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9025
挤出机
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SJ-9025挤出机设计（含CAD图纸）,SJ,9025,挤出机,设计,CAD,图纸
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摘 要螺杆挤出机的是橡胶再生过程的主要设备之一，一般挤出机有五大部分组成；挤出部分；传动部分；机头；加热冷却系统；电气控制系统。挤出部分是挤出机的主体部分，主要作用是：剪切、塑化和捏炼橡胶，以一定的压力，均匀连续的向机头输送胶料。由加料装置、螺杆、机筒、衬套等组成。其中螺杆分为单头螺杆、双头螺杆和多头螺杆。传动系统的作用是驱动螺杆旋转和根据工艺要求调节螺杆的转速，传动系统由电动机和减速器等组成。加热冷却系统是指为了使胶料很好的挤出，适时控制温度，以防止胶料时温度过低或焦烧。电气控制系统的作用是满足挤出工艺条件的需要，实现对挤出机机筒割断温度、集体温度、螺杆转速、驱动扭矩或功率、轴向力等的控制和调节。由温控、调速和检测装置组成。挤出机的基本工作过程：带状胶料加入加料口后，在旋转螺杆的作用下，胶料被搓成团状沿螺杆槽滚动前进，因螺杆的剪切、压缩和搅拌作用胶料受到进一步的混炼和塑化，温度和压力逐步提高，呈现出粘流状态，以一定的压力和温度通过机头，最后得到所需的一定形状的半成品。关键词：挤出机；螺杆；机头AbstractThe waste rubber grinder is a part of extruder ,it is a important implemental of the rubber reclaiming process. The extruder is made of five parts: these the part of extruding ; the part of passing ; the head ; the system of heading and cooling ; the electrical control system .The major part of the extruder is the part extruder extruding , it is the most use of shear ,rend and pinch the rubber ,under a fastness pressure , continuous send rubber to the head , it made up of fill device , screw, barrel , linder and so on .And the screw is disport of single screw ; double screw ; and multi-component screw . The part of passing is driving the screw rotary and basic the need of the artifactitious process to adjustive the screw rotary. The part of passing is made of electrical engineering and reducer . The system of heating and cooling is for the rubber well extrusion, we control the temperate to prevent the temperate too low or born . The electrical control system is for the need of process , control the temperate of the barrel and the head , the rotary of the screw , drive the crankle or power , and adjustive the force of the axial , is made of the temperate controller, the speed adjustive system ,and the deviceof test；The extruders process is this : get the rubber to the filler, under the shear of the screw, the rubber was made snall ball, because of the screw shear pressure and stirring, the rubber was further rend and plastic, the temperate and the pressure get higher, and the rubber get plastic flow, under fastness pressure though the head , the last get the production we need .Keywords : extruder; Screw; Machine head 。 目录第一章 引言11.1塑料挤出机概述11.2塑料挤出机的组成11.3挤出机工艺参数的确定2第二章 塑料挤出机的总体布置及轴向里的传递32.1，主体布置32.2，轴向力的传递方式32.3，减速器主轴轴承的布置形式3第三章 螺杆43.1 材料与技术要求43.2结构设计及主要工艺参数设计43.3螺杆消耗的功率的计算与电机选择53.5螺杆主要参数8第四章 机筒104.1机筒的整体联接布置104.2材料与技术要求104.3机筒的初步设计104.4加热冷却通道的设计及校核104.5机筒的强度校核124.6机筒上各处连接螺栓的校核15第五章 传动系统设计计算205.1传动部分的设计参数的计算205.2计算传动装置的总传动比，并分配传动比205.3运动和动力参数的计算21第六章 齿轮传动设计246.1高速级齿轮传动的检验计算246.2低速级齿轮传动的检验计算28第七章 轴的设计347.1各轴轴径的初步计算347.2轴的轴向长度的确定及减速箱的初步设计357.3轴的具体结构设计357.4各轴的强度校核377.5轴上个平键校核45第八章 轴承的计算与校核488.1高速轴轴承488.2中间轴轴承498.3低速轴轴承50第九章螺杆与低速轴联接部分的计算与校核549.1联轴器的选择549.2花键的选择校核549.3低速轴带花键部分的强度校核549.4推力轴承的选择与校核55总 结56文献综述致谢图表清单图3.1螺棱截面.5图3.2螺杆头示意图.5图4.1机筒应力图11图4.2销钉结构图15图5.1减速器结构放置图17图7.1减速器轴整体放置图28图7.2高速轴结构图28图7.3中间轴结构图30图7.4低速轴结构图30图7.5高速轴校核图31图7.6中间轴校核图35图7.7低速轴校核图38图8.1高速轴轴承结构图40图8.2中间轴轴承结构图41图8.3低速轴轴承结构图42表5.1减速器参数表19沈阳化工大学学士学位论文 第一章 引言第一章 引言1.1塑料挤出机概述螺杆挤出机结构由五大部分组成：挤压系统，传动系统，机头，加热冷却系统，电气控制系统。挤压系统是挤出机的主体部分，主要作用是剪切、塑化和捏炼胶料，以一定的压力，均匀连续地向机头输送胶料。