毕业设计（论文）-生活垃圾煤成型挤出机的设计.doc

全套图纸加扣 3012250582 第 31 页 共 31 页第1章 绪论 1.1垃圾再生煤的发展现状我国现阶段很多垃圾的处理仍然是按传统的方式，焚烧，填埋，只有少部分进行了回收处理。在垃圾回收处理中，发达国家的技术已比较成熟，比如日本在垃圾分类回收方面是很多国家的榜样。而我国在垃圾处理技术上还比较滞后，大多沿用传统方式。近几年国家大力提倡新能源的开发利用，在政策和资金上对企业进行扶持，也有很多企业投入到再生煤的开发中来，虽然，技术在一点点积累，但任处于初步阶段，垃圾再生煤技术有待进一步完善。1.2垃圾再生煤发展中存在的问题市场保障机制还不够完善。长期以来，我国可再生能源发展缺乏明确的发展目标，没有形成连续稳定的市场需求。虽然国家逐步加大了对可再生能源发展的支持力度，但由于没有建立起强制性的市场保障政策，无法形成稳定的市场需求，可再生能源发展缺少持续的市场拉动，致使我国可再生能源新技术发展缓慢。技术开发能力和产业体系薄弱。除水力发电、太阳能热利用和沼气外，其它可再生能源的技术水平较低，缺乏技术研发能力，设备制造能力弱，技术和设备生产较多依靠进口，技术水平和生产能力与国外先进水平差距较大。同时，可再生能源资源评价、技术标准、产品检测和认证等体系不完善，人才培养不能满足市场快速发展的要求，没有形成支撑可再生能源产业发展的技术服务体系。1.3垃圾煤成型挤出机的发展前景 我国每年近2亿吨垃圾生产量，按每吨垃圾再生煤成本300元、市场销售价600元计算，每年可获利润600亿元，节省原煤近2亿吨，减排碳、硫等化合物3.862亿吨；按每吨垃圾填埋占地0. 01亩计算，节省农、林业用地200万亩；按传统填埋法处理每吨垃圾270元计算，每年能降低处理费用540亿元。我国现有技术设备已能彻底解决传统填埋、焚烧所带来的二次污染问题。而垃圾煤成型挤出机的在垃圾煤成型过程中扮演重要一环，它的成功设计将使得垃圾煤能够大规模的组织生产，将产生良好的经济效益和极大的社会效益，是一项利国利民，造福子孙后代及发展前景广阔的工程。1.4 毕业设计任务和要求本文根据垃圾煤生产线中对挤出机的工作要求，设计一种可行的挤出结构，进行了垃圾煤成型挤出机的设计，满足生活垃圾煤生产线的生产要求。主要完成的工作内容如下：（1）完成不少于4万字符的机械类相关外文翻译；（2）进行挤出机结构方案论证；（3）绘制挤出机部件机构的装配图和主要零件图，并进行有关的理论分析和计算，绘图工作量折合A0图纸3张以上，其中包含两张A3以上的图纸；（4）根据动力要求，选择合适的原动机；（5）编制关键零件的加工工艺卡；（6）使用三维软件对部件进行建模；（7）按照格式要求编写设计说明书。第2章垃圾煤成型挤出机的方案设计 2.1 工作原理 垃圾煤成型挤出机是利用直流电机输出转速和扭矩，传递给减速箱，联轴器，及转动轴和挤出设备，将垃圾颗粒挤压，揉搓前进，并在这个过程中摩擦生热，升高原料的温度，提高其塑性，再通过挤出机头的作用，产生具有一定形状和强度的垃圾再生型煤。2.2 垃圾成型挤出机的方案选择目前成型机比较成熟的方案有一下几种：方案一：环式挤出机如图2.1所示，环式成型机可分为固定外环和旋转外环两种形式。固定外环成型机主要依靠压辊的旋转挤压，将原料从下端的口磨挤出成型。而旋转外环式则是外环和压辊共同旋转作用将型煤从圆周侧挤出。图2.1 环式挤出机方案二：对辊式挤出机如图2.2所示，对辊式挤出机，有两个相同的压辊做相切的转动，两辊上有相同形状的磨口，煤料进入磨口后，在压辊的作用下形成一个整体型煤。型煤的整体变形量小。图2.2对辊式挤出机方案三：螺旋式挤出机如下图2.3所示，螺旋式成型机是利用螺旋叶轮的旋转作用，使原料受到轴向力和径向力的作用而向前运动及揉搓和挤压，通过机头磨口时产生一定压力，从而从机口产生一定形状可具有一定强度的型煤。2.3螺旋式挤出机方案四、冲压式挤出机冲压式挤出机有多种不同的型式，目前应用最广的是液压冲压缸和曲柄连杆冲压缸成型机，冲压式成型机的工作原理如图2.4所示。