塑料挤出机机械结构设计.doc

哈尔滨石油学院本科生毕业设计 论文 哈尔滨石油学院哈尔滨石油学院 毕毕 业业 设设 计计 题目 塑料挤出机机械结构设计 系别 机械电子工程系 专业 机械设计制造及其自动化 班级 10 姓名 龚玉平 学号 20103140226 指导教师 王妍玮 日期 2014 06 01 哈尔滨石油学院本科生毕业设计 论文 哈尔滨石油学院哈尔滨石油学院 毕业设计 论文 任务书毕业设计 论文 任务书 题目题目 塑料挤出机机械结构设计 姓名姓名 龚玉平 专业专业 机械设计制造及自动化学号学号 20103140226 主要内容 主要内容 本次毕业设计主要工作内容是完成塑料挤出机的机械结构设计 通过本次设计 建立正确的产品设计思想 掌握产品设计的流程 各个设计阶段解决问题的方法和 手段 为毕业后实际设计产品奠定良好基础 基本要求基本要求 1 用多种方法查找相关文献资料 2 参照以有的设备数据拟定多种设计方案 比较设计方案 选择最佳方案进行 设计 3 利用 cad 完成装配图和零件图 4 撰写毕业设计论文 主要参考资料主要参考资料 1 刘立春 塑料机械设计 北京 机械工业出版社 1993 2 2 于德水 塑料加工机械 北京 机械工业出版社 2001 12 3 陈露 autocad2006 基础及应用教程 电子工业出版社 2006 8 完成期限 2014 年 6 月 2 日 指导教师签章 专业负责人签章 2014年3月2日 哈尔滨石油学院本科生毕业设计 论文 摘 要 此次设计的题目是 sj 65 塑料挤出机机械结构设计 挤出成型是塑料成型加 工的重要成型方法之一 而挤出成型是在挤出机上进行的 所以挤出机是塑料成 型加工机械的主要设备 用挤出机生产的产品广泛地应用于人们生活以及农业 建筑业 石油化工 机械制造 国防等工业部门 挤出机主要用不高于把聚合物主原料与所需添加的辅助原料混合 混炼塑化 熔融 最终加工成具有各种截面形状和几何尺寸的挤出类塑料制品 其主要的特 点是 生产过程连续 生产效率高 应用范围广 投资小 收效快 1 挤出机主要由挤压系统 加料系统 传动系统和加热冷却系统组成 本次设 计就是围绕这几部分进行设计的 挤压系统主要由螺杆和机筒组成 是挤出机的 关键部分 加工的塑料是高分子聚合物 综合各个方面的因素考虑 螺杆的结构 形式选定为等距变深型螺杆 机筒结构是选用的衬套式机筒 即在整体式机筒内 加一衬套 衬套磨损后可以拆出加以更换 这样可以节省贵金属材料 很经济 本次设计就是基于在结构合理 易于加工和维修等条件的要求下 进行挤出 机的设计 关键词 挤出机 传动系统 加热冷却 哈尔滨石油学院本科生毕业设计 论文 abstract this design topic is sj 65 plastic extruder mechanical structure design extrusion molding is plastic forming the important method of forming process and extrusion molding in extrusion machine is the extruder so is the plastic molding processing machinery major equipment extruder production with the products widely used in people life and agriculture construction petroleum chemical industry machinery manufacturing defense industries as well extruder is not higher than the polymerization with raw materials and add the owner needed assistance raw material mixing mixing rubber plasticizing melting eventually processed into has all kinds of cross section shape and geometry size of plastic extrusion products its main characteristic is production continuous high production efficiency application range small investment fast convergence extrusion machine mainly by extrusion system charging system and transmission system and heating cooling systems this design is a few parts around this design extrusion system mainly by the screw and barrel composition is a key part of the extruder processing of plastic