双螺杆食品挤出机设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 Q 号交流401339828或 11970985 摘 要 针对设计任务要求，进行了双 螺杆 食品 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 买文档就送您 Q 号交流401339828或 11970985 to of of is is 文档就送您 Q 号交流401339828或 11970985 目 录 摘 要 . . 1 章 绪 论 . 1 课题研究的意义 . 1 双螺杆挤出机的发展概况 . 1 双螺杆挤出机的组成 . 3 双螺杆挤出机的主要技术参数 . 3 第 2 章 总体方案确定 . 5 设计参数 . 5 整体方案的拟定 . 5 第 3 章 传动 系统的设计 . 7 动机的选择 . 7 选择电动机类型和结构形式 . 7 选择电动机的容量及转速 . 7 初步方案 . 9 转速图布置 . 9 动系统和扭矩分配装置 . 11 计算传动系统装置的运动和动力参数 . 12 轴输入功率 . 12 各轴输入转矩 . 13 齿轮的齿数 . 13 第五对齿轮的设计 . 14 第二对齿轮的设计 . 19 带轮的设计 . 24 轴的初步设计 . 29 轴的校核 . 30 买文档就送您 Q 号交流401339828或 11970985 第 4 章 挤出系统的设计 . . . . 34 螺杆的设计 . 34 螺杆设计主要指标 . 34 螺杆主要参数的设计 . 35 螺杆轴承装置 . 39 螺杆轴向力的确定 . 39 螺杆的强度计算 . 40 轴承组的工作特点 . 41 套筒式串联推力轴承组 . 42 轴承设计原则 . 42 机筒设计 . 43 机筒元件的结构形式 . 43 机筒的材质 . 46 第 5 章 加热与冷却装置 . 48 加热装置 . 48 载体加热器 . 48 电阻加热 . 49 电感应加热器 . 49 冷却装置 . 50 结 论 . 51 致 谢 . 52 参考文献 . 53 买文档就送您 Q 号交流401339828或 11970985 . 错误 !未定义书签。 . 1 of . 错误 !未定义书签。 of . 错误 !未定义书签。 of . 3 of 错误 !未定义书签。 to . 5 . 5 of . 5 . 7 . 7 of . 7 . 7 . 8 . 8 . 10 误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 of . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 买文档就送您 Q 号交流401339828或 11970985 of . 错误 !未定义书签。 of . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 of . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 of of . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 of . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 of . 错误 !未定义书签。 . 39 . 40 . 40 . 41 . 44 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 49 . 50 买文档就送您 Q 号交流401339828或 11970985 第 1 章 绪 论 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。 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买文档就送您 Q 号交流401339828或 11970985 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 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、制买文档就送您 Q 号交流401339828或 11970985 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。 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。 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买文档就送您 Q 号交流401339828或 11970985 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 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。 2m 式中 m螺纹头数 n螺杆转速 V一 个 C 型小室的体积 买文档就送您 Q 号交流401339828或 11970985 第 2 章 总体方案确定 设计参数 双螺杆挤出机的直径为 35径比 25，转速范围是 30 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。 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、技术上的买文档就送您 Q 号交流401339828或 11970985 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。 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，买文档就送您 Q 号交流401339828或 11970985 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。 第 3 章 传动系统的设计 动机的选择 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（ 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。 选择电动机的容量及转速 根据概略计算，选择 11量的电机 。 电机常用的转速有 3000， 1500， 1000， 750r/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/电动机。电动机型号： 主要性能如表 3示。 表 3动机型号及相关性能参数 买文档就送您 Q 号交流401339828或 11970985 型号 额 定 功 率 载时 堵转电流 额定电流 堵转转矩 额定转矩 最大转矩 额定转矩 转 速 电 流 效 率 功率因素 r/ % 1601 1460 8 3电机外 型 图 电机主要外型和安装尺寸如下： 表 3机外形尺寸 中心高 H 外形尺寸 L （ + 脚 安 装尺寸 A B 地脚螺栓孔直径 K 轴伸尺寸D E 装键部位 尺寸 F 60 600（ 325/2+255） 385 25 210 15 42 80 14 40 买文档就送您 Q 号交流401339828或 11970985 初步方案 转速图布置 根据技术要求，调速范围 30械 8 级调速，（ ，选取最低转速 25 m i n 2 5 1 11 4 6 0 5 8 . 