双螺杆膨化挤出机的设计

1、安 徽 农 业 大 学 毕 业 论 文（设计）论文题目 双螺杆膨化挤出机的设计 姓 名 学 号 05110013 院 系 工 学 院 专 业 机械设计制造及其自动化 指导教师 职 称 教 授 中国合肥二oo九 年 六 月目 次 TOC o 1-4 h z u HYPERLINK l _Toc232489865 1引言 PAGEREF _Toc232489865 h 1 HYPERLINK l _Toc232489866 2工作原理和工作图 PAGEREF _Toc232489866 h 1 HYPERLINK l _Toc232489867 2.1 工作原理 PAGEREF _Toc23248

2、9867 h 1 HYPERLINK l _Toc232489868 2.2 结构工作图 PAGEREF _Toc232489868 h 2 HYPERLINK l _Toc232489869 3螺杆和机筒的设计 PAGEREF _Toc232489869 h 2 HYPERLINK l _Toc232489870 3.1 螺杆直径和驱动功率P PAGEREF _Toc232489870 h 2 HYPERLINK l _Toc232489871 3.1.1 螺杆直径的确定 PAGEREF _Toc232489871 h 2 HYPERLINK l _Toc232489872 3.1.2 驱动

3、功率P的确定 PAGEREF _Toc232489872 h 3 HYPERLINK l _Toc232489873 3.1.3 中心距A PAGEREF _Toc232489873 h 3 HYPERLINK l _Toc232489874 3.2 螺杆各段主要参数的确定 PAGEREF _Toc232489874 h 3 HYPERLINK l _Toc232489875 3.2.1 加料段的确定 PAGEREF _Toc232489875 h 3 HYPERLINK l _Toc232489876 3.2.2 压缩段 PAGEREF _Toc232489876 h 3 HYPERLINK

4、 l _Toc232489877 3.2.3 均化段 PAGEREF _Toc232489877 h 3 HYPERLINK l _Toc232489878 3.3 螺纹形状的确定 PAGEREF _Toc232489878 h 4 HYPERLINK l _Toc232489879 3.4 螺杆的螺纹头数及结构 PAGEREF _Toc232489879 h 4 HYPERLINK l _Toc232489880 4机筒结构设计和搅拌设备结构设计 PAGEREF _Toc232489880 h 4 HYPERLINK l _Toc232489881 4.1 机筒和加料口的设计 PAGEREF

5、 _Toc232489881 h 4 HYPERLINK l _Toc232489882 4.1.1 机筒的设计 PAGEREF _Toc232489882 h 4 HYPERLINK l _Toc232489883 4.1.2 加料口的设计 PAGEREF _Toc232489883 h 5 HYPERLINK l _Toc232489884 机筒与机头的连接形式 PAGEREF _Toc232489884 h 5 HYPERLINK l _Toc232489885 4.2 螺旋搅拌混合送料调节装置的设计 PAGEREF _Toc232489885 h 5 HYPERLINK l _Toc2

6、32489886 4.2.1 螺旋加料装置 PAGEREF _Toc232489886 h 5 HYPERLINK l _Toc232489887 4.2.2 搅拌容器的设计和选用 PAGEREF _Toc232489887 h 6 HYPERLINK l _Toc232489888 5加热与冷却装置的设计 PAGEREF _Toc232489888 h 6 HYPERLINK l _Toc232489889 5.1 挤出机的加热系统 PAGEREF _Toc232489889 h 6 HYPERLINK l _Toc232489890 5.2 挤出机的冷却系统 PAGEREF _Toc232

7、489890 h 7 HYPERLINK l _Toc232489891 6 传动装置的设计 PAGEREF _Toc232489891 h 7 HYPERLINK l _Toc232489892 电动机的选择 PAGEREF _Toc232489892 h 7 HYPERLINK l _Toc232489893 6.2 确定传动装置的总传动比和分配传动比 PAGEREF _Toc232489893 h 8 HYPERLINK l _Toc232489894 6.2.1 传动装置的总传动比 PAGEREF _Toc232489894 h 8 HYPERLINK l _Toc232489895

8、6.2.2 分配传动装置传动比 PAGEREF _Toc232489895 h 8 HYPERLINK l _Toc232489896 6.2.3 计算传动装置的运动和动力参数 PAGEREF _Toc232489896 h 8 HYPERLINK l _Toc232489897 各轴转速 PAGEREF _Toc232489897 h 8 HYPERLINK l _Toc232489898 6.2.5 各轴的输入功率 PAGEREF _Toc232489898 h 8 HYPERLINK l _Toc232489899 6.2.6 各轴输入转矩 PAGEREF _Toc232489899 h

