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小型塑料挤出机设计说明书03版本.doc

小型塑料挤出机设计【优秀含7张CAD图纸全套课程毕业设计】

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小型 塑料 挤出机 机械设计 毕业设计 小型塑料挤出机设计
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小型塑料挤出机设计【优秀含7张CAD图纸全套课程毕业设计】

【带任务书+开题报告+中期检查表+文献综述+外文翻译】【32页@正文13100字】【详情如下】【需要咨询购买全套设计请加QQ1459919609 】.bat

封面.doc

小型塑料挤出机设计中期检查表.doc

小型塑料挤出机设计任务书.doc

小型塑料挤出机设计外文资料翻译.doc

小型塑料挤出机设计开题报告.doc

小型塑料挤出机设计文献综述.doc

小型塑料挤出机设计说明书03版本.doc

内衬.dwg

加料座.dwg

大带轮.dwg

小带轮.dwg

总图.dwg

机筒.dwg

衬套.dwg

任务书

毕业设计题目小型塑料挤出机设计

毕业设计主要内容和要求：

根据目前塑料成型应用的广泛性，技术成熟性以及稳定性方面考虑，进行最优的小型塑料挤出机设计。

⒈设计单螺杆挤出机件的传动系统

⒉设计单螺杆挤出机件的加料系统

⒊设计单螺杆挤出机件的挤压系统

⒋基本实现单螺杆挤出机的功能

毕业设计主要参考资料：

[1]濮良贵，纪名刚主编.机械设计.第8版.北京:高等教育出版社. 2006.5

[2]郭克希，王建国.机械制图.第7版.北京:机械工业出版社,2006.8.

[3]左健民.液压与气压传动.第4版.北京:机械工业出版社,2007.5.

[4]王伯平主编.互换性与测量技术基础.第2版.北京:机械工业出版社,2008.12.

[5]刘鸿文主编.材料力学.第4版.北京:高等教育出版社,2004.

[6] 孙恒，陈作模，葛文杰主编．机械原理．第7版．北京：高等教育出版社，2006.5

[7] 王先逵主编．机械制造工艺学．第2版．北京：机械工业出版社，2006.1

[8]熊诗波，黄长艺主编．机械工程测试技术基础．第3版．北京：机械工业出版社，2006.5

毕业设计应完成的主要工作：

⒈分析各构件最优选择方案

⒉进行单螺杆挤出机件主要构件的设计及其校核

⒊绘制零件图、装配图

⒋撰写设计说明书，不少于6000字

毕业设计进度安排：

序号毕业设计（论文）各阶段内容时间安排备注

1选定毕业设计题目，查阅并收集整理相关资料2011.11.-2011.12

2调查研究提纲，分析处理数据，并撰写毕业设计开题报告2011.12

3结合毕业设计课题进行外文资料阅读，并翻译外文资料，并撰写文献综述2012.1-2012.2

4构思并丰富论文内容，完成论文初稿的撰写，2012.3.-2012.4

5论文修改润色，完成论文终稿2012.4.-2012.5

6评审并进行答辩2012.5

小型塑料挤出机设计

摘  要

单螺杆挤出机是一种啮合型挤出设备，以其优异的加工性能得到了越来越广泛的应用，并成为市场发展的主要趋势。通过参阅了许多文献，分析了现有常规单螺杆挤出机和加料段机筒开直槽单螺杆挤出机（IKV单螺杆挤出机）的固体输送段存在的物料输送问题，设计了一种加料段机筒配置螺旋沟槽衬套的单螺杆挤出机。通过合理的沟槽设计，克服了现有加料衬套采用直槽产生的衬套剪切力大、温升高，导致挤出机强制输送能力下降的缺陷，提高了挤出机的产量。

本文的工作对于单螺杆挤出机的研究、设计和应用具有很好的参考价值。

关键词： 单螺杆挤出机； 机筒； 设计。

ABSTRACT

As a kind of engaged device，single screw extrude has been gained widespread availability，for its extremely excellent attribute for processing，and single screw extruder has became the main tendency of market development.By referring to a lot of literature available and analysis the conveying problems  existing in the solid conveying zone of the conventional single screw extruders and the single screw extruders that use the IKV system, a kind of single extruder whose feed section was comprising of a feed bushing that has several helical grooves in its inner surface was designed. Its conveying theory was also studied. It can realize positive conveying in the solid conveying zone. Besides, it can also overcome the defects that the existing feed bushings have, such as high shearing force, high melt temperatures, which can decrease the solid conveying capacity of the extruder. So it can highly increase the output of the extruder.

The works of the paper will play a positive role for designs，studies and applications of single screw extruder.

Key words: Single Screw Extrude;  Barrel； Design

目  录

1.绪论1

1.1课题背景1

1.1.1普通单螺杆挤出机1

1.1.2加料段机筒开轴向沟槽的单螺杆挤出机1

1.2 研究目标及内容4

2.主要机构及零部件的方案对比、选择5

2.1单螺杆挤出机的结构5

2.1.1单螺杆挤出机组成5

2.2传动方案的设计和选择5

2.2.1挤出机驱动功率的确定5

2.2.2挤出机的转速要求及调速范围5

2.2.3挤出机的传动系统的组成6

2.3 螺杆的结构及材料7

2.3.1螺杆的材料的选择7

2.3.2螺杆结构形式7

2.3.3螺杆的表面处理8

2.4机筒的结构及材料8

2.4.1机筒材料的选择8

2.4.2机筒的表面处理8

2.4.3机筒的结构形式8

2.4.4机筒与机头的连接形式9

2.5加热冷却方案的对比和选择9

2.5.1加热功率的确定9

2.5.2挤出机的加热方法10

2.5.3挤出机的冷却装置11

2.6机筒与支架间的连接12

2.7挤出机加料系统的设计12

3.重要结构的设计及校核13

3.1传动系统的设计及校核13

3.1.1皮带传动设计13

3.1.2 V带轮的结构尺寸15

3.2 加料套的设计17

3.3 螺杆的设计及校核20

3.3.1螺杆的设计20

3.3.2螺杆的强度计算及校核23

3.4 机筒的设计及强度校核24

3.4.1机筒壁厚的选择24

3.4.2机筒的强度校核24

3.5 螺杆尾部平键的强度计算25

结  论26

参考文献27

致  谢28

1.绪论

1.1课题背景

挤出成型具有生产率高、适应性强、用途广泛等优点，几乎适合于所有高分子材料的加工。螺杆挤出机是聚合物加工最基本的装备之一。迄今为止, 对单螺杆挤出机的研究已有近90年的历史。过去人们对单螺杆挤出机的研究仅仅是停留在普通挤出机的理论研究和结构完善上，这只能适当提高产量、改善制品性能。

参考文献

[1]  濮良贵，纪名刚主编.机械设计.第8版.北京:高等教育出版社. 2006.5

[2]  郭克希，王建国.机械制图.第7版.北京:机械工业出版社,2006.8.

[3]  左健民.液压与气压传动.第4版.北京:机械工业出版社,2007.5.

[4]  王伯平主编.互换性与测量技术基础.第2版.北京:机械工业出版社,2008.12.

[5]  刘鸿文主编.材料力学.第4版.北京:高等教育出版社,2004.

[6]  孙恒，陈作模，葛文杰主编．机械原理．第7版．北京：高等教育出版社，2006.5

[7]  王先逵主编．机械制造工艺学．第2版．北京：机械工业出版社，2006.1

[8]  熊诗波，黄长艺主编．机械工程测试技术基础．第3版．北京：机械工业出版社，2006.5

[9]  邓淮铃，陈松星．螺杆挤出机传动系统的技术改造［J］．广东化纤，1999.4

[10]  鲁迪．格多尔霍夫．齿轮传动机构中国专利［P］：96106518．8，1991—06．26

[12]  大学工程图学及计算机辅助设计教研室，《机械制图》（第四版），2000年

[13]  成大先. 机械设计手册单行本--机械传动. 北京：化学工业出版社，2004.

[14]  机械设计编委会. 机械设计手册单行本--滚动轴承. 机械工业出版社，2007.

[15]  吴宗泽.机械设计实用手册.第二版.北京:化学工业出版社.2003

[16]  家秀. 简明机械零件设计实用手册. 机械工业出版社，1999.

[17]   Bruce A Davis, Paul Gramm. Grooved Feed Single Screw Extruders—Improving Productivity and Reducing Viscous Heating Effects [J].Polymer Engineering and Science,1998, 38(7):1199-1204.

[18]   Gerard Schaeffer, Dieter Hof. Feed Bushing For Single –Screw Extruders:U.S.,4,439,041[P].1984-03-27.

