双螺杆挤出机的毕业设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 1 - 1 双螺杆挤出机设计概述 双螺杆挤出机概述 塑料挤出成型是在挤出机中通过加热、加压而使塑料以及熔融流动状态连续通过口模成型的方法，或简称为挤塑。 挤出成型是聚合物加工中出现较早的一门技术 ,在 19世纪初已有使用。挤出成型可加工的聚合物种类很多 ,制品更是多种多样 ,成型过程也有许多差异比较常见的是以固体块状加料挤出制品的过程。其挤出成型过程为 :将颗粒状或粉状的固体物料加入到挤出机的料斗中 ,挤出机的料筒外面有加热器 ,通过热传导将加热器产生的热量传给料筒内的物料 ,温度上升 ,达到熔融温度。机器运转 ,料筒内的螺 杆转动 ,将物料向前输送 ,物料在运动过程中与料筒、螺杆以及物料与物料之间相互摩擦、剪切 ,产生大量的热 ,与热传导共同作用使加入的物料不断熔融 ,熔融的物料被连续、稳定地输送到具有一定形状的机头 (或称口模 )中。通过口模后 ,处于流动状态的物料取近似口型的形状 ,再进入冷却定型装置 ,使物料一面固化 ,一面保持既定的形状 ,在牵引装置的作用下 ,使制品连续地前进 ,并获得最终的制品尺寸。最后永切割的方法截断制品 ,以便储存和运输。 挤出成型加工的主要设备是挤出机，此外，还有机头口模及冷却定型、牵引、切割、卷取等附属设备。其挤出制品都 是连续的形体，在生产及应用上都具有多方面的优点。据统计，在塑料制品成形加工中，挤出成型制品的产量约占整个塑料制品的 50以上。所以，挤出成型在塑料制品成型加工工业中占有重要地位。 塑料在挤出机内熔融塑化，通过口模成为所需要的形状，经冷却定型而得到与口模断面形状相吻合的制品。 挤出成型是塑料加工工业中最早的成型方法之一。早在 19世纪初期，挤出机就用于生产铅管、面条。早期的挤出机是柱塞式的，直到 1936年才研制成功电加热的单螺杆挤出机，这就是现代塑料挤出机的起源。 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 2 - 同其他成型方式相比，挤出成型具有以下突出优点。 造容易，因此投资少，见效快，占地面积小，生产环境清洁。 出机的单机产量较高。特别适合于较长的尺寸的制品。如制造较长的管材，板材、型材、薄膜等，而且产品质量均匀、密实。其生产效率的提高比其它成型方法快。 动化生产。生产操作简单，工艺控制容易，产品质量稳定。 变产品的断面形状。其产品为管材、棒材、片材、板材、薄膜、电缆、单丝、中空制品及异型材等。 要改变螺杆及辅机，就能适用于多种塑料及多种工艺过程 。例如，可以加工大多数热塑性塑料及部分热固性塑料，也能用挤出法进行共混改性、塑化、造粒、脱水和着色等。 出机与压延机配合，可以喂料生产压延薄膜，与油压机配合生产各种模压制品。 随着聚合物加工业的发展，作为聚合物的主要加工设备之一的挤出机得到了飞速发展，并以其优异的加工性能得到了越来越广泛的应用。 一套完整的挤出设备由主机 和 相应的辅机 以 及其它控制系统组成。 通常这些组成部分统称为挤出机组。它主要包括挤出系统、传动系统和加热冷却系统及控制系统。 它由料斗、螺杆和机筒组成 ，是挤出机工作的核心部分。其作用是使塑料塑化成均匀 的 熔体，并在此过程中建立压力，再被螺杆连续、定压、定温、定量地挤出机头。 它由电机、调速装置及传动装置组成。其作用是驱动螺杆，并保证供给螺杆在工作过程中所需的扭矩和转速。 它由温度控制设备组成。其作用是通过对机筒进行加热和冷却，保证挤出系统的成型在工艺要求的温度范围内进行。 它主要由电器、仪表和执行机构组成。其作用是调节控制螺 杆的转速、机筒温度、机头压力等。 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 3 - 在挤出成型中，应用得最广的是单螺杆挤出机和双螺杆 挤出机。双螺杆挤出机是在挤出机机筒中并排地安装两根螺杆的一种挤出机，它是在单螺杆挤出机的基础上发展起来的。最初的双螺杆挤出机是 20 世纪30年代后期在意大利开发的。 发了同向旋转式双螺杆挤出机， 发了异向旋转式双螺杆挤出机。 单螺杆挤出机易于加工粒料，对粉料则不易加工。