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沈阳化工大学学士学位论文 引言 90橡胶冷喂料挤出机毕业设计说明书引言挤压系统是挤出机的主体部分，主要作用是剪切、塑化和捏炼胶料，以一定的压力，均匀连续地向机头输送胶料。挤压系统由加料装置、螺杆、机筒、衬套等组成。传动系统的作用是驱动螺杆旋转和根据工艺要求调节螺杆的转速。由电动机和减速机等组成。机头是挤出机的成型部件。它的作用是使胶料由螺旋运动变为直线运动；在一定的压力下，将胶料挤压成各种所需形状的半成品。根据挤出半成品的形状和不同的挤出工艺，机头可以更换。加热冷却系统的作用是控制挤出过程中胶料的温度。常用蒸汽、水、油、乙二醇等加热也可用电加热。冷却多使用水。加热冷却系统由管路和控制阀门及分配器组成。若采用液体加热冷却系统，则还需增添泵、加热器等。电气控制系统的作用是满足挤出工艺条件的需要实现对挤出机机筒各段温度，机头温度，螺杆转速，驱动扭矩或功率，轴向力等的控制和调节。它一般由温控，调速和检测装置组成。螺杆挤出机的基本工作过程：带状胶料加入加料口后，在旋转螺杆的作用下，胶料被搓成团状沿螺槽滚动前进，因螺杆的剪切、压缩和搅拌作用胶料受到进一步的混炼和塑化，温度和压力逐步升高，呈现出粘流状态，以一定的压力和温度通过机头，最后得到所需的一定形状的半成品。 螺杆挤出机的加压部分是由机身.螺杆.衬套.和喂料口等组成，用于完成胶料的塑化.混炼及使胶料克服机头口型阻力而挤压成一定断面形状的半成品。螺杆挤出机的传动系统由电动机.减速机组成，用于提供螺杆转动的动力和速度。加热冷却系统由螺杆中心的内腔.机筒和机头的夹套等组成。根据工艺加工的需要，对这些部位进行加热或冷却。电气控制系统由控制开关柜.电源控制柜等组成，用于提供电。34沈阳化工大学学士学位论文 第一章技术要求及工艺流程 沈阳化工大学学士学位论文 第一章技术要求及工艺流程 第一章.技术要求及工艺流程1.1主要参数： 螺杆直径： D=90mm 长径比： L/D=12 螺杆转速： n=75r/min生产能力： Q=170.06kg/h参数的确定计算说明螺杆直径 D=90mm长径比 L/D=12:1螺杆转速 n临界=424/=424/=141.3r/min工作转速 n=（0.2-0.7）n临=28.2-98.65r/min 取n=75r/min 冷喂料挤出机的功率计算 N=D3(L/D)n K *10-5式中 N- 挤出机的功率，kW；D- 螺杆直径， cm； L/D- 螺杆长径比；n- 螺杆转速，r/min；K- 系数，约为5.256.73；算的N0=93*12*75*6*10-5 =39.37k W （K取6）N=N0/=43.7kw生产能力的计算 经验公式 Q=D3n式中 Q- 生产能力，kg/h；D- 螺杆直径，cm；n- 螺杆转速，r/min；- 系数，可以实测得到，成型挤出机=0.00384,；过滤挤出机=0.00256 算的Q=0.00384*93*75=170.06kg/h 1.2工艺设计： 备料染色挤出塑化成型压光冷却输送切边牵引切断检验侧重入库1.3总体结构图的布置及螺杆的连接方式： 减速器输出轴与螺杆的连接方式： 采用花键联接。整体联接方式结构紧凑，密封可靠，且传动可靠。 电机与减速器的联接方式： 电机通过皮带轮与减速器连接。 轴向力的传递： 物料对螺杆的轴向力螺杆主轴止推轴承法兰联接螺栓加料段机筒联接螺栓机头物料 减速器主轴的布置形式： 由于主轴受轴向力和径向力的作用，一般在主轴上布置两个径向轴承和一个止推轴承。 布置形式：止推轴承位于两个径向轴承的前面，这样物料给螺杆的轴向力一方面通过键套传给止推轴承。止推轴承再将力传到轴承座。另一方面物料又作用在机头上一个推力。这个推力向左拉机筒，并通过料斗座而作用在止推轴承座上，使减速箱不受该轴向力的影响。由于止推轴承装于箱体外，安装维修比较方便。1.4电机的选择： 挤出机的调速方法有有极调速和无极调速两种。从提高挤出机的适应性来看，使用无级调速最为理想，采用无级调速还易于实现自动控制。 