反向旋转型双螺杆挤压机与挤压部件的设计说明

1、名称：对转双螺杆挤出机带挤压件的设计概括本文首先分析了膨化食品的市场需求和生产现状，初步探讨了挤压机生产膨化食品的技术可行性；提出了双螺杆膨化机生产膨化食品的工艺流程。在现有膨化机的基础上，参照国外比较成熟的膨化机设计方法，根据膨化食品的特点和生产膨化食品的特殊工艺要求，对膨化机的关键部件进行了相应的设计。详细介绍了挤出机主要部件的结构设计，如传动箱、螺杆、机筒等，并进行了相应的校核计算； 、键等进行了设计和强度校核，并进行了承载能力校核计算；本文还涉及了挤出机的一些辅助部件如喂料系统、加热和冷却装置、模具的选择要求，并进行了简单的设计。最后，本文提供了有关挤出机的安装、操作、控制和维护的一些

2、信息。关键词：膨化食品；挤压捏合；反向旋转双螺杆挤出机目录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc29027 摘要 PAGEREF _Toc29027 三 HYPERLINK l _Toc26023 摘要 PAGEREF _Toc26023 四 HYPERLINK l _Toc19444 目录 PAGEREF _Toc19444 六 HYPERLINK l _Toc19631 1 简介 PAGEREF _Toc19631 1 HYPERLINK l _Toc30924 1.1挤压技术介绍 PAGEREF _Toc30924 1 HYPERLINK l _Toc19962 1

3、.1.1挤压技术在食品生产中的应用 PAGEREF _Toc19962 1 HYPERLINK l _Toc21649 1.1.2 挤压技术在食品生产中的发展现状 PAGEREF _Toc21649 1 HYPERLINK l _Toc13913 1.1.3 膨化食品挤出机 PAGEREF _Toc13913 1 HYPERLINK l _Toc22666 1.1.4 挤压原理 PAGEREF _Toc22666 2 HYPERLINK l _Toc25287 1.2挤压机的发展 PAGEREF _Toc25287 2 HYPERLINK l _Toc23381 1.2.1 国外挤出机发展现状

4、 PAGEREF _Toc23381 2 HYPERLINK l _Toc11983 1.2.2 双螺杆挤出机的前景与未来 PAGEREF _Toc11983 2 HYPERLINK l _Toc13349 1.3本主题应满足的要求 PAGEREF _Toc13349 3 HYPERLINK l _Toc16200 2 反向旋转双螺杆挤出机介绍 PAGEREF _Toc16200 4 HYPERLINK l _Toc15649 2.1对转双螺杆挤出机的特点及应用 PAGEREF _Toc15649 4 HYPERLINK l _Toc21437 2.1.1 对转双螺杆挤出机特点 PAGEREF

5、 _Toc21437 4 HYPERLINK l _Toc21923 2.1.2 双螺杆挤出机在食品行业的应用 PAGEREF _Toc21923 4 HYPERLINK l _Toc23606 2.2双螺杆挤出机工作原理 PAGEREF _Toc23606 5 HYPERLINK l _Toc19289 2.2.1挤压 PAGEREF _Toc19289 原理5_ _ HYPERLINK l _Toc15946 2.2.2 挤压系统 PAGEREF _Toc15946 6 HYPERLINK l _Toc2464 2.3整体结构设计 PAGEREF _Toc2464 6 HYPERLINK

6、l _Toc19344 3反向旋转双螺杆挤出机的设计 PAGEREF _Toc19344 8 HYPERLINK l _Toc10389 3.1螺杆8的设计计算 PAGEREF _Toc10389 HYPERLINK l _Toc15610 3.1.1 螺杆结构设计 PAGEREF _Toc15610 8 HYPERLINK l _Toc417 9的相关计算 PAGEREF _Toc417 HYPERLINK l _Toc24985 3.1.3螺钉13的强度校核 PAGEREF _Toc24985 HYPERLINK l _Toc23961 3.2 16筒设计计算 PAGEREF _Toc23

7、961 HYPERLINK l _Toc25810 3.2.1桶结构 PAGEREF _Toc25810 16 HYPERLINK l _Toc12454 3.2.2 进料口结构设计 PAGEREF _Toc12454 16 HYPERLINK l _Toc28448 3.2.3 料筒材质的选择 PAGEREF _Toc28448 16 HYPERLINK l _Toc14984 3.2.4 枪管的连接 PAGEREF _Toc14984 17 HYPERLINK l _Toc15806 3.3传输系统的简单设计 PAGEREF _Toc15806 17 HYPERLINK l _Toc220

8、14 3.3.1 传输系统设计 PAGEREF _Toc22014 18 HYPERLINK l _Toc28931 3.3.2 电机选型 PAGEREF _Toc28931 18 HYPERLINK l _Toc22612 3.3.3 螺杆推力的传递及拉杆强度校核 PAGEREF _Toc22612 18 HYPERLINK l _Toc3633 3.4辅助部件的设计计算 PAGEREF _Toc3633 19 HYPERLINK l _Toc10847 3.4.1 供料系统设计计算 PAGEREF _Toc10847 19 HYPERLINK l _Toc22774 3.4.2 加热和冷却

9、系统的设计 PAGEREF _Toc22774 22 HYPERLINK l _Toc20089 3.4.3 模具组件的设计 PAGEREF _Toc20089 24 HYPERLINK l _Toc2571 3.4.4 润滑油的选择 PAGEREF _Toc2571 25 HYPERLINK l _Toc25398 3.5双螺杆挤出机辅助系统设计 PAGEREF _Toc25398 25 HYPERLINK l _Toc21377 3.5.1 计量系统 PAGEREF _Toc21377 25 HYPERLINK l _Toc28907 3.5.2 恒温系统 PAGEREF _Toc2890

