双螺杆挤出机的结构设计

1、本科学生毕业设计双螺杆挤出机的结构设计系部名称：机电工程学院专业班级：学生姓名：指导教师：职称：TheGraduationDesignforBachelorsDegreeThestructuredesignoftwinscrewextruderCandidate：Specialty：Class：Supervisor： 摘要本篇毕业设计论文主要是双螺杆挤出机进行研究，从传动系统，挤出机的机构，加热冷却系统，控制系统方面进行研究。双螺杆挤出机是通过电机将动力传给带轮，经过两级减速器减速，通过双联齿轮的变速传给螺杆。为了满足变速范围的要求，采用的是普通电机变频无机调速。此设计在传动比的分配，齿轮和轴

2、的选择，带轮的选择，螺杆选择等方面进行了计算和研究。从技术经济学的角度保证了造价的便宜。关键词：双螺杆挤出机；控制系统；挤压系统；传动系统；加热冷却系统AbstractTwin-screwextruderisresearchedinthisgraduationpaper,fromwhichismainlyaboutthetransmissionsystem,theorganizationofextrudingmachine,theheatingandcoolingsystemandthecontrolsystem.Thepowerofthetwin-screwextruderistransfe

3、rredtothescrewrodbythebandpulleyfirstfromtheelectricalmachinery,thenbytwodeceleratinggears,andfinallybythetwinspeedchanginggearInordertomeettherequirementofspeedchangingscope,theordinaryelectricalmachineryisusedtochangethefrequencyandspeed.Fortheeaseofdisassembling,thecylinderisarrangedinhalftypestr

4、uctureanddividedintothreesectionstoheatandcool.Thesolenoidvalveandthesensorisappliedtocontrolthespeedofthecoolingwater,whichkeepsthetemperatureintheworkingrange.Thepaperhasdonesomeresearchandcalculationinthevelocityratioassignment,theselectionofgears,axes,bandpulley,andscrewrod,whichmakesthecostofth

5、econstructionleastfromthepointviewoftechnicaleconomics.Keywords：twin-screwextruder;controlsystem;extrusionsystem;drivesystem;heatingandcoolingsystem目录TOC o 1-5 h z摘要IAbstractII HYPERLINK l bookmark10 第1章绪论1 HYPERLINK l bookmark12 挤出机的介绍1 HYPERLINK l bookmark14 挤出机的现状及发展趋势1 HYPERLINK l bookmark16 双螺杆

6、挤出机的组成2 HYPERLINK l bookmark18 双螺杆挤出机的主要技术参数2 HYPERLINK l bookmark20 第2章方案确定3 HYPERLINK l bookmark22 设计的任务3 HYPERLINK l bookmark24 方案的拟定及确定3整体方案的拟定3 HYPERLINK l bookmark26 机筒和螺杆的材料4 HYPERLINK l bookmark28 加热系统5 HYPERLINK l bookmark30 冷却系统5 HYPERLINK l bookmark32 传动系统5 HYPERLINK l bookmark34 第3章设计计算6

7、 HYPERLINK l bookmark36 电机选择及传动系统的设计6设计参数6选取电机6传动系统设计6传动比的分配6各级齿轮齿数确定及校核7确定齿数时应注意的问题7输入轴上齿轮的设计7 HYPERLINK l bookmark152 II轴III轴上一对齿轮的设计11 HYPERLINK l bookmark204 计算输出轴上的小齿轮14 HYPERLINK l bookmark274 轴的设计及校核18轴径的计算18 HYPERLINK l bookmark286 轴的校核18 HYPERLINK l bookmark328 V带传动设计21 HYPERLINK l bookmark

8、378 挤压系统设计23 HYPERLINK l bookmark380 螺杆设计24 HYPERLINK l bookmark396 冷却装置25 HYPERLINK l bookmark398 第4章电气控制26 HYPERLINK l bookmark412 第5章技术经济分析30 HYPERLINK l bookmark414 技术经济分析的必要性30 HYPERLINK l bookmark416 双螺杆挤出机的总体设计30 HYPERLINK l bookmark418 双螺杆挤出机的使用要求与性能指标分析30 HYPERLINK l bookmark420 总论30功能性要求31

9、经济性要求31总结34 HYPERLINK l bookmark448 参考文献35致谢36附录137 HYPERLINK l bookmark446 附录238 第1章绪论1.1挤出机的介绍视频挤压概括的说就是将食品物料置于挤压机的高温高压状态下，然后突然释放至常温常压，使物料内部结构和性质发生变化的过程。由于此机器是用于食品挤出，因此在压力要求方面小于塑料挤出机，在满足功能的前提下，要求结构简单，拆卸清理方便。同时要求造价便宜，节省空间。随着聚合物加工业的发展，作为聚合物加工主要设备之一的双螺杆挤出机，在聚合物加工行业已经得到、并将进一步得到越来越广泛的应用，而且在其它行业也将得到更多的应

10、用随着聚合物加工业的发展，作为聚合物加工主要设备之一的双螺杆挤出机，在聚合物加工行业已经得到、并将进一步得到越来越广泛的应用，而且在其它行业也得到了更多的应用。尤其在食品行业，双螺杆挤出机被广泛用于淀粉膨化食品、蛋白挤压食品、膨化饲料的生产，还被用作特殊的化学或生化反应器。近年来，随着聚合物改性材料的不断发展，其对混炼设备的要求也越来越高。双螺杆挤出机是连续混炼机中应用最多的一种设备，理所当然，也就受到大家的广泛关注，围绕它的研究也就越多。目前，根据国内外的发展趋势，双螺杆挤出机主要是向高速、大扭矩、大挤出量及低能耗转方面发展。所以，双螺杆挤压机的设计对于发展我国的食品工业以及其它运用双螺杆挤

