模制粒机工作时，环模转动，压辊只围绕自己的中心轴转动，而不围绕环模中心公转。根据制粒室环模和压辊工作原理，需要一根主轴支撑压辊，使压辊在不围绕环模中心公转，但是在摩擦力的作用下可以围绕自己的中心自转。如图215所示。图215主轴支撑压辊图216主轴主轴由机座支撑，不转动，只起到定位的作用，固定压辊的位置。虽然压辊不绕轴中心转动，但是环模要围绕轴中心线转动，这时候就要引用皮带轮，使环模绕轴转动起来。如图217所示。本科毕业设计说明书（论文）第18页共31页图217皮带轮带动环模转动环模与环模连接（图218）相连接，环模连接的另一端与皮带轮相连接，环模连接通过轴承固定在轴上。主电机带动皮带轮转动，皮带轮再带动环模连接，继而带动环模转动。图218环模与环模连接相连由于环模连接在与皮带轮连接处直径较大，这就需要内径比较大的皮带轮，内径与环模连接相连，而皮带轮标准件中没有这种皮带轮，因而需要特殊制作皮带轮（如图219）。皮带轮外径通过电机转速与环模转速确定，因为主电机转速为590R/MIN，环模转速为195R/MIN。因而大皮带轮外径D与小皮带轮外径D的比值和环模转速与主电机转速的比值相等。因而由计算得，大皮带轮外径D500MM，小皮带轮外径D190MM。本科毕业设计说明书（论文）第19页共31页图219大皮带轮小皮带轮皮带选择上，选择普通V带，因为在同样的张紧力下，V带传动较平带传动能产生更大的摩擦力。这是V带传动性能上的最主要的有点。在带型选择上，采用单根V带额定功率较高的C型普通V带。由于小带轮转速为590R/MIN，因而单根C型普通V带的功率为12KW。由于环模尺寸较大，为了带动环模平稳转动，采用五根V带传动，既满足了功率要求，也使机器工作稳定性得到了提高。皮带三维造型如图220。本科毕业设计说明书（论文）第20页共31页图220普通V带235轴承及支架设计本课题设计的环模制粒机有三根主要的轴，关键零件在工作中也是作旋转运动，因而轴承必不可少。轴承的选择要符合实际工作要求，安装方便，性能稳定。喂料器轴直径D60MM，通过查询机械设计手册采用深沟球轴承，轴承代号61812，D60MM，D78MM，B10MM。调质器轴直径D80MM，通过查询机械设计手册采用深沟球轴承，轴承代号61816，D80MM，D100MM，B10MM。环模连接与主轴之间的轴承，通过查询机械设计手册采用深沟球轴承，轴承代号6140，D200MM，D280MM，B38MM。压辊与主轴伸出轴之间的轴承同样采用深沟球轴承，轴承代号61916，D80MM，D110MM，B16MM。主轴由机座固定（图221），将轴插入机座突起平台的孔中，进行固定。图221机座本科毕业设计说明书（论文）第21页共31页由于调质器和喂料器的电机是异步减速电机，尺寸和重量较小。所以直接用支架固定。3环模制粒机关键部位校核31主轴校核环模制粒机主轴用于支撑压辊，环模也是通过固定在主轴上的皮带轮带动旋转的，因而主轴的校核至关重要。对主轴校核如下311主轴截面左侧强度校核抗弯截面模量31抗扭截面模量MM32作用于截面左侧的弯矩为作用于截面左侧的扭矩为截面左侧的弯曲应力33截面左侧的扭转切应力34主轴采用的材料为45钢，调质。查机械原理表111得640BMPA，1275MPA，15PA截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及查机械设计原理表23选取。4，8查机械设计原理图28可得轴的材料的敏感系数07Q，0Q所以有效应力集中系数按公式（210A）为117241078K35086Q36本科毕业设计说明书（论文）第22页共31页由机械设计原理图29得尺寸系数091，83轴按磨削加工，由机械设计原理图211得表面质量系数为092轴未经表面强化处理，1Q，则综合系数值为120782379KK376410608338材料特性系数，5计算安全系数CAS127261340AMSK3911548962A3102CASS311所以其安全。