毕业设计（论文）-XJ-φ250热喂料挤出机的设计.docx

本设计的主要任务是根据热喂料挤出机所要求达到的各种功能及其主要技术要求和参数，对热喂料挤出机的螺杆部分、喂料装置及传动部分进行设计。本文在详述国内外橡胶机械研究现状的基础上，对热喂料挤出机的一部分进行了设计，对运动和动力部分进行了分析计算。单螺杆热喂料挤出机主要由传动系统、加料系统、挤压系统、加热系统、冷却系统以及机头和口模等部分组成。橡胶在挤出过程中，在单螺杆全程中的形变特点和流动情况是不同的。橡胶在挤出机内的流动沿螺杆往机头方向分为加料段、压缩段、均化段（计量段、挤出段）。为了让胶料更容易进入流道，在进料口出加了一套喂料装置，喂料辐和螺杆的反向转动将胶料带入流道，从而实现胶料均化挤出的目的。因为各类型号的挤出机都有特定转速，所以通过一套减速装置来获得该转速。本文对热喂料挤出机的螺杆进行了分析研究，对其进行了设计计算。经过校核，在一定条件下，该螺杆能够实现挤出机的各项功能。对螺杆设计的同时还对喂料装置、传动装置进行了简要设计。经过分析计算该型号挤出机能够达到产品的工艺要求。关键词：胶料均化；单螺杆挤出机；减速装置；喂料辐AbstractThisgraduationprojectprimarymissioniseachkindoffunctionandthemainspecificationandtheparameterdesignrubberextruderwhichrequestsaccordingtotherubberextruderinjectionshapertoachievesingle-screwextrusionsystem.Thisarticleinrelatesindetailthedomesticandforeignhydraulictransmissionengineeringresearchpresentsituationinthefoundation,injectedtheshapertotherubberextruderthehydraulicsystemtocarryonthedesign,hascarriedontheanalysiscomputationtothemovementandthepowersection.Thisarticledesignstherubberextruderinjectionshaperhydraulicsystemusesthecurrentcapacitydifferenttwoquotaoilpumpparallelfeedtoopenthetypesystem,thiswaymayenhancethesystemefficiency,reducesthesystemtogiveoffheat;Gathersthemoldisgatherstightlybythehugemechanicalthrustforcethemold,resiststheinjectionmoldingprocessfusingrubberextruderthehigh-pressuredinjectionandthepackingmoldisoccurredthemoldgreatlyopensthestrength,thisgathersthemoldorganizationtousethehydraulicpressurepneumaticmachineryform;Inordertosatisfythesystemdifferentinjectionspeedtherequest,selectsthethrottlevalvetoentertheoiltoreduceexpensestomodulatevelocity,becauseisenterstheoiltoreduceexpensestomodulatevelocity,thereforetheoutputportresistanceissmall,enabletheinjectionmachinetohavethebiggerinjectionstrength;Thesystemreversecontrolmainlyusesthreetubingcrosselectromagnetismcrossvalve,inordertosatisfythesystemtherequest,thecrossvalvehasused0andintheYpositionfunction.Thisarticleinjectedtheshapertotherubberextrudertogatherthemoldorganizationandtheinjectionorganizationhasconductedtheanalysisresearch,injectedtheshapertotherubberextruderthehydraulicsystemtocarryonthedesigncalculation.Aftertheexamination,underthecontrolledcondition,thishydraulicsystemcanrealizeinjectionmoldingmachineeachfunction.Keywords:ofrubberwere；single-screwextrusionmachine；reductiondevice；feeding-inrollAbstractII1 .绪论11.1 橡胶机械的历史进展与趋势21.1.1 橡胶机械的历史进展与趋势概述21.1.2 挤出设备的发展现状31.1.3 单螺杆挤出机的研究现状41.2 我国橡胶机械发展现状51.3 本课题研究目的及意义72 .热喂料单螺杆挤出机的总体设计92.1 热喂料单螺杆挤出机的基本结构92.1.1 基本结构92.2 热喂料挤出机的基本工作原理102.3 各部分的基本要求112.3.1 挤出机对螺杆的要求112.3.2 挤出机对机筒的要求112.3.3 挤出机对喂料口和旁压辐的要求122.3.4 挤出机对机头和口型的要求123 .螺杆的设计计算133.1 技术要求与已知主要参数133. 2螺杆的分段及各段参数的确定133.1.1 螺杆的结构133.1.2 螺杆各段的计算143. 3螺杆受力分析及强度计算153.1.1 螺杆的受力分析153.1.2 螺杆强度的计算173.1.3 合成应力的计算203.4螺杆键联接的选择及计算203.4.1 渐开线花键参数计算213.4.2 花键轴的强度校核224 .传动系统的设计计算234.1 电动机的选择234.2 确定传动装置的总传动比和分配传动比244.3 运动参数及动力参数计算244.4 速比齿轮的设计264.4.1 齿轮的设计计算264.4.2 齿轮基本参数计算304.5 滚动轴承的选择及校核计算314.5.1 滚动轴承的选择计算步骤314.5.2 滚动轴承寿命校核计算324.6 喂料装置的简要介绍325 .挤出机维护说明及技术经济分析335.1 挤出机的维护保养335.2 挤出机的使用与润滑345.2.1 挤出机使用注意事项345.2.2 负荷试车前的检查345.2.3 挤出机的润滑355.3 挤出机安全知识365.4 技术经济分析37设计总结39致谢41参考文献42随着国民经济和工程技术的发展，橡胶机械的应用也日益广泛。2008年11月，我国政府采取积极财政政策，提出十大举措，投资4万亿元促经济增长。国内外历史经验表明，在促进投资上，政府每投入1元钱，就能带动社会投资3元钱左右。政府投资的作用是相当明显的，铁路等基础设施建设扩大工程机械及汽车等行业需求，进而驱动橡胶工业及橡胶机械行业的发展。这给我国轮胎企业扩建或新建项目提供可能，这也是近期我国兴起一波采购橡胶机械小高潮的原因。国家4万亿元投资为我国橡胶机械行业发展提供源动力。我国橡胶机械行业已有4家国家级技术中心,这是非常了不起的成就。我国橡胶机械行业通过近年来全面开发，已开发出子午线轮胎生产的全套设备，具备了子午线轮胎制造“交钥匙工程”能力。但是在全自动轮胎生产设备方面可以说仍是空白。现在工业化国家发起了一场全自动轮胎生产技术的革命,如米其林制造一体化的C3M技术、倍耐力自动化系统的MIRS技术等，这些技术需要全新的全自动轮胎生产制造设备配套。每次金融危机后总会伴随技术变革。我国橡胶机械企业应该在这方面下功夫，以迎接轮胎生产大变革到来。