目前，可采用的无级调速方法有：（1）用三项异步整流子电机实现无级调速 这种电机通常的调速范围为1:3和1:6这种电机与直流电机比较有成本低占地面积小等优点。但与一般异步电机比较又现成本高，故障也较多。（2）用直流电动机实现无级调速 这种电动机最大调速范围可为1:16，由于可控硅整流技术的发展和应用，用它来控制直流电动机可以代替昂贵而庞大的“电动机一直流发电机组”。为了使其在低速时散热良好，可以另加吹风设备进行强制冷却。（3）采用机械无级变速器与异步电动机配用进行无级调速 它的传动优点是：能很大的扭矩和功率。但摩擦片发热比较严重，机械效率低。（4）用液压马达与异步电动机配合进行传动和无级调速 在一般情况下，液压马达如能合理的使用和正确的维修和养护，工作是可靠的，但由于它在制造上精度要求高，这些因素在一定程度上限制了液压马达在挤出机上的应用。（5）采用滑差电动机进行无级调速 此种调速范围为1：31:10速度调节均匀平滑，起动转巨大，结构简单可靠，且控制装置消耗功率小。但因其在低速时效率较低且惯性较大，目前在挤出机上还用的不多。 功率：N=KDLn10/D K计算系数 取0.06 D-螺杆直径 取9cm L/D=12 螺杆工作部分长度 108cm N=424/=141.33 工作的转速n=（0.20.7）N所以n取75r/minN=0.069108/97510=39.37kw N=N0/=43.7kw 取55kw 通过综合考虑，本设计选用Z-180-41直流电动机进行传动。沈阳化工大学学士学位论文 第二章.90橡胶挤出机计算及说明第二章.90橡胶冷喂料挤出机计算及说明2.1挤出机螺杆的设计： 螺杆的区域划分及材料： 螺杆分三部分：一段加料段，中间段塑化段和前段挤出段。 材料的选择：1.螺杆和机筒在挤出机挤出时受到高温高压的作用，同时受到机械刮磨。有的塑料还有化学腐蚀作用，且螺杆受到的扭矩也很大。2.对材料性能的要求：（1）机械强度高（2）加工性能好（3）耐腐蚀和抗磨性好（4）取材容易。综合考虑，38CrMoAlA氮化钢。 主要的工艺参数： （1）螺杆的直径：D=90mm （2）长径比及各段长度分配： 长径比：L/D=12。加料段长：L=648mm，中间段长L=173mm，挤 出段长：L=259mm。 （3）螺杆的转速、产量、功率的确定： 螺杆转速越高产量也越大，但过高的转速可能会引起局部过热，甚至会造成物料的热分解，影响制品的质量。 n=424/Dn-螺杆的临界转速 D-螺杆的直径 螺杆工作转速n在（0.20.7）n的范围选取n=75r/min 根据螺杆的转速，按经验公式计算挤出机产量： Q=DnQ-生产能力D-螺杆外径n-螺杆转速-经验出料系数 =0.0030.007 取=0.004Q=0.004975=170.06kg/h （4）螺杆的螺纹升角和螺杆的轴向参数的确定： 本设计采用等距变深的螺杆 选取S=D=90mm =1742 螺纹头数及旋向：m=1，去右旋。 压缩比：取=2 螺棱的轴向宽度：e=（0.080.12）D 取e=9mm 螺杆上的沟槽： H=（0.0250.06）D 取H=3.6mm H=17.06mm D-螺杆直径 H-加料段槽深 H-挤出段槽深 （5）螺纹的断面形状和各参数的确定： 断面形状为矩形。螺纹根径面与螺棱推进面成90夹角，用小圆弧过度。 r=（1/22/3）H 取r=1.2mm R=（12）r 取R=2.4mm r=r=0.5mm 螺杆头部采用球体。同时在螺杆尾部铣外花键。2.2.机筒的设计：机筒材料及结构： 我国颁布系列标准规定机筒表面硬度应为HRC=65以上。 38CrMoAlA氮化钢处理硬度大于65，综合性能好，故本次设计机筒材料也选用38CrMoAlA氮化钢。 机筒采用分段式，机筒在加料段设置轴开槽锥形套筒，其它段加衬套。衬套材料为38CrMoAlA。加料段套筒的设计： （1）进料套筒长度L=35D 取4D=360mm （2）套筒的结构和尺寸：轴向开槽的数量90取9条。 （3）凹槽的宽度一般应大于高聚物颗粒的最大尺寸故90取9.5mm （4）锥形套筒的锥度一般取248以内机筒直径较大者取小值，锥形套筒轴向长度较长者取小值。本设计取2沈阳化工大学学士学位论文 第三章.90橡胶挤出机传动系统的设计第三章.90橡胶冷喂料挤出机传动系统的设计3.1减速器的设计和计算： 确定基本的参数和各级齿轮的扭矩、功率、转数 总传动比：i=n/n=1500/75=20 采用展开式二级斜齿轮减速器 分配传动比：I=i/I=20/2.5=8 取i=3.286 i= I/ i=2.435 计算传动装置的运动和动力参数 各级转速 I轴 n=600r/min 轴 n= n/ i=182.25 r/min 轴 n= n/ i=75 r/min 功率 P=550.96=52.8kw P=52.80.990.97=50.688KW P=50.6880.990.97=48.66KW 各轴扭矩： T=9550P/ n=630.3 N*mm T=9550P/ n=1988.32 N*mm T=9550P/ n=4647.03 N*mm说明：齿轮采用硬齿面斜齿轮柱齿轮，材料为45刚，经过热处理轴也采用45刚实心。低速级轴左端内表面铣内花键，花键规格为8*12*72*78矩形花键的特点是定心精度，定心稳定性好，能用磨削的方法消除热处理变形，定心直径尺寸公差和位置公差都能获得较高精度。3.2传动装置齿轮的设计计算与校核： 3.2齿轮组I: （1）传动功率： P=55kw，n=1500r/min，i=3.286，寿命8年 材料：小齿轮：40Cr调质，齿面硬度250280HBS 大齿轮：ZG310-570调质，齿面硬度162-185HBS N=60njLh=6015001（300810）=2.8810h N= N/i=2.8810/3.286=8.7610h 查表得Z=0.92 Z=1.01 所以Z=1.0, Z=1.0 取S=1.0，Z=1.0, Z=0.92.按齿面硬度250HBS，=690 =440mpa 由式=ZZZ/ S得： =6901.01.00.920.92/1.0=584.21mpa =4401.011.01.00.92/1.0=408.85mpa 由于,故计算时取=408.25mpa （2）按齿面接触强度确定中心距： 小齿轮转矩：T=9.5510P/ n=630.3N*mm初定螺旋角：=13计算得Z=0.987 初取KtZt=1.0，由表查得Z=188.9 减速传动比为：3.286，取=0.4 计算中心距：=284.56mm圆整后取=286mm=(0.0070.02) =(0.0070.02) 286=(2.025.72)mm,取=4mm小齿轮齿数：=32.51=32.514=106.83取=33，=107实际传动比：=3.242 传动比误差：i=100%=1.33%5%，在允许的范围内。 修正螺旋角：=acrcos=12.38=1248与相接近可不修正 分度圆直径：=/=433/cos12.38=134.829mm=4107/cos12.38=437.171mm 圆周速度：v=5.645m/s 由表5-3取齿轮精度为8级。 (3)验算齿面接触疲劳强度： 按电动机冲击载荷取K=1.0 按齿轮精度8级和vz/100=1.863m/s 计算，查得：K=1.12 齿宽b=a=0.4286=114.4 按b/ d=114.4/134.892=0.848 齿轮在两轴承之间非对称分布，轴刚性较小，故查得K=1.06 由表5-4查得K=1.2 所以K= K K K K=1.425 计算重合度：， 齿顶圆直径： =134.829+8=142.829mm， =437.171+8=445.171mm。齿轮端面压力角：=arctg(tg/cos)=arctg(tg20/cos12.38)=20.4371齿轮基圆直径：=134.829cos20.4371=126.342mm，=437.171cos20.4371=409.655mm。