10、7 26 HYPERLINK l _Toc26815 3.5.3 冷却系统 PAGEREF _Toc26815 26 HYPERLINK l _Toc60 3.5.4 真空排气系统 PAGEREF _Toc60 26 HYPERLINK l _Toc12104 3.5.5 电气控制系统 PAGEREF _Toc12104 26 HYPERLINK l _Toc10828 4 挤压加工系统的安装、运行和维护 PAGEREF _Toc10828 28 HYPERLINK l _Toc9909 4.1挤压加工系统的安装 PAGEREF _Toc9909 28 HYPERLINK l _Toc5962

11、 4.1.1 挤出机的安装基础 PAGEREF _Toc5962 28 HYPERLINK l _Toc18831 4.1.2 调整挤出机液位 PAGEREF _Toc18831 28 HYPERLINK l _Toc18019 4.1.3 枪管的安装 PAGEREF _Toc18019 28 HYPERLINK l _Toc30189 4.1.4 螺钉 PAGEREF _Toc30189 28的装卸 HYPERLINK l _Toc4718 4.1.5 模头安装 PAGEREF _Toc4718 28 HYPERLINK l _Toc9213 4.2挤压加工系统的操作 PAGEREF _To

12、c9213 28 HYPERLINK l _Toc16586 4.2.1 挤出机的启动 PAGEREF _Toc16586 28 HYPERLINK l _Toc8678 4.2.2 开机操作注意事项 PAGEREF _Toc8678 28 HYPERLINK l _Toc5182 4.3挤压机的维护保养 PAGEREF _Toc5182 28 HYPERLINK l _Toc1952 28的保养 PAGEREF _Toc1952 HYPERLINK l _Toc27622 4.3.2 枪管的维护 PAGEREF _Toc27622 28 HYPERLINK l _Toc27326 4.3.3

13、 挤出机其他部件的维护 PAGEREF _Toc27326 29 HYPERLINK l _Toc30316 4.4设计中的几个问题 PAGEREF _Toc30316 29 HYPERLINK l _Toc22834 5 总结与展望 PAGEREF _Toc22834 30 HYPERLINK l _Toc7066 5.1总结 PAGEREF _Toc7066 30 HYPERLINK l _Toc5787 5.2展望 PAGEREF _Toc5787 30 HYPERLINK l _Toc667 至 PAGEREF _Toc667 31 HYPERLINK l _Toc834 参考文献 P

14、AGEREF _Toc834 32 HYPERLINK l _Toc24648 附录 PAGEREF _Toc24648 331 简介1.1挤压技术介绍1.1.1挤压技术在食品生产中的应用1930年代，挤压技术开始用于食品加工。它具有集混合、输送、加热、剪切、加压时间短等特点，因此在食品工业中得到广泛应用。该挤出机可用于谷物和植物组织蛋白食品的生产、奶酪的风味开发、宠物食品的生产等。螺杆挤出机可以将一系列化学基本单元过程集中在挤出机中。螺杆挤出机已经连续生产而不是间歇生产。它必须具有更高的生产率和更低的能耗。它也已实现自动化。搅拌行业通过将这些因素加在一起来提高混合质量，避免降低生产成本。作为

15、一种经济实用的新型加工方法，挤压技术得到了迅速发展，并在食品生产中得到应用。在没有挤压技术之前，谷类食品的加工过程一般需要粉碎、混合、成型、烘烤或油炸、杀菌干燥等，每个过程都需要不同的设备，更长的生产线，更大的占地，高劳动强度大，需要更多的设备。随着挤压技术的发展和成熟，原料经过初步混合后，可以用挤压机完成上述繁琐的食品生产过程，生产出品种繁多、口味独特的各种产品。经油炸或微波、烘干、调味后即可上市销售。只要简单地更换挤压模板，就可以轻松改变产品的形状。与传统工艺相比，挤压技术具有诸多优势。它改变了粮食食品的加工工艺，大大缩短了工艺流程，丰富了食品的风格，降低了产品的生产成本，减少了设备的占地

16、面积，降低了生产劳动强度，在同时改变了产品的形状和味道，从而提高了产品的质量。1.1.2挤压技术在食品生产中的发展现状1930年代，人们首次使用膨化机生产方便食品；到1940年代末，挤压机在食品领域的应用进一步扩大； 1950年代初，蒸煮挤压机基本取代了蒸煮挤压机。1960年代以后，挤压机的技术和理论发展迅速。对该挤出机的结构设计、工艺参数、挤出工艺机理进行了研究。通过对挤压机理的探讨，谷物和蛋白质食品的挤压过程发生了一系列变化，挤压食品的营养和吸收问题；现阶段，随着控制技术的发展，新材料的发现和挤压技术的应用的发展，生产能力越来越大，生产出来的产品也越来越符合人们的期望。精确控制挤压过程。利

17、用挤压技术加工食品在我国历史悠久，但直到1970年代仍处于爆米花的手工业状态。自1970年代中期以来，特别是近十年来，挤压法生产食品在中国有了很大发展。随着生活水平的提高和膳食结构的变化，膨化食品的品种和产量日益增加。 .1.1.3生产膨化食品的挤压机目前国外主要生产膨化食品的公司普遍采用挤压法生产食品。挤压过程一般说是把食品原料置于挤压机的高压和适当温度下，然后突然释放到挤压机中。在常压下，充分渗透、混合和输出物料和各种调味料和香料的过程。因此，蒸煮挤压法可以达到更好的混合效果，原料利用率高，营养损失小，生产出来的食物比传统的加工方法具有更好的口感和持久力。总的来说，挤压生产膨化食品是当前的

18、发展趋势。1.1.4挤压膨化原理挤出机套筒内的物料受到螺杆的推力和加热作用，与卸料模板和反推力作用。在38MPa和200e左右的高温高压下。物料中的水分不会沸腾蒸发，会出现熔融状态的物料。在出模过程中，压力迅速降至常压，水分迅速蒸发，温度降至80 左右，使物料成为具有多孔结构的膨化食品。1.2挤压机的发展1.2.1国外挤出机发展现状作为挤压加工技术的关键，挤压机得到了广泛的应用。挤出过程主要由一台挤出机一步完成，包括：原料的混合、固化、粉碎、成型等过程。只需更换挤压模具，即可生产出不同款式的产品。1879年，英国人获得了第一个螺杆挤出机专利，挤出机开始生产。到1930 年代，用于谷物加工的单螺