对那些形状不规则的或是含湿度很大的悬浮料、乳剂料或分子量很高因而粘度很高的料等，实际上无法加工。单螺杆挤出机对于加入无机填料的适应能力也是差的，且混炼效果较差。 与单螺杆挤出机相比，双螺 杆挤出机具有一系列的优点，如双螺杆挤出机可以用在混炼、排气、脱水、造粒粉料直接挤出以及玻璃纤维或其他填料的填充增强改性等方面。据资料介绍，近年来西欧工业国家的双螺杆挤出机的数量已达到挤出机台数的 40%左右。特别是在成型加工中，应用更多、更广。例如，在管材和造粒中几乎全部使用双螺杆挤出机，在板材和型材的成型中，双螺杆挤出机约占 80 90%。尤其对 加工，双螺杆挤出机更是具有极大的优越性。因为其剪切速率较低（主要指异向旋转的双螺杆挤出机）、自洁性好、在机筒中物料停留时间短。此外，双螺杆 挤出机还具有剪切力大、传热面积大、计量准确、回流少、供料性能好、混炼效果好、塑化效果好等优点。目前，双螺杆挤出机主要用作成型加工、预塑混炼、聚合反应以及废料处理方面。近几年来，我国在双螺杆挤出机的生产和应用方面同样也都得到了迅速的发展。 目前，双螺杆有许多种类型，其主要可以分为： 者两根螺杆的轴线互相平行，后者两螺杆的轴线相交成一角度。平行双螺杆挤出机相比较于锥形双螺杆基础机的优点是：平行双螺杆挤出机具有压延长度较大，压延有强烈的塑化与均化能力的效果，而且 螺杆平均直径小，转速较低，因此，平均剪切速率也较低，压延频率高，纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 4 - 不低于锥形螺杆。 合型又可以分为部分啮合和全啮合型。 非啮合型的一根螺杆的螺棱不伸到另一根螺杆的螺槽中去，而非啮合型则是两根螺杆的轴线分开的距离小于两根螺杆外半径之和，即一根螺杆的螺棱插到另一根螺杆的螺槽中去。根据啮合程度（即一根螺杆的螺棱插到另一根螺杆的螺槽中的深浅程度），啮合型又可以分为部分啮合和全啮合型。 以分为同向旋转与反向旋转。 顾名思义，同向 旋转双螺杆挤出机的两根螺杆的旋转方向相同，异向旋转双螺杆挤出机的两根螺杆的旋转方向相反。它可以是向内旋转或向外旋转。 挤出机整体方案设计 近年来，双螺杆挤出机得到了迅速的发展，但由于双螺杆挤出机的复杂性和种类的多样性，以及双螺杆理论的不成熟，所以至今还没看到有关双螺杆挤出机参数设计和结构设计的比较系统的文献，因此对双螺杆挤出机的设计更多地只能停留在经验设计的水平上。当然，经验设计是必须服从挤出工程的基本规律的，所以由此所进行的有关双螺杆挤出机的设计是具有一定的科学性与理论性的。 双螺杆挤出机的应用 ，都 是 以机组的的形式出现。挤出机组包括主机（即通常说的挤出机）、机头和辅机。因而就双螺杆挤出机的总体设计而言，它可以包括主机（螺杆挤出机）、机头和辅机的设计，也可以单指主机的设计。 因此 双螺杆挤出机的设计应当包括双螺杆挤出机类型的确定 、 整体方案的确定 、 主要技术参数的确定 、 挤压系统的设计 、 传动系统的设计 、机头的设计、 加料系统的设计 以及双螺杆挤出机辅助系统的设计 等。 开式设计和闭式设计的选择 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。 啮 合同 向双 螺杆 挤 出机大多采用 这 种 设计 。纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 5 - 谓闭 式 设计 ，其 挤压 、冷 却 加 热 系 统 的外面都有罩子，其余各部分有 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。所以 本设计 中采用 开 式 设计 。 一阶机和二阶机的选择 所 谓 一 阶 机，是指主机只有一 个挤压系统 ，包括一套螺杆、机筒和传动 箱；而二 阶 机是指主机 有两个挤压系统 ，包括 两 套螺杆、机筒和 传动 箱，柔性串起 来组 成主机。就目前 见 到、用于成型制品的 双 螺杆 挤 出机 组的 主机多是一 阶 的，如 啮 合平行异 向双 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。本 设计 中 以 采用一 阶 式 为 宜。 