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买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 料挤出机 要 本文旨在研究塑料挤出机的结构形式,及工作原理。挤出成型在塑料制品成型加工工业中占有很重要的地位。据统计,在塑料制品成型加工中,挤出成型制品的产量居首位。因此,塑料挤出成型机械无论是现在还是将来,都是塑料加工行业中得到广泛应用的机种之一。本设计通过对塑料挤出机结构的了解,从而熟悉它的工作原理,经过推敲,选择合理传动系统总体布置形式,螺杆,机筒,减速器选择及轴承布置形式等,分离型螺杆与摆线针轮减速器的选用是本文要点,本文主要参考 8061螺杆塑料挤出机进行选择螺杆及机 筒材料,公差,装配精度及冷却等方面进行选择与较核,并逐步确定一些设备及零部件的型号及尺寸等参数,画出实验装置的原理图、装配图,并进行必要的校核,并最终确定零部件的型号及尺寸等参数。本说明书可以进一步加深读者对本装置的理解和认识。同时本装置具有结构相对紧凑、性能可靠、价格相对便宜、完全具有自主知识产权的特点,因此非常适合大中小型塑料加工成型的厂家生产或购买。 关键词 轴承布置;分离型螺杆;摆线针轮减速器 买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 to of in an to in of or in is in of of a of of of is is B/ of of of is is so is of is by is of to 文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 录 摘要 . I . 1 章 绪论 . 1 课题研究的背景及意义 . 1 课题研究内容 . 4 第 2 章 塑料挤出机主机总体布局设计及其传动方式的确定 . 6 驱动电机的选择 . 6 运动情况分析 . 7 总体布置 . 7 挤出机传动系统的设计 . 8 挤出机的工作特性 . 8 挤出机驱动 功率的确定 . 9 挤出机的转速要求及其调速范围 . 10 传动系统的组成、形式、调速方式 . 10 挤出机螺杆轴承部分的结构及其布置形势 . 15 螺杆轴承布置形式的设计 . 16 轴承的冷却和润滑 . 17 螺杆与传动轴的装配结构 . 17 止推轴承的选择 . 18 螺杆的装拆 . 19 第 3 章 挤压系统的设计 . 20 螺杆形式的选择 . 20 分离型螺杆的工作性能 . 20 分离型螺杆的设计 . 20 长径比的确定 . 20 压缩比及螺槽深度的确定 . 20 螺杆各段长度的确 定 . 21 螺棱宽度 e 的确定 . 21 螺纹升程的确定 . 21 螺纹头数 . 22 间隙 G 的确定 . 22 螺纹断面形状的选取 . 22 螺杆材料的选择 . 23 机筒的设计 . 23 机筒的结构类型及其选择 . 23 加料口 . 24 机筒材料的选择 . 25 螺杆与机筒的强度较核 . 25 物料在机筒内的压力分布 . 25 螺杆轴向力的确定 . 26 买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 螺杆强度的计算 . 26 机筒强度的计算 . 28 挤出机主要零部件的安全系数的确定 . 30 螺杆与机筒的配合要求 . 30 螺杆与机筒的配合间隙 . 30 螺杆与机筒的对中性 . 30 挤出机加热冷却系统的设计 . 31 挤出机加料系统的设计 . 31 挤出机的冷却装置 . 32 机筒的冷却 . 32 螺杆的冷却 . 32 料斗座的冷却 . 32 挤出机的温度控制 . 32 第 4 章 主要零件强度,寿命的较核 . 33 双列向心球轴承的寿命较核 . 33 平键较核 . 33 第 5 章 挤出机仿真 . 34 . 34 . 34 型总体的装配 . 37 动仿真的创建 . 39 结论 . 40 致谢 . 41 参考文献 . 42 附录 . 43 买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 1 章 绪论 课题 研究的背景及意义 该课题属于塑料成型机械的设计,一般来说,能将高分子聚合物树脂加工成型为塑料制品的机械都称为塑料成型机械挤出成型是塑料成型加工的重要成形方法之一。