挤压系统由加料装置、螺杆、机筒、衬套等组成。传动系统的作用是驱动螺杆旋转和根据工艺要求调节螺杆的转速。由电动机和减速机等组成。机头是挤出机的成型部件。它的作用是使胶料由螺旋运动变为直线运动；在一定的压力下，将胶料挤压成各种所需形状的半成品。根据挤出半成品的形状和不同的挤出工艺，机头可以更换。加热冷却系统的作用是控制挤出过程中胶料的温度。常用蒸汽、水、油、乙二醇等加热也可用电加热。电气控制系统的作用是满足挤出工艺条件的需要实现对挤出机机筒各段温度，机头温度，螺杆转速，驱动扭矩或功率，轴向力等的控制和调节。它一般由温控，调速和检测装置组成。螺杆挤出机的基本工作过程：带状胶料加入加料口后，在旋转螺杆的作用下，胶料被搓成团状沿螺槽滚动前进，因螺杆的剪切、压缩和搅拌作用胶料受到进一步的混炼和塑化，温度和压力逐步升高，呈现出粘流状态，以一定的压力和温度通过机头，最后得到所需的一定形状的半成品。1.2塑料挤出机的组成主要有机身部分，传动系统，加热与冷却装置等组成。1，机筒部分是外筒和衬套构成，两者之间为调温通道。2，机器与螺杆采用花键联接，传动部分采用三相异步电动机，减速器为二级斜齿圆柱齿轮减速器。整机共有四个加热区段：螺杆，机头，机筒上两处1.3挤出机工艺参数的确定螺杆直径 D=90 mm长径比 L/D=25螺杆转速 N=55 r/min主电机型号 直流Z4-250-21电机转速(同步) 1500r/min电机额定电压 440V 50HZ电机额定功率 N=110kw生产能力 Q=0.65=0.065- 2 -沈阳化工大学学士学位论文 第二章 塑料挤出机的总体布置及轴向的传递第二章 塑料挤出机的总体布置及轴向的传递2.1 主体布置电机放在减速器右侧缺点：结构不够紧凑优点：安装检修非常方便而且还可以改善电机的散热条件2.2 轴向力的传递方式胶料对螺杆的轴向力螺杆止推轴承中间板连接螺栓后段机筒连接螺栓机筒法兰机筒法兰前段机筒连接螺栓机头胶料 轴向力的传递是封闭的，符合要求。2.3 减速器主轴轴承的布置形式由于胶料对螺杆的轴向力由止推轴承承担，减速器主轴所受力主要来源于圆柱斜齿轮啮合所产生的轴向力和径向力。由于以上原因，主轴轴承采用“面对面“装用，这样有利于主轴轴承部分的刚度要求。用角接触球轴承。- 3 -沈阳化工大学学士学位论文 第三章 螺杆第三章 螺杆3.1 材料与技术要求螺杆是挤出机的主要部件。在挤出过程中，螺杆既要传递大的扭矩，又要承受的挤压，因此，要求螺杆的材料应具足够的强度和抗磨能力，较好的耐化学腐蚀性能，良好的机械加工性能和热处理性能以及在高温下不变的性能。螺杆基本上分为三段：加料段，塑化段和挤出段。螺杆采用38CrMoAlA并进行掺氮化处理。氮化深度为0.3-0.7mm，表面硬度HRC60-65，在螺杆顶部堆焊一层耐磨硬质合金。3.2结构设计及主要工艺参数设计1）螺杆直径 D=90mm。2）螺杆长径比L/D长度及各段长度分配。根据工艺要求及质料显示取，L/D=25，即L=2250mm同时将此长度分配： 加料段：L1=1100mm中间段：L2=550mm 挤出段：L3=600mm3）螺纹头数i ： 加料段为单头螺纹。4）螺杆几何压缩比：冷喂料挤出机压缩比一般为1.7-1.8，则本次取1.8。5）螺纹导程和螺纹升角导程t =100mm=17426）螺槽深度：加料段h=15mm，挤出段h=10mm7）螺棱的轴向宽度b：一般取b=（0.060.08）D=6mm8mm本次取8mm。8）螺纹的断面形状: 图3-1螺纹断面9）矩形断面。 R1=2,R2=2,H=810）螺杆头部形状：取球体螺杆头图3-2螺杆头部 d=90mm R=45mm 11）螺杆与减速器低速轴的连接方式：采用花键联接，设计与校对见后。3.3螺杆消耗的功率的计算与电机选择1）功率的计算：(3.1)式中D=90mm=9cm。L/D=25(3.2)螺杆转速 n=(0.2-0.7)n临界=26.82-93.87。最佳转速为 =58 （C=550）则n取60 。因此：(3.3) 5.52 93 25 55 10 -5 60.5kw。则N=(60.592.6)kw取N=90kw。2）选择电机由1）且通过冷喂料挤出机的主要性能参数的类比。 电机功率 kw 则=104.7kw。确定电机转速：根据有关材料推荐的传动比合理范围即二级圆柱减速器传动比i=840故电机转速的可选范围为：(3.4)按工作要求和条件选用直流电机根据容量和转速选：E425021 主要性能参数如下： 额定功率：55kw 额定电压：440V 额定电流：459A 额定转速/最高转速：1500/2200 效率：90.5% 重量：760kg3.4螺杆强度校核1）剪应力计算： 式中： 其中：取 =114.43 2）压应力的计算式中：P为轴向力 P=200=22608(kg)F=则3）弯应力的计算伸出段重量 =64.68（kg） 按第三强度理论，其强度条件为： 而=2804.09 取835换算得8520.41 n取3， 则 强度符合要求。3.5螺杆主要参数螺杆直径：D=90mm螺杆长径比：L/D=25螺杆长度：L=2250mm螺杆压缩比：1.8L导程: 螺杆深度：h=16.5mm 螺棱轴向宽度：b=10mm 冷却水孔： 20mm 螺杆转速：55r/min 电机功率： 22kw 电机型号： Z4-250-21- 9 -沈阳化工大学学士学位论文 第四章 机筒第四章 机筒4.1机筒的整体联接布置本次设计将机筒设计成分段式机筒。也分成三段，喂料段中间段和挤出段。内部结构设计成组合式：加料段由衬套和外套组成，中间段和挤出段由衬套水套和外套组成。4.2材料与技术要求机筒采用铸钢制作，衬套采用38CrMoAlA制作，内部调值HB250-280，内孔表面氮化层深度0.3-0.7mm，硬度HRC65-70，衬套壁厚取(0.1-0.15)D。4.3机筒的初步设计机筒两端之间用法兰联接，每段结构均有共差配合，采用石棉橡胶垫密封。三段衬套厚度均取20mm，即内径，外经为。喂料段的外套尺寸：内径：，外径。中间段和挤出段水套尺寸：内径，外径。中间段和挤出段外套尺寸：内径，外径。其中衬套材料为38GrMoALA,氮化处理，水套，材料为，外套材料为HT200。4.4加热冷却通道的设计及校核 流量： (4.1)式中：C-冷却水的比热 C=1 cal/g -机筒的冷却水进口温度 -机筒的冷却水出口温度 取=2又 (1) 式中可忽略不计(2) =860N(6585)% 则=860 （3）=G() 式中 -24-96 （4） 式中 取 则 =70-24=46 -自然对流的冷热系数 取=3.97kcal/kg 因此，=1.95 （5） 式中（kg/h） 其中：F-螺杆冷却管道内孔的横街面积 F= V-螺杆冷却管道中冷却水的流速 为0.81m/s，取V=1m/s -水的比重 kg/m 则 （6） （不考虑机头） 综上所述 =4.011（kcal/h） 因此 则冷却水在机筒内的冷却水道中体积流量为 根据1P328 表5-20 差得 ，合格。4.5机筒的强度校核 衬套材料为38CrMoAlA,外套材料为HT200 衬套外内径比： 外套外内径比：按厚壁圆筒的强度公式计算注：带衬套的机筒，由于衬套与机筒外套是过盈配合，因此，除了工作应力外，还在结合面上产生装配应力，其强度校核是先计算工作应力，因为衬套与外套采用过盈配合，可视为整体。1）工作应力，如图所示 A：工作应力 B：装配应力 C：合成应力（1）衬套内壁处图4-1衬套应力 其中P根据2中可知 P=10Mpa （2）衬套与外套结合面处: =10 （3）外套外壁处 （4）外套轴向应力 2）装配应力。