is the high polymer comprehensive all aspects of the factors screw structure of the selected for isometric darker type screw machine tube structure is to choose the bushing type of barrel that is in the integral within a barrel and bushing liner wear can be replaced after pulled out this can save precious metal materials very economy the design is based on the reasonable structure easy to processing and maintenance of the conditions of the request for the design of the extruder keywords plastic extrusion transmission system heating and cooling 哈尔滨石油学院本科生毕业设计 论文 目目 录录 第第 1 章章 绪论绪论 1 1 1 课题背景 1 1 2 课题研究意义 2 1 3 国内外综述 2 1 4 研究内容 2 第第 2 章章 挤压系统设计挤压系统设计 4 2 1 螺杆设计 4 2 2 机筒设计 9 2 3 螺杆和机筒的材料选择 10 2 4 螺杆和机筒的配合要求 10 2 5 分流板设计 11 2 6 本章小结 11 第第 3 章章 挤出机传动系统设计挤出机传动系统设计 12 3 1 挤出机驱动功率的确定 12 3 2 挤出机转速的调节范围 12 3 3 传动系统的组成及其设计 12 3 4 挤出机螺杆轴承部分的结构及其布置形式 16 3 5 挤出机螺杆轴承和齿轮的 ug 造型 17 3 6 本章小结 21 结结 论论 22 致致 谢谢 23 参考文献参考文献 24 附附 录录 25 哈尔滨石油学院本科生毕业设计 论文 哈尔滨石油学院本科生毕业设计 论文 第第 1 章章 绪论绪论 哈尔滨石油学院本科生毕业设计 论文 i 哈尔滨石油学院本科生毕业设计 论文 0 1 1 课题背景 在我国塑料加工业中 几乎 1 3 1 2 的塑料制品是通过挤出成型来完成 作为 塑机的第二大类产品 挤出成型机组的产量和销售额约占塑料机械的 20 25 其 生产厂家分布在机械 轻工 化工 石化 建材 军工等行业 在地域上多集中在 塑料加工业发达地区 如江浙 辽宁 山东 广东等东南沿海地区 全国 124 家主 要塑机企业工业总产值为 38 7 亿 东南沿海就占了 70 以上 全国生产挤出机的厂家 超过百家 多数为民营或乡镇企业 约占塑机行业厂家的 60 挤出机的品种占塑 料机械品种的 30 这个比例还有逐年上升趋势 全国每年能够生产 300 台以上挤 出机机组的厂家仅有 3 4 家 大部分企业只能生产低档次的老产品 难以达到经济 规模 尤其在控制水平 效率 精度 可靠性和成套性等方面与发达国家相比差距 较大 由于专业水平和产品技术含量低 决定了产品的附加值低 从而使企业的整 体效益不高 在国际竞争中处于劣势 在常规单螺杆挤出机组的性能方面 我国己能生产螺杆直径为 12 250mm 多种规格 门类齐全的挤出机组 长径比太多在 25 30 范围 一些新型的混炼元件 如分离型 屏障型 分流型 变流道型以及流束位置变换型等说炼元件得到了较为 广泛的应用 螺杆最高转速 直径 150 200 的大型挤出机加工烯烃类物料时为 50 75r min 加工 pvc 等热敏性物料时为 5 42r min 直径 30 以下的小型机器加 工烯烃类物料时为 l60 200r min 加工 pvc 等热敏性物料时为 18 l20r min 北京化 工大学研制成功的 l2mm 手提式单螺杆排气挤出机为 1200r min 而国外单螺杆挤出 机螺杆直径最小 6mm 最大为 700mm 最大长径比达 60 日本池贝公司 30 单螺 杆挤出机最高螺杆转速为 3000r min 挤出机 300kg h 远远高于我国同规格机器实际 产量 l4kg h 的水平 2 由于常规单螺杆挤出机与其它挤出机相比 具有结构简单 坚固耐用 维修方 便 价格低廉 操作容易等特点 在我国相当长时间内仍有很大市场 因此如何使 常规单螺杆挤出机优质 高效 多功能化 仍然是我国塑机研究工作者的艰巨任务 1 2 课题研究意义 sj 65 塑料挤出机研究的意义 近年来 随着电子设备信息化的展 作为物理传 输介质的各种热敏性聚合物加工需求也越来多 如 pvc 电缆料 pe 硅烷 过氧化物 交联电缆料 pe 交联屏蔽线等 在我国塑料加工业中 几乎 1 3 1 2 的塑料制品是 通过挤出成型来完成 生产这些聚合物的关键是挤出机 挤出机也随着越来越高的 时效性生产要求在不断发展 哈尔滨石油学院本科生毕业设计 论文 1 1 3 国内外综述 在我国塑料加工业中 几乎 1 3 1 2 的塑料制品是通过挤出成型来完成 作为 塑机的第二大类产品 挤出成型机组的产量和销售额约占塑料机械的 