（化工过程机械专业论文）双向自增强塑料管材成型装置的研究.pdf

撼簧 双向自增强塑料管材成型装置的研究 摘要 出于双阿拉伸增强管材在强度、耐热性、硬度、节约原料等方面优异 的性能，使其具毒广阔的努发瘫熠懿景。基蓠农国岁 跫舞始王业纯雯产， 国内双向拉伸增强管材还处予试验室研究阶段。本谋题中采用布管扩张的 方法，以u p v c 管楗为原料，设计了专门的连续扩张双囱拉 孛管材生产 设备( 包括加热器、行程控制装置、扩张装置、牵引装置和冷却装置) 。主 要工作总结如下： l 、对眈了酗内外拉伸增强管材的生产工艺，并进行了一系列可行性 实验，研究了塑料警材的取向穰i 理。借鉴热缭管生产中懿寒管扩张法，设 计了双向拉伸增强管材的生产线。 2 、在双向拉伸增强管材的扩张定型装鐾中，热入滚珠丝杠及港轨， 使之宥毫够往复运动，实现了连续生产。此装餐具有扩张摩擦阻力小、环向 扩张率高、生产装置简单、生产线启动容易芍优点。 3 、通过扩张实验及拉伸实验确定了较适宜的工艺参数范围。u p v c 管材进行毒管扩张时一般扩张温度l l o 1 7 0 ，扩张压力o 。2 0 6 m p a 。在上述的工艺条件范围内，扩张温度越低、扩张倍率越大、保 压时阍越长、冷却速度越快，扩张增强的效果越好。 通过一系列扩张实验，管材径向最大扩张眈达到1 6 ，扩后的壁厚变 薄，节约殿料，固时耐压及控 审性能有了擞大提燕。扩张蓖点经为q b 2 5 r a m t 塑翌一一 s t 移d i n go n 转l 簟x l a l l yo 斑e n 惩ds 飘l f r e i n f o 歉c e 懈n tp l a s t i cp i 朋se q u p 姗n 罩 a b s t r a c t p 1 a s t i cp i p e sh a dc o n 8 i 妇曲l ye n l l a n c e dh o o ps 衲g 1 1 ，i n l p a c ts 抒e n g h 柏d 嬲i s t 鑫矬c et o 黼触蠡嘲c y c l i cp 嬲辩b y b i 懿i 城y 翻蚀铡。魏。t 鹣峨 w o l l l db e1 n o mi n t 鲫s t si nt h et e d 蜥q u ej nm e ? 如t l l r e 越p r c s e n t h e 心h a d b 黜i 划蚓净燃8 l 。辩 x 望墼奎兰塑主堂堡造塞 w h i c hc o u l dd r i v et h em o u l d r e c i p r o c a t i n g a n dr e a l i z et h e c o n 莰m o u s m a n u f a c t u r e t h et e c h n i q u eh a v e m a n ya d v a n t a g e s ，s u c ha sl o wf r i c t i o n h i g h d r a wr a t i o ，s i m p l es t r u c t u r ea n de a s yt os t a r t 。 ( 3 ) b yt h ee x p l o s i o ne x p e r i m e n ta n dt e n s i l et e s to ft h eo r i e n t e du - p v c p i p e sw h i c hw e r em a d ef r o mt h ee x p e r i m e n te q u i p m e n t , t h e 朗熄o f 磊n d s 也e e x p 扯1 s l o nt e m p e r a t u r er a n g e s1 1 01 2 1 7 0 ca n dt h e e x p a n s i o np r e s s u r e r a n g e s ) 2 o 6 m p a 。