冲压式挤出机的生产过程如下：给料机构将一定数量的原料煤送入挤出机内；冲杆前移，原料煤被逐步压实，成为型煤；在冲杆前移的同时，已成型的型煤被向前推动一定的距离，而最前端的型煤被推出了型模；冲杆回程，返回到起始位置。冲压式成型机的优点是成型压力大，型煤在成型过程中多次受压而易产生塑性变形。其缺点是耗能大、单产低。图2.4 挤出机工作原理2.3 方案确定 垃圾煤成型挤出机的作用对象是破碎的垃圾颗粒，其性质类似于煤粉，而且要能适用于组织大规模生产。对辊式挤出机适用于使用粘结剂的型煤，环式挤出机在实际生产中容易出现卡料的情。螺旋式挤出机，在物料进入机筒后，原料受到轴向和径向的力，原料向前运动过程中伴随着翻滚揉戳，原料的温度上升，可塑性加强，并在挤出头的作用下，形成性能较好的型煤，总之螺旋式挤出机有：成型效果好，易于拆装更换损坏的零件等特点，综合前面所叙，选择第3中方案，确定挤出机为螺旋式挤出机。 在螺旋式挤出机的设计中，将重点对叶轮进行设计，并对其进行功率计算强度校核，此外，还将进行匹配的电机减速机的计算选择。最终确定方案3的三维结构如图2.5所示。图2.5：螺旋式挤出机的三维结构图第3章 主要零部件的设计3.1 螺旋叶轮的设计3.1.1 工作特性分析与结构设计 本设计采用螺旋式挤出机，其工作原理是其工作原理是粉煤进入封闭的筒内后，在螺旋叶轮的挤压下，一方面往前运动，一方面交替搓揉，并发生塑性变形，最后压缩成具有一定强度的预定形状的煤棒。也就是靠螺旋叶轮进行工作的，在较大的挤压力的作用下，螺旋叶轮可能会被磨损，从加工方便和成本低的方面考虑，将三片螺旋叶轮依次套装在机身内挤压端的六方轴上，其作用是利用螺旋叶轮旋转输送的力量逐步将煤向前输送，并加压到所需要的力。但在螺旋的设计过程中单纯靠普通的螺旋输送机的结构是不能达到上述优点的质量要求的，根据压缩特性分析；在压缩过程中物料的压缩分为三个阶段：松软阶段，过渡阶段和压紧阶段，所以可以采用将挤压部分的螺旋结构分成三部分，输送段，初步压缩和搅拌段，主要压缩受力段。输送段起到计量和喂料的作用，它的设计确定了进料的能力。煤料首先从料斗以一定的供料量进入机内，物料被输送段强行推进到初步压缩和搅拌段进行初步压缩并将煤搅拌均匀，物料再向前进入主要压缩受力段，物料在此段进一步受到均匀压缩，最后将料定压、定量地由出口挤出，整体的螺旋叶轮轴部设计成定外径、定根径和变螺距的结构，因此整个螺旋段起到输送、压缩物料进行脱水、形成料塞和增加料塞密度的作用。I，II，III三段的螺旋断开一定距离可以改变物料混运传输过程中的规律性，可以进一步提高物料混和均匀的效果。整体采用的逐步挤压结构可以使物料在挤出过程中主轴受力均匀，使反作用力更趋近轴线，减小了主轴挠曲弯形的可能性。也可提高煤棒的质量和合格律，避免一次性挤压成型造成的不必要的损失。 通过以上分析可以初步确定挤压螺旋部的结构，具体为三段螺旋辊组成，每段螺旋辊有一个整体铸造的螺旋叶轮，和上述的为了达到功能的螺旋连接之间的适当阶段，焊接在螺旋管上的螺旋叶 对螺旋叶作垂直的切面将其相对于螺旋管的位置简化下来可分为螺旋叶垂直于螺旋管螺旋叶前倾于螺旋管，螺旋叶后仰于螺旋管三种挤出机螺旋叶片相对于螺旋管应严格保持垂直挤煤机螺旋叶片相对于螺旋管前倾及后仰都会导致减产动力消耗增加物料内摩擦加强煤料温度物料中的水分温度进一步升高形成蒸气进一步升高压力物料密实度下降严重时造成挤出的物条开裂在制作时螺旋叶的前倾及后仰都应控制在较小的范围内6。综上选择螺旋叶垂直螺旋管。挤压部的结构图如下图3.1所示，具体的每一节螺旋的设计在下面的设计中详细叙述。图3.1 螺旋叶轮的结构示意图3.1.2 参数设计1、叶轮基本参数根据前面提供的设计参数：步确定叶轮基本参数为：外径D=280mm，内径d=120mm，与轴相配合的六方轴为边长为100mm，叶片厚度24mm。2、原料压缩比压缩比是压缩比一般由物料而定，物料不同要求的压缩比也不同。对于垃圾颗粒类似于煤粉，一般为11.154。