19、杆挤压机被引入并开始用于生产膨化玉米。 1960年代，双螺杆挤出机逐渐出现在食品加工领域。 1970年代以来，我国开始研究食品挤压技术和挤压加工机械。吸收国外理念和技术，国内很多厂家为了提高生产效率，引进了世界各大公司的先进挤压设备。世界上具有代表性的挤出机制造商有：德国WP公司、日本Kaneo Foods 、 dafs al机械公司、dswrf r食品机械公司、MAP机械制造公司、瑞士dafsfa食品机械公司等。生产不同型号的挤出设备，单螺杆设备较多。用于食品生产的螺杆挤出机具有工艺简单、一机多用、连续性好、效率高、能耗低、成本低、利润高的特点。生产出来的食品口感好、易吸收、营养流失少、保质

20、期长、食用方便。目前，挤压技术已发展成为最常用的膨化食品生产技术之一。我们对挤出机的研发也势在必行。1.2.2双螺杆挤出机的前景和未来近年来，双螺杆挤出技术发展迅速。研究表明，双螺杆挤出技术与单螺杆挤出技术相比具有不可比拟的优势，物料的混合和捏合更充分、更彻底。机器运转时，由于双螺杆相互啮合并具有自清洁功能，因此在单螺杆挤出机内不会出现被螺杆堵塞的物料在套筒表面的结焦现象。同时双螺杆挤出机的优点是可以适应更多的原料，解决了单螺杆挤出机不能加工高水分、高脂肪物料的问题。双螺杆挤出机因其高性能、高效率而受到食品工业和橡塑工业的高度重视。根据相关文献解读，国外双螺杆挤出机的发展前景，双螺杆挤出机在食

21、品橡胶生产中的应用，双螺杆挤出机的重要结构，参数挤出机合成。希望对我国双螺杆食品挤压的研发有所帮助。1.3本课题应满足的要求了解螺杆挤出机的挤出膨化原理和结构特点，了解对转双螺杆挤出机的工作原理，研究对转双螺杆挤出机的主要结构参数，进行对转双-螺杆挤出机。挤出机的设计，对转双螺杆挤出机的挤出部件的设计。了解双螺杆挤出机的保养维修及使用注意事项。2 异向双螺杆挤出机介绍2.1对转双螺杆挤出机特点及应用2.1.1对转双螺杆挤出机的特点反向旋转双螺杆挤出机一般使用两个尺寸完全相同但螺纹方向相反的螺杆。反向旋转可分为两种形式：反向旋转和向外反向旋转。两者的主要区别在于压力区的位置不同。反向旋转的双螺杆

22、在上部进入啮合形成高压区，双螺杆在下部脱开形成低压区。物料在通过双螺杆时受到挤压，但螺杆啮合紧密，会导致入口压力极高，导致进料困难。因此，这种反向旋转式目前很少使用，仅用于非啮合双螺杆挤出机。外向反转式特别适用于干粉物料的加工，也得到了广泛的应用。这种回转式建立的高压区在下部，低压区在上部，有利于进料。在挤压过程中，材料受到类似于滚轮产生的挤压和捏合作用。与同向旋转不同，物料会在螺杆中形成C形截面。由于两根螺杆的旋转方向相反，因此只有一根螺杆可以轴向移动到排料口，不可能从一根螺杆移动到另一根螺杆。直到它从出料口被挤出为止的螺杆。牵引产生的正流和背压产生的逆流只能在C型腔内进行。卡在啮合区的物料

23、在一个螺纹的顶面和另一个螺纹的根部和啮合螺纹的侧面进行滚揉。 .因此，同向旋转生产的物料的混合程度大于对向旋转的双螺杆挤出机。2.1.2双螺杆挤出机在食品工业中的应用2.1.2.1 组织蛋白生产的应用在一定的高温高压下，植物蛋白会变得有质感。在双螺杆挤出机螺杆槽与机筒壁之间的剪切力作用下，物料中的蛋白质强烈膨胀，呈现出比较直的形状。展开后，分子链变得自由，可以重新定向并重新组装形成纤维状态。与瘦肉类似，吸水后有一定弹性，口感好。2.1.2.2 在膳食纤维加工中的应用膳食纤维可以清理肠胃、解毒等功能，还能降低胆固醇、降低血糖。但纤维素相对难溶，不易被人体吸收，味道不好，开发利用受到限制。但是，采

24、用双螺杆挤压技术可以提高膳食纤维的溶解度，生产出口感更好的膳食纤维。2.1.2.3 在浸油中的应用采用双螺杆挤压技术对油浸原料进行膨化预处理，可获得较好的效果。当物料被输送到挤压腔时，通过挤压、摩擦和加热产生高温高压，对物料进行剪切和熔化，从而改变物料的组织结构。当物料从高温高压挤压到常压状态时，物料中的水分蒸发产生巨大的压力，膨胀形成，产生许多细孔。此时的材料对油的浸出非常有利。目前，更多的研究是从葵花籽、花生、芝麻中提取油脂。2.1.2.4 在零食即食食品加工中的应用目前市场上双螺杆挤出机生产的食品主要原料是谷物，如大米、大豆、小麦等。双螺杆膨化机可以使用少量的能量来加工粮食食品，其次可以