=arcos=arccos(126.342/142.829)=20.8016=arccos(409.655/445.171)=23.0421=33(tg20.8016-tg20.4371)+107(tg23.0421-tg20.4371)=1.71 。=2.447=381.984Mpa=408.85Mpa(4)验算齿根弯曲疲劳强度： z=33,z=107 由图5-14得，Y=2.52，Y=2.23 由图5-15得，Y=1.64，Y=1.80 =0.689，由图5-16（b）得： ，由图5-19得： ,由图5-23得：m， 取计算许用弯力：计算齿根弯曲应力： 取1 =74.34Mpa=414.286Mpa （5）齿轮的主要参数： ， ，u=3.286, mm, =121248 d=134.829mm,d=437.171mm d= d+2ha=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齿轮组： (1)传动功率： ，n0=75r/min ,i=2.435寿命8年 材料：小齿轮 45Cr钢调质，齿面硬度250280HBS 大齿轮 ZG310-570调质，齿面硬度162185HBS N=60njlh=2.8810h N= N/i=8.7610h 查表得：Z=0.92,Z=1.07 由式得：Z=1.0,Z=1.0 取S=1.0，Z=1.0，Z=1.0 按齿面硬度250HBS,162HBS 由图（5-16b） 得：=690Mpa =440Mpa 由式=得： ， 由于，故计算时取=408.85Mpa （2）按齿轮接触强度确定中心距： 小齿轮转矩：T=1988320Nmm 粗定螺旋角由式（5-42）计算Z 初取K，由表5-5查得： 减速传动比为i=2.435，取 由式（5-39）计算中心距： 圆整后取=371mm =（0.0070.02）=（0.0070.02）371=2.5977.42mm 取=6mm 小齿轮齿数： 去=35 =85 实际传动比：i=/=2.429 传动比误差： = =0.2%5% 允许 修正螺旋角： =13.9871 =135913 与相接近 分度圆直径： 圆周速度： = 由表5-3取齿轮精度为8级 （3）验算齿面接触疲劳强度： 按电动机冲击载荷取 由图：5-4（b）按齿轮精度8级和计算，查得： 齿宽 按 齿轮在两轴承之间非对称分布，轴刚性较小， 故查的,由表5-4查得： 所以 计算重合度： 齿顶圆直径： 齿轮端面压力角： 齿轮基圆直径： (4)验算齿根弯曲疲劳强度： ， 则 由图：5-14得： 由图：5-15得： 由图5-16（b）得： 由图5-19得： 由图5-23得： 取 则 （5）齿轮的主要参数： 3.3减速器传动轴的设计： 高速轴： 选用45#钢调质处理，硬度HBS217-255,取HBS250,查表得： 按扭转强度初步计算：，考虑到有键槽轴径应该增大圆整后并考虑轴承的选用，取，对改轴布置如图1。 结构设计如下： 齿轮圆周力： 轴向力： 径向力： 水平支反力： 垂直方向支反力： 水平弯矩： 竖直弯矩：合成弯矩： 所以此轴安全。中间轴： 选用45调质，按扭矩强度初步计算： 圆整后并考虑轴承的选用，取d=70mm，结构设计如下：T=1988320齿轮圆周力：轴向力：径向力：水平支反力：垂直支反力：水平弯矩：竖直弯矩：合成弯矩：T=1988320Nmm此轴安全低速轴： 选用40Cr调质 按扭矩强度初步计算： 圆整后并考虑轴承的选用：取 结构设计如下受力分析如下图： 齿轮圆周力： 轴向力： 径向力： 水平面支反力： 垂直面支反力： 水平弯矩： 合成弯矩： 所以此轴安全.3.4轴承的选取及校核： 高速轴选7315E轴承的校核： 两轴承产生的附加轴向力： 中间轴所选7314E轴承的校核： 两轴承产生的附加轴向力： 低速轴所选7319E轴承的校核： 两轴承产生的附加轴向力： 沈阳化工大学学士学位论文 第四章.零部件的选择及校核第四章.