双螺杆挤出机（挤出粉末）的设计【全套CAD图纸】【原创机械毕业设计】

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定单249-双螺杆挤出机（挤出粉末）的设计

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摘要

近年来，随着塑料工业的飞速发展，塑料制品的应用领域不断扩展，塑料加工设备已渗透到国民经济的各个行业，成为我国机械工业的重要组成部分，在国民经济中起着越来越重要的作用。其中塑料成型机械是塑料工业中的一个重要组成部分，是完成塑料制品生产成型的必要手段。而挤出成型又是塑料成型加工的重要成型方法之一。
本文是关于工业用塑料聚合物双螺杆挤出机的设计。在工业上和实验室中，双螺杆和双螺杆挤出机都应用极其普遍，是塑料加工设备的重要元部件之一。作为工业中使用的双螺杆挤出机，在设计过程中，除了要求能够完成固体输送、增压、熔融、熔体输送和泵压等一系列通用过程以外，还要求涉及到复合塑料与聚合物颗粒之间的混合，以及物料喂料量的控制。物料喂料量的控制则是通过控制主螺杆及其辅助喂料螺杆的转速来完成的。同时，双螺杆挤出机具有分布混合和分散混合效果良好、自洁作用较强、可实现高速运转、产量高等特点，特别适合聚合物的改性，如共混、填料、增强及反应挤出。有利于增加挤出机的挤出产量，提高塑化质量。

关键词：双螺杆挤出机；塑料；挤出原理

Abstract
In recent years, with the rapid development in the plastic industry, plastic product has been continuously enlarged in application field。The plastic machine has been used in many fields that is detached to the national economy, has become the important part, and this role is getting gradually important. while plastic-molding machinery plays a vital role in plastic industry, and it is the necessary way to accomplish the plastic-molding, whereas the injection machine is one of the most crucial methods to make the plastic-molding.
This paper is about the design of plastic polymer single-screw extruder that used in industry.The single-screw and twin-screw extruder intensively used in the fields of industry and experiment,and it is one of the important units of polymer processing equipment.As a single-screw extruder used in industry,it requires to complete a series of general process such as transportation of solid,increase of pressure,melt,transportation of melt.Besides,it refers to mix the composite plastics and polymer grain,and the control of the material feed quantity.These are the innovations in this design.On the base of the design of common single-screw extruder,i increased two auxiliary feed screws which are used to trans-portate materials of composite plastics and used it to mix kinds of plastics.The control of the quantity of material feed is done by the control of the chief screw and the speed of auxiliary feed screws.Meanwhile,i used twin wedge-shaped thread section in the design of screw thread section.This is good to increase the outcome of the extruder, and to improve the quality of plasticity comparing with common tectangular thread section.

Keyword: Twin-screw Extruder; Plastics;Extrusion principle

目录
摘要 …………………………………………………………………………………………I
Abstract………………………………………………………………………………………II
第1章绪论…………………………………………………………………………………1
1.1 双螺杆挤出机………………………………………………………………………1
1.1.1 基本操作 ……………………………………………………………………1
1.1.2 排气挤出机 …………………………………………………………………2
1.1.3 橡胶挤出 ……………………………………………………………………2