[19]   Hart Up, To Schreiber. Funnel Member For Single-Screw Extruder:U.S.,4,494,877[P].1985-01-22.


内容简介：
中国地质大学长城学院 本 科 毕 业 设 计 题目 ： 小型塑料 挤出机设计 系 别 工程技术系 专 业 机械 设计 制造及其自动化 学生姓名 李 江 学 号 05208307 指导教师 于建波 职 称 高级工程师 2012 年 5 月 7 日 nts中国地质大学长城学院 毕业 设计 中期检查表 学生 姓名 李江 学号 05208307 班 级 08机制三班 指导教师 于建波 职称 高级工程师 单 位 中国地质大学长 城学院 毕业 设计 题目 小型塑料挤出机设计 已完成工作、存在的问题及下一步的打算 就目前我书写的毕业设计情况来看，开题报告、外文翻译、任务书、文献综述等已经完成就绪；在 单 螺杆塑料挤出机传动系统的设计方面，针对于传动系统中最重要最复杂的齿轮零件，根据设计要求，我进行了深入的数据分析计算，根据载荷的强度要求对其进行强度校核，并且从理论上对该部分零件的性能进行分析； 基本完成了主要零件的 设计与校核。接下来，我的工作主要方面在于 各张零件图还认真须要修改；总装配图还要认真完善；设计说明书格式还要认真修改。还有对我的毕业设计进行润色，规范字体，修饰文字等收尾工作将要进行。 学生签名： 年 月 日 检查意见 指导教师签名： 年 月 日 nts 中国地质大学长城学院毕业设计任务书 学生姓名 李 江 学号 05208307 班 级 机制 3 班 指导教师 于建波 职称 高级工程师 单 位 中国地质大学长 城学院 毕业设计题目 小型塑料挤出机设计 毕业设计主要内容和要求： 根据目前 塑料成型应用的广泛性，技术成熟性以及稳定性方面考虑， 进行最优的小型塑料挤出机设计。 设计单螺杆挤出机件的传动系统 设计单螺杆挤出机件的加料系统 设计单螺杆挤出机件的挤压系 统 基本实现单螺 杆挤 出机的功能 毕业设计主要参考资料： 1濮良贵，纪名刚主编 .机械设计 .第 8 版 .北京 :高等教育出版社 . 2006.5 2郭克希，王建国 .机械制图 .第 7 版 .北京 :机械工业出版社 ,2006.8. 3左健民 .液压与气压传动 .第 4 版 .北京 :机械工业出版社 ,2007.5. 4王伯平主编 .互换性与测量技术基础 .第 2 版 .北京 :机械工业出版社 ,2008.12. 5刘鸿文主编 .材料力学 .第 4 版 .北京 :高等教育出版社 ,2004. 6 孙恒，陈作模，葛 文杰主编机械原理第 7 版北京：高等教育出版社， 2006.5 7 王先逵主编机械制造工艺学第 2 版北京：机械工业出版社， 2006.1 8熊诗波，黄长艺 主编 机械 工程测试技术基础 第 3 版 北京 ： 机械工业出版社 ， 2006.5 毕业设计应完成的主要工作： 分析各构件 最优选择方案 进行 单螺杆挤出机件主要构件的设计 及其校核 绘制 零件 图 、装配图 撰写 设计说明书 ， 不少于 6000 字 nts 毕业设计进度安排： 序号 毕业设计（论文）各阶段内容 时间安排 备注 1 选定 毕业设计题目，查阅并收集整理相关资料 2011.11.-2011.12 2 调查研究提纲， 分析处理数据， 并撰写毕业 设计开题报告 2011.12 3 结合毕业设计课题进行外文资料阅读，并 翻译外文资料， 并撰写 文献综述 2012.1-2012.2 4 构思并丰富论文内容 ，完成论文初稿的撰写 ， 2012.3.-2012.4 5 论文修改润色，完成论文终稿 2012.4.-2012.5 6 评审并进行答辩 2012.5 课题信息： 课题性质： 设计 论文 课题来源： 教学 科研 生产 其它 发出任务书日期： 指导教师签名： 年 月 日 教研室意见： 教研室主任签名： 年 月 日 学生签名： nts 中国地质大学长城学院 本科 毕业设计 外文资料翻译 系 别 ： 工程技术系 专 业： 机械设计制造及其自动化 姓 名： 李 江 学 号： 05208307 2012 年 4 月 20 日 nts 外文资料翻译译文 塑料工业是与国民经济发展和社会文明建设息息相关的重要产业。塑料工业的机械和装备的水平对该工业的发展起着关键作用。比起传统的塑料挤出机，单螺杆塑料挤 出机有他积极的优势，通常他能加工出高分子量、高粘度热塑性好的塑料。其中有高生产率低熔点、高熔体强压力的塑料有利于化学降解，产品质量高，品，因此是最佳的塑料生产这使得单螺杆塑料挤出机生产经济，特别适用于稳定的挤压。 螺杆的回转航程和固定筒壁的相互作用是挤出机的泵出过程中必要的参数。为了运输塑料材料，其摩擦在螺杆的表面要低，但在固定的筒壁要高。如果达不到这个基本标准，塑料可能会随着螺杆旋转，而不是在轴向 /输出方向上移动。在输出区域，螺杆和机筒的表面通常都覆盖着的溶解物以及来自溶解物和螺杆通道之间的外力，而其除了 处理有极高粘性的材料时都是无效的，如硬质 PVC 材料和有超高分子量的聚乙烯。溶解物流在输出部分是 受内摩擦系数（粘度）影响，尤其是当模具提供了一个高阻力的熔体流时。 常见且更多使用的单螺杆型使用的是传统设计，即机筒和螺杆保持基本一致的直径，包括具有例如减小螺 杆通道体积，有连续可变速度、压力控制，和通风（挥发）系统的挤出机。一些特殊的设计使用了圆锥或 抛物线外形的螺杆，用以达到特殊的混合和捏合效果。它们可以包含偏心的核心，根据不同坡度变化的动 程，揉捏转子，适应性的核心环，和间歇的轴向运动。桶内可能有 螺纹，可伸缩的螺杆形状以及进料设备。 一个成功的挤出操作需要密切注意很多细节，如（ 1）进给材料的质量和在适当温度下的物质流，（ 2）足以 融化、但不会分解聚合物的温度曲线，以及（ 3）不会分解塑料的启动和关机。 应采取措施，防止促进塑料表面上水分的胶合和湿气的吸收凝结，如颜料浓缩物中的色素。表面凝结，可 通过储存于密封的塑料容器（吸湿性塑料）中在使用前约 24 小时与工作区域保持同温来避免。如果怀疑颜 色母料有吸湿，可以在 250 至 300 （ 120 -150 ）加热 8 至 16 小时，烘箱应充分 干燥。料斗干燥机已被 证明在干燥塑料中非常有用。它们还可以在操作中提高挤出机受加热和熔解能力限制的输出的能力。图 显示了与加热输入挤出机所需的熔化塑料，有或没有料斗干燥机作为预热器时相关的不同。挤出机使塑料 熔体均匀熔化，并使之通过与产品的横截面形状关联的模具口。所形成的 TP 的熔体（挤出的）是冷了却的，或是加热的 TS熔体，因为它是向下放置的进而得以远离模具出口或是通过下游设备拔出。 外文原文 Plastic industry is an industry relation to national economy development and social ntscivilization.The level of working equipment plays a pivotal role in the development of the plastic industry.The processing of very high-molecular-weight and high-viscosity thermoplastics in single-screw extruders today is usually done only in extruders with a positive-advantages over conventional extrusion. Among these are high output at low melting temperatures and high melt pressures; reduced shear of the plastics, which makes this system energy-saving and very economical; gentle plastic of the plastics; on thermal or chemical degradation, hence optimum product quality; and particularly stable extrusion so that output, pressure and melting temperature surges are prevented. The essential parameter in the extruders pumping process is the interaction between the rotating fights of the screw and the stationary