312主轴截面右侧强度校核抗弯截面模量抗扭截面模量MM作用于截面右侧的弯矩为作用于截面右侧的扭矩为截面右侧的弯曲应力截面右侧的扭转切应力过盈配合产生的应力集中系数，查机械设计原理表29得本科毕业设计说明书（论文）第23页共31页207891K，0813K312轴按磨削加工，由机械设计原理图211和式212得表面质量系数为02，6495所以综合系数为112823709KK385127263401AMSK1579892A21CASS所以轴在右侧强度足够，校核安全。32关键部位压辊有限元分析有限元分析软件的发展对现代设计业起到了极大的推动作用，通过有限元理论，材料的强度刚度校核可以很好的移植到电脑内运算，让安全设计更加有效而快捷14。早期的设计校核需要大量的实验数据来进行分析，实验也只能定量的测算出设计的安全性，这样耗费了大量的金钱在实验建设和安全保障上，使设计增加了不必要的强度，浪费了材料15。近年来，ABAQUS、ANSYS等有限元软件大行其道，占领了有限元分析软件市场很大的份额。PRO/E、SOLIDWORKS等三维设计软件也通通加载了有限元分析插件，使设计更加方便。本文采用ANSYS软件的有限元分析功能，对环模制粒机压辊的强度进行了校核。321压辊实体模型建立在ANSYS作有限元分析过程中，建立几何模型是必不可少的一个过程，本文采取本科毕业设计说明书（论文）第24页共31页PROE建立实体三维模型，利用ANSYS的高级接口技术，完成数据的转换，实现几何模型的建立。322压辊材料模型建立在有限元分析计算中我们需要定义材料属性。在对压辊进行静强度分析时，所要定义的材料属性有压辊材料采用渗碳不锈钢。材料属性为弹性模量E206GPA、泊松比为027、密度为7920KG/。323有限元网格划分在ANSYS软件中可选择三维单元，将用PROE成型的压辊三维零件作为三维单元。分析过程中定义材料属性。压辊的材料较为广泛，如45钢、合金钢、不锈钢、硼贝氏球铁等。弹性模量E206GPA，泊松比为027。由于表面图形凹槽较多，采取自由划分网格模式，划分等级1级。划分单元格如图31所示。图31网格划分324添加载荷约束由于压辊是固定在主轴伸出轴上，内孔装有轴承，使压辊在摩擦力作用下绕轴旋本科毕业设计说明书（论文）第25页共31页转，所以压辊内孔处是完全约束。在环模制粒机工作时，物料进入制粒室，由转动的环模带动，到达压辊靠近环模的一侧，使压辊挤压物料。因而压辊只有靠近环模的一侧受力。因为工作时受力较为复杂，在有限元分析时，假设载荷加在九个凹槽的上表面。由于环模转速为V7M/S，主电机额定功率为110KW，由皮带轮传动，通过计算皮带轮效率和电机工作功率。计算得压辊靠近环模一侧的总载荷为174663N，因而单个面受到载荷为19407N。受载荷如图32所示。图32添加载荷与约束325有限元求解进行有限元分析，得到形变位移图（图33）、应变图（图34）和应力云图（图35）本科毕业设计说明书（论文）第26页共31页图33形变位移图图33应变图本科毕业设计说明书（论文）第27页共31页图24应力云图经过有限元分析，压辊所受的最大应力为17339MPA，小于材料的许用应力。故压辊的设计符合要求。4装配图、零件图41装配图装配图是表达机器或部件整体结构的一种图样。一般在设计机器时，应按照设计尺寸先画好零件图，装配图。随着三维设计制图的发展，三维造型软件可以进行更直观更易懂的整体设计。在生产阶段，装配图是编制装配工艺，进行装配、检验安装、调试以及维修等工作的依据。可见，装配图仍然是在生产中的基本技术文件，是不可缺少的。它包含零件序号、主要装配尺寸、技术要求等。本文三维装配图如图41所示。本科毕业设计说明书（论文）第28页共31页1喂料器电机2喂料器3调质器4调质器电机5主电机6机座7主轴8皮带轮9制粒室图4142零件图作为生产基本技术文件的零件图，应当提供生产零件所需的全部技术资料，如
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