全自动轮胎生产技术含量高，要加强与高等院校及轮胎厂的合作，争取尽快实现突破。21世纪将是信息化、网络化、知识化和全球化的世纪，信息技术、生命科学、生物技术和纳米技术等新科技的日益进展将对橡胶机械应用领域以及企业的经营管理模式产生深刻影响并带来革命性变化。在社会和工程需求的强力推动及机械与电气传动及控制的挑战下，橡胶机械不断发挥自身优势，满足客观需求，变得更为绿色化、机械电子一体化、模块化、智能化、和网络化，将自身推进到新的水平。1.1 橡胶机械的历史进展与趋势1.1.1 橡胶机械的历史进展与趋势概述随着世界橡胶产业，尤其是轮胎工业不断向现代制造业的方向发展，为其提供生产装备的橡胶机械工业也跟着出现不少新的气象，成为机械产业的一个亮点。目前，全球橡胶机械的销售额已超过28亿美元，年均增长达到14%以上。预计未来几年，由于橡胶产业相继进入新一轮设备更新和技术创新时期，橡机工业鼎盛期有可能延长一段时间并将会继续呈现同步向前的发展势态。橡胶机械是同橡胶加工业同时建立和发展起来的制造行业。从1820年汉冠克最早利用双辐炼胶机加工天然橡胶并制成橡胶制品以来，迄今已有185年的历史。然而，真正使橡机实现产业化的，还是由于廿世纪初出现了轮胎工业并不断发展扩大的结果。现在有2/3的橡机和80%的大型橡机都是用在轮胎制造上。橡机生产以1920年完成密炼机现在的结构为标志。随着大型压延机、硫化机的发展，特别SU是1932年出现的挤出机以及在1960-1990年间对它的一系列创新改进，才终于使橡机生产逐步形成现在独具自己特色的工业。挤出机由于量大面广，工艺独特，不少企业都已成为挤出机专业生产厂。尤其是热喂料挤出机的出现和发展使橡胶复合挤出成为共用的设备。橡机厂与轮胎厂结合紧密，设备共同开发，专利共享的现象甚多。世界轮胎三巨头中的米其林，普利司通，倍耐力等都在其麾下设有橡机厂。马塔多集团既有轮胎厂又有机械厂，把设备与轮胎生产结合在一起。佳通轮胎集团用的橡机设备，大约70%以上来自于自己属下的精元机械公司。我国青岛双星轮胎和高校软控等企业也是如此。最近20年来，世界橡胶机械市场日趋饱和，已呈现严重过剩现象。企业之间的竞争十分激烈，导致不少企业破产倒闭，资产重组，甚至历史悠久的一些老企业也相继沉沦。像世界著名的生产K型密炼机的英国弗朗西斯肖公司，生产GK型密炼机的德国W&P公司，生产大型压延机的英国AMF国际公司，生产B型和A型轮胎硫化机的美国麦克尼尔和NRM公司等都已销声匿迹。欧美不少橡机企业由于长期在困境中挣扎，兼并重组之风此起彼伏。到2003年，欧美日三地的橡机生产仍在不同程度地下滑。因此，各橡机生产厂家都在研究长期多接订单和产品低成本化的措施，积极加快新产品开发的步伐，寻求对外扩张发展的途径。从2004年下半年起，由于全球轮胎工业设备投资突然加速，又使不少橡机企业设备订单不断增加，像日本比同期增长20%,美欧也有一定程度的增长，这样橡机企业又得到恢复和发展。橡机行业中挤出机的发展最为迅速，热喂料挤出机出现于1870年，欧美等发达国家用热喂料挤出机生产的产品已经占到生产总量的95%。热喂料挤出机所喂胶料需经过粗练和细练，提高了胶料的均化效果。胶料在室温下喂入挤出机，即可得到各种形状的制品胶胚。热喂料挤出机的出现开创了轮胎生产中热帖工艺的实现，不仅提高了产品质量而且实现了工艺零距离，减少了工人劳动强度、提高了工作效率。LL2挤出设备的发展现状挤出机技术与性能直接影响着建材业、工业、农业、包装业、医药等行业的发展，挤出技术先进性代表了橡胶工业的发展水平。据不完全统计，2002年挤出机械销售额占全行业塑机销售额约16.8%,出口创汇额约占7.2%,与国外相比，比例偏低。目前世界上生产的挤出机及辅机基本停留在较低档次上。主要表现在品种少，转速低，能耗高，控制水平低，性能不稳定等方面。就双螺杆挤出机而言，目前国内市场上出现的产品基本上是仿制80年代的产品，在整体技术水平、螺杆、机筒的加工精度、性能和外观质量上均较差，规范化和系列化也不尽如人意。螺杆直径30Omm以上的大型、高速、高效单螺杆挤出机目前还处于空白。有相当一部分挤出机不好用，这里既有工艺调节问题，也有设备技术性能问题。