挤出机传动系统说明书解读

1、广东工业大学成型设备课程设计（说明书）单螺杆挤出机传动系统设计年级:2011 级材加2班学号:3111006711姓名：黄海峰专业：材料成型与控制工程指导老师：张婧婧二零一四年六月院系材料与能源学院专业材料成型与控制工程年级2011 级材加2班姓名黄海峰题目单螺杆挤出机传动系统设计指导教师评 语指导教师（ 签章）评阅人评 语成 绩答辩委员会主任（签章）课 程设计任务书班 级 材加2班 学生姓名 黄海峰 学 号3111006711 专 业 材料加工 发题日期：2014年6月 日完成日期：2014年6月 日题 目挤出机传动系统设计题目类型：工程设计 设备研发一、设计任务及要求（1）要求对挤出机传动

2、系统进行整体方案设计。（2）绘制挤出机传动系统的结构原理图。该原理图应清楚且准确地表示各零件的尺 寸、各零件之间的装配关系。（3）绘制螺杆的零件图，该零件图应严格安装国家制图标准制图，应标注所有的尺 寸、公差、粗糙度及形位公差。（4）撰写设计说明书，要求对电机进行选型，设计齿轮减速箱，关键零件进行强度 校核，说明书应文字表达清楚，句子流畅，书写工整，插图清晰整齐。按学校毕业设 计说明书规定格式编写并装订成册（A4纸约20页）。表3挤出机参数表序号123456789螺杆直径203040506070mm长径比202525283030螺杆取高转速r/mi n1151151101009794二、应完成

3、的硬件或软件实验1. 完成原理图的绘制。2. 完成螺杆零件图的绘制3. 编写任务书三、应交出的设计文件及实物（包括设计论文、程序清单或磁盘、实验装置或产品 等）1:设计说明书一份2:原理图纸一张3:螺杆零件图纸一张四、指导教师提供的设计资料1:机械设计手册2:液压设计手册五、要求学生搜集的技术资料（指出搜集资料的技术领域）1 成大先主编机械设计手册 M.北京：化学工业出版社，2008.042 吴宗泽主编.机械零件设计手册.M.北京：机械工业出版社,2004.455-488,818-8693 王三民编著.机械设计计算手册.M.北京：化学工业出版社,2012.074 成大先主编.机械设计手册液压传

4、动单行本.M.北京:化学工业出版社,2010.1 李绍炎主编.自动机与自动线.M.北京:清华大学出版社,2010.2 北京化工学院、华南理工学院合编.塑料机械设计.M.北京：轻工业出版社,1990.计划完成日期：2014年6月27日基层教学单位责任人签章： 陈绮丽主管院长签章：肖小亭六、设计进度安排第一部分 准备设计资料：6.16-6.17第二部分总体方案设计：6.18-6.19第三部分 机械设计、原理图、零件图绘制 6.20-6.23第四部分说明书编写6.24-6.25评阅及答辩6.26指导教师：年月日系主任审查意见：审批人：年月日注：设计任务书审查合格后，发到学生手上。广东工业大学材料与能

5、源学院2014年制方案的确定:根据任务书的要求，螺杆要能实现调速，故选用交流异步电动机变频调速的方案， 而根据螺杆的最高转速等参数，选用一级带传动，一级齿轮传动的减速装置。一：电机的选取挤出机驱动功率的确定由国家塑料行业部门针对国内塑料行业挤出机的驱动功率统计得出公式：N=K Ds2 n式中N 挤出机的驱动功率（KWDs 螺杆直径（CMn-螺杆转速（r/min ）K系数（当 D90 mm寸，k =0 . 0 0 3 5 4 ;当 D90 mmP寸，k =0 . 0 0 8） 螺杆转速：100r/min,D=50mm,长径比：28所以根据上面的公式我们可以计算出挤出机的驱动功率。即： N=K D

6、s2 n = 0.00354*5*5*100=8.85 kw根据实际情况和电机的制造标准，选择11kw的电机。（2）按照实际情况查表选择 丫160-M型电动机，其额定功率为11kw,满载转速 为1440r/min，最大转矩为2.2（3）采用各种电机调速的比较一、用三相异步整流子电机实现无极调 速11采用这种电动机，其工作特征曲线与挤出机的工作特征曲线很相似。因此，采用它来作原动机时，能保证有较高的功率因素与效率。 而且这种电动机启动性能好，故 电动机可以得到较合理的使用。 此外，它运转性能稳定，当转速固定后受负载的变化 的影响较小。这种电动机与直流电动机比较有低成本，占地面积小等优点。二、用直