barrel wall. For the plastic material to be conveyed, its friction must be low at the screw surface but high at the barrel wall. If this basic criterion is not met, the plastic will probably rotate with the screw and not move in the axial/output direction. In the output zone, both screw and barrel surfaces are usually covered with the melt, and external forces between the melt and the screw channel walls have no effect except when processing extremely high viscosity materials such as rigid PVC and ultrahigh molecular weight PE. The flow of the melt in the output section is affected by the coefficient of internal friction (viscosity), particularly when the die offers a high resistance to the flow of the melt. The usual and more popular single screw types use conventional designs with basically uniform diameters of the screw and barrel. Examples include extruders that have decreasing screw channel volume, continuous variable speed, pressure control, and a venting (devolatilization) system. Special designs use conical or parabolic screws for special mixing and kneading effects. They can include eccentric cores, variable pitch superimposed flights of different pitch, kneading rotors, fitted core rings, and periodic axial movement. Barrels may have internal threads,telescopic screw shapes, and feeding devices. A successful extrusion operation requires close attention to many details, such as (1) the quality and flow of feed material at the proper temperature, (2) a temperature profile adequate to melt but not degrade the polymer, and (3) a startup and shutdown that will not degrade the plastic. Care should be used to prevent conditions that promote surface condensation of moisture on the plastic and moisture absorption such as by the pigments in the color concentrates. Surface condensation can be avoided by storing the sealed plastic container (for hygroscopic plastics) in an area at least as warm as the operating area for about 24 h before use. If color concentrate moisture absorption is suspected, heating for 8 to16h in a 250 to 300 (120 to 150 ) oven should permit sufficient drying. Hopper dryers have proven very useful in drying plastics. They can also enhance extruder capacity in operations where the output is limited by the heating and melting capacity of the extruder. The relative difference in heat input required from the extruder to melt the plastic, with and without the hopper dryer used as a preheater. The extruders form a homogeneous plastic melt and force it through a die orifice that is related to the shape of the products cross section. The formed TP melt (extrudate) is cooled or the TS melt heated as it is being dropped downward away from the die exit or drawn through downstream equipment. nts中国地质大学长城学院毕业设计开题报告 学生姓名 李 江 学 号 05208307 专业班级 08 级机制 3 班 指导教师 于建波 职 称 高级工程师 单 位 中国地质大学长城学院 课题性质 设计 论文 课题来源 科研 教学 生产 其它 毕业设计（论文）题目 小型塑料挤出机 设计 一、课题研究的 背景 在我国的塑料加工行业中，有 1/31/2 的塑料制品是通过挤出成型来完成的。作为塑料机械的第二大类产品，挤出成型及其机组的产量和销售额占塑料机械的 20%25%，其生产厂家 分布在机械、轻工、石化、轻工、化工、建材、军工等行业。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的趋势。因此，挤出机有着很大的发展前景。 在常规 螺杆挤出机组的性能方面，我国已能生产螺杆直径为 12250mm 的多种规格、门类齐全的挤出机组，长径比大多为 2530mm，一些新型的混炼元件如分离型、屏障型、分流型、变道型以及结束位置变换型等得到了广泛的发展。 在特种挤出机的研究领域，经我国广大科技工作者的努力，已研究出如排气挤出机，电磁动态塑化挤出机，串联式多阶段挤出机，行星螺杆挤出机等多种机型，目 前已进入系列化的研究阶段。 总的来说，由于我国塑料工艺与发达国家相比起步较晚，因此在经济规模上，尤其是在控制水平 、效率、精度、可靠性和成套性等方面与发达国家相比还存在一定程度上的差距。 二、课题研究现状 在 塑料挤出成型 设备中，塑料挤出机通常称之为主机，而与其配套的后续设备塑料挤出成型机则称为辅机。 塑料挤出机的主机是挤塑机，它由挤压系统、传动系统和加热冷却系统组成。 塑料挤出机按其 螺杆数量可以分为单螺杆挤出机、双螺杆挤出机和多螺杆挤出机 。 不同的塑料挤出企业根据生产能力、成本 高低 、生产 场地 大小 以及 所应用场所 的不同，对塑料挤出机的需求也不尽相同。 具体情况如下表所示： 各种塑料挤出机的优缺点及适用范围 塑料挤出机类型 优缺点 适用范围 单螺杆塑料挤出机 产量高，能耗低，高效能、低噪音及较长的使用寿命，且操作便捷、维护简单 、成本低 各种 热塑性塑料挤出成型、挤出造粒 nts双螺杆塑料挤出机 结构复杂，价格高 ， 具有 较好的混炼塑化能力，物料在挤出机中停留时间短，产量大，挤出速度快 ， 单位产量耗能低 。 