9、 8 HYPERLINK l _Toc232489900 6.3 传动零件的设计 PAGEREF _Toc232489900 h 9 HYPERLINK l _Toc232489901 6.3.1 联轴器 PAGEREF _Toc232489901 h 9 HYPERLINK l _Toc232489902 6.3.2 齿轮传动的设计 PAGEREF _Toc232489902 h 9 HYPERLINK l _Toc232489903 6.3.3 轴的设计 PAGEREF _Toc232489903 h 18 HYPERLINK l _Toc232489904 6.4 平衡块的选择 PAGE

10、REF _Toc232489904 h 28 HYPERLINK l _Toc232489905 6.5 润滑及密封 PAGEREF _Toc232489905 h 28 HYPERLINK l _Toc232489906 6.5.1 齿轮的润滑 PAGEREF _Toc232489906 h 28 HYPERLINK l _Toc232489907 6.5.2 滚动轴承的润滑 PAGEREF _Toc232489907 h 28 HYPERLINK l _Toc232489908 6.5.3 轴外伸处的密封 PAGEREF _Toc232489908 h 28 HYPERLINK l _To

11、c232489909 结论 PAGEREF _Toc232489909 h 29 HYPERLINK l _Toc232489910 致谢 PAGEREF _Toc232489910 h 29 HYPERLINK l _Toc232489911 参考文献 PAGEREF _Toc232489911 h 30外文摘要 HYPERLINK l _Toc232489912 PAGEREF _Toc232489912 h 30双螺杆膨化挤出机的设计 指导老师：安徽农业大学工学院 05机械设计制造及其自动化 合肥 230036摘要：双螺杆挤出机的应用现今非常广泛，因此它成为人们研究的焦点。双螺杆挤出机是

12、为解决单螺杆挤出机的局限性而逐步发展起来的，本文设计一种用于玉米等食品膨化的双螺杆挤出机，该机很容易加入颗粒等物料，物料在机筒内停留时间短，膨化、混合效果优良，排气、自排性能好，比功率消耗低。由于该机的综合性能优良，所以在我国应用相当普遍。本文主要介绍了双螺杆挤出机的工作原理及组成结构，确定了该机的传动类型，进而对整体设计方案的确定，主要阐述了传动系统的设计，加热冷却系统的设计，整体结构的设计，主要构件的设计等。另给出了工作原理图，主要零件工作图以及该机的装配图等。关键词：双螺杆 挤出机 加料 传动引言为了适应混合工艺的要求，双螺杆挤出机自1935年问世后，随着现代制造业和先进材料的高速发展，

13、经过半个多世纪的不断改进和完善，也得到了长足的发展，从国内外的研究情况来看，大量的文献资料表明到目前为止，有关双螺杆挤出机的理论研究与实验研究已经达到成熟。在双螺杆挤出机的设计中，追求的目标总的说来是在实现规定的螺杆转数（范围）、螺杆旋转方向、扭矩均匀分配、轴承合理布置的前提下，通过传动方案的确定和结构设计，采取措施，降低齿轮载荷，抵消和减小传动齿轮的径向载荷，传递更大的功率（扭矩）和轴向力，提高轴承的寿命，装配维修方便。设计加工的难度在于螺杆中心距限定的狭小空间。因而必须调动一切可能的手段，寻找特殊的结构形式、材料和热处理工艺来实现上述总目标。为此，本文主要针对双螺杆食品膨化挤出机的设计，从

14、而对双螺杆挤出机的工作原理，结构性能以及传动特点有更深的认识。工作原理和工作图2.1 工作原理 物料在螺杆1和螺杆2啮合形成的压力差作用下，由螺杆1向螺杆2螺槽移，在螺杆2的C型空间内形成新的物料段，接着又在螺杆2的推力下于螺杆2和螺杆1的啮合区向螺杆1转移，从宏观上看，熟化的物料围绕杆2和螺杆1形成8字型螺旋向前运动，原料在来自机筒的热和物料间摩热的作用下熟化后，以正流和逆流的组合形态流动。与此同时，不可忽略螺杆挤压机中的漏流。2.2 结构工作图由已知螺杆的转速、轴径及输出功率，且是双螺杆同向旋转，可先选择传动方案，为了使传动箱的结构更加紧凑，采用扭转部分和减速部分一体式结构，整个传动方案为

15、：电动机输出的功经过二级减速传到轴3，轴3上的功一部分直接传给一根螺杆，一部分经轴4传给轴5传到另一根螺杆。由已知条件及所选的零件，通过机械传动和摩擦副的效率值选择电动机，由电动机的转速初步确定总传动比。因为两螺杆的旋转方向、转速、轴径都一样，故轴3和轴5的旋转方向、转速也一样，这样可确定齿轮1，2及齿轮3，4的传动比，应此可以确定轴1，2，3的转速、功率及转矩。因为要保证轴3，4，5间的关系，故先将齿轮5，6的传动比取为4，因此齿轮7，8的传动比为0.25。这样可以确定轴4，5的转速、功率和转矩。经过计算，可确定传动箱内的齿轮尺寸、轴的结构及其它的零件，传动原理图如图2-1所示。图2-1 运