由于挤出机技术性能和辅机监控技术的落后，使得一些生产线的开发也相应受到限制。如低发泡板材生产线、三层共挤复合板材和片材生产线，单层及多层流涎膜生产线和无纺布生产线等。国内基本为空白。另外，大型增强双壁波纹管机组、大型造粒机组、P0PP、BOPA.BOPS和BOPET薄膜生产线也至今没有诞生。国内已有的发泡板、复合板、发泡管等小型管材生产线，其辅机的设计在性能上、控制方面、外观等各方面差距很大，要不是价格方面的优越性，恐怕这一部分市场也会丢掉。1.1.3单螺杆挤出机的研究现状橡胶工业是新兴的工业，是现代工业中的一个重要行业，与其他工业部门相比，虽然是很年轻，但却是发展前景广阔的工业部门。橡胶机械也和世界上其它事物一样，是劳动人民在生产实践中产生和发展起来的。目前所说的橡胶机械如开炼机、挤出机、注射成型机和液压机等。近几十年以来，挤出机正在以迅猛的速度发展着。目前，除某些在工业过程中要求压力极高的材料或不宜用螺杆挤压的材料仍有用柱塞式挤出机外，大量使用的是单螺杆挤出机，并且各国都已成系列生产。挤出成型加工是橡胶成形加工中最重要的方法之一。据统计全世界50%左右的橡胶是用挤出法来加工的,其中单螺杆挤出占有相当大的比例。单螺杆挤出理论经过几十年的发展日趋完善，一些国家已经利用单螺杆挤出理论指导单螺杆的设计。挤出机的具有高效、多功能化、大型化和精密化、模块化和专业化、智能化和网络化等特点。发达国家的橡胶挤出机已普遍采用现代电子和计算机控制技术，对整个挤出过程的工艺参数如熔体压力及温度、各段机身温度、主螺杆和喂料螺杆转速、喂料量，各种原料的配比、电机的电流电压等参数进行在线检测，并采用微机闭环控制。有的公司已采用网上远程监测、诊断和控制，对挤出成型生产线进行网络控制。这对保证工艺条件的稳定、提高产品的精度都极为有利。无论从挤出加工技术的发展历史看，还是从挤出理论的发展历史看，在某种程度上说，单螺杆挤出技术是双螺杆挤出技术和其它许多加工技术的基础；单螺杆挤出技术与理论以及其测试技术的发展可以促进双螺杆挤出和其它有关加工技术的发展，单螺杆挤出理论的进一步完善也会为双螺杆挤出理论。研究提供重要的和有益的借鉴.这种意义不仅表现在聚合物加工领域本身，同时也可以在食品加工业、造纸加工业等许多行业中得到体现.总之，完全有理由相信，随着单螺杆挤出理论的进一步发展，单螺杆挤出加工在整个聚合物加工领域中的地位是不会动摇的。1.2 我国橡胶机械发展现状通过消化吸收及与世界著名轮胎公司的商贸，我国橡胶机械尤其是挤出机的发展已有长足的进步，且具备自主创新的能力。我国的挤出机等机群式橡胶机械已达到当代世界先进水平。尤其是挤出机化机已成为世界上最大的生产国。我国的橡胶机械已不是传统的“大路货”，价格性能比已领先于世界其它橡胶机械制造商。在世界著名轮胎公司的设备采购招标中，对硫化机、密炼机、挤出机等机群式产品都倾向用我国的产品。随着我国加入WTO及世界经济的一体化，在我国对世界著名品牌的控制元件、配套件的采购已相当容易，我国橡胶机械的控制水平已能与世界同步。世界上新兴起的控制技术都很快在我国橡胶机械上运用。挤出机的挤出能力也在进一步提高中。我国橡胶机械的主要厂家已将产品批量成套出口米其林、普利司通、固特异等，给国外轮胎公司留下“我国橡机价廉物美”的良好声誉。据统计，世界轮胎前十强已有九强批量选用我国的橡胶机械产品，2005年我国橡胶机械出口已达到7500万美元，这有利于我们争取更多的国际橡胶机械商机。我国橡胶机械比以往更加重视橡胶机械国际市场的开拓，ITEC等展览不时有我国橡胶机械的身影，像这次ITEC我国橡胶机械集体参加体现了我们的整体实力及开拓国际市场的决心。未来几年我国几家大的橡胶机械企业将逐渐实现由“国内工厂”向“国际化公司”的转化。同时我国从国外进口将大幅减少，橡胶机械的贸易逆差有望在今年左右平衡。随着世界轮胎制造中心向我国的转移，世界橡胶机械的中心也正向我国转移。日本神户制钢、荷兰VMI、捷克MATADoR公司及美国法雷尔等都已在我国建立合资或独资厂。精元公司在大陆的销售收入已大大超过其台湾省总部。德国克虏伯也在与我国洽谈合作事宜。美国最近有多家橡胶机械企业来华洽谈合作事宜。我国较发达装备业、廉价的劳动力、与轮胎的“群居”效应以及巨大的需求将吸引越来越多的世界橡胶机械供应商来华投资，未来几年在我国将有更多的外资、合资橡胶机械公司。