大部分热塑性塑料都能用此方法成形。挤出成型是是在挤出机上进行地,挤出机是塑料成型加工机械的主要装备之一。用挤出成型生产的产品广泛的应用于人们生活以及农业,建筑,石油化工,机械制造,国防等工业部门。塑料机械行业是为塑料制品行业提供加工装备的,近几年中国的塑料机械行业发展迅速,其发展速度与所创主要经济指标在机械工业的 194 个行业中名列前茅。塑料机械年制 造能力约 20 万台(套 ),门类齐全,在世界排名第一。 目前中国的主要塑料机械制造企业近 400家,大、中企业 200 家左右,上规模的骨干企业有 10家。新兴塑料机械企业掌握高新技术,具有科技创新、制度创新、管理创新等一系列特点,已引起国内外同行的注目。 中国塑料机械企业主要分布在东南沿海、珠江三角洲一带,其中宁波地区发展势头最猛,现已成为中国最大的注塑机生产基地,年生产量占国内注塑机年总产量 1/2以上,占世界注塑机的 1/3。 塑料模具行业的更新换代,技术创新也出现了前所未有的喜人变化。广东汕头地区大部分企业已 全套引进德国、法国、意大利及我国台湾省的最新计算机自动化模具加工技术,大大提高了模具技术性能、质量档次。 中国塑料机械虽然发展很快、生产品种也较多,基本上能供给国内塑料原料加工与塑料制品加工、成型所需的一般技术装备,个别产品也进入世界前列,但与工业发达国家如德国、日本、意大利相比,中国塑料机械还有一定差距,主要表现在品种少、能耗高、控制水平低、 性能不稳定等方面。 目前中国塑料机械产品主要集中在通用的中小型设备上,技术含量低, 20世纪 80械制造能力过剩,企业效益下降。有的 品种特别是超精大型高档产品还是空白,仍需进口。据 2001 年统计,中国进口塑料机械使用外汇 出口塑料机械创汇只有 口远大于出口。 中国加入世界经贸组织 (,国外的机械制造业加速对华转移,世界一些知名的塑料机械企业,如德国德马克、克虏伯、巴登菲尔,日本住友重工等公司先后“进驻”中国,有的还进一步设立了技术中心。国外塑料机械制造商的进入给中国塑料机械行业带来了发展活力,同时也使中国塑料机械制造企业充满了机遇与挑战。 买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 出机也是塑料机械的主要品种之一,占塑料机械总产值的 31%,用挤出机加工的塑料制品占其总量的 1/3左右。 单螺杆挤出机无论作为塑化造粒机械还是成型加工机械都占有重要地位,近几年业,单螺杆挤出机有了很大的发展。目前德国生产的大型造粒用单螺杆挤出机,螺杆直径达 700量为 36t/h。 单螺杆挤出机发展的主要标志在于其关键零件 螺杆的发展。近几年以来,人们对螺杆进行了大量的理论和实验研究,至今已有近百种螺杆,常见的有分离型、剪切型、屏障型、分流型与波状型等。 从单螺杆发展来看,尽管近年来单螺杆挤出机已较为完善,但随着高分子材料和塑料制品不断的发展,还会涌 现出更有特点的新型螺杆和特殊单螺杆挤出机。从总体而言,单螺杆挤出机向着高速、高效、专用化方向发展。 通过对“ 料挤出机”的设计,建立正确的产品设计思想,掌握产品设计的流程,各个设计阶段解决问题的方法和手段。为毕业后实际设计产品奠定良好的基础。 在宏观经济快速增长的背景下,中国塑料机械行业在连续 6 年高速增长之后, 2007 年继续保持了强劲增长的态势,呈现出结构优化、效益提高和首获名牌等诸多亮点,主要经济指标创造了历史新高,生产总值增长达到 高于国内生产总值的增长,取得了进入新世纪以 来连续 7 年高速增长的好成绩,实现了历史性的跨越,交上了一份令人欣喜的“成绩单”。进入 2008 年以来,由于经济社会发展中出现了一些新情况,不确定的因素较多,塑机行业的生产、销售、出口、效益等主要经济指标增长速度明显放缓,但是,仍然是一份整体向好发展的“业绩表”。 2007 年,我国塑机行业虽然面对国内外市场的激烈竞争,面对世界性能源及原材料供应的趋紧,承受了钢材等原材料和石油价格上涨的压力,面对节能减排形势严峻、通货膨胀和外贸顺差压力的进一步加大,仍然显示了强劲上升的势头,经济运行比去年更好。关于 2007 年塑机行业的经济运行状况,可以概括为如下六个明显特点,即:主要指标再创新高,发展速度持续加快,自主创新能力增强,结构调整稳步推进,节能减排积极进展,自主品牌取得突破。 