3、叶轮螺距对于一定直径的螺旋来说，螺旋升角的大小可由下式计算得到4： (3.1)式中，t螺距；R分度圆半径；螺距大小可由下式计算得到4： (3.2)式中，k各节螺距相对D的比例；D螺旋叶轮的外径；整个螺旋辊的长度可由下式计算得到4： (3.3)式中，t螺距；s叶轮厚度；叶轮所占的间距；采用较小的螺距则浆料受到的轴向分力增加，周向分力减小，有利于物料的推进 ，但动力消耗有些增加设螺旋总长不变。一般进料端的第一个螺距约取0.8D左右 ，逐步减小到最后一个螺距取0.5D作用，D为螺旋叶轮的外径4。由以上参考数据，现取输送段螺距为0.8D，主要压缩受力段螺距取0.5D，则压缩比大概是1.6。将总的压缩比分担到个压缩阶段，粗略取初步压缩和搅拌段螺距为0.66D左右，有螺距的概念我们知道每个螺旋辊的长度等于整个螺旋叶轮所占的长度加上前面所述的螺旋连接间的距离，而整个螺旋叶轮的长度等于自己的螺距加上叶轮厚度，螺旋间距取8mm4。现分配如下：第一个间断分第一个叶轮6mm，第二个叶轮分2mm，第二个间距分第二个叶轮2mm，第三个叶轮6mm。由此可得第一个叶轮的k为0.8，s为6mm，代入上述公式得其螺距为224mm，螺旋辊长度等于254mm，螺旋角等于。第二个叶轮的k为0.66，s为4 mm ，代入上述公式得其螺距为为185mm，螺旋辊长度等于213 mm，螺旋角。第三个叶轮的k为0.5，s为6mm，代入上述公式得其螺距为140mm，螺旋辊长度等于170 mm，螺旋角，则整体叶轮轴的长度。因为不同节的叶轮基本结构相同，最后得到整体螺旋结构图如图3.2所示。图3.2 螺旋叶轮的结构参数3.2 垃圾煤成型挤出机机头的设计 在螺套的终端，通常配装具有各种形状孔眼的模压盘，一般被称之谓机头。机头具有双重功能：（1）将挤压料模压成所要求的形状；（2）用作为阻流器，以增大挤压机熟化作用区段内的压力。确定机头孔眼的几何形状，对于挤压产品外形及质量有很重要的作用。目前，已开发应用多种孔眼形式的单程模压机头，例如圆筒形孔眼模，本设计要求煤棒截面是圆形的，则机头孔眼是圆型的，并均步在机头端，根据生产能力等要求设计孔的个数和长度，从压缩特性分析机头孔眼的设计可参考螺旋轴的设计，逐步压缩，设计成截面直径逐步减少的结构7。机头的结构如下图（3.3）。图3.3 机头机头设计成如图3.3所示，从结构图可以看出挤出部分也是逐步挤压，因设计要求成型规格：煤棒断面为圆形，直径30mm，则机头挤出部直壁部分直径是30。整个机头均布16个相同规格的孔，同时出煤提高产量和保证要求的规格。从机头结构图可看出， 旋压力均匀分布在内径为，外径为的圆环上。其应力可由下式计算得到8： (3.4) 式中，挤压轴向力；A横截面面积。 由公式3.4知道作用在单个孔内的作用力为挤压过程中产生过热蒸汽，根据相关资料可知这种摩擦属于混合摩擦，其值一般为0.11.0，根据参考资料及结合实际情况取。壁摩擦角可由下式计算得到： (3.5) 式中，动态摩擦系数。直壁段圆孔侧压系数公式为： (3.6)式中，有效内摩擦角；侧压壁角。 (3.7)式中，壁摩擦角；直壁段圆孔侧压系数。斜壁面的侧压系数公式为7： (3.8)式中，侧压壁角；有效内摩擦角；锥形孔的斜面倾角。由文献取直壁段圆孔侧压系数。通过数值迭代法可求的，代入公式(3.6)得。由机头的结构图可以知道为，将上述已知数据代入公式3.8得到斜壁面的侧压系数值为0.46。可以看出斜壁面的侧压系数值与直壁面的侧压系数值相关不大， 故可把整个煤棒孔视为直壁孔长度设为L，取侧压系数，通过数学方法分析可知: 摩擦力沿孔的轴向分布非线性， 垂直方向应力沿轴向呈指数分布。 根据文献取垂直方向的平均应力为，。得到摩擦力阻力可由下式计算得到10： (3.9)式中，侧向压应力；r煤棒孔半径；L煤棒孔长度；动态摩擦系数； 式中，垂直方向的平均应力为；侧压系数；在设计时，我们按摩擦力和挤压力相等，代入数据得到L=143mm。在实际中挤压力应该略大于摩擦力，则取L=140mm。其他的外部尺寸要根据与之相连接的箱体尺寸，综合得到具体的机头尺寸。3.3 机头卡环的设计机头卡环设计成如图3.4所示结构，包括组合式机头和锁紧装置，它是有两个半圆式的卡环组成，两端由螺栓连接固定，机头卡环用来固定机头，保障工作的正常进行，这种结构简单、成本较低，易拆的煤棒成型机组合式机头装置，以克服现有机头被磨损后需整体更换导致材料浪费成本高的弊端。