XK-450开炼机毕业设计

哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）1目 录前言 .1第一章 概述 .5第二章 主要参数确定 .6第三章 传动系统 .83.1 减速器设计计算 .83.2 二级齿轮传动 .123.3 轴校核 .173.4 轴 .203.5 轴 .243.6 键的校核 .28第四章 主要零部件设计 .304.1 辊筒 .304.2 辊筒轴承 .344.3 机架和横梁 .344.4 辊距调节装置 .344.5 辊温调节装置 .354.6 润滑系统 .35结论 .36参考文献 .37致谢 .39哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）2前 言我国开炼机的使用现状及发展前景开炼机，即开放式炼胶机，是一种古老的橡胶塑料加工设备。早在 1820 年就出现了人力带动的单辊槽式炼胶机。双滚筒开炼机于 1826 年应用于橡胶加工生产中，至今已有 170 多年的历史。我国涉及制造大型开炼机始于 1956 年，五十多年来开炼机设计和制造水平有了很大提高。到目前为止，国产开炼机已成为系列，并完成部分规格的设计。现在，尽管随着科学技术的发展出现了多种新型饿炼胶炼塑设备，但开炼机并没有因此被淘汰，而且随着我国橡胶工业和塑料工业的迅速发展，以及橡塑并用的推广而日益完善。这是因为开炼机有着它自身的独到之处，即结构简单，成本低，易操作，易观察，更换物料清理方便，试用于小批量，多品种的加工生产等。下面就从四个方面叙述我国开炼机的试用现状及一些发展。1、加热方法多年来，开炼机主要用于炼胶，加工温度较低，温度控制简单而粗糙，一般进水温差仅有 1C 左右。近年来，塑料应用以及橡塑并用日益增多，用开炼机炼塑及进行橡塑共混时，所需温度比炼胶要求高的多。加工一般热塑性塑料温度为 130-180C，个别可达 200-220C。目前试用的有蒸汽加热和电加热两种。蒸汽加热虽然时间段，功率消耗小，加热方法简单，但是仅适用于有现成高压锅炉的厂家，且蒸汽加热温度不稳定，温控难度大，温度大小受锅炉压力的限制。而电加热温控方便，工作环境清洁，不需要高温锅炉，尤其适用于中小型厂家，目前非常盛行。现在又一种新型加热辊筒，即在离辊筒便面不远处进行周边钻孔，将电加热棒插入空中，加热辊面，不需传热媒介，传热距离近，又不受辊筒内腔铸造沙皮的影响，所以传热效率高，预热升温快，不产生无功消耗。另外，轴颈，轴承和齿轮温度较低，机台的工作条件得以改善。这种方法除了具有加热作用外，还可以对加工物料进行冷却降温。同一般得低温开炼机一样，冷却水进入辊筒空腔进行循环冷却，冷却水与加热器无接触，又可以进行低温强剪炼胶，更适用与在最低温度下进行橡塑混炼，可满足不同加工对象的不同工艺条件下的一机多用。哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）3但由于铸造时辊筒的白口层很难保证厚薄一致，给周边钻孔带来了一定的困难，这就要求必须对辊筒材料进行改进。改进后的辊筒为钢制组合结构，表面喷焊硬化处理。由于这种加热方法的传热效率高，节省能源，工艺适用性广，今后将在橡胶塑料，尤其橡塑并用方面得到广泛地应用。2、传动方式目前，使用的最多的仍是传统的传动方式-由三相异步电动机，圆柱齿轮减速器，大小驱动齿轮为传动动力。虽然这种传动方式机台的体积庞大，大小驱动齿轮直径相差悬殊，润滑条件也差，但此种传动机台的成本低，Z 系列减速器制造方便，价格低廉，安装位置低，整体布局合理，因此它一直得到广泛应用。也有使用行星摆线减速器。由于这种减速器体积小，速比大，从而取消了传统的大小驱动齿轮。不足之处是这种方式需要增高电机和减速器的安装位置，用行星摆线减速器成本高，不易维修，传动轴为悬臂梁，强度较差。目前又兴起一种先进的硬齿面齿轮减速器，这种减速器体积小，速比大，精度高，噪音小，且润滑跳进好，是一种比较有前途的传动方式。3、辊筒轴承辊筒轴承虽然仅是开炼机的一个零部件，但它对机台的使用起着非常重要的作用。常用的辊筒轴承一般为青铜类滑动轴承，在良好的条件下只要保证最大压力,以及内表挤压力 压【】压，轴承的承载能力及使用寿命是没问Pmax题的，但一般情况下，开炼机的工作环境十分恶略，尤其是混炼，各种粉尘随辊筒的旋转浸入轴承，污染摩擦副，使摩擦系数增高造成摩擦磨损的恶性循环，以致使轴承频繁损坏。