粉料加工 多螺杆塑料挤出机 能耗低、产量高、混合分散质量好 ，精密度高，易受到温度波动、转速波动及压力波动的影响 ，不 容 易维护 特种高品质塑料制品加工 螺杆 挤出机 是塑料成型加工最主要的设备之一，它通过外部动力传递和外部加热元件的传热进行塑料的固体输送、压实、熔融、剪切混炼挤出成型。尽管螺杆挤出机种类繁多，但就挤 出机理而言，基本是相同的。传统螺杆挤出机挤出过程，是 依靠 机筒外加热、固体物料与机筒、螺杆摩擦力及熔体剪切力来实现的。 “摩擦系数 ”和 “摩擦力 ”， “粘度 ”和 “剪应力 ”是影响传统螺杆挤出机工作性能的主要因素，由于影响 “摩擦 ”和 “粘度 ”的因素十分复杂，因此，传统螺杆挤出机挤出过程是一个非稳定状态，难以控制，对某些热稳定性差、粘度高的热敏性塑料尤为突出。 螺 杆 挤出机由于突出的成本 、 效率比和多功能性，主要用于连续塑料的生产。 双 螺杆挤出机主要有输送，塑化和均化材料的功能。其尺寸确定和技术的设计，必须满足以下要求：高扭矩和高产量，较高的熔体生产能力，低螺杆转速下有较高的生产率，即避免降解或交联，使材料产量的变化量最小，最适宜的熔体温度，很宽的温度范围，减少磨损等，而熔体和制品质量的提高以及效率提高等目标决定着单螺杆挤出机的发展。 结论：选择 小型 单 螺杆塑料挤出机设计。 三 、课题研究的内容 设计方案的拟定； 参数的拟定； 传动系统的设计 ； 加料系统设计； 挤压系统 设计； 整体结构的设计。 四 、研究方案 1.利用中国知网、维普、万方等数据库完成与毕业论文相关内容的论文的检索；利用图书馆的图书资源查阅相关的理论内容；充分的利用互联网进行资料的检索收集。 2.为了适应 挤出机设计制造 的发展， 挤出机 也从早期结构单一的 传统式 向多样化发展 。经过调研了解到国内市场对于 单螺杆挤出机 的需求量比较大，考虑到国内的特点，从实用角度出发，确定如下方案： (1) 对 各种不同挤出机的总体结构进行深入剖析 ； (2) 根据主要技术参数设计挤出机的整体结构 ； (3) 运用 AutoCAD 绘制 零件图 和 挤出机总体结构装配图 ； nts 本课题运用 AutoCAD 技术进行挤出机总体结构的设计，可以缩 短产品开发周期，提高产品质量，降低成本，增强 产品 的市场竞争能力 ； (4)在满足以上要求的同时，尽量结构简单，操作方便，适用范围广。 五 、进度安排 1.第一阶段： 2011 年 11 月到 2011 年 12 月，确定毕业设计题目，查阅并收集整理相关资料； 2.第二阶段： 2011 年 12 月， 调查研究提纲，分析处理 数据，并撰写毕业设计开题报告 ； 3.第三阶段： 2012 年 1 月到 2012 年 2 月， 结合毕业设计课题进行外文资料阅读，并翻译外文资料，并撰写文献综述 ； 4.第四阶段： 2012 年 3 月到 2012 年 4 月， 构思并丰富论文内容，完成论文初稿的撰写； 5.第五阶段： 2012 年 4 月到 2012 年 5 月，论文修改润色，完成论文终稿； 6.第六阶段： 2012 年 5 月，评审并进行答辩。 六 、预期结果 设计出的 单 螺杆挤出机能够 实现应有的特点并能够 正常运转， 振动小，噪音低 。 由于 设计者能力有限 ，本次研究可能还有需要完善的地方。 本次开题报告只 是初步的设计构思，但理论上仍具有可行性，实践还有待进一步证明。 七 、参考文献 1濮良贵，纪名刚主编 .机械设计 .第 8 版 .北京 :高等教育出版社 . 2006.5 2郭克希，王建国 .机械制图 .第 7 版 .北京 :机械工业出版社 ,2006.8. 3左健民 .液压与气压传动 .第 4 版 .北京 :机械工业出版社 ,2007.5. 4王伯平主编 .互换性与测量技术基础 .第 2 版 .北京 :机械工业出版社 ,2008.12. 5刘鸿文主编 .材料力学 .第 4 版 .北京 :高等教育出版社 ,2004. 6 孙恒，陈作模，葛文杰主编机械 原理第 7 版北京：高等教育出版社， 2006.5 7 王先逵主编机械制造工艺学第 2 版北京：机械工业出版社， 2006.1 8熊诗波，黄长艺主编机械工程测试技术基础第 3 版北京：机械工业出版社， 2006.5 9 毛谦德，李振清 . 袖珍机械设计师手册 . 机械工业出版社， 1994. nts指导教师意见： 指导教师签名 ： 年 月 日 教研室意见： 审查结 果： 同 意 不 同 意 教研室主任签名： 年 月 日 nts 中国地质大学长城学院 本科 毕业设计文献综述 系 别 ： 工程技术系 专 业： 机械设计制造及其自动化 姓 名： 李 江 学 号： 05208307 2012 年 4 月 20 日 nts小型塑料挤出机设计文献综述 1、前言 挤出成型具有生产率高、适应性强、用途广泛等优点，几乎适合于所有高分子材料的加工。螺杆挤出机是聚合物加工最基本的装备之一。迄今为止 , 对单螺杆挤 出机的研究已有近 90 年的历史。过去人们对单螺杆挤出机的研究仅仅是停留在普通挤出机的理论研究和结构完善上， 这只能适当提高产量、改善制品性能。 2、正文 2.1 普通单螺杆挤出机 普通单螺杆挤出机的机筒的内表面都是光滑的圆柱面，机筒中的物料向前输送的动力来源于物料与加料段机筒之间的摩擦力 。由固体输送理论可知，通过提高 ，可以增大输送角 ，进而获得较高的生产率 。但是对于普通单螺杆挤出机来说，一般较小，挤压系统的固 体输送率 很低，进而影响到挤出机的产量。 此外，加料段的冷却一般只限于机筒的加料口附近，再加上该段与前面的热机筒没有隔热措施，热机筒的热量就会传导至该段，因此冷却不充分，不但未能增大物料与机筒之间的摩擦系数 ，反而有可能在一定的条件下，虽然机筒表面温度未达到物料的熔点，但物料在摩擦热作用下便已经融化了，固体输送率会更低。 2.2 发展情况 目前 , 随着人们对高能效比和高产量的追求 , 高速化已成为塑料挤出加工技术的发展方向之一 , 同时也是衡量塑料成型设备技术水平的 最重要指标之一。高速挤出最早兴起于欧洲和美国。 在欧洲 , Thyssen 塑料机械制造公司于 20 世纪 70 年代就为德国的 Bellaplast 公司制造了直径 90m m 的挤出机 , 并以螺杆转速达 450r/min 的速度生产聚苯乙烯 ( PS) 片材 , 产量高达 1180 kg/ h。 1980 年 , Thyssen 公司被德国 Battenfeld 挤出技术公司 ( BEX) 收购 , 其高速挤出机研发工作停止。后来 BEX 公司也开始生产小型高速挤出机。 而在美国 , 高速单螺杆挤出机的研发走的是一条不同的路 生产色母料而不是热成型 片材 , 目的是快速混合和颜色变换 , 而不是追求高产量。 20 世纪 60 年代 , 美国 Prodex公司制造了两台直径 50mm 的挤出机 , 转速可达 1000r/min,用于生产聚丙烯 ( PP) 色母料。Prodex 后来发展成为 HPM公司。在 20世纪 90 年代中期 , HPM公司开始生产直径 50 115 mm、长径比 50： 1 的挤出机 , 用于生产色母料。这些采用了 HPM 专利技术的 Triple Wave 螺杆的nts转速可达 800 1 000r/min。直径 65mm 的挤出机以 850r/min 的速度加工 PEHD 时 ,产量可达1090kg/h。 HPM 公司 直径 90mm 的挤出机转速可达 500r/min。 近 10 年来 , 人们又对高速挤出技术进行了大量研究 ,在理论和结构方面有了很多创新。现在高速挤出机发展非常迅速 , 已难以对高速进行定义了。传统上认为 ,螺杆圆周线速度大于 1m/s 就算是高速 , 而现在最高的转速可以达到 3m/s、 4m/s 甚至 5m/s。 就单螺杆挤出机而言 , 挤出量随着螺杆转速和螺杆长径比的增加而增加 ,高速挤出机的机械结构必将不同于传统的现有挤出机的结构。 国产挤出机现在基本上以单螺杆 挤出机为主，技术较成熟，市场销量和应用也最广， 能维持市场顶峰期的 50%-60%左右。 2.3 研究目的 及内容 研究高产量的单螺杆挤出机是当前挤出机发展的主要方向，它能很大程度地提高企业的生产效率，进而有助于提高企业效益。本文的目标就是在总结借鉴前人研究的基础上，通过研究 高产量挤出机 的机理，试图设计单螺杆挤出机 的传动系统，加料系统和挤压系统的设计，使其能够完成较高的产量挤出机的工作。 3、部分参考文献简介 1濮良贵，纪名刚主编 .机械设计 .第 8 版 .北京 :高等教育出版社 . 2006.5 该文献主要讲解了传动轴、齿轮等零件的设计。书中涵盖了传动轴、齿轮的设计 思路、设计方案、设计计算、具体设计方法，还包括轴承选择、零件选择，结构的润滑，图纸的绘画及设计说明书的编写，还包括大量的标准与规范，供参考与查询的表与图。 