1.2 多螺杆挤出机………………………………………………………………………3
1.2.1 双螺杆挤出机 ………………………………………………………………3
1.2.2 多螺杆挤出机 ………………………………………………………………3
1.3 新型挤出机 ………………………………………………………………………4
1.3.1 手提式挤出机 ………………………………………………………………4
1.3.2 磨盘式挤出机 ………………………………………………………………5
1.3.3 往复螺杆挤出机 ……………………………………………………………5
1.4本文的主要内容 …………………………………………………………………6
第2章挤出机总体方案的确定 ……………………………………………………7
2.1 挤出机总体方案布局的基本要求 ………………………………………………7
2.2 螺杆类型的确定 …………………………………………………………………7
2.2.1 螺杆的工作性能指标评定 ………………………………………………7
2.2.2 螺杆的选用原则 …………………………………………………………8
2.2.3 螺杆的分类 ………………………………………………………………8
2.2.4 螺杆方案的确 ……………………………………………………………8
2.3 机筒类型的确定…………………………………………………………………8
2.4 本章小结…………………………………………………………………………9
第3章挤出机机构设计 ……………………………………………………………10
3.1 聚苯乙烯的基本特征 …………………………………………………………10
3.2 螺杆设计 ………………………………………………………………………10
3.2.1 螺杆的基本尺寸确定 …………………………………………………10
3.2.2 螺杆的材料选择 ………………………………………………………15
3.2.3 螺杆的设计计算 ………………………………………………………16
3.2.4 螺杆的强度校核及计算 ………………………………………………16
3.2.5 螺杆的技术要求 ………………………………………………………20
3.2.6 螺杆传动系统及止推轴承布置设计 …………………………………22
3.3 送料螺杆的设计 ……………………………………………………………26
3.4 机筒的设计 ……………………………………………………………………26
3.4.1 机筒的结构尺寸设计 …………………………………………………10
3.4.2 机筒的材料选择………………………………………………………15
3.4.3 螺杆与机筒的配合间隙 ………………………………………………16
3.4.4 螺杆与机筒的对中性 …………………………………………………16
3.5料斗的设计 ……………………………………………………………………18
3.6挤出机电机的选择 ……………………………………………………………20
3.7传动系统的设计………………………………………………………………22
3.8本章小结………………………………………………………………………24
第4章支架的设计………………………………………………………………25
4.1 支架的结构类型 ………………………………………………………………26
4.1.1 按支架的形式分 ………………………………………………………27 4.1.2 按支架的制造方法和材料分 …………………………………………28
4.2 支架的结构选择 ………………………………………………………………28
结论 ………………………………………………………………………………………29
参考文献 …………………………………………………………………………………30
致谢 ………………………………………………………………………………………31

第1章绪论
1.1双螺杆挤出机
螺杆挤出机分为单螺杆挤出机、双螺杆挤出机和多螺杆挤出。双螺杆挤出机是聚合物工业中最重要的一类挤出机。其主要优点为成本较低、设计简单、坚固而可靠、以及满意的性能成本比。常规塑化挤出机的螺杆具有3个不同的几何段，见图1：

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螺杆.gif

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内容简介：: 设计题目：双螺杆挤出机单螺杆挤出机示意图总体要求：1.双螺杆用于挤出粉体，在图示单螺杆粉体挤出机的基础上做改进与强化2.单电机带动双螺杆3.大小适合实验室桌面上使用4.无需冷却和加热装置5.支架、螺杆主要尺寸计算6.主图、以及主要零件图额外要求：设计整体挤出机后在整体完成图的基础上把“螺杆部分”与“支架部分”分开，并各自对应两份论文（我们是两个人做一个设计，一个人负责螺杆一个人负责支架），论文可在整体设计的基础上重点突出各自重点的设计对象（螺杆部分、支架部分），可以有交集。我的总结总装配图2个人一样部装图和零件图一个是螺杆部分一个是支架部分还有论文是2份，侧重点是（螺杆部分、支架部分），可以有交集。自己发挥双螺杆挤出机设计毕业论文毕业设计(说明书)双螺杆挤出机设计毕业论文学生姓名学院名称专业名称指导教师2013年3月16日摘要近年来，随着塑料工业的飞速发展，塑料制品的应用领域不断扩展，塑料加工设备已渗透到国民经济的各个行业，成为我国机械工业的重要组成部分，在国民经济中起着越来越重要的作用。其中塑料成型机械是塑料工业中的一个重要组成部分，是完成塑料制品生产成型的必要手段。而挤出成型又是塑料成型加工的重要成型方法之一。本文是关于工业用塑料聚合物双螺杆挤出机的设计。在工业上和实验室中，双螺杆和双螺杆挤出机都应用极其普遍，是塑料加工设备的重要元部件之一。作为工业中使用的双螺杆挤出机，在设计过程中，除了要求能够完成固体输送、增压、熔融、熔体输送和泵压等一系列通用过程以外，还要求涉及到复合塑料与聚合物颗粒之间的混合，以及物料喂料量的控制。物料喂料量的控制则是通过控制主螺杆及其辅助喂料螺杆的转速来完成的。