如图 B 装配应力： 式中： 取 =0.28 取 则 （1）衬套内壁处 （2）衬套外壁处 （3）外套内壁处 （4）外套外壁处 3）合成应力，如图C 在装配压力作用下，衬套及外套的危险点都在各自的内壁，在工作压力作用下，其危险点也在衬套内壁，因此，只要进行衬套及外套内壁强度校核即可。可按第四强度理论进行校核。（1）衬套内壁 式中 = 则：故衬套满足强度要求。 （2）外套内壁 式中： = 故外套也满足强度要求4.6机筒上各处连接螺栓的校核 机筒上的连接螺栓包括机筒与箱体及各机筒间和机头的联接，每处都为均布的6个螺栓，它们所受的力主要是轴向力P 则每个螺栓所受工作拉力为： F=(4.2)以便机筒之间不发生渗漏则所需的残余预紧力 取则螺栓说需的预紧力 则 采用普通螺栓，则螺栓材料选用A3钢 及同上各处螺栓都取M27的螺栓联接- 16 -沈阳化工大学学士学位论文 第五章 传动系统设计计算第五章 传动系统设计计算5.1传动部分的设计参数的计算本次设计的减速装置采用二级齿轮减速，输出轴采用花键与螺杆联接，如图所示： 图5-1减速装置5.2计算传动装置的总传动比，并分配传动比 由传动比分配表可将传动比分配： （高速级传动比） 则（低速级传动比） 实际总传动比i= 则相对偏差 5.3运动和动力参数的计算I轴： 轴：轴： 螺杆：2）各轴输入功率： 其中： I轴： =1100.975=107.25（kw）轴： =107.250.980.97=101.95（kw） 轴： =101.950.980.97=96.9（kw） 螺杆： =96.90.98=94.96(kw)3)各轴输出功率：各轴的输入功率乘以轴承效率。 I轴：=107.25 0.98=105.11(kw)。轴：=101.950.98=99.91(kw)。轴：=96.90.98=95(kw)。4）各轴输出扭矩 I轴： =1148.39N.m 轴：=1148.3960.980.97=6549.94轴：=6549.940.980.975.55 =34556.37N.m5）各轴的输出扭矩各轴输入扭矩分别乘以轴承效率 I轴：=1148.3870.98=1125.42 N.m轴： =1549.940.98=6418.94 N.m轴：=34556.370.98=33865.24 N.m 表5.1 功率P(kw)转矩T（N.m）转速传动比效率输入输出输入输出n(rpm)i电动机/110/1125.4150010.975I轴107.25105.111148.391125.42150060.95轴101.9599.916549.946418.942504.550.95轴96.99534556.3733865.245510.98螺杆94.96/33865.24/55- 22 -沈阳化工大学学士学位论文 第六章 齿轮传动设计第六章 齿轮传动设计6.1高速级齿轮传动的检验计算（1）此减速器的功率较大，故大小齿轮都选硬齿面。（硬度都选50HRC）（2）大小齿轮都选用40Cr,调质后表面淬火，齿面硬度可达48-55HRC（3）精度等级的选取： 因采用表面淬火，精度将下降1-1.5级，因此还需进行磨削，故初选7级精度（GB10095-88）（4）初选齿数：为提高传动平稳性，Z应多一些。 故小齿轮选Z1=20则Z2=ZIi1=206=120（5）螺旋角的选取：初选 1）对于闭式硬齿面齿轮，接触强度增加程度弯曲强度增大程度，设计时以弯曲强度进行计算确定齿轮尺寸，然后按接触强度公式进行校核。 Mn(6.1) 式中： 其中：(是电机驱动载荷有轻微冲击)。 试选载荷系数 Z1=20 而 则 =450-650MPa 取=550MPa 又 （Lh取16小时，为两班制）则 又 则 将各数据代入公式得 (6.2) 则取3 又=2.0则 =446.39N/mm100N/mm 则 根据插入法 得 则 K=1.251.1261.11.19=1.84 取 用第二系列 取=3.5 则 K： 1.25 1.15 1.1 1.226 1.19 则 K=1.88 因此满足强度要求 2）接触强度公式校核 (6.3) 式中 ： K=1.88 取 i=u=7 1.4410 则 因此 则 =1010.97MPa弯曲强度增大程度，设计时以弯曲强度进行计算确定齿轮尺寸，然后按弯曲强度公式进行校核。 Mn(6.4) 式中： 其中：(是电机驱动载荷有轻微冲击)。 试选载荷系数 .0 Z1=28 =1.67 =450-650MPa 取=550MPa 又 （Lh取16小时，为两班制）则 又 则 将各数据代入公式得 则取4 又=28则 =836.80N/mm100N/mm 则 根据插入法 得 则 K=1.251.1261.11.19=1.73 取 用第二系列 取=4.5 则 K： 1.25 1.015 1.1 1.240 1.2 则 K=1.74 因此满足强度要求 2）接触强度公式校核 式中 ： K=1.74 取 i=u=5.55 2.0610 则 因此 则 =1035MPa 因此，齿轮满足接触强度要求。综上所述： =4.5 小齿轮：Z1=28 大齿轮：Z2=156 3) 几何尺寸计算： a)计算中心距 将中心距园替为a=270 b)按圆替后的中心距修正螺旋角 因 值改变不大，故附属参数不必要修改。 C）计算大小齿轮的分度圆直径 d）计算齿轮宽度 =131.25mm圆替后取 - 32 -沈阳化工大学学士学位论文 第七章 轴的设计第七章 轴的设计7.1各轴轴径的初步计算1.各轴轴径的初步计算： 按扭矩强度来估算轴径d mm(7.1) 式中： P-轴所传递的功率 kw n-轴的转速 r/min -系数 1）高速轴：材料40Cr =112-97 取=110 =107.25 =1500rpm 则mm 2）中间轴：材料40Cr 取110 =101.95 =250.29rpm 则mm 3）低速轴：材料40Cr 取110 则mm 考虑到轴上需开有键槽，据资料所查，轴I和轴II直径均放大5%，轴III直径放大3%。 则 。7.2轴的轴向长度的确定及减速箱的初步设计。如下图所示: 图7-1减速装置取 =210+10+73+137+ =242.5mm将L圆整到L=243 则 7.3轴的具体结构设计1）高速轴： 齿轮 轴径 故只能 做成齿轮轴 具体结构设计如图（轴承内径选，与联轴器配合，轴径初选 图7-2高速轴轴承应力初选圆锥滚子轴承7211E，轴承支点T-a=31.5-25=6.5mm处键槽bh=149,轴承D=120，B=29。2）中间轴： 齿轮 ：大齿轮 小齿轮 轴径 具体结构设计如图（轴承内径选，齿轮处轴径初选加一个键槽。 轴承应力初选1圆锥滚子轴承7317E，轴承支点T-a=44.5-36=8.5mm处键槽bh=2514,轴承D=180，B=4。 图7-3中间轴1）低速轴： 齿轮 ： 轴径 ： 具体结构设计如图（轴承内径选，齿轮处轴径初选加一个键槽。 轴承应力初选圆锥滚子承7328E，轴承支点T-a=67.75-56.5=11.25mm处键槽bh=3620,轴承D=300，B=62。整个轴为空心轴，孔径。 图7-4低速轴7.4各轴的强度校核1）高速轴： 原始数据：Nm。 高速级小齿轮： 标注斜齿轮 齿轮受力如上图 图7-4高速轴受力分析（I）水平面：如图aI （207.5+63.5）F1=1.8810207.5 解得F1=1.4410N F2=0.4010N （II）垂直面：如图cI （207.5+63.5）F1=7.0810207.5 +9.3510 解得F1=5.7710N F2=1.3110N 则 （III）扭矩：如图eI-齿轮至轴右端受扭矩 （IV）计算弯矩（合成） Mca= 其中=0.3 Mca1= Mca2= Mca3=0.3T Nmm由Mca图可知： 危险截面在齿轮左侧，此处Mca= m 直径d=60mm 则 则改轴满足强度要求。