25、添加更多的原料进行加工，因此可以生产出不同口味的食品，从而不断创新，更好地满足市场需求和更大的创造力经济价值。2.1.2.5 在高蛋白谷类食品加工中的应用由谷物生产的高蛋白产品主要经过蒸煮和脱水加工，使其更容易食用和消化。目前，挤压技术已成功应用于高蛋白谷物的生产。2.2双螺杆挤出机工作原理2.2.1挤压原理 强制运输根据螺杆旋转方向的不同，双螺杆挤出机可分为同向旋转和反向旋转两大类。根据双螺杆的旋转方向、啮合程度和螺纹参数，双螺杆的啮合部可配置为横向和纵向全开全闭，或半开全闭。半封闭，因此形成的C形单元可以相互连接或完全封闭。全啮合反向旋转双螺杆理想的C型腔体是完全封闭的，腔体内的物料随腔体

26、向前运动，在输送过程中不存在逆流或滞流现象，因此具有最大的强输送。由于口香糖胶基的高粘度，为减少物料与螺杆、机筒的摩擦，使物料更容易上料，本设计采用外向反转双螺杆。 混合效果图 2.1 反转，双螺杆螺槽内物料的流动由于反向旋转的双螺杆在啮合点与螺纹螺纹和螺纹槽的速度方向相同，但存在速度差，螺纹带入啮合间隙的孔会被挤压和磨削。螺旋螺纹和螺旋槽，从而获得材料。混合和揉捏。 自洁性能反向旋转的双螺杆在啮合处的螺纹与槽之间存在速度差。在相互磨擦的过程中，附着在螺丝上的钻头相互剥落，从而使螺丝自洁。 压光效果反方向旋转的螺杆挤出机由于物料向上移动的趋势，没有明显的压延效果。2.2.2挤压加工系统机筒挤压

27、成型料 仓喂料装置加热与冷却图 2.2 典型食品挤压加工系统的链图如图1.2所示，挤压加工系统的典型支链图包括进料装置、预调质装置、传动、挤压、加热和冷却、成型、切割、控制等部分。2.3整体结构设计螺杆挤出机的整体结构对整机性能影响很大。整体结构包括挤压系统、传动系统和驱动源之间的相互位置关系。由于这些差异，形成了各种差异：（见表2-1）表2-1 整体结构设计分析表整体型不同种类优势缺点外观形式卧式螺杆挤出机螺丝水平放置在空间中，大小影响地面空间，但对空间高度影响不大计量段螺杆、机筒易磨损立式螺杆挤出机螺丝在空间上是垂直的变速箱选型和结构设计有限，空间和高度要求高连接形式整体螺杆挤出机袖珍的加

28、工、拆装、维修不便电源和传输位置电机放置在机器旁边易于电机和机器维护大面积电机置于齿轮箱前部和挤压系统下部该机结构紧凑，外观整洁要求设计皮带等传动系统，传动效率低电机置于齿轮箱后部，与机器一体成型与机器形成一个整体，有利于标准减速机的选用，有利于互换性，符合加工要求轴向长度更长，占地面积相应增加电机置于减速机顶部占地面积小由于振动问题，要求支架有足够的刚度结论：通过以上分析，结合本课题实际情况，建议采用水平分段式结构，动力源和传动装置选择位于减速箱前部的电机，下部的挤压系统。3反向旋转双螺杆挤出机的设计3.1螺杆设计计算3.1.1螺杆结构设计螺杆是挤出机最重要的关键部件之一，其结构及其几何参数

29、的合理设计与挤出工艺有关。3.1.1.1 螺杆结构设计要点(1)生产能力：生产能力是螺杆设计的主要指标之一。不同规格螺杆的生产能力是不同的。同一规格的螺杆也因结构和几何尺寸的不同或因螺杆转速的不同而有所不同。通常我们取生产能力Q与螺杆转速n的比值，称为“比流量”。相同规格的螺杆在加工同一种材料时的具体流量，在一定程度上说明了螺杆的结构和几何参数是否合理。对于85机器，一般认为Q/n1 （ kg/h/r/min ）是同规格机器中较好的比流量值。本设计中，根据生产口香糖的工艺要求，设定生产能力Q =/h，螺杆转速150kgn = 40min ，则比流量Q/n = 1 50 / 40 = 3.75，

30、比较合理。 耗电量：从能量平衡的角度看，物料消耗的能量应等于物料在挤压系统中的热能与螺杆输入功率之和。习惯上测量螺杆加工不同材料所消耗的机械功率。如果料筒的外部加热功率相同，则以螺杆单位生产能力消耗的机械功率为计量标准，称为螺杆消耗量N/Q 。在保证物料胶化的前提下，螺杆单耗低为好。(3)挤出物质量 挤出物质量包括外观质量、混合质量、挤出温度、轴向和径向温差、温度随时间波动的轴向温差、挤出压力的波动等。由于压力波动p ，直接影响产能的稳定性。温度波动会通过粘度 的波动影响Q 的稳定性。根据与挤压生产口香糖的比较，料筒的温度和压力对挤压生产的口香糖的质量影响很大。温度的升高有利于提高材料混合的速

31、度和程度，但也会减少模头。地方的压力。因此，应根据温度和压力对口香糖的影响程度，选择合理的控制，避免两者出现较大的波动。螺丝的加工制造是否容易，使用寿命是否长。螺杆加工制造困难，影响螺杆寿命。3.1.1.2 丝杆传动系统反向旋转双螺杆的传动系统比较复杂，一般采用外啮合传动。 （如图 3.1 所示）图 3.1 丝杆传动系统3.1.2双螺杆的相关计算螺杆的主要结构参数有：螺杆直径、长径比、螺杆各截面的主要参数、螺纹形状、螺纹牙数。图 3.2 等深变螺距螺钉3.1.2.1 螺杆结构和啮合方式的确定在本次设计中，螺杆的设计依然按照普通螺杆的方法进行设计和改进。普通螺杆按其螺纹提升角和螺槽深度可分为三种