1-螺栓 2-卡环图3.4 机头卡环3.4 支撑部分的设计挤压部螺旋轴多采用悬臂式设计结构这种结构避免了出料端支撑结构的复杂设计，并且提高了出料端的面积，使生产能力进一步得到提高主轴的受力状态好消除了附加径向力对主轴的影响结构合理解决了刚性主轴的不足克服了因长轴调质和必须有加长车床设备的困难，加工费用及轴料价格也有所降低。由于采用悬臂式结构 ，所以对支撑悬臂的支撑部结构设计要求较高。一般来说，一根轴需要两个支点，每个支点由一个或一个一上的轴承组成。合理的轴承配置应考虑轴在机器中的正确位置.防止轴向窜动以及轴受热膨胀后不致将轴承卡死等因素，为了保证螺旋轴的正常工作，两支点之间的距离要求比较大，对于跨距较大，当轴向载荷较大时，作为固定的一个支点可以采用两个角接触球轴承（或圆锥滚子轴承）面对面或背对背组合在一起的结构11。由于本设备主要承受轴向挤压力，所以选择圆锥滚子轴承组合在一起的结构，因悬臂式的结构要求比较高，为了避免在加工过程中的轴的偏动，故另一个支点采用双列调心滚子轴承，其结构图如图3.5。1.左端盖，2.圆锥滚子轴承，3.箱盖，4.油杯，5.双列调心轴承，6.右端盖图3.5 支撑部分整体的支撑端结构如图3.5所示。同时也展示了轴承的定位和相互位置，它的密封和润滑方式也有所体现，但对它们的具体选择和设计将在下面的章节具体叙述。3.5 各部分箱体的设计3.5各部分箱体的设计3.5.1 支撑端箱体材料的选择支撑端箱体除了用来支撑的作用之外，还要对轴承进行定位。HT250灰铸铁具有较高的强度和耐磨性，铸件性较好，强度较高，选择它作为支撑端箱体材料。该零件的具体结构是根据机器内部的相关结构及其对轴承的定位作用来确定的，共分为上下两部分，毛坯采用铸造工艺获得。图3.6和图3.7分别为该箱体的箱盖和箱座结构示意图。1-螺纹孔 2-油杯孔 3-油杯孔 4-通孔 5-螺栓孔 6-双列调心滚子轴承安装处 7，8-圆锥滚子轴承安装处图3.6 箱盖图3.6 所示的支撑端箱盖结构，1、5处是与两边端盖连接的螺纹孔，螺栓的规格为M12X40，整个连接箱体共有12套（螺栓、螺母、弹簧垫片和平垫）。具体连接请见图4.3左端盖和图4.4右端盖。 7、8处是安放作为一个支点的成对出现的圆锥滚子轴承。6处是安放另外一个支点的双列调心滚子轴承。2、3处装油杯用于轴承的润滑。4处是螺栓连接，用于连接支撑端箱体和筒体I的螺栓规格为，根据箱体的厚度等设计，拟采用6套螺栓连接。 箱座的具体结构如图3.7所示。图中1、2、3处如上面所述是安装轴承的地方，4、5、10处的安装也在上面已经提到，6、7、8、9处就连接箱体和下面机架的螺栓连接处，具体的规格由传动系统中的设计得到，在此只引用起规格是。在支撑端箱体的设计中提到了螺钉和螺栓的连接，左右的端盖结构图如下图，在其结构中可以看到具体的连接位置安排。两端端盖的材料选Q235，该材料其主要应用于金属结构件轮轴，端盖及焊接件12图3.8所示为左端盖的结构示意图，其具体尺寸是根据相关配合连接确定的，由钢板加工而成。1，2-安放圆锥滚子轴承处 3-安放双列调心滚子轴承处 4，10-螺栓孔 5-通孔 6，7，8，9-与机架连接通孔图3.7 箱座图3.8 左端盖图3.9所示是右端盖的具体结构，其的材料和具体的安装方式在总装图中有详细的展示，在此就不祥加论述。图3.9 右端盖3.5.2 轴承的润滑和密封此设计中选用的是滚动轴承，滚动轴承在运转过程中，元件间会产生摩擦，润滑的作用是利用是利用润滑剂在摩擦面间形成润滑油膜，以减少摩擦，同时防止轴承锈蚀，降低轴承振动噪声以及用于轴承的冷却等，因此。为使轴承正常运转，减少轴承的摩擦和磨损，提高轴承工作性能，延长其使用寿命，必须对轴承进行合理的润滑。选择合适的润滑剂.润滑方式及润滑用量十分重要。滚动轴承用的润滑剂主要有润滑脂、润滑油和固体润滑剂。结合工作载荷和工作原理。现选择油润，由文献润滑装置选用旋盖式油杯（JB/T 7940.3-1995），型号为A100，图3.10为其结构示意图。