滚动轴承可以降低辊筒轴承的摩擦，具有省电的特点。目前，在大、中型开炼机上已有采用双列滚柱轴承的，不足之处，轴承外径大，附件多，结构复杂，造价高。近年来发展起来的铸型尼龙轴承引起了橡塑行业的极大关注。这种轴承耐磨，抗压，吸震，自润性好，而且轻便便宜，适于在重载、污秽的工作条件下使用。不足之处，铸型尼龙导热性差，热膨胀系数大，所以不适用于炼塑的高温开炼机。目哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）4前有些厂家提出利用耐高温的酚醛树脂为轴承材料，也有的提出在轴承体上钻孔，通过冷却水降低轴承轴颈出的温度。4、制动装置众所周知，开炼机的主要工作件-辊筒，暴露于外面，开炼机的操作又以手工为主，所以不安全因素较多。对于开炼机，紧急制动是一个非常重要的问题。目前开炼机是用哪个的制动方法为机械制动和电气制动两种。机械制动常用的是电磁抱闸块式制动装置，这种方法简单而可靠，但需要增设一套机械制动装置。其中摩擦片等机械零件也会因为磨损而需经常更换、调正。电气制动常用的是能耗制动，能耗制动方法简化了机台的机械结构，投资少，不受尘埃和油垢的影响。并且由于无运动摩擦件，无需维修。不足之处，需外接供给能量。近年来，又出现了一种新的制动方法-自励发电制动，它是利用异步电动机转子剩磁和旋转动能来实现快速制动的。总之，开炼机目前的使用状况比较落后，有许多需要研究和改进的地方，相信不久，他将一顽强的生命力和崭新的面貌展现在未来的橡胶塑料工业中。哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）5第一章 概述开炼机主要用于：生胶的塑炼、胶料的混炼;混炼胶的热炼、供胶；胶料的压片；胶料中杂质的清除；生胶的破碎、洗涤；再生胶的粉碎、混炼、压片；升橡胶的压片等。此外，它还广泛用于塑料加工和油漆颜料工业生产中。由此将开炼机分为：热炼机、压片机、破胶机、开炼机、粉碎机、提炼机、精炼机和实验用开炼机等。开炼机工作原理：胶料在两个相对回转的辊筒上，依靠不同的速度，在摩擦力作用下被拉入辊距，通过辊距断面的不断缩小，是胶料受到强烈的剪切与挤压，同时在一定温度条件下发生氧化断链，增加可塑性，从而达到炼胶的目的。开炼机的工作条件：1、胶料与辊筒的接触角 必须小于摩擦角 ，即 s 安全校核 V 剖面的疲劳强度 V 剖面应力集中系数d90D1.324.65r50.9rdK，故按配合引起的扭应力、应力幅、平均应力：3061max.4MPa.29Twtmax1.82MPa绝对尺寸影响系数 .0.7表面质量 91696V 剖面安全系数： 1S 43.29Ka.0x82() m7.（ ）取S=1.5-1.8 Ss 安全轴承的校核：（选用深沟球轴承，型号：6216） A204.16204.16.58cor，e YCr0.028 0.22 1.99 Y=1.820.056 0.26 1.71 e=0.24哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）20122R1(hv74.9） A0.26.41R1225.P10.56YA0.674.918204.689.4R5137合格631Lh5.0098.4轴：图 3-4 轴和受力分析图R1H43F t9t2140R1H4286.05N20 3哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）2149. 196.2R1v43Fra1Ft24a0R1v=2091.55N . .2 r0t2R2v=8155.41NMh1R41286.541879.Nm29302350v.1485149699. .Fa.0.14N22667373m合成弯矩图：122614859.5.x07406512263.1.9.74953x0图 3-5 扭矩图哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）226T0.6294315692.3x1016.5x.82 62.016732 62.4x.731校核轴的强度： 63T.0ca.52MPa1xW63.