整体式和积木式的选择 一般 啮 合异向旋 转 的 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 并 进 行重新 组 合安 装 。 国 外流行的 啮 合同 向双 螺杆 挤 出机 绝 大多数都设计成积 木式的，即其机筒、螺杆有若干 组 件 组 成，可根据使用需要 进 行重新 组 合安 装 。也有的厂家生 产 的 双 螺杆 挤 出机，除了其机筒、螺杆是 组 合式外，其扭距分配器和 齿 轮 箱做成 积 木式，通 过 更 换 扭距分配器可以 将双 螺杆 挤 出机改 变 成异向旋 转 或同向旋 转 ；去掉扭距分配器，其 齿轮 箱 还 可以与 单 螺杆 挤压系统 相接 ，组 成 单 螺杆 挤 出机。本 设计 中采用整体式 设计 。 封闭式机筒与剖分式机筒的选择 双 螺杆 挤 出机的机筒有的是整体式的，有的是由若干段 组 成，但机筒均不能 打开 分成 两 段，它 们 是 封闭 的。因此，要想了解 挤 出 过 程中物料沿螺杆的 输 送、混合、反 应 情 况 ，只有停 转将机 筒通 过 水 骤冷 ，然后把螺杆抽出 来 才能看清楚。 这样 很不方便，有 时为 了 会 破 坏过 程反 应 的原貌。 为 了克服上述缺 点 ，人 们 把 双 螺杆 挤 出机的机筒做 成剖分式，停车 冷 却 后靠液 压系统 或手 动 机械 打开 ， 观 察取 样 ， 进 行研究。 挤 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 6 - 工作前，再靠液 压系统 或手 动 机械合起 来 。本 设计 采用 封闭 式 设计 。 挤压系统的选择 对 某些大型同 向双 螺杆 挤 出机造粒机 组 （有 时 是 挤 出片 材挤 出机组 ）， 为 了高效、 节 能、精确地控制 挤 出机熔体的 压力 以保 证 制品的尺寸精度， 在挤压系统 末串接熔体 齿轮 泵， 由双 螺杆完成塑化、混 炼 ，由齿轮 泵建立、控制 挤 出 压力 。 串联齿轮泵后会给整个双螺杆主机得整体设计带来了重大影响。所以 本 设计 中 没 有使用串接 齿轮 泵的 设计 。 另一个影响双螺杆挤出机整体方案确定的是在某些 机组上将要采用的加料系统。一般双螺杆挤出机大多采用计量加料，对大多数情况下得双螺杆挤出机 （如啮合异向双螺杆挤出机和锥形双螺杆挤出机），其计量加料系统对挤出机组整体设计不会有多大影响，但对某些没有多组分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，它们得联合使用和布置将对双螺杆挤出机的整体布置带来影响。 2 挤出系统设计 双螺杆挤出机的挤压系统是双螺杆挤出机的核心部分。其作用是把加入的固体物料熔融塑化、混合，为口模提供定温、定压、 定量的容体，并将在这一过程中产生的气体排除，最后通过口模 ，得到合乎质量要求的制品。 双螺杆挤出机的挤压系统主要由螺杆、机筒组成。因此，双螺杆挤出机挤压系统的设计实际上就是螺杆、机筒的设计。 杆设计 螺杆设计包括螺杆参数的确定，螺杆结构设计和螺杆材质选择等。 螺杆设计的核心问题就是设计出的螺杆应具有优异的混合能力和其它的特定能力（如脱挥发分）。 螺杆参数包括螺杆直径、螺杆长径比、螺杆导程（升角）、纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 7 - 螺槽的断面形状、螺棱厚度、四个间隙等。 备 注： 具体的设计过程由本组成员张伟俊同学负责设计，有关设计数据请参照张伟俊同学的设计过程。 筒设计 机筒和螺杆共同组成了挤出机的挤压系统，完成对塑料的固体输送、熔融和定压定量输送作用。机筒的结构形式关系到热量传送的稳定性和均匀性。并且对于一些新型的挤压系统来说，机筒在加料段上的结构形式也影响到固体输送效率。机筒的机械加工和使用寿命也影响到整个挤压系统的工作性能。因此，机筒在挤压系统中是仅次于螺杆的重要零件。 普通机筒的结构类型有整体式，分段式和双金属式。一般的异向旋转双螺杆挤出机采用的是整体式机筒。而本次设计中的螺杆采用的是整体式，因此机筒也相应的采用整体式机筒。 备 注： 具体的设计过程由本组成员董武林 同学负责设计，有关设计数据请参照董武林同学的设计过程。 