11、压技术的行业有着重要的意义。挤出机的现状及发展趋势一个世纪以来,食品挤压工艺在不断的实践中得到发展与提高。双螺杆挤出机发展至今，已在食品加工中居重要地位，而且大有应用越来越广泛之势。双螺杆挤出机是随着聚合物加工业及食品加工业的发展而出现和发展的；而在聚合物加工中真正应用的双螺杆挤出机是在20世纪30年代，首先在意大利研制成功。第二次世界大战前后，双螺杆挤出机发展较快；现在双螺杆挤出机是在20世纪60年代末和70年代初发展起来的。更准确的说，现代啮合异向双螺杆挤出机是随RPVC制品的发展而发展的，啮合同向双螺杆挤出机则是在聚合物改性的推动下发展的。在双螺杆挤出机的发展过程中，就制造方面而言，遇到

12、的困难比单螺杆挤出机多得多。除了螺杆元件及螺杆构型的研制外，最重要的就是止推轴承和传动箱设计制造问题。因为双螺杆挤出机的两螺杆中心距确定后，其承受巨大轴向推力的止推轴承的安装空间有限，要设计制造出性能良好的能承受轴向和径向轴承，及能均载的轴承组合结构是比较困难的。早期的推力轴承不能强固到足以提供给双螺杆传动箱良好的机械可靠性。20世纪60年代，开发出一种特别适用于双螺杆挤出机应用的特殊推力轴承后，双螺杆挤出机的可靠性才可与单螺杆挤出机相比，但双螺杆挤出机仍没有像双螺杆挤出机那样高能力的推力轴承。另外，双螺杆挤出机传动箱的设计和制造也比单螺杆挤出机的困难、复杂的多。在两螺杆中心距确定后，要在有限

13、的中心距内传递很大的扭矩，并把这很大的扭矩相等的分配到两根螺杆上去，在设计、制造及材质选择、热处理上都遇到很多问题。自然，随着机械设计水平、机械加工水平的提高及整体工业配套的发展，上述问题已逐渐得到解决，从而使双螺杆挤出机得到飞速发展。双螺杆挤出机的组成不论何种双螺杆挤出机，其整体结构组成与单螺杆挤出机组差不多，由主机，机头和辅机组成。其中主机，就是通常所说的双螺杆挤出机。在实际应用中，双螺杆挤出机必须配以机头和辅机才能完成预定的任务，这就是所谓双螺杆挤出机组。双螺杆挤出机（主机）是双螺杆挤出机组的核心组成部分。从总体组成上看，双螺杆挤出机和单螺杆挤出机差不多，由传动系统、挤压系统、加热冷却系

14、统、控制系统等组成。双螺杆挤出机的主要技术参数螺杆直径（D）-双螺杆挤出机的螺杆直径是一个基本而重要的参数，螺杆直径的大小在很大程度上反映了挤出机规格的大小，生产能力的大小，因为挤出机的生产能力与螺杆直径的平方成正比。其它参数也都与它有关。：传动系统输出轴（与螺杆相连）及有关齿轮的尺寸；螺杆的外径和根径、两螺杆的啮合程度，螺杆槽深度和双螺杆挤出机的最大理论输送量。长径比（L/D）-螺杆长度与螺杆直径的比值，这也是一个重要的参量，在一定程度上反映出双螺杆挤出机的规格及其性能。螺杆转速范围这是一个很重要的特征参数，在一定程度上反映了双螺杆挤出机的挤出能力和混炼能力。双螺杆挤出机的螺杆转数，除了像单

15、螺杆挤出机那样取决于对挤出量的要求，被加工物料的特征和最终制品的质量以外，还受螺杆旋转方向的影响。挤出量（Q）-挤出量就是所谓的产量，它是一个重要的参数，它表征机器生产能力大小，是用户选择双螺杆挤出机规格时的重要依据之一。最大理论挤出量等于无机头压力下，单位时间内螺杆转数与一个C型小室（啮合型双螺杆挤出机）体积的2倍的乘积再乘上螺纹头数。第2章方案确定2.1设计的任务双螺杆挤出机的直径为45mm，长径比为25，变频无级变速；转速范围是15一150rpm，双螺杆转动方向为同向，要求按已知条件设计出双螺杆同向挤出机。方案的拟定及确定2.2.1整体方案的拟定螺杆类挤出机的应用都是以机组形式出现，挤出

16、机组包括主机（即通常所说的挤出机）机头和辅机。因此就双螺杆挤出机的设计而言，它可以包括主机（双螺杆挤出机），机头和辅机的设计，也可单指主机的设计。本设计就是针对主机的设计。而双螺杆主机的设计应当包括双螺杆挤出机的类型的确定，挤压系统的设计，传动系统的设计，加料系统的设计，加热冷却系统的设计，控制系统的设计。双螺杆挤出机的类型确定之后，要进行整体设计。这里所谓整体设计，除了下面将要详细的双螺杆挤出机的主要技术参数的确定之外，还应包括以下几个问题：是整体式还是积木式？是开式还是闭式？整个主机是一阶还是二阶？如果是二阶，第一阶、第二阶是双螺杆挤出机，还是单螺杆挤出机？在挤压系统中要不要串接齿轮泵？机

