Ф90橡膠冷喂料擠出機畢業(yè)設(shè)計說明書

1、引言擠壓系統(tǒng)是擠出機的主體部分，主要作用是剪切、塑化和捏煉膠料，以一定的壓力，均勻連續(xù)地向機頭輸送膠料。擠壓系統(tǒng)由加料裝置、螺桿、機筒、襯套等組成。傳動系統(tǒng)的作用是驅(qū)動螺桿旋轉(zhuǎn)和根據(jù)工藝要求調(diào)節(jié)螺桿的轉(zhuǎn)速。由電動機和減速機等組成。機頭是擠出機的成型部件。它的作用是使膠料由螺旋運動變?yōu)橹本€運動；在一定的壓力下，將膠料擠壓成各種所需形狀的半成品。根據(jù)擠出半成品的形狀和不同的擠出工藝，機頭可以更換。加熱冷卻系統(tǒng)的作用是控制擠出過程中膠料的溫度。常用蒸汽、水、油、乙二醇等加熱也可用電加熱。冷卻多使用水。加熱冷卻系統(tǒng)由管路和控制閥門及分配器組成。若采用液體加熱冷卻系統(tǒng)，則還需增添泵、加熱器等。電氣控制系

2、統(tǒng)的作用是滿足擠出工藝條件的需要實現(xiàn)對擠出機機筒各段溫度，機頭溫度，螺桿轉(zhuǎn)速，驅(qū)動扭矩或功率，軸向力等的控制和調(diào)節(jié)。它一般由溫控，調(diào)速和檢測裝置組成。螺桿擠出機的基本工作過程：帶狀膠料加入加料口后，在旋轉(zhuǎn)螺桿的作用下，膠料被搓成團狀沿螺槽滾動前進，因螺桿的剪切、壓縮和攪拌作用膠料受到進一步的混煉和塑化，溫度和壓力逐步升高，呈現(xiàn)出粘流狀態(tài)，以一定的壓力和溫度通過機頭，最后得到所需的一定形狀的半成品。 螺桿擠出機的加壓部分是由機身.螺桿.襯套.和喂料口等組成，用于完成膠料的塑化.混煉及使膠料克服機頭口型阻力而擠壓成一定斷面形狀的半成品。螺桿擠出機的傳動系統(tǒng)由電動機.減速機組成，用于提供螺桿轉(zhuǎn)動的動

3、力和速度。加熱冷卻系統(tǒng)由螺桿中心的內(nèi)腔.機筒和機頭的夾套等組成。根據(jù)工藝加工的需要，對這些部位進行加熱或冷卻。電氣控制系統(tǒng)由控制開關(guān)柜.電源控制柜等組成，用于提供電。1 / 38第一章.技術(shù)要求及工藝流程1.1主要參數(shù)： 螺桿直徑： D=90mm 長徑比： L/D=12 螺桿轉(zhuǎn)速： n=75r/min生產(chǎn)能力： Q=170.06kg/h參數(shù)的確定計算說明螺桿直徑 D=90mm長徑比 L/D=12:1螺桿轉(zhuǎn)速 n臨界=424/=424/=141.3r/min工作轉(zhuǎn)速 n=（0.2-0.7）n臨=28.2-98.65r/min 取n=75r/min 冷喂料擠出機的功率計算 N=D3(L/D)n K

4、 *10-5式中 N- 擠出機的功率，kW；D- 螺桿直徑， cm； L/D- 螺桿長徑比；n- 螺桿轉(zhuǎn)速，r/min；K- 系數(shù)，約為5.256.73；算的N0=93*12*75*6*10-5 =39.37k W （K取6）N=N0/=43.7kw生產(chǎn)能力的計算 經(jīng)驗公式 Q=D3n式中 Q- 生產(chǎn)能力，kg/h；D- 螺桿直徑，cm；n- 螺桿轉(zhuǎn)速，r/min；- 系數(shù)，可以實測得到，成型擠出機=0.00384,；過濾擠出機=0.00256 算的Q=0.00384*93*75=170.06kg/h 1.2工藝設(shè)計： 備料染色擠出塑化成型壓光冷卻輸送切邊牽引切斷檢驗側(cè)重入庫1.3總體結(jié)構(gòu)圖的