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 8 - 3 传动系统设计 双螺杆挤出机 的传动系统是双螺杆挤出机的重要组成部分。它的重要性表现在它所完成的功能在双螺杆 挤出机中致关重要，也表现在其设计、制造难度和成本在整台机器中占的比重。 双螺杆挤出机传动系统的作用是在设定的工艺条件下，向两根螺杆提供合适的转速范围、稳定而均匀的速度、足够且均匀相等的扭矩（功率）。并能承受完成挤出过程所产生的巨大的螺杆轴向力。 双螺杆挤出机的传动系统主要由驱动电机 （联轴器）、齿轮箱（包括扭矩分配和减 速部分）等组成。 与单螺杆挤出机相比，双螺杆挤出机传动系统的设计、制造要困难的多。这是因为，一方面，双螺杆挤出机比单螺杆挤出机承受的扭矩要大得多，而且这么大的扭矩是在有限的 中心距内传递，且扭矩的传递和减速交织在一起的。另一方面，挤出过程在螺杆末端产生的轴向力很大，该轴向力需要止推轴承来承受。按一般情况，轴向力越大 ，所需的止推轴承的外径越大，但在两螺杆中心距已限定的情况下，不可能任意选择大外径的止推轴承，这就要求另想办法 譬如采用止推轴承串来解决这个问题。但这是比较困难的。另外抵消齿轮传动的径向力， 防止螺杆弯曲，提高齿轮的承载能力和传动精度，也是双螺杆传动设计不同于单螺杆挤出机之处。双螺杆传动箱的散热和润滑也比单螺杆挤出机重要、复杂得多。 驱动电动机选型 双螺杆挤出机所用电机的选择如下。 双螺杆挤出机中常用的电机有直流电机、交流变频调速电机、滑差电机、整流子电机等。其中以直流电机和交流变频调速电机用的最多。 直流电机系统：可实现无级调速，且调速范围宽，启动较平稳。以国产 列电机为例，当改变电枢电压时，纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 9 - （ 1500r/下调 1： 8；当改变激磁电压时，转速可往上调 1： 2，因此其最大调速范围可达 1： 16。图 图可以看出改变电枢电压时可以得到恒扭矩调速：改变激磁电压时可以得到恒功率调速，此时随着转速升高其功率不变，但扭矩相应地减少。但国产的 其转速低于（ 100 200） r/作不稳定，而且这时电机冷却风扇冷却性能下降。 20 世纪 80 年代以后生产的 2、 列直流电机性能好得多，其低速性能稳定，因而在双螺杆挤出机中得到广泛采用。 3001500图 1 直 流 电 机 外 特 性 曲 线恒功率调速恒热源n / ( r / m i n )2 直流电机外特性曲线 根据图 用功率为 55以本设计中所采用的主驱动电动机型号为 率为 55定电压为 440V，转速为 1510r/ 带有冷却鼓风机和热保护装置，采用三相全控桥双闭环无级调速，另外还带有测速发电机。 速箱设计 双螺杆挤出机的传动箱由两大部分即减速部分和扭矩分配部分组成。这两部分的功能虽有不同 ，但它们紧密联系，有时还相互制约。根据目前流行的结构看，其设计布置大致有两种方案，一种是将减速部 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 10 - 和扭矩分配部分很明显的分开，即所谓的分离式；另一种是将二者和在一起。 在本设计中， 选用分离式， 因 螺杆的转速范围为 40 400r/而电动机的转速为 1510 r/以要求减速箱的总传动比为：1:1510/144 = 1: 根据所选电机的功率、转速、电机伸出端的直径和 减速箱 轴的直径选择联轴器的型号为8445 112554 速箱 通过弹性 柱销 联轴器与直流电动机相连，采用三级斜齿传动 ,使总传动比与所要求的传动比吻合。另外，减速箱润滑油采用 150 号极压齿轮油 ，一次加油量为 25 升。为了防止油量过热，箱内悬有蛇形冷却管，冷却方式为水循环式。具体设计及校核略。 配箱设计 在设计过程中，实现规定的螺杆转速（范围）、扭矩均匀分配、轴承合理布置的前提下，通过传动方案的确定和结构设计，采取措施，降低齿轮载荷，抵消或减少传动齿轮的径向载荷，传递更大的功率和轴向力，提高轴承的寿命，装配维修方便。设计 、加工 的难点在于 螺杆中心距限定的狭少的空间。因而必须调动一切可能的手段，寻找特殊的结构形式、材料和热处理工艺来实现上述的目标。 与锥形双螺杆挤出机相比，平行双螺杆挤 出机螺杆尾部空间比较小，不能平行地放下两根传动轴。 