9邓淮铃，陈松星螺杆挤出机传动系统的技术改造 J广东化纤， 1999.4 该文献 提出用变频控制技术改造螺杆挤出机传动系统的必要性，改造方法和效果。 10鲁迪格多尔霍夫齿轮传动机构中国专利 P： 96106518 8， 1991 06 26 该文献对 提出一种带有两个以同方向转动的轴线平行的输出轴的齿轮传动机构，特别用于传动双螺杆挤压机，该机构 具有带齿的大小相等的主动和从动小齿轮，小齿轮的齿与一个作为中心小齿轮的较大中间齿轮和一个回转内齿圈相啮合。 4、 总结及心得 通过对本次毕业设计所涉及文献的阅读、分析和总结，得到以下结论： 目前，国内外对 单 螺杆挤出机的布局结构设计研究己经达到一定的水平，分别就传动方式以及各种传动方式的基本类型、传动系统的结构布局分析、止推轴承的组合设计及布置、传动系统的外部联接等进行了一定的研究。在传动系统的设计工作主要集中在结构布局的分析和设计上。塑料挤出机的安全、可靠、有效高速运行，直接关系到企业的生产状况和经济效益。所 以在以后的设计中，要特别注重以下几项工作： nts1、掌握设计的流程及要求，为日后的设计、工作打下基础； 2、 通过 熟悉小型塑料挤出机 ，在 设计 方面尽可能做出创新 ； 3、练习并熟练掌握 CAD 制图，学习有关标准及资料 施用有关标准以及其他技术资料 ； 4、在设计中学会分析解决设计中遇到的各种疑难问题的能力。 5、 参考文献 1濮良贵，纪名刚主编 .机械设计 .第 8 版 .北京 :高等教育出版社 . 2006.5 2郭克希，王建国 .机械制图 .第 7 版 .北京 :机械工业出版社 ,2006.8. 3左健民 .液压与气压传动 .第 4 版 .北京 :机械工业出版社 ,2007.5. 4王伯平主编 .互换性与测量技术基础 .第 2 版 .北京 :机械工业出版社 ,2008.12. 5刘鸿文主编 .材料力学 .第 4 版 .北京 :高等教育出版社 ,2004. 6 孙恒，陈作模，葛文杰主编机械原理第 7 版北京：高等教育出版社， 2006.5 7 王先逵主编机械制造工艺学第 2 版北京：机械工业出版社， 2006.1 8熊诗波，黄长艺主编机械工程测试技术基础第 3 版北京：机械工业出版社， 2006.5 9邓淮铃，陈松星 螺杆挤出机传动系统 的技术改造 J广 东化纤 ， 1999.4 10鲁迪格多尔霍夫齿轮传动机构中国专利 P： 96106518 8， 1991 06 26 nts中国地质大学长城学院 2012 毕业设计 1 小型塑料 挤出机设计 摘 要 单 螺杆挤出机是一种啮合型挤出设备，以其优异的加工性能得到了越来越广泛的应用，并成为市场发展的主要趋势。 通过参阅了许多文献，分析了现有常规单螺杆挤出机和加料段机筒开直槽单螺杆挤出机（ IKV单螺杆挤出机）的固体输送段存在的物料输送问题，设计了一种加料段机筒配置螺旋沟槽衬套的单螺杆挤出机。通过合理的沟槽设计， 克服了现有加料衬套采用直槽产生的衬套剪切力大、温升高，导致挤出机强制输送能力下降的缺陷， 提高了挤出机的产量。 本文的工作对于 单 螺杆挤出机的研究、设计和应用具有很好的参考价值。 关键词 ： 单螺杆挤出机； 机筒； 设计。 ABSTRACT As a kind of engaged device， single screw extrude has been gained widespread availability， for its extremely excellent attribute for processing， and single screw extruder has became the main tendency of market development.By referring to a lot of literature available and analysis the conveying problems existing in the solid conveying zone of the conventional single screw extruders and the single screw extruders that use the IKV system, a kind of single extruder whose feed section was comprising of a feed bushing that has several helical grooves in its inner surface was designed. Its conveying theory was also studied. It can realize positive conveying in the solid conveying zone. Besides, it can also overcome the defects that the existing feed bushings have, such as high shearing force, high melt temperatures, which can decrease the solid conveying capacity of the extruder. So it can highly increase the output of the extruder. The works of the paper will play a positive role for designs， studies and applications of single screw extruder. Key words: Single Screw Extrude; Barrel； Design nts中国地质大学长城学院 2012 毕业设计 2 目 录 1.绪论 .1 1.1课题背景 .1 1.1.1普通单螺杆挤出机 .1 1.1.2加料段机筒开轴向沟槽的单螺杆挤出机 .1 1.2 研究目标及内容 .4 2.主要机构及零部件的方案对比、选择 .5 2.1单螺杆挤出机的结构 .5 2.1.1单螺杆挤出机组成 .5 2.2传动方案的设计和选择 .5 2.2.1挤出机驱动功率的确定 .5 2.2.2挤出机的转速要求及调速范围 .5 2.2.3挤出机的传动系统的组成 .6 2.3 螺杆的结构及材料 .7 2.3.1螺杆的材料的选择 .7 2.3.2螺杆结构形式 .7 2.3.3螺杆的表面处理 .8 2.4机筒的结构及材料 .8 2.4.1机筒材料的选择 .8 2.4.2机筒的表面处理 .8 2.4.3机筒的结构形式 .8 2.4.4机筒与机头的连接形式 .9 2.5加热冷却方案的对比和选择 .9 2.5.1加热功率的确定 .9 2.5.2挤出机的 加热方法 .10 2.5.3挤出机的冷却装置 . 11 2.6机筒与支架间的连接 .12 2.7挤出机加料系统的设计 .12 3.重要结构的设计及校核 .13 3.1传动系统的设计及校核 .13 3.1.1皮带传动设计 .13 3.1.2 V带轮的结构尺寸 .15 3.2 加料套 的设计 .17 3.3 螺杆的设计及校核 .20 3.3.1螺杆的设计 .20 3.3.2螺杆的强度计算及校核 .23 nts中国地质大学长城学院 2012 毕业设计 3 3.4 机筒的设计及强度校核 .24 3.4.1机筒壁厚的选择 .24 3.4.2机筒的强度校核 .24 3.5 螺杆尾部平键的强度计算 .25 结 论 .26 参考文献 .27 致 谢 .28 nts中国地质大学长城学院 2012 毕业设计 4 1.绪论 1.1 课题背景 挤出成型具有生产率高、适应性强、用途广泛等优点，几乎适合于所有高分子材料的加工。螺杆挤出机是聚合物加工最基本的装备之一。迄今为止 , 对单螺杆挤出机的研究已有近 90年的历史。过去人们对 单螺杆挤出机的研究仅仅是停留在普通挤出机的理论研究和结构完善上， 这只能适当提高产量、改善制品性能。 1.1.1 普通单螺杆挤出机 普通单螺杆挤出机的机筒的内表面都是光滑的圆柱面，机筒中的物料向前输送的动力来源于物料与 加料段机筒之间的摩擦力 。由固体输送理论可知，通过提高 ，可以增大输送角 ，进而获得较高的生产率 。但是对于普通单螺杆挤出机来说， 一般较小，挤压系统的固体输送率 很低，进而影响到挤出机的产量。 此外，加料段的冷却一般只限于机筒的加料口附近，再加上该段与前面的热机筒没有隔热措施，热机筒的热量就会传导至该段，因此冷却不充分，不但未能增大物料与机筒之间的摩擦系数 ，反而有可能在一定的条件下，虽然机筒表面温度未达到物料的熔点，但物料在摩擦热作用下便已经融化了，固体输送率会更低。 