t h eb e s tp e r f o r m a n c ec o u l db ea c h i e v e da tt h el o w c f t e m p e r a t u r e , t h eh i g h e rd r a wr a t i o ，t h el o n g e rh o l d i n gp r e s s u r et i m e , m o r e q u i c k l yc o o l i n gu n d e rt h ef i t t i n gp r o c e s sc o n d i t i o n 。 i nt h i ss t u d yt h a tt h eb i g g e s td r a w r a t i ow a s1 , 6 ，t h ew a l lt h i c k n e s s u i d b er e d u c e da f t e re x p a n s i o nw h i c hc o u l db em o r ee c o n o m y , t h em 。吐鑫n i c a l p r o p e r t i e sw e r ee n a h m e e da tt h es a m et i m e t h et e n s i l es t r e n g t hh a db e e n i m p r o v e db y3 0 f r o mp i p eo f0 2 5 m mi nd i a m e t e re x p a n dt 0 0 3 2 m m ，3 8 f r o mp i p eo f0 2 5 m m i nd i a m e t e re x p a n dt o3 6 r a m ，4 1 f r o m p i p eo f 国 2 5 r a mi nd i a m e t e r e x p a n dt o m 3 9 m m 。 k e y w o r d s ：b i a x i a l l yo r i e n t e d ，u p v c p i p e ，s e l f - r e i n f o r c e m e n t , e q u i p m e n t i v 昝号说明 符号说明 径向应力，啪 轴向应力，i i n 蠲向应力，砌 警的内半径，潮 管的外半径，黼 任意位置的半径，删 警材瓣蠹都匿力，箨 a 拉伸应变 玻璃化温度，c 稔流温度， 冲瑕，啾 动载荷，n 静载蘅，n 每分锋循坯往次数m i 负载，n 孬獠寿命，h 摩擦力，n 密封阻力，n 摩擦系数 临i 垃转速r m i 许用转速r m i 1 慈强度k + 潮一1 丝枉强度n 卿“ 螺母强度n - 肿。 有效转矩，蘸嘲 有效功率，w 密度，g c m l 魄蒸容，j t 脊1 t 矿 弹性模量，m p 氇 挠曲度，c m 转热，o 吒吒 ， p 岔 k h kp h f r弘k& 北京化工大学位论文原创性声明 y8 82 0 3 7 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究工作所取得的成果：除文中已经注明引用的内容外，本论文不含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声 明的法律结果由本人承担。 作者签名：叁凼遮日期： 妒i 矗岔 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文的规 定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京化工大 学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可 ， 以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在2 - 年解密后适用本授 权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 作者签名：量虫毽 导师签名：! 