5、布置及螺桿的連接方式： 減速器輸出軸與螺桿的連接方式： 采用花鍵聯(lián)接。整體聯(lián)接方式結(jié)構(gòu)緊湊，密封可靠，且傳動可靠。 電機與減速器的聯(lián)接方式： 電機通過皮帶輪與減速器連接。 軸向力的傳遞： 物料對螺桿的軸向力螺桿主軸止推軸承法蘭聯(lián)接螺栓加料段機筒聯(lián)接螺栓機頭物料 減速器主軸的布置形式： 由于主軸受軸向力和徑向力的作用，一般在主軸上布置兩個徑向軸承和一個止推軸承。 布置形式：止推軸承位于兩個徑向軸承的前面，這樣物料給螺桿的軸向力一方面通過鍵套傳給止推軸承。止推軸承再將力傳到軸承座。另一方面物料又作用在機頭上一個推力。這個推力向左拉機筒，并通過料斗座而作用在止推軸承座上，使減速箱不受該軸向力的影響。

6、由于止推軸承裝于箱體外，安裝維修比較方便。1.4電機的選擇： 擠出機的調(diào)速方法有有極調(diào)速和無極調(diào)速兩種。從提高擠出機的適應(yīng)性來看，使用無級調(diào)速最為理想，采用無級調(diào)速還易于實現(xiàn)自動控制。 目前，可采用的無級調(diào)速方法有：（1）用三項異步整流子電機實現(xiàn)無級調(diào)速 這種電機通常的調(diào)速范圍為1:3和1:6這種電機與直流電機比較有成本低占地面積小等優(yōu)點。但與一般異步電機比較又現(xiàn)成本高，故障也較多。（2）用直流電動機實現(xiàn)無級調(diào)速 這種電動機最大調(diào)速范圍可為1:16，由于可控硅整流技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，用它來控制直流電動機可以代替昂貴而龐大的“電動機一直流發(fā)電機組”。為了使其在低速時散熱良好，可以另加吹風(fēng)設(shè)備進行強

7、制冷卻。（3）采用機械無級變速器與異步電動機配用進行無級調(diào)速 它的傳動優(yōu)點是：能很大的扭矩和功率。但摩擦片發(fā)熱比較嚴(yán)重，機械效率低。（4）用液壓馬達與異步電動機配合進行傳動和無級調(diào)速 在一般情況下，液壓馬達如能合理的使用和正確的維修和養(yǎng)護，工作是可靠的，但由于它在制造上精度要求高，這些因素在一定程度上限制了液壓馬達在擠出機上的應(yīng)用。（5）采用滑差電動機進行無級調(diào)速 此種調(diào)速范圍為1：31:10速度調(diào)節(jié)均勻平滑，起動轉(zhuǎn)巨大，結(jié)構(gòu)簡單可靠，且控制裝置消耗功率小。但因其在低速時效率較低且慣性較大，目前在擠出機上還用的不多。 功率：N=KD×L×n×10/D K計算系數(shù)

8、取0.06 D-螺桿直徑 取9cm L/D=12 螺桿工作部分長度 108cm N=424/=141.33 工作的轉(zhuǎn)速n=（0.20.7）N所以n取75r/minN=0.06×9×108/97510=39.37kw N=N0/=43.7kw 取55kw 通過綜合考慮，本設(shè)計選用Z-180-41直流電動機進行傳動。第二章.90橡膠冷喂料擠出機計算及說明2.1擠出機螺桿的設(shè)計： 螺桿的區(qū)域劃分及材料： 螺桿分三部分：一段加料段，中間段塑化段和前段擠出段。 材料的選擇：1.螺桿和機筒在擠出機擠出時受到高溫高壓的作用，同時受到機械刮磨。有的塑料還有化學(xué)腐蝕作用，且螺桿受到的扭矩也很

9、大。2.對材料性能的要求：（1）機械強度高（2）加工性能好（3）耐腐蝕和抗磨性好（4）取材容易。綜合考慮，38CrMoAlA氮化鋼。 主要的工藝參數(shù)： （1）螺桿的直徑：D=90mm （2）長徑比及各段長度分配： 長徑比：L/D=12。加料段長：L=648mm，中間段長L=173mm，擠 出段長：L=259mm。 （3）螺桿的轉(zhuǎn)速、產(chǎn)量、功率的確定： 螺桿轉(zhuǎn)速越高產(chǎn)量也越大，但過高的轉(zhuǎn)速可能會引起局部過熱，甚至?xí)斐晌锪系臒岱纸?，影響制品的質(zhì)量。 n=424/Dn-螺桿的臨界轉(zhuǎn)速 D-螺桿的直徑 螺桿工作轉(zhuǎn)速n在（0.20.7）n的范圍選取n=75r/min 根據(jù)螺桿的轉(zhuǎn)速，按經(jīng)驗公式計算擠出

