橡胶冷喂料挤出机项目设计方案

1 橡胶冷喂料挤出机 项目设计方案 第一章 设计方案的初步确定 此次设计的挤出机适应与橡胶的冷喂料挤出机，挤出的成品可直接作为成品或半成品。由于是冷喂料挤出机的长径比要相应的取大，故胶料在机筒内的时间也相应的增加，同时螺杆和机筒要受到较大的轴向力，从热平衡的角度考虑，为使挤出机吃料性能增加，对挤出机的加料段要进行加热，故在机筒上应加加热通道，并采用蒸汽加热；在塑化段和挤出段要进行冷却，又由于在此两段机筒上沿径向排列有销钉，故在机筒上横向开沟槽。在销钉间隙处依次开槽与相临两周向沟槽相通，采用端面密封，循环，并采 用水冷。在螺杆中心钻水孔（采用端面密封） ,并在中心插入通水管，管中通入冷水，冷水在螺杆前段冷却，螺杆升温后，在螺杆后部加料段放热。对螺杆加热，完成加热冷却过程，从受力角度来说螺杆受力较为复杂，故采用较好的材料并做完整式结构，同样机筒也要承受较大的摩擦，但为了节省贵重金属，故将机筒做成双筒结构，内筒采用耐磨材料而且可以更换，外筒采用普通材料制成。 本次设计的挤出机对传动部分的要求：可以调整螺杆转速（最好是无级调速）并且是传动系统的工作特性满足挤出机的工作特性，而挤出机的工作特性为恒扭矩工作特性。另外再考虑传动 效率、成本，制造的难以和控制操作的复杂程度，根据直流电机的优点，本设计的传动部分采用直流电机无级调速机构。 本设计的挤出机的机头部分不是本设计的重点，机头可根据产品结构自行安装。 挤出机的销钉的加工和安装，是本次的设计的重点。 整个机台的布置情况如下：直流电机（平键）联轴器（平键）齿轮减速器（平键）挤出系统螺杆轴向力的封闭传导路线如下 :螺杆 止推轴承 轴承座 箱体 联接螺栓 机筒 联接螺栓 机头 胶料 螺杆 2 作原理 直流电机通过减速机构将转速和扭矩传递给螺杆，而胶料加入胶料口后，在 旋转螺杆作用下，胶料被搓成团状沿螺槽滚动前进。因螺杆的剪切压塑和搅拌作用，胶料受到进一 步的混炼和塑化，呈现出粘流态以一定的压力和温度通过机头得到所需 一定形状的制品。 杆设计 螺杆的材料为 38杆基本上分为三段：加料段，塑化段和挤出段，销钉安装在塑化段（中间段）和挤出段上。 螺杆直径： 120杆长度及其各段长度的分配：根据工艺要求和资料显示去长径比为 14， L=12014=1680各段长度分配为，加料段 60间段 00挤出段 20纹头数：加料段为双头螺纹，且加单螺纹沟槽，中间段和挤出段为双头螺纹 螺杆几何压缩比：一般冷喂料挤出机的压缩比为 纹导程 加料段：双头螺棱，宽取（ D=mm t=（ D=7250 = 弹头沟槽：宽取 22程 t=55间段和挤出段 :双头螺棱 宽取 8t2=0 2= 3= 落槽深度 H： 加料段：螺棱 D=（ 183 沟槽为 8间段和挤出段 3=18纹断面形状：取矩形断面，推料表面与螺杆根径用小圆弧 渡螺纹背面，有较大的过渡圆弧 R=12杆头部形状：取圆头杆头 螺杆与减速器低速轴的联接方式：采用花键联接，设计与校核见后面的计算 螺杆上的沟槽：在塑化段和挤出段上，与机筒销钉对应的位置上揩油周向沟槽，沟槽宽度比销钉直径大 4 功率的计算： N=) （ 1 式中 D=1202()r/ （ 1 n=()n 临 0r/= N=1231440610 N=择电 机 国产冷喂料销钉冷喂料挤出机的主要性能参数的类比 电机功率 w/ a 式中 W a = 13 2 3 3=d=故取 75 4 确定电机的转速：根据有关材料推荐的传动比合理范围即二级圆柱齿轮减速器i=8故电机转速的可选范围： nd=n 螺杆 i=40 (8320000r/按工作要求和条件：选用直流电机 查机械手册得： 选 额定电压 440V 额定电流 227A 额定转速 /最高转速为 1000/2000转 效率 =88% 剪应力的计算： /n N/ 550000 取 n=955000090/7190000 n= /161- 4) 为内孔径 /螺纹根径 204 取 40 /16843 (1-（ 40/84） 4)=110337 n =17190000/110337=136 N/应力计算： 5 /y P F N/； =200 螺杆外径投形面积 =200 /4122 =22608N F= /4842=5539y =22608/5539=曲应力的计算 最大的弯曲应力在螺杆中部 =z L/2 G 为螺杆伸出的重量 N， =g/= /8( (144+ =93887 z= /32(- 4)=2843(1- 4)=1/25169 G=z =度计算： 按第三强度理论计算 螺杆材料 38z = 22( ) 4 （ 1 = 22( 4 . 