同时，双螺杆挤出机具有分布混合和分散混合效果良好、自洁作用较强、可实现高速运转、产量高等特点，特别适合聚合物的改性，如共混、填料、增强及反应挤出。有利于增加挤出机的挤出产量，提高塑化质量。关键词：双螺杆挤出机；塑料；挤出原理AbstractIn recent years, with the rapid development in the plastic industry, plastic product has been continuously enlarged in application field。The plastic machine has been used in many fields that is detached to the national economy, has become the important part, and this role is getting gradually important. while plastic-molding machinery plays a vital role in plastic industry, and it is the necessary way to accomplish the plastic-molding, whereas the injection machine is one of the most crucial methods to make the plastic-molding.This paper is about the design of plastic polymer single-screw extruder that used in industry.The single-screw and twin-screw extruder intensively used in the fields of industry and experiment,and it is one of the important units of polymer processing equipment.As a single-screw extruder used in industry,it requires to complete a series of general process such as transportation of solid,increase of pressure,melt,transportation of melt.Besides,it refers to mix the composite plastics and polymer grain,and the control of the material feed quantity.These are the innovations in this design.On the base of the design of common single-screw extruder,i increased two auxiliary feed screws which are used to trans-portate materials of composite plastics and used it to mix kinds of plastics.The control of the quantity of material feed is done by the control of the chief screw and the speed of auxiliary feed screws.Meanwhile,i used twin wedge-shaped thread section in the design of screw thread section.This is good to increase the outcome of the extruder, and to improve the quality of plasticity comparing with common tectangular thread section. Keyword: Twin-screw Extruder; Plastics;Extrusion principleII双螺杆挤出机设计毕业论文目录摘要 I AbstractII第1章绪论1 1.1 双螺杆挤出机1 1.1.1 基本操作 1 1.1.2 排气挤出机 2 1.1.3 橡胶挤出 2 1.2 多螺杆挤出机3 1.2.1 双螺杆挤出机 3 1.2.2 多螺杆挤出机 3 1.3 新型挤出机 4 1.3.1 手提式挤出机 4 1.3.2 磨盘式挤出机 5 1.3.3 往复螺杆挤出机 5 1.4本文的主要内容 6 第2章挤出机总体方案的确定 7 2.1 挤出机总体方案布局的基本要求 7 2.2 螺杆类型的确定 7 2.2.1 螺杆的工作性能指标评定 7 2.2.2 螺杆的选用原则 8 2.2.3 螺杆的分类 8 2.2.4 螺杆方案的确 8 2.3 机筒类型的确定8 2.4 本章小结9 第3章挤出机机构设计 10 3.1 聚苯乙烯的基本特征 10 3.2 螺杆设计 10 3.3 送料螺杆的设计 11 3.4 机筒的设计 11 3.5料斗的设计 12 3.6挤出机电机的选择 14 3.7传动系统的设计15 3.8本章小结17 第4章支架的设计18 4.1 支架的结构类型 19 4.1.1 按支架的形式分 20 4.1.2 按支架的制造方法和材料分 21 4.2 支架的结构选择 22 4.3 支架的设计计算的准则和要求 25 4.3.1 支架的设计准则 26 4.3.2 支架设计的一般要求 27 4.4 支架的形式及主要参数 29 4.5 支架的强度校核 30 4.6 支架的刚度校核 32 结论 33参考文献 34 致谢 35 第1章绪论1.1双螺杆挤出机螺杆挤出机分为单螺杆挤出机、双螺杆挤出机和多螺杆挤出。双螺杆挤出机是聚合物工业中最重要的一类挤出机。其主要优点为成本较低、设计简单、坚固而可靠、以及满意的性能成本比。