1.1.2 加料段机筒开轴向沟槽的单螺杆挤出机 在 70年代以前，设计螺杆时，螺杆的挤出量是按计量段的熔体输送理论公式来考虑的。这时，挤出量受机头压力影响较大，而与粘度有关。螺杆的几个功能段（输送、压缩、熔融和均化）在螺杆的三段上是相互重叠的。由于种种原因它们相互影响。例如，如果料斗中存在架桥现象或加料口几何形状设计不合理，这些因素往往导致加料段充满状态的不稳定，塑料的压缩状态也 不稳定，达到一定压力的压缩点的位置一会儿超前，一会儿延后。此外，由于塑料在螺杆上熔融起始点的位置不仅决定于机筒的热传导情况、剪切热产生的情况和塑料的热性能，而且还直接决定于塑料的压缩状态，即决定于压缩点达到位置和压力升高的状况。为此，如果压缩点在螺杆上变化，势必会导致熔融起始点也在螺杆上变化。由此压力、温度和产量都会产生波动，当转速提高后这个现象更为严重。 采取一些措施后虽然会对上述不足有所改进，例如，通过强制计量加料可以改善加料的稳定性，采用混合元件和加长计量段，会减少熔料的各种波动。但另外一个问题仍未很好地解决。例如：塑料在螺杆上压实不足，压力形成缓慢，塑料在螺杆上除了有轴向移动外，还存在相当大的径向滑动，因此输送率很低，一般只有 0.3 0.5，挤出量受机头压力影响较大。 从 20世纪 70年代开始，德国亚琛工业大学塑料加工研究所（ IKV）和巴登苯胺苏打厂（ BASF）的一些研究工作者对如何提高固体输送生产率进行了一系列研究，设计并生产nts中国地质大学长城学院 2012 毕业设计 5 了性能优越的挤出机。这种机器的主要特征是，在螺杆加料段依靠强制加料来提高螺杆的输送效率，依靠设置于熔融段和计量段上的混炼元件来保证输送能力提高后的挤出质量。螺杆的三个主要 功能，输送、塑化和均化，分别在螺杆上独立地完成，它克服了普通螺杆几个功能段相互重叠并由此带来的不稳定和波动现象。 1 机筒； 2 加料座； 3 料斗； 4 沟槽 5 加料套； 6 冷却水通道； 7 隔热垫 图 1-1 IKV 系统的基本结构 IKV螺杆的强制输送作用主要依靠机筒在加料段处的特殊结构来完成的。它的基本结构是这样的：在机筒的加料段上设置一段带有内锥孔的套筒，锥孔内壁沿周围开出若干条轴向沟槽，套筒的外表面开有冷却循环水或者其他冷却介质的螺旋沟槽，料斗 座与机筒间设有隔热层，防止高温机筒向后传热。 a 粉料的楔形结构 b 粒料的楔形结构 1 螺杆； 2 加料套； 3 粉料； 4 粒料 图 1-2 物料的楔形结构断面图 它的工作原理 如下 ： nts中国地质大学长城学院 2012 毕业设计 6 物料随螺杆转动的趋势受沟槽侧面的阻挡； 物料形成 “ 架桥 ” 或者 “ 楔形 ” ，使 的特性得到充分利用； 物料如同带翅的螺母套在螺杆上，螺杆转动，物料 “ 螺母 ” 轴向转动，其效果相当于提高了 ，而减小了打滑和回流，进而提高了固体输送率； 锥孔的内孔、沟槽的斜度，使物料 尽快压实，尽早建立压力； 隔热层可以防止高温往后传； 冷却系统将高压、高摩擦产生的热量带走，防止过早出现熔膜而破坏固体输送机理； 此外 , 普通挤出机在加料段建立的压力是极小的 , 其产量在很大程度上要依赖于背压，而在开槽衬套挤出机中 , 物料能在加料段末端建立起比背压高的压力 , 这样 , 其产量受背压的影响很小甚至没有影响 , 在加料段就完成了输送物料的任务。总的来说，加料段机筒开槽，可提高物料的输送率，进而提高挤出机的产量，此外，挤出机的性能更加稳定。 但是它也有缺陷 如下 ： 由于摩擦力正比于正压力和摩擦系数，螺杆 和机筒的寿命又直接与摩擦副的相对运动速度有关，而 IKV系统的加料区正好具备高压高摩擦和高速工作的条件，因此， IKV系统的螺杆和机筒磨损比较严重，需要采用耐磨性较高的螺杆材料和机筒材料； 由于高压高摩擦和高速的工作条件，加料区产生了大量的热量。为了保证高的 输送率和挤出质量，必须对加料区进行强制冷却。物料出衬套后，需要对物料进行重新加热，冷却又加热，浪费了能源； 冷却水结垢后，使冷却效率降低，甚至堵塞； 冷却水压、水温变化使冷却效果不一，使输送效率产生波动； 冷却水耗量大； 螺杆承受扭矩大，功耗大，需要提高螺杆 的强度，增加了成本； 在加料段末端可能产生极高的压力，有损坏带有沟槽的薄壁机筒危险； IKV系统是建立在固体摩擦理论基础上的，因此这种系统显然不适于熔料挤出机，如造粒出机中的后处理挤出机和一些混炼机； 在机筒需要排气的场合，使用 IKV系统时比较困难的。这时第二计量段的生产率得不得不由机头压力来确定，而第一计量段生产率过大将造成排气口的冒料。 IKV系统加大了第一阶螺杆的生产率，为此排气式挤出机使用 IKV系统时困难的。 为了解决加料段机筒开槽挤出机的这些问题，美国发明专利（专利号 5909958）披露了一种新技术 ，与常规开槽机筒不同，机筒沟槽上设置有键，键的径向高度小于沟槽的径向深度，用独立的控制机构来调节键在沟槽中的径向高度位置，槽深可从零变为全深度。这样就能够依据塑料颗粒的形状、大小来精确调节沟槽的深度，形成适宜的摩擦，获得最佳的输送效率。槽深可独立调节的加料段开槽挤出机的优点有：较高的产量，加工过程更加稳定，可以加工高分子量聚乙烯，比如 HDPE。此外，开槽部分的输送效率可以和聚合物及螺杆的特性相匹配。由于槽和键的这种组合式沟槽流道，当更换物料时，可以轻易地清洗料筒，单有沟槽的加料段机筒不具备这种特性。在实际的 工艺条件下，可以通过调节沟槽的深度使得加工过程得到优化。此外，通过机头压力波动的反馈机制，可以对沟槽深nts中国地质大学长城学院 2012 毕业设计 7 度进行自动优化。沟槽深度可调节的加料段机筒开槽挤出机的主要优势在于能够更加精确的控制挤出系统的输送效率、压力、温度等，从而实现高效稳定挤出。 1 螺杆； 2 机筒； 3 键； 4 控制机构 图 1-3 槽深可独立改变的加料段结构 美国的这一发明技术的另一种结构形式是：沟槽倾斜，即槽深全长不等，而键的全长厚度相同；或者沟槽全长深度一致，而键全长厚度不等，上游端薄，下游端厚（下游端厚度略小于沟槽深度），放在沟 槽里形成了上游槽深，下游槽浅。两种形式都构成了渐变形槽深。每一条沟槽上也设置有执行机构来与键连接，用来调节沟槽中键的径向深度，这样就能够控制所形成的沟槽的深度和机筒的中心孔的尺寸。通过监测工艺参数，比如用传感器来监测机筒压力，形成控制环。将这些数据传送给加工控制器，然后控制器调节执行机构独立控制沟槽的槽深，同时也就能够控制工艺参数。 综上所述，为了提高加料段的固体输送效率，通常的做法是在加料机筒内设置开槽衬套，槽的形式主要是直槽式，但是正如前面所述，这种形式的挤出机的输送效率还是不够高，且存在诸如剪切热过大 的问题。因此，这一课题的目的是通过研究单螺杆挤出机的固体输送理论，设计一种可以实现类似于双螺杆挤出机的正位移输送的单螺杆挤出机，这种挤出机的加料段的衬套是螺旋型的，而不是直槽型的，可以通过设计螺旋沟槽式衬套，使其与挤出机螺杆有一定的几何参数的相匹配关系，从而提高固体输送效率，提高挤出机的产量。 1.2 研究目标 及内容 研究高产量的单螺杆挤出机是当前挤出机发展的主要方向，它能很大程度地提高企业的生产效率，进而有助于提高企业效益。本文的目标就是在总结借鉴前人研究的基础 上，通过研究 高产量挤出机 的机理，试图 设计 单螺杆挤出机 的传动系统，加料系统和挤压系统的设计 ，使其能够完成较高的产量挤出机的工作。 nts中国地质大学长城学院 2012 毕业设计 8 2.主要机构及零部件的方案对比、选择 2.1 单螺杆挤出机的结构 2.1.1 单螺杆挤出机组成 （ 1） 传动系统：由驱动电机、减速器、止推轴承等构成，作用是驱动螺杆旋转，提供螺杆转动所需的扭矩和转速，并承受螺杆的轴向力； （ 2） 加料系统：由料斗、料斗座等组成，料斗座的作用是储料，料斗由料斗座支撑，机筒和减速器通过加料座连接； （ 3） 挤压系统：由螺杆、机筒等组成，它是挤出机的 “ 心脏 ” ，对塑料进行连续输送、塑化、均化、定压定量地挤出； （ 4） 加热冷却 系统：由加热器、冷却器、冷却通道等组成，保证挤出机工艺温度要求； （ 5）控制系统：有电控柜、检测元件、仪表、电气元件等组成，作用是对挤出机的运转及工艺条件进行控制。 2.2 传动方案的设计和选择 传动系统是挤出机的主要组成部分之一，它的作用是驱动螺杆，并使螺杆能在选定的工艺条件下（如压力、温度和转速）获得所必须的扭矩且能均匀地旋转，以完成对物料的输送和塑化。 2.2.1 挤出机驱动功率的确定 影响挤出机驱动功率的因素是很多的，虽然没有精确有效地方法来确定挤出机的驱动功率，但是可以利用经验公式来估算，然后再进行确 定。 n （ 2-1） 式中 N挤出机的驱动功率， D螺杆的直径， cm n螺杆的转速， r/min 系数，它根据实验和统计分析进行确定。