皂堡垒 日期： 驶! ：星 日期：塑：! ：呈 北京化1 人学硕士学俺论文 1 2 1 超拉伸纤维技术“7 8 超高强廉p e 的制备可以分为固念挤出、熔融纺丝及凝胶纺丝等方法。7 0 年代， p o r t e r 帮w o r d 在“霾态按蕊法”方嚣欷了大量开氆髓工露，b e r s h r i n 等人夜1 9 8 4 年 用固惫挤出法所得的产品的最高拉伸模量可达2 2 2 g p a ，接近理论值，但没有工业化。 w a r d 等与w u 、b l a c k 先后避行了熔融纺丝的研究。熔融纺丝存在很大的局限憔，z w i c k 于1 9 6 7 年发表了凝胶溶液缆丝技术解决了这个困难，在稀溶液中分孑链活动较自出， 易于超级拉伸。1 9 7 9 年s m i t h 和l e m s t r a 缴展了凝胶纺丝的新方法。8 0 年代中期， 超拯伸u h m p e 逐灏避入工鼗位生产除段，其耋囊枣毙霹达2 0 0 ，毒l l l 是攘鬃霹这键约8 0 ， 具有较高的轴向导热性。荷兰国家矿业公司( d s m ) 成功地将s m 油等人的投术用予 工照诧生产，夔嚣将技本转谊绘美嚣稻巨拳麓公霹。耨壁越耱糖绎维莛畜超轻、褰魄 强度，高比模量、埘冲击、附磨、自润滑、耐腐蚀、耐化学品、耐紫外线、耐低温、 电缀缘等多稀往弄 燕髭。霆秘静最始豹缆绳丰才料帮嵩技术军备材料，可用予制作武器 装甲、防弹背心、航空部件簿。同时还可以用于医用移植器锪及各项运动嚣材及运动 服装，应用领域广阔。 2 ，2 双囱拉伸薄鹱技术9 “”、”1 双囱拉释鳖誊季辫貘( b i a x i a l l y o r i e n t e d p l s t i e s f i l m ) 薅称b o p f ，淀荦孛薄膜可敬采 用管膜拉伸法生产，也可以使用平颟双向拉伸法生产。双向拉伸加工可使塑料薄膜的 钫璐性能得潮提高，包括提商机械强度、弹链模量，耐i 中击和耐折叠谯，尺寸稳定性，透 明魔和光泽，保湿( 或抗潮) 性、气体阻隅性，耐寒性以及耐浊性等。始果在加互过程 中作一定的热处理，淑向拉伸薄膜能出现热收缩性，可用作收缩包装材料。几种主要的 双向拉 枣薄膜蠢双肉撞 枣聚乙爆薄貘、双囱控 枣聚式惩薄膜、双岛控l 枣聚摹乙烯薄膜、 双向拉伸聚偏二氯乙烯薄膜、双向投仲聚酯薄膜、双向拉伸尼龙薄膜、双向于立伸聚乙 簿黪( n a ) 薄膜及黢蠢拉释己浠一酪酸乙浠鹣( e ￥罐薄貘。 国外用双向拉伸工艺生产塑料簿膜的方法是始予1 9 3 5 年，当时德国首先用这种方 法垒产b o p s 薄膜。2 0 氆纪4 0 年代末，美舀道 d o w ) 亿学公司翎出了偏二氯乙烯与氯 乙烯共聚物井推出了双向拉 * p v d c 游膜，商品名为s a r a n 。t 9 5 3 年英豳帝国化学公司 ( i c i ) 在市场上推出双向拉伸聚酯薄膜，商品名为m e l i n e x 。1 9 5 8 年双向j = ：藏伸聚丙 爝膜褥到了发展，当时以意大季i j m o n t e c a t i n i 公司静m o p l e f a n 纛是最为窍名，并审谤了 4 i e 寐化1 火学硕十学伉论文 除了密封，它主蠡控涮着高压热永的流入及与另外一段低压热承的平衡。后面的扩张塞 与分布塞连接，在保持压力的同时，在管材表面形成均匀的液膜来减少摩擦。堵塞的 外部为特殊躲聚合物糕料，典骞较低分子量，并共有较离的剪甥强度。 3 5 旋转揍出戒型睢“ 1 蒋棒冷却永管：2 。链辘；3 辅承瘫 4 密辩装鬣；5 攘熬翻； 6 平板；7 ，熔律；8 潮燕黼；9 m 横板；1 0 芯棒；1 1 藤力两节装鬣。 