本设计中两螺杆异向旋转，为达到这一目的，大致设想如下： 动力由减速箱输出轴齿轮输入到分配箱的 一 根轴上， 这根 轴 的 齿轮齿数 与主轴 相等， 且与一根主轴外啮合同时与 大齿轮内啮合，从而带动与此大齿轮内啮合的另一主轴转动。 这样，两根主轴以相同的角速度 异向旋转， 同时也使得分配箱尾部空间增大。 双螺杆挤出机 分配 箱的设计所涉及的问题很多，要想设计好 分配箱，除了应具有扎实的机械设计理论和知识外，更需要有丰富的实践设计经验，下面仅以双螺杆挤出机中目前最流行的分 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 11 - 计中的几个主要问题进行讨论。 配箱的总体结构设计 双螺杆中心距与 分配 箱设计中齿轮、轴与轴承之间的关系 对于全啮合双螺杆挤出机，一旦两根轴的外径、根径（或螺槽深度）初步确定，则为两螺杆提供转速和扭矩的传动箱中与两螺杆相连的输出轴之间的中心距也就确定了。现以一般分离式传动箱轴承、齿轮、轴之间的几何关系，来讨论传动箱结构参数之间的关系。图 示出了分离式传动系统齿轮、轴、轴承的布置。 1分离式传动 系统齿轮、轴、轴承布置 支持两输出轴的径向轴承有如下关系： 1m 根轴的外径与另一根轴上所装齿轮的外径之间应满足以下关系： 2)(21 za 顶圆直径： )2(1 aa 或 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 12 - )222(11 上各式中 双螺杆最小中心距 A 双螺杆实际中心距 所选径向轴承外径 螺杆驱动轴直径 1 两根螺杆上两个径向轴承外径之间的径向间隙 2 一根螺杆驱动轴外径与另一根螺杆驱动轴上齿轮顶圆之间的间隙 赤顶圆直径 m 齿轮模数 齿数 齿顶高系数 齿轮变位系数 Y 齿顶高变位系数 由以上关系可见，中心距 A 对其它几何参数的限制，特别是对齿轮承载能力的关键参数 m、 Z 的限制。 2、 双螺杆中心距的确定与齿轮参数的选择 由同组的同学已初选定了螺杆直径及螺槽深度，进而给出了双螺杆中心距的可选范围，但尚不能将中心距最后确定。道理很明显，因为双螺杆直径、槽深、中心距的设计是从双螺杆挤出机的主要参数、规格和螺杆几何学出发的，而传动箱齿轮传动的设计要考虑齿轮几何学及受力、结构设计，二者不一定完全一致。 对分离式的传动箱的设计而言，一般是根据初步的受力分析，算 出轴径再结构化，同时根据轴承系列规格圆整（对轴承寿命与轴径强度核算平衡），进而轴承组合设计。根据式 确定出两螺杆驱动轴的最小中心距 即两螺杆最小中心距）。式中 1主要考虑轴承定位及箱体的结构，一般取 ，并随轴承直径的增大而适当增大。纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 13 - 式 定扭矩分配齿轮的齿顶圆直径 驱动轴的轴径 限制，一般取。确定间隙 2 时主要考虑一根轴上的齿顶圆与另一根轴径不发生干涉的情况下， 使轴径最大，这样螺杆驱动轴可获得最大刚度和强度。在初定的 围内，根据传递功率（扭矩）对齿轮进行强度计算（校核其接触强度和弯曲强度），最后确定出齿轮参数 m、 Z、 在强度允许的范围内对 时根据实际情况对初定的 行适当调整、增大。经反复优选后，得到较佳的齿轮参数及所对应的合适中心距。这样的设计过程可以在尽可能小的双螺杆中心距下进行，以求设计出较大输出扭矩的传动箱，一旦传动箱的中心距确定，再反过来最后确定双螺杆的外径和槽深。 在以上设计中，要对扭矩分配齿轮进行强度计算，这不可 避免地用到所谓齿宽系数（即齿轮轴向宽度与分度圆直径之比， 1/ ）。由于扭矩分配齿轮径向尺寸受到限制，而又要传递比一般传动中大得多的扭矩，为了满足强度要求，除采用优质材料和提高加工精度外，还有一个可行的途径，就是增加齿宽系数，即增加齿宽。有的资料介绍，齿宽的取值范围可为 ，或 0 （ A 为螺杆中心距， m 为模数）。但齿宽系数也不能过大，否则，若传动箱的加工精度不高和轴的刚度不够，实际上沿齿宽 两齿不会均匀接触，反而对齿轮的实际承载不利。 由上述的讨论可以看出，在齿轮箱的设计中，采用双啮合齿轮传动的效果要比在齿宽系数上打主意要好得多，采用双啮合传动可大大降低齿轮载荷。 