零部件的选择及校核4.1花键挤压强度的校核：公式所以许用挤压可以保证4.2低速轴花键段强度的校核: 轴的外径取D=90mm，轴的内径去D=72mm 因为许用值为2545所以此轴强度可以保证4.3螺杆花键段的强度校核： 轴的外径D=78,内径D=72 38CrMoAlA的许用应力 所以螺杆强度可以保证4.4螺杆强度的校核根据公式：式中：计算得：根据公式：，式中： 计算得：根据公式：，式中： 计算得：螺杆的合成应力： 所以螺杆强度安全。4.5机筒的设计及校核： 根据公式： 取机头最高压力 故 根据公式： 根据公式： 根据公式： 机筒强度足够。4.6推力轴承的选择及校核选90394188E 额定基本负载为1180KW 由于轴向力,所以此推力轴承可以保证工作 寿命计算： 沈阳化工大学学士学位论文 第五章 各轴上联结齿轮键的校核 第五章各轴上联结齿轮键的校核5.1低速级齿键的校核 参数取140，键的工作长度=140 按挤压强度校核： 查表的 所以挤压强度合格 按钮转剪切强度校核： 所以剪切强度合格5.2中间齿键的校核： 参数 取140，键的工作长度=140按挤压强度校核 查表 所以挤压强度合格按扭转剪切强度校核 所以剪切强度合格5.3中间第二齿键的校核 参数 取140 按挤压强度校核 查表得 所以挤压强度合格 按扭转剪切强度校核 所以剪切强度合格。沈阳化工大学学士学位论文 参考文献 参考文献1 唐国俊等主编橡胶机械设计上册 华南工学院等合编2 机械零件课程设计指导书哈尔冰工业大学 、清华大学等编3 机械设计西北工业大学机械原理及机械零件教研室编4 机械零件设计手册上册第二版 冶金工业出版社出5 机械设计手册 上、中、下册化学工业出版社6 橡胶工业手册第九分册上册化学工业出版社沈阳化工大学学士学位论文 致谢 致谢感谢学院领导为我提供这样一个学习和研究的机会，通过这次学习让我不但巩固了四年的大学学习的基本理论知识，而且能够把它与实践结合起来，对我以后的工作任务也是一个初步了解。经过接近四个月的忙碌和工作，毕业设计已经接近尾声，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有指导老师的督促指导，和同学们的帮助，想要完成这个论文题目的困难是难以想象的。在本次设计中，特别的感谢我的指导教师连永祥老师。这次设计占用了连永祥老师不少时间，连永祥老师平日工作就繁忙，但在我做毕业设计的每个阶段，从外出实习到查阅资料，设计参数的确定和修改，中期检验，后期的CAD画图等整个过程中都给予了我细心的指导。除了敬佩连永祥老师的专业水平之外，他丰富的理论知识及实际工作经验、对待学术问题的科学态度也是我学习的榜样，最后感谢这四年来给予了我各方面极大支持及鼓励的机械工程学院所有老师，为我们打下了扎实的专业基础知识，同时还要感谢所有同学的支持和鼓励，帮助我顺利完成此次毕业设计。沈阳化工大学学士学位论文 总结总 结作为一名大学生，毕业设计是检验四年所学知识的标准。经过一个学期的努力，终于完成的毕业设计的所有内容，经过本次设计，我对所学专业有了更具体且更系统的理解。以前这些知识只是被凌乱的堆积起来，不能灵活地解决现实问题。通过本次设计，我深深感到我自己运用专业知识的能力得到了一次提升，我深感这其中最大帮助的人是我的指导老师连永祥老师，他具有丰富的专业知识和百问不倦的态度。在毕业答辩的来临之前先对自己一个学期的付出做个总结。本设计的题目是 ：90橡胶冷喂料挤出机。在连永祥老师的指导下，我们了解了毕业设计所需要完成的任务。首先，通过在网络和学校图书馆对相关知识的了解完成了文献综述和英文资料及对英文资料翻译的任务。然后根据自己的课题规定了自己所设计模型的尺寸规格，并完成设计计算说明书的任务，对有关零件的尺寸进行校核，为CAD和手绘图做好准备。在完成设计计算以后，进入手绘图阶段，然后进入CAD绘图阶段。四月末进行了为期两天的生产实习。最后在连永祥老师的帮助下，完成了CAD出图和各项资料的打印，准备答辩。1. 基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究2. 基于单片机的嵌入式Web服务器的研究 3. 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