4 n 总(3 1 1 . 6 0 7 2 . 6 0 7 3 3 31 1 1 1 1 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=212 22 4； 2） 8=222 12 4； 3） 8=212 42 2 4） 8=242 12 2 ； 5） 8=242 22 1； 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： 买文档就送您 Q 号交流401339828或 11970985 (r/图 3转速图 文档就送您 Q 号交流401339828或 11970985 动系统和扭矩分配装置 图 3动系统方案一 买文档就送您 Q 号交流401339828或 11970985 图 3动系统方案二 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动系统方案 计算传动系统装置的运动和动力参数 轴输入功率 P 文档就送您 Q 号交流401339828或 11970985 P P 各轴输入转矩 5 5 5115 5 525 5 5335 5 5441 0 . 7 89 5 . 5 1 0 9 5 . 5 1 0 1 . 8 3 8 1 0 N m . 5 69 5 . 5 1 0 9 5 . 5 1 0 3 . 6 1 0 N m . 3 59 5 . 5 1 0 9 5 . 5 1 0 4 . 8 5 1 0 N m . 1 59 5 . 5 1 0 9 5 . 5 1 0 3 . 4 6 1 0 N m 齿轮的齿数 61 1 ， 转速范围 30 通过查表可知输出轴的 8 级转速分别为： 25r/35.5 r/50 r/1 r/100 r/140 r/200 r/280 r/ 结构式1 2 48 2 2 2 ( 2 1 ) 42 1 . 4 1 3 . 9 5 8r ，故满足要求。 2 3 3 31 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 61 1 1 1 1, , , , , .i i i i i i 基本组 齿数和 4， 8， 56， 2， 62。 买文档就送您 Q 号交流401339828或 11970985 第一扩大组 齿数和 2， 8， 54， 1， 61。 第二扩大组 齿数和 02， 0， 42， 7， 75。 第五对齿轮的设计 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（ （ 3）材料选择。由机械设计 12表 10用齿轮材料及其力学特征，选择小齿轮材料为 40质），硬度为 280齿轮材料为 45 钢（调质），硬度为 240者硬度差为 40 （ 4） 小齿轮齿数 42，大齿轮齿数 0。 2. 按齿面接触强度设计 由机械设计 12设计公式（ 10行计算，即 253 12 . 3 2 t (3（ 1） 确定公式中的各计算值 1） 试选载荷系数 ） 计算小齿轮传递转矩 559 5 . 5 1 0 9 5 . 5 1 0 1 0 . 1 5 2 8 0 N m m 455T P n 53 1 0 N m m 3） 由机械设计 12表 10取齿宽系数 1d 4） 由机械设计 12表 10得材料的弹性影响系数5 121 8 9 P a 由机械设计 12图 10齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳极限 买文档就送您 Q 号交流401339828或 11970985 li m 5 6 0 0 M P aH大齿轮的接触疲劳极限 l i m 5 5 5 0 M P aH6） 由 机械设计 12 式 10算应力循环次数 9559856 0 6 0 2 8 0 1 2 8 3 0 0 1 5 1 . 2 0 9 6 1 01 . 2 0 9 6 1 0 / 1 . 4 1 8 . 5 7 9 1 0hN n j 7） 由机械设计 12图 10得接触疲劳寿命系数 5 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 0 . 9 3 6 0 0 M P a 5 5 8 M P 9 4 5 5 0 M P a 5 1 7 M P a l i m 5H N 5H 5H N 5 l i m 5H 5K = =S（ 2） 计算 1） 试算小齿轮分度圆直径，代入 H中较小的值 3253255 2） 计算圆周速度 v 买文档就送您 Q 号交流401339828或 11970985 1 0 8 . 9 2 8 0 1 . 5 9 8 m / 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0 555 v 3） 计算齿宽 b 1 1 0 8 . 9 7 1 0 8 . 9 7 m m d 4） 计算齿宽与齿高之比 b/h 模数 1 0 8 . 9 4 / 4 2 2 . 5 9 4 m m t 5 5 t 5m = d / 2 . 2 5 2 . 2 5 2 . 5 9 4 5 . 8 3 6 5 m m 5 t 5 8 . 9 7 / 5 . 8 3 6 5 1 8 . 6 755b / h 5） 计算载荷系数 根据 1 8 m / s5v， 7 级精度， 由机械设计 12图 10得动载荷系数5 ； 直齿轮，假设 100 由机械设计 12书中表 10得 1 ； 由机械设计 12表 10得使用系数 1； 由机械设计 12表 10得 7 级精度、小齿轮相对支撑非对称布置时， 2 2 31 . 1 2 0 . 1 8 1 0 . 6 0 . 2 3 1 0H d ； 将数据代入后得： 买文档就送您 Q 号交流401339828或 11970985 2 2 31 . 1 2 0 . 1 8 1 0 . 6 1 1 0 . 2 3 1 0 1 0 8 . 9 7 1 . 4 3 3 ； 由55/ 5 查 机械设计 12图 105 ； 故载荷系数 5 5 5 5 5 1 1 . 0 7 1 . 2 1 . 4 3 3 1 . 8 3 9 1 7A V H K K K 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 : 31 0 8 . 9 7 1 . 8 3 9 1 7 / 1 . 3 1 2 2 . 3 3 m m 35 d K / 计算模数 m 1 2 2 . 3 3 / 4 2 2 . 9 1 2 m m5 5 5m = d / z 由机械设计 12式（ 10弯曲强度的设计公式为： 13212 (3（ 1） 确定公式内的各计算数值 1） 由机械设计 12图 10得小齿轮的弯曲疲劳强度极限5 5 0 0 M P a大齿轮的弯曲疲劳强度极限5 3 8 0 M P a 2） 由机械设计 12图 10得弯曲疲劳寿命系数： 5 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S=由机械设计 12式（ 10 5555550 . 8 9 5 0 0 3 1 7 . 8 5 7 M P 40 . 9 1 3 8 0 2 4 7 M P 4 F N F F 买文档就送您 Q 号交流401339828或 11970985 4） 计算载荷系数 K 5 1 1 . 1 2 1 . 2 1 . 3 6 1 . 8 2 7 8 A V F K K K5） 查取齿形系数 由机械设计 12表 10得 55 2 . 4 5 , 2