32、形式： 1、等深变螺距螺杆； 2 、等深变螺距螺杆； 3.变深变螺距螺杆。考虑到螺杆的强度要求和设计较大的压缩比，我们计划使用等深变螺距螺杆。等深变螺距螺杆是指螺槽的深度不变，螺距从进料段的第一个螺槽到均化段的末端由宽变窄。结构如图 3.2 所示。为使进料均匀，协调螺杆槽输送物料和熔体的能力，螺杆采用单螺纹，部分啮合，使物料受到较大的剪切和混合，有利于生化反应的进展。3.1.2Ds的测定螺杆直径是螺杆的主要参数之一。在设计螺杆时，一般根据生产能力和理论公式计算螺杆直径。这种方法比较困难。因此，可以采用以下计算方法进行计算。生产能力和转速确定后，根据经验生产能力公式初步确定螺杆直径：(3.1)式

33、中Q生产能力， kg/h螺杆直径， cm螺杆转速， r/min经验流量系数，一般取= 0.0030.007在本设计中， （工作速度） ，由公式（3.1）我们得到取标准螺杆直径。3.1.2.3 长径比L/Ds的测定在挤压理论的其他条件不变的情况下，增大长径比会增加物料在螺杆中的停留时间，保证物料更好的融合，但过大的长径比会导致停留时间过长.分解热敏材料。因此，应根据被加工物料的物理性能和产品质量的要求来考虑。为了使物料和调味料充分混合，延长熔体在机筒内的停留时间，保证其均匀性，参考相关资料，初步选择长径比，螺纹段的总长度。取标准长度L = 1200mm ，正确3.1.2.4 螺杆各截面主要几何参

34、数的确定物料在螺杆中的挤压经过固体输送、熔融和均化的过程。因此，整个螺杆的设计通常分为三个部分。以下具体计算确定各段的几何参数。1 螺纹槽深度H由于螺杆采用等深变螺距的形式设计，因此采用了均匀的槽深。取H = 15 mm ，则螺钉的根部直径.2 间距S沿输送段到均化段的方向，将螺杆按阶梯状分成三段，螺距分别为54mm、 48mm、 36mm。3 每段长度L根据经验数据，每个段的长度确定如下：进料段，取螺距的整数倍，熔化部分。取音高的整数倍，均质化部分3螺纹段实际总长度m4螺纹导程角，参考公式螺钉外径处的螺纹导程角螺钉根部直径处的螺纹导程角计算各段的起线角, ，列表如下：（表 3-1）表 3-1

35、 各段螺纹升角表第一段第二段第三段11.43210.197.67817.35515.5311.773.1.2.5 其他参数的确定1 双螺杆中心距A和螺杆啮合间隙双螺杆的中心距主要取决于螺杆的直径和对游隙的要求。一般为单螺纹双螺杆，螺杆为部分啮合，需要有较大的游隙，应满足，即取A =80mm2 螺杆与机筒的配合间隙游隙主要由被加工材料的性质和加工条件决定。作为参考，一般取挤出机的配合间隙。图 3.3 梯形螺纹截面图3.4 开槽螺纹3.1.2.6 螺纹断面形状的测定对于小直径的螺杆，一般采用梯形螺纹，因为它的前后边缘有较大的倾角，有利于物料的流动，对物料的混合和均质效果更好。其横截面形状如图 3.

36、3 所示。在这个设计中，每个部分的螺纹都是统一的。倾角拐角半径, 取R =5mm螺旋顶宽，取为了使物料在料筒内流动顺畅，减少流动阻力，降低模头压力，避免堵塞，保持其均匀性和连续性，我们在均化段的螺纹上开一个半圆形槽。具体结构如图3.4所示。 .3.1.2.7 压缩比i全螺纹双螺杆的压缩比等于加料段一螺距螺槽体积与挤出段一螺距螺槽体积之比，忽略不计过渡弧，其计算公式如下：(3.2)式中， 分别为进料段和挤出段的螺距, 分别为进料段和挤出段的螺纹数, 分别为进料段和挤压段平均直径处螺纹的轴向厚度D和d分别是螺杆的外径和根部直径, 分别为进料段和挤压段啮合面积的一半由于螺杆深度相同，截面形状相同，且

37、为单头螺纹， , , , ,忽略啮合面积, 压缩比由式(3.2)初步估算。3.1.3螺丝强度校核3.1.3.1 材料选择螺杆材质为38CrMoAlA ，经氮化处理，综合性能好，应用广泛。主要性能参数见表3-2。表3-2 我国常用螺杆、机筒材质材料类别表现45 #40Cr钢镀铬38CrMoAlA屈服极限（Mpa）360800 850最高工作温度（ ）500500热处理硬度(HRC)底座45，镀铬 55 65HCL腐蚀不好更好的中等的热处理工艺简单的更复杂复杂的线膨胀系数（ 10-6/ ）12.1基层13.8 ，镀铬层8.29.214.8相对价格11.52.53.1.3.2 连接方式螺杆的连接方式

38、根据螺杆与传动轴在减速机中的固定方式不同，一般可分为紧固式和浮动式。本设计中会采用浮动式，即螺杆和传动轴是两个不同的零件，采用松配合连接，挤压时可以在机筒内浮动，整个螺杆可以近似为实际计算中的单个部分。悬臂梁。3.1.3.3 力分析图 3.5 螺杆受力示意图螺钉的受力状态如图 3.5 所示。它主要受材料的压力p 、克服材料阻力所需的扭矩和自重G的影响。根据图3.5，螺杆上的径向压力p大小相等方向相反，所以他们可以互相抵消。计算中只考虑了 p 对螺杆轴向的影响（即轴向力）。分析可知，螺杆的强度计算是在弯曲、压缩和扭转的综合作用下进行的。一般来说，螺杆根部直径处的承载能力较差，因此可以归结为上述复