20 25 其 生产厂家分布在机械 轻工 化工 石化 建材 军工等行业 在地域上多集中在 塑料加工业发达地区 如江浙 辽宁 山东 广东等东南沿海地区 全国 124 家主 要塑机企业工业总产值为 38 7 亿 东南沿海就占了 70 以上 全国生产挤出机的厂家 超过百家 多数为民营或乡镇企业 约占塑机行业厂家的 60 挤出机的品种占塑 料机械品种的 30 这个比例还有逐年上升趋势 全国每年能够生产 300 台以上挤 出机机组的厂家仅有 3 4 家 大部分企业只能生产低档次的老产品 难以达到经济 规模 尤其在控制水平 效率 精度 可靠性和成套性等方面与发达国家相比差距 较大 由于专业水平和产品技术含量低 决定了产品的附加值低 从而使企业的整 体效益不高 在国际竞争中处于劣势 在常规单螺杆挤出机组的性能方面 我国己能生产螺杆直径为 12 250mm 多 种规格 门类齐全的挤出机组 长径比太多在 25 30 范围 一些新型的混炼元件如 分离型 屏障型 分流型 变流道型以及流束位置变换型等说炼元件得到了较为广 泛的应用 螺杆最高转速 直径 150 200 的大型挤出机加工烯烃类物料时为 50 75r min 加工 pvc 等热敏性物料时为 5 42r min 直径 30 以下的小型机器加工 烯烃类物料时为 l60 200r min 加工 pvc 等热敏性物料时为 18 l20r min 北京化工 大学研制成功的 l2mm 手提式单螺杆排气挤出机为 1200r min 而国外单螺杆挤出机 螺杆直径最小 6mm 最大为 700mm 最大长径比达 60 日本池贝公司 30 单螺杆 挤出机最高螺杆转速为 3000r min 挤出机 300kg h 远远高于我国同规格机器实际产 量 l4kg h 的水平 1 4 研究内容 第一部分是挤出系统的设计 挤出系统包括螺杆和机筒 是挤出机的关键部分 塑料是高分子聚合物 它由柔韧的大分子链结构所组成 分子间的相互作用和分子 量是决定其所有综合物理性能的主要因素 热塑料在恒定压力下受热时存在三种物 理状态 即玻璃态 高弹态和粘流态 当温度超过 td 时 聚合物开始分解 所以挤 出机的螺杆结构就是根据高聚物在不同温度的三种物理状态设计的 3 在螺杆的多种 结构选择之后选定的是等距变深型螺杆 机筒结构是选用的衬套式机筒 在整体式 机筒内加一衬套 衬套磨损后可以拆出加以更换 这样可以节省贵金属材料 很经 济 第二部分是加料系统设计 分为料斗选择和加料方式选择 第三部分是加热冷却装置设计 因为挤出机是靠加热使高聚物状态变化的 所以加 热和冷却在这个系统中占有非常重要的位置 只有好的加热和冷却系统才能使挤出 机正常 合理的工作 哈尔滨石油学院本科生毕业设计 论文 2 第四部分是传动系统设计 传动系统包括减速装置 皮带传动和电机 哈尔滨石油学院本科生毕业设计 论文 3 第第 2 章章 挤压系统设计挤压系统设计 2 1 螺杆设计 2 1 1 螺杆设计所需考虑的问题 衡量螺杆设计质量的标准 1 生产能力 生产能力是设计螺杆的一个重要指标之一 不同规格的螺杆生 产能力是不同的 同一种规格的螺杆 由于结构和尺寸的差异 加工同一物料的生 产能力也各有不同 因此 必须有一个作为比较生产能力的标准 其中一个标准是 比流量 q n 即在单位时间内螺杆每转一圈的挤出量 对于同一规格的螺杆 还要衡 量在保证挤出物质量的前提下能够达到的最高生产能力 qmax 2 率消耗 螺杆的单耗值越大 说明螺杆所作的机械功对物料进行剪切和摩 擦作用而转换为热能越多 但是 在不同的温度下 不同的物料的热是一个定值 机械功转换为热能过多 可能会引起局部过热 甚至造成物料的热分解 影响制品 质量 另一个方面增加螺杆传动装置的负载对螺杆和机筒进行局部冷却而造成能量 浪费 因此 在保证物料塑化的前提下 螺杆的单耗应以低值为好 3 挤出物的质量 挤出物的质量包括外观质量 挤出物的混合质量 挤出物 的挤出温度 在径向上的温差 温度随时间而波动的轴向温差 挤出的压力波动等 方面的内容 4 杆的加工制造容易 使用寿命长 螺杆加工制造困难 影响螺杆的造价 使 用寿命短 机台的经济性能差 设计挤压系统首先考虑的问题 1 高聚物的特性 在设计挤出系统之前 应掌握被加工高聚物的性能 不同的 高聚物 对螺杆的结构和几何参数有不同的要求 2 挤压系统的用途 在设计之前应考虑其用途 是作为专用机台还是通用机 台之用 作为专用机台 挤压系统只考虑挤压某一种塑料的长期生产之用 若作为 通用机台之用 挤压系统就要考虑适应若干塑料相互交替之用 这对挤压系统的结 构或螺杆的设计有不同要求 3 口模几何形状和阻力特征 挤出不同的制品 要求不同的口模 不同的几 何形状 对物料挤出时的阻力特性不同 从基础理论知道螺杆 口模的特性关系曲 线 机头阻力大 螺杆的生产能力降低 反之生产能力高 不同口模的几何形状和阻 力特性对螺杆的几何参数有不同的要求 这在设计挤压系统之前应加于考虑和了解 哈尔滨石油学院本科生毕业设计 论文 4 2 1 2 普通螺杆的主要形式及其确定 普通螺杆的主要形式 等距变深型 等深变距型 变深变距型 普通螺杆形式的确定 选择等距变深型 相对于其他形式的螺杆来说 其加工 制造容易 成本低 由于螺纹升程相等 物料与机筒的接触面积大 从外加热的机 筒上吸收的热量多 有利于固体塑料的熔融和能够均匀地压缩 