16、动原理图18为圆柱斜齿轮 9、10为平衡块 螺杆和机筒的设计3.1 螺杆直径和驱动功率P 螺杆直径的确定根据任务参数Q=120150Kg/h,螺杆最高转速n=100r/min由经验公式。=0.0030.007，取=0.005，求出=56mm由表3-27，JB/T5420-2001同向旋转双螺杆挤出机的基本参数选=57mm 驱动功率P的确定根据经验公式对一般挤出机k=0.008,代入数字得P=26KW由表3-27，JB/T5420-2001同向旋转双螺杆挤出机的基本参数选电动机所需 率为=30KW螺杆的长径比L/=2130，取L/=25则L=2557=1425mm 中心距A1）代入数字取A=48

17、mm3.2 螺杆各段主要参数的确定 加料段的确定为了方便加工，通常整条螺杆的螺纹升程=，螺纹升角由经验公式取=20%L=20%1425=285mm3.2.2 压缩段压缩比i=由于螺杆三段的螺纹升程相等，螺棱宽度也相等，故压缩比i=，一般i=15，取i=4。根据经验，压缩段长度=60%L=60%1425=855 mm 均化段均化段的主要参数是和浅的对物料的剪切作用很大，有利于物料进一步的均化，但也不能太浅，一般情况下=（0.0250.06），取=2.3 mm所以加料段的螺纹深=7.6 mm=（20%25%）L=285 mm图3-1螺杆的各部位几何尺寸及代号3.3 螺纹形状的确定采用锯齿形断面，矩

18、尺形截面螺棱的后缘面有较大的倾角（一般=10）且过度圆角R较大，有利于物料的流动，同时有较好的混合和均化作用，避免了涡流现象。如图3-2所示=0.51r=(1/1/3)HR=(12)re=(0.08012) (在保证螺棱强度的条件下，e值取小点) 图3-2螺杆螺纹形状3.4 螺杆的螺纹头数及结构根据经验为了避免进料不均匀，采用单头螺纹，为了得到更好的挤出质量，要求物料尽可能平稳的从螺杆进入机头，螺杆末端采用锥形结构，螺杆周围的压力均匀分布，使挤压压力逐渐增加，并避免脉动现象，现设计螺杆头部结构如图3-3。 图3-3螺杆头部结构 机筒结构设计和搅拌设备结构设计4.1 机筒和加料口的设计也是在高压

19、，高温，严重磨损，有一定腐蚀的条件下工作的。机筒上还需要设置加热冷却系统和安装机头，根据我国生产的挤出机机筒壁厚经验值及螺杆直径，机筒和螺杆共同完成对物料的输送，熔融和定压定量挤出。和螺杆一样机筒取壁厚为25。411 机筒的设计整体式机筒是在整体坯料上加工出来的，它有长度大，加工要求高，在加工精度和装配精度上容易得到保证，装配简单，在机镗上设置外加热器不易受到限制，机镗受热均匀等特点。如图4-1。 图4-1整体式机筒 图4-2加料口结构图412 加料口的设计加料口的结构形式很多为了使物料能从料斗或加料器中自由的，高效的加入机筒，把加料口做成如图4-2形式。 机筒与机头的连接形式机筒与机头的连接

20、形式采用螺钉连接，此种形式虽然装拆机头慢，但结构简单，应用比较方便。如图4-3所示。机头处的分流板，可使物料由旋转运动变为直线运动物料的流动更加均匀一致。其结构如图4-4示。 图4-3机筒与机头的连接形式 图4-4 分流板 4.2 螺旋搅拌混合送料调节装置的设计 4.2.1 螺旋加料装置 加料方式分为重力和强制加料两种，设计如图4-5所示螺旋强制加料器，加料螺旋是由挤出机螺杆通过锥齿轮驱动的，这样加料器转速可与螺杆转速相适应。这种装置能使物料均匀的进入螺杆，避免产生加料口的“架桥”现象，能够提高产品质量。（搅拌与混合设备实际选用手册，P108-12 搅拌容器的设计和选用根据所需可选用900无折

21、边锥底，可拆盖立式钢制搅拌器1）搅拌容积的确定间歇式操作时，每台搅拌器的容积可根图4-5 螺旋加料装置示意图 1料斗 2螺旋据经验公式一般=0.1，2）容器装液高径比L/D的确定：3）筒体内径和高度的确定：由公式，查表6-3，D=600mm,H=520mm4）锥底螺带式搅拌器主要参数的确定如图4-6所示，查表5-20搅拌与混合设备设计选用手册取搅拌容器的公称直径d=50mm,=380mm,=100mm,=18mm,h=380mm，查表6-5，取传动装置中小锥齿轮的额定功率为4KW，搅拌轴的转速取80 r/min，查表6-7， 筒体盖管口公称直径放料口取65 mm。图4-6 锥底螺带式搅拌器结构