2007 年,全国塑机行业的发展不仅增长快,而且质量好、效益高,主要表现是“五个再创新高”。一是产值总额再创新高,据对全国 418 家规模以上企业的统计,全年产值总额为 元人民币,比 2006 年增长 二是销售总额再创新高,全年销售总额为 元人民币,比 2006 年增长 三是 出口总额再创新高,全年出口总额在 美元,比 2006 年增长 四是资产总值再创新高,全年资产总值为 元人民币,比 2006 年增长 五是利润总额再创 2007 年我国塑机行业之所以能够取得前所未有的好成绩,主要得益于企业自主创新能力的增强,得益于行业科技水平的提升,具体表现在六个方面。 买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 研发机构逐渐增加。目前,我国塑机行业已有国家级专业研究中心 3 个,国家级企业技术中心 4 个,国家首批 103 家创新型企业试点单位 1 家,省级企业技术中 心 16 个,市级企业技术中心 38 个。企业研发机构的逐渐增多,进一步增强了行业的创新能力。 创新投入逐渐增大。为了使自主创新具有源源不断的“血液”,全国塑机企业加大了资金投入,骨干企业投入科技创新的资金一般在营销总额 3右,其他企业投入的资金则在营销总额的 2%左右。 合作创新逐渐深化。大部分骨干企业都与高等院校和科研院所建立了密切的合作关系,例如,与中科院、清华大学、北京化工大学、华南理工大学、浙江大学等高校,建立了以企业为主体、市场为导向、产学研相结合的科技创新体系,积极开展了联合攻 关和合作创新活动。 技术交流逐渐拓展。 2007 年,中国塑料机械工业协会先后组识了 6 次规模较大的科技交流活动,积极参与科技交流的企业不断增多,技术交流的内容不断深入。 创新团队逐渐壮大。据不完全统计,全行业从事教学和研发的科技人员己超过 1800 人。 2007 年,根据企业建设创新型人才的迫切要求,中国塑料机械工业协会与北京化工大学联手组织了 2 期高级研修班,为企业培训科技人员 130 多人。 创新成果逐渐增多。据初步统计,全行业 2007 年获得国家专利 53 项,开发新产品 82 个, 并有 76 项科技成果荣获得各省、地(市)、县的奖励 结构调整稳步推进新高,全年利润总额在 元人民币,比 2006 年增长 2007 年我国塑机行业的一个新亮点是,坚持以科学发展观为指导,坚持以市场为导向,大力调整产品结构,加快转变企业和行业发展方式,从而使全行业在产品结构调整方面实现了五个转变。 (1)不愿打“价格战”,向主动打好“科技战”转变。在经历过此起彼伏的“价格战”之后,业内企业更加认清了非理性竞争给企业带来的危害、给行业带来的负面影响,因而,不断加大了技术投入, 纷纷在科技创新上做文章,进入了技术层面的竞争。 (2)从数量扩张为主,向质量提升转变。大多数企业更加注重经济发展方式的转变,更加注重提升产品质量,按照优质、高效、节能、低耗、安全、清洁生产的要求,以自主创新提高产品的科技含量,以严格的质量管理确保产品质量。 (3)从低端产品为主,向中、高端产品转变。全行业加快了以技术为支撑、市场为导向的新产品开发速度,加大了中、高端产品的开发力度,在自主研发的新产品中,一批高精、高速、高效的新产品不仅填补了国内空白,还达到了国内领先水平;有些新产品还突破了国外技术垄断, 进入世界塑机行业的前列。 买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 4)从主机生产为主,向主机和功能部件协调发展、协同创新转变。例如,在注塑机生产方面,在格外重视主机生产技术创新的同时,也十分重视注塑机的关键部件 螺杆等部件的创新,力求提高整机的全面创新水平和科技含量。 (5)从满足国内需求为主,向加快走进国际市场转变。我国塑机行业在基本满足国内需求的同时,加快了“走出去”步伐。 2007 年,我国塑机出口大幅提升,出口总额超过 美元,出口国家和地区达到了 120 多个,创造了历史新高。 面对国内外环境的错综复杂,物价上涨的 压力继续增大,以及行业经济素质性、结构性矛盾叠加共振的新情况、新问题,全国塑机行业振奋精神,迎难而上,全面落实科学发展观,扎实推进产业转型升级,行业经济继续朝着宏观调控的预期目标和发展方式转变,整体经济形势保持了协调健康快速发展的良好态势。 课题研究内容 课题研究的主要内容:一台挤出机通常有主机,辅机及控制系统组成,通常这些组成部分通称挤出机组。 