17、筒是整体封闭的，还是剖分的？这些问题都带有全局性，它们会对双螺杆挤出机的设计带来很大影响，必须根据需要及经济性、技术上的可行性来选择确定。下面就其中的几个问题进行简单讨论。开式设计和闭式设计，所谓开式设计，一般指双螺杆挤出机的挤压系统，冷却加热系统都裸露在外面。这种设计的优点是各部分出现故障时，检查、维修及拆装比较方便，也一目了然，但有人觉得其外观比较零乱。啮合同向双螺杆挤出机大多采用这种设计。所谓闭式设计，与开式设计相反，其挤压系统，冷却加热系统的外面装有罩子，其余的部分有时也封闭起来。这种设计看上去外形比较整齐，但检修不太方便。锥形双螺杆挤出机多采用这种结构。一阶机和二阶机，所谓一阶机，指

18、主机只有一个挤压系统，包括一套螺杆、机筒和传动箱；而二阶机，是指主机有两个挤压系统，包括两套螺杆、机筒和传动箱，柔性串起来组成主机。就目前见到的、用于成型制品的双螺杆挤出机组的主机多是一阶的，如啮合平行异向旋转双螺杆挤出机和锥形双螺杆挤出机。用于配混料造粒的啮合同向双螺杆挤出机有的情况下设计成二阶的，其第一阶用来塑化、混合物料，第二阶用来建压、挤出造粒。很多情况下，第一阶一般用啮合同向双螺杆挤出机，第二阶用单螺杆挤出机。若采用二阶式，有二阶平行一上一下布置和水平成T型布置两种形式。整体式和积木式，一般啮合异向旋转双螺杆挤出机（也有例外）和锥形双螺杆挤出机都是整体式，即其各大组成部分（螺杆、机筒

19、、减速箱）在使用中不再拆开并进行重新组合安装。而国内外流行的啮合同向双螺杆挤出机绝大多数设计成积木式，即其机筒、螺杆由若干元件组成，可根据使用需要进行重新组合安装。螺杆是组合式外，其扭矩分配器和齿轮箱也做成积木式，通过更换扭矩分配器可以将双螺杆挤出机改变成异向旋转或同向旋转；去掉扭矩分配器，其齿轮箱还可与单螺杆挤压系统相接，组成单螺杆挤出机。积木式啮合同向双螺杆挤出机在制造上也省工省时，降低成本。机筒是封闭式和部分式，上述介绍的双螺杆挤出机，有的机筒由若干段组成，有的是整体的，但机筒均不能打开分成二半，它们是封闭的。因此，要想了解挤出过程中物料沿螺杆的输送、混合、反应情况，只有停转将机筒通水骤

20、冷，然后把螺杆抽出来才能看清。这样很不方便，有时还会破坏过程的原貌。为了克服上述缺点及操作方便，人们把双螺杆挤出机的机筒做成剖分式，停车冷却后靠液压系统或手动机械打开，观察取样，进行研究。挤出机再工作前，再靠液压系统或手动机械合起来。另外，有的厂家生产的双螺杆挤出机，为清洗螺杆方便，采用了（液压式或机械式）机筒快速移出装置和快速移出螺杆装置。另一个影响双螺杆挤出机整体方案确定的是在某些机组上将要采用的加料系统。一般双螺杆挤出机大多采用计量加料，对大多数情况下的双螺杆挤出机（如啮合异向双螺杆挤出机和锥形双螺杆挤出机），其计量加料系统对挤出机组整体设计（布局）不会有多大影响，但对某些设有多组加料系

21、统的配混料啮合同向双螺杆挤出机，将会有多个加料口和加料装置（有的是侧加料装置），它们的联合使用和布置将对双螺杆挤出机的整体布置带来影响。机筒和螺杆的材料由于机筒和料筒是在高温、一定腐蚀、强烈磨损、大扭矩下工作的，因此，机筒和料筒必须由耐高温、耐磨损、高强度的优质材料做成，故选用38CrMoAlA,制成螺杆后经氮化处理，或选用氮化钢，氮化层厚度一般为0.30.5mm，经表面处理后硬度不得小于950HV，工作表面粗糙度Ra为1.6um,并要求机筒内表面的硬度应比螺杆元件高3060HV。2.2.3加热系统最常用的加热器是铸铝加热器。此种加热器具有外形尺寸小、质量轻、拆装简便等优点。电感加热器的优点：

22、机筒径向温度均匀，预热时间短；调节温度时，反应灵敏，温度稳定性好；热损失少，节能。其缺点：径向尺寸大、拆装不便、成本较高。一般不用于大型挤出机或形状复杂的机头上。根据以上的叙述加热系统选择铸铝加热器。2.2.4冷却系统风冷可用于机筒的冷却，风冷装置常用的是鼓风机，其冷却柔和，环境干净，但速度慢，受外界气温影响，多用于中小型圆柱形机筒的双螺杆挤出机。水冷装置冷却速度快，但难以控制。普通的自来水所需附属装置较为简单，但当水管有结垢或生锈后回降低冷却效果，容易造成水路堵塞或破损泄露等。根据以上叙述，冷却系统选择风冷，采用鼓风机。2.2.5传动系统此设计中传动系统部分有俩部分组成，它们是减速部分和扭矩