这里要附带讨论一个问题，即关于用一个传动箱来适应不同螺杆直径和螺槽深度的双螺杆挤压系统的问题。前以述及，在双螺杆中心距一定的情况下，根据挤出过程和加工物料的需要以及双螺杆挤出机的发展趋势，可以设计成普通型、深糙型和浅槽型几种类型的双螺杆。与传动箱的设计、制造和使用联系起来，为减小设计、制造差别不大但规格繁多的传动箱，提高效益，提高系 列化水平，可以在同一个中心距下，设计制造出具有最大输出扭矩的齿轮传动箱，分别与普通型、深槽型和浅槽型挤出机的挤压系统相配，配套出中心距相等、螺干直径、纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 14 - 不等的三种规格的双螺杆挤出机，以适应用户对不同规格和类型的双螺杆挤出机的需求。这是一种经济的、减小设计制造传动箱工作量的有效方法。这些方法早已在国外某些著名双螺杆挤出机生产厂家得到采用。 在本设计中齿轮的材料采用 40金，轮齿表面经 调质 处理。下面将对其进行有关的计算及设计。 轮轴的设计 齿轮设计 齿轮传动设计参数的选择 力角的选择 由机械原理可知，增大压力角，轮齿的齿厚及节点处的齿廓曲率半径亦皆随之增加，有利于提高齿轮传动的弯曲强度及接触强度。 为了设计、制造、检验及使用的方便， 88中 对一般用途的齿轮传动规定的标准压力角 =200另外我国航空齿轮传动标准还规定了 =250的标准压力角。但增大压力角并不一定都对传动有利。对重合度接近 2的高速齿轮传动，推荐采用齿顶高系数为 1 力角为 160 80的齿轮，这样做可增加轮齿的柔性，降低噪声和动载荷。 齿数的选择 若保持齿轮传动的中心距不变，增加齿数，除 能增大重合度、改善传动的平稳性外，还可减小模数，降低齿高，因而减少金属切削量，节省制造费用。另外，降低齿高还能减小滑动速度，减少磨损及减小胶合可能性。但模数小了，齿厚随之减薄，则要降低轮齿的弯曲强度。不过在一定的齿数范围内，尤其是当承载能力主要取决于齿面接触强度时，以齿数多一些为好。 齿宽系数 载荷一定时，齿宽系数大，可减少齿轮的直径或中心距，能在一定程度上减轻整个传动的重量，但却增大了轴向尺寸，增加了载荷沿齿宽分布不均匀性，设计时 ，必须合理选择，一般圆柱齿轮的齿宽系数可参考表 3 67选用。其中，闭式传动，支承刚性好， d 可取大值：开式传动，齿轮一般悬臂布置，轴的刚性差， d 可取 小 值 ， 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 15 - 取得适当。对于外啮合齿轮传动： ad （ 式中， 算时可先选定 用式（ 算出相应的 d。 受力分析 在 直 齿圆柱 齿轮传动中，作用于齿面上的法向载荷 垂直于齿面。如图 3 67所示 为一对直齿圆柱齿轮，若略去齿面间的摩擦力， 沿半径方向的 径向力 切于分度圆上的圆周力 各力的方向如图 3 67所示； 各力的大 小 )(c o o s)()(211611111 （ 式中 ， 为 主动齿轮传递的名义转矩（ N ； 为主动齿轮的分度圆直径（ ； 分度圆压力角 ，对标准 直 齿轮， n = 20； 为主动轮传递的功率（ 为主动齿轮的转速（ r/； 计算载荷 由式（ 计算的 是作用在 轮齿上的 名义 载荷 。在实际工作中，还应考虑下列因素的影响：由于原动机和工作机的振动和冲击，轮齿啮合过程中 产生的动载荷；由于制造安装误差或受载后齿轮产生的弹性变形以及轴、轴承、箱体的变形等原因，纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 16 - 分布不均、同时啮合的各轮齿间载荷分布不均等。为此，应将名义载荷乘以载荷系数，修正为计算载荷，进行齿轮的强度计算时，按计算载荷进行计算 。 （ 其中， （ 式中， 齿向载荷分布系数； 齿间载荷分布系数。 1) 使用系数 用来考虑原动机和工作机的工作特性等引起的动力过载对齿轮受载的影响。其值可查表 3 17得到。 2) 动载系数 用来考虑齿轮副在啮合过程中，因啮合误差所引起的内部附加动载荷对齿轮受载的影响。 直齿圆柱齿轮传动，可取 K v =齿圆柱齿轮传动，因传动平稳，可取 K v=轮精度底、转速高时取大值；反之，取小值。 