22、加热与冷却装置的设计5.1 挤出机的加热系统挤出机的加热方法有三种：热载体加热、电阻加热和电感应加热。近年来，一般采用了铸铝加热器，其结构如图，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。它有体积小，装设方便及加热温度较高的优点，又降低了成本而且还有很好的防氧化，防潮等性能，提高了加热器的寿命，热传递效果也比较好。铸铝加热器的最大加热温度为3503700C。根据经验公式，一般A=34w/cm2 图5-1铸铝加热器1钢管 2接线头 3电阻丝 4氧化镁粉 5铸铝5.2 挤出机的冷却系统 挤出机的冷却分为风冷和水冷两种。两者进行比较，水冷的速度快，体积成本低，

23、噪声低，但容易造成急冷，从而影响物料的稳定性，如果密封不好还会出现漏水现象。根据要求，设计如图5-2所示的水冷却装置结构，是在筒的表面车出螺沟，然后缠上冷却水管。螺杆冷却的主要目的是为了有利于加料段物料的输送，同时也防止物料在均化段因过热而分解，有利于排气。因此螺杆的冷却道一般是通到 均化段，如图5-3所示。（冲压与塑料成型机械，P136-139）图5-2 冷却装置结构图 图5-3 冷却系统1铸铝加热器 2冷却水管 6 传动装置的设计 由螺杆所需的驱动功率PW=26kw及电动机所需功率30KW，可选择电动机型号为Y225-4，Ped=37kw，同步转速nN=1500r/min,满载转速nm =

24、1480r/min，最大转矩Tmax=2.2N.m，m=248Kg6.2 确定传动装置的总传动比和分配传动比621 传动装置的总传动比由公式ia=622 分配传动装置传动比由于总传动比为各级传动比的乘积,即Ia=i12i23，取高速级传动比i12=23即i12=，i23=所得i值符合一般圆柱齿轮传动和两级圆柱齿轮减速器传动比的常用范围。注：以上传动比的分配只是初步的，传动装置的实际传动比必须符合各级传动零件的参数，即齿轮齿数等确定后计算实际总传动比一般传动比的实际值与设计要求值得允许误差为3%5%。为了结构需求轴3到轴4的传动比选择为4,轴4到轴5的传动比为0.25。623 计算传动装置的运动

25、和动力参数i12，i23，i34，i45为相邻两轴间的传动比；01，12，23，34为相邻两轴间的传动效率；PI，PII，PIII，PIV，PV为各轴的输入功率（kw）;TI，TII，TIII，TIV，TV为各轴的输入转矩（Nm）；nI，nII，nIII，nIV，nV为各轴的转速（r/min）；其中电动机输出轴为轴1，减速轴为轴2，低速轴为轴3，中间转换轴为轴4，另一输出螺杆轴为轴5各轴转速nI=nm=1480 r/min nII= nI/ i12=1480/=325.27 r/minnIII = nV = nII / i34=/= r/min nIV= nIII/ i34=/4= r/min

26、625 各轴的输入功率=300.98=29.4 kw0.98=28.2 kw0.98=27.1 kw0.98=26 kw=26626 各轴输入转矩Td=9550Pd/ nm=9550=829=829=4=15轴的输出功率和输出转矩分别为各轴的输入功率和输入转矩乘以轴承效率0.98，例如：1轴的输出功率P=P0.98=28.8 KW，输出转矩T=T0.98=189.92 N.m，其余类推。运动和动力参数的计算结果加以汇总列出表格如下：表6-1运动和动力参数结果轴名效率P(kw)转矩T(Nm)转速nr/min传动比i效率输入输出输入输出电动机301480轴1480轴829轴264轴26V轴6.3

27、传动零件的设计6.3.1 联轴器选用弹性柱销联轴器，此联轴器结构简单，制造容易，装拆更换弹性元件方便，有微量补偿两轴线偏移和缓冲吸振能力，主要用于载荷平稳，启动频繁，对缓冲要求不高的中、低速轴系传动。 齿轮传动的设计由已知条件知，为了使传动平稳并具有较高的承载能力，因此采用斜齿轮，由传动比i12=，i23=，高速轴的转速n1=1480 r/min传递功率为29.4 KW及减速轴2的转速为325.27 r/min，传递功率为28.2 KW。结构尺寸无特殊限制，故采用软齿面，现计算齿轮传动，齿轮基本形状如图2 。齿轮1、2的结构尺寸计算1）选择材料及确定许用应力 为了增加小齿轮的硬度，小齿轮选用调