常规塑化挤出机的螺杆具有3个不同的几何段，见图1：图1 双螺杆示意图现代塑料挤出工业螺杆长径比较早期螺杆大，国内应用较多的长径比一般范围是2025，多采用25，最长可达40乃至更高。螺杆长径比的增加有如下好处：（1）螺杆加压充分，能提高塑料制品的物理机械性能。（2）提高塑化质量，制品外观质量好。（3）有利于类似于PVC粉料挤管的成型。（4）螺杆特性曲线斜率小，挤出量稳定，挤出量可以提高20%40%。但螺杆长径比与很多因素有关，因此可以根据加工条件和实际需要再由试验确定，还可以由统计类比的方法来确定。1.1.1基本操作双螺杆挤出机的操作相当简单。物料从加料斗进入。通常物料靠重力由加料斗流入挤出机机筒。有些物料在干燥状态不易流动，必须采用特殊措施防止物料在进料斗中挂料。物料一旦落入挤出机机简，即处于挤出机螺杆和机筒之间的环状空间内，并进而为螺棱的主动螺腹和被动蝶腹螺槽所包围。机简静止而蝉杆旋转。因此，摩擦力都作用于物料以及机筒和螺杆表面。至少物枓处于固体状态(低于熔点)，这些摩擦力负责向前输送物料。物料向前运动时，即因摩擦产生的热和机筒加热器传导的热而被加热。当物料温度超过其熔点，则在机筒内表面形成熔膜，塑化段即由此开始。必须指出，塑化段起点通常不是压缩段起始点。各功能段的分界线取决于聚合物性能、挤出机几何形状以及操作条件。因而，分界线可因操作条件改变而改变。然而，螺杆的几何段由设计确定，不因操作条件的变化而变化。当物料向前运动时，在各个位置的固态物料量将因熔融而减少。当全部固态聚合物消失时则达到塑化段末端，而熔体输送段开始。在固体输送段中，将熔体均匀的输送给模头。当聚合物流进模头时，即呈现模头流道的形状，因而，当高聚物离开模头时，其形状或多或少的符合模头流道最后部分的断面形状。由于模头产生流动阻力，所以需要压力迫使物料通过模头。这种压力通常称之为模头压力。模头压力因模头形状(特别是流道)、高聚物熔体温度、通过模头的流率、以及高聚物熔体的流变特性所决定。模头压力由模头产生而不由挤出机产生。挤出机只是产生足够的压力，以迫使物料通过模头。如聚台物、挤出量、模头、模头温度均相同，则无论挤出机是齿轮泵双螺杆挤出机，还是双螺挤出机等都不会造成差异，机头力相同。1.1.2排气挤出机排气挤出机在设计和功能上与非排气挤出机有很大区别。排气挤出机在其机筒上有一个或多个开口(排气口)，挥发物可由此逸出。因而排气挤出机能连续从聚合物中连续排除挥发物。这种排气增加了一种非排气挤出机所没有的功能。除排出挥发物外，还可利用排气口向聚合物添加某些组分，渚如添加剂、填充剂、反应组分等等。这显然增加了排气挤出机的多功能性，并且还有额外的好处，即只要堵塞排气口并在可能情况下变换螺杆几何形状，排气挤出机即可作为常规非排气挤出机。螺杆的设计对排气挤出机的正确运，非常关键。困扰排气挤出机的主要问题之一是排气口溢料。在这种情况下，不仅挥发物通过排气口释放，而且也流出一定量的聚合物。因而，挤出机螺杆必须设计成使排气口(排气段)下面的聚台物中不呈正压，这就导致开发二级挤出螺杆，尤其是为排气挤出机所设计的二级挤出螺杆。二级挤出螺杆有被释压/排气段所分隔的两个压缩段。这由各类似于沿一根轴串联相接的两根单级挤出螺杆。1.1.3橡胶挤出机用于弹性体加工的挤出机的历史比任何其它类型的挤出机都长。用于橡胶挤出的工业机器早在19世纪下半叶即已间世。一些早期的挤出机制造商有美国John Royle和英国Frsncis Shaw。德国主要橡胶挤出机制造商之一是Paul Trostel事实上, Paul Trostel仍为主要的挤出机制造商。尽管橡胶挤出机问世已超过一个世纪，但有关橡胶挤出文献的缺乏今人吃惊；某些橡胶手册讨论了橡胶挤出，但在多数情况下，资料非常贫乏而且实用性有限。最早的橡胶挤出机是为热喂料挤出制造的。这些挤出机用来辊炼机或其它混炼装置的热料喂料。1950年左右，开发了冷喂料挤出。冷喂料挤出被认为有以下优点：设备投资小；料愠控制较好；劳功成本降低；能处理更广泛品种的配混胶料。1.2 多螺杆挤出机1.2.1双螺杆挤出机双螺杆挤出机又包括平行双螺杆挤出机和锥形双螺杆挤出机。平行双螺杆挤出机有同向和异向之分。近几年，随着国内电子电器、通讯、汽车等领域的飞速发展，材料改性与配混技术市场需求大增。同向双螺杆配混挤出机作为市场最大的受惠者，一度几乎成为双螺杆的代名词。从最初的高技术含量设备发展至今，已成为大众化的设备之一。尽管各个厂家仍然存在技术含量与实力的差别，不能否认的是双螺杆挤出机在中国的发展已相当成熟，尤其是在中小型机市场。相较而言，异向平行双螺杆挤出机国内开发较少，而成型所用设备更多的为锥形双螺杆挤出机。锥形双螺杆挤出机广泛应用于异型材成型，在建筑门窗加工领域应用获得成功。由于双螺杆挤出机的产量高，混合性能优于常规双螺杆挤出机，普遍采用积木式结构易于根据不同材料进行调整，因此成为挤出加工市场的主导力量。双螺杆挤出机是一种具有两根阿基米德螺杆的机器，很明显，这是非常一般的定义。然而，一旦定义更明确，就将其限于双螺杆挤出机的特定分类之中。由于设计、操作原理以及应用领域方面的巨大差异，双螺杆挤出机种类繁多。所以，难于对双螺杆挤出机作出全面的评述。各种双螺杆挤出机之间的差异颇大于双螺杆挤出机之间的差异。这是可想而知的，因为双螺杆结构大量增加了设计变量的数目，诸如旋转方向、啮合程度等等。双螺杆挤出机的分类主要基于双螺杆挤出机的几何构型。有些双螺杆挤出机的功能与双螺杆挤出机非常相同。其它双螺杆挤出机操作完全不同于双螺杆挤出机。并且用于非常不同的应用领域。1.2.2多螺杆挤出机这种类型的挤出机配备两根以上的螺杆。较熟知的一例是行星辊式挤出机。这种挤出机看起来类似双螺杆挤出机，实际上，进料段与标准双螺杆挤出机的相同。然而，挤出机的混合段则大小不相同。在挤出机的行星辊段中，六个或更多的均匀分布的行星螺杆环绕主螺杆的周围旋转。在行星螺杆段中，主螺杆又称太阳螺杆.行星螺杆与太阳螺杆和机筒啮合。因此，行星机筒段上必须行星螺杆上的螺棱相对应螺槽。行星机筒段通常是用法兰与进料料筒段相连接的分离料筒段。在挤出机的开始部分，于行星螺杆之前，物料像在普通双螺杆挤出机中一样向前运动。当物料达到行星段时，要在此处充分塑化，物料处于由行星螺杆、太阳螺杆和机筒之间的辊压作用产生的强烈混合中。相对于机筒长度而言，机筒、太阳螺杆和行星螺杆的螺旋形设计表面积大。