90橡膠冷喂料擠出機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書

1、90橡膠冷喂料擠出機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書引言擠壓系統(tǒng)是擠出機(jī)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(jī)頭輸送膠料。擠壓系統(tǒng)由加料裝置、螺桿、機(jī)筒、襯套等組成。傳動(dòng)系統(tǒng)的作用是驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)和減速機(jī)等組成。機(jī)頭是擠出機(jī)的成型部件。它的作用是使膠料由螺旋運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)；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(jī)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)，

2、則還需增添泵、加熱器等。電氣控制系統(tǒng)的作用是滿足擠出工藝條件的需要實(shí)現(xiàn)對擠出機(jī)機(jī)筒各段溫度，機(jī)頭溫度，螺桿轉(zhuǎn)速，驅(qū)動(dòng)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(jī)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(tuán)狀沿螺槽滾動(dòng)前進(jìn)，因螺桿的剪切、壓縮和攪拌作用膠料受到進(jìn)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(jī)頭，最后得到所需的一定形狀的半成品。 螺桿擠出機(jī)的加壓部分是由機(jī)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(jī)頭口型阻力而擠壓成一定斷面形狀的半成品。螺桿擠出機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)

3、.減速機(jī)組成，用于提供螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力和速度。加熱冷卻系統(tǒng)由螺桿中心的內(nèi)腔.機(jī)筒和機(jī)頭的夾套等組成。根據(jù)工藝加工的需要，對這些部位進(jìn)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。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(jì)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(jī)的功率計(jì)算 n

4、=d3(l/d)n k *10-5式中 n- 擠出機(jī)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(jì)算 經(jīng)驗(yàn)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(shí)測得到，成型擠出機(jī)=0.00384,；過濾擠出機(jī)=0.00256 算的q=0.00384*93*75=170.06kg/h 1.2工藝設(shè)計(jì)： 備料染色擠出塑化成型壓光冷卻輸送切邊牽引切斷檢驗(yàn)側(cè)重

5、入庫1.3總體結(jié)構(gòu)圖的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(dòng)可靠。 電機(jī)與減速器的聯(lián)接方式： 電機(jī)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(jī)筒聯(lián)接螺栓機(jī)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(gè)徑向軸承和一個(gè)止推軸承。 布置形式：止推軸承位于兩個(gè)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(jī)頭上一個(gè)推力。這個(gè)推力向左拉機(jī)筒，并通過料斗座而作用在止推軸承座上，使減速

6、箱不受該軸向力的影響。由于止推軸承裝于箱體外，安裝維修比較方便。1.4電機(jī)的選擇： 擠出機(jī)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(jī)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。 目前，可采用的無級調(diào)速方法有：（1）用三項(xiàng)異步整流子電機(jī)實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速 這種電機(jī)通常的調(diào)速范圍為1:3和1:6這種電機(jī)與直流電機(jī)比較有成本低占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。但與一般異步電機(jī)比較又現(xiàn)成本高，故障也較多。（2）用直流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速 這種電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)可以代替昂貴而龐大的“電動(dòng)機(jī)一直流發(fā)電機(jī)組”。為了使其在低速時(shí)散熱良好，

7、可以另加吹風(fēng)設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。（3）采用機(jī)械無級變速器與異步電動(dòng)機(jī)配用進(jìn)行無級調(diào)速 它的傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)是：能很大的扭矩和功率。但摩擦片發(fā)熱比較嚴(yán)重，機(jī)械效率低。（4）用液壓馬達(dá)與異步電動(dòng)機(jī)配合進(jìn)行傳動(dòng)和無級調(diào)速 在一般情況下，液壓馬達(dá)如能合理的使用和正確的維修和養(yǎng)護(hù)，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(dá)在擠出機(jī)上的應(yīng)用。（5）采用滑差電動(dòng)機(jī)進(jìn)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(dòng)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(shí)效率較低且慣性較大，目前在擠出機(jī)上還用的不多。 功率：n=kd×l×n×

8、10/d k計(jì)算系數(shù) 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(jì)選用z-180-41直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行傳動(dòng)。第二章.90橡膠冷喂料擠出機(jī)計(jì)算及說明2.1擠出機(jī)螺桿的設(shè)計(jì)： 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(jī)筒在擠出機(jī)擠出時(shí)受到高溫高壓的作用，同時(shí)受到機(jī)械刮磨。有的塑料還有化學(xué)腐蝕作用

9、，且螺桿受到的扭矩也很大。2.對材料性能的要求：（1）機(jī)械強(qiáng)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(huì)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)

10、速，按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算擠出機(jī)產(chǎn)量： q=dnq-生產(chǎn)能力d-螺桿外徑n-螺桿轉(zhuǎn)速-經(jīng)驗(yàn)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(jì)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

11、為矩形。螺紋根徑面與螺棱推進(jìn)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(shí)在螺桿尾部銑外花鍵。2.2.機(jī)筒的設(shè)計(jì)：機(jī)筒材料及結(jié)構(gòu)： 我國頒布系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定機(jī)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(jì)機(jī)筒材料也選用38crmoala氮化鋼。 機(jī)筒采用分段式，機(jī)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(jì)： （1）進(jìn)料套筒長度l=35d 取4d=360mm （2）套筒的結(jié)構(gòu)和尺寸：軸向開