2）中间轴： 原始数据：Nm。 Nm I. 高速大齿轮： 右旋II. 低速小齿轮： 右旋 齿轮受力如下图 I: II: （I）水平面：如图aI + 275F1=1.8810209.5+94.5 解得F1=3.7210N F2=4.1910N （II）垂直面：如图cII 275F1=2.571094.5 +6.7810209.5-1.2210 解得F1=1.2410N F2=6.5210N 则 （III）扭矩：如图eI-齿轮至轴右端受扭矩 T=中间轴受力分析：（IV）计算弯矩（合成） Mca= 其中=0.3图7-5中间轴受力分析 McaI1= McaI2=McaII1=McaII2= 由Mca图可知：危险截面在弯矩最大处，此处Mca= m直径d=95mm，开一个键槽 则 则改轴满足强度要求。3）低速轴 原始数据：Nm。 高速级小齿轮： 左旋 标注斜齿轮 齿轮受力如上图 （I）水平面：如图aIII 280.5F1=6.621097.25 解得F1=2.310N F2=4.3210N （II）垂直面：如图cIII 280.5F1=2.491097.25-6.7410 解得F1=-1.5410N F2=4.0310N 则 （III）扭矩：如图eI-齿轮至轴右端受扭矩 （IV）计算弯矩（合成） Mca= 其中=0.3 Mca1= Mca2= Mca3=0.3T Nmm 由Mca图可知： 危险截面在齿轮左侧，此处Mca= m 直径d=150mm 则 则改轴满足强度要求。图7-6低速轴受力分析7.5轴上个平键校核 平键的强度条件： （1）中间轴与大齿轮轴联接键的选择校核： 已知：d=95mm 选用普通圆头平键 bh=2514 L=57mm =32mm 按工作面的平均挤压应力计算，强度条件为： 强度符合条件 （2）中间轴与小齿轮轴联接键的选择校核： 已知：d=95mm 选用普通圆头平键 bh=2514 L=120mm =95mm 按工作面的平均挤压应力计算，强度条件为： 强度符合条件 2）低速轴与大齿轮轴联接键的选择校核： 已知：d=150mm 选用普通圆头平键 bh=3220 L=115mm =79mm 按工作面的平均挤压应力计算，强度条件为： 强度符合条件 3） 告诉轴中与联轴器联接键的选择校核： 已知：d=50mm 选用普通圆头平键 bh=914 =30mm 按工作面的平均挤压应力计算，强度条件为： 强度符合条件- 46 -沈阳化工大学学士学位论文 第八章 轴承的计算与校核第八章 轴承的计算与校核8.1高速轴轴承轴承7311E， Cr=145KN Cor=112KN e=0.35 Y=1.7（1）求两轴承的计算轴向力A1和A2 由前已知：轴向载荷 Fa=2.58KN 径向载荷 R1=15.57KN R2=4.21KNS=R/(2r) 图8-1高速轴轴承 A2=S2=1.24KN .（2）求当量动载荷 P=Fp(XR+YA) Fp=1.0-1.2 取Fp=1.1 得X=1 Y=0 P1=1.1（115.51）=17.061KN 又 得X=1 Y=0 P2=1.1（14.21）=4.631KN 按P=P1=17.06KN计算 则Lh= = =13919h=中间轴轴承轴承7317E， Cr=288KN e=0.35 Y=1.7（1）求两轴承的计算轴向力A1和A2 由前已知：轴向载荷 Fa=4.82KN 径向载荷 R1=41.31KN R2=49.53KN 图8-2中间轴轴承S=R/(2r) A2=S2=14.57KN .（2）求当量动载荷 P=Fp(XR+YA) Fp=1.0-1.2 取Fp=1.1 得X=0.4 Y=1.7 P1=1.1（0.441.13+1728.05）=70.551KN 又 得X=1 Y=0 P2=1.1（149.53）=54.483KN 按P=P1=17.06KN计算 则Lh= = =8456h=1.45（年）8.3低速轴轴承轴承7328E， Cr=688KN e=0.35 Y=1.7（1）求两轴承的计算轴向力A1和A2 由前已知：轴向载荷 Fa=24.1KN 径向载荷 R1=27.68KN R2=59.08KN 图8-3低速轴轴承S=R/(2r) A1=S1=8.14KN .（2）求当量动载荷 P=Fp(XR+YA) Fp=1.0-1.2 取Fp=1.1 得X=1 Y=0 P1=1.1（127.68）=30.448KN 又 得X=0.4 Y=1.7 P2=1.1（0.459.08+1.732.24）=86.284KN 按P=P2=86.284KN计算 则Lh= = =337607h=57.81年。- 51 -沈阳化工大学学士学位论文 第十章 加料口与机头的设计说明第九章螺杆与低速轴联接部分的计算与校核9.1联轴器的选择基本参数：转速：n=1500rpm 转矩：T=1125.4Nm 功率：N=110KW 电机轴：D=85mm 高速轴：d=50mm选弹性注销联轴器 HL69.2花键的选择校核采用短行花键：小经82mmNdDB=10828212 键数N=10工作长度 取 130花键的强度条件： 其中h= 9.3低速轴带花键部分的强度校核将它看作为空心轴： 外径，内径 强度条件：d 其中 =132.65mm 而该轴外径为 此处也满足强度要求9.4推力轴承的选择与校核为使螺杆可以浮动工作，选用推力调心滚子轴承 低速轴轴径为，即轴承的内径为 故选9039328E，Ca=705KN 由前已知：轴向力 P=200F =200 径向力约为 G/2=500N 当量动载荷：Pa=P+1.2Fr =22608+1.2500=23208N =291555(h)=50年 故轴承满足要求。- 55 -沈阳化工大学学士学位论文 结论总 结 本次毕业设计在朱成实老师指导下，经过近四个月的研究和学习，使我对所学的基础知识和专业能力有了进一步的提高。使我的知识能与实践相结合。在毕业设计的过程中，分别通过对计算说明书的计算和制图的学习对所学知识和WORD，CAD有了更进一步的了解。毕业设计还培养了我独立思考和创造的能力，懂得了知识得综合的整体的把握等道理，使自己的自身素质得到了一定的提高。本次设计的题目是SJ-100/25挤出机设计，它的主要优点在于挤出量大，排胶温度低单位基础量的成本低，能量单耗低。在本次设计中重点对螺杆，机筒，以及减速器结构进行设计。 担由于本人对知识掌握的局限性和经验不足，导致会有一定的错误出现，敬请谅解。 最后，非常感谢各位机制教研室的老师的热情帮助！并特别感谢我的指导教师朱成实对我的帮助和指导！- 56 -沈阳化工大学学士学位论文 致谢致 谢感谢学院领导为我提供这样一个学习和研究的机会，通过这次学习让我不但巩固了四年的大学学习的基本理论知识，而且能够把它与实践结合起来，对我以后的工作任务也是一个初步了解。 在此我由衷的感谢在毕业设计过程中一直指导和帮助我的朱成实老师！并且感谢机制教研室的各位老师。 毕业设计室大学生活的一个终点也是走向社会的起点。在这次设计接近尾声的时候大学生活也将会画上一个句号，最后，我向培养我的学校，教育我的老师和帮助过我的各位同学说一声真挚的感谢！