塑化物料 加料段 的第一个螺纹深度大 有利于进料 2 1 3 螺杆主要参数的确定 螺杆直径 正常能力的确定 设计中螺杆直接已经给出在初步确 s dqmmds65 定螺杆的转数和直径之后 可根据经验公式初步确定螺杆的生产能力 小时公斤 12905 6005 0 33 ndq s 长径比的确定 从挤出理论得知 在其它条件一定时 增大长径比 即等 s dl 于增加螺杆的长度 结果增加物料在螺杆中的停留时间 既保证了物料有充分的熔 融时间 但对热敏性的物料 过大的长径比易于造成停留时间过长而热分解 一般 国内应用比较多的长径比范围是在 15 25 目前多采用 20 左右 因此取长径 4 mmdl s 1300652020 2 1 4 螺杆设计 塑料是高分子聚合物 它由柔韧的大分子链结构所组成 分子间的相互作用和 分子量是决定其所有综合物理性能的主要因素 热塑料在恒定压力下受热时存在三 种物理状态 即玻璃态 高弹态和粘流态 当温度超过 td 时 聚合物开始分解 从上述螺杆的形式可以看到 结晶型高聚物用的螺杆有明显的三段之分 而非 结晶型高聚物用的螺杆虽然在几何形状上不一定明显的分成三段 但按照挤出理论 的分析 非结晶型高聚物在螺杆中的挤出过程 实际上是经历固体输送 熔融和均 化的过程 因此 把普通螺杆都分成三段 加料段设计 1 加料段的长度按照固体输送理论分为料斗区 输送区和迟滞区 料斗区 是指加料口先面的螺纹段 输送区 是指从料斗区口前壁面开始直至固体塞表面达到 熔点为止 迟滞区 是指物料开始在机筒表面上熔融而形成熔膜直至熔膜厚度增厚到 若干倍螺杆和机筒之间的间隙时 熔膜被螺棱刮下而螺棱推进前面的熔池 此时固 体床偏移至螺棱后缘 稳定的熔融开始起作用之前为止 2 固体输送能力要求 a 固体输送能力应稍高于或等于熔融段或均化段的工作能力 b 能压实固态颗粒或粉料 有利于排除颗粒料或粉料中所含的气体和提高固 体输送效率 3 螺纹升角 固体塞与螺杆是有摩擦和有一定的压力 因而加料段的最佳螺 哈尔滨石油学院本科生毕业设计 论文 5 纹升程不为 45 另外 固体输送理论还假设 和忽略螺棱宽度 的影 bs ff 0 pp e 响 并认为大多数固态高聚物与金属之间的摩擦系数大约是 0 25 0 5 此时从理论 公式推导出最佳的螺纹升角是 17 20 若加料段螺杆的螺纹升程等于螺杆直径 s d 得到的螺纹升角是 17 42 所以选取螺杆的升程等于螺杆的直径 4217 4 螺槽深度的确定 在理论上大 固体输送量大 一般先确定均化段螺 1 h 1 h 槽深度后 再由螺杆几何压缩比来计算加料段的螺槽深度 1 h 5 加料段长度的确定 实际上如螺纹升角分析那样 影象因素很多 难于 1 l 由理论公式去计算 因此 往往根据高聚物的物理性能分析 用经验数据确定所需 要的长度 对于熔点高 导热性差 加料段的长度要取长一些 反之可取短一些 1 l 根据经验数据取加料段长度 占螺杆全长的百分比 1 l 非结晶型高聚物 ll 25 10 1 12 结晶型高聚物 ll 65 30 1 22 根据经验 5 mmll2602 01300 20 1 熔融段设计 1 熔融段设计要求 是固态颗粒或粉料在这一段得到进一步压缩 以排除所夹杂的空气或挥发性气体 某些固态高聚物颗粒或粉料在熔融过程中由松散 转变到 熔料时密度会发生变化 另外 高聚物熔料在本段形成 压力下 密度也有变化 另一个设计要求是要有一定的长度 在理论上这个轴向 2 l 长度和本段的几何压缩比所构成的螺槽体积变化要符合物料固相宽度分布函数的 2 l 变化规律 2 熔融段长度的确定 熔融段要有足够的压缩比 如果螺杆三段的螺 2 l 纹升程相等 螺棱宽度 也相等 压缩比 等于 ei 31 h hi 32 要从力理论公式计算和压缩比是 是比较困难的 因此 往往用经验数据来确定 2 li 螺杆熔融段的几何压缩比一般要大于高聚物的颗粒料或粉料的物理压缩比 非结晶型高聚物 2 4 ll 60 50 2 结晶型高聚物 dl5 3 2 52 根据经验公式非结晶高聚物 取 6 mml780 650 1 mml700 2 均化段的确定 1 对生产能力的影响 正流流量与的一次方成正比 倒流量与 3 h d q 3 h c q 的三次方成正比 如果其它条件相同时 仅把增大一倍 则只增大一倍 3 h 3 h d q 而却增大八倍 因此 太深的螺槽 反而降低生产能力 浅的对物料的剪切作 c q 3 h 哈尔滨石油学院本科生毕业设计 论文 6 用大 有利于对物料进一步的塑化和均化作用 但过浅的 对热敏性的物料可能 3 h 会引起热分解 均化段长度的大小对生产能力 挤出物的质量和螺杆的工作特性有 一定的影响 从熔融输送理论公式可以看到 增大 等于减少倒流和漏流的流量 3 l 在其他条件相同时 相对地提高了生产能力 2 均化段和的确定 用理论公式计算有一定困难 因此 大多数采用经 3 h 3 l 验数据来确定 2 6 s dh06 0 025 0 3 对于直径较大的螺杆 取小值 反之取大值 对于黏度低 热稳定性好的熔 3 h 料 可取小值 反之取大值 经验数据 06 0 025 0 3 h mmds9 3 625 1 取 确定之后 根据确定的螺杆压缩比计算加料段螺杆的螺槽深度mmh6 3 3 3 h 1 h 2 7 4 5 