查表b-1=59MPa caS 安全校核、剖面：剖面因 H7/k6 配合的应力集中系数： K1.951.497剖面因过渡圆角的应力集中系数： 8760故按剖面过渡圆角校核：哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）231 12222M189RHV8946.059.784.2 37T043 max1.XW1m剖面产生的扭应力，应力幅，平均应力为： 330.6.x2094ax.86MPadm1.a绝对尺寸影响系数： =0.68 =0.68表面质量 =0.941 =0.9411S3.24Kam（ ） 7.8a()122S.()取S=1.5-1.8 S S安全轴承的校核:(选用深沟球轴承，型号：6124)AFa32487.196.028.74N6.001CYore0.028 0.22 1.99 Y=1.820.056 0.26 1.71 e=0.247122R1(hv438） A0.2e1R哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）24122Rhv849A0.16e2RP143P1630L0h547.1028.9.合格轴：图 3-6 轴和受力分析图R1h49Ft32075.132R1H5960.N2H14.哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）25Fad4/2R1v49r30R1v87.2N21784.2NMH135960389526.0mvR27.14N82.7T6130Nm图 3-7 扭矩图1 12222HM1v8956.0156.49380.678394ca3.122aT450.Mca30.63862哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）26Mca350.2W9查表b-1=59MPa caS 安全校核、剖面剖面因配合（ ） 76HSin1.0取 K1.95.0，剖面 1402D5drdr48715，剖面因键槽 K.8.6，按剖面的圆角校核： 1 12222M30R1HV3059.87.574.0T=613800 3874max6.1W0.56m0剖面产生的扭应力、应力幅、平均应力为：哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）273M6180max7.69MPa.2WT .5绝对尺寸影响系数 0.73.2表面质量 9410.9411SKam51.8x094720.7.2SKam68 1.7.59430 9.112222.3.S7取S=1.5-1.8 SS 剖面安全轴承的校核：（选用深沟球轴承，型号：6220）A=4620.94， A4620.9 .587CorYore0.056 0.26 1.71 Y=1.700.084 0.28 1.55 e=0.261122R1HV6050.7e1AR122.28哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）28P10.56RYA0.5621.7046.980.42 2176合格631Lh5.940078.3.7键的校核：p=100-120轴上的键： 18254T306ppdh轴上的键（两个）： 218540943pp185dh21804T0943pp18dh轴上的键两个 21860463p7p1208dh214604T63p7p180dh键的校核全部合格驱动齿轮小齿轮材料 45# 调质 HBS1=240大齿轮材料 45# 常化 HBS2=200选取小齿轮齿数 Z1=22 I=3.54则 Z2=22x3.54=77.8 取 Z2=78因是齿轮硬度小于 HBS350 的闭式齿轮传动，所以按齿面接触疲劳强度设计，然哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）29后按传动的齿根弯曲强度校核。速比齿轮速比齿轮的速比为 1.27.两齿轮中心距 a=450mm，传递。扭矩是通过速比齿轮传动的，当速比很小时，可以近似的认为：两辊筒的扭矩相等。