沈阳化工大学学士学位论文 参考文献参 考 文 献【1】橡胶工业手册 修订版 第九分册（上）橡胶工业出版社 ISBN7-5025-1056-7;159-226;1998【2】橡胶机械设计 （上册） 化学工业出版社 ISBN7-5025-1463-5;260-314;1995【3】机械设计手册 第5卷 化学工业出版社 ISBN7-5025-1333-7；2001【4】机械设计 东北大学出版社ISBN7-7-81054-552-3；2000【5】机械设计课程设计 东北大学出版社 ISBN7-81054-563-9；2000【6】机械设计手册 第3卷 化学工业出版社 ISBN7-5025-1333-7;2001【7】机械设计 （第六版） 高等教育出版社 濮良贵，纪名刚主编【8】机械设计课程指导书（第二版 ） 高等教育出版社 垄规义主编【9】机械设计手册 第1卷 化学工业出版社 ISBN7-5025-1333-7；2001【10】机械设计手册 第2卷 化学工业出版社 ISBN7-5025-1333-7；2001【11】机械设计手册 第4卷 化学工业出版社 ISBN7-5025-1333-7；2001【12】机械制图 第4版 高等教育出版社 刘朝儒主编【13】机械制造工艺学 机械工业出版社 清华大学 王先逵主编【14】机械设计手册 第3卷 化学工业出版社 ISBN7-5025-1333-7；2001【15】机械设计手册 第4卷 化学工业出版社 ISBN7-5025-1333-7；2001毕业设计（论文）任务书科亚学院 机械设计制造及其自动化 专业 2008-01班 学生：谭洋毕业设计(论文)题目：SJ-90/25挤出机设计 毕业设计(论文)内容：1、一号图纸6张（装配图、零件图） 2、计算说明书一份（A4纸、小四字、标准格式、正文不少于15页） 3、 查阅技术资料的文献综述3000字以上。 4、 外文翻译3000字（译成中文）以上。毕业设计(论文)专题部分：挤出部分设计指 导 教 师： 年 月 日教研室主任： 年 月 日学 院 院 长： 年 月 日沈阳化工大学学士学位说明书 参考文献参考文献 1 何敏译 轮胎组件挤出技术的最新发展现代橡胶技术 J ，2002 ， 28( 4 ) ：48 51. 2 赵光贤橡胶挤出设备与工艺的发展趋势 J 橡胶工业，2002， 4 9( 7)：434437 3 苏和平等多流道传递混合螺杆橡胶挤出机的技术特性分析与研究进展内蒙古民族大学学报(自然科学版) R，2005，20(2) ：17 6179 4 朱向哲，等多螺杆挤出机性能比较的数值研究 P P T S 2005塑料加工技术高峰论坛文集 C 。182185 ， 5 韩富城我国挤出机发展概况 橡塑技术与装备 J ，2004，3 0( 4) ： 1921. 6 杨顺根橡胶挤出技术发展述评世界橡胶工业 J ，200532( 1 1 )： 3639 7 袁京鹏等橡胶挤出设备的技术进步和发展橡塑技术与装各 J ， 2006 ， 32 ( 2 ) ：1115 0The Solid State Shear Extrusion processoptimization for cross-linked polymers固态剪切挤出交联聚合物的工艺优化科亚学院机械系0801班98840122谭洋The Solid State Shear Extrusion processoptimization for cross-linked polymersMahnaz Eskandari, Hamid Arastoopour and Jay D. SchieberSeptember 30, 2005Reducing the size of the solid material specially polymeric material is an important process in industry. Using small particle size provides a homo-geneous feed, near fluid-like handling characteristic, a desired temperature distribution among material during processing or molding, enhanced effective surface area and good mixing.In order to obtain polymer powders basically there are three technologies: Suspension or emulsion polymerization, Precipitation of powder from dilute polymer solutions, Mechanical grinding of solid polymers. The first and the second technologies are used to obtain virgin powder polymers, although removing emulsifier and organic solvents from pro- duced polymers are costly and usually cannot entirely be removed (such as emulsifier). Mechanical grinding can be used for both virgin and waste poly-mers although the produced particles may not have exactly the same quality. Beside the flexibility of the mechanical grinding for pulverization of different polymeric material, the other advantage of the mechanical grinding is its high capacity and large scale operation capability. The fundamental idea in the mechanical size reduction technique is to subject the solid ma-terial to sufficient stresses such that material breaks into small pieces. In general, mechanical pulverization falls into these categories: crushing, im-pacting, cutting, and pulverizing at high compression and shear force.Based on our experimental data obtained by using screws with different CR, we may conclude that the degree of compression of the granulates in Zones 2 and 3 could be the most critical parameter of our process. There are two major effects of compression: one is the storage of large strain energy in the rubber granulates, and the other is the prohibition of slip at the rubbermetal interfaces and, in turn, the allowance of shear straining of the granulates as a result of the relative rotation of the screw with respect to the barrel wall. The