我国橡胶机械传统以国有企业为主，但近年“民营化”进程加快。一些小型企业尤其是江苏、浙江、广东等地的中小橡胶机械厂已大多改为民营，其中民营企业天津赛象科技股份公司已成为世界第六大橡胶机械制造商。预测未来几年一些大型的橡胶机械企业将改制民营化，其销售收入将占半壁江山。我国橡胶机械制造商将售后服务作为产品最后一道工序。近年由于出国办证方便，橡胶机械制造商已开始在全球布局服务网络。桂林橡胶机械厂已在日本、美国、法国、泰国等地建立服务站，能够快速处理产品在使用中出现的问题并快速提供备品备件。尤其是随着出口产品的增加，在全球建立自己的服务体系非常必要。预计未来几年我国橡胶机械的服务体系将遍布全球，以进一步提高产品的市场竞争力。我国橡胶机械已成为全球橡胶机械的重要组成部分，它对全球橡胶机械以及橡胶工业将产生巨大的影响。正如欧洲橡胶杂志在调查报告中说，我国较大规模挤占世界市场的份额，使得橡胶机械市场更加激烈，世界大牌橡胶机械企业不得不重新审视传统的“高价位、高品质”的营销策略。世界橡胶机械的市场随着我国的崛起而真正全球一体化，任何橡胶机械公司都难以依靠本国或者某一地区的订单而长久生存。在未来的市场竞争中，我国橡胶机械企业将拥有更多的发言权。未来的我国橡胶机械市场将更加美好，更加辉煌！1.3 本课题研究目的及意义随着橡胶机械和轮胎行业的发展，热喂料挤出机的应用也日益广泛。热喂料挤出机是橡胶工业的一种基本设备，是影响产品质量的关键设备之一，在轮胎和橡胶制品的生产过程中起着非常重要的作用。热喂料挤出机可连续挤出、操作简单、生产效率高、挤出成品形状稳定，目前在很多制品的生产工艺中，采用热喂料挤出机。热喂料挤出机出现于1870年，欧美等发达国家用热喂料挤出机生产的产品已经占到生产总量的95%o热喂料挤出机所喂胶料需经过粗练和细练，提高了胶料的均化效果。胶料在室温下喂入挤出机，即可得到各种形状的制品胶胚。我国轮胎企业遍布全国各地，设备的技术水平参差不齐，大多数加工企业的设备都需要技术改造。这几年来，我国橡机行业的技术进步十分显著，尤其挤出机的技术水平与国外名牌产品的差距大大缩小，在控制水平、产品内部质量和外观造型等方面均取得显著改观。选择国产设备，以较小的投入，同样也能生产出与进口设备质量相当的产品。这些为企业的技术改造创造了条件。热喂料挤出机的出现推动了双复合、三复合挤出时代的来临，同时也实现了热帖工艺和工艺零距离，提高了产品质量、减少了工人劳动强度。但是挤出机的挤出量和挤出能力一直是橡机行业面临的难题，于是怎样获得更大的挤出能力成为橡胶机械行业共同探讨的课题。2热喂料单螺杆挤出机的总体设计2.1 热喂料单螺杆挤出机的基本结构2.1.1 基本结构如下图2.1所示，热喂料挤出机主要由以下几部分组成:（1）电动机为了便于调速，选用直流电动机。（2）机头机头的作用是使胶料由螺旋运动状态转变为直线运动状态，同时形成必要的压力和一定形状的半成品。同一挤出机使用不同的机头，可使挤出机获得不同的用途。（3）螺杆选用等深不等距螺杆（也称收敛螺杆），其根径保持不变，螺纹的螺距是从大到小收敛的。这种结构的螺杆危险断面处于底径比较大的位置。因此机械强度、刚度比较好，尤其在中小型挤出机上更显出它的优点。（4）机筒机筒按组成段可分成整体式和分段式两大类；按机筒的组合结构可分为整体式和组合式两大类。热喂料挤出机多用整体式机筒。（5）料斗胶料的入口。（6）减速器根据螺杆的转速，确定减速器的级数，本设计为三级减速器。（7）底座。2.2 热喂料挤出机的基本工作原理单螺杆挤出机在一般情况下，都采用重力加料，或称溢流加料。其特征是料斗中物料有一定料位高度。当螺杆旋转时，螺棱由料斗中攫取物料,物料靠重力进入螺槽中，然后沿螺槽向前输送。螺杆旋转得快，加入的物料多；旋转得慢，加入的物料少，加料量依赖于螺杆转数，故它不是独立的操作变量。物料在加料区的螺槽中基本呈充满状态，但比较松散，未压实，可以看到料粒之间有一定的相对运动，随后进入固体输送区。发生在单螺杆螺槽中的固体输送是摩擦拖曳下的固体输送。当固体物料因螺槽容积沿螺杆轴线方向逐渐减小而被压实成固体塞后，在固体塞与螺杆表面间的摩擦力和固体塞与机筒内表面间的摩擦力作用下，固体塞沿螺槽向前输送。