速比齿轮的扭矩之和即为大驱动齿轮扭矩。选小齿轮 45# 调质 HBS1=240；大齿轮 45# 常化 HBS2=200取 Z2=28 Z122x1.7.9取 ， 则 1a2mZam8又速比齿轮为满足辊距调整要求，大辊距的开炼机速比齿轮应采用渐开线长齿形。其齿全高H=(2.5-2.6)m 齿顶高 H1=(1.1-1.2)m 齿根高 h2=1.4m 。齿宽 b=(12-15)m。否则，会由于辊距过大造成齿的啮合条件恶化，影响齿轮寿命。齿全高 h=2.5m=45mm,h1=1.1m=19.8mm取 h1=20mm,则 h2=25mm,齿宽 b=15m=270mm。按弯曲强度校核 Hh,强度满足。按弯曲强度校核 F1f,f2。强度满足。哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）30第四章 主要零部件设计4.1 辊筒辊筒的材料一般采用冷硬铸铁。他的特点是内部韧性好，强度大。表面坚强，耐磨耐腐蚀。冷硬铸铁辊筒分为普通冷硬铸铁和合金冷硬铸铁，本设计中采用合金冷硬铸铁。辊筒的结构有两种：中空结构和圆周钻孔结构。本设计采用中空结构。辊筒的受力分析：开炼机的辊筒工作时守有较大的横压力，摩擦力，温度手里，大小驱动齿轮和速比齿轮的作用力。此外，辊筒的自重作用必须考虑。胶料对辊筒的横压力：Pp=109666.1 千克 = Ppxcos108千 克 Ppysin10943.千 克驱动齿轮的作用力大驱动齿轮的圆周作用力 2Mk P1d千 克经电机、减速器、大驱动齿轮传来的扭矩，是提供前后混加工胶料的需要，故由前后辊共同承担，既 Mk=Mk1+Mk2 在炼胶时刻近似的认为 Mk1=Mk2。9740N1Mk296.kgcmn26.gc43.82MP914.3kgd为大驱动齿轮轴线与垂直先偏移角15Pxpcso.1kgysin6.径向力 -压力角 20TtanT=332.8kg xTsi8.1kgycos321.5kg哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）31Tx86.1kgTy321.5kg速比齿轮的作用力：当速比很小时刻近似的认为：两滚筒的扭矩之和即为大驱动齿轮的扭矩 Mk。则 Mk=Mk1+Mk22Mk1493.810P26.7kgd圆 周 作 用 力径向力 T1=458.9kgT1tan5.g。自重 后辊重： 2220.450.0.36Vx1.1.x.145（ ）222 30.6.0.3/.8.6m33G1V7.81.10kg3G1.570N速比齿轮重： d96m, 37.8x10kg/m223330.3.2.80.87.19.8210G.2N大驱动齿轮重： d193.kg/m2234.00.G3.7.8109.81.0辊筒的强度计算：辊筒的强度计算包括：支反力，弯矩，扭矩和危险断面强度的计算。计算时，虽然前后辊筒的工作条件相似，为安全起见，看做后滚筒沿全长传递全部扭矩。此外它的一端要承受驱动齿轮的作用力。另一端又要承受速比齿轮的作用力，起工作条件较前辊恶劣。所以只对后辊计算就可以了。辊筒的支反力计算：水平方向支反力; PpxbPxTcT1a2Rc 5480.3kgpbT1a2Rbx 54.6kg哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）32垂直方向支反力 PpyG2bPyTG3bcP12aRc 1480.2kg （ ）1ayT3c/2by 6.3b合成支反力： =55132.9kg =56029.0kgRbRc辊筒弯矩和弯应力计算：a)弯矩图：图 4-1 受力分析图哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）33如图，以辊筒中部位计算断面，其最大弯矩为2RbPLM8Mx304kgy679240kgcm37156.kgcm34DH1aW（ ）DH-计算外径。 a- 内外径比 D2430 da0.6Dh340.10.69.cm2Mw87kg/Wb) 剪应力计算：2cmpkg493.8c30.Dh1a0.6 24923.86kg/cm10C) 辊筒的强度计算：根据辊筒的抽离状态时属于弯曲和扭转联合作用下的符合应力。