《SJ8025挤出机设计毕业设计论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《SJ8025挤出机设计毕业设计论文.doc（54页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、 摘要塑料挤出机简称挤出机（又名压出机），塑料挤出机也属于塑料机械的种类之一，塑料挤出机通常称之为主机，而与其配套的后续设备塑料挤出成型机则称为辅机。一般挤出机有五大部分组成：挤出部分、传动部分、机头、加热冷却系统、电气控制系统。挤出机用于生产PE管材。生产的管材具有耐热、耐老化、机械强度高、耐环境应力开裂性、抗蠕变性能好等优点，是城际间输送燃气和城市供水管道首选产品。挤出机是塑料行业最基本的加工机械，挤出机依据机头料流方向以及螺杆中心线的夹角，可以将机头分成直角机头和斜角机头等。螺杆式挤出机的工作机理是依靠螺杆旋转所产生的压力及剪切力，能使得物料可以充分进行塑化以及均匀混合。带状塑料加入加料
2、口后，在旋转螺杆的作用下，塑料被搓成团状沿螺杆槽滚动前进，因螺杆的剪切、压缩和搅拌作用塑料受到进一步的混炼和塑化，温度和压力逐步提高，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。塑料挤出机可以基本分类为双螺杆挤出机，单螺杆挤出机以及不多见的多螺杆挤出机以及无螺杆挤出机。本设计首先介绍了螺杆挤出机的分类与发展前景等，其次为整体方案的确定部分，详细的介绍了本设计的选择依据，最后为整体设计部分，涉及到各参数的确定过程。运用AutoCAD绘制螺杆、中间轴和机架零件图；挤出机总体结构装配图。关键词: 挤出机； 螺杆； 机头；中间轴； 机架 Abstract塑料挤出机简称挤
3、出机（又名压出机），塑料挤出机也属于塑料机械的种类之一，塑料挤出机通常称之为主机，而与其配套的后续设备塑料挤出成型机则称为辅机。一般挤出机有五大部分组成：挤出部分、传动部分、机头、加热冷却系统、电气控制系统。挤出机用于生产PE管材。生产的管材具有耐热、耐老化、机械强度高、耐环境应力开裂性、抗蠕变性能好等优点，是城际间输送燃气和城市供水管道首选产品。 Plastic extrusion machine called extruder (aka extruder), plastic extruder also belongs to one of the types of plastic machi
4、nery, plastic extruder is often referred to the as the host, and its support of the subsequent equipment, plastic extrusion molding machine is known as auxiliary machines. The general extruder has five major parts: the extrusion part, the transmission part, the machine head, the heating and cooling
5、system, the electric control system. Extruder for the production of PE pipe. The pipe has the advantages of heat resistance, aging resistance, high mechanical strength, environmental stress cracking resistance, creep resistance, etc. it is the first choice for the transportation of gas and city wate
6、r supply pipeline between city and city. Extruder is the plastic industrys most basic processing machinery, extruder according to the direction of the flow of the nose and the angle between the center line of the screw, can be divided into a right angle head and nose, etc. The working mechanism of t
7、he screw extruder is to rely on the pressure and shearing force produced by the rotation of the screw, so that the material can be fully mixed and uniformly mixed. Strip plastic join feeding port, under the action of the screw rotation, plastics are rubbed into ball shape along the screw groove roll