图3.10 油杯密封的作用是防止润滑剂的泄漏和外界水、灰尘、切屑或其他杂物等进入轴承内，充分发挥轴承工作效能和延长其寿命，采用毛毡式润滑中的单毡圈。3.5.3 叶轮轴筒的设计叶轮轴部分采用组合式结构（两节筒体相连接的结构），因为整个叶轮轴比较长，采用两节方便加工和安装拆卸，方便清洗和更换内孔严重磨损的区段内装衬套，用螺栓、夹板将机筒和整体机架固定，使轴在轴向和转动方向均定位，在叶轮轴机筒的下面整体铸造出小型机架用于与整体机架相连接，这样的结构检修方便16，两节分别用4套螺栓连接（螺栓的型号由传动系统设计中知道是）。在叶轮前端部分设置进料斗，进料斗的结构如下图3.11所示。图3.11 进料斗图3.11 所示进料斗的具体尺寸是根据螺旋段筒体的结构参数及生产能力计算得到。在入料口和筒体后壁之间应有1/4左右螺距长度的螺旋叶片，以防煤料窜入轴承。由文献12并根据材料的性能和工作要求，选择进料斗为Q235，两节筒体选用HT250，结合支撑端箱体的厚度等参数，其第二节筒体的结构还要与机头结构相配合，在结构设计时要参照前面机头的结构设计，则叶轮轴筒体的结构如下图3.12。图中1、2部分是两节筒体，在下图中充分的展示了它们之间的连接关系及内部结构。1-筒体I 2-筒体II图3.12 组合式筒体3.5.4 叶轮轴筒体内衬套的设计物料在挤出过程中会与机筒内壁接触，之间产生摩擦，长时间的摩擦会磨损机筒，机筒的铸造加工和更换麻烦。为此，可在叶轮和机筒之间增加衬套，由分析可知，增加对物料的搅拌和剪切作用对生产有利。现设计衬套结构为内壁开设若干条浅的沟漕，采用整体铸造，这样可以减少对机筒的磨损并增加对物料的搅拌和剪切，还有就是更换衬套比较合适方便，选择衬套的材料为QT600-3。图3.13所示为叶轮轴第一节筒体处的衬套I。1处是与进料斗相配合的地方，2处就是为了减少对机筒的磨损并增加对物料的搅拌和剪切而加工出来的浅的沟漕。1-与进料斗配合处 2-沟槽图3.13 衬套I如图3.14是衬套II的结构，它的结构分析和衬套I基本相同，在这就不在重复。图3.14 衬套II第4章 挤出机的动力系统选择4.1挤出机的电机选择挤出机叶轮的功率计算： P叶轮=D3(L/D)nk10-5 KW 式中 D为叶轮螺杆直径 L 螺杆长度n叶轮转速 K0.005-0.067所以：D为110mm, L为610mm, n取120r/min,K取0.06叶轮功率： P叶轮 =74.65KW电机功率选择： P叶轮=P电机123 P电机=90KW式中 皮带轮效率1 取96% 减速器效率2 取86% 联轴器效率3 取97%所以查机械设计手册，选取的电机的型号为型号: Z2-101 额定功率/kW: 90.0 额定电压/V: 230 额定转速/(r/min): 14504.2减速器的选择 挤出机最容易产生振动的环节是电机轴和减速器的高速轴，减速器的正确选择对于整个挤出机的性能影响是十分重要的。查机械设计手册得知，二级减速器的传动比范围是6.356，满足本次挤出机的设计要求。 所以本次挤出机设计选用的减速器为二级圆柱齿轮减速器，型号为：机座号355传动比i 12.65 输入转速n1/(r/min): 1500输入功率p 99.83KW 4.3联轴器的选择 联轴器用于连接不同构件的两根轴，使之共同旋转。联轴器主要分为刚性联轴器和挠性联轴器两大类，本次挤出机的设计选用了十字滑块联轴器，因其具有挠性，可补偿两轴的相对位移，且连接处振动并不剧烈。联轴器的型号为SL240第5章 挤出机的受力分析及校核5.1 挤出机的受力分析 5.1.1 螺旋叶轮的受力分析螺旋叶片垂直于螺旋管，即螺旋叶和螺旋管之间的夹角为（也即螺旋叶面前倾或后仰角），螺旋叶片对煤粉的推力分解为两个分力，即沿螺旋管轴线的轴向力（轴向分力 ）和垂直于螺旋管的切向分力（圆周分力）。，与的交角等于（螺旋角）。轴向分力 推动泥料沿螺旋管的轴线前进，圆周分力 使泥料沿圆周回转。在制作螺旋时，一般。故轴向力远大于圆周力。也就是说，螺旋叶面垂直于螺旋管时螺旋叶片在旋转时，主要是将泥料沿螺旋管轴线向前推进适当减小圆周分力，减轻泥料的旋转，利于减少螺旋纹的危害6。