1 1 . 7 ) 4 1 3 6 =272N/6 = s / s=835 =835/3=。沈阳化工大学学士学位设计说明书 第二章 机筒设计 7 第二章 机筒设计 本次设计将机筒设计为分段式机筒：喂料段，中间段，挤出段，内部结构设计成组合式，每一段都有衬套和外套组成 衬套厚度取（ D=12套外径为 152套外径去 240热冷却通道的设计和校核 此段需要加热，设计时用加热蒸汽，故加料段中空。厚度取 30热介质为 3斤 /里面 2 饱和蒸汽。 需要冷却，并且径向需要加销钉，所以轴向钻孔，加冷却水采用端面循环的办法冷却。 2-4 m3/h 具体设计为：在 260的圆周上钻 6个 30的孔，端面压盖加密封垫密封。 冷却水流量 G=Q 机 /C（ 式中 C=1 Q 机 =头 （ 2 式中 60N(65 h 609070%=h Q 机头 =0 Q 胶 =G C 胶 （ t 出 ） h （ 2 G= 350=332 Kg/h C 胶 = C t 出 取 120 t 进 取 24 沈阳化工大学学士学位设计说明书 第二章 机筒设计 8 C 胶 =4342 h Q 散 =t 机 ） h （ 2 F= = g . Q 散 =94 h Q 螺 =G 冷螺 C 冷 （ t 出 ） h （ 2 G 冷螺 =g/h C 冷 =1 g . t 出 =2 Q 螺 =103 1 2=103 Kg/h Q 机 =头 （ 2 =104103 h G=103/（ 1 2） =103Kg/h 体积流量为 103 m3/h G 冷机筒 =螺 =.6 m3/h 国产 120 的挤出机的机筒的冷却水用量的参考值的 2h 故满足要求 衬套根据前面提到的材料问题可选 38套材料选 套外内径比 K=152/120=套外内径比 K=240/152=筒衬套和外套都属于厚壁圆筒 胶料压力 P=107阳化工大学学士学位设计说明书 第二章 机筒设计 9 图 工作应力 工作应力 如图 衬套内壁处： r=107 t=P12)/( （ 2 =1071202+602)/(1202 =107衬套与外套结合面处： r=P(1 （ 2 =107 3600/10800(162) =106 t=P(1+=107:外套轴向应力： z=P （ 2 沈阳化工大学学士学位设计说明书 第二章 机筒设计 10 =107 3600/10800 =106配应力的计算 如图 k= /2r/22+(+2r/12)/( （ 2 式中 为压配时产生的过盈量 1=206 103 N/2=150 103 N/1=2=k=250(1202+762)/(1202+206(762+602)/(762 =： r=0 t=k =2 762/(762 衬套外壁处： r= t=-(12)/(k =- (3600+5776)/(5776k 沈阳化工大学学士学位设计说明书 第二章 机筒设计 11 =： r= t=(20176/8624 18 N/ r=0 t=22 76 76/(14400 ：危险点在衬套及外套内壁处 按第四强度理论 衬套内壁： 1/2( t)2+( z)2+( r)21/2 （ 2 r=10 N/ t=107+( z=0 = 1/2(+(+(10)21/2 = =1-(20) =b/ =算齿根弯曲应力： K / ) （ 4 =2 4001000/(208 6) H 414全 （ 4 = 17 安全 低级传动齿轮主要参数： 阳化工大学学士学位设计说明书 第四章 齿轮减速器的设计 29 6= a=1/2(d1+520宽 b2=b=208 b1=52161=35 35 U= = 及轴承的的计算与校核 按扭矩强度来估算轴径 d: 3 4 I：高速轴 材料为 40A=100 P= n=1000 8 9 0 d=45 中间轴 材料为 45号钢 A=110 P= n=196 8 3 110 196d d=83 沈阳化工大学学士学位设计说明书 第四章 齿轮减速器的设计 30 低速轴 材料为 45号钢 A=110 P= n=503 7 8 110 50d d=128 由于可能在轴上开键槽 为满足轴的强度要求，对原轴应加粗 5% 5 5%+45=I 轴： 3 5%+83=： 28 5%+128=各轴轴向尺寸的确定及减速箱的初步设计如下： 1取值 8 12 2 为箱壁厚取 10 2取 12 3即 去 10 4 取 12 内壁长 L=374 26 轴径大于 47，所以只能做齿轮轴。