7、流电动机实现无级调速直流电动机的变速范围广，启动也比较平稳。这种电动机的调速方法可以通过改 变电枢电压和激磁电压实现。使用直流电动机常需配备成套的直流供电装置，因而使它的使用受到限制。直流 电动机在速度底于100200转/分时有工作不稳定和在低速时电机风扇冷却性能下 降的缺点。三、采用机械无极变速器与异步电动机配用进行无极调速由于电机的变速范围不能达到设计要求，所以我们采用了的三中方法来实现调 速。在设计中，我们采用了 丫系列三相异步电动机(ZBK22007-88)。丫(IP44)系列是 供一般用途的全封闭自扇冷式鼠笼形三相异步电动机，具有防尘或其它杂物侵入之特点，它是我国最新设计的统一系列。

8、丫系列电动机具有高效、节能、性能好、噪音低、 振动小、可靠性高等特点，安装尺寸符合通用标准，使用维护方便。主要技术参数电源：380伏绝缘等级:B频率：50赫兹接法：P3KVy采用三角形接法工作方式：连续(S1)综合比较结果，根据国家行业标准，选用Y160-M电动机2.3系统传动方案(1) .传动比的分配由于电机的转速为1440转/分,螺杆的转速为100转/分所以：整个系统的降速比是i= n n/n w =1440/100=14.4。带传动的传动比取i 1 = 3.4。故减速器的降速比是i 2 = 14.4/3.4 = 4.24(2) 减速器基本说明查表可得单级圆柱齿轮的减速比为3-6，故减速器

9、的降速比为4.24在此范围内,可以使用单级降速即可达到目标。即 i 2=4.24各轴转速如下：电动机轴为0轴，减速器高速轴为1轴，低速轴为2轴，贝no=nm=1440r/minni=no/i i=1440/3.4=424r/minn2=m/i 2=424/4.24=100r/min各轴输入功率按电机额定功率Ped计算各轴的输入功率，即:Po=FL=11kwPi=F0 n i=11*0.96=10.56kwP2=P n 2 n 3=10.56*0.99*0.97=8.85kw各轴转矩To = 9550*Po / n o =9550*11/1440 = 72.95 N mTi = 9550*P 1

10、 / n 1 =9550*10.56/424 = 237.85 N mT2 = 9550*P2 / n2 =9550*10.14/100 = 968.37 N mAC/? AD1n1 E -BBAB中心高H外形尺寸LX(AC/2+AD) XHD底角安装尺寸A X B地脚螺栓孔直径K轴伸尺寸DX E装键部位尺寸 F X GD160612X 347X385254X2101542 X 11012X 8:V带设计和校核1.确定计算功率Pd二kA pKA 工作情况系数，查表4.3得k A =1.2 ;p 电机的功率，kW表：工况系数工况Ka空，轻载启动重载启动每天工作小时数1616载 荷变动 小旋 转式

11、 泵，发 电机， 带式输 送机1.11.21.31.21.31.4计算得：pd 二 kAp=1.2 X 11 = 13.2KW2.选择V带带型根据V带计算功率Pd和电机转速no查看机械设计图8-11得选用A型V带3.确定带轮的基准直径dd并验算带速V1）初选小带轮的基准直径dd1。由表8-6和表8-8,取小带轮的基准直径dd1 =90mm2）验算带速V根据（8-13）计算如下: 90 144060 1000=6.78ms兀 ddi nv 二60 1000因为5ms V 30m s，故带速合适。3）计算大带轮的基带直径。根据公式（8-15a）,计算大带轮的基准直径dd2 dd2 =idd1 =3

12、.4 90mm=306mm根据表8-8，圆整为dd2=315mm.4.确定V带的中心距a和基准长度Ld 1）根据式（8-20），初定中心距a0 =500mm.2）由式（8-22 ）计算带所需的基准长度Ld0：-2a(dd1 dd2)2.(dd2 - dd1)4a二 2 500 -(90 315)(315-90)24 500mm1: 1661mm由表8-2选带的基准长度Ld = 1600mm 3）按式（8-23 ）计算实际中心距aa : a。Ld-Ld0 （500 16001661）mm ： 470mm 2 2中心距变换范围为 443 515mm.5.验算小带轮上的包角180 :-(dd2-dd