28、制处理，为了简化大齿轮的热处理工艺，大齿轮选用正火处理，因此：小齿轮用45钢，调制，齿面硬度为240HB大齿轮用45钢，正火，齿面硬度为190HB查表：取接触疲劳极限Hlim1=760MPa；Hlim2=680MP 所以：H1Hlim1=684MPa；H2Hlim2=612MPa2）初步计算小齿轮直径d1已知转矩T1=查表选齿宽系数d 查表选Ad值，估计12=15所以取Ad为82则： d1Ad= 取d1=70初步计算齿宽b=d d1=703）校核计算 圆周速度v m/s齿数z 模数m 取 =4.55螺旋角 查表 12.3 取 表 12.6 9级精度使用系数 表12.9 动载系数 图12.9 齿

29、间载荷分配系数 N N/mm 100 N/mm查表取KHa=KFa齿间载荷分布系数KH 由表：KH=A+B1+0.6（b/d）（b/d）+C10-3b所以经计算 KH68 载荷系数K: K=KAKVKHaKH=2.71 查表取弹性系数ZE ZE 由图取节点区域系数ZH ZH 重合度系数Z： 因为： =1.88-3.2（1/Z+1/Z）cos=1.63=bsin/mn=1.71所以： Z= Z=0.81 螺旋角系数：Z= 84）齿根弯曲疲劳强度验算齿形系数YFa Zv1=Z1/cos=22 Zv2=Z2/cos=101由图取 YFa1=2.62; YFa2应力修正系数Ysa 由图取为：Ysa1=

30、1.58; Ysa2重合度系数Y：=1.88-3.2（1/Zv+1/Zv）cos4Y=0.71螺旋角系数Y： Ymin=0.57所以Y=1-/120=0.79Ymin Y=0.79齿向载荷分布系数KF： 因为b/h=703.5)= 则KF载荷系数K： K= KAKVKFaKF查表取弯曲疲劳极限 =680MPa； =580MPa 所以： =/1.35=516.8MPa；=验算： =254MPa =/=234.35MPa5）确定传动主要尺寸中心距a=d(i12+1)/2=194mm实际分度圆直径：d1=70；d=i12d1=319齿宽：b1=70； b= b1-5=65齿顶圆直径：da1= d+2

31、ha=70+7=77 da2= d+2ha=319+7=326齿根圆直径：df1= d-2hf=70-9=61 df2= d-2hf=319-9=310齿轮3、4的结构尺寸计算1）选择材料及确定许用应力为了增加小齿轮的硬度，小齿轮选用调制处理，为了简化大齿轮的热处理工艺，大齿轮选用正火处理，因此：小齿轮用45钢，调制，齿面硬度为240HB大齿轮用45钢，正火，齿面硬度为190HB查表：取接触疲劳极限Hlim3=760MPa；Hlim4=680MPa所以，H3Hlim3=684MPa；H4Hlim4=612MPa2）初步计算小齿轮直径d3已知转矩T=829N.m，查表选齿宽系数d查表选Ad值，估

32、计34=15所以取Ad为80所以：dAd= 取d=110初步计算齿宽b=d d=1103）校核计算圆周速度v=1.87m/s齿数Z、模数m和螺旋角：取Z3=36，Z4= Z3i34=117，所以mt34=110/36=3.06 由表取mn34=则=arccos查表取使用系数KA 取KA查图取动载系数KV 取KV齿间载荷分配系数KHa：先求Ft=15072.73N=205.54N/mm100N/mm所以查表取KHa=KFa齿间载荷分布系数KH 由表：KH=A+B1+0.6（b/d3）（b/d3）+C10-3b选取A=1.09 B=0.16 C=0.31 所以经计算KH载荷系数K: K=KAKVK

33、HaKH查表取弹性系数ZE： ZE由图取节点区域系数ZH： ZH重合度系数Z：因为=1.88-3.2（1/Z+1/Z）cos =bsin/mn34所以Z= 因为1 则取=1 则：Z=0.77 螺旋角系数Z= 4）齿根弯曲疲劳强度验算齿形系数YFa： Zv3=Z3/cos=40 Zv4=Z4/cos=130由图取 YFa3=2.5 YFa4应力修正系数Ysa： 由图取为：Ysa3=1.64 Ysa4重合度系数Y：=1.88-3.2（1/Zv+1/Zv）cosY螺旋角系数Y： Ymin所以： Y=1-/120=0.93Ymin Y齿向载荷分布系数KF： 3.25)=17.48 则KF载荷系数K：

34、K= KAKVKFaKF查表取弯曲疲劳极限 =680MPa =580MPa 所以：=/1.35=516.8MPa =验算： =191.3MPa =/=175.2MPa5）确定传动主要尺寸中心距a=d3 (i34+1)/2=234mm实际分度圆直径d3=110 d4=i34d3=358齿宽：b3=110 b4= b3-5=105齿顶圆直径：=d3+2ha=110+6=116 =d4+2ha=358+6=364齿根圆直径：= d3-2hf=110-8=102 = d4-2hf=358-8=350齿轮7、8的结构尺寸计算1）选择材料及确定许用应力齿轮8采用20CrMnTi，渗碳淬火，齿面硬度为59H