combined high compressive shear results in more strain energy storage in the granulate. At a critical energy level, the granulate cannot be held together by any cohesive forces, and new surfaces form through the crack propagation and dissipation of the stored energy. Our previous study on the breakage of single rubber discs under high compression and tangential shear in a Bridgman Anvil apparatus supported such effects of the compression on the pulverization phenomenon.The idea of using high compression and shear force at the same time has been proposed by Bridgman, who established an apparatus with two disks that could apply hydrostatic pressure on metal sample between them and pulverize material. Enikolopian extended the idea of the high pressure and shear force to pulverize polymers by using extrusion process8. This process is a non-cryogenic pulverization process and it works in room temperature. Further a Bridgman anvil was used in Center of Excel-lence in Polymer Science and Engineering (CEPSE) at Illinois Institute of Technology (IIT) 6 to study the pulverization mechanism of the polymers. The search for finding the mechanism of the pulverization in the extrusionprocess for both linear and cross-linked polymers in CEPSE has been pursued till present. In this work, we applied Solid State Shear Extrusion (SSSE) process as a mechanical size reduction technique to waste low-cross-link-density natural rubber. The objective was to optimize the SSSE process and to determine the mechanism of the pulverization during the SSSE process, particularly for low-cross-link-density natural rubber. The Particle Size Distribution (PSD) of the produced particles, which was obtained from the process, was analyzed. The first goal of this analysis was to optimize the process condition to obtain a desirable output PSD (desired average particle size, or a narrow PSD); and the second goal was to find a relation between the process conditions and the output PSD. We showed that the produced particles in this pulverization process was reproducible and the variation coefficient of such powders was less than 3 percent. In order to satisfy the second goal, the produced PSD and torque were measured at different combinations of the temperature in heating zone along the screw length and rotating speed. Our results showed a non-monotonic behavior of both PSD and required torque with rotation speed (rpm) at different operating temperatures. Based on these results andthe previous works on the SSSE process using polyethylene and polystyrene,it can be concluded that the pulverization mechanism depends on the mole-cular structure of the material, the distribution of the dispersed phase in matrix (in case of the filled polymer or blend polymers) and the nature of the interactions between the dispersed phase and the matrix. Since rubber was the matrix material that was subjected to the SSSE process, we focused on the structure of rubber, and its filler, Carbon Black (CB). We used tworubber samples with the same recipe but one with CB and the other one without CB. The difference between the average particle size of the sample with CB and without CB (around 30 percent) is an evidence for the effectof the second component on the