13、157 3=180 一 -(315 -90)152- - 90一4706.计算带的根数z1）计算单根V带的额定功率Pr由 ddi =90mm和 片=1440人片，查表 8-4a 得 P0 =1.064kw。根据 片=1440%命,i=3.4和A型带，查表8-4b得AP0 =0.17kw查表 8-5 得 K =0.925,表 8-2 得 K0.99，故Pr - (Fo -P0)K-.Kl =1.13kw2)计算V带的根数zPcaPr4.41.13= 3.89取4根7.计算单根V带初拉力的最小值（F0）min(F)min =500(2.5-K J Pca qv2 =143NKazv应使得F(Fo)

14、min8. 计算轴压力/ 1（Fp）min =2z（F）minSin ； 110N9. 带轮设计V带轮时应该满足：质量小，结构工艺性好，没有过大的铸造内应力。质量 分布均匀，转速高时要经过动平衡实验，轮槽工作面精细加工（表面粗糙度一般为 3.2），以减小带的磨损，各槽的尺寸和角度应该保持一定的精度，以使载荷分布较为均匀等。在这个设计中由于皮带轮的直径比较大，所以采用轮辐式结构。皮带轮的材料带轮的材料主要采用铸铁，常用材料为 HT200。结构尺寸1.小带轮直径da1 =dd 2ha查表4.10知，ha=4.8mm由V带的设计计算中知道 dd1=90mm所以 d ai=4.8x2+90=99.6m

15、m表4.10 :轮槽截面尺寸槽型bdhaminhf minefminY5.31.604.780.36Z8.52.007.0120.37A11.02.758.7150.39B14.03.5010.8190.411.5C19.04.8014.325.5 0.516D27.08.1019.9370.623E32.09.6023.444.5 0.7282.大带轮的直径da2 =dd2 2ha =306 2 4.8 =315.63.轮缘宽度B =(z -1)e 2f =(4 -1)(25.5 -0.5) 2 16 =110mm4.hi =A为轮辐数，P为传递功率，n为带轮转速。 所以：hi= 2906.

16、61440 5=8.78mmh? = 0.8hi = 0.8 8.78 = 7.02mm5.节宽 d =0.40 =0.4 8.78 = 3.51mmb2 = 0.8bi = 0.8 3.51 = 2.81mm三：减速箱齿轮的设计和校核(1) 、选定齿轮传动类型、材料、热处理方式、精度等级。小齿轮选硬齿面，大齿轮选软齿面，小齿轮的材料为45号钢调质，齿面硬度为250HBS大齿轮选用45号钢正火，齿面硬度为200HBS齿轮精度初选8级(2) 、初选主要参数Z1=20， u=i=4.24Z2=Z1 u=20X 4.24=84.8,取 Z2=85根据表10-7选取齿宽系数d =1d1 (3)按齿面接

17、触疲劳强度计算 计算小齿轮分度圆直径确定各参数值载荷系数查课本表6-6取K=1.2小齿轮名义转矩T1=9550X P/n1=9550X 10.56/424=237.85N *m材料弹性影响系数1由课本表 6-7 ZE=189.8 MPa24区域系数ZH=2.5重合度系数 t=1.88-3.2 (1/Z1+1/Z2 )X( 1/20+1/85 ) =1.68=1.88-3.2许用应力查课本图10-21d (a)HlimJ = 610MPabHlim2】=560MPa查表6-8 按一般可靠要求取SH=1贝U % 11 二皿1 =610MPaShH lim 2Sh= 560MPa取两式计算中的较小值

18、，即c H =560Mpa于是d1 2汉1.2汉2.38汉105 4.23+1 *189.8 汉2.5 汉 0.774.23560=66.98mm(4)确定模数m=d1/Z1 66.98/20=3.35取标准模数值m=4(5) 按齿根弯曲疲劳强度校核计算CF-Cf校核bd1m式中小轮分度圆直径dm Z=4X 20=80mm 齿轮啮合宽度b=W d d1 =1.0 X 80=80mm 复合齿轮系数 YFS1=4.38 YFS2=3.95 重合度系数 Y =0.25+0.75/ t=0.25+0.75/1.68=0.6964许用应力查图6-22 (a)(T Flim仁245MPac Flim2=2