根据我国生产的挤出机进行统计，对 挤出机，一般 ；对于 的挤出机， 2.2.2 挤出 机的转速要求及调速范围 对挤出机的速度要求有两方面，一方面是能无级调速，另外就是应该有一定的调速范nts中国地质大学长城学院 2012 毕业设计 9 围，前者是为了控制挤出质量及于辅机的配合一致；后者针对挤出机应具有适应各种加工而提出来的。所谓挤出机的调速范围，就是指螺杆的最高转速与最低转速的比值（ ）。转速范围的确定很重要，因为它直接影响到所能加工物料和制品的范围、机器的生产率、功率消耗、制品的质量、设备的成本和操作是否方便等。 在本设计中取挤出机的最大转速为 。对大多数挤出机来说，其调速范围在 内，因此在这里取挤出机的最低转速为 。 2.2.3 挤出机的传动系统的组成 挤出机的传动系统通常由原动机（如电动机等）、调速装置和减速装置组成。 本设计中传动系统由电机、皮带和减速箱组成。 传动链组成形式：电动机 皮带 减速箱 双键 螺 杆 （ 1）电机的选择 由于 IKV挤出机所需的电机功率比普通的挤出机大，由前面的计算的挤出机的驱动功率，初步选定电机功率为 7.5kW。电机选用三相异步电动机，型号为 Y132-M-4-B3。 表 2-1 Y132-M-4-B3 电机的主要技术参数 JB/T 96161 999 电机型号 额定功率 kW 满载转速 rpm 满载 电流A 功率 因素 重量 kg Y132-M-4-B35 7.5 1440 15.4 0.85 81 （ 2）减速器的选择 从电机到螺杆的总传动比为 可选减速箱传动比为 ，则皮带轮的 传动 比为 根据电机的功率和螺杆的转速，减速箱选用 ZLYJ系列减速箱。 ZLYJ 系列减速箱是为塑料螺杆挤出机配套设计的高精度硬齿面带推力座的传动部件。产品设计采用了JB/T8853-2001所规定的各项技术 规范。其特点是齿轮和轴类零件采用了高强度合金钢。齿轮经渗碳、淬火、磨齿工艺加工。齿轮精度为 GB10095-88.6级。齿面硬度 HRC54-62。在空心输出轴前端配置有超规格的推力轴承，承受螺杆的工作轴向力。轴承和油封等主要标准件皆采用国内优质产品。整机具有体积小、承载能力高、传动平稳、噪声低、效率高等特点。产品性能已达到国际先进水平，可替代同类型进口产品使用。 本设计选用的减速箱为： ZLYJ 146-20。 减速箱的装配形式有以下几种： nts中国地质大学长城学院 2012 毕业设计 10 图 2-1 减速箱的装配形式 根据挤出机的安装要求，在这里选择第一 种装配形式。 螺杆的轴向推力为 ， ZLYJ 146-20能承受此轴向推力。 润滑方式采用飞溅润滑，冷却方式采用自然冷却。 表 2-2 ZLYJ 146-20-减速器的主要技术参数 产品型号 公称传动比 公称转速 rpm 许用输入功率kW 输出扭矩mN 输入 1n 输出 2n ZLYJ 146-20- 20 1000 50 8.11 1549 2.3 螺杆的结构及材料 2.3.1 螺杆的材料的选择 对螺杆材料的性能有以下要求： （ 1） 加工性良好，也即切削性能良好和抛光性能良好，前者是为了减少螺杆加工工时，后者是为了增加螺杆表面光洁度； （ 2） 热处理性能良好，主要是指热处理时变形要小，这是保证螺杆正常工作的必要条件； （ 3） 耐磨性和耐腐蚀性良好，这是保证螺 杆寿命的基本要求； （ 4） 有足够的芯部强度； （ 5） 附着性好良好，例如，在镀铬，喷涂，堆焊等工序中必须保证螺杆基本金属和附加物的附着性； （ 6） 成本尽可能低廉。 基于以上要求的考虑，选择螺杆的常用材料： 38CrMoAlA。 2.3.2 螺杆结构形式 nts中国地质大学长城学院 2012 毕业设计 11 由于挤出机主要用于加工聚烯烃，尤其是 LDPE，其结晶度较低，属于无定形物料，因此螺杆结构形式采用渐变式，加料段等距等深，熔融段等距变深，计量段等距等深。螺杆加工制造容易，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均匀压缩 ,塑化物料；加料段的第一个螺槽深度大，有利于进料。关于螺杆的具体结构设计在下一章进行介绍。 2.3.3 螺杆的表面处理 （ 7） 氮化深度 m，硬度 ，脆性： ， 调质 : 2.4 机筒的结构及材料 2.4.1 机筒材料的选择 与螺杆的相似， 38GrMoAlA 的综合性能较好，故选用它作为机筒的材料 。 2.4.2 机筒的表面处理 氮化深度 ，硬度 ，脆性 级。 2.4.3 机筒的结构形式 a b c d a 整体式； b 分段式； c 衬套式； d 双金属式 图 2-2 常见的机筒结构形式 由于本设计在加料段设置了加料套，因此机筒采用分段组合式 b。关于机筒的具体结构设计在下一章进行介绍。 nts中国地质大学长城学院 2012 毕业设计 12 2.4.4 机筒与机头的连接形式 a 铰状连接； b 螺钉连接； c 剖分连接； d 冕状 螺母连接 图 2-3 几种常见的机筒与机头的形式 铰状螺钉连接拆装机头快速，方便，故本设计采用这种连接方式。 2.5 加热冷却方案的对比和选择 加热与冷却是塑料挤出成型过程能够进行的必要条件。随着螺杆的转速、挤出压力、外加热功率以及挤出机周围介质的温度变化，机筒中物料的温度也会相应地发生变化。因此，为了使塑料始终能在其加工工艺所要求的温度范围内挤出，一般是通过加热或冷却的方式不断地调节机筒内塑料的温度来实现的。 2.5.1 加热功率的确定 按机筒内表面积计算 （ 2-2） nts中国地质大学长城学院 2012 毕业设计 13 式中： 机筒的直径（ cm） 螺杆的长径比 A 单位面积的加热功率（ ） ,一般取 在这里，取 ，则 根据挤出机机筒的长度和所计算得到的加热功率，可以将机筒分为 3段加热，每段的加热功率为 2kW，也即加热段数 3B 。 2.5.2 挤出机的加热方法 目前挤出机的加热方法有：载体加热、电阻加热和电感应加热等。 （ 1）热载体加热 利用热载体作为加热介质的加热方法称为热载体加热。这种方法加热均匀，但需要配置一套专门设备 ，故较少应用。 （ 2）电阻加热 电阻加热是用得最广泛的加热方式，其装置具有尺寸小、重量轻、 安装 方便等优点。 由于电阻加热器是采用电阻丝加热机简后再把热传到塑料上，而机筒又是一个具有一定厚宽的筒体，因此在机筒的径向方向上便形成较大的温度梯度。另外，用它来加热也而要较长的时间。同时，使用云母片作 绝缘材料的电阻加热器其电阻丝易氧化受潮等，也会使其寿命缩短。由于要使用大量的云母片作绝缘材料，加热器的成本也较高。 近年来，在许多挤出机上采用了铸铝加热器。它是将电阻丝装于金属管中，并填进氧化镁粉之类的绝缘材料，然后将此金属管铸于铝合金中。实际上它是一种改进了的电阻加热器。它与旧式的电阻加热器相比较，既保持了原来电阻加热器的体积小、装设方便及加热温度较高的优点。而由于省去了云母片，便降低了加热器的成本。此外，由于电阻丝是装于加热金属管的密实的氧化镁粉中，就使得它有防氧化、防潮、防震和防爆等性能，因而提高了加 热器的使用寿命，传热效果也比旧式加热器好。 铸铝加热器的最大加热温度一股力 ，如要求有更高的加热温度，则可采用铸铁或铸铜加热器，以提高加热 装置的耐久性。 （ 3）电感应加热 电感应加热时通过电磁感应在机筒内产生电的涡流而使机筒发热，从而达到加热机筒中物料的作用。 电感应加热与电阻丝加热相比具有如下几个特点： 它是由机筒直接加热塑料的，因此预热外观的时间较短 (大约 7 分钟左右 )。在机筒的径向方向上的温度梯度较小。 由于以上特点，采用此加热器时对温度调节的反应较电阻加热的灵敏，从而有较大nts中国地质大学长城学院 2012 毕业设计 14 的温度稳定性，对制品的质量很有利。 由于感应线圈的温度不会超过机筒的温度等原因，它比电阻加热器可节省电能； 在正确的冷却和使用的情况下，感应加热器的寿命比较长。 感应加热器也有其不足之处，如加热温度会受感应线包绝缘性能的限制，这对成型加工温度要求比较高的塑料尤其是一 些工程塑料是不适合的。其次是它的径向尺寸大，用在大型挤出机上必然会使机器的体积庞大，而且需要大量的矽钢片等材料。另外，它在形状复杂的机头上装设也不方便。当同一台机器上其机头不得不用电阻丝加热时，因机头升温时间较长，则机筒采用感应加热也就显不出其预热升温快的优点。同时，它在装拆方面也不很方便。 综上所述，本设计采用铸铝加热器对挤出机进行分段加热。 2.5.3 挤出机的冷却装置 在设计风冷装置时 ，每一个加热段都单独配有冷却用鼓风机， 而且在机筒表面都有一定通道，防止空气无规则地流动，而出现冷却不均匀现象。 