0 33 2 1 hdihddh sss 可以求出 mmh10 1 按经验数据 3 l 2 8 ll 25 20 3 选取 mmllll3407002601300 213 螺纹端面形状 选取矩形断面的螺纹 螺纹根径表面与螺棱推进面成 90 夹角 用小弧过度 螺槽容积较大 螺棱顶面宽度一般取 在保证螺棱强 s de12 0 08 0 度的条件下 值取小一些 因为比较大的 值不但占据一部分螺槽容积 而且增加ee 螺杆的功率消耗 又容易引起物料的局部过热的危险 值也不能过小 否则会削弱e 螺棱的强度 增大漏流流量 从而降低生产能力 尤其对低黏度的熔料更甚 螺棱的经验选取公式 3 32 21hr r 1 2 r 2 9 螺纹后角一般取 10 计算螺棱的数据 7 mme6 mmr2 mmr4 螺杆头数的确定 在螺杆的直接 螺槽深度和螺纹升程都相同的情况下 多头螺 纹与单头螺纹相比 多头螺纹对物料的正推力较大 并可降低熔料的倒流现象 但 是 整条螺杆都是多头螺纹时 物料分别从螺杆料斗区几条螺槽通道进入而到达螺 头 在料斗区往往由于几条螺槽的进料不均匀和各条螺槽的熔融和均化或对熔料输 送能力不一样 容易引起生产能力波动 压力波动 其结果制品质量下降 所以选 取单头螺杆 螺杆头部结构 熔料在螺槽中的旋转运动至进入口摸时的直线运动过程中 有一 个急剧的改变过程 料流在螺杆头部前面的机构中 料流速度在机筒中心点为最快 哈尔滨石油学院本科生毕业设计 论文 7 而机筒壁最慢 因而应选择合理的螺杆头部形状才能使料流平稳的进入口蘑 并可 避免产生滞流和防止物料的局部热分解 螺杆强度校合 由轴力向 pz 产生的压缩应力 可由公式 3 10 c 2 10 2 0 2 2 max 4 4 25 1 15 1 dd dp s s c 得到轴向压应力为 2 22 2 2 0 2 2 max 1560 25 4 5 6 5002 12 1厘米公斤力 dd d p s s c 由扭矩 m 产生的剪应力 2 11 4 3 max max 1 496000 cdn n s 得到剪应力 2 4 2 4 3 max 794 5 4 2 11090 923 0 5 6 496000 1 496000 厘米公斤力 cdn n s max 由螺杆自重产生的弯应力 s 2 12 3 2 2 s s d ddl 得到弯应力 s 2 2 3 2 2 3 2 2 19 328 5 4 1025 3 5 45 6130 厘米公斤力 d rddl s 22 2 22 2467794432815604厘米公斤力 因为安全系数取 3 所以许用应力为 8500 3 2830 公斤力 厘米 所以螺杆强度许 2 可 2 1 5 螺杆零件图 此次设计的螺杆为等距变深螺杆 螺杆结构如图 2 1 所示 哈尔滨石油学院本科生毕业设计 论文 8 图 2 1 螺杆的结构图 2 2 机筒设计 2 2 1 普通机筒的结构类型及其选择 整体式机筒 整体式机筒的结喉形式之一 其特点是长度大 加工要求比较高 在加工精度和装配精度上容易得到保证 特别市机筒和螺杆同心度的要求 也可以 简化装配工作 在机筒上设置外加热器不易受到限制 机筒受热均匀 一般专业制 造厂用的比较多 但是机筒的加工设备要求较高 技术要求也较高 机筒内表面磨损 后难以复修 分段式 分段式机筒是将机筒分成几段 然后各段用法兰或其它形式连接起来 这种形式机筒的机械加工比整体容易 便于改变长径比 多用于需要改变螺杆长径 比或实验室用的机台以及在强制式轴向开槽进料套筒的机筒 排气挤出机的机筒 使机筒的结构更加合理 双金属机筒 双金属机筒主要有 2 种结构形式 一种是衬套式机筒 另一种是在 机筒上浇铸一层合金箔层 选择衬套式整体机筒 结构如图 2 2 所示 图 2 2 机筒结构图 2 2 2 加料口设计 加料口的结构必须与物料的形状相适应 使被加入的物料能从料斗或加料器中 自由流入螺杆而不中断 加料斗的选择结构如图 2 3 所示 哈尔滨石油学院本科生毕业设计 论文 9 图 2 3 加料斗选择的结构图 2 2 3 机筒和机头的连接方式 在选择机筒与机头的连接方式时 除了考虑其结构尽量简单 加工制造方便和 夹紧可靠之外 同时必须做到易于装拆机头等 2 3 螺杆和机筒的材料选择 工作状况 螺杆和机筒在挤出机挤出时受到高温 高压的作用 同时受到机械刮 磨 有的塑料还有化学腐蚀作用 切螺杆受到的扭矩也较大 螺杆和机筒的工作温 度有时达到 400 c 高温和 300 500 公斤力 平方厘米的压力 甚至压力还高 对材料的性能要求 机械强度高 在选择钢材时 要有足够的机械强度 以保证 设计上的要求 加工性能好 选取的钢材要有好的切削加工性能和热处理性能 在一 般情况下 切削加工之后还要进行热处理 耐腐蚀和抗磨性好 一般未经热处理的钢材 其耐磨性能不高 往往影响其使 用寿命 一般钢材的耐磨性能也要通过热处理给予提高 加工含腐蚀性质物质时 要求选取的钢材或经过其它处理后具有好的耐磨腐蚀性能 螺杆材料选择 38crmoala 机筒内衬套选择 38crmoala 机筒铸造 2 4 螺杆和机筒的配合要求 螺杆与机筒的配合间隙 在表 2 1 中选取间隙值 表 2 1 螺杆与机筒之间的间隙值表 螺杆 直径 3 0 45659012 0 15 0 20 0 最 小 0 1 5 0 20 0 