23、部分，减速部分采用直齿圆柱齿轮实现减速，扭矩部分主要是实现两螺杆的转向和速度相同。扭矩部分和螺杆部分，中间用连接套（花键）连接起来。通过更换扭矩分配器可以将双螺杆挤出机改变成异向旋转或同向旋转；去掉扭矩分配器，其齿轮箱还可与单螺杆挤压系统相接，组成单螺杆挤出机。积木式啮合同向双螺杆挤出机在制造上也省工省时，降低成本。通过以上分析，现决定设计方案如下：采用闭式设计，积木式结构，自由式加料系统，加压风式冷却；螺杆直径为45mm；螺杆中心距为40mm；长径比为25；螺杆转速范围为15150rpm；功耗为15千瓦；采用铸铝加热器。第3章设计计算电机选择及传动系统的设计3.1.1设计参数螺杆直径45mm

24、，螺杆长径比L/D=25，变速范围15-150r/min，调速方式：变频无级调速。3.1.2选取电机采用类比法参考有关资料的推荐塑料双螺杆挤出机使用功率，由所给转速的范围在15r/min-150r/min，采用普通电机加变频器调速，变频器范围为25Hz-50Hz。采用一般三相异步电机Y系列(IP44),查机械零件设计手册下册查得选取Y160L-4三相异步电动机，标称功率Po=15KW，电机的参数见图表3-1。表3-1电机参数额定功率满载时额定转距噪声(db)净重(Kg)转速电流效率功率因数15KW1440r/min30.3A88.5%0.851.881195传动系统设计变频器范围为25Hz-5

25、0Hz，由n=60f(p=2)得变频器的转速范围n=1500r/minmaxn.=750r/minminn=1440r/minmax实n.宀二1440 x750=720r/minin头1500传动比的分配当n=1440r/m欲使螺杆达到15T50r/min的转速，由后往前推150152xa=150设升a降bXb=15得a=5b取a=2.5,b=0.5,得x=30.（方案一）或a=2,b=0.4,得x=37.5（方案二）两方案的转速重合范围都为30-75r/min.采用二级减速器，设带轮减速比为i1，依次为i2,i3。方案一中iiXi2x3=乜0=24，方案二中iiXi2Xi3=375=19.2

26、方案一中减速比过大取方案二，减速比分配为i1=3.072，i2=i3=2.5当n=720r/min时720n*二=234.4r/mm带3.072234.49375/n=93.75r/mm HYPERLINK l bookmark374 2593.75375n,=37.52.5n4=15r/min3.2各级齿轮齿数确定及校核当n=1440r/min时1440n*=468.8r/mm带3.072TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark44 468.87n=187.5r/mm HYPERLINK l bookmark46 2.57_/n=75r/mm HYPERLINK

27、l bookmark52 2.5n4=75x25=150r/min3.2.1确定齿数时应注意的问题应满足转速图上传动比的要求，即只要转速误差不超过10（巾-1）%是允许的；齿数和Sz不宜过大。以限制齿轮的线速度而减小噪声，同时避免中心距增加而使变速箱结构庞大。一般情况下，应满足SW100-120；Z齿轮和Sz不宜过小选择齿数时不要使齿轮发生根切，为使运动平稳，对于直圆柱齿轮一般要求最小齿轮Z$18-20,同时还要满足结构上的要求；min三联滑移齿轮顺利通过，三联滑移齿轮中最大和次大的齿轮应大于4，即Z-Z4。123.2.2输入轴上齿轮的设计已知输入功率为P=15x0.96=14.4Kw，小齿轮

28、转速为480.3r/min,齿数比为2.5,由电机驱动，工作寿命为15年（设每年工作300天），两班制，工作平稳，转向不变。1选齿轮的类型、精度等级、材料及齿数1）按传动方案选用直齿圆柱柱齿轮传动。2）速度不是很高，选用7级精度（GB1009588）。3）材料的选择。由机械设计5表101常用齿轮材料及其力学特性选小齿轮的材料是40C（调质），硬度为280HBS,大齿轮的材料为45钢（调质），硬度为240HBS,二者材料硬度差40HBS。4）选小齿轮的齿数z=24,大齿轮的齿数z=24x2.5=60。122按齿面接触强度设计由机械原理9设计计算公式（109a）进行试算，即1t1）确定公式内的各计

29、算数值（1）试选载荷系数K=1.3t（2）计算小齿轮传递的扭矩14.4T,=95.5x105x=2.86x105N.mm480.3（3）由机械设计15表107圆柱齿轮的齿宽系数选取齿宽系数=1dd（4）由机械设计5表106弹性影响系数Z查的材料的弹性影响系数EZ=189.8MP2E（5）由机械设计15图1021d渗氮和渗碳共渗钢齿轮的接触疲劳强度极限b查按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限b=600MP大齿轮的HlimHlim1a接触疲劳强度极限b=550MP；Hlim2a（6）由机械设计15式1013计算应力循环的次数N二60njL=60X480.3X(2X8X300X15)X1=2.07