塑料挤出机的主机是挤塑机,它由挤压系统、传动系统和加热冷却系统组成。 挤压系统包括螺杆、机筒、料斗、机头、和模具,塑料通过挤压系统而塑化成均匀的熔体,并在这一过程中所建立压力下,被螺杆连续的挤出机头。 ( 1) 螺杆 是挤塑机的最主要部件,它直接关系到挤塑机的应用范围和生产率,由高强度耐腐蚀的合金钢制成。 ( 2) 机筒 是一金属圆筒,一般用耐热、耐压强度较高、坚固耐磨、耐腐蚀的合金钢或内衬合金钢的复合钢管制成。机筒与螺杆配合,实现对塑料的粉碎、软化、熔融、塑化、排气和压实,并向成型 系统连续均匀输送胶料。一般机筒的长度为其直径的 15 30 倍,以使塑料得到充分加热和充分塑化为原则。 ( 3) 料斗 料斗底部装有截断装置,以便调整和切断料流,料斗的侧面装有视孔和标定计量装置。 ( 4) 机头和模具 机头模具不在该课题研究范围之内。 传动系统的作用是驱动螺杆,供给螺杆在挤出过程中所需要的力矩和转速,通常由电动机、减速器和轴承等组成。 加热与冷却是塑料挤出过程能够进行的必要条件。 ( 1) 现在挤塑机通常用的是电加热,分为电阻加热和感应加热,加热片装于机身、机 脖、机头各部分。加热装置由外部加热筒内的塑料,使买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 升温,以达到工艺操作所需要的温度。 ( 2) 冷却装置是为了保证塑料处于工艺要求的温度范围而设置的。具体说是为了排除螺杆旋转的剪切摩擦产生的多余热量,以避免温度过高使塑料分解、焦烧或定型困难。机筒冷却分为水冷与风冷两种,一般中小型挤塑机采用 风冷比较合适,大型则多采用水冷或两种形式结合冷却;螺杆冷却主要采用中心水冷,目的是增加物料固体输送率,稳定出胶量,同时提高产品质量;但在料斗处的冷却,一是为了加强对固体物料的输送作用,防止因升温使塑料粒发粘堵塞料口,二是保 证传动部分正常工作。 买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 2 章 塑料挤出机主机总体布局设计及其传动方式的确定 驱动电机的选择 根据: 分析可知: 亦即三相异步整流子电机和直流电动机。下面对于两种电机的工作特性用图线形式给以描述, 如图 2( a) ( b) 图 2通过分析电动机特性及满足要求等方面得到以下结论 三相异步整流子电动机的工作特性曲线与计出机的工作特性曲线相近,采用它做原动机,能够保证有较高的功率因素与效率,而且这种电机启动性能好,运转性能稳定,但当调速范围大于 1/3 时,电动机体积明显加大,成本也相应大提高, 同时挤出机的工作环境粉尘大,调速范围大,因此不选用此种电机。 由图 2知,直流电动机的调速范围广,启动也较稳定,具有两种买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 速方法的特点,使其能够得到充分的利用,挤出机挤出口塑料要求在冷却时有一定的牵引力,这就要求牵引速度与挤出机的挤出速度有一定的比例,要求牵引速度与挤出速度之间形成反馈,用直流电动机能满足这个要求。 综上所述,采用直流电动机,其型号为 种电机空间利用率高,换向良好,具有体积小,性能好,重量轻,输出功率大,效率高,及可靠性高的特点,其安装尺寸及外型尺寸如下 表 24形及安装尺寸 安装尺寸 A B C D E F K 216 405 89 38 80 10 5 132 12 外形尺寸 C D L 60 295 240 527 669 864 运动情况分析 根据国内外常用情况、工作机构的工作机械特性、调速情况、性能参数、工作情况以及选用电动机的调速范围和类型;机械传动系统的性能,尺寸,重量和布置的要求;工作环境高温,低温,潮湿,腐蚀,易燃等制造工艺性能和经济要求,制造维修费用,生产批量,使用寿命 。 根据以上情况与特点,选择两种传动方案 ( 1)电机 行星齿轮减速器 ( 2)电机 减速器 分析两种传动方案 靠中间的挠性体(皮带)与带轮之间的摩擦力传递功率,皮带传动结构简单,制造维修方便,传动平稳,吸振性好,噪音小,传动中心距大,具有过载保护。 动链短,效率高,但无过载保护。 结论:根据挤出机的运动特点,要求工作平稳,振动小,噪音低,恒扭矩等,故选择方案 a 较合适。 