轴承选 7310E 内径 50 T =沈阳化工大学学士学位设计说明书 第四章 齿轮减速器的设计 31 图 速轴结构简图 ： 18 16 轴承选 3318E 内径 90 T=根据轴径 判断键槽 26 18 结构简图如下图 图 ： 08 沈阳化工大学学士学位设计说明书 第四章 齿轮减速器的设计 32 轴承选 2007928 内径 140 外径 190 T =32 键槽为 36 20 结构尺寸入下图 图 原始数据： 速级齿轮 =旋 n =20 齿轮受力情况如图 沈阳化工大学学士学位设计说明书 第四章 齿轮减速器的设计 33 沈阳化工大学学士学位设计说明书 第四章 齿轮减速器的设计 34 图 速级齿轮受力图 T1/ 833900/104N =10 4 103N n / =104 103N 水平面： 2=104 451=1=17000 51=104N 103N M= 103=1 2 直面： 21=300N 11=6300 105/451=5709N 91N 5709=91 阳化工大学学士学位设计说明书 第四章 齿轮减速器的设计 35 转矩： T=算合成弯矩 : 21M H M V （ 4 21 ( ) （ 4 2 2 21 1 ( )M H M V T 2 2 21 0 7 8 5 0 0 5 2 2 3 7 4 ( 0 . 6 * 8 3 3 9 0 0 ) =21 ( ) 2 2 22 2 ( )M H M v T =833900= 危险面在 I 径 60 W= /32 603/32=21195 =106/104 =61 H=70 足强度要求 沈阳化工大学学士学位设计说明书 第四章 齿轮减速器的设计 36 中间轴： 原始数 据： T= n =20 = 右旋 n =20 = 右旋 齿轮受力： I： T1/ 4000000/6249N n /=16253 018N =030N T1/ 4 106/7363N n /=37363 3864N 37363=7435N 受力如图 沈阳化工大学学士学位设计说明书 第四章 齿轮减速器的设计 37 图 间轴齿轮受力简图 I：水平面受力： 2=79+0 2=16249+37363 107 104N 104N 104 104 10+I：垂直面受力： 沈阳化工大学学士学位设计说明书 第四章 齿轮减速器的设计 38 21+ 79+ 105+105+13864 36 =103N 946N 11 105=21 946 =算扭矩（合成） 22() = 22M V M H 2 2 21 1 1 1 ( )M V M H T = 5 2 6 2 2( 4 . 1 1 0 ) ( 2 . 7 1 0 ) ( 4 0 0 0 0 0 0 0 . 6 ) =2 2 21 2 1 2 ( )M V M H T = 5 2 6 2 2( 3 . 4 1 0 ) ( 2 . 7 1 0 ) ( 4 0 0 0 0 0 0 0 . 6 ) =2 2 21 1 1 1 1 1 ( )M V M H T = 6 2 6 2 2( 1 . 4 1 1 0 ) ( 4 . 3 1 0 ) ( 4 0 0 0 0 0 0 0 . 6 ) 沈阳化工大学学士学位设计说明书 第四章 齿轮减速器的设计 39 =2 2 21 1 2 1 1 2 ( )M V M H T = 5 2 6 2 2( 6 . 1 1 0 ) ( 4 . 3 1 0 ) ( 4 0 0 0 0 0 0 0 . 6 ) = 危险面： 直径 100= 2=1000000/32=98125 ca/w =515钢正火 55安全 低速轴： 原始数据： T= 08 = 左旋 n=20 齿轮 受力图如图 沈阳化工大学学士学位设计说明书 第四章 齿轮减速器的设计 40 图 速级齿轮受力简图 T1/ 14980000/104N n/=13104/13358N =36000 7164N 沈阳化工大学学士学位设计说明书 第四章 齿轮减速器的设计 41 I I:水平面受力分析： 1 2 4 0 F 6144 3 5 1 4 5 . 5 3 . 