8、ing forward, for screw shear, compression and stirring plastics by further mixing mixing and plastication, temperature and pressure gradually increase, showing a viscous flow state, to a certain pressure and temperature through the head, finally get the desired shape of semi-finished products. Plast
9、ic extruder can be basically classified as twin screw extruder, single screw extruder and rare multi - screw extruder and non - screw extruder. This design first introduced the screw extrusion machine classification and development prospects, secondly for the overall program of determining section,
10、detailed introduces the basis for the selection of the design. Finally, as part of the overall design relates to the parameters in the process of determining. The use of AutoCAD drawing screw, shaft and frame parts diagram; extruder overall structure. 关键词 挤出机；螺杆；机头；中间轴；机架 Keywords: Extruder; Screw;
11、Head; Shaft; Frame目 录 第一章 引言 1 1.1 塑料挤出机概述 1 1.2 塑料挤出机的组成 1 1.3 挤出机工艺参数的确定 2 第二章 塑料挤出机的总体布置及轴向的传递 3 2.1 主体布置 3 2.2 轴向力的传递方式 3 2.3 减速器主轴轴承的布置形式 3 第三章 螺杆 4 3.1 材料与技术要求 4 3.2 结构设计及主要工艺参数设计 4 3.3 螺杆消耗的功率的计算与电机选择 5 3.3.1 功率的计算 5 3.3.2 选择电机 6 3.4 螺杆强度校核 7 3.4.1 剪应力计算 7 3.4.2 压应力的计算 7 3.4.3 弯应力的计算 8 3.5 螺杆
12、的主要参数 8 第四章 机筒 10 4.1 机筒的整体联接布置 10 4.2 材料与技术要求 10 4.3 机筒的初步设计 10 4.4 加热冷却通道的设计及校核 10 4.5 机筒的强度校核 12 4.5.1 工作应力 12 4.5.2装配应力 13 4.5.3 合成应力 14 4.6 机筒上各处连接螺栓的校核 15 第五章 传动系统设计计算 17 5.1 传动部分的设计参数的计算 17 5.2 计算传动装置的总传动比，并分配传动比 17 5.3运动和动力参数的计算 18 5.3.1 各轴转速 18 5.3.2 各轴输入功率 18 5.3.3 各轴输出功率 18 5.3.4 各轴输出扭矩 1
13、8 第六章 齿轮传动设计 20 6.1 高速级齿轮传动的检验计算 20 6.1.1 精度等级的选取 20 6.1.2 初选齿数 20 6.1.3 螺旋角的选取 20 6.2低速级齿轮传动的检验计算 24 6.2.1 精度等级的选取 24 6.2.2 初选齿数 24 6.2.3 螺旋角的选取 24 第七章 轴的设计 29 7.1各轴轴径的初步计算 29 7.1.1. 各轴轴径的初步计算 29 7.2轴的轴向长度的确定及减速箱的初步设计 30 7.3轴的具体结构设计 30 7.3.1 高速轴 30 7.3.2 中间轴 31 7.3.3 低速轴 31 7.4各轴的强度校核 32 7.4.1 高速轴
14、32 7.4.2 中间轴 33 7.4.3低速轴 36 7.5 轴上个平键校核 37 7.5.1 平键的强度条件 37 7.5.2 低速轴与大齿轮轴 38 7.5.3告诉轴中与联轴器联接键的选择校核 38 第八章 轴承的计算与校核 39 8.1高速轴轴承 39 8.2中间轴轴承 40 8.3低速轴轴承 41 第九章 螺杆与低速轴联接部分的计算与校核 43 9.1联轴器的选择 43 9.2花键的选择校核 43 9.3低速轴带花键部分的强度校核 43 9.4推力轴承的选择与校核 44 结论 45 参考文献 46 致谢 47沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 引言 第一章 引言1.1 塑料挤出
15、机概述 螺杆挤出机结构由五大部分组成：挤压系统，传动系统，机头，加热冷却系统，电气控制系统。 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。 电气控制系统的作
16、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。1.2 塑料挤出机的组成 主要有机身部分，传动系统，加热与冷却装置等组成。（1）机筒部分是外筒和衬套构成，两者之间为调温通道。（2）机器与螺杆采用花键联接，传动部分采用三相异步电动机，减速器为二级斜齿圆柱齿