翔l 峭旋转接班瘙帮装鹫简蠲 f i g 1 - 6s c h e m a t i cd i a g r a mo f r o t a t i n gd i ed r a w i n gr i g 通过挤出：执头的旋转装登，使聚会物在熔融状态产生取趣。分为芯捧旋转、露蟆 旋转及芯棒鞠模耀对旋转三稽。依靠成型篱j 孝内表鬻酌芯棒旋转形戒的周商剪切力 场，使管材沿周向取向，从而实现管材阁向自增强的方法。剪切控制技术和旋转挤出 成型技术可以使塑料管材的周向强度超过了轴囱强度，势旦珥以毒效地瀵除管挝灼融 接痰，减少缺陷静产生。 0 第一章绪论 一一一 1 3 6 囊空成黧。3 稳定气淄 1 进料袋艘；2 加热炉 3 ，密封装豫； 4 扩张定衽艘越；5 充6 c 装援； ；收辩装谢。 黎l 一7 囊空蹴型装鹫簦鹫 f i g 1 - 7s c h e m a t i cd i a g r a mo f v a c u u mm o l d i n g 堍 双向拉伸管材的环向扩张与热收缩管的扩张狂在楗似之处，故这墨供鉴了热收缩 管扩管鲍真空成型技术。粪窑残墨! 方法有连续戏羹和分段残鍪两种，主要蘑予生产小 裔径管材。被扩管鸯热到定温度聪进入扩张套：管材内部为常压，外部为负压，在 真空的作用下产生扩张。扩张方法简单，扩张倍数大，但轴良收缡大。除此之终，热 续管生产中瘫雕的重力扩张法、奄袋扩张法都霹戳考虑瘦弱到餐耢的环商拉伸中。 3 7 辊疆或鳖 辊衙 适动卉向 卜_ s 棒卜鼬坯料 蔚辍瓣与 浚蚓翔f b ) 辘嬷与辩巍蔹秘 c ) 秣祷转囱 图l _ 8 辊压成型原理简圈 f i g ，1 - 8s c h e m a t i cd i a g r a mo f p r i n c i c eo f f l o w f o r m i n g l i 北京化 人：学硕叶：学位论文 辊压成型也被称为旋转成型、剪切旋转成型或流动成型，是一种用旋转推进的冷 成型方法。辊压成型最早金属成型加工中广泛应用，在聚合物加工中与此类似的有冷 辊加工的片材。辊压成型又分向前和向后两种方法( 如阁1 - 8 ) 。试验装置包括双电机 驱动的辊筒和防扭曲装茕。管坯通过一个旋转的蕊棒，壁厚戚管坯外径减小，长度变 大，内径傈持不变。通过衬料显著的塑性变形，改变了材料的内部结构。由于材料的 蕊 ：疆纯，往箕硬菠、藏鼹应力、拉 牵强度都得到提商。 1 4 论文选题的意义和目的 大多数离分予材料，英模量相对较低，约为1 0 p a ，而钢铁的模艟接近t 0 ：! g p a 。 翔搿镪褥可替代钢鹣高强度、篱篌燕静离分予材料，掰涞是离分予槠辩学的重要谋题 之一。聚合耪臻强技本一直都是聚合辏零孝辩辩学磺究与癍孀领域中最为活跃、应蠲最 为广泛斡方彝之一。佟为聚台甥增强按术孛最重要分支之一款聚念妨取囱自增强技术 在传统魄增强技术基础上提出y 瓤的发艘方起，爨一项应用翦景十分广阔的技术。 将取向增强技术应用于塑料管树加工，可以使塑料管材环向期轴向性能都有赝提 高，此技术具商很高的实用价值。肖些厂家由于技术、设备等原因仍然采用间歇式双 向拉伸方法，存在着速度低、成本商等缺陷，因此涟续双向挝伸技术的推广和应用势 在必行。 l ，5 本潆题磷究的主要肉密 1 ) 设计一套可用于实际工业生产的双向拉伸增强管材挤出装置。通过简化装置 进行可行惟实验，在普通挤出成型设备一e 实现连续高效的聚合物材料的自增强。 2 ) 研究加工工艺条件与聚合物自增强试样强度、形态结构之间的关系，以及自 增强试样成壅韵最镶工艺参数及工艺条件。 3 ) 通过对聚合物拉律增强试群进行往熬溅试耩结构表铤，对聚合物挤出自绣强 的辘疆进行探讨。 1 6 本课题研究的难点 1 ) 管丰才的拯讳增强技术耩于高分子耩料豹二次加工技术，它怒在瀚相象件下，利 第牵缝论 用特殊的拉伸与扩张成型方法，改变聚集态结构。使大分子链在应力作用下伸展取向， 获得谢序的微观结构。管材自增强技术相对吹塑薄膜、双向拉伸片材和中空延伸吹塑 丽言，怒一项新的技术，圜外也是近年力发腠趣柬。