0 1 0 0 12 1 3 3 5 8 0 61 4 3 5 1 3 3 5 8 1 4 5 . 5 3 . 0 1 0 0F 31 0F N 2 157581 9 . 5 2 4 0 0 6 . 9 1 0 N m m 221 4 5 631 4 5 . 5 ( 1 5 7 5 8 ) 2 . 3 1 0 N m m I I I：扭矩： 14980000T N m m 22 M2 2 2()c a H M T 1 1 12 2 2()c a H M T 6 2 5 2 2( 3 . 5 1 0 ) ( 6 . 9 1 0 ) ( 0 . 6 1 4 9 8 0 0 0 0 ) 69 0 N m m 2 2 22 2 2()c a H M T 沈阳化工大学学士学位设计说明书 第四章 齿轮减速器的设计 42 6 2 6 2 2( 3 . 5 1 0 ) ( 2 . 3 1 0 ) ( 1 4 9 8 0 0 0 0 0 . 6 ) 69 0 N m m 3 60 . 6 0 . 6 1 4 9 8 0 0 0 0 9 . 0 1 0 N m m 由 危险截面在 此处 69 . 9 1 0 m m 146d 中空直径 50 441()32dd d 3 . 1 4 (1 4 6 4 5 0 4 ) 3 2 1 4 6 3301177 69 . 0 1 0 301177 30 45 钢正火处理 1 50 所以满足强度要求 承的校核 本次设计将三轴的轴承都面对面安装 I ：高速轴 轴承型号为 7310E 122 计算其寿命 沈阳化工大学学士学位设计说明书 第四章 齿轮减速器的设计 43 先求轴承所受径向力 1 2 4 2 211 1 ( 1 . 4 1 0 ) ( 5 7 0 9 )R F F （ 4 0 N 2 2 3 2 222 2 ( 3 1 0 ) ( 5 9 1 )R F F 3100N 附加轴向力： S=R/2r 41 1 . 5 1 0 44123 . 42 3100 9123 . 4方向如图 示 图 速轴轴承安装方向 3200 12 F 1 4412 1212114412 0 . 2 9 415000A 利用插值法： 沈阳化工大学学士学位设计说明书 第四章 齿轮减速器的设计 44 X=1 Y=0 221212 0 . 3 9 13100A X= Y=此 1 1 1 1 1()mP f f X R Y A（ 4 1 5 0 0 0 1 . 5 2 2 5 0 0 N 2 2 2 2 2()mP f f X R Y A4769N 所以用1610 10 ()60 th （ 4 103 1000n 103631 2 2 1 0 1 0()2 2 5 0 0 6 0 0 0 0 33114h 中间轴： 轴承型号 7318E 3220 260 先计算轴承所受径向力： 12111R F F4 2 3 2( 2 . 6 1 0 ) ( 3 . 9 1 0 ) 0 N 沈阳化工大学学士学位设计说明书 第四章 齿轮减速器的设计 45 2222 2R F F4 2 2( 2 . 8 1 0 ) ( 3 9 4 6 ) 0 N 附近轴向力： 图 间轴轴承安装方向 2RS r 1 26300 2 1 7735N 2 28300 2 1 8324N 4405向左 12 F 左紧又松 12 F8324 4405 12729N 沈阳化工大学学士学位设计说明书 第四章 齿轮减速器的设计 46 228324A S N 1112729 0 . 4 8 426300A 1 1 228324 0 . 2 9 428300A 2 1X 2 0Y因此 1 1 1 1 1()f f X R Y A1 . 5 1 ( 0 . 4 2 6 3 0 0 1 . 6 1 2 7 2 9 ) 1 . 5 (1 0 5 2 0 3 0 8 8 6 ) 46329N 2 2 2 2 2()f f X R Y A1 2 8 3 0 0 42450N 所以用1610 10 ()60 n p 103 196n 106 31 0 3 2 2 0 0 0()6 0 1 9 6 4 6 3 2 9 54484h 低速轴 轴承型号为 2007928 1220 148沈阳化工大学学士学位设计说明书 第四章 齿轮减速器的设计 47 计算轴承的寿命 先计算轴承所受径向力 12111R F F22(1 2 0 4 1 ) ( 2 4 0 0 ) 144985681 5760000 12278N 2222 2R F F222 3 9 1 9 1 5 7 5 8 28677N 附加轴向力 ： 图 速轴轴承安装方向 2RS r 1 12278 2 2 2923N 沈阳化工大学学士学位设计说明书 第四章 齿轮减速器的设计 48 2 2RS r28677 68282 4 . 