5.1.2 挤压成型力的分析计算轴向力为作用在所有螺旋叶片上的轴向分力之和，由于作用在每个螺旋叶片上的轴向分力不一样因此计算过程较为复杂，工程上为了计算的简便，通常采用简化的计算方法。螺旋辊所受的轴向力看作最后一圈螺旋叶片所受的轴向推力，对于运转中的螺旋辊可按下式计算4： （5.1） 式中，N 电机功率 kw；n 螺旋辊工作转速 r/ min；r 螺旋辊最后一圈螺叶的平均半径 mm；螺旋辊最后一圈螺叶的螺旋角；摩擦角， ，f为物料与螺旋叶片间的动态摩擦系数，f = 0. 20.5。由前面的叶轮设计可以知道，由文献取。对于电动机取安全系数1.5即。将已知数代入公式得到，有叶轮的受力分析可知。在整个的功率消耗中，由文献知道电动机的实际消耗功率分三部分：1、皮带轮的损耗，其效率取96%；减速器的消耗，其效率取85%；联轴器的消耗，其效率取97%。2、螺旋输送消耗功率可由下式计算得到： (5.2) 式中，Q-螺旋输送能力；H为螺旋输送机倾斜布置时在垂直平面上的投影高度（H=0）；L为螺旋输送机水平投影长度；阻力系数（由文献得）；3、挤压作功消耗的功率可由下式计算得到：传递挤压作功的是螺旋叶轮，是一种扭转和压缩情况，挤压中螺旋的阻力力矩与输入功率产生的力矩相平衡18。 (5.3)式中，P挤压作功消耗的功率kw；N主轴工作转速；螺旋阻力力矩为螺旋最前端一个螺距的叶片产生的合力矩， 按微积分计算相当复杂， 为了简化计算，采用一种近似算法，设阻力矩由一个近似切向合力产生。取其作用点在叶片的中部，可得其力矩半径 ，由前面的分析可以知道这个合力矩就是最后一个叶轮的切力矩。由资料查得： (5.4)式中，输入力矩；r力臂。代入数据，得：，挤压作功的功率。5.1.3 主轴的力分析（1） 轴的受力分析首先选出受力支点，根据轴的结构，可得一对圆锥滚子轴承对轴产生的力的作用点取在他们的中间位置，调心滚子轴承对轴产生的作用点取在它本身对轴的中心上，对螺旋叶轮取第二节叶轮的中心作为受力点，这些受力支点是抽象化了的作用点。可以画出主轴受力简图，如下图所示：图5.1 主轴受力分析（2）53.47KN 20.53KN在水平方向对轴进行受力分析得：478，410 = (5.5) = () (5.6) 由上两式可得：=38.1KN， =-17.57KN。5.2 强度校核5.2.1 轴承强度校核根据挤压煤棒成型机传动系统的设计数据，可知：主轴上第一个支点处成对安装的一对圆锥滚子轴承的型号是30324，它的受力是.。双列调心滚子轴承的型号是22324.它的受力是，。 另一个两套相同的单列角接触型轴承或圆锥滚子轴承并排安装在同一轴上，“背对背”或“面对面”组成一个整体（成对安装），这一轴承组的X .Y等系数按一套双列角接触轴承或双列圆锥滚子轴承计算，基本额定动载荷等于单列轴承的基本动载荷的1.71倍，由文献得到：对于该轴承组，双列调心滚子轴承 （1）求两轴承受到的径向载荷和（2）求两轴承的计算轴向力和派生轴向力可由下式计算得到10： (5.7)式中，径向载荷，单位KN；Y轴向动载荷系数。由文献得到，对于圆锥滚子轴承Y=1.2，调心滚子轴承Y=2.9，代入数据得到，从前面的计算知道轴向力等于53.47KN。因为则左端轴承组为“压紧端”。由文献当时，轴有向左的窜动的趋势，相当于轴承I被“压紧”，轴承II被“放松”但实际上轴必须处于平衡状态，所以被“压紧”的轴承I所受的总轴向力必须与相平衡，即 （5.8） （5.9）由以上分析，并代入数据得到，。得到以下公式10：时X=1，Y=；时X=0.67，Y= （5.10） 式中，轴向载荷； 径向载荷；e判断系数；X径向动载荷系数；Y轴向动载荷系数； （5.11）式中，载荷系数；轴向载荷； 径向载荷；e判断系数；X径向动载荷系数；Y轴向动载荷系数； （5.12）式中，基本额定动载荷；轴承的载荷；转速；指数，对于球轴承取3；对于滚子轴承取。（3）圆锥滚子轴承的校核：由公式4.8并代入数据得到，则取X=0.67，Y=1.2，因轴承运转过程中有中等冲击载荷，由文献 取=1.5。