采用鼓风机 进行冷却，其结构形式如图： 1 铸铝加热器； 2 机筒； 3 螺杆； 4 鼓风机 图 2-4 风冷加热 表 2-3 DF-3 型风机的参数性能 型号 流量 （hcm/3 ） 全压 （ Pa） 转速 （ r/min） 噪音 （ dB） 电动机 电机重量 nts中国地质大学长城学院 2012 毕业设计 15 功率（ kW） 电压 (V) 三相 DF-3 405 450 2840 75 0.18 380 或 220 5.3 2.6 机筒与支架间的连接 1 调整螺钉； 2 机筒； 3 螺杆； 4 支架 图 2-5 机筒与支架间的连接结构 为了调节机筒的中心以及防止轴向窜动，支架上有 3 个调节螺钉。 2.7 挤出机加料系统的设计 加料装置的作用是给挤出机提供物料。它一般由料斗部分和上料部分组成，料斗装于挤出机的加料座上，将物料不断地提供给挤出机。上料部分主要是将物料输送到料斗上，不断向料斗提供物料。 料斗的形状一般做成对称的，常见的有圆锥形、矩形和正方形等。料斗的侧面开有视镜孔以便观察料位变化情况。料斗底部设开合门，用以停止和调节加料量。料斗上方安有盖子，以免灰尘和杂物进入。 本设计用的料斗如下图所示。 nts中国地质大学长城学院 2012 毕业设计 16 1 料斗盖； 2 料斗； 3 视镜； 4 开合门 图 2-6 加料斗 3.重要结构的设计及校核 3.1 传动系统的设计及校核 3.1.1 皮带传动设计 现在 已知电机功率 ，转速 ，皮带传动比 （ 1） 确定计算功率 取工作情况系数 ，故 （ 3-3） （ 2） 选择 V带的带型 根 据 和 ，选用基准宽度制 SPZ型窄 V 型 带 （ 3）确定带轮的基准直径 ，并验算带速 v 初选小带轮的基准直径 验算带速 v （ 3-4） 因为 ，故带速合适。 计算大带轮的基准直径 （ 3-5） 其中 为弹性滑动系数 将其 圆整为 nts中国地质大学长城学院 2012 毕业设计 17 （ 4）实际传动比 （ 3-6） （ 5）初定中心距 （ 3-7） （ 3-8） 初定中心距 （ 6）确定带基准长度 0dL （ 3-9） 取 （ 7）实际中心距 a （ 3-10） 安装时所需最小轴间距 （ 3-11） 张紧或者补偿伸长所需最大轴间距 （ 3-12） （ 8）小带轮包角 1 （ 3-13） （ 9） 单根带所能传递的额定功率 根据带型、 和 ， 查的 （ 10） 考虑传动比的影响，额定功率的增量 （ 11） V带的根数 Z （ 3-14） -包角修正系数，取 -带长修正系数，取 nts中国地质大学长城学院 2012 毕业设计 18 取 Z=4，需要 4根带 （ 12） 单根 V带的初拉力 （ 3-15） m -V带单位长度质量，取 （ 13）有效圆周力 tF (3-16) 作用在轴上的力 （ 3-17） （ 3-18） 考虑到新带的初拉力为正 常拉力的 1.5 倍 综上所述，选用的 V 带型号为 SPZ-1600-GB/T 11544-1997 3.1.2 V 带轮的结构尺寸 （ 1） 带轮的材料 因带轮的线速度较小，故可以采用 HT200。 （ 2） 小带轮的结构形式 : 根据带型 SPZ和小带轮基准直径 ,由机械设计手册选 小带轮的结构形式为实心式 小带轮孔径及其直径偏差 （ 3-19） 小带轮轮毂直径 （ 3-20） 因电机的伸出轴长度为 ,故取小带轮长 小带轮轮槽截面尺寸： 基准宽度 基准线上槽深 基准线下槽深 nts中国地质大学长城学院 2012 毕业设计 19 槽间距 第一槽对称面至端面的最小距离 轮槽角 最小轮缘厚度 小带轮 轮宽 小 带轮外径 图 3-1 小带轮的结构图 （ 3） 大带轮的结构形式 : 减速箱的输入轴直径为 则大带轮孔径及其偏差 根据带型 SPZ 和小带轮基准直径 ，由机械设计手册选用大带轮的结构形式为腹板式，腹板厚度 大带轮轮毂直径 因减速箱的输入轴的伸出长度为 ,故取大带轮长度 大带轮轮槽截面 尺寸： 基准宽度 基准线上槽深 基准线下槽深 槽间距 nts中国地质大学长城学院 2012 毕业设计 20 第一槽对称面至端面的最小距离 轮槽角 最小轮缘厚度 大带轮轮宽 大带轮外径 图 3-2 大带轮结构图 带轮的技术要求： 轮槽工作面不应有砂眼、气孔；各轮槽间距的累积误差不得超过 ，任意两 槽的基准直径差不得大于 。 3.2 加料套的设计 3.2.1 挤出机加料套的设计 加料套结构参数的确定 依据双螺棱推动理论可知，设计的机筒加料套的结构特征为：机筒加料套为螺旋沟槽，槽宽且槽浅棱窄，螺槽深度小于粒料的粒径，目的是避免剪切；为保证质量流率恒定，加nts中国地质大学长城学院 2012 毕业设计 21 料套螺旋角是渐变的。 加料套的长度 L 加料套的长度指的是加料口到衬套出口的距离 L。通常 ，本设计中取加料套的长度 。加料套的螺旋角是渐变的，而螺旋角为 时效果最佳，因此，本设计中取加料套的导程由 渐变为 。 加料套沟槽的形状 由于本设计中的加料套沟槽是螺旋形的，而螺旋形沟槽的形状一般有矩形和锯齿形两种，在本设计中，取矩形螺旋沟槽，这种形式沟槽的效果最佳。 加料套螺纹头数 的确定 对于大型的挤出机来说，沟槽的数目大约是螺杆直径的 ，但是对于小型挤出机来说，沟槽的数目大约是螺杆直径的 ，因此，设计加料套的螺纹头数 。 加料套的沟槽深度 H 加料套的沟槽深度指的是螺槽底至螺棱顶面的距离。 为了避免剪切， 该距离不应大于物料颗粒的最大尺寸。由于物料在沟槽中运动，因此螺槽的深度还将影响到物料与摩擦力的大小。由 TGL理论的受力分析可知，沟槽中的物料与沟槽三面接触，也即 螺槽底面和螺槽两侧面，而物料在螺槽中运动时受到的外摩擦来源于这三个地方，如果螺槽深度太大，则螺槽两侧面的面积就会增大，使得物料受到的摩擦力也将增大，而挤出机实现正位移输送的边界条件是弧板嵌入螺杆螺槽的部分与嵌入加料套螺槽的部分的分界面上的剪切力不能大于分界面上的摩擦力。因此螺槽的深度不宜太深。此外，由 TGL 理论的固体输送率方程可知，螺槽深度的减小也有利于固体输送率的提高。 因此，根据物料颗粒的大小以及经验，确定加料套的沟槽深度 。 加料套的螺槽宽度 b 加料套的螺槽宽度应大于物料颗粒的大小，还与 螺杆的直径有关。由 TGL理论的固体输送率公式知道，加料套螺棱宽度 的大小也将影响到固体输送率，因此螺槽的宽度不应太小，否则螺棱的宽度 就会太大。此外，由弧板模型的受力分析知道，螺槽的宽度也会影响固体塞与螺槽底面的摩擦力，进而影响到正位移的实现，因此螺槽宽度应当适宜。 本设计中螺槽较宽而螺棱较窄，根据经验加料套总的螺槽宽度应该在 D到 之间，也即 到 之间，取螺槽宽度 ，则总螺槽宽度为 ，满足这一条件，故合适。 根据这些参数设计出的加料套的结构形式如下图所示。 nts中国地质大学长城学院 2012 毕业设计 22 图 3-9 基于 TGL 理论的加料套结构图 nts中国地质大学长城学院 2012 毕业设计 23 加料套的基本特点： 加料套的内表面开设了 8条螺旋沟槽，沟槽的旋向与螺杆螺槽的旋向相反； 为 了对加料段进行冷却，在加料套沟槽外圆开设有螺旋水槽； 加料套与内衬焊接后精加工至最后尺寸； 内衬上开有键槽，通过平键与加料座相连接，防止加料套发生旋转。 3.3 螺杆的设计及校核 3.3.1 螺杆的设计 螺杆各段的长度 螺杆各段的长度主要与物料性能和工艺条件相关。由于本设计的挤出机的加料段配置了螺旋式加料套，加料套的长度 ，因此， 根据加料套的长度取加料段长度为。 无定形物料随着温度的升高，物料会逐渐软化，当温度超过粘流温度后，物料变成粘流态，这个过程是在一个相当大的范围内完成的，在此过程中，物料的密度变化平缓，因此压缩段开始要早，长度要长，根据经验，取压缩段长度为 。 由于 IKV挤出机的固体输送率较大，导致物料停留的时间变短，因此就需要考虑物料的塑化均匀度问题，为了使物料能在计量段中更好地均匀化，计量段的长度应取长些，甚至需要在计量段设置混炼段，因此本设计取螺杆的计量段长度为 。 则螺杆的长度为 。 螺槽深度及压缩比 对于 IKV挤出机来说，其压缩比较小，因此计量段的螺槽深度要比普通挤出机的小，而当计量段的螺槽深度较浅时，压力波动和温度波动都较小。 取 。 加料段的螺槽深度 1H 由于加料段有开螺旋沟槽的加料套，因此与常规的螺杆相比，螺杆加料段的螺槽深度要小些，虽然表面上螺杆的压缩比因此而变小了，但是由于有螺旋沟槽的存在，其实际压缩比还是比较大的。本设计取几何压缩比 ，则加料段的螺槽深度为 螺旋角 和螺距 为了设计和方便加工，取 nts中国地质大学长城学院 2012 毕业设计 24 螺旋角 螺杆螺棱法向宽度 和轴向宽度 由 TGL理论知道，螺杆的螺棱宽度影响固体输送率，其值过大，则固体输送率就会降低，因此我们希望螺杆螺棱的宽度小些，根据经验，计
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本文标题：小型塑料挤出机设计【优秀含7张CAD图纸全套课程毕业设计】
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