导致有效的排气、热交换和温度控制。因而能加工热敏性配混料而降解最少。正因为如此，行星式齿轮挤出机常常用于硬质和增塑PVC配料的挤出或配混。行星辊段也用作普通挤出机的附加装置以改善混合性能。另一种多螺杆挤出机是四螺杆挤出机，如图2。这种挤出机主要用于排除溶剂，从40%溶剂至低达0.3%。急骤排气发生在附加于机筒上的圆拱形排气室，然后，由急骤排气产生的多泡物料被四根螺杆输出。多数情况下，装备有后续排气段以便进一步降低溶剂含量。图2 四螺杆挤出机1.3新型挤出机随着近年来市场发展的需要，国内外不同厂家纷纷推出各种特殊结构的双螺杆挤出机，以适应特殊的市场需要。以下特别介绍几种特殊挤出机在国内的研发进展。 1.3.1手提式挤出机北京化工大学成功开发一种超高速微型手提式双螺杆挤出机。该机器螺杆直径仅12mm，机器总重量不到2.5kg；螺杆工作转速8001200rpm，可实现连续或间歇工作。此外由于所加工物料具有高壁面滑移性以及极易架桥的特点，配有专门设计的强制加料装置；由于挤出机为手提式操作，设计了特殊的多路排气装置，以充分保证气体的排出。此外，该机器还具有深槽大螺距、两种驱动方式可选（电动、气动）、整机易于清理、保养、维修等特点。该机器最初为加工一种特殊的低密度低粘度物料设计，并可用于各种低粘度物料的挤出加工，如热熔胶、低分子量树脂、各种石蜡、燃料、颜料、化妆品等的加工成型。超微型挤出机的研究开发，存在许多一般设备设计加工过程中难以想像的困难，据介绍，该设备开发的关键在于微型挤出机的加料、排气、实现低温挤出输送等问题的解决。 1.3.2磨盘挤出机国内多个厂家已完成磨盘挤出机的开发，实现磨盘挤出机的商业化生产。高填充物料使用普通双螺杆或双螺杆挤出机加工存在较大的难度。双螺杆挤出机用于玻纤增强配混时，若玻纤含量超过45%，加工就会变得相当困难。在加工磁性材料时，通常磁粉的添加量高达60%70%，有时甚至达到90%以上。用普通挤出机进行磁性材料的加工与造粒几乎是不可能的。国内一些厂家和科研院所，根据国内磁性材料以及其他高填充物料的需要，悉心研发出独立设计的磨盘挤出机。典型例子如北京凤记和北京化工大学。磨盘挤出机可以通过调整磨盘组合以适应不同高填充材料，如玻纤增强、磁性塑料、导电材料、新型陶瓷等物料的挤出加工。为了适应高填充物料的挤出加工需要，北京化工大学也在进行磨盘挤出机直接挤出成型的试验研究，并应用于多种复合材料的挤出成型加工试验获得成功。1.3.3往复螺杆挤出机往复螺杆挤出机在前几年的国内市场红火一时，也成为不同厂家显示技术实力的一个标志型产品。尤其是各双螺杆挤出机厂家纷纷推出往复螺杆挤出机。由于双螺杆市场异常火爆，往复螺杆挤出机市场相对平淡，各挤出厂家还是以双螺杆挤出机为主推产品。近日，宝应金鑫特种塑料机械厂与北京化工大学合作研发出多种规格的往复移动双螺杆挤出机，初步实现了往复移动挤出机的系列化。据悉，宝应金鑫此次推出的系列化产品共包括四种规格，45、78、110和140，其中45和78两种规格已经研发成功，即将推出110和140两种机型。往复移动式双螺杆挤出机最大的特点是实现不同物料的高填充加工。用于玻纤增强物料加工时，玻纤的添加量可以达到50%以上，特别适于高填充物料的加工，具有非常广阔的市场前景。由于其独特的往复式结构，不能很好的满足建压的要求，因而一般不适合用于制品的直接挤出成型。通常用于成型加工时，还需要配备专用的成型挤出机。以上介绍的几种双螺杆挤出机，可以说是当前中国市场具有一定代表性的产品。不过，尽管中国挤出机市场发展迅猛，也有不少新的机型推出，我们不能忽视中国挤出机技术与国外发达国家相比还有较大差距。比如在超大型和微型设备领域就还落後于国际先进水平。国内企业唯有加紧努力，才能在激烈的市场竞争中赢得机会，真正从塑机大国发展为塑机强国。近年来，双螺杆挤出机市场异常火爆，相对而言，双螺杆一直处于悄寂状态。但是，双螺杆挤出机作为一种基本的塑胶加工设备，结构简单，成本较低，而且具有更大的设计灵活性。各种不同的特种双螺杆挤出机重受关注。双螺杆挤出机因其结构简单，价廉物美，生产效率高的特点，一直是塑胶管材、板材、片材、异型材等成型加工最重要的设备。随着技术的不断进步以及人们对螺杆认识的提高，多种不同的挤出机结构形式陆续面世。特种双螺杆挤出加工技术又有替代多螺杆技术的趋势。1.4 本文的主要内容随着挤出机应用领域的不断拓展和技术上的不断进步，挤出机市场仍然保持一定的上升势头，但国产挤出机价格大幅下跌已成现实。部分厂家粗制滥造和恶性价格战已经影响到国内塑机的整体形象和市场竞争力，也阻碍了塑料加工业的发展。专家认为，挤出机主机和生产线今後的市场将向高技术含量、价格更趋走低的方向发展。从成型设备来看，国产主机基本上以双螺杆挤出机为主，技术较成熟，市场销量最大。国内主机市场今後的重点应在于发展平行异向双螺杆挤出机，以适应大挤出量的成型需要。平行同向双螺杆挤出机要向第六代、第七代高速、大长径比方向发展。双螺杆挤出机则是向着超大型、超微型、大长径比、高产出、良好的排气性等方向发展，而适应特殊加工需要的螺杆机筒结构，则成为大家争相研发的重点。实际上，双螺杆挤出机是一种低能耗、低成本的机型，只要技术得当，结构设计合理，同样可以达到双螺杆挤出机的效能。第2章挤出机总体方案的确定2.1 挤出机总体布局的基本要求（1）挤出机布局首先必须满足用户提出的各种要求。如挤出机的加工范围、工作精度、生产率、和经济性等等。（2）在经济、合理的条件下，尽量采用较短的传动链，以简化机构，提高传动精度和传动效率。（3）确保挤出机具有与所要求的加工精度相适应的刚度、抗震性、热变形及噪声水平。（4）挤出机必须满足参数标准和系列型谱中关于挤出机布局方面的规定。同时，还应最大限度地考虑挤出机的系列化和部件的通用话程度。（5）对于生产率和自动化程度较高的挤出机，应力求便于自动上下料及纳入自动线。（6）应便于观察加工过程；便于操作、调整和维修机床，便于输送、装卸；注意挤出机的防护，确保安全生产。2.2 螺杆类型的确定螺杆是挤压系统中的主要零件。它的各部分几何形状的变化，直接影响螺杆的工作性能效果。对塑料制品得产量和质量，都有非常重大的影响。2.2.1 螺杆的工作性能指标评定（1）塑化质量按专业标准规定制造的挤出机，挤塑生产得塑料制品也应是符合质量标准。