物料与螺杆表面摩擦因数与物料与机筒内表面摩擦因数的差值是摩擦拖曳输送驱动力的源泉。关于单螺杆挤出过程中熔融机理数学模型化的工作可描述如下：熔膜首先在固体床和机筒接触表面形成。当熔膜厚度超过螺杆和机筒内壁间隙时，螺棱把厚的熔膜刮下，使这部分熔体在螺纹推力面前汇集，随着熔融的进行，便汇集成熔池，而把固体床推到螺纹拖曳面的后方。这样，在螺槽横截面内，随着熔融的进行，熔池逐渐变宽，固体床宽度逐渐变小。最后固体床消失，熔池占据了整个螺槽，熔融过程即告完成。若将螺槽展开,可以看出，在熔融段，固液相共存，二者之间有一条明显的分界面。由上分析可见，已熔融的物料不断被拖曳移走，因而该熔融机理是在介绍的几种熔融方式中的拖曳引起的熔体移走下的传导熔融。在这种情况下，固体床的一部分热量由热的机筒表面获得，一部分热量通过熔膜中的粘性耗散将机械能转变成热能来提供。熔融速率由热传导速率以及熔体迁移和粘性耗散速率决定。流体是牛顿型的；挤出过程是稳定的，在挤出过程中各螺槽截面内的速度分布、温度分布以及熔膜与固体床的分界面不随时间而改变；固体床是均质的，连续的，且在螺槽深度方向无限深；聚合物的熔融温度范围较窄，固液相的分界面明显，熔膜厚度不变；螺槽与固体床的横截面都是矩形；忽略熔池对熔融的影响；机筒转动，螺杆相对静止。2.3 各部分的基本要求根据橡胶挤出工艺，挤出机各部分应满足下列要求：2.3.1 挤出机对螺杆的要求螺杆是挤出机的主要工作部件，它在工作中产生足够的压力使胶料克服流动阻力而被挤出，同时使胶料塑化、混合、压缩，从而获得致密均匀的半制品。此设计选用的是等深不等距螺杆（也称收敛螺杆）其根径保持不变，螺纹的螺距是从大到小收敛的。这种结构的螺杆危险断面处于底径比较大的位置。因此机械强度、刚度比较好，尤其在中小型挤出机上更显出它的优点。螺杆的材料应具有足够的强度和刚度，高温工作不变形；有较高的内化学腐蚀性；良好的耐磨性。一般优先选用38CrMOALA。橡胶挤出多选用右旋螺纹螺杆。2.3.2 挤出机对机筒的要求机筒也是挤出机的主要工作部件。它在工作中和螺杆相配合，使胶料受到机筒内壁及转动螺杆的相互作用，以保证胶料在压力下移动和捏炼，通常还起热交换作用，因此机筒的结构形式与加热、冷却的方式有关。机筒应有足够强度，能保证胶料的捏合与塑化，能满足加热冷却的要求。机筒一般由三部分组成：即衬套、水套和机身。衬套在工作时受到胶料的摩擦、挤压、和腐蚀作用以及高温作用，因此多采用38CrMoALA>40Cr等高强度、硬度大、耐磨、耐腐蚀的材料。水套和机身常采用铸铁或铸钢等材料。2.3.3 挤出机对喂料口和旁压辐的要求喂料口的结构与尺寸对喂料影响很大，而喂料情况往往影响挤出产量。在喂料口侧壁螺杆的一旁加一压辐构成旁压辐喂料，此种结构供胶均匀，无堆料现象，半制品质地密致，能提高生产能力。2.3.4 挤出机对机头和口型的要求机头和口型位于机身前端，是挤出机的稳流和造型部分。变换机头和口型，可挤出不同规格及形状的半成品。(1)机头位于机身前部，安装在螺杆末端与口型之间，其作用是将螺杆压出的胶料引导到口型部位使离开螺纹的不规则、不稳定流动的胶料，过度为稳定流动的胶料，挤出口型时成为断面稳定的半成品。其次，机头还用来安装口型。(2) 口型口型是用于控制半成品外径的，芯型控制内径。芯型支座的筋形成轮辐形，支撑芯型，连接芯型与机头外壳。芯型内有隔离剂喷射孔。调整螺钉，用来调节口型与芯型相对位置，已达到半成品厚度要求。芯型支座有3螺杆的设计计算3.1 技术要求与已知主要参数热喂料挤出机对螺杆的基本要求为：本次设计的螺杆为等深不等距螺杆，氮化层深度：0.50-0.70mm螺杆料筒其表面硬度不低于HV950,螺杆脆性二级，螺杆直线度：0.015mmm,螺杆工作表面的粗糙度要求不低于RaO.4um,螺杆具有较高的强度，耐高温、高压，表面耐腐蚀耐磨损。本热喂料挤出机螺杆的已知参数见表3.1。表3.1热喂料挤出机螺杆的已知参数项目参数螺杆直径mm250螺杆行程mm2000螺杆深度mm55长径比L/D8进料口锥度2螺杆转速r/min50螺纹升角17.7螺距18棱宽193.2螺杆的分段及各段参数的确定3.2.1 螺杆的结构一般螺杆分为三段即加料段，压缩段，均化段如图3.1所示。