35、RC；齿轮7采用40Cr，调质，齿面硬度为59HRC。查表取 Hlim7=Hlim8=1440MPa 取SH故: H7= H8=1440/1.2=1200MPa查表取Flim7=Flim8=370MPa 取SF故： F7= F8Flim/1.5=173MPa2）初步计算齿轮尺寸初步选螺旋角=13，已知i=0.25，故取齿数Z=17，Z=68,齿轮选用8级精度。取动载荷系数K=1.3 齿宽系数齿形系数： Zv=17/cos13=18.38 Zv=68/ cos13查表取YF8=2.88 YF7因为 YF8/ F8F7/F7即：YF8/ F8YF7/F7 故将YF8/ F8代入下式计算：mn78查

36、表取mn78所以中心距： a= mn78(Z7+Z8)/2cos=119 取a=120 确定螺旋角： =arccos 齿宽b=a a=72 取b=b=72 b=72+5=773）验算齿面接触强度H=305 =1176.36H7所以所选齿轮强度满足要求。4）计算齿轮基本尺寸 分度圆直径d=mn78Z/cos=192 d=mn78Z/cos=48 齿顶圆直径da=d+2ha=192+5.6=197.6 da=d+2ha=48+5.6=53.6 齿根圆直径df=d-2hf=192-7=185 df=d-2hf=48-7=41齿轮5、6的机构尺寸计算1）计算齿轮尺寸 由已知条件知：a=a+A=120+

37、48=168 又因为a= 所以取Z=20，Z=80，=15，则mn56= =3.25，由表取mn56=3.5 所以: =arccos =16.26取齿宽系数a=0.8 所以：b168=135 b=135+5=1402）选择材料及许用应力 小齿轮5用45钢，调质，齿面硬度为220HB 大齿轮6用45钢，正火，齿面硬度为190HB 查表取：Hlim5=555MPa；Hlim6=530MPa查表取SH=1.1 所以：H5= Hlim5/SH=505MPa H6= Hlim6/SH=482MPa 由图取： Flim5=490MPa；Flim6=380MPa，查表取SF=1.35 故： F5= Flim

38、5/SF=362.9MPa；F6= Flim6/SF=280MPa3）验算齿面接触强度 齿轮按8级精度制造，载荷系数K=1.4（按中等载荷，中等冲击），齿宽系数取a=0.8。 小齿轮5上的转矩T=9550=1所以: =156.8172因此满足齿面接触强度要求。4）验算齿轮弯曲强度 齿形系数： Zv=Z/cos=23Zv=Z/cos=90由图得齿形系数 YF5=2.75 YF6 按最小齿宽b=135计算 F5= =223.9F5F6=F5 YF6/ YF5=179.12F65）算齿轮的圆周速度及齿顶圆直径和齿根圆直径V= V= =/s 分度圆直径: d=Zmn56/cos=73d=Zmn56/c

39、os=263 齿顶圆直径: da=d+2ha=73+7=80da=d+2ha=263+7=270 齿根圆直径 df=d-2ha=73-9=64df=d-2ha=263-9=2546.3.3 轴的设计轴1的设计1）选择材料45等优质中碳钢，因具有较高的综合机械性能，应用较多，故可取45调质钢。2）初步计算轴的直径（如图6-1）图6-1dC P为轴1的输出功率; n轴1的转d速d114=36为了弥补键槽对轴的削弱作用，将轴径加大5%。所以：d=（1+5%）6=3 取d=35d=d-5=30d=2（0.070.1）d+ d= 取d=40d=253）选择轴上零件 eq oac(,1)两端轴承的选择一般

40、情况下，考虑简化结构，可取同一型号，试选代号为6206深沟球轴承，d=30，D=62，b=16。 eq oac(,2)轴上套筒的选择套筒的内径为30，长度为14和8.54）轴的结构计算 eq oac(,1)计算各段轴长L=40 L=70-2=68（70为齿宽） L=24 L=290 L=70 L=582 eq oac(,2)轴上键槽尺寸由轴上齿宽确定键槽长度为60，由轴径取键槽宽度为10。轴2的设计1）选择材料45等优质中碳钢，因具有较高的综合机械性能，应用较多，故可取45调质钢。2）初步计算轴的直径（如图6-2）图6-2d (P=MPa，n=r/min)d=114=为了弥补键槽对轴的削弱作用

41、，将轴径加大5%。d=（1+5%）5=5 取d=55 d=d-5=50d=2(0.070.10)d+d=653）轴上零件的选择 eq oac(,1)轴两端轴承的选择 为了简化结构，选用同一型号的轴承，轴承为6210型号的深沟球轴承，d=50,D=90,b=20。 eq oac(,2)轴上套筒的选择套筒的内径为50，长度为18.5。4）轴的结构尺寸计算 eq oac(,1)计算各段轴长 L=43 L=65-2=63（65为齿宽） L=187 L=110-2=108 L=444 eq oac(,2)轴上键槽尺寸 由轴径取键槽宽度为16；由轴上齿宽确定键槽1长度为54，键槽2长度为100。轴3的设计