30、X1091IhN=2.07X109/2.5=0.83X1092由机械设计5图1019接触疲劳寿命系数K查得接触疲劳寿命系数HNK=0.94；K=0.95HN1HN2计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%,安全系数S=1,由机械设计5式(10-12)得Kbb4_Hlim1=0.94X600=564.5MPH1SaKbHN2Hlim2=0.95X550=522.5MPH2Sa2）计算（1）试算小齿轮分度圆直径d，代入b中较小的值Z.(-)2=2.32XQHdit,2.321tH1.3x2860003.5+1189.8、x()2=85.01mm2.5522.52)计算圆周速度v兀dn兀x85.01x4

31、80.3“/v112.38m/s60 x100060 x1000计算齿宽bb-e/1x85.0185.01mmdU1t计算齿宽与齿高之比b/hmd/z=85.01/26=3.65mt1t1h2.25m2.25x2.658.22mtb/h=85.01/8.25=11.56计算载荷系数根据v=2.38m/s,7级精度，由机械设计15图108动载系数K值查得V动载荷系数K=1.12；V直齿轮，假设KF/b2.32ktT1.凹e/u（各）22H确定公式内的各计算数值1）试选载荷系数K=1.3t2）计算小齿轮传递的扭矩13.97T=95.5x105x=6.95x105N.mm187.5由机械设计15表1

32、0-7圆柱齿轮的齿宽系数选取齿宽系数=1dd由机械设计15表10-6弹性影响系数Z查的材料的弹性影响系数E1Z=189.8MP2E由机械设计15图10-21d渗氮和渗碳共渗钢齿轮的接触疲劳强度极限b查按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限b=600MP大齿HlimHlim1a轮的接触疲劳强度极限b=550MP；Hlim2a由机械设计15式10-13计算应力循环的次数N二60njL=60X187.5X(2X8X300X15)X1=8.3X1081IhN=8.3X108/2.5=0.32X1092由机械设计15图10-19接触疲劳寿命系数K查得接触疲劳寿命系数HNK=0.94；K=0.97HN1H

33、N2计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%,安全系数S=1,由机械设计5式(10-12)得KbTOC o 1-5 h zb二一HN1_Hliml=0.95X600=570MPH1SaKbb二HN2Hlim2=0.95X550=533.5MPH2Sa计算试算小齿轮分度圆直径d，代入b中较小的值ltHadit乞2.321.3x1.895x1053.5189.8,.()2二92.6(6)(7)(8)模数齿高12.5533.5计算圆周速度v兀dn兀x92.6x180.5/v=1.28m/s60 x100060 x1000计算齿宽bb二/1x92.6二92.6mmdU1t计算齿宽与齿高之比b/hm二d/z

34、=92.6/26=3.2mmt1t1h=2.25m二2.25x3.2二7.22mmtb/h=92.6/7.22=12.66(8)计算载荷系数根据V=2.38m/s,7级精度，由机械设计15图10-8动载系数K值查得V动载荷系数K=1.12；V直齿轮，假设KF/b（各）22H确定公式内的各计算数值试选载荷系数K=1.3t计算小齿轮传递的扭矩13.14T严95.5x105x二8.37x105N.mm1150(3)由机械设计15表107圆柱齿轮的齿宽系数选取齿宽系数=1dd(4)由机械设计15表106弹性影响系数Z查的材料的弹性影响系数EZ=189.8MP2E(3)由机械设计15图10-21d渗氮和

35、渗碳共渗钢齿轮的接触疲劳强度极限b查按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限b=600MP大齿HlimHlim1a轮的接触疲劳强度极限b=550MP；Hlim2a由机械设计15式10-13计算应力循环的次数N二60njL=60X150X（2X8X300X15）X1=0.65X1091IhN=0.65X109/2=0.324X1092（5）由机械设计15图10-19接触疲劳寿命系数K查得接触疲劳寿命系数HNK=0.94；K=0.96HN1HN2（6）计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%,安全系数S=1,由机械设计15式（10-12）得Kbb4_Hliml=0.94X600=570MPTOC o 1

36、-5 h zH1SaKbHN2Hlim2=0.96X550=528MPH2Sa2)计算(1)试算小齿轮分度圆直径d，代入b中较小的值1tHd12.323学.凹.（玄）2=2.32X13dU（bh）严x837000n21竺）2=118讪12522.5(2)计算圆周速度v兀dn兀x118x150v=齐t=1.08m/s60 x100060 x1000(3)计算齿宽bb=e=1x128=128mm(4)计算齿宽与齿高之比b/h模数齿高m=d/z=128/30=4.26mt1t1h=2.25m=2.25x4.26=9.59mtb/h=118/9.59=13.3(5)计算载荷系数根据v=2.38m/s,

37、7级精度，由机械设计图108动载系数K值查得V动载荷系数K=1.12；V直齿轮，假设KF/b100N/伽。由机械设计5表103齿间载荷分配系数AtK、K查得K=K=1.2;%F%Fx由机械设计5表10-2使用系数K查得使用系数K=1.0AA公式查得7级精度、小齿轮相对支撑非对称布置时，K=1.12+0.18(1+0.62)02+0.23x10-3bHpdd由机械设计5表10-4接触疲劳强度计算用齿向载荷分布系数K的简化计算Hp将数据代入后得K=1.12+0.18(1+06X1)X1+0.23/1000X128=1.44HpHp由b/h=12.04,K=1.43查机械设计5图10-13弯曲强度计