然而，管材的自增强技术比其他 蠡璎强技术困难懿多，戳为管榜零疫大，与燮瓣薄貘露冀耱骟晓，簿度上毒数量缀斡 差别，因而加工困难。 2 ) 国内外现有的生产双向拉伸增强管材的方法，普遍存在环向强度提高不显著的 缺点。些生产线的装簧过于复杂，生产效率不高。需要探索全新的、有效提高环向 强度懿方法。 3 ) 受热过程未知，拉 枣j 建摇中的拉释速发或拉 率毙会影酾捌赫豹极械性辘，工艺 参数不易确定。一般生产需襄将材料冷却到l 以下，并重新加热。 ，l e 豪化 “大学硕士学 ! i ；= 论文 第二章拉伸餐成型机理 2 1 高聚物的取向机理 圈 来取南 渊 人分予舣向 图厶l 非结晶聚台物取向互个虢段 f i g 2 - lt h et h f s 螗g e s o f 酬鞠招硅摊o f 黼。啦地h sp 。l 弦谢 裹聚物分子是出谗多侧基、支链、链繁、链段等组成。在麴工涟程牵，商聚耪链 秘链段的形态鞭梅耀会发生交纯、溢外力方商伟震，遴过耋摊形成敬向结构。淑向是 聚合物分子和粱些纤缭填辩，由于结褐上慧殊的不对称形，在成型过程中受到剪切绒 受力箍伸嚣于，不可避免缝沿受力的方向作平行封 列“。冷却定型时，如果冷却速度足 够快，材料的取向结构就保存下来。在热塑性黧料的软化温度和熔融温度之间使其在 纵向或横向拉伸，使分子具有寇向性，冷却后使萁寇型，称为定向技术或拉仲技术”。 f 3 l 亏姜刍：弋3 仨二二= = 型一 ( b ) t ( c ) ( a ) 中分子完全没有定向性。( b ) 进行拙伸厨。分子枉拉伸方向上平行排列，具有定向作性。( c ) 再在蠢角方向进行拉伸，形成赦轴取向。 图2 - 2 域辅授件取向过科示意翻 f 唔2 2s c h e n l a d cd i a g r a mo fb i a x i a l l y 喇e l l t e dd r a w i n gp e 8 s 大分子的取向分为链段取向和分子链取向：链段取向在高弹念进行，通过单键内 旋实现；整个大分子链的取向只能在粘流态进行通过大分吾链段协调运动实现。 1 4 程挈 第一：章拉伸蒋成型机理 取向过程受到分子内部的阻力，链段和大分子链两种取向所受阻力及取向过程的速度 都不同“。一般是链段先取向，随后是大分子。在聚合物加工过程中，聚合物熔体中 大分子、链段、添加固体粒予，在剪切流动方向和外力的作用的受力方向，会产生不 同程度的取商豫“。如果取向缩构单元只朝一个方向就怒单轴取向，朝两个方向就是双 聋鸯敬离。 圈2 31 f 结晶聚台梅热力学三态 f i g 2 3t h e t h r e et h e r m o d y n 棚i i cs t a t e so f 跏o r p h o u sp o l y m e r 高聚物的微观缩构( 组成及分子结构) 决定商聚物物理、机械性能的纂本阅素。 虽然组成聚合物主链韵e e 镳吴寄经高的键能，毽由予聚合物材科内郗丈分子链的无 援撵列，往褥蒸主簧作簏鹣为结舍麓较低豹范德华务或镊极力，镀分子链本身酌高强 度没凑转化势剑最豹裹强瘦。辗攒s t 8 h d i n g e 教授熬理论，尽霹l 地 牵裁戳e e 键 续会的大分子链，造成链的刚蠢驭囱，藏可获褥薅摸藿高强度豹聚合姆楗辩”“。聚 合物材料可以在固态、橡胶态或者熔融态进据取瑚，使性能漫著增强。犍挝 枣取向鲍 方法引入增强塑料篱生产。利用特殊的成型方法控制聚会物的形态，在结构材料的内 部构成有序排列的伸直链晶体、串晶或分予链作为材料的增强“相”，从而大幅度提 高其力学性能，达到其增强的目的。 2 2 联翔分类 取向过程分为：流动取向和拉伸取向。大分予链、链段和纤维填料在剪切溅动过 程中沿流动方向取向；分子链、链段和晶体等结构单元在拉仲应力作用下沿受力方向 取向。 j 衷化l 大学颂_ ：学靛论文 2 。