17、轮减速器。整机共有四个加热区段：螺杆，机头，机筒上两处1.3 挤出机工艺参数的确定螺杆直径 D=80 mm长径比 L/D=25螺杆转速 N=55 r/min主电机型号 直流Z4-250-21电机转速(同步) 1500r/min电机额定电压 440V 50HZ电机额定功率 N=110kw生产能力 Q=0.65=0.0652沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 塑料挤出机的总体布置及轴向的传递 第二章 塑料挤出机的总体布置及轴向的传递2.1 主体布置 电机放在减速器右侧 缺点：结构不够紧凑 优点：安装检修非常方便而且还可以改善电机的散热条件2.2 轴向力的传递方式 胶料对螺杆的轴向力螺杆止推轴
18、承中间板连接螺栓后段机筒连接螺栓机筒法兰机筒法兰前段机筒连接螺栓机头胶料 轴向力的传递是封闭的，符合要求。2.3 减速器主轴轴承的布置形式 由于胶料对螺杆的轴向力由止推轴承承担，减速器主轴所受力主要来源于圆柱斜齿轮啮合所产生的轴向力和径向力。由于以上原因，主轴轴承采用“面对面”装用，这样有利于主轴轴承部分的刚度要求。用角接触球轴承。38沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 螺杆 第三章 螺杆3.1 材料与技术要求 螺杆是挤出机的主要部件。在挤出过程中，螺杆既要传递大的扭矩，又要承受的挤压，因此，要求螺杆的材料应具足够的强度和抗磨能力，较好的耐化学腐蚀性能，良好的机械加工性能和热处理性能以及
19、在高温下不变的性能。螺杆基本上分为三段：加料段，塑化段和挤出段。螺杆采用38CrMoAlA并进行掺氮化处理。氮化深度为0.3-0.7mm，表面硬度HRC60-65，在螺杆顶部堆焊一层耐磨硬质合金。3.2 结构设计及主要工艺参数设计螺杆直径 D=80mm。螺杆长径比L/D长度及各段长度分配。根据工艺要求及质料显示取，L/D=25，即L=2250mm同时将此长度分配： 加料段：L1=1100mm 中间段：L2=550mm 挤出段：L3=600mm螺纹头数i ： 加料段为单头螺纹。螺杆几何压缩比： 冷喂料挤出机压缩比一般为1.7-1.8，则本次取1.8。螺纹导程和螺纹升角 导程t =100mm=17
20、42螺槽深度： 加料段h=15mm，挤出段h=10mm螺棱的轴向宽度b： 一般取b=（0.060.08）D=6mm8mm本次取8mm。螺纹的断面形状: 图3-1螺纹断面矩形断面。 R1=2,R2=2,H=8螺杆头部形状： 取球体螺杆头图3-2螺杆头部 d=80mm R=40mm 螺杆与减速器低速轴的连接方式： 采用花键联接，设计与校对见后。3.3 螺杆消耗的功率的计算与电机选择3.3.1 功率的计算 (3.1)式中D=80mm=8cm。 L/D=25 (3.2)螺杆转速 n=(0.2-0.7)n临界=26.82-93.87。最佳转速为 则n取60 ()。因此： (3.3) 5.52 93 25
21、 55 10 -5 55.3kw。则N=(55.392.6)kw取N=90kw。3.3.2 选择电机通过冷喂料挤出机的主要性能参数的类比。 电机功率 (3.4) 确定电机转速： 根据有关材料推荐的传动比合理范围即二级圆柱减速器传动比i=840故电机转速的可选范围为： 按工作要求和条件选用直流电机根据容量和转速选：E425021 主要性能参数如下： 额定功率：55kw 额定电压：440V 额定电流：459A 额定转速/最高转速：1500/2200 效率：90.5% 重量：760kg3.4 螺杆强度校核3.4.1 剪应力计算 (3.5) 其中：取 =114.43 3.4.2 压应力的计算 (3.6
22、) 则 3.4.3 弯应力的计算伸出段重量 =64.68（kg） 按第三强度理论，其强度条件为： (3.7) 而 取835换算得 n取3， 则 强度符合要求。3.5 螺杆的主要参数 螺杆直径：D=80mm 螺杆长径比：L/D=25 螺杆长度：L=2250mm 螺杆压缩比：1.8 L导程: 螺杆深度：h=16.5mm 螺棱轴向宽度：b=10mm 冷却水孔： 20mm 螺杆转速： 55r/min 电机功率： 22kw 电机型号： Z4-250-21沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 机筒 第四章 机筒4.1 机筒的整体联接布置 本次设计将机筒设计成分段式机筒。也分成三段，喂料段中间段和挤出段
23、。内部结构设计成组合式：加料段由衬套和外套组成，中间段和挤出段由衬套水套和外套组成。4.2 材料与技术要求机筒采用铸钢制作，衬套采用38CrMoAlA制作，内部调值HB250-280，内孔表面氮化层深度0.3-0.7mm，硬度HRC65-70，衬套壁厚取(0.1-0.15)D。4.3 机筒的初步设计 机筒两端之间用法兰联接，每段结构均有共差配合，采用石棉橡胶垫密封。三段衬套厚度均取20mm，即内径mm，外经为mm。喂料段的外套尺寸：内径mm，外径mm。中间段和挤出段水套尺寸：内径mm，外径mm。中间段和挤出段外套尺寸：内径mm，外径mm。其中衬套材料为38CrMoALA,氮化处理，水套，材料为
24、，外套材料为HT200。4.4 加热冷却通道的设计及校核 流量： (4.1)式中：C-冷却水的比热 C=1 cal/g -机筒的冷却水进口温度 -机筒的冷却水出口温度 取=2又 式中可忽略不计 =860N(6585)% =860 =G()式中 -24-96 式中 取 =70-24=46 -自然对流的冷热系数 取=3.97kcal/kg因此， =1.95 式中 （kg/h）其中：F-螺杆冷却管道内孔的横街面积 V-螺杆冷却管道中冷却水的流速 为0.81m/s，取V=1m/s -水的比重 kg/m 则 （不考虑机头） 综上所述 =4.011（kcal/h） 因此 则冷却水在机筒内的冷却水道中体积流