25 0 30 0 35 0 40 0 45 直径 间隙最 大 0 3 0 0 35 0 45 0 50 0 55 0 60 0 65 螺杆与机筒的对中性 从设计要求上 螺杆与机筒的中线必须重合 但是 由于 哈尔滨石油学院本科生毕业设计 论文 10 制造和装配等原因 实际上无法达到此要求 由于螺杆与机筒之间有间隙的存在 因此一般不同心度所造成的影响较小 而不垂直度造成的影响较大 这是由于螺杆 和机筒较长 微小的不垂直度反映到螺杆头部都会出现较大的偏差 为了提高螺杆 与机筒的对中性 一般采用下列措施 提高零件的加工和装配精度 减小误差累积 尽量减少组成零件的数目 采用有效的定位基准和合理的连接方式 将螺杆尾部的 定位棉设计得较短 这样 未开车之前 螺杆头部实际上是靠在机筒内壁上 而在 开车之后依靠在周围的塑料将螺杆浮起 以达到定心目的 2 5 分流板设计 1 分流板作用 作用是使物料由旋转运动变为直线运动 阻止杂质和未塑化的 物料通过以及增加料流背压 使制品更加密实 其中分流板还起支撑过滤网的作用 设计要求 分流板的结构应尽量做到 与机筒的装配上对中性好 物料通过分流 板后流速相同 与螺杆头部形状吻合 目前我过多用平板状分流板 其结构简单 制造方便 分流板设计 在表 2 2 中选取数据 表 2 2 我国某些挤出机的分流板尺寸表 螺杆直径 mm 孔眼直径 mm 开孔率 分流板厚度 mm 302 53110 4523512 65445 815 2 6 本章小结 本章对挤压系统进行了设计 主要设计的螺杆和机筒进行了尺寸计算以及设计 并使用 cad 进行了螺杆以及机筒的二维绘画 哈尔滨石油学院本科生毕业设计 论文 11 第第 3 章章 挤出机传动系统设计挤出机传动系统设计 3 1 挤出机驱动功率的确定 从挤出理论已知 影响挤出机驱动功率的因素很多 因此 无法精确的确定挤 出机的驱动功率的计算方法 主要是依靠统计基础上得出的估算经验公式 3 1 计 算 3 1 nkdn s 2 驱动功率kwnkdn s 460 22 查找设计手册 选取相应的三相异步整流子变速电机 jzs2 61 3 8 3 2 挤出机转速的调节范围 对挤出机的速度要求有 2 个方面 一是能无级调速 另外是有一定的调速范围 前者是为了控制挤出质量及与辅机的配合一致 后者是针对挤出机应具有适应各种加 工情况而提出来的 根据表3 1 选取挤出机的转速调节范围 表 3 1 挤出机转速范围统计表 螺杆 直径 mm 30456090 转速 范围 转 分钟 25 12 0 18 10 0 15 90 15 75 3 3 传动系统的组成及其设计 3 3 1 传动系统的组成 挤出机的传动系统通常由原动机 调速装置和减速装置组成 此次设计采用变 速电机 皮带传动和减速装置组成 因为皮带和减速装置在达到同一传动比的要求 时 可以有很多重不同的配合 因此考虑配合的合理性非常重要 在设计传动之前 首先选择设计方案 因为电机已经选择 可得知电机的输出转速是 470 转 分 1410 转 分 螺杆的转 速范围也已经确定是 15 转 分 90 转 分 所以最大的转动比要求是 传动结 6 13 i 构是由皮带和减速装置组成 可以把传动比合理分配 经过多次计算 考虑很多因 哈尔滨石油学院本科生毕业设计 论文 12 素最后选择皮带传动比 i 1 减速装置传动比 6 13 i 3 3 2 传动系统的设计 减速轴的设计 轴的计算公式 3 2 3 2 0 9550000 n d r 根据公式 3 2 求得 mmdrn40min 470 11 mmdrn50min 216 22 mmdrn65min 97 33 mmdrn95min 34 43 减速齿轮的设计 已知 6 13min 1410 15 11 urnkwp 1 选精度等级 材料及齿数大小齿轮都选 45 钢 硬度为 7 级精度hbs240 等级 选取螺旋角 2 分配传动比 按传动比选 14 82 2 22 2 17 2 321 iii 取齿轮齿数 5217 224 24 21 zz 4422 220 20 43 zz 5982 2 21 21 65 zz 按齿轮面接触强度设计 3 3 3 2 11 11 12 h e ad k zz u utt d 试选6 1 k t 查得文献 9 表 6 1 665 1 885 0 78 0 121 aaa 65 1 885 0 765 0 243 aaa 选取齿宽系数 1 d 小齿轮传递转矩 mmnnpt 3047004701595500009550000 111 材料的弹性影响系数 mpazk 8 189 小齿轮 大齿轮 mpa600 mpa550 计算应力循环次数 9 11 102153008024706060 h jlnn 9 2 1058 0 n 查得文献 9 表 3 2 劳寿命系数 97 0 94 0 21 hnhn kk 取失效概率 1 哈尔滨石油学院本科生毕业设计 论文 13 f sf ad yy z ykt m 3 2 1 2 1 cos2 mpakhn h 56460094 0 11 mpa h 5 533 2 计算小齿轮分度圆直径 把以上所算参数代入到公式中 计算出 32 81 d 计算圆周速度 sm nd v 99 1 100060 111 计算出齿宽b 及模数 b it m mmdb