2 1 流动取向 ly 甲心曩腱 横蘸蓉 圈2 4 注塑镧斋中分子取向分布 f i g 2 qd i s t r i b u t i o no fm o i e c u l a ro r i e n t a t i o ni ni n j e c t i o np r o d u c t s 流动驭向为大分子链、链敷和纤维填料在剪切流动过程中沿流动方向取向。流动 取向与剪切应力及速度梯度密切相关，靠j 琏壁酾附近的熔体流动的道度梯度最大，而 且蹙面的温度较低，在拉伸、剪切应力的作用下，豢曲状长链分予逐渐沿滚动方向耪 展伸直和取向。以往塑制品为例，从横裁露来番，取向程度的分蠢攀本与势甥应力豹 分搬楣网，壁联处最大、中心最小。靠近模壁处迅速冷龆形成炙取翔暴，掰潋镬取淘 最大处在次表联。在漉渤取囱黠，整攀 熔棒处予粘流溢凄或在精滚温度范围肉。由予 温度较赢，鎏瓣熔体在矫力鑫冬捧翔下容易流动，高祭物大分予镳葳链段既有容荔通过 形变、伸震形成取向结构的趋势，又存在通过熟运动和链的松弛作闱使商聚物大分子 链恢复卷曲状无规线团构相即解取向的倾向。 流幼取向广泛应用于滋塑及挤出自增强工苣中。其中在塑料自增强管材的生产 中，为了提高管材的环向强度，使用了旋转挤出成型法。利甩芯棒或芯套的旋转拖曳 作用，对聚合物熔体旌加环向的剪切应力场，使大分子沿黪国产生取囱及取内缝照。 在逸当蛇冷龆祭l 孛下壤墩舄结构冻结在管越中，扶藤提舞警誊孝戆环秘器发及模量。这 耱熔俸在滚臻中敬淘楱对予困态形变更适合予工监仡，容易实瑶连续挤粥生产。讴蔻， 旋转取囱过程对翻工条件要求较高，h d p e 自增强管奉孝连续挤出温度窗口仅有 ( 1 3 8 一1 5 2 ) ”“，温度条件严格，取向过程流动状态复杂，并鼠取向结构不易保持。 6 北京化l ：大学硕七学位论文 袭2 - l 聚台物的拉伸取向三种主要形式 t a b l e 2 11 h r e ec h i e ff o r m so fp o l y m e ro r i e n t a t i o nb yd r a w i n g 温度拉伸廊力 拉伸单元取向裂度 赢弹o - 拶。拉傍癍力激囱程度低、缩 玻瑙化温度附近主蔡为链段拉伸 控 孛 小于捌服麻力 构不稳定 玻璃化温度到熔融温发 拉伸廊力人丁删 高弹恋f 火分子作 璧性 之间，温度足够赢时可 服庶力，有效廊力 为独立结构单元发墩内姥擒捻定 拉伸 在较小的成力f 产生为旷玎。生姆缠承| 港穆 藕往较夺巍力f 都可 粘流灞度t f 以上 大分子链寄效墩彝糕度低 拉缔发生 拉伸取向主要应用于塑料管材自增强中的口模拉伸、内压扩张等工艺中，在固相 下产生大变形，使材料内郝的分子高度取向，般属予二次加工。在实际生产中， 拉伸取向的温度一般为玻璃化温度到熔融溆度之闯，属于赢弹凑下的塑性挝馋。谗多 材辩可以在低予熔点的湿度进行拉 枣驳囱，妞浆靼蘸己爝( p t f e ) 薄膜霹缢在常湿进 行拉熟( 熔点为3 2 7 c ) ，攘王湿度逡低于滚动联囊黥溢度，在生产中易予实现。相对 予波动歌熬，挝 孛敬淘滠袋较 氛，取韵程浚较大，并且毅商结构容棼保持。拉 串取向 韵方法在工韭上庭翔较翠、技术成熬，世界上现有的双向拉伸增强篱材大部分都是国 管坯遥遥控伸鞭向二次加工制成的。 综上所述，为了获得更高的取向度，最大稷度提高管材的性能，选用拉伸取向的 方法。拉伸取向自增强技术对结晶型和无定形聚合物都适用”3 ，目前用于拉伸的聚食 物主要有：聚氯乙烯( p v c ) 、浆对苯二甲酸乙二酵黪( p e t ) 、聚甲醚( p o m ) 、聚镳二 氯己烯( p v d c ) ) 、聚甲基丙爝酸甲醺( 蹦 l a 。谂称毒极玻璃) 、聚乙烯( 惩) 、聚嚣烯( p p ) 、 聚落乙烯( p s ) 以及苯乙烯熬共聚甥等睇1 。 2 。3 取趣的特点 2 3 。 毅是痉 为了比较材料的取向程度，定义取囱度躲先： 蘩二章拉耪鸷或蘩撬理 f 。当( 3 c o s2 百一1 ) ( o f 5 级 最大旋转速度d n ：n 。( m i n 。) = 8 0 0 0 0 d 。