12、槽的數(shù)量90取9條。 （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(jī)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(jì)取2°第三章.90橡膠冷喂料擠出機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1減速器的設(shè)計(jì)和計(jì)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(dòng)比：i=n/n=1500/75=20 采用展開式二級斜齒輪減速器 分配傳動(dòng)比：i=i/i=20/2.5=8 取i=3.286 i= i/ i=2.435 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 各級轉(zhuǎn)速 i軸 n=600r/min 軸 n= n/ i=182.25 r/min 軸

13、 n= n/ i=75 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(shí)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(diǎn)是定心精度，定心穩(wěn)定性好，能用磨

14、削的方法消除熱處理變形，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(dòng)裝置齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核： 3.2齒輪組i: （1）傳動(dòng)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

15、.0 取s=1.0，z=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(jì)算時(shí)取=408.25mpa （2）按齒面接觸強(qiáng)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(jì)算得z=0.987 初

16、取ktzt=1.0，由表查得z=188.9 減速傳動(dòng)比為：3.286，取=0.4 計(jì)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(shí)際傳動(dòng)比：=3.242 傳動(dòng)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°=134.8

17、29mm=4×107/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(yàn)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度： 按電動(dòng)機(jī)沖擊載荷取k=1.0 按齒輪精度8級和vz/100=1.863m/s 計(jì)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(jì)算重合度：， 齒頂圓直徑： =134.829+8=142.829mm， =437.

18、171+8=445.171mm。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°)+1

19、07×(tg23.0421°-tg20.4371°)=1.71 。=2.447=381.984mpa<=408.85mpa(4)驗(yàn)算齒根彎曲疲勞強(qiáng)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(jì)算許用彎力：計(jì)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=437.171m

20、m 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齒輪組： (1)傳動(dòng)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=

21、1.0,z=1.0 取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(jì)算時(shí)取=408.85mpa （2）按齒輪接觸強(qiáng)度確定中心距： 小齒輪轉(zhuǎn)矩：t=1988320nmm 粗定螺旋角由式（5-42）計(jì)算z 初取k，由表5-5查得： 減速傳動(dòng)比為i=2.435，取 由式（5-39）計(jì)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(shí)際傳動(dòng)比：i=/=2.429 傳動(dòng)比誤差

22、： = =0.2%<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(yàn)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度： 按電動(dòng)機(jī)沖擊載荷取 由圖：5-4（b）按齒輪精度8級和計(jì)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(jì)算重合度： 齒頂圓直徑： 齒輪端面壓力角： 齒輪基圓直徑： (4)驗(yàn)算齒根彎曲疲勞強(qiáng)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

23、速器傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)： 高速軸： 選用45#鋼調(diào)質(zhì)處理，硬度hbs217-255,取hbs250,查表得： 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初步計(jì)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(jì)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(qiáng)度初步計(jì)算： 圓整后并考慮軸承的選用，取d=70mm，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(qiáng)度初

24、步計(jì)算： 圓整后并考慮軸承的選用：取 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(qiáng)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(qiáng)度的校核: 軸的外徑取d=90mm，軸的內(nèi)徑去d=72mm 因?yàn)樵S用值為2545所以此軸強(qiáng)度可以保證4.3螺桿花鍵段的強(qiáng)度校核：

25、 軸的外徑d=78,內(nèi)徑d=72 38crmoala的許用應(yīng)力 所以螺桿強(qiáng)度可以保證4.4螺桿強(qiáng)度的校核根據(jù)公式：式中：計(jì)算得：根據(jù)公式：，式中： 計(jì)算得：根據(jù)公式：，式中： 計(jì)算得：螺桿的合成應(yīng)力： 所以螺桿強(qiáng)度安全。4.5機(jī)筒的設(shè)計(jì)及校核： 根據(jù)公式： 取機(jī)頭最高壓力 故 根據(jù)公式： 根據(jù)公式： 根據(jù)公式： 機(jī)筒強(qiáng)度足夠。4.6推力軸承的選擇及校核選90394188e 額定基本負(fù)載為1180kw 由于軸向力,所以此推力軸承可以保證工作 壽命計(jì)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(qiáng)度校核： 查表的 所以擠壓強(qiáng)度合格 按鈕轉(zhuǎn)剪切強(qiáng)

26、度校核： 所以剪切強(qiáng)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(qiáng)度校核 查表 所以擠壓強(qiáng)度合格按扭轉(zhuǎn)剪切強(qiáng)度校核 所以剪切強(qiáng)度合格5.3中間第二齒鍵的校核 參數(shù) 取140 按擠壓強(qiáng)度校核 查表得 所以擠壓強(qiáng)度合格 按扭轉(zhuǎn)剪切強(qiáng)度校核 所以剪切強(qiáng)度合格。參考文獻(xiàn)1 唐國俊等主編橡膠機(jī)械設(shè)計(jì)上冊 華南工學(xué)院等合編2 機(jī)械零件課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書哈爾冰工業(yè)大學(xué) 、清華大學(xué)等編3 機(jī)械設(shè)計(jì)西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室編4 機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊上冊第二版 冶金工業(yè)出版社出5 機(jī)械設(shè)計(jì)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