itn 81811 1 mm z d m it 275 3 24 14cos81cos 1 1 mmmn36 7 275 3 25 2 25 2 11 11 66 7 81 h b 计算纵向重合度 903 1 14tan241318 0 tan318 0 1 z d 计算载荷系数 已知使用系数 根据 做精度 查得载荷系k1 a ksmv 99 1 数08 1 v k 427 1 01863 0 108123 0 288 0 116 0118 0 12 1 322 h k 46 1 f k 4 1 fh kk 157 2 427 1 4 118 1 1 hhva kkkkk 按实际的载荷校正所算得的分度圆直径 48 891 181 6 1 457 2 81 3 3 111 t k k dd 计算模数 61 3 24 14cos48 89cos 1 1 z d m 齿根弯曲强设计 计算载荷数 2 246 1 4 108 1 1 ffva kkkkk 根据纵向重合度 查得903 1 88 0 y 3 4 哈尔滨石油学院本科生毕业设计 论文 14 计算当量齿数 27 26 14cos 24 cos 33 1 1 z zv 95 91 14cos 84 cos 33 2 2 z zv 查得文献 9 表 7 11 齿形系数 195 2 592 2 21 ff yy 查得文献 9 表 7 16 应力校正系数 782 1 596 1 21 ss yy mpampa fefe 380 500 21 95 0 9 0 21 fhfh kk 计算弯曲疲劳许用应力 4 1 s 43 321 4 1 9 0500 11 1 s fnfn f 86 257 2 f 计算比较 f safay y 01287 0 43 321 592 2 596 1 11 f safay y 01287 0 86 257 782 1 195 2 22 f yy safa 比较得出大齿轮大 计算 597 2 665 1 241 1014cos88 0 047 3 2 22 3 2 5 2 m 对比结果 m 3 已满足弯曲强度 29 3 97 0 48 89cos 1 1 m d z 632917 2 12 uzz 几何尺寸计算 中心矩 138 14cos2 36329 cos2 21 mzz a 计算得 29 1 z3 1 mmmb95 1 mma138 1 63 2 z3 2 mmmb90 2 哈尔滨石油学院本科生毕业设计 论文 15 22 3 z3 3 mmmb95 mma142 3 49 4 z3 4 mmmb95 4 23 5 z5 5 mmmb120 5 mma220 5 65 6 z5 6 mmmb115 6 3 4 挤出机螺杆轴承部分的结构及其布置形式 3 4 1 轴承的布置形式 选择止推轴承位于两径向轴承之间的形式 轴承润滑方便 止推轴承在配合圆 锥棍子轴承可以保证轴向稳定 结构紧凑 如图 2 1 所示 图 3 1 轴承位置图 3 4 2 轴承的冷却和润滑 为保证机器的正常运转 除应考虑传动系统其它部分的冷却和润滑外 止推轴 承和圆锥滚子轴承的冷却和润滑也是一个很重要的问题 此次设计减速箱体是卧式 转速也较低 所以采用飞溅润滑的方式 无论是止 推轴承还是圆锥滚子轴承都有相映的进油通道 可以充分的润滑 3 4 3 止推轴承的选择 择止推轴承是根据挤出机的轴向推力 由于挤出机上止推轴承所承受的轴向力 很大 一般都应选能承受重载的 轴向推力的计算 3 5 pdxp sx 2 414 3 25 1 125 1 求出轴向推力 p 162kn 所以选取轴向力大于 162kn 的止推轴承 根据轴径宽度选取止推轴承 8422 足够安全 3 4 4 机械装置的保护装置 此次设计采用皮带传动 皮带传动本身就具有保护功能 当皮带所受的力过大 时皮带本身会出现打滑现象 在这里打滑现象本身就可以当做是一种保护装置 哈尔滨石油学院本科生毕业设计 论文 16 3 5 挤出机螺杆轴承和齿轮的 ug 造型 3 5 1 ug 软件的概述 unigraphics 简称 ug 是美国 ugs 公司开发的一套优秀的和面向制造行业的 caid cad cae cam 的高端软件 ug 软件作为美国 ugs 公司的五大主要产品 ug parasolid iman solid edge productvision 之一 以 cad cam cae 一体化而称 该软件汇集了美国航空 工业及汽车工业的专业经验 广泛应用于航空 航天 汽车 通用机械 模具和家 用电器等领域 作为一个集成的全面产品工程解决方案 ug 使得用户能够数字化地创建和获取 三维产品定义 其功能包括从概念设计 工程设计 到详细的机械设计 工程仿真 和数字化制造 回时 ug 又是基于知识驱动自动化技术的领先者 它实现了设计优 化技术与基于产品和过程的知识工程的组合 大大提高了汽车 航天 航空 机械 消费产品 医疗仪器和工具等工业领域的生产效率 该软件不仅具有强大的实体造 型 曲面造型 虚拟装配和工程图等功能 而且 在设计过程中可进行有限元分析 机构运动分析 动力学分析和仿真模拟 提高设计的可靠性同时 可用建立的三维 模型直接生成数控代码 用于产品的加工 其后处理程序支持多种类型数控机床 另外它所提供的二次开发语言 ug open