3) 齿向载荷分布系数 用以考虑由于轴 的变形和齿轮制造误差等引起载荷沿齿宽方向分布不均匀的影响。当两 轮之一为软齿面时，取 1 两轮均为硬齿面时，取 宽径比较小、齿轮在两支承中间对称布置、轴的刚性大时，取小值反之取大值。 4) 齿间载荷分布系数 用以考虑同时啮合的各对轮齿间载荷分布不均匀的影响。 直齿圆柱齿轮传动，可取 1 齿圆柱齿轮 传动，齿轮精度高于 7级， 1 轮精度低于 7级， 齿轮制造精度低、硬齿面时，取大值；当精度高、软齿面时，取小值。 轮齿弯曲疲劳强度 计算 为了防止轮齿折断，轮齿的弯曲条件为 (纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 17 - 式中， ; 计算 F 时，首先要确定齿根危险截面，其次要确定作用在齿轮上的载荷作用点。 齿根危险 截面 ：将轮齿视为悬臂梁，作与齿轮对称中线成 300角并与齿根过渡曲线相切的切线，通过两切点作平行于齿轮轴线的截面，此截面 即为齿根危险截面。 载荷作用点：啮合过程中，轮齿上的载荷作用点是变化的，应将其中使齿根产生最大弯矩者作为计算时的作用点。轮齿在双齿对啮合区中 3 9【 7】 ）啮合时，力臂最大，但此时有两对 共同承担载荷，齿根所受弯矩不是最大；轮齿在单齿对啮合区上界点 D 啮合时，力臂虽较前者小，但仅一对齿轮承担总载荷，因此，齿根所受弯矩最大，应以该点作为计算时的载荷作用点 。但由于按此点计算较为复杂，为简化起见 ，一般可将齿顶作为载荷的作用点，并引入重合度系数 将力作用于齿顶时产生的齿根应力折算为力作用于单齿对啮合区上界点时产生的齿根应力。 图 3 12【 7】 所示，略去齿面间的摩擦力，将 齿的对称线上，并分解为切向分力 a。且向分力使齿根产生弯曲应力和剪应力，径向分力使齿根产生压应力。由于剪应力和压应力比弯曲应力小得多，且齿根弯曲疲劳裂纹首先发生在 拉伸侧，故齿根弯曲疲劳强度效核时应按危险截面拉伸侧的弯曲应力进行计算。其弯曲应力为 c os/c 26/c 2 （ (式中， 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 18 - 令 c o s/ c o s/6 2mS (考虑齿根应力集中和危险截面上的压应力和剪应力的影响，引入应力修正系数 入重合度系数 ，得轮齿 弯曲疲劳强度条件为 321111 22（ （ 式（ 示得弯曲疲劳强度条件，还可写成（ 形式。设计时，用此式可以计算出齿轮的模数。即 3 2112 （ （ 式中， 重合度系数 将力的作用点由齿顶转移到单齿对啮合区上界点的系数。当 齿面接触疲劳强度计算 为了防止齿面出现疲劳点蚀，齿面接触疲劳条件为 (式中， 一对渐开线圆柱齿轮在 3 10（ a） 【 7】 ），其齿面接触状况可近似认为与以 1、 2为半径的两圆柱体的接触应力 式进行计算 ： L a x 111( (轮齿在啮合过程中，齿廓接触点是不断变化的，因此，齿廓的曲率半径也将随着啮合位置的不同而变化 （图 3 10（ b） 【 7】 ） 。纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 19 - 11 时，啮合过程中，将会有几对齿同时参与啮合，单位接触线长度可取为： L b/, 重合度系数，是用以考虑因重合度增加，接触线长度增加，接触应力降低的影响系数。对于直齿圆柱齿轮传动，一般可取 数多时， 大 小值 ;反之，取大值。 将式（ 的 考虑齿数比 ,co s, 111212 将 1、 2和 L 值代入式（ 简化后得 11 12 （ (式中， 2c o 虑节点齿廓形状对接触应力得影响，其值可在图 3 11【 7】 中查得 ; 222121 111称为材料系数（ ，可由表 3 2【 7】查得。 于是，直齿圆柱齿轮的齿面接触疲劳强度条件为 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 20 - 211 12 (式中， 令齿宽系数，将1db d代入上式，得齿面接触疲劳强度条件的令一表达形式： 321112（ （ 式（ 式（ 用于标准和变位直齿圆柱齿轮传动。设计时，用式（ 计算出齿轮的分度圆直径。“ +”号用于外啮合，“”号 用于内啮合 ，在该设计中选“ -”号。 