则由公式4.11得到，由公式4.12轴承的寿命：为111987.9h.由文献推荐的轴承预期计算寿命。故所选轴承满足强度要求。（4）双列调心滚子轴承的校核：由公式4.1并代入数据知道，则取X=1，Y=2.0，因轴承运转过程中有中等冲击载荷，取=1.5。则由公式4.9得到，则轴承的寿命，推荐的轴承预期计算寿命，故所选轴承满足强度要求。5.2.2 机头卡环连接螺栓的强度校核在前面的设计中已经给出，机头卡环通过两套螺栓、螺母、弹簧垫片和平垫而连接，螺栓型号，其主要承受煤成型时的挤压成型力。因为两套对称安装，则每个螺栓承受的力为：螺栓的危险截面的拉应力可由下式计算得到11： (5.13)式中，F工作拉力；螺栓危险截面的直径；将已知数据，代入式(4.13)中，得：选择螺栓材料为Q235，根据文献12，其性能等级为46，材料屈服极限，安全系数s=1.5。材料的许用应力。因为，则所选择的螺栓满足要求。5.2.3 挤出机地脚螺栓的强度校核地脚螺栓用来连接机器机身和机架，用来承受载荷，保障工作正常进行，在前面的设计中已经知道与机架相连接的有16套螺栓，它们有序均匀的分布，有两种规格，轴向载荷的作用线与螺栓轴线垂直。并通过螺栓的对称中心在计算时可以近似的认为，在轴向总载荷的作用下，个螺栓承受的工作载荷是均等的，因此每个螺栓所受的轴向工作剪力为。对于普通螺栓连接，应保证连接预紧后，接合面间所产生的最大摩擦力必须大于或等于轴向载荷设个螺栓所需要的预紧力均为，螺栓数目是，则其平衡条件为： （5.14）式中：防滑系数；结合面数（=2）；f结合面的摩擦系数（0.08）；将数据代入上面的计算公式，得根据螺旋危险截面的拉伸强度条件11： (5.15)由机头卡环接连螺栓的校核，可知材料的许用应力。对于M24螺栓对于M20螺栓所以，所有的地脚螺栓的强度满足条件。5.2.4叶轮强度的校核螺旋轴在工作时是由电机的驱动而转动 ，从而对物料进行推进、挤压作用而物料会企图阻螺旋辊的旋转和挤压 ，所以只有电机产生的转矩，大于物料的摩擦力矩 ，螺旋辊产生的轴向推力大于物料的反压力时，物料的压出才能不断进行 ，因而对螺旋辊既受扭又受压 ，对悬臂式螺旋辊又有受弯的联合作用。由于在一般情况下螺旋辊根径处的承载能力最差。所以 ，对螺旋辊的强度计算 ，可进一步归纳为在上述复合应力作用下最后一个螺旋叶片根径断面的强度计算4。挤压轴向力也就是最后一个叶轮的承受的力。扭矩 T产生的剪应力： (5.16)式中，W抗扭断面模量 mm；T是挤压作功消耗的功率；由文献查得对于实心轴。结合前面的分析得到：对塑性材料合成应力用第三强度理论计算，其强度条件为： (5.17)式中，； 螺旋辊材质的屈服极限；n 安全系数，n =3。实际上重力引起的弯曲应很小 ，一般可以忽略不计。是由轴向力产生的轴向压应力。由公式3.1得到，式中，D是叶轮的外直径；d-是叶轮的内径。将已知数据代入上面的公式中，得到由文献得到。则所以，螺旋叶轮强度满足要求。第6章 主轴加工工艺文件的制定6.1 零件的工艺分析 如图所示，所要加工的轴是挤出机的传动轴，属于阶梯轴，是小批量生产零件。该轴由圆柱面，轴肩，六方轴，键槽组成。该轴的关键工序在于精确车外圆，以及铣键槽和六方轴。6.2 毛坯的选择 该轴是一般的传动轴，45号钢满足要求，且各外圆的直径尺寸相近，选150mm的热轧圆钢作毛坯。6.3 工艺卡的制定 传动轴机械加工工艺过程卡桂林电子科技大学机械加工工艺过程卡产品名称挤出机图 号零件名称传动轴共 1页第 1 页毛坯种类圆 钢材料牌号45钢毛坯尺寸150mm1600m序号工种工步工 序 内 容设备工 具夹 具刃 具量 具1下料 150mm1600mm2车三爪自定心卡盘夹持工件毛坯外圆 1车端面见平2钻中心孔用尾座顶尖顶住中心孔 3粗车134mm外圆至136mm，长781mm4粗车120mm外圆至122mm，长470mm5粗车114mm外圆至116mm，长255mm6粗车100mm外圆至102mm, 