SJ60-25挤出机设计毕业设计论文.doc

摘要 塑料挤出机机筒，它是塑料加工过程中的主要设备之一。一般挤出机由五大部分组成：挤出部分、传动部分、机头加热冷却系统、电气控制系统塑料是一种高分子合成材料，是当今社会发展的基础材料之一，它广泛应用于各种领域。 挤出部分是挤出机的主体部分，主要作用是：剪切、塑化、捏炼塑料，以一定的压力，均匀连续的向机头输送塑料。由加料装置、螺杆、机筒、衬套等组成。其中螺杆分为单头螺杆、双头螺杆和多头螺杆。衬套材料一般为38。 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，传动系统由电动机和减速器组成。 机头是挤出机的成形部分，它的作用是使塑料由螺旋运动变为直线运动；在一定的压力下，将塑料挤压成各种所需形状的半成品。加热冷却系统是为了使塑料很好的挤出，适时控制温度，以防止塑料温度过低或焦灼。 电气控制系统的作用是满足挤出工艺条件的需要，实现对基础机机筒割断温度、机体温度、螺杆转速、驱动扭矩或功率、轴向力等的控制和调节。由温控、调速和检测装置组成。 挤出机的传动技术有齿轮变速、直流电机和其他方式等若干种。国内外常用的是由电机通过减速装置带动螺杆进行无级调速传动，国外多用直流电机变速传动，而国内则多用整流子电机变速传动。 挤出机的基本工作过程：带状塑料加入加料口后，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。关键词: 塑料挤出机; 螺杆; 机筒; 机头Abstract The plastic rod extruding machine abbreviation extrude (also name extruding press), it is an important implement of the plastic reclaiming process. The extrude is made of five parts：the part of extruding;the part of passing;the head;the system of heading and cooling;the electrical control system.The major part of the extrude is the part extruding,it is the most use of shear ,rend and pinch the plastic,under fastness pressure,continuous send plastic to the head ,it made up of fill device ,screw ,barrel ,liner and so on,And the screw is disport of single screw ;double screw ;and component screw.The material of liner is 38CrMoAlA. The part of passing is driving the screw rotation and basic the need of the art factitious process to adjustment the screw royal .The part of passing is made of electrical engineering and reducer. The head is the extruding machine formed part .Its function is :Causes the sizing material to become the translation by the helical motion ;under the certain pressure ,extrudes the sizing materials which need the shape the half-finished product. The system of heating and cooling is for the plastic well extrusion ,we control the temperate to prevent the temperate too low or born. The electrical control system is for the need of press,control the temperate of the barrel and the head ,the royal of the screw ,drive the torsion or power ,and adjustment the head ,the royal of the screw ,driver the torsion or power ,and adjustment the force of the axial ,is made of the temperate controller ,the speed adjustment system,and the device of test. The extrude fundamental process is this:get the plastic to the filler,under the shear of the screw ,the plastic was made small ball,because of the screws shear pressure and stirring ,the plastic was farther rend and plastic ,the temperate and the pressure get higher ,and the plastic get plastic flow,under fastness pressure though the head ,the last get the production you need.Key words: Plastic extrude ; Screw ; Barrel ; Head目 录 第一章挤出机的主要性能参数 4 1.1 螺杆区域划分及材料 4 1.1.1 螺杆直径 4 1.1.2 螺杆长径比 4 1.