压掌段(5个坡)加科段(IoTift)3.1螺杆示意图Of杆外径L8-IIEHlTlIl料段蝴深度T旋角为一均化段植深度3.2.2 螺杆各段的计算(1)加料段：底经较小，主要作用是输送原料给后段，因此主要是输送能力问题，参数Ll=45%*L=900(2)压缩段:底经变化，主要作用是压实、熔融物料，建立压力。L2=30.375%×L=607.5(3)均化段(计量段)：将压缩段已熔物料定量定温地挤到螺杆最前端、参数L3=24.625%×L=492.5对整条螺杆而言，参数L/D长径比与转速n,是螺杆塑化能力及效果的重要因素，L/D大则物料在机筒里停留时间长，有利于塑化，同时压力流、漏流减少，提高了塑化能力，同时对温度分布要求较高的物料有利,但大之后，对制造装配使用上又有负面影响，一般L/D为(3.5-10),但目前有加大的趋势。其它螺距S,螺旋升角6=HDtg6,一般D=S,则6=17o40,o6对塑化能力有影响，一般来说6大一些则输送速度快一些，因此,物料形状不同，其也有变化。粉料可取=25°左右，圆柱料=17°左右，方块料二15。左右，但6的不同，对加工而言，也比较困难，所以一般6取17°40，。根据橡胶机械手册查得棱宽e取值范围为1520,对粘度小的物料而言，e尽量取大一些，太小易漏流，但太大会增加动力消耗,易过热。3. 3螺杆受力分析及强度计算螺杆是橡胶挤出机的重要部件，螺杆的几何形状和结构直接影响挤出机的生产能力及其性能。国内挤出机设计时螺杆的几何参数很多是通过测绘手段取得的。本设计通过对挤出机螺杆的受力分析，对螺杆的断面面积、抗扭截面模量进行较为精确的计算，更加准确地计算出工作状态下螺杆的应力。3.1.1 螺杆的受力分析螺杆工作时，对橡胶进行输送和塑化，承受扭、压、弯的联合作用。由于橡胶在挤出过程中由固态向熔融体变化，因此固体输送理论和流体输送理论均无法理想地应用于橡胶挤出过程。螺杆的受力分析一般在固体输送理论和流体输送理论的指导下，得出一些经验公式,并根据试验数据和生产情况进行修正。图3.1所示的螺杆为浮动式螺杆，挤出机工作时胶料使螺杆在机筒内自动定心，克服了螺杆自重引起的弯矩，因此浮动式螺杆的弯矩可以忽略不计。图3.2所示为螺杆全长各截面上的扭矩分布情况，其中螺杆根部所受的扭矩最大，头部的扭矩最小。为了工程计算方便，可把螺杆头部的扭矩NmaX视为零。7A-A截面的扭矩T：T=9550×几max160=9550X50×0.9式中T一螺杆的扭矩N.mmNmax一主电机最大功率kWnmax一螺杆最大转速rmi11-l11机械传动效率一般取0.70.9螺杆扭矩分布图图3.2图3.3所示为螺杆全长各截面上所受的压力。为计算方便，把螺杆全长各截面上的压力视为相同，即为挤出机头内胶料的内压作用在螺杆上的11P2推力。压力F为机头胶料压力P与机筒截面积的乘积，即F=PX4一般机头压力P为23×103pa,¾P=3×l3KPa"（25Omm）2所以F=BxlhKPaX=1.47×105图3.33.1.2 螺杆强度的计算图3.4螺杆工作时主要受扭压联合作用，因此必须计算螺杆危险截面的扭和压的合成应力。要求合成应力小于螺杆材料的许用应力。图1所示螺杆为等深不等距螺杆,螺杆工作螺纹部分的各截面的几何形状完全一样。由图2和3可以看出，螺杆在喂料口处的根部所受的扭矩最大，而螺杆工作螺纹部分各截面所受的压力相同，因此该螺杆最易扭断处是喂料段初始位置处，图1所示的A-A截面即为危险截面，危险截面的断面如图3.4所示。1、剪应力的计算由扭矩产生的最大剪切应力：r=-LWn式中W11T扭截面模量mm2可以把图3.4所示的截面看作有两部分组成（1）螺杆工作螺纹直径d和冷却水孔径dn形成的环形，（2）螺杆工作螺纹被截后形成的两个凸起部分（螺纹大径D与螺纹根径d之间部分）。分别求出这两部分的惯性矩，即可求出/T截面的总惯性矩，进而求出A2A截面的抗扭截面模量。A-A截面的惯性矩：/p=/Pl+2/P2式中pl-A截面环形的惯性矩IP2-A-A截面螺纹部分的惯性矩=0.0015m2tan?Ip2=72ds=2.52×106m2A-A截面的抗扭截面模量W11:Vn=y=6.02×IO3一所以-=4.57×IO7Wn2.