长224mm调头，三爪自定心卡盘夹持136mm处(134mm外圆)7车另一端面，保证总长1569mm8钻中心孔用尾座顶尖顶住中心孔9粗车120mm外圆至122mm10粗车114mm外圆至116mm，长686mm11粗车100mm外圆至102mm，长641mm12检验3热调质处理220240HBS4钳修研两端中心孔5车双顶尖装夹1精车134mm外圆至134mm，长781mm2精车120mm外圆至120mm，长470mm3粗车114mm外圆至114mm，长255mm4粗车100mm外圆至100mm, 长224mm5精车3mm2mm环槽6倒外角1mm45,调头，双顶尖装夹7精车114mm外圆至114mm，长686mm8精车30mm外圆至35.5mm长38mm9精车100mm外圆至102mm，长641mm10精车3 mm2mm环槽11检验7钳划键槽及六方轴加工线8铣用V形虎钳装夹，按线找正1铣键槽12mm28mm，2铣六方轴直径90mm,长612mm4检验结论 针对毕业设计任务书的设计要求，自己先对本次设计任务进行了充分深入的了解之后，我查阅了大量的资料，在此过程中，对垃圾再生煤技术的前景及发展有了更深一步的了解，这项技术对于整个社会的发展有着积极的意义。自己通过几种不同挤出方案的对比，最终确定了螺旋挤出的总体方案，并进行了结构的优化设计和原理分析，将内部构造表达出来，工作一步步走来，总结起来分为以下步骤：1.总体方案的设计。了解到原料为处理后的垃圾颗粒，其性质类似于煤粉颗粒，结合煤粉的特性，知道，生活垃圾煤成型分为两个阶段：弹性变形阶段和塑性变形阶段。弹性变形是指垃圾颗粒在外力的作用下，产生压缩变形，但是当外力撤销时，其又可以恢复原来的形状的变形。而塑性变形则相反，垃圾颗粒在外力作用下发生了压缩变形，但其变形是不可逆的，当外力撤销时，无法恢复到原来的状态。由于螺旋式挤出机的工作原理是从料口加入垃圾颗粒后，随着叶轮的转动，产生轴向和径向的两个力作用于垃圾颗粒，将原料前推进的同时，并将原料逐渐压缩，颗粒紧密靠拢同时又产生比较大的搅动和混合。此时垃圾颗粒之间、颗粒与叶片和筒体间产生强烈的摩擦和剪切，同时在产生热量的作用下，垃圾颗粒的温度上升，水分更加均匀，煤的可塑性也大为增加。再经过模具锥形体的节制作用，颗粒压缩得更加紧密，接着压入模具前的平直部位，挤出机头孔而成型。同时了解到螺旋式挤出机 技术设备投资少、简单、占地面积小、加工容易，深受广大企业欢迎，所以总体方案确定为螺旋挤压。2、结构的设计。通过对物料的压缩特性分析，并且综合考虑成煤的质量及对机器的冲压性，不采用简单的螺旋输送机结构，而采用了等径变螺距的叶轮来逐步压缩结构。同时为了安装和更换方便，将螺旋叶轮和轴独立加工在焊接在一起，而且这段结构里轴为六方轴。箱体结构采用了组合式结构内装衬套，安装清洗方便，也可以防止箱体得磨损，还有支撑部分的设计，一端采用一对轴承整体安装作为一个支撑点，承受较大的轴向力和承担悬臂结构。3、参数的设计。通过挤出机传动系统部分得到的数据对轴承和螺栓，叶轮等进行校核，查阅相关资料和数据，并分析计算得到了三个螺旋叶轮的具体参数，设计的相关数据，都是根据设计要求的生产量和产品规格，所以设计满足要求，但是欠缺实际生产的经验，在设计中难免存在不足之处。致 谢毕业设计是大学生涯中十分重要的事，它是对四年学习所得知识的一个总结检验。是对我们大学四年所学知识的一次充分的整合运用，此次毕业设计，将是对我们的一次升华。不仅让我们对以前所学的基础知识掌握程度有一个充分了解，还让我们将书本上的理论联系到实际。毕业设计过程中，我充分利用了学校的资源，查阅资料，阅读相关文献书籍，自学到了很多知识，也吸收到了别人的设计经验，这个历程过来，感觉到自己的能力有了很大的提升。不仅在学习方面，独立思考自学能力有了提升，查阅资料获取有效信息的能力也得到提升。在处事方面，和老师同学沟通交流的能力也得到提升，还加强了我的团队意识。在黄美发老师的指导下，在自己的刻苦努力下，根据毕业设计任务书的要求，我设计出了螺旋式的挤出机。整个设计过程，几乎容纳本专业所学的全部核心课程，综合运用了机械原理、金属工艺学，机械工程材料，机械设计、理论力学、材料力学、液压传动、机械制图等相关知识。经