总体布置 传动系统 布置形式多为三种,其一为电动机放于挤出机后面,与挤出系统成一字式排列;其二为电动机放于挤出系统下面;其三为大中规格挤买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 机的常用形式,此次设计的挤出机为小型挤出机,故要求占地面积小,外形美观,结构紧凑,安装维修方便。综上所述经比较,选择第二种布置形式最佳,其外形轮廓如图 2示。 图 2出机总体布置图 挤出机传动系统的设计 传动系统是挤出机的主要组成部分之一,它的作用是驱动螺杆,并使螺杆能在选定的工艺条件下获得所需要的扭矩和转速,以完成对塑料的塑化和输送。 传动系统的设计主 要考虑如下几个方面的问题 螺杆的驱动功率和传动扭矩,螺杆的转速范围及调节方法,螺杆的轴承布置,传动系统的零部件及强度计算,各部件的布置是否合理,传动系统是否使用可靠和符合所规定的噪音标准,操作和维修是否安全方便等。 挤出机的工作特性 它是指螺杆的转速与驱动功率和扭矩之间的关系,下图为挤出机驱动功率与转速的关系曲线(其中 从图中 2以看出挤出机的驱动功率的消耗是随着转速的提高而增加的。 直线的斜率表示扭矩 出机的这种随螺杆的转速 之为恒扭矩特性。 买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 123456N / k 0 15 20 25 30 35 40n / r / m i 出机驱动功率与转速关系曲线 根据公式 1 N k ( 2中 N 功率, K 常数(与螺杆几何参数有关); N 螺杆参数; x 指数, x 1; 根据实验表明:挤出机的功率的增加与转速近似成正比,挤出机的工作特性基本上是恒扭矩的。 挤出机驱动功率的确定 由于挤出机驱动功率受很多因素的影响,至今还没有一个比较精确的方法确定,一般采用如下经验公式计算驱动功率 1 N K 2( 2 式中 N 挤出机的驱动功率, 螺杆直径, N 螺杆转速, r/ K 系数,可根据实 验和统计分析确定, 90K 于 65 挤出机则有 N ( 15 90) 买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 虑到挤出机的各种损耗,决定选用 直流电动机(证明前面的选择正确),该电机的技术数据如表 2 示 表 24直流电动机技术数据 额定 功率 定 转速 r/磁 转速 r/极 电流 A 励磁 功率 w 效率 () 惯量矩 kg/重量 5 1510 2500 30 60 挤出机的转速要求及其调速范围 挤出机的转速要求有两方面,一是能无级调速,另外是应有一定的调速范围,前者是为了控制挤出质量及辅机的配合一致,后者是针对挤出机应具有适应各种加工条件情况而提 出来的,要达到对产品的产量和质量的控制除可通过控制温度,压力等条件来实现外,其中一个重要方面是靠改变螺杆的转速来控制的,以上这几个方面就要求螺杆转速能在一定范围内任意改变。 所谓挤出机的调速范围就是指螺杆的最高转速与最底转速之间的比值,转速范围的确定是很重要的,因为它直接影响到挤出机所能加工的物料和产品的范围,机器的生产率,功率的消耗,制品的质量,设备的成本和操作是否方便等。 对于 挤 出机,调速范围应为 1 K= ( 2 K =90/15=6 传动系统的组成、形式、调速方式 挤出机的传动系统通常是由原动机(如电机等),调速装置和减速装置组成,这三者之间是紧密相联的,如有些原动机其本身即可调速,也有调速装置与减速装置合在一起的。 1原动机 根据分析,采用直流电机 采用电动机 本身无级调速,当改变电枢电压时,得到的是恒扭矩调速;改变励磁电压时,得到的是恒功率调速。随着转速的增加而其功率不变而扭矩相应的减小,挤出机便市利用了直流电动机的这种调速方法的特点。 考虑到传动比与结构,选用摆线针轮减速器,摆线针轮减速器的特点如下 买文档就送您 纸全套, Q 号交流 401339828 或 11970985 ) 传动比范围大,单级传动比可达 6 2) 体积小,重量轻; 3) 效率高; 4) 运转平稳,噪音低; 5) 工作可靠,寿命长。 摆线针轮减速器原理如图 2示 图 2线针轮减速器工作原理图 ( a) 传动比的确定 直流电动机 500r/杆 5有总减速比为 i=1500/90 = b) 传动比
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