( m m ) = 8 0 0 0 0 2 0 = 4 0 0 0 ( m i n l ) ( 3 9 ) 实际工作转速= 6 0 c m i n 5 m m = 1 2 0 ( m i n l ) “4 0 0 0 ( m i n “)( 3 1 0 ) 根据一端支撑方式：f 。，= 0 3 5 6 ，非支撑螺母最大长度l 。，= 1 5 0 咖，o 8 临近转速n 。r - 1 2 1 0 8 d l c 一= 1 0 7 1 0 5 ( m i n 。) ( 3 一1 1 ) 许用值n = f c 。n 。f 。= o 8 1 0 7 1 0 5 x o 3 5 6 = 3 0 3 7 8 7 ( m i n l ) ( 3 1 2 ) 扭曲负荷计算：选用一端支撑的形式：f 。= o 5 ，l 。= 丝杠螺母移动的最大距离 = 1 5 0 咖。f 。o 8 最大扭曲负荷r = 型警= 型堕铲= 7 2 3 2 1 。5 n ( 3 一1 3 ) 许用扭曲负荷f 。= f c ，xf c f 。= o 8 x 7 2 3 2 x 1 0 5 o 2 5 = 1 4 5 1 0 5 n ( 3 一1 4 ) 寿命计算 基本动负载率：c 。= 1 1 5 k n ；平均负载：f - = 1 2 0 n ， 额赫缸旷【等】3 x 1 0 6 ：【訾r - 惝s l o l - ( 3 1 5 ) 根据时问计算：k 一警品- 1 5 x 10 9h ，满足要求。 ( 3 - 1 6 ) 效率扭矩计算 丝杠的效率不仅取决于计算数据，而且受启动和运动等因素的影响，因此计算值 与实际值存在大约5 的误差。 精度p 7 ，摩擦角：矿= o 3 4 。；c 锏= “5 k n ；轴向力f = 1 2 0 n t a i l 口：生：上：o 0 8 ( 3 1 7 ) d o 万 2 0 刀 = 4 5 5 。 f e 。= 1 2 0 1 1 5 0 0 = o 1 ，一f i o 9 6 ( 3 1 8 ) 理论效率町= 品= 石彘= n 9 3 s ( 3 19 ) 实际效率孙= 叩o 9 5 7 x = 0 9 3 5 n 9 5 7 x 0 9 2 0 8 6 5 ( 3 2 0 ) 釜三整塑塑堕篓墼箜堕堡筵墨盐塑 疆转力矩：转动一壹线运动辩，驱动力矩为： 篮一幽堕一：o 1 l 2 0 t 口- 冁2 o 靠娃8 8 赢线运动一转动时，输出力矩为： 兰：叠墨：塑兰! i ! ：塑：o 0 8 锄 2 0 0 0 - 万2 0 0 0 石 滚珠丝枉的憩强度计算 ( 3 2 1 ) ( 3 2 2 ) 髑3 呻滚臻熊柱强度诗爨 n 邸母轴t 蜘s 砖c a k m l 鲥帆o f b 甜i s 删 滚珠丝枉的藤强度r 。 是丝桎强度r 。窝螺曝强度决定，l ；土+ 二 r 建5r ” r 。= 2 5 k g f # 腑一o 2 5 n 脚 一端支撵；l ；= 1 5 0 跚，e 一2 l l n h 赫2 ，丝枉截面积a 一2 6 3 咖舻 丝枉强震r s = _ 生娶= 型墅掣嘲5 2 。3 n ，姆 厶- 1 0 51 5 0 x | 0 5 r 。 1 1 o 0 0 1 8 + 毒 r sr n 。 o 2 5 ，埘h 3 2 ，5 爨瓣耄撬及黼步豢轮设毒 ( 3 2 3 ) ( 3 2 4 ) 根据行稷控制的特点，这里选用伺服漱枧驱动滚珠丝枉。恻服电极楚一一砖传统的 j b 京蚀。 ：人学硕+ 学披沦文 电机，是自动装置的执行元件，伺服电机的最大特点是町控。在有控制信号时，伺服 电机就转动，且转速大小正比于控制电压的大小。去掉控制电压后，伺服电机就立即 停止转动。通过加入一定的电流控毒4装爨，司以邋过儡服电机精确控制沓动丝枉转动。 图3 一l o 新特s z 伺服电机外观圈h 参3 1 0 a v 主e w o f x i n l 、e l a c u 矗蛀n g f n o t o r 选用山东博山额特咆桃厂的s z 系列蹇浚饲黢电动麦f l l ，s