grip ug open api 便于用户开发专用的 客户化 cad 系统 ug 为各种规模的企业带来了显而易见的价值 更快地提交产品到 市场 使复杂产品的设计简化 减少产品成本和增加企业的竞争实力 用户包括了通用 汽车 波音飞机 通用电气 惠普发动机 爱立信 飞利浦 松下 精工和柯达等 著名企业 ug 计算机辅助设计 cad 模块包括几个应用模块 ug 基础环境 gateway ug 建 模 modeling ug 工业设计 studio for design ug 制图 drafting ug 装配建模 assembly modeling ug 高级装配 advanced assemblies 10 3 5 2 零件造型 轴承有很多种其中有滚动轴承 向心轴承 球轴承 止推轴承等 它们起到了 固定轴和支撑等作用 此次设计用到了只推轴承和深沟球轴承 因为轴向力比较大 止推轴承主要起到了支撑的作用 深沟球轴承起到了固定作用 如图 3 2 3 3 所示 哈尔滨石油学院本科生毕业设计 论文 17 图 3 2 止推轴承 图 3 3 深沟球轴承图 轴套的选择和作用 在运动部件中 因为长期的磨擦而造成零件的磨损 当轴和 孔的间隙磨损到一定程度的时候必须要更换零件 因此选用硬度较低 耐磨性较好 的材料 一般轴套起到轴向定位和保护轴不被磨损的作用 如图 3 4 3 5 所示 哈尔滨石油学院本科生毕业设计 论文 18 图 3 4 凸轴套图 图 3 5 圆形轴套图 齿轮 齿轮的组成结构一般有轮齿 齿槽 端面 法面 齿顶圆 齿根圆 基 圆 分度圆 齿轮按其外形分为圆柱齿轮 锥齿轮 非圆齿轮 齿条 蜗杆蜗轮 按齿线形状分为直齿轮 斜齿轮 人字齿轮 曲线齿轮 按轮齿所在的表面分为 外齿轮 内齿轮 按制造方法可分为铸造齿轮 切制齿轮 轧制齿轮 烧结齿轮 等 如图 3 6 所示 哈尔滨石油学院本科生毕业设计 论文 19 图 3 6 圆柱齿轮图 轴 穿在轴承中间或车轮中间或齿轮中间的圆柱形物件 也有少部分是方 型的 减速器中一般采用转轴 如图3 7 所示 图 3 7 主动轴图 3 5 3 零件的装配造型 通过轴把齿轮 轴套 轴承连接在一起合理的布局位置起到减速的作用 并承受轴向力 在工作过程中合理的运动让机器能够稳定运行 如图 3 8 所示 哈尔滨石油学院本科生毕业设计 论文 20 图 3 8 主动轴装配图 剖视分析图 3 9 所示 图 3 9 主动轴装配剖视图 3 6 本章小结 本章对 sj 65 挤出机的传动系统进行了设计 主要对从电机连接高速轴到两根中 速轴到主轴的各个尺寸计算以及运动分析 并对使用 ug 进行了主轴的三维建模以及 运动仿真 哈尔滨石油学院本科生毕业设计 论文 21 结结 论论 塑料挤出机是用途比较广泛 是塑料成型加工的重要成型方法之一 此次我做 的就是塑料挤出机设计 在半学期的设计过程中对挤出机的工作原理和结构等方面 有了一定的了解 挤出机设计最主要的就是螺杆的设计 螺杆是挤出机的核心 挤出产品的质量 很大一部分都取决于螺杆设计的好坏 因为物料有三态 玻璃态 高弹态和粘流态 挤出机的原理就是依靠物料的这 3 种状态加工的 螺杆的作用就是使物料通过剪切 和加热使物料熔融 所以正确分配螺杆三段的长度是一个关键 还有很多新型螺杆 解决了很多普通螺杆的弊端 但因为刚接触对挤出机的认识有限 所以放弃了 机筒的设计过程相对比较简单 sj 65 的挤出机不属于大型挤出机 螺杆的长度 不算太长 所以我选取的是带衬套的整体式机筒 机筒可以是铸造 但衬套和螺杆 必须有良好的同心度 内表面加工精度要求很高 螺杆设计是最重要的 但此次设计过程中最麻烦的要算减速装置 减速装置不 仅包括减速箱 还包括止推轴承的选择和放置位子 冷却水道的设计和皮带传动等 很多问题 虽然以前做过减速箱的设计 在这次设计过程中仍旧有很多困难 哈尔滨石油学院本科生毕业设计 论文 22 致致 谢谢 论文完成之际 我首先要感谢我敬爱的老师唐文明 老师深厚的学术功底 严 谨的学术指导和虚怀若谷的学术作风使我的毕业论文得以顺利完成 导师有如父爱 般的关心与爱护 鞭策与鼓励使我在学习中得到了无穷的动力和勇气 导师对科学真 理的无限热情与投入 执著与奉献深深地影响和激励着我 在本科阶段的学习中 我从老师这里不仅仅是学到了丰富的科学知识 更宝贵 的是学习到了一份锲而不舍的钻研精神 一份对理想对事业对生活的真诚态度 所 有这些都将是我人生路上的宝贵财富 愈久弥坚地伴我前行 我还要感谢我的父母 他们不但给予我物质上的支持 而且给予我 精神上的鼓励 求学路上 亲人们的殷殷之情是我奋斗的源泉 最后 再一次感谢在我成长过程中所有曾经给过我关心 帮助和指导的老师 同学 朋友和亲人 哈尔滨石油学院本科生毕业设计 论文 23 参考文献 1 陈世煌 塑料成型机械 化学工业出版社 m 2005 61 112 2 金嘉琦 几何量精度设计与检测 东北大学出版社 d 2005 53 59 3 y imura microstructure changes of a poloypropylene montmorillonite nanocomposite in a single screw j mechnical science and technology 2005 4 广东化工学院橡胶机械教研组 塑料机械设计 d 广东化