39、合应力的影响。下螺杆根部直径截面的强度计算。3.1.3.4 双螺杆的检查对螺钉进行强度校核计算。(1)轴向力引起的压应力(3.3)取螺杆最大轴向压力、螺杆外径，将直径代入式（3.3），得(2)扭矩引起的剪应力(3.4)根据(3.5)对于挤出机，取K = 0.00354 ，取n为螺杆的最大转速，然后计算挤出机驱动功率取传动效率，电机输出功率选用YCT 315-4A电磁调速电机。通过电机调速，可以方便地调节螺杆转速，进而灵活改变运行参数，满足膨化食品生产的控制要求。YCT 315-4A电机如下表3-3所示。表3-3 YCT250-4B电机主要技术参数标称功率（千瓦）输出扭矩（牛米）额定减速速度范围

40、（ r/min ）速度变化率不大于%372321320132 _2.5取挤出机主电机的最大传动功率 ，可由式（3.4）求得螺钉自重G引起的弯曲应力(3.6)L = 1.5 m代入 (3.6)，我们得到( 3 )螺杆复合应力根据材料力学，采用第三强度理论计算塑性材料的合成应力，即(3.7)在公式（3.7）中螺钉材料的许用应力： ，取， ，则所以复合应力螺丝强度足够。3.2机筒设计计算挤出机的挤出系统由螺杆和机筒组成。传热的稳定性和均匀性与其结构形式有关。在设计枪管时，必须考虑枪管结构形式的选择。桶上的喂料口的形式、桶与机头的连接方式、桶的加工等都必须研究。3.2.1筒体结构由于啮合反向旋转平行双

41、螺杆挤出机对机筒要求高，密封性好，机筒一般为整体式，整体式的缺点是机筒过长，加工清洗困难。图 3.6 进料口剖视图3.2.2料口结构设计进料口的结构必须与物料的形状相适应，使被加工的物料可以不间断地从料斗或进料器自由流入螺杆，并能很好地适应各种粉状颗粒和带状物料，如图所示在图 3.6 中。3.2.3料筒材质的选择为节约贵金属，在满足性能要求的前提下，枪管材质为40Cr，表面镀铬，以提高其耐磨性和耐腐蚀性。图 3.7 一体式枪管3.2.4如何连接桶枪管的结构有整体式、分段式等。在本设计中，枪管结构采用整体式。一体式枪管具有长度大、加工要求高的特点；易于保证加工精度和装配精度，也可简化装配工作；筒

42、体上设有外置加热器，不易受限制，筒体受热均匀；更容易输送材料。作为参考，枪管的壁厚为45mm 。桶强度检查被省略。3.3传输系统的简单设计传动系统是挤出机的主要部件之一。螺杆的驱动使螺杆在特定的工艺条件下获得必要的扭矩并匀速旋转，从而完成物料的输送和塑化。3.3.1传动系统设计图 3.8 传动系统示意图挤出机的传动路径初步确定如图3.8所示。3.3.2电机的选择螺杆转速的调节是食品生产的关键操作参数，所以在本次设计中，我们将采用无级调速电机和有级减速机的组合。使用无级调速电机主要是因为它的工作特性曲线与挤出机相似，所以用它作为原动机可以保证较高的功率因数和效率（cos = 0.60.96 ,

43、= 5060% ) ，启动性能好，运行稳定，可以合理使用。为使螺杆获得足够的扭矩，电机转速不宜过低，应控制在1000 r/min左右。采用阶梯式减速器承担大部分传动比即可满足这一要求。为减小机器整体尺寸，使结构紧凑，电机置于下方，减速机由皮带轮驱动。皮带轮不仅可以分担一定的传动比，还能稳定整个系统的传动，起到过载保护的作用。 YCT 315-4A电磁调速电机选用前置电机。3.3.3螺杆推力的传递和拉杆强度的检查螺杆推力的传递是挤出机驱动系统设计中最重要的问题之一。在本设计中，物料压力的传递路径为：一方面，物料对螺杆的推力从螺杆开始，依次通过套筒-联轴器-套筒-轴承支架，传递给螺杆。到传动箱的从

44、动轴，通过止推轴承传到传动箱，传动箱通过拉杆固定在车架上；框架，从而形成一个“封闭的受力系统”。通过以上分析可以看出，物料对螺杆的推力最终通过拉杆传递到机架上，所有的轴向力都作用在拉杆上，这对拉力的强度提出了很高的要求竿。本设计中拉杆螺纹规格为M 30，数量为4，安装时预紧。以下是拉杆抗拉强度的校核计算过程（拉杆视为螺栓，静载荷） 。计算项目计算能力计算结果计算拉杆力从上述计算可知端盖上的最大压力拉杆工作载荷（公式 6.13 ）F = 11350.475。 残余预紧力（见6.3.1章节）拉杆最大拉力（表6.5 ）计算拉杆应力拉杆直径已知， d = 30 mm螺纹段的几何尺寸见手册表5-2 。p

45、 = 3.5mm, H = 0.866 p =3.031mm拉杆危险截面积选择拉杆材质45钢选择拉杆性能等级4.6，然后安全系数Ss = 2.5拉杆许用应力拉杆应力结论： ，拉杆强度足够且安全3.4辅助部件的设计计算3.4.1供料系统设计计算为了向挤出系统连续供应材料，必须在挤出机上安装进料系统。喂料装置的设计是否合适，直接关系到挤出机的产量和产品的质量。 饲养基本要求设备设计根据实际需要和设计的具体条件确定 重力喂料物料在料斗内靠自身重力进入挤压系统，料斗上方设有喂料机，将物料均匀喂入。并且可以控制加料量，满足各种物料的加工需要，避免出现加料不均现象，提高产品质量和产量。3.4.1.1 供料