螺杆是挤塑生产影响产品质量的关键零件，物料得混合质量、塑化的是否均匀、物料得径向温差是否较小、压力要均衡、能量消耗要比较低、生产率的提高，这些都受螺杆工作质量得影响。（2）比流量这个比值大，说明这根螺杆的塑化能力强，比流量得单位为（kg/h）/（r/min）（3）比功率这个值小，说明生产同样质量的塑料制品，能量消耗少，比功率得单位为kw/（kg/h）（4）通用性指螺杆能否适应挤塑不同的塑料，能在不同塑料制品机头阻力下工作。（5）经济性制造机械加工比较容易，工作寿命比较长。2.2.2 螺杆的选用原则（1）按塑料的制品种类选择塑料的种类很多，有结晶型和非结晶型，它们在被挤塑生产制品时，对温度条件要求及本身得粘度、稳定性和流动性能都有差别。所以，生产不同种类塑料制品时，应该选择不同类型螺杆。（2）机头模具的阻力对螺杆结构尺寸的影响螺杆螺纹的均化段得的螺槽深浅与机头阻力大小要匹配选取，机头阻力大，这段螺纹槽要浅些；反之，当阻力小时，螺槽就应深些。对于排气式挤出机，要求第二阶段的均化段螺槽深度要比第一阶螺杆的均化段螺纹槽要深些，否则排气口处易溢料（3）按挤出机的用途选择不同用途的挤出机，根据工作性质和挤塑塑料品种来选配螺杆。如果只用于一种塑料制品得选择，可按该塑料产品得要求，订购专用螺杆挤出机。如果挤出机要挤塑不同材料的多种制品，就应选择螺杆具有较大得通用性。2.2.3 螺杆的分类按照螺杆得结构和螺杆螺纹部分的几何形状，可分为普通螺杆、新型螺杆和排气螺杆。（1）普通型螺杆普通螺杆挤出机是现在广泛使用的挤出机，能挤塑粉料和粒料。这种螺杆螺纹部分可分为加料段、塑化段和均化段。普通螺杆与新型螺杆比较有许多不足之处，有逐渐被新型螺杆取代得趋势。（2）新型螺杆与普通螺杆比较，就是在螺杆的不同部位上设计了非螺纹元件，以改进塑料得混合、熔融塑化质量和缩短挤塑生产时间。（3）排气螺杆在挤塑物料得过程中，为能够排除物料中的空气、挥发物气体和水蒸气，而专门设计的螺杆。2.2.4 螺杆方案的确定介于本设计的加工的是溶体材料为聚苯乙烯（PS）。PS为乙烯的聚合物，在生产中无特殊的要求，因此选用普通螺杆,材料为45号钢。2.3 机筒类型的确定机筒与螺杆配合工作，组成挤出机的挤压系统。在挤塑物料的工作中，它的作用和螺杆工作同样重要。机筒和螺杆是挤塑系统的主要组成零件，也是挤出机的关键零件。对于机筒结构形式的选择和制造精度等级，都会直接影响塑料制品的产量和质量。机筒的结构形式设计选择，应该是在保证其工作强度的基础上，注意考虑它有利于被挤塑物料的塑化，结构形式方便机械加工；同时能得到较高的精度；再一点是要尽量节省一些较贵重的合金钢。这几点对挤出机的制造工艺及费用，都有较重大影响。（1）整体式机筒整体式机筒应用比较多，比较起来整体式机筒的机械加工精度比较容易保证，工作时各部加热均匀，对机筒的加热和冷却系统也较好安排和布置。（2）分段式机筒长径比值比较大得挤出机和排气式挤出机，由于机筒过长，为便于机械加工和节省合金钢材，通常采用分段式机筒。但是这种机筒在机加工时也有难度。即二段机筒的内圆直径尺寸的一致性和同心度精度的保证，很难达到要求。由于中间要用法兰盘连接，则对机筒加热得均匀性，连接部分要受影响。对加热和冷却系统的安排布置也带来一定的困难。（3）衬套式机筒衬套式机筒主要用在大直径的挤出机上，目的是为了节省较贵重的合金钢材。机筒体用铸钢或普通碳素钢制造，而机筒的内衬套用渗碳合金刚制造。当衬套磨损时，只需更换衬套即可。但由于薄而长的衬套的机械加工和热处理很困难，所以，也很少应用。（4）双金属层机筒在铸钢或碳素钢机筒体的内壁，用离心浇铸法铸一层耐磨合金，然后机械加工内孔至所需要的尺寸。这种机筒既节省了很多合金钢又能保证它的耐磨性和抗腐蚀性。2.4 本章小结介于机筒和螺杆得配合工作，组成了挤出机的挤压系统，共同完成对物料的挤压塑化，生产出塑料制品。在完成挤塑工作时，机筒和螺杆一样，要承受巨大的压力、扭矩和摩擦压力及物料得腐蚀。结合本设计得要求和螺杆的形式，机筒选择整体式。第3章挤出机构设计不同的生产线对挤出机的具体要求不一样，这就需要根据不同塑料的性能设计出合理的挤出机。本次设计的挤出机是用于聚苯乙烯(PS)生产线的挤出机，这就要求对聚苯乙烯(PS)的性能有一定的掌握和了解。3.1 聚苯乙烯的基本特性聚苯乙烯是最结构简单的高分子有机化合物,低密度聚苯乙烯较软,多用高压聚合;高密度聚苯乙烯具有刚性、硬度和机械强度大的特性,多用低压聚合。聚苯乙烯为蜡状,有蜡一样的光滑感,不染色时,低密度聚苯乙烯透明,而高密度聚苯乙烯不透明，聚苯乙烯是结晶高分子，熔点达到270。3.2螺杆设计螺杆是挤出机的核心部分，是输送、塑化塑料的最重要部件。其结构性能将直接影响挤出机的生产率、塑化混合质量和能量消耗。由于聚氯乙烯（PVC）为非结晶型高聚物，它从玻璃化温度到粘流温度的温度范围较大，其熔融过程是在一个比较长的距离后才能全部熔融，出于制造成本和胶料的均匀混炼和塑化考虑，采用渐变型普通螺杆，螺纹断面形状为矩形。3.3送料螺杆的设计为了使塑料与其他材料能够进行定量定比例的加入，因此要在机筒加料口上方添加两根送料螺杆。其中，一根螺杆用于输送聚合物塑料颗粒，另一根螺杆用于输送其他复合材料。工作时，只需要分别控制两根送料螺杆的转速比及两根送料螺杆与主螺杆之间的转速关系，就能够较精确地将复合原材料通过送料螺杆送入到塑料颗粒中去混合。3.4机筒的设计机筒是双螺杆挤出机最重要的部件之一。机筒的结构设计是否合理直接影响到挤出机的热量传递的稳定性及均匀性；机筒的加料段设计影响到塑料固体输送效率；机筒的加工与装配影响挤出机的工作性能和机器寿命。所以，对于挤出机机筒，涉及到其结构形式选择、机筒加料口形式确定及其各段与机头的连接等问题。机筒的结构类型有多种，主要有分段式、整体式、双金属和轴向开槽结构形式。整体式机筒的特点是加工精度容易满足，转配误差小；长径比大，零件数目少；机筒受热均匀，配置加热器不受限制。但整体式机筒对加工设备及加工技术要求较高，且磨损后修复困难。分段式机筒是将机筒分成若干段来加工，各段加工好后通过法兰连接起来。这种机筒加工比较容易，可适应多种长径比的要求，对于长径大的螺杆，因过长的机筒整体难以加工，也配以分段式机筒，但分段多，对中性不易保证，连接法兰也会影响到机筒的加热均匀性。为减少装配困难，分段尽量少。