42、1）选择材料45等优质中碳钢，因具有较高的综合机械性能，应用较多，故可取45调质钢。图6-32）初步计算轴的直径（从右向左如图6-3）d (P=MPa，n=1r/min)d=114=为了弥补键槽对轴的削弱作用，将轴径加大5%。则d=（1+5%）=，取d=63。经计算分析及各零件尺寸的选择综合取各段的轴径为： d=45 d=70 d=65轴中d段为齿轴一体故： d=73 d=d=45因为结构关系d在满足强度的条件下取直径为： d=303）轴上零件的选择 eq oac(,1)轴两端轴承的选择 为了简化结构，选用同一型号的轴承，轴承为30209型号的圆锥滚子轴承，d=45,D=85,B=19,T=，

43、C=16。 eq oac(,2)轴上套筒的选择 套筒的内径为45，长度为16和21。4）轴的结构尺寸计算 eq oac(,1)计算各段轴长（从右向左） L=168 L=105-2=103 L=113 L=16 L=140 L=96 L=332 eq oac(,2)轴上键槽尺寸 由轴径为65取键槽宽度为18；由轴上齿宽确定键槽长度为92。由轴径为45取键槽宽度为14；由平衡块的宽度取槽的槽长为70。花键的规格为：626336，键长为85。5）轴的校核 eq oac(,1)绘制轴的空间受力简图图（a）为了简化计算采用如下假设： eq oac(,1)轴上所受的外力为集中载荷； eq oac(,2)轴

44、及轴上零件的重量略去不计； eq oac(,3)将轴承视为铰链，支座位置在轴承宽度的中央。 eq oac(,2)计算齿轮受力已知齿轮4的螺旋角、直径d=358mm； 齿轮5的螺旋角=16.26、直径d=73mm。齿轮4的受力： 转矩：T=Nm 圆周力：Ft=2Td =17750N 径向力：Fr=Fttanacos =6697N 轴向力：Fa=Fttan=4849N齿轮5的受力： 因为Fa-Fa=0 所以Fa=4849N 圆周力：Ft=Fatan =16734N 径向力：Fr=Fttanacos =6602N eq oac(,3)计算支撑反力水平面受力：绘制水平面的受力简图 图(b)由My=0F

45、yD=5680NFyA= =5003N垂直面受力：绘制垂直面受力简图图(c)由Mx=0FxD= =10554NFXA= =-9538N eq oac(,4)画轴弯矩图 绘水平面弯矩图图(d)MBH左=FyA98=490292NmmMBH= FyA98+Fad/2=657585NmmMCH右=FyD86=488480 NmmMCH=FyD86-Fad/2=-197653.5 Nmm绘垂直面的弯矩图图(e)MBV=FxA98=934724 NmmMCV=FxD86=-907644 Nmm绘合成弯矩图图(f)MB左= =105508 NmmMB= =1142859 NmmMC右= =1030743

46、NmmMC= =1061368 Nmm计算轴传递的转矩图T 由T=T+Tm绘转矩图图(g) eq oac(,5)许用应力及当量弯矩图用插值法查得：_0b需许用应力值：_b=60MPa应力核正系数：a=_b_0b当量转矩：At3769050=2223729.5 Nmm当量弯矩： MB= =2500229 Nmm MC= =2464045Nmm绘当量弯矩图图(h) eq oac(,6)校核轴径齿轮5的齿根直径df5=64mm安装齿轮4的轴径为63mm轴径： dB= =35mm df5 dc= =63mm综上所述可知轴径满足强度要求。 eq oac(,7)轴承的校核 查手册30209轴承主要性能：C

47、r=67.8KN,C0r=83.5KN,e=0.55,x=1, X0，Y0=0.6。附加轴向力：Fs1= Fr1/2Y 且Y=1.23 ，所以Fs1= =2309NFs2= Fr2/2Y= =2034N 轴向力：因为Fs1Fs2，所以轴承1被压紧故Fa1= Fs1=2309N，Fa2= Fs2=2034N X,Y值： = =0.41e 查表 X1=1 Y1=0 = =0.407e 查表 X2=1 Y2=0 冲击载荷系数fd：考虑中等冲击查表取：fd 当量动载荷：P=fd（X1+ Y1 ）=8250N P2=fd（X22+ Y2 当量动载荷 P0r1=X+Y P0r1=Fr=5680两者取大：P