根据力学强度理论，可按修正后的第二强度理论计算工作用力。 122uw0.34（ ）（ ） 21220.3.87487.kg/cm.6强度满足D)考虑温度应力对其强度的影响辊筒的温度应力是由于辊筒内外表面的温度差产生的。机械应力与温度应力同时作用于辊筒。强度条件应符合： 机+ 温温度应力 EtbhZH2(1)哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）34-线膨胀系数。 51x0/CA6E1.2x0kg/cmTbth10C.3R4cr72ZH4.5kg/cm在炼胶机正常操作时，辊筒内部通冷却水。因而温度应力是外层受压，内层受拉。外表面：弯矩引起的为拉应力。 2H487.3kg/cm弯 总 H= 弯 H-ZH=328.8 此时强度满足。内表面: 2487.320H9./5弯 总 H= 弯 H+ZH=396.9此时强度也满足综上所述，辊筒的强度满足。4.2 辊筒轴承辊筒轴承所承担的负荷是很大的，且速度低温度高。目前管饭采用的是滑动轴承。在大型炼胶机中已开始应用滚动轴承。本设计采用滑动轴承。其特点是结构简单、制造方便、成本低。滑动轴承由轴承体和轴衬两部分组成。4.3 机架和横梁机架是开炼机的支撑部件，他应具有足够的强度，以承受机械的全部作用力。同时，它应具有足够的刚度，受力而弯曲的变形不超过许可值，以保证安装在其上的机器零部件相对位置的准确性。机架的结构可分为闭式，拆卸式和开始三种。开式机架被广泛地采用，它由立臂、下横梁和上横梁组成。力臂和下横梁为一整体，上横梁是火的，便于迁装和装修。4.4 辊距调节装置开炼机的调距范围一般在 0.1-15mm 之间，常用的调距装置按动力形势可分为:手哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）35动调节装置。起特点操作方便，结构紧凑，工作可靠。机械式调距装置的螺杆和螺母一般采用矩形或梯形弹头螺纹，为了是啮合螺纹个圈受力平均，螺纹工作全书一般不大于 10 圈。4.5 辊温调节装置开炼机的平均功率一部分小号在传动装置的摩擦损失上，约占平均功率的 20%，想周围空气散失的热量及胶料带走的热量约占平均功率的 10%，其余 70%平均功率转化为 u 热量，由冷却水导走。4.6 润滑系统开炼机的润滑系统是滚筒轴承的润滑。本设计采用稀油润滑。哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）36结论目前，开炼机的使用状况比较落后，仍有许多需要研究和改善的地方。如：橡胶防震垫取消庞大的基础施工，为重型设备移位提供方便，并消除噪音，减少了机器运转对厂房和地基产生的震动外力和冲击力。另外调距装置安全垫片的选材及装卸方式，还有机架可采用焊接件以降低其重量。同时，也可以改变其外观。减速器设计中有许多需要特别注意的地方。减速器轴承的选择一定要慎重，本设计中选用的是深沟球轴承，并不是很好，虽然合格，但是经过多次失败的校核才选定的。所以为了节省时间，可以初选易校核的轴承类型。减速器设计中，两级传动中的相互啮合的两个齿轮材料尽量不要一样，以避免产生粘合现象。总之，开炼机在日益发展的橡胶工业中，不仅不会被淘汰，而且会日益发展，尤其是橡塑并用的开炼机。哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）37参考文献1 雷天觉. 新编液压工程手册M. 北京：北京理工大学出版社， 1998.2 成大先. 机械设计手册M. 化学工业出版社，19943 周士昌. 液压系统设计图集M. 北京：机械工业出版社. 2003.7.4 王兴天. 注塑技术与注塑机M. 北京：化学工业出版社. 2005.5.5 董林福，赵艳春主编. 液压与气压传动M. 北京：化学工业出版社 2005.6 张利平. 液压站M. 北京：化学工业出版社 20087 刘朝儒，彭福荫，高政一.机械制图M. 北京：高等教育出版社，20018 张利平. 液压传动系统及设计M. 北京：化学工业出版社，20059 陆望龙. 实用塑料机械液压传动故障排除M.长沙：湖南科学技术出版社.200210 M. 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