19、20Mpa查表 6-8，取 SF=1.25则f lim 1245Sff lim 2Sf= 196MPa=220 =176MPa1.25计算大小齿轮的Yfs并进行比较CFYfs14.38空0.02234Cf：1196YfS1 YfS2cF1F_1空395 = 0.02244176取较大值代入公式进行计算则有2KT1bd1mYfS2Y 二2 1.2 2.38 10580 80 43.95 0.6938=61.15 d2、d3、d4、d5、d6、d7表示 各段的直径，以xp x2、x3、x4、x5、x6 x表示各段的长度。（d1处安装大带轮，d2处安装轴承端盖，d3处安装一号轴承与套筒，d4处安装小

20、齿轮，d7处安装二号轴承）1）径向尺寸：根据常用结构，取di=dmin=37mm ；查【2】1-27知倒角倒圆推荐值为：18L 30,R=C =1mm30L 50,R二C =1.6mm，故30孑L （大带轮）倒角推荐值为1mm,故取50 L 80,R = C = 2mmd2 =d1 （1 0.5） 2 =40mm,由于查【2】表7-12得知毡圈系列中要求的轴径均为 0、 5圆整数，故此满足要求；此先选轴承为 32909型号轴承，查【3】表16-1知所选轴 承内径为 45mm且轴承宽度 B=15mm，故取d3=45mm ;为方便加工测量，取d4二50mm （此也为小齿轮内孔直径）；查【3】表16

21、-1得安装直径47mm 乞 da 乞 52.8mm，故查【4】表 11-3 选取“套筒 40 50 25 GB/T2509-1981 ”， 故 da = 50mm;对齿轮内孔倒角 1.6mm 故取 d d4 （1.6 1.5） 2 = 56.2 （取 56mrjn; 由于对称分布故d7 =d45mm， d da =50mm。2）轴向尺寸：由【1】图13-17得：根据大带轮的内孔宽L =（1.5L2）ds =（1.5_ 2）d1.5 20 = 45mm（取1.5计算），为防止由于加工误差造成的带轮晃动，取n =42mm;确定轴承润滑方式：v轴承二 d3 n=35 532.07 = 18622.4

22、5mm r/min 二（1.乩 2） 105mm r / min，故 选取脂润滑方式;为防止箱体内部润滑油渐到轴承上冲走润滑脂，将轴承与箱体内 壁距离取大于8mm由于所选套筒长度25mm故轴承断面到箱体内壁的距离取15mrh， 为适宜齿轮传动时散热，取齿轮距箱体内壁为8_ 10mm （此取10mm ,故有 x3 =10 15 43mm ; 套筒档齿轮时，为保证精度取& =b| -(2 L 3mm) =105 - 2 = 103mm，故同时将 x3 修正为 x3 二 45mm;轴环取 5L 8mm，故取x5 =5mm ;由于安装时齿轮箱体轴承均对称分布，取x6 =10 15-x5 =20mm，x

23、7 =B =18mm （包括越程槽尺寸）;轴承到端盖内壁的距离x = 1, 15- B = 25mm, 前所选轴承端盖螺钉d3=M8知：由【2】11-10中公式得轴承端盖厚度e=1. 23 = 9.6m查【2】表3-9可取 A级M8非全螺线丨=40mm的螺栓（即GB/T5782 M 8 40） 此时取端盖到大带轮的扳手空间为x =l K （3L 5mm） = 48mm，此时取 x2 = x e x = 9.64825 83mm。4. 对高速轴进行弯扭强度校核：据【1】式11-1可求得：圆周力Ft =空=2964.3 N ,径向力二Ft tan： =1078.92N （标 d1准安装，故压力角。

24、为20）;根据前轴的结构设计可得：带轮中心到一号轴承中的Bl距离k= +x2 + =9 + 8 3 2 2.5 mm 1; 5 号轴承到齿轮中心的距离 22L2 = B 10 15= 86.5mm ;齿轮中心到二号轴承中心的距离 匚丄二86.5mm； 故有两轴承中心距为 L =L； = 173mm01）求垂直面的支承反力：根据受力分析，可列方程：F1v F2v二Fr,F1v二F2v （齿轮在两轴承中心）。故可求得：F1v = F2v 连=539.46 N。22）求水平支撑反力：F1H =F2H=1482.15N23）带轮对轴的作用力Fq在指点产生的反力：FqK 1610.4115门F1F= 1

25、070.53N ; F2F =Ff+丘=1070.531610.45 2680.981 （外L仃3 Q力F作用方向与带传动的布置有关，在具体布置尚未确定前，可按最不利情况考虑）o4）绘制垂直面的弯矩图（如图b）:av-F2vL = 46.66 N25）绘制水平面的弯矩图（如图c）:M aH = Fih = 128.205 N m。6）Fq力产生的弯矩图（如图d）:M2F 二FqK =1610.45 115=185.2N m。考虑最不利情况，直接由公式得Ma =MaFQ=229.182N m （其中MaFc!二罟 =92.75N m ）。7）折合当量弯矩（如图f）:由前算出T二137.84N m