38、算的齿向载荷分布系数K得K=1.3FpFp故载荷系数K=KKKK=1X1.12X1.2X1.44=1.70AVHxHp按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径，由机械设计5式(10-10a)得d=d11t=118x=122mm计算模数m=d/z=122/30=4.1mm11按齿根弯曲强度设计由机械设计15式(10-5)得弯曲强度的设计公式为：2KTYY丽:(irr)d1F确定公式内的各计算数值(1)由机械设计5图10-20C调质处理钢的齿轮的弯曲疲劳强度极限a查FE1l7得小齿轮的弯曲疲劳强度极限b=500MP；大齿轮的弯曲疲劳强度极限FE1ab=380MP；FE2a（2）由机械设计15图10-1

39、8弯曲疲劳寿命系数K查得弯曲疲劳寿命系数FNK=0.93,K=0.95FNIFN23）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4由机械设计5公式（10-12）得bF广KbFN1FE1S0.93x500=332.4MPabF2KbFN2FE2S0.95x380=257.86MPa(4)计算载荷系数KK=KaKf厂M.OE.1.47975)6)7)查取齿形系数由机械设计5表10-5齿形系数Y及应力校正系数Y查得FaSaY=2.52,Y=2.28Fa1Fa2查取应力校正系数由机械零件设计手册14表10-5查得YY计算大、小齿轮的严号并加以比较bFY2.52x1.625FalSal二b332.4

40、FlY2.28xl.73Fa2Sa2=b257.86F2YSa1巳625Y=1.73Sa22）设计计算大齿轮的数值大。二0.012329=0.015297;2x1.797x8370003lx302x0.015297=3.47mm对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数3.47并就近圆整为标准值m=3.5m.几何尺寸计算1）计算齿轮齿数 122z13.5=34.85（取35）2）计算分度圆直径z2=u-

41、z1=35x2.5=70d1=m-z1=35x3.5=122.5d2=m-z2=70 x3.5=2453）计算中心距=183.7mmd,+d2122.5+245a=2=224）计算齿轮宽度根据经验一般齿宽取模数的610倍,小齿轮齿宽选36，大齿轮选36。5）另一对小齿轮齿数为28，大齿轮齿数为71，模数为3.5。3.3轴的设计及校核轴径的计算轴材料为45钢，调质处理，由表15-3,取Ao=112I轴P=14.4KWT1=2.86x105N-mm=34.72（圆整为35）di=A0-3P=112xJ-14!in03n13468.8II轴P2=13.97Kw,n2=187.5r/mindi=A0-

42、JP=112xin03n2腮=4504（圆整为45）III轴P3=13.97x0.97=13.55Kw,n3=75r/mindi=A0-in0罟5=54.67（圆整为55）=112x由于W轴为输出轴，理论上应该小于III轴的直径，但实际中应至少不小于III轴的直径,所以也取最小直径为55.3.3.2轴的校核校核的I轴，直径为35mm,上面有一个减速齿轮，采用平键联接。zaYECBb=275图3-3轴的受力图由上可知I轴传给II轴的转矩T=2.86x105N-mm，（图3-4b）得xz平面内的弯矩M二竺二987x42x275二35967N-mm（图3-4d）ymaxl317xy平面内的弯矩Mzm

43、ax二尸,二2713；：；x275二98849N-mm（图3-4c）根据弯曲公式，采用矢量合成方法，合成弯矩M为：M=QTM2=y359622+988492二105187.4Nmmymax+zmaxNH2NH1FNH29884FNV1(d)My图FNV2lllll|lIIIinnnniiiiiTinnnFr35967NmmTmr+1Hill105187.4Nmm(e)f)g)图3-4弯矩扭矩图由轴的弯扭合成强度条件得：oca(aT_Jm2+(aT)2、2W丿-Wo1式中：oca轴的计算应力，单位为MPa；M轴所受的弯矩，单位为N-mm；T轴所受的扭矩，单位为N-mm；W一轴的抗弯截面系数，单位

44、为mm3；o一对称循环变应力时轴的许用弯曲应力。抗弯截面系数的计算：截面如图3-5所示由公式得抗弯截面系数图3-5I轴截面图兀d3bt(d一t)2W=322d兀x3538x4(8一4)2W=322x35=4202mm3a取0.6，得轴的计算应力为 HYPERLINK l bookmark322 105187.42+(0.6x2.86x105)2,心o=47.90MP HYPERLINK l bookmark326 ca4202a已知轴为45钢，调质处理，由表5-1查得o=60MP得oo一1aca3.4V带传动设计，所以安全。已知：功率P=15kW，转速n1=970r/min，传动比i=3定V带

45、型号和带轮直径:工作情况系数计算功率选带型号小带轮直径大带轮直径大带轮转速由机械设计15表86工作情况系数K查得AK=1.1AP=KP=l.lX15=16.5kWCaA根据P和小带轮转速n由图8-8/8-9选定带型Cam由机械设计表83V带轮的最小基准直径和表87V带轮的基准直径系列取ddld=l25mmd=id(1-)d20dl=3.04x125=380mm选d按机械设计15表1010取为标准值，d=375mmd2d2(nn=(1丿d112dd2=(10.015)X125X1460375=486r/min带速初取中心距求Ld0ndnnx125x1460.v=dt1=9.56m/s600006

46、00000.7(d+d)a2(d+d)d1d20d1d20.7x500a2x5000350a10000a初取500mm0n(dd)2L=2a+(d+d丿+gd1-d002d1d24a0=2011mm由机械设计15表102取相近的Ld实际中心距=500+200020112=505.5mm求包角小轮包角d一da=180。一d2吐x57.5。1a375一125=180。一x57.5。505.5=151.6求带根数带根数zPzca（P+AP）kkooai由机械设计15表（85c）单根窄V带的基本额定功率得：P=4.06kW；0由机械设计口5表88（包角系数K）查得：k=0.92；aa由机械设计15表8