提高齿轮接触疲劳强度的主要措施：加大齿轮直径 d 或中心矩 a、适当增大齿宽 b、采用 正角度变位齿轮传动和提高齿轮精度等级，均可减小齿面接触应力；改善齿轮材料和热处理方式（提高齿面硬度），可以提高许用接触应力 具体计算 选精度等级、材料及齿数 1） 考虑到本设计中分配箱所要传递的功率较大，故两啮合齿轮都选用硬齿面。由表 3 37选得大、小齿轮的材料均为 40经调质及表面淬火，齿面硬度为 48 55 2） 选取精度等级。因采用表面淬火，轮齿的变形不大，不需磨 削，故初选 7级精度（ 88）。 3） 选取两齿轮的齿数 6， 8。 按齿面接触强度设计 按式（ 算，即 321112 ） 确定公式内的各计算数值 a、 因为是电动机驱动，工作机载荷平稳，查表 3 17，可取 ；因齿轮速度不高，取 K v=因对称布置，轴的刚性大，取 1.1，纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 21 - K= =b、 由图 3 11 7选取区域系数 c 、 由图 10 265查得 1 = 2 =则 = 1 + 2 = d 、 计算齿轮传递的转矩 105 P1/ 105 55 90%/144 = 105 N 设减速箱 的总效率为 90%） e、 由表 3 67选取齿宽系数 d = f、 由表 3 27查得材料的弹性影响系数 ；重合度系数 g、 由图 3 167按 小齿轮 齿面硬度 为 286齿轮齿面硬度为240查得的接触疲劳强度极限 660， = 600查图 3 177，得 230， =220 h、 由式 3 137计算应力循环次数 N，确定寿命系数 注：本设计挤出机的分配箱按工作寿命为 15 年，每年工作 300 天，一班制来进行计算 )： N=60中， r/; 齿同侧齿面啮合次数； h） 。 则有 60 60 144 1 (1 8 300 15) = 108 i、 由图 3 187查得 图 3 197得， j、 计算接触疲劳许用应力 由表 3 47取 ， 由式（ 3 117）得 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 22 - 9 21 0m i i M P 2 01 0m i i 由式（ 3 127）得 M P 22 3 0m i i M P 2220m i i 2） 计算 试算小齿轮分度圆直径 由计算公式得 计算齿宽 mn n 按表 3 77，取标准模数 m n= n 678(2 12 圆整后取： a=88 修 正其它值 ： n d 取 8mm,b1=5 10)=(88+6)4 计算圆周速度 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 23 - 1 3） 验算轮齿弯曲强度条件。 按式（ 3 177）验算轮齿的弯曲强度条件。 计算当量齿数： 2772co 718co 147，得 查图 3 157，得 计算弯曲应力： 轴的设计及校核 该设计中，设计轴的程序是： （ 1） 选择轴的合适材料； （ 2） 初步估算轴的直径； （ 3） 进行轴系零、部件的结构设计； （ 4） 进行强度计算； 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 24 - （ 5） 进行刚度计算； （ 6） 验算轴承； （ 7） 根据计算结果修改设计； （ 8） 绘制轴的零件工作图。 轴的工作能力主要取决于它的强度、刚度、临界转速等物理约束，轴的形状主要取决于轴上零件的定位、固定、加工需求等约束。因此，轴设计的主要任务是根据工作要求并考虑制造工艺因素，选择合适的材料，进行结构设计，使其满足于各种物理约束条件。 轴设计常用的约 束条件有： 物理约束： 强度条件： 刚度条件： 临界转速： 何约束： 轴上零件的轴向定位与固定 轴向零件的周向固定 加工工艺和装配工艺等 、 轴的材料及 选取 用作轴的材料的种类很多，选择时应 主要考虑如下因素： 1) 轴的强度、刚度及赖磨性要求； 2) 轴的热处理方式及机加工工艺性的要求； 3) 轴的材料来源和经济性等。 轴的材料种类很多，设计时主要根据对轴的强度、刚度、耐磨性等要求，以