46、系统的组成图 3.9 供料系统组成示意图在本设计中，上料系统计划采用上料装置上料斗+上料系统+桶装料斗方案，见图3.9。给料系统主要由调速电机和水平螺旋输送机组成。使用螺旋输送机，不仅方便控制和调整进料量，而且在输送的同时对物料进行进一步的搅拌、捏合和混合，保证物料的均匀性和稳定性。3.4.1.2 水平螺旋输送机设计综上所述，本设计将采用螺旋输送的进料方式。设计计算时，首先要确定设计的原始条件，包括输送能力、物料性能、工作环境、布置形式等。3.4.1.3 螺旋直径和转速的测定以下计算参考查表1-15和1-16，得到物料填充系数=0.15，综合特性系数K =0.0710， B =20，倾角系数C

47、 = 1.0（水平，倾角0 ） ，采用皮带面螺旋表面螺旋，则螺距t =D。还已知生产能力G = 0.15 和材料密度，根据公式（1-39）(3.8)由式（3.8）得到螺旋线的D ，我们得到四舍五入到标准直径，取D = 0.09 m(3.9)由公式（3.9）计算极限速度修圆为标准转速，取n = 60 r/min填充因子的检查公式为：(3.10)根据公式（ 3.10 ）检查填充系数由于计算值在推荐值范围内，计算结果合格。3.4.1.4 确定螺旋的主要结构参数图 3.10 螺旋几何如图3.10所示，螺旋的主要结构参数有外径D 、根部直径d 、螺距t 、叶片厚度、螺旋顶部的上升角和根部的上升角。外径D

48、 = 90 mm ，已知。间距t = D = 90 mm取叶片厚度根据(3.11)根直径= 0.0 9 2 - 0.1 5 / (0. 7 15 3.142 0. 0.12823 0.0 9 90 ) 1/2 =0.049m圆形，取d = 50 mm ，然后螺旋角(3.12) (3.13)3.4.1.5 丝杠传动方案的确定为了增强输送和混合效果，本设计采用双螺旋，同向旋转，部分啮合。双螺旋中心距a ( 9+ d) /2= ( 90 +50 ) / 2= 38mm ，取啮合间隙= 2mm ，则a =72mm 。螺杆传动方案如图3.11所示。由于中心距小，对应丝杠上的齿轮直径小，所以用分配齿轮（直

49、径较大）同时带动两个小齿轮，从而带动丝杠转动。为了不影响电机的调速范围，我们在设计中将配电箱的增速比控制在1.5。图 3.11 螺旋进给传动方案3.4.1.6 电机选择加料量的调整是挤压生产过程中一个重要的操作参数。基于此考虑，我们在设计中采用机械无级调速电机驱动螺杆，通过调节转速来改变进给量。所选电机类型为MBW-0.8 Y - 0.7 5- D C5 （ MBN一级齿轮减速） 。其主要技术参数见表3-5。表3-5 MBNW-Y07-0.55-C5电机技术参数额定输入功率输入速度齿轮减速比变速允许输出扭矩0.75kW_ _1500转/分钟540 200r/min4 8 30牛米_3.4.2加

50、热和冷却系统的设计3.4.2.1 加热和冷却系统在挤压理论中，温度控制是挤压过程进行的必要条件之一。设置挤出机加热和冷却系统以确保这一必要条件。加热和冷却装置及其控制系统设计是否合理，将直接关系到挤出机的生产能力、产品质量和能耗。因此，挤出机的加热和冷却系统是挤出机的重要组成部分。3.4.2.2 料筒温度分布对物料的影响机筒温度的分布控制是挤出过程中的关键操作参数。根据对物料流动特性的分析可知，温度对挤出物料的粘度影响很大。随着温度的升高，材料的粘度会降低。在相同产量Q的情况下，当物料粘度减小时，挤出机模头处的压力也会同时减小。机筒温度的升高使物料活性失效，削弱了物料密闭连续释放调料混合的特性

51、，同时也削弱了挤出机的模头压力。因此，我们应该考虑温度和压力对生化反应的影响。料筒温度严格控制和调节，以利于正常反应，保证产品质量。在物料的挤压过程中，开始的机筒温度被加热，使物料和调味料开始吸收，然后进行一个较长的捏合区。此时温度低于48，压力提高到2MPa，促进共混。使材料获得足够的成型力，最后通过模具挤出。3.4.2.3 挤出机加热方式的选择目前，挤出机的加热方式主要有加热介质加热、电阻加热和电感应加热三种常见形式。在本设计中，考虑到筒体壁厚较大（ 45mm） ，可能会出现壁温分布不均、温度滞后等现象，不利于精确控制和调节。因此，料筒的加热方式为电感应加热。电感应加热是一种通过电磁感应在

52、枪管内产生涡流对枪管进行加热的加热方式。图 3.12 显示了电感应加热器的示意图。图 3.12 电感应加热器及示意图硅钢片1 与 主 线圈 5以 一定 间隔 在 筒体 外壁 .当交流电通入主线圈时，产生如图所示方向的磁力线，在硅钢片与筒体之间形成闭合磁环。由于硅钢片的高磁导率，磁力线可以以最小的阻力通过。作为闭环的一部分，枪管的阻力要大得多。闭环中磁力线的频率与交流电源的频率相同。当磁通量发生变化时，会在闭环中产生感应电动势，从而产生二次感应电压和感应电流，即图中所示的环形电流，也称为涡流。涡流在机筒内遇到阻力时会产生热量，从而加热机筒。与电阻丝加热相比，电感应加热具有以下特点：它与加热材料相

53、连，因此预热和加热时间短（约7分钟）。筒体径向的温度梯度很小。2、具有以上特点，该加热器对温度调节比电阻加热更敏感，因此具有更大的温度稳定性，对产品质量非常有利。温度不会超过机筒温度等原因，比电阻加热器更省电（有数据显示可省电30%左右）。在正确冷却和使用的情况下，感应加热器的寿命比较长，其数值见表3-6。表 3-6 感应加热器寿命温度/加热器寿命/ h20045000250300003001100035075003.4.2.4 冷却装置设计由于螺杆的直径不是很大，而且螺杆的扭矩很大，所以在螺杆的中心开一个水管进行冷却，势必会严重削弱螺杆的强度。由于口香糖挤出加工所需的温度不能很高，一般控制在