47、2V带的基准长度系列及长度系数Kl查L得：k=0.96；由机械设计5表（85d）得单根窄V带的基本额定功率的增量AP查得：AP=0.56kW00代入数值得：PZCa、（P+Ap）kk0aL16.5/、（4.06+0.56）x0.92x0.96=4.01取z=43.5挤压系统设计双螺杆挤出机的挤压系统是双螺杆挤出机的核心部分。其作用是把加入的固（液）体物料熔融塑化、混合（或进行化学反应），为模口提供定温、定压、定量的熔体（混合物），并将在这一过程中产生的气体（或液体）排除，最后通过模口（及后续的辅机），得到合乎质量要求的制品。双螺杆挤出机的挤压系统主要由螺杆、机筒组成。因此，双螺杆挤出机挤压系统

48、的设计实质是螺杆和机筒的设计。3.5.1螺杆设计螺杆元件设计相应于物料在挤出过程中经过螺杆不同区段而发生的相态变化，一般把整根螺杆分解成不同的功能段，而不同的功能段靠不同的结构来实现其功能。螺杆元件螺杆一般分为三段加料段、压缩段和均化段。螺杆的有效长度为：L=45x25=1125mm加料段：大螺距、正向螺纹输送元件采用正向螺纹元件，输送方向与挤出方向相同。螺纹元件采用双头n=2导程S=45mm螺槽深度h=D-A=45-40=5mmD螺杆外径A两螺杆中心距加料段长度L1结晶性塑料：L=(6065%)L1非结晶性塑料：L=(20%-25%)L1取L=25%L=25%x1125二280mm1捏合块导

49、程S=45mm,捏合块角度为45。压缩段用分段改变螺距，使螺距由大到小。导程S=45mm压缩段长度L2结晶性塑料：L=(1-4)D2非结晶性塑料：L=50%L2取L=50%L=50%x1125=562.5mm取L=540mm22捏合块导程S=45mm,捏合角度45均化段(熔融塑化段)均化段长度：L=L-L-L二1125-280-540二305mm312导程S=30mm螺杆的材质双螺杆挤出机的螺杆在挤出过程中的工作条件是恶劣的，它处于高扭矩、高温、高速、高压下，有时也处于高磨损、高腐蚀条件下，因而螺杆有个实效问题。螺杆材质的选择应当考虑强度、耐磨损、耐腐蚀问题。对于组合型同向双螺杆，由于螺杆采用

50、芯轴结构，因而螺杆的强度问题转化为芯轴的强度问题，因为芯轴受结构限制，截面很小，再加上目前双螺杆挤出机有向高速、大扭矩发展的趋势，故必须选择高强度的芯轴材料。而组合螺杆的螺杆元件则不存在强度问题。故螺杆材料选用38CrMoAl。3.6冷却装置风冷：可用于机筒的冷却。风冷系统由风机和风通道组成。其冷却效果柔和、环境干净，但效率低，多用于中小型圆柱型机筒的双螺杆挤出机。为提高冷却效率，可在机筒外壁上安装轴向多排、周向紧密排列的多片导热性良好的散热铜片，当风机启动后，由机筒传到散热片上的热量很快散开，被空气带走，因而可以大大提高冷却效率。第4章电气控制本设计采用SPCE061A单片机，主要控制机筒的

51、温度和对机筒进行加热控制。主要实现的功能为：通过温度传感器对机筒进行测温，在将测得的温度与输入温度进行对比，如果测得温度高于输入温度，则打开鼓风机，对机筒进行冷却；如果测得温度低于输入温度，则打开加热管开关对机筒进行加热。这两种情况是恰好相反的，即当鼓风机打开时，加热管必须处在关闭状态；当加热管正在加热时，鼓风机必须处在关闭状态。主程序见附录2，流程图如图4-1：图4-1主程序流程图在主程序中包括键盘、显示、比较等三个子程序，流程图分别为图4-2、图4-3、图4-4。设置显示缓冲区指针设置显示长度指针设置显示位选初值输出位选数据信号图4-2键盘管理程序流程图图4-3显示程序流程图图4-4比较子

52、程序流程图由上可得电气原理图如下：丄X10k+25V钮（|轴主+25V报警un4D3D2D1DCT74LS1754Q3Q2Q1Q32768Hz:2JBPBaJCPC3JCPC0JCPC：PC6,C7A0A1GNUSRDPAA38255LrrwTTnrrnTT+5V软盘输输入+5V+5VSR-0.1uf1uf3-L20pF_HH-T70pF；5V104vDdPROBEGIY7G1G2GLCBA74LS1385V1ufAC220VSSRaSSRAC220VAC220VAC220VAC220VAC220VSRSR传感器:SR+5V+5VSPK9013AIMNCNCNCPFUFECNIlCI：PIAG