为减少热量损失，法兰尺寸尽可能小。双金属机筒有浇铸式和衬套式两种结构形式。衬套式机筒具有易更换、寿命长、节约贵金属等优点，但其设计、制造、装配都较为复杂。浇铸式机筒的优点是合金层与机筒合为一体，在挤出机机筒的内表面结合均匀，不会脱落或开裂，耐磨性好，寿命长，滑动性好，但成本高。轴向开槽机筒能提高固体输送率，但其结构设计需要综合考虑被加工物料的性能，如物料的大小、几何形状、物料颗粒间的摩擦系数值，颗粒在凹槽中的抗剪切强度，由颗粒组成的楔形结构的抗剪强度，套筒的冷却性能，螺杆的转速，以及与加热机筒的隔热程度等因素。综合上述各种结构类型机筒的优劣以及双螺杆螺杆挤出机的设计要求，选择分段式机筒。3.4.1机筒的结构尺寸设计机筒壁厚的设计，要考虑机筒的强度要求，还要考虑其结构工艺性以及机筒传热效率等因素，使加工容易，传热快且稳定。双螺杆挤出机筒断面形状为型，在综合了经验和理论计算结果的基础上，我国挤出机生产厂家提出了挤出机机筒壁厚的参考值。3.4.2机筒的材料选择工作时机筒受到刮磨、摩擦磨损以及塑料摩擦的作用，一些塑料还会有较强的化学腐蚀作用。普通机筒材料为一般钢材（如45号钢）、铸钢或球磨铸铁。为了提高机筒的耐磨性，国际上的挤出机机筒有采用氮化钢制造，其强度极限约为900MPa。这里我们选择40Cr钢作为机筒的制造材料。机筒的强度计算机筒内部受塑料熔料的压力作用，熔料在机筒内产生的力沿机筒轴向的分布是相当复杂的，各处压力不等。由于机头处压力最大，因此一般取机头压力为计算压力值。3.4.3 螺杆与机筒的配合间隙螺杆与机筒的配合间隙值影响到挤出机的功率消耗、生产能力、使用寿命、机器加工成本等问题。取值过大，加工、装配比较容易容易，但生产能力会降低，塑料原料在机筒内的停留时间难以控制，甚至会造成热分解。如果取值过小，功率消耗大，加工、装配困难，且易使螺杆和机筒发生磨损，降低挤出机使用寿命。3.4.4螺杆与机筒的对中性挤出机螺杆与机筒的对中性在设计上要求螺杆的中心线与机筒的中心线重合。然而由于制造、装配过程中所产生的螺杆定位面与螺杆中心线不同心、机筒内孔偏差、螺杆径向跳动、螺杆推力面与螺杆中心线不垂直、法兰平面对机筒中心不垂直、内孔径向跳动等安装误差和加工误差都会影响对中性。要保证螺杆与机筒的对中性，一般需要采取以下措施提高对中性：选取有效的定位基准和合理的连接方式；提高零件的加工与装配精度，减少零件数目。3.5料斗的设计料斗的设计遵循不允许物料结成团、架桥和挂料的原则。料斗角度应该大于塑料颗粒的静止角。为了达到设计所需要求，该挤出机设置两个料斗：一个用于盛装主料；另一个用于盛装添加料。3.6 挤出机电机的选择为了实现在调速范围内的无级调速和保证双螺杆挤出机50r/min260r/min 的调速范围，选择直流电机作为挤出机电机。双螺杆挤出机功率的确定通常是根据经验选取，根据我国同向双螺杆挤出机基本参数表(JB/T 5420-91)选取挤出机主电机功率为：P=55KW挤出机电机选择某公司生产的型号为Z3-250-31直流电动机，其主要技术参数为：额定功率为55 KW、额定电压440V、额定转速为500r/min。3.7传动系统的设计本设计选取的直流电动机的额定转速为500r/min，挤出机设计的最高转速为260 r/min，因此需要在电机输出轴和螺杆之间设置减速器，总传动比：=1.92。由于受挤出机螺杆上配位齿轮大小的限制，防止发生挤出机螺杆的配位齿轮与高速级从动齿轮产生干涉，因此把减速箱和螺杆配位齿轮整个传动系统设计成两级减速一级增速。传动比的分配：由于配位齿轮受到螺杆直径的限制，如果第一级传动比取得过小，则减速器的第二根轴上的小齿轮会较小，而此轴的直径较第一根轴大，如此对键和齿轮的强度有很大的不利，因此应把第一级减速的传动比设置大些取：，则后续总传动比=0.8。3.8 本章小结本章对挤出机构中的螺杆进行了设计与校核，并对螺杆与螺筒的配合间隙进行了讨论与确定，确定了加热装置为铸铝加热器并确定了加料装置。 4 支架的设计在机器中支承或容纳零部件称为支架。如支承罐的塔架、容纳传动齿轮的减速器的壳体，机床的床身等等统称为支架。4.1支架结构类型4.1.1 按支架外形分类按支架外形分类：网架式、框架式、梁柱式、板块式和箱壳式。4.1.2 按支架的制造方法和材料分类按制造方法，支架可分为铸造支架、焊接支架和螺栓或铆接支架。按支架材料可分为金属支架、非金属支架。非金属支架又可分为混凝土支架、素混凝土机座平台、花岗岩支架、塑料支架等。铸造支架常用材料为铸铁、铸钢和铸铝。小型设备（如仪表等）的支架则有铜制或塑料制造。4.2 支架结构的选择进行支架结构形式的选择是一个较复杂的过程，对结构形式、构件截面和结点构造等均需要结合具体的情况进行仔细的分析。对结构方案要进行技术经济比较。由于各种设备有不同的规范和要求，制定统一的支架结构选择方法较困难。但是，可以利用结构力学的知识提出下列一般的规则。这些规则是为了节约材料在选择形式时应遵守的一般规律。1结构的内力分布情况要与材料的性能相适应，以便发挥材料的优点。轴力较弯矩能更充分地利用材料。杆件受轴力作用时，截面上的材料分布是均匀的，所有材料都能得到充分利用。但在弯矩作用下截面的应力分布是不均匀的，所以材料的应力分布不够经济。机械结构中许多构件所受的都是沿垂直于杆轴的方向作用的。弯矩沿杆变化很迅速。有垂直载荷处，弯矩曲线有曲率，且曲率与载荷集度成正比。最大的弯矩限于一小段内，在较长段内材料不能充分利用，这是弯曲构件不经济的另一原因。2.结构的作用在于把载荷由施力点传到基础。载荷传递的路程愈短，结构使用的材料愈省。3.结构的连续性可以降低内力，节省材料。4.3 支架设计计算的准则和要求4.3.1支架设计的准则1工况要求任何支架的设计首先必须保证机器的特定工作要求。例如，保证支架上安装的零部件能顺利运转，支架的外形或内部结构不致有阻碍运动件通过的突起；设置执行某一工况所必须的平台；保证上下料的要求、人工操作的方便及安全等。2刚度要求在必须保证特定外形条件下，对支架的主要要求是刚度。例如机床的刚度决定了机床的效率和加工的精度；在齿轮减速器中，箱壳的刚度决定了齿轮的啮合性及运转性能。3强度要求对于一般的支架，刚度达到要求，同时也能满足强度的要求。但对于重载设备的强度要求必须引起足够的重视。