48、0r1=5680N P0r2= X+Y P0r2=Fr=5003两者取大：P0r2=5003N安全系数S：正常使用滚子轴承，因此查表得：S=计算额定静载荷：Cn=SPr5680=14200(因为：Pr1Pr2，只计算轴承1。许用转速验算：载荷系数f =0.122 查表 f =0.111 查表 f轴承分布系数f = =0.41 查表 f =0.41 查表 f许用转速 N= f fN N= f fN所以N，N都大于正常转速120r/min,则轴承满足要求。轴4的设计1）选择材料 45等优质中碳钢，因具有较高的综合机械性能，应用较多，故可取45调质钢。2）初步计算轴的直径（从左向右如图6-5）图6-

49、5d (P=26MPa，n=r/min) d=114=为了弥补键槽对轴的消弱作用，将轴径加大5%。 d=（1+5%）= 取d=122 d=110d=100 d=2（0.070.1）d+ d=130 d = d=122 d = d=110d = d=1003）轴上零件的选择 eq oac(,1)轴两端轴承的选择 为了简化结构，选用同一型号的轴承，轴承为6020型号的深沟球轴承，d=100,D=150,B=24。 eq oac(,2)轴上套筒的选择套筒的内径为100，长度为16和35。4）轴的结构尺寸计算 eq oac(,1)计算各段轴长 L=48 L=20 L=70 L=154 L =133L

50、=20L =68 L=513 eq oac(,2)轴上键槽尺寸 由轴径取键槽宽度为28；由轴上齿宽确定键槽1长度为62，键槽2的长度为105。轴5的设计1）选择材料45等优质中碳钢，因具有较高的综合机械性能，应用较多，故可取45调质钢。2）初步计算轴的直径（从左向右如图6-6）图6-6d=d=30 d=d=35 d=483）轴上零件的选择 eq oac(,1)轴两端轴承的选择 为了简化结构，选用同一型号的轴承，轴承为30206型号的圆锥滚子轴承，d=30,D=62,B=16，T=17.25，C=14。 eq oac(,2)轴上套筒的选择套筒的内径为30，长度为4、14和10。4）轴的结构尺寸计

51、算 eq oac(,1)计算各段轴长（从左向右） L=152 L=L=10 L=77 L=80 eq oac(,2)轴上键槽尺寸 由轴径取键槽宽度为8；由轴上平衡块的宽度确定键槽1长度为26。花键规格为：626336，键长为85。6.4 平衡块的选择由已知条件知螺杆的直径为57mm，选用长度为1425mm，材料为45钢，经查表知45钢的密度为。大致估算螺杆的质量为： m=1425(57/2)10=kg由平衡块的主要作用知，它是用来保证螺杆不发生倾斜，即用来平衡螺杆的水平稳定，则平衡块的质量几乎和螺杆的质量一样，为了简化装置使平衡块的质量和螺杆一样都为kg.6.5 润滑及密封6.5.1 齿轮的润

52、滑传动箱中传动件通常用浸油润滑，所设计的斜齿圆柱齿轮传动的圆周速度v=v=4.1m/s,v=v1.78m/s,v=v=0.023m/s,v=v=0.02m/s，均小于12m/s，故采用浸油润滑传动。由计算知齿轮2的直径为最大，m=mn12=3.512,v=4.1m/s,在0.81.2m/s范围内，故大齿轮的浸油深度为一各齿高，并要h10，知全齿高为7.9610，故将hf取为116.5.2 滚动轴承的润滑传动箱中的滚动轴承的润滑方式采用飞溅润滑，因v不够大不易形成油雾，应设置输油沟（如装配图）,利用齿轮飞溅的油，将飞溅到箱盖的油汇集到输油沟内，再流入轴承进行润滑。6.5.3 轴外伸处的密封在传动

53、箱输入轴和输出轴的外伸端，应在轴承盖的轴孔内设置密封件。毡圈密封的特点是结构简单、价廉，但磨损较快，寿命短。它使用于接触处轴的圆周速度为0.83m/s小于4.5m/s，工作温度小于90的脂润滑。所设计的轴承的圆周速度均小于4.5m/s，且工作温度较低，考虑到毡圈密封结构简单，磨损后坏了便于更换等特点，故采用半道的毡圈密封。结 论 毕业设计是本科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比较完整的同向旋转双螺杆挤出机的设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际相结合的设计更锻炼了我综合运用所学专业知识解决实际设计问题的能力，同时也提高了我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等专业能力水平。 虽然这次设计计算内容繁多、过程繁琐、尤其是计算公式的输入，比纯文字输入速度更是慢，但我懂得付出后的充实。各种材料的适用条件，各种标准件的选用，各种零件的安装方式，我都是随着设计的不断深入而不断熟悉并学会应用的。和谢老师的沟通交流也使我明白了怎样能把各种工作装置实现，怎样提高生产效率并降低生产成本。 提高是有限的，但提高也是全面的，正是这一次设计让我积累了无数实际经验，使我的头脑更好的被知识武装了起来了，也必然会让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力和综合思考的能力，更强的沟通力和理解力。顺利如期地完