54、70以下，只有机筒设计才能完全满足要求，所以这种设计只会对机筒进行水冷。在本设计中，冷却水管绕铸成铝块，安装在机筒表面进行冷却。其结构如图 3.13 所示。这种结构的特点是冷却水管也做成了分体式，拆装方便，冷冲击小。由于加热和冷却在设计上相对独立，制造简单。为防止进水管堵塞，可在进水管上加装过滤网。图 3.13 筒式冷却装置3.4.3模具设计3.4.3.1 模板单元设计的基本要求模板设计原则是：熔料的流道非常流畅和流线型，不能有突变，更不能有死角和停滞区；保证模板有足够的压缩比，使材料在模板内形成必要的压力；它结构紧凑，易于加工、制造和组装、拆卸和维护。同时，结构尽量对称，使传热均匀；选材合理

55、。对模板材料的要求：耐腐蚀、耐磨；在模板的压力下有足够的强度和刚度；高温下不变形，模板各部件可根据位置和工作要求选用不同的材料。模板的加工装配要求：模板的装配要求高，各部分的加工因功能而异。因此，选用材料为：38CrMoAl氮化处理。3.4.3.2 模具结构对食品生产的影响分析实验研究表明，模具结构参数K是影响挤出机生产过程的关键结构参数，因为挤出模具孔是对最终挤出压力的抵抗。对于产品而言，挤出机最终产生的模头压力对物料与调味剂的均匀混合，以及调味剂的保质时间有很大影响。 K值主要与挤压模孔的直径和长度有关。由于本设计中模具孔的直径是固定的，因此只考虑了挤压模具孔的长度。长度太长，模头压力P太

56、高，熔体段太长，长度太短，同等产量下压力P高于Small，通过增加产量， P可以增加，但会影响产品特性和挤出机主机的功耗和螺杆的工作状态。3.4.3.3 模具结构根据模板设计原则，熔融物料在挤出时，流道的变化应非常流畅、流线型，不应有突变、无死角或滞流。材料的粘度越大，流道变化的角度越尖锐，同时要保证足够的压缩比，使材料在模板上形成必要的压力。由于每个产品的形状和尺寸不同，本设计的出模口设计为宽5mm长6cm的长方形。图 3.14 模头结构示意图为了保证足够的反应时间，料筒在出口处加长，以延长胶基面团熔体在熔化段的停留时间。加长方式及模具结构见图3.14。由于模头处的压力较高，因此要求模头端盖

57、具有足够的强度和刚度，以及耐磨性和耐腐蚀性。本设计中端盖材质为40Cr ，调质HRC2832 。 .3.4.4润滑油的选择3.4.4.1 滚动轴承的润滑合理的润滑对于提高轴承性能、延长轴承使用寿命具有重要意义。滚动轴承的润滑方式可根据速度因子值进行选择，参考文献14的表18.17 。本设计中，dn=4040=1600 mm r/min ，故采用脂润滑。根据大负荷、低速、高温等工况，本设计采用钙钠基润滑脂（ZBE 36001-88） ，代号ZGN-2 。推力球轴承采用顶部进油，由分油器强制润滑。润滑油等级与齿轮传动相同。3.5双螺杆挤出机辅助系统设计3.5.1加药系统定量加料系统由电机、减速箱、

58、加料螺杆和加料斗组成。进料螺杆实行无级调速，螺杆转速取决于双螺杆转速。也就是说，它随着双螺杆转速的增加而增加。一旦建立平衡，进料螺杆的进料量就等于挤出量，也就是工作量。进料螺杆和挤出螺杆可实现同步调速，速度可直接从仪表显示。将30号油加入齿轮箱进行润滑。此外，CJ-3磁力架附在进料斗上，可有效防止钢螺杆和铁屑与塑料原料混入挤出机螺杆。防止螺钉损坏环。3.5.2恒温系统恒温系统由安装在机身内的油箱、电动机高温齿轮泵、电加热器和水冷却器组成。该部分可用于根据设定温度对螺杆进行加热或冷却。冷车行驶时，引入的高温油起到加热螺杆的作用。工作一段时间后，由于塑料的混合和剪切，螺杆的温度不断升高。为了不使螺

59、杆过热，此时高温油起到冷却螺杆的作用。通过该装置可以使塑化温度均匀，物料不易分解，从而提高塑料制品的质量。该部分的油温可以自动控制和检测。它的温度值可以显示在仪表上。油箱油质采用250苄基硅油，并配有液位报警装置。3.5.3冷却系统冷却系统由安装在机身上的环形油箱、电动机和水冷却器组成。这部分的主要作用是对枪管进行冷却，与枪管上的电热圈配套使用。冷却油的通断由电磁阀控制。该部分装有两个电磁阀，分别控制枪管第二段（第二段和第三段）的冷却。这部分实现了自动热电偶控制。油箱油质采用250苄基硅油。3.5.4真空排气系统真空排气系统由水环真空泵、粉末气体分离器、电磁阀和连接管路组成。在材料的挤出塑化过

60、程中，常会夹带空气、吸附的水分和成型温度下产生的挥发物。这些混合气体混合在材料中。如果不及时排出，会影响塑料制品的质量，制品表面和部位会出现气孔、气泡、伤痕。该系统的作用是通过水环真空泵将桶体排气口中的混合气体吸出并排放到外部，从而保证产品的质量。真空度可通过旋塞阀调节，一般可控制在-0.075MPa以下，或根据挤出工艺要求选择。该系统还在真空泵的进水管上装有电磁阀。它的作用是在真空泵工作时打开阀门。当真空泵停止工作时，阀门关闭，可通过旋塞阀调节进水量。3.5.5电气控制系统电控部分由直流调速和加热控制系统两部分组成，分别组装在机身一侧的电控箱内。主螺杆电机和进料螺杆电机调速范围宽，调速精度高