25、量为 根据1P328 ，合格。4.5 机筒的强度校核 衬套材料为38CrMoAlA,外套材料为HT200 衬套外内径比： 外套外内径比：按厚壁圆筒的强度公式计算注：带衬套的机筒，由于衬套与机筒外套是过盈配合，因此，除了工作应力外，还在结合面上产生装配应力，其强度校核是先计算工作应力，因为衬套与外套采用过盈配合，可视为整体。4.5.1 工作应力工作应力，如图所示 A：工作应力 B：装配应力 C：合成应力衬套内壁处图4-1 衬套应力 其中P可知 P=10Mpa 衬套与外套结合面处: =10 外套外壁处 外套轴向应力 4.5.2装配应力 装配应力： (4.2) 式中： 取=0.28 取 则 （1）衬
26、套内壁处 （2）衬套外壁处 （3）外套内壁处 （4）外套外壁处 4.5.3 合成应力在装配压力作用下，衬套及外套的危险点都在各自的内壁，在工作压力作用下其危险点也在衬套内壁，因此，只要进行衬套及外套内壁强度校核即可。可按第四强度理论进行校核。（1）衬套内壁 (4.3) 式中 = 则：故衬套满足强度要求。（2）外套内壁 (4.4)式中： = 故外套也满足强度要求4.6 机筒上各处连接螺栓的校核 机筒上的连接螺栓包括机筒与箱体及各机筒间和机头的联接，每处都为均布的6个螺栓，它们所受的力主要是轴向力P (4.5)则每个螺栓所受工作拉力为： (4.6)以便机筒之间不发生渗漏则所需的残余预紧力 取则螺栓
27、说需的预紧力 则 采用普通螺栓，则 (4.7)螺栓材料选用A3钢 及同上各处螺栓都取M27的螺栓联接沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第五章 传动系统设计计算 第五章 传动系统设计计算5.1 传动部分的设计参数的计算 本次设计的减速装置采用二级齿轮减速，输出轴采用花键与螺杆联接，如图所示： 图5-1 减速装置5.2 计算传动装置的总传动比，并分配传动比 由传动比分配表可将传动比分配： （高速级传动比） 则 （低速级传动比） 实际总传动比i= 则相对偏差 5.3运动和动力参数的计算5.3.1 各轴转速I轴： 轴：轴： 螺杆：5.3.2 各轴输入功率 其中： I轴： =1100.975=107.2
28、5（kw） 轴： =107.250.980.97=101.95（kw） 轴： =101.950.980.97=96.9（kw） 螺杆：5.3.3 各轴输出功率 各轴的输入功率乘以轴承效率。 I轴：=107.25 0.98=105.11(kw)。 轴：=101.950.98=99.91(kw)。轴：=96.90.98=95(kw)。5.3.4 各轴输出扭矩 I轴： 轴：=1148.3960.980.97=6549.94N.m轴：=6549.940.980.975.55 =34556.37N.m各轴的输出扭矩各轴输入扭矩分别乘以轴承效率 I轴：=1148.3870.98=1125.42 N.m轴：
29、 =1549.940.98=6418.94 N.m轴：=34556.370.98=33865.24 N.m 表 5.1 运动和动力参数输入功率P(kw)输出功率P(kw)输入转矩T（N.m）输出转矩T（N.m）转速n(rpm)传动比i效率电动机12011012001125.4150010.975I轴107.25105.111148.391125.42150060.95轴101.9599.916549.946418.942504.550.95轴96.99534556.3733865.245510.98螺杆94.969533865.2433865.945510.98沈阳化工大学科亚学院学士学位论文
30、 第六章 齿轮传动设计 第六章 齿轮传动设计6.1 高速级齿轮传动的检验计算 此减速器的功率较大，故大小齿轮都选硬齿面。（硬度都选50HRC）大小齿轮都选用40Cr,调质后表面淬火，齿面硬度可达48-55HR6.1.1 精度等级的选取 因采用表面淬火，精度将下降1-1.5级，因此还需进行磨削，故初选7级精度（GB10095-88）6.1.2 初选齿数 为提高传动平稳性，Z应多一些。 故小齿轮选Z1=20则Z2=ZIi1=206=1206.1.3 螺旋角的选取 螺旋角初选强度公式进行校核 对于闭式硬齿面齿轮，接触强度增加程度弯曲强度增大程度，设计时以弯曲强度进行计算确定齿轮尺寸，然后按接触。 M
31、n (6.1) 式中： 其中：(是电机驱动载荷有轻微冲击)。 试选载荷系数 Z1=20 而 则 =450-650MPa 取=550MPa 又 （Lh取16小时，为两班制）则 又 则 将各数据代入公式得 (6.2) 则取3 又=2.0则 =446.39N/mm100N/mm 则 根据插入法 得 则 K=1.251.1261.11.19=1.84 取 用第二系列 取=3.5 则 K：1.25 1.15 1.1 1.226 1.19 则 K=1.88 因此满足强度要求接触强度公式校核 (6.3) 式中 K=1.88 取 i=u=7 1.4410 则 则 =1010.97MPa弯曲强度增大程度，设计时以弯曲强度进行计算确定齿轮尺寸，然后按弯曲强度公式进行校核。 Mn (6.4) 式中： 其中：(是电机驱动载荷有轻微冲击)。 试选载荷系数 .0 Z1=28 =1.67 =450-650MPa 取=550MPa 又 （Lh取16小时，为两班制） 则 又 则 将各数据代入