2R 716421( 6 8 2 8 ) ( 2 9 2 3 7 1 6 4 ) 4 F b a c 112923A S N21 10087 F N 11 2923 0 . 2 3 812278A R e 1X 0Y 2210087 0 . 3 5 128671A 因此 1 1 1 1 1()f f X R Y A1 . 5 1 2 2 7 8 1 8 4 1 7 N 2 2 2 2 2()f f X R Y A( 1 1 4 8 6 1 . 6 1 0 8 8 7 ) 1 . 5 41411N 所以利用2 610 10 ()60 n p 10350n 沈阳化工大学学士学位设计说明书 第四章 齿轮减速器的设计 49 106 31 0 1 2 2 0 0 0()1 0 5 0 4 1 4 1 1 12219h 三根轴的轴承满足使用要求避免了轴承使用寿命过短而产生浪费，影响生产。 轴上的平键校核 中间轴上的两个平键，低速轴上有一个平键 平键强度满足的条件 32 7 1 0 /p K L d 其中 T 转矩 L 为工作长度 p许用挤压应力 中间轴两处平键： 28 16 （轴径 100） 减去 b 根据齿宽 10 2806 822 1 4 0 0 1 0 0 0 2 1118 9 0 1 0 0p 2 4 0 0 1 0 0 0 2 568 1 8 0 1 0 0p 查表对于钢 1 2 0 1 5 0p M P a 1p2p均小于 p沈阳化工大学学士学位设计说明书 第四章 齿轮减速器的设计 50 因此两处平键均合格 低速轴的一处平键 l 取 170 36 20 k 取 10 14680000T N m m 146d N 2 1 4 6 8 0 0 0 0 1181 4 6 1 7 02p M P 对于钢 1 2 0 1 5 0p M P a 之 间p p故此处平键也合格 轴的选择 所用基本条件为： 转速 1000 m 转矩 m 高速轴 40d 选用弹性注销联轴器 4沈阳化工大学学士学位设计说明书 第五章 螺栓与低速轴连接的部分计算与校核 51 第五章 螺杆与低速轴连接的部分计算与校核 螺杆与低速轴采用花键传动，并且推力轴承受轴向力。 键的选择与校核 小径 56 轻系列 8 5 6 6 2 1 0N d D B 工作长度在 20 120 之间 取 120 花键的强度满足条件： 32 . 5 1 0 48p h ld m p 4680000T N m m 22 92m m m8z 2 1 4 6 8 0 0 0 0 0 . 8 8 2 . 2 1 2 0 5 9p 143 静连接 P 良好表面热处理 120 200 之间，所以此处花键满足强度要求 只受扭矩 14680000T N m m P=他看作是空心轴：外径 140 内径 62度条件 430 (1 )n 阳化工大学学士学位设计说明书 第五章 螺栓与低速轴连接的部分计算与校核 52 式中 0 110= 0 10050n 所以 3 47 7 . 2 81 1 0 1 2 25 0 ( 1 0 . 6 2 )d m m而轴径为 140 故此处也满足强度条件 为使螺杆可以浮动工作，选推力调心滚子轴承，低速轴轴径为 140 ，即轴承内径为 140选用外径为 280，2100039428计寿命 10年 由前面可知： 2 0 0 2 2 6 0 8P F N 径向力为 1 1 1 . 7 7= = 9 . 8 = 5 5 022G N螺当量动载荷 1 a F（ 5 2 2 6 0 8 1 . 2 5 1 0 2 3 2 6 8 N 266010 （ 5 其中 232680350n 24000103 65 0 5 0 3 0 0 8 1 023268 10C 83938N 1180000故该推力调心滚子 轴承满足使用寿命要求 53 结论 历时约一学期的努力冲刺，终于完成了大学四年的最后课程，在本次设计中我认真努力地复习以前