压应力的计算机头胶料压力对螺杆形成的轴向力检螺杆NT截面上引起压应力4为：式中P轴向力SA-A截面面积轴向力P为机头胶料压力P与机筒截面积的乘积，即7id1P=p×=1.47×1044压力P为2-3×IO3KPa,取压力P为3xl()3Pa°ZT截面面积由两部分组成:S=S1+2S式中S1一A-A截面环形的面积S2-A-A截面螺纹部分的面积Sl=（6?2-Jo）=0.012m2DDT一卜andp-2.52×106m252S2=72dJp+?2dd22Sqldj+jzos+bIr22tan7所以<=1,22×1053.3.3合成应力的计算螺杆一般为塑性材料，根据第三强度理论，螺杆的总应力。为:JR+4/）=9.14×106N式中。为螺杆材料的许用应力，计算方法为：=k=4.25×108Nn式中生T材料屈服强度（38CrMoAlA的生为850MPa）全因数,一般取23o所以螺杆满足要求3.4螺杆键联接的选择及计算热喂料挤出机减速器输出轴与螺杆之间是靠外花键来连接的，因为要传递扭矩所以选择渐开线花键。本文只就螺杆上渐开线花键进行设计计算。=30°渐开线花键连接3.4.1 渐开线花键参数计算橡胶热喂料挤出机主传动系统中使用的渐开线花键取模数m=6,齿数z=36,其参数计算为：分度圆直径d=m×z=216基圆直径dmxzCoSad=202.97齿距p=»x机=18.84外花键大径基本尺寸=MZ+l)=222mm外花键小径基本尺寸e=m(z-L5)=207mm基本齿厚s=0.5×m=9.42渐开线起始圆直径最大值=209.172mmv<zJfemax作用齿厚最大值Svmax=(S+esv)=9425mm作用齿厚最小值&MN=Smm+4=9.33Imm实际齿厚最大值Smax=SymaX-2=935Imm实际齿厚最小值Smin=Svmaxd+X)=9257mmP查表得0460*tan30=0267CSV3.4.2 花键轴的强度校核花键连接的工作面是齿的侧面，由于是多齿传递载荷，所以花键连接比平键连接具有承载能力高、对轴削弱程度小、定心好和异向性能好等优点。它适用于定心精度要求高、载荷大或经常滑移的连接，花键连接可以做成动连接，也可以做成静连接。热喂料挤出机螺杆和传动部分的连接就为静连接，其主要失效形式是工作面被压溃。因此，静连接通常按工作面上的挤压应力进行强度计算。计算时，假定载荷在键的工作面上均匀分布，每个齿工作面上压力的合力F作用在平均直径d用处，即传递的扭矩T=2/g,并引入系数”来考虑实际载荷在各花键齿上分配不均的影响，则花键连接的强度条件为2×10316=2山J式中：-载荷分配不均系数，与齿数多少有关，一般取=0708;Z-花键的齿数；L-齿的工作长度，252mm；h-花键齿侧面的工作高度，花键。=30时h=m；d-花键的平均直径，渐开线花键d=d,力为分度圆直径。VPmVvmK/1VT所以T=57l()5N.m=6.06×107<tf=4.25×108,所以该花键符合要求。CTf4传动系统的设计计算4.1电动机的选择1 .选择电动机的类型：由橡机机械手册查得直径为250的热喂料挤出机驱动功率为120kw,为了便于调速，选用直流电动机。2 .电动机功率选择：螺杆转速n=50rmin负载功率:乙=120KW电动机所需的功率为：Pd=匹kw%（其中：Pd为电动机功率，PW为负载功率，%为总效率。）总二螺杆X轴承X齿轮X联轴器=0.96×0.982×0.97×0.99=0.8854折算到电动机的功率为：1工_=135.53kwa0-88543 .确定电动机型号：按两级展开式渐开线圆柱齿轮推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动比范围为:656,故电动机转速的可选范围为3=1×螺杆=（656）x50=300-2800脸符合这一范围的同步转速有750Ooo,1500和2400%Iin查手册得：选定电动机类型为：Z4-250-42其主要性能：额定功率:16OkW,额定转速：10%in4.2确定传动装置的总传动比和分配传动比1.减速器的总传动比为：0=子=甯=2。（为方便计算取螺杆转速50%Iin）2、分配传动装置传动