26、,查【1】中246面“由转矩性质而定的折合系数”知:一0.6 ,故 M 弱=JM； （： Ti）2243.648N m , Mbe f ；M；F （： T）2202.83N m。8）计算危险截面处轴的许用直径：由（图1 ）知轴上安装小齿轮的截面为危险截面，故由【1】式14-6可得：dmin = 3 M ae= 3j =34.372mm 兰 4mm。由此可知，此轴安全。0.1J ：0.1 60B.低速轴：1. 选择轴的材料、热处理方式：由于无特殊要求，选择最常用材料 45钢，调制处理。查【1】表14-1得知：硬度：217 L 255HBS ;强度极限：二b =650MPa ;屈服极限：匚s =3

27、60MPa ;弯曲疲 劳极限：二 4=300MPa。查【1】表14-3得：弯曲需用应力（静）；b=60MPa。2. 初步估算轴最小直径：由【1】式14-2得：dmin9.55：10=c旦，查【1】表14-2得C=107U 118V 0.2可柿口nnII m（取118计算）。由前计算可知：门口 = 133.686 r / min ，故i 2dmin /佗弓10匕=55mm , 由于开 了一个键槽，故100dmin =（1 5%）dmin =1.05 55 = 57.75。取 58.3. 轴的结构设计：根据低速轴上所需安装的零件，可将其分为 7段，以di、d2、ds d4、d5、da d?表示 各

28、段的直径，以为、x2、x3x4、x5、x6x7表示各段的长度。（d1处安装联轴器，d2处安装轴承端盖，d3处安装三号轴承与套筒，d4处安装大齿轮，d7处安装四号轴承）1）径向尺寸：联轴器的初步选择：根据低速轴的计算转矩与转速查 【2】表8-2可选用凸缘联轴器，型号为“ GYS6型凸缘联轴器丫50汉112 GB/T 5843-2003 ”，可得其轴孔直径为*50，JQ0 汉 84深孔长度为L = 112mm。根据上所选联轴器，取d58mm ；根据密圭寸毡圈的标准，取d60mm ;根据此处 尺寸选择32913型号轴承（查【3】表16-1知所选轴承内径为65mm外径为90mm 且轴承宽度B =17m

29、m ），故取d3 =65mm ；为方便测量取d4 =70mm ;查【3】表16-1得安装直径6mma7 6m r故查【4】表 11-3 选取“套筒60X70X40GB/T2509-1981 ”，故da =70mm;查【2】1-27知倒角倒圆推荐 18L 30,R=C= mm值为：30口 50R =C= 1.mm，故60孔（大齿轮）倒角推荐值为2mm故取50L 80R 二 C = 2nmd5 =d4 （2 1.5） 2= 77mm ;为对称分布，故取 d6 =da =70mm， d7=d3=65mm。2）轴向尺寸：确定轴承润滑方式：v轴承=d3 n； = 35 532.07 = 18622.45

30、 mm r / min （1.5L2） 105 mm r / min 故选取脂润滑方式。根据上定箱体两内壁间的宽度可算得大齿轮到箱体内壁的距离为12.5mm,为防止箱体内部润滑油渐到轴承上冲走润滑脂，将轴承与箱体内壁距离取大于8m(为套筒尺寸此取 27.5mm)，故有X3 =12.5+ 27.5+B = 62mm ;套筒档齿轮时，为保证精度取x4 = b2 -(2 L 3mm) =100 -2 =98mm，故同时将 x3修正为 x3 二 64mm；轴环取 5L 8mm， 故取x 5mm ；由于安装时齿轮箱体轴承均对称分布， 取x =12.5 27.5 - x, = 35mm, x7 =B =22mm (包括越程槽尺寸)；轴承到端盖内壁的距离x ，-27.5-B = 8.5mm，由于轴承外径为110mm故，选端盖螺钉为M10,由【2】 11-10中公式得轴承端盖厚度e=1.2d3 =12mm，查【2】表3-9可取A级M8非全螺线丨=40mm的螺栓(即GB/T5782 M 10 40)此时取端盖到大带轮的扳手空间为x =l K (3L 5mm) = 50mm，故此取 x2