produced particle size by the SSSE process. There are evidences that adding second polymer to the first polymer in the SSSE process changes the produced particle size same as adding filler. The magnitude of the change in the produced particle average size depends on the mechanical properties of the filler, the interaction between filler and polymer and the size distribution of the filler in polymer matrix. Pulverization also causes change in cross-link density of the polymer. Based on theses results it can be concluded that the smallest length scale, which undergoes through the breakage in the SSSE process is smaller than the size of the average distributed filler in the polymer matrix and it may be in molecular length scale, but because of high shear and compression forces and poor temperature control, the broken polymer chains react with each other rather than creating new surface and further they agglomerate. In order to examine this hypothesis, we have designed a new extended extruder, which provides high temperature control and shear force. The produced particleaverage size of our new extended extruder design supports our hypothesis. In principal, the SSSE process is a multi-length-scale process and capable of producing very fine particles. In order to achieve this capability, it is required to improve the process and one of the ways is modelling this process. A material model as a function of the temperature and deformation rate may be used to practice the process condition (the screw geometry, temperature change due to heating the barrel, bond breakage, and energy dissipation 5,8, 1, rotation rate, and particulate flow) and further to improve the process. Developing a material model based on the molecular approach can provide sufficient information for such a multi-length-scale model. Our parallel work has been establishing a Gaussian slip-link model for cross-linked polymers to satisfy this requirement. The pulverization of rubber granulates under high compressive shear was achieved using a single screw extruder without using a cryogenic fluid for cooling in the SSSE process. A higher degree of compression of the granulate and significant cooling of the pulverization zone were the most significant factors in the successful pulverization of the granulates. Agglomeration of the produced particles, especially the fine particles, was found to be competing with the pulverization process. The extent of agglomeration was observed to increase with a higher fraction of the fine particles, a greater degree of compaction, and a higher temperature of the pulverization zone.The rubber granulates that experience high compressive shear strain can develop tensile stresses and store significant strain energy leading to the formation of new surfaces through the crack opening mechanism （Mode I）.The granulates can fragment repeatedly until their size becomes so small that a high compressive strain and consequent high stresses can no longer be applied. Therefore, we conclude that there is a minimum size of the particles produced by the SSSE process, which is determined by the processing conditions and the design of the extruder.References1 National materials advisory board publication, nmab-364, washington,d.c., national academy press. 