53、IClSSlRErajmtP1lVSS：IICEEICIEOKTESTtSlC32OSPCE061AHDIV8OInrrnCNCNssvpcvBSERX0BOI1BOICNCNCN2BOI3BOI4BOI5BOI6BOI7BOI8BOI9BOIjNCC.iJlStC.01BUJ87B8C1042kminD7D6D5D4D3D2D1D0WRRDRESETHL61L5iL4lRQ：LSiL3L2827ntelIJT+5VCBCDG1G2151413121174LS154-nSHb传感器2传感器1+5l图4-5电气原理图第5章技术经济分析5.1技术经济分析的必要性技术和经济在人类进行物质生产，交换活

54、动中始终并存，是不可分割的两个方面。两者相互促进又相互制约。技术具有强烈的应用性和明显的经济目的性，没有应用价值和经济效益的技术是没有生命力的。而经济的发展必须依赖于一定的技术手段，世界上不存在没有技术基础的经济发展。技术与经济的这种特性使得它们之间有着密切而不可分割的联系，所以有必要对设计方案进行经济技术分析。5.2双螺杆挤出机的总体设计双螺杆挤出机总体设计是应用系统总体技术。从整体目标出发，统一分析产品的性能要求及各机、电组成单元组合方案，实现机电一体化产品整体设计的过程。因此，这一过程也是始终贯穿着技术经济分析与决策过程。市场竞争规律要求产品不仅应具有高性能，而且要有低价格，从而给双螺杆

55、挤出机的设计提出了越来越高的要求，此外，种类繁多、性能各异的集成电路、传感器和新材料等，也给双螺杆挤出机的设计提供了众多的可选方案，使设计工作具有很大的灵活性，如何充分利用这些条件，设计出满足市场需求的数控产品，是总体设计的重要任务。产品总体设计是整个设计过程的一个最重要的阶段，在很大程度上决定着产品的技术经济性能，因此，双螺杆挤出机的总体设计的基本要求是：综合应用各种先进技术，合理选择不同功能、结构与技术的组合方案，优化配置各种性能指标，依据选定的评价指标和评价方法对各种组合方案进行综合评价，最后确定出较优或最优的总体设计方案。双螺杆挤出机的使用要求与性能指标分析5.3.1总论产品的性能指标

56、是满足使用要求的技术保证，也是技术设计的主要依据，应主要依据产品的使用要求，企业的设计和制造能力以及产品的市场需求等方面因素来确定。产品的使用要求可概括地划分为功能性要求、经济性要求和安全性要求。功能性要求它反映了对产品在预定的寿命期内有效地实现周期的全部功能和性能方面的要求，依据对产品功能性要求，可以初步确定产品的功能范围、精度、可靠性和维修性等指标，并作为产品总体设计的主要依据。功能范围指标。合理地确定产品的功能范围，不仅要考虑用户的使用要求，还有考虑对生产者在经济上的合理性，应综合分析市场环境、技术难度、生产者的技术经济实力等多方面因素进行决策，如能准确地获得市场需求与功能范围之间的关系

57、，就不难采用优化方法对功能范围指标做出最优决策。（1）精度要求。精度是指产品实现其规定功能的准确程度，它是衡量产品质量的重要的指标之一。精度指标依据精度要求来确定，并作为产品设计的一个重要目标和用户选购产品的一个主要参考依据。合理的精度指标是一个多变量优化问题，可在确定了精度与成本、价格与销量两个基本函数后，采用优化方法作出最优决策。（2）可靠性指标。是指产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。因此可靠性指标也需要确定可靠性与成本、价格与销量两个基本函数关系后，才能作出最优选择。（3）维修性指标。可按充分满足维修性要求来确定，并依据维修性指标来设计最易于维修的总体方案。经济性要求

58、产品的经济性要求是指用户对获得具有所需功能和性能的产品所需付出的费用方面的要求。（1）购置费用指标。影响购置费用的最主要因素是生产成本。因此购置费用指标不像精度指标那样长存在最佳值，而是越低越好。在总体设计时，一般可按价格与销量的关系定出购置费用的上限，作为衡量设计是否满足经济性要求的准则。（2）使用费用指标。使用费用包括运行费用和维修费用，是在产品使用过程中体现出来的。序号名称单价（元/吨）1角铁330034002普通碳素结构钢32003铸铁HT200250026004铸铁HT150220023005不锈钢棒料1400015000另外电机价格为100元一150元/100W。初步估算挤出机的成

59、本为50000元。其中原材料和外购件的价格约为35000元。实际成本=成本X(l+17%)(原材料+外购件)=1.17X17%=50000X1.17-35000=1.17X17%=58500-5085.5=53414.5元地税税率为5%。所以，地税：53414.5X5%=2670.7元，再加上地税该机器的生产成本就为：53414.5+2670.7=56085.2元，月约为57000元。该机器的市场价为80000元，每台利润为80000-56085.2=23914.8元。上缴国税为23914.8X33%=7891.9元。利润率为(23914.8-7891.9)=560875.2=28.6%所以生

60、产该机器具有经济效益。5.3.3.2用户利润分析用户购买机器后投产，本机的一次购机成本是57000元，寿命期为8年，在寿命期末剩余残值2000元，每年的维护费用2000元，年初支出。计算年利润单机生产力的确定已知螺杆直径为45mm,长径比为25,生产能力为：Q二卩屮53十(卩取0.005,n取75r/min)=0.005x4.53x75=34kg/h每天工作8小时，除去调试、清洗等辅助时间，正常生产6小时，则每天生产34x6=204kg/天每月按20天生产计算204x20=4080kg/月每千克成本大约7元，售价为10元每月生产成本4080 x7=28560元每月销售额4080 x10=408