其准则是在机器运转中可能发生的最大载荷情况下，支架上任何点的应力都不得大于容许应力。此外，还要满足疲劳强度的要求。4稳定性对于细长的或薄壁的受力结构及受弯压结构存在失稳问题，某些板壳结构也存在失稳问题或局部失稳问题。失稳对结构会产生很大的破坏，设计时必须校核。5美观目前对机器的要求不仅要求能完成特定的工作，还要使外形美观。6其他如散热的要求；防腐蚀及特定环境的要求；对于精密机械仪表等热变形小的要求，等等。4.3.2 支架设计的一般要求在满足支架设计准则的前提下，必须根据支架的不同用途和所处环境，考虑下列各项要求，并有所偏重。1.支架的重量轻，材料选择合适，成本低。2.结构合理，便于制造。3.结构应使支架上的零部件安装、调整、修理和更换都方便。4.结构设计合理，工艺性好，还应使支架本身的内应力小，由于温度变化引起的变形应力小。5.抗振性能好。6.耐腐蚀，使支架结构在服务期限内尽量少修理。7.有导轨的支架要求导轨面受力合理，耐磨性良好。4.4 支架的形式及主要参数在双螺杆挤出机设备中，经过多方面的考虑后，决定选用焊接式的金属支架。在下图5中，阴影部分表示钢材，机筒通过杆件和主支架连成一整体，由支架的立柱支撑。图5支架的外形结构图6支架结构由图6计算主支架重量：首先计算长度L L= L=2797mm所以 L总= =2979X2+824X4+1150X2+2797=14169mm （槽钢12.318kg/m）为了维修方便，在支架上还有2块4mm厚的钢板（116mm440mm）（660mm330mm）。钢板重 =如图7所示，考虑到存在一些不确定因素，所以取支架重量为200kg。图7支架上的小钢板4.5支架的强度校核主支架受机筒作用如图8所示：图8支架图由图8可以看出，机筒对主支架的压力主要是作用在梁上，然后梁把力传到了支架上，最终由梁承担了机筒对支架的作用力，而因为它们是对称的，为了简化支架的受力，把所有对支架的作用力都只有一半在梁上检验即可。现在取梁5来做受力分析，如图9所示：图9梁5受力分析图而根据已设计好的数据和图纸可得下列数据。P=1.0t为料斗（含料时）的重量，为机筒（含料时）的重量，为支架自重，为成品仓（含料时）的重量，由力和弯矩方程求出支反力和由力和弯矩公式列方程求出支反力和，代入数据解得：=1.09t =1.11t因为要检验刚架的强度，必须用最大的弯矩来计算，所以，必须求出在梁5上的最大弯矩。段的最大弯矩：图10 段受力和弯矩图在图10中，由，得: （0X）当X=时，最大，段的最大弯矩：图11段受的弯矩图在图11中，由，得 =当X=时，最大， =537.5tmm段的最大弯矩：图12段弯矩图在图12中，由，得（0X）=0.24X+（1.09X1250-0.5X1650）tmm=0.24X+537.5tmm当X=时，最大，=0.24X200tmm+537.5tmm =609.5tmm段的最大弯矩：图13弯矩图在图13中，由得（0X）=0.36X+505.5tmm当X=时，最大，=613.5tmm段的最大弯矩：图14弯矩图在图14中，由得: （0X）=（1.110.4）X0.4x600=0.76X240 tmm当X=时，最大， =558tmm段的最大弯矩：见下图图4.11所示图15 段弯矩图在图15中，由得（0X）当X=时，最大， =240tmm在梁上，段的最大弯矩分别为，537.5tmm，=609.5tmm，613.5tmm，558tmm最大，所以，最大弯矩发生在上。在校核材料的强度时，限定最大正应力不得超过许用应力，于是强度条件为：而由已知条件得: （1）根据机械设计手册中，可以查得在热扎普通槽钢中，W=80.5，将W代入上面的公式（1）得：76.2MPa根据机械设计手册，可查得=375460MPa，取安全因素n=3,/n=125153。因为，的强度足够。这样，梁的强度是足够的。从总体上来看的话，支架的强度也是足够的。对支架设计的分析：由计算可以知道，在处强度最大，对整个支架考虑后，为了使支架更加安全可靠，考虑加上加强梁。4.6支架的刚度校核刚度和强度计算一样，采用分步骤的计算。对作用处进行计算，为了简化计算，将CA部分作为悬臂梁受力如下图16所示：图16 刚度在作用下，由材料力学查悬臂梁挠度计算公式可得C点的挠度是因为在A的右端还有梁，所以需要求出在截面A的转角，由材料力学查得=0.00032而在梁AB段，因为在点、和这三个点上最有可能出现挠度最大的情况，所以，取这三个点来分析。对作用处进行计算，分析如下图17所示：图17作用力图在作用下，由材料力学查得F点的挠度是： =1.53mm由材料力学查得对截面A和B的转角和的计算公式并求出这两个数值：=0.0015= =0.0014对作用处进行计算，分析如图18所示：图18对梁的作用力图在作用下，由材料力学查的E点的挠度为：=1.64mm由材料力学查得对截面A和B的转角和的计算公式并求出这两个数值：= 0.00247=0.0015对作用处进行计算，分析如图19所示图19对梁的作用力图在作用下，由材料力学查得F点的挠度为：=1.23mm由材料力学查得对截面A和B的转角和的计算公式并求出这两个数值=0.0012=0.0015对作用处进行计算校核,作用校核图20如下：图20 校核为了简化计算，将BG部分作为悬臂梁如图20所示。在作用下，由材料力学查得G点挠度为：=0.23mm因为在B的左端还有梁，所以需要求出在截面B的转角由材料力学查得=0.00058 在小变形且材料服从胡克定理的情况下，可以求得挠曲线的近似微分方程它是一个线性方程，因而方程式的解是可以叠加的。这样，当梁上有几种载荷共同作用时，可分别求出每一载荷单独作用时下的变形，然后将各个载荷单独引起的变形叠加，就是这些载荷共同作用时下的变形。以下就是运用叠加法在总体考虑上来计算处的总挠度。计算处的总挠度0.00154000.002474000.0012400+0.00058400=0.170.610.48+0.232=1.68引机械设计手册可知，在悬臂梁中，受弯构件的跨度为悬臂梁的悬伸长度的两倍=1.682=2mm，符合要求。计算处受的总挠度=1.57+1.64+1.230.40.96=3.08mm =3.082=

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