10、機產(chǎn)量： Q=DnQ-生產(chǎn)能力D-螺桿外徑n-螺桿轉(zhuǎn)速-經(jīng)驗出料系數(shù) =0.0030.007 取=0.004Q=0.004×9×75=170.06kg/h （4）螺桿的螺紋升角和螺桿的軸向參數(shù)的確定： 本設(shè)計采用等距變深的螺桿 選取S=D=90mm =17°42 螺紋頭數(shù)及旋向：m=1，去右旋。 壓縮比：取=2 螺棱的軸向?qū)挾龋篹=（0.080.12）D 取e=9mm 螺桿上的溝槽： H=（0.0250.06）D 取H=3.6mm H=17.06mm D-螺桿直徑 H-加料段槽深 H-擠出段槽深 （5）螺紋的斷面形狀和各參數(shù)的確定： 斷面形狀為矩形。螺紋根徑面與螺

11、棱推進面成90°夾角，用小圓弧過度。 r=（1/22/3）H 取r=1.2mm R=（12）r 取R=2.4mm r=r=0.5mm 螺桿頭部采用球體。同時在螺桿尾部銑外花鍵。2.2.機筒的設(shè)計：機筒材料及結(jié)構(gòu)： 我國頒布系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定機筒表面硬度應(yīng)為HRC=65以上。 38CrMoAlA氮化鋼處理硬度大于65，綜合性能好，故本次設(shè)計機筒材料也選用38CrMoAlA氮化鋼。 機筒采用分段式，機筒在加料段設(shè)置軸開槽錐形套筒，其它段加襯套。襯套材料為38CrMoAlA。加料段套筒的設(shè)計： （1）進料套筒長度L=35D 取4D=360mm （2）套筒的結(jié)構(gòu)和尺寸：軸向開槽的數(shù)量90取9條。

12、（3）凹槽的寬度一般應(yīng)大于高聚物顆粒的最大尺寸故90取9.5mm （4）錐形套筒的錐度一般取2°48以內(nèi)機筒直徑較大者取小值，錐形套筒軸向長度較長者取小值。本設(shè)計取2°第三章.90橡膠冷喂料擠出機傳動系統(tǒng)的設(shè)計3.1減速器的設(shè)計和計算： 確定基本的參數(shù)和各級齒輪的扭矩、功率、轉(zhuǎn)數(shù) 總傳動比：i=n/n=1500/75=20 采用展開式二級斜齒輪減速器 分配傳動比：I=i/I=20/2.5=8 取i=3.286 i= I/ i=2.435 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) 各級轉(zhuǎn)速 I軸 n=600r/min 軸 n= n/ i=182.25 r/min 軸 n= n/ i=75

13、 r/min 功率 P=55×0.96=52.8kw P=52.8×0.99×0.97=50.688KW P=50.688×0.99×0.97=48.66KW 各軸扭矩： T=9550×P/ n=630.3 N*mm T=9550×P/ n=1988.32 N*mm T=9550×P/ n=4647.03 N*mm說明：齒輪采用硬齒面斜齒輪柱齒輪，材料為45剛，經(jīng)過熱處理軸也采用45剛實心。低速級軸左端內(nèi)表面銑內(nèi)花鍵，花鍵規(guī)格為8*12*72*78矩形花鍵的特點是定心精度，定心穩(wěn)定性好，能用磨削的方法消除熱處理變形

14、，定心直徑尺寸公差和位置公差都能獲得較高精度。3.2傳動裝置齒輪的設(shè)計計算與校核： 3.2齒輪組I: （1）傳動功率： P=55kw，n=1500r/min，i=3.286，壽命8年 材料：小齒輪：40Cr調(diào)質(zhì)，齒面硬度250280HBS 大齒輪：ZG310-570調(diào)質(zhì)，齒面硬度162-185HBS N=60njLh=60×1500×1×（300×8×10）=2.88×10h N= N/i=2.88×10/3.286=8.76×10h 查表得Z=0.92 Z=1.01 所以Z=1.0, Z=1.0 取S=1.0，Z