1981.2 Particle size analysis-evaluating laser differential diffraction systems inthe light of iso 13320-1 - part 1. 2000.3 K.K. Khait A.H. Lebovitz and J.M. Torkelson. Sub-micron dispersed-phase particle size in polymer blends: overcoming the taylor limit viasolid-state shear pulverization. Polymer, 44(1):199206, November 2003.4 P.W. Bridgman. Effects of high shearing stress combined with highhydrostatic pressure. Physical review, 48:825847, November 1935.5 K. Khait D. Ahn and M.A. Petrich. Microstructure changes in ho-mopolymers and polymer blends induced by elastic strain pulverization.Journal of Applied Polymer Science”, 55:14311440, 1995.6 H. Arastoopour D. Schocke and B. Bernstein. Pulverization of rubberunder high compression and shear. Powder Technology, 102:207214,1999.7 H. Arastoopour E. Bilgili and B. Bernstein. Pulverization of rubbergranulates using the solid-state shear extrusion (ssse) process: Part cess concepts and characteristics. Powder Technology, 115(3):265276, April 2001.8 N.S. Enikolopian. Some aspects of chemistry and physics of plastic flow.Pure and Applied chemistry, 57(11):17071711, 1985.9 K. Khait and S.H. Carr. Solid-State Shear Pulverization, A New Poly-mer Processing and Powder Technology. SPE, 2001.10 K. Khait N. Furgiuele, A.H. Lebovitz and J.M. Torkelson. Efficientmixing of polymer blends of extreme viscosity ratio: elimination of phaseinversion via solid state shear pulverization. Polymer Engineering andScience, 40(6):14471457, June 2000.11 F. Teymour N. Shahidi and H. Arastoopour. Amphiphilic particulatephase semi-interpenetrating polymer networks based on recycled rubbermatrix. Polymer, 45(15):51835190, Jul 2004.12 S.A. Wolfson and V.G. Nikolskii. Powder extrusion: fundamentals anddifferent applications. Polymer Engineering and Science, 37(8):12941300, August 1997.4固态剪切挤出交联聚合物的工艺优化Mahnaz Eskandari，哈米德Arastoopour和Jay D. Schie二零零五年九月三十日降低固体物料的大小是一个特别高分子材料的重要过程工业。利用小粒径提供一个均匀挤出,接近流体态的特点, 在所需材料的加工过程中或成型工艺，提高有效表面积和良好的混合为了获得聚合物粉末基本上有三种技术:悬浮液或乳液聚合;从聚合物溶液稀释沉淀粉末，机械磨固态聚合物，第一个和第二个技术是用于获得原始粉末聚合物, 尽管从亲和聚合物中消除乳化剂和有机溶剂是昂贵的,通常所无法完全被清除(例如乳化剂)。机械研磨是可用于新料和废物产生粒子聚合物的研磨，虽然可能没有完全相同的质量。另外灵活的机械磨可粉化不同的高分子材料, 他的另一优点是它的机械研磨，高容量的、大规模的操作能力。机械尺寸还原工艺的基本理念是给固体材料足够的压力把这种材料断裂成小块。一般来说,机械粉碎陷入这些类别：破碎,挤压,切割,和高压缩和剪切力的粉碎。我们用不同CR螺杆所做实验得到的数据，我们可以读出结论：区域2和3的挤出机的压缩程度是固相剪切粉碎过程最重要的影响因素。压缩有两个重要的影响：第一：大量的剪切能的贮存；第二：阻止胶料在橡胶金属接触面的滑动。循环的，螺杆的旋转和机筒相互作用产生了对胶料的剪切应力。综合作用产生的高压缩剪切使更多的应变能贮存于胶料中。当它达到临界状态，胶料不能承受时。通过能量的是放和裂纹的延伸而产生新的表面。用布里奇曼压砧对我们以前关于单个橡胶磁盘进行的高压缩、线性剪切破碎的研究证实了粉碎现象中的这种作用。这种利用高压缩和剪切力在同一时间被布里奇曼提出，他用两个磁盘建立了一种仪器，可以应用金属样品之间的静水压力粉碎物料。Enikolopian拓展了利用高压力和剪切力对聚合物挤出过程中利用粉碎的方法。这个过程是在室温下工作，一个非低温粉化的过程。在伊利诺理工学院(公历)，比 Bridgman更早把铁砧用在中心卓越的高分子科学与工程中研究聚合物粉碎机理。搜索寻找粉碎机理的基础上，在注射成型工艺为线性和交联聚合物在CEPSE被追赶直到现在。这种设备，采用固态剪切挤压过程，机械尺寸还原工艺浪费交联密度低的自然橡胶。目的是优化固态剪切挤压的过程,并在固态剪切挤压过程确定粉碎作用,尤其是对交联密度低的天然胶。通过对固态剪切挤压过程获取粒径分布所产生粒子的进行了分析。这个分析的首要目标是优化工艺条件来获得一个理想的输出功率谱(所需的平均粒径,或一条狭窄的粒径分布)， 第二个目标是寻找一种工艺条件和粒径分布输出之间的关系。 我们发现，在这个粉碎产生的粒子过程是重复性好，这种粉末的变异系数为不到3。为了满足第二个目标，所生产的粒径分布和扭矩分别测定在不同组合中的温度加热区沿螺旋长度和旋转速度。我们的研究结果表明两者的粒径分布，所需的转矩转速（RPM）在不同的操作温度。根据这些结果和在以往的作品固态剪切挤压过程中使用聚乙烯和聚苯乙烯，可以得出结论，粉碎机制上取决于材料的分子结构，在矩阵分布的分散相（在填充聚合物或聚合物混合的情况下）和的分散相与基体之间的相互作用的性质。由于橡胶是基质材料，在SSSE过程中，我们集中在橡胶结构，其填
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