15、=1.0, Z=0.92.按齒面硬度250HBS，=690 =440mpa 由式=×Z×Z×Z/ S得： =690×1.0×1.0×0.92×0.92/1.0=584.21mpa =440×1.01×1.0×1.0×0.92/1.0=408.85mpa 由于>,故計算時取=408.25mpa （2）按齒面接觸強度確定中心距： 小齒輪轉(zhuǎn)矩：T=9.55×10×P/ n=630.3N*mm初定螺旋角：=13°計算得Z=0.987 初取KtZt=1.0，由

16、表查得Z=188.9 減速傳動比為：3.286，取=0.4 計算中心距：=284.56mm圓整后取=286mm=(0.0070.02) =(0.0070.02) ×286=(2.025.72)mm,取=4mm小齒輪齒數(shù)：=32.51=32.51×4=106.83取=33，=107實際傳動比：=3.242 傳動比誤差：i=×100%=1.33%5%，在允許的范圍內(nèi)。 修正螺旋角：=acrcos=12.38°=12°48與相接近可不修正 分度圓直徑：=×/=4×33/cos12.38°=134.829mm=4×

17、;107/cos12.38°=437.171mm 圓周速度：v=5.645m/s 由表5-3取齒輪精度為8級。 (3)驗算齒面接觸疲勞強度： 按電動機沖擊載荷取K=1.0 按齒輪精度8級和vz/100=1.863m/s 計算，查得：K=1.12 齒寬b=×a=0.4×286=114.4 按b/ d=114.4/134.892=0.848 齒輪在兩軸承之間非對稱分布，軸剛性較小，故查得K=1.06 由表5-4查得K=1.2 所以K= K K K K=1.425 計算重合度：， 齒頂圓直徑： =134.829+8=142.829mm， =437.171+8=445.1

18、71mm。齒輪端面壓力角：=arctg(tg/cos)=arctg(tg20°/cos12.38°)=20.4371°齒輪基圓直徑：=134.829×cos20.4371°=126.342mm，=437.171×cos20.4371°=409.655mm。=arcos=arccos(126.342/142.829)=20.8016°=arccos(409.655/445.171)=23.0421°=33×(tg20.8016°-tg20.4371°)+107×(tg

19、23.0421°-tg20.4371°)=1.71 。=2.447=381.984Mpa<=408.85Mpa(4)驗算齒根彎曲疲勞強度： z=33,z=107 由圖5-14得，Y=2.52，Y=2.23 由圖5-15得，Y=1.64，Y=1.80 =0.689，由圖5-16（b）得： ，由圖5-19得： ,由圖5-23得：m， 取計算許用彎力：計算齒根彎曲應(yīng)力： 取1 =74.34Mpa<=414.286Mpa （5）齒輪的主要參數(shù)： ， ，u=3.286, mm, =12°1248 d=134.829mm,d=437.171mm d= d+2ha=

20、142.829mm d=d+2ha=445.171mm d= d-2(ha+c)=124.829mm d= d-2(ha+c)=427.171mm a=( d+ d)/2=286mm b=b=114.4mm, b= b+(510)=120.4mm齒輪組： (1)傳動功率： ，n0=75r/min ,i=2.435壽命8年 材料：小齒輪 45Cr鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度250280HBS 大齒輪 ZG310-570調(diào)質(zhì)，齒面硬度162185HBS N=60njlh=2.88×10h N= N/i=8.76×10h 查表得：Z=0.92,Z=1.07 由式得：Z=1.0,Z=1.0 取

21、S=1.0，Z=1.0，Z=1.0 按齒面硬度250HBS,162HBS 由圖（5-16b） 得：=690Mpa =440Mpa 由式=得： ， 由于，故計算時取=408.85Mpa （2）按齒輪接觸強度確定中心距： 小齒輪轉(zhuǎn)矩：T=1988320Nmm 粗定螺旋角由式（5-42）計算Z 初取K，由表5-5查得： 減速傳動比為i=2.435，取 由式（5-39）計算中心距： 圓整后取=371mm =（0.0070.02）=（0.0070.02）×371=2.5977.42mm 取=6mm 小齒輪齒數(shù)： 去=35 =85 實際傳動比：i=/=2.429 傳動比誤差： = =0.2%&l

22、t;5% 允許 修正螺旋角： =13.9871° =13°5913 與相接近 分度圓直徑： 圓周速度： = 由表5-3取齒輪精度為8級 （3）驗算齒面接觸疲勞強度： 按電動機沖擊載荷取 由圖：5-4（b）按齒輪精度8級和計算，查得： 齒寬 按 齒輪在兩軸承之間非對稱分布，軸剛性較小， 故查的,由表5-4查得： 所以 計算重合度： 齒頂圓直徑： 齒輪端面壓力角： 齒輪基圓直徑： (4)驗算齒根彎曲疲勞強度： ， 則 由圖：5-14得： 由圖：5-15得： 由圖5-16（b）得： 由圖5-19得： 由圖5-23得： 取 則 （5）齒輪的主要參數(shù)： 3.3減速器傳動軸的設(shè)計： 高

23、速軸： 選用45#鋼調(diào)質(zhì)處理，硬度HBS217-255,取HBS250,查表得： 按扭轉(zhuǎn)強度初步計算：，考慮到有鍵槽軸徑應(yīng)該增大圓整后并考慮軸承的選用，取，對改軸布置如圖1。 結(jié)構(gòu)設(shè)計如下： 齒輪圓周力： 軸向力： 徑向力： 水平支反力： 垂直方向支反力： 水平彎矩： 豎直彎矩：合成彎矩： 所以此軸安全。中間軸： 選用45調(diào)質(zhì)，按扭矩強度初步計算： 圓整后并考慮軸承的選用，取d=70mm，結(jié)構(gòu)設(shè)計如下：T=1988320齒輪圓周力：軸向力：徑向力：水平支反力：垂直支反力：水平彎矩：豎直彎矩：合成彎矩：T=1988320Nmm此軸安全低速軸： 選用40Cr調(diào)質(zhì) 按扭矩強度初步計算： 圓整后并考慮

24、軸承的選用：取 結(jié)構(gòu)設(shè)計如下受力分析如下圖： 齒輪圓周力： 軸向力： 徑向力： 水平面支反力： 垂直面支反力： 水平彎矩： 合成彎矩： 所以此軸安全.3.4軸承的選取及校核： 高速軸選7315E軸承的校核： 兩軸承產(chǎn)生的附加軸向力： 中間軸所選7314E軸承的校核： 兩軸承產(chǎn)生的附加軸向力： 低速軸所選7319E軸承的校核： 兩軸承產(chǎn)生的附加軸向力： 第四章.零部件的選擇及校核4.1花鍵擠壓強度的校核：公式所以許用擠壓可以保證4.2低速軸花鍵段強度的校核: 軸的外徑取D=90mm，軸的內(nèi)徑去D=72mm 因為許用值為2545所以此軸強度可以保證4.3螺桿花鍵段的強度校核： 軸的外徑D=78,內(nèi)

25、徑D=72 38CrMoAlA的許用應(yīng)力 所以螺桿強度可以保證4.4螺桿強度的校核根據(jù)公式：式中：計算得：根據(jù)公式：，式中： 計算得：根據(jù)公式：，式中： 計算得：螺桿的合成應(yīng)力： 所以螺桿強度安全。4.5機筒的設(shè)計及校核： 根據(jù)公式： 取機頭最高壓力 故 根據(jù)公式： 根據(jù)公式： 根據(jù)公式： 機筒強度足夠。4.6推力軸承的選擇及校核選90394188E 額定基本負載為1180KW 由于軸向力,所以此推力軸承可以保證工作 壽命計算： 第五章各軸上聯(lián)結(jié)齒輪鍵的校核5.1低速級齒鍵的校核 參數(shù)取140，鍵的工作長度=140 按擠壓強度校核： 查表的 所以擠壓強度合格 按鈕轉(zhuǎn)剪切強度校核： 所以剪切強度合格5.2中間齒鍵的校核： 參數(shù) 取140，鍵的工作長度=140按擠壓強度校核 查表 所以擠壓強度合格按扭轉(zhuǎn)剪切強度校核 所以剪切強度合格5.3中間第二齒鍵的校核 參數(shù) 取140 按擠壓強度校核 查表得 所以擠壓強度合格 按扭轉(zhuǎn)剪切強度校核 所以剪切強度合格。參考文獻1 唐國俊等主編橡膠機械設(shè)計上冊 華南工學(xué)院等合編2 機械零件課程設(shè)計指導(dǎo)書哈爾冰工業(yè)大學(xué) 、清華大學(xué)等編3 機械設(shè)計西北工業(yè)大學(xué)機械原理及機械零件教研室編4 機械零件設(shè)計手冊上冊第二版 冶金工業(yè)出版社出5 機械設(shè)計手冊 上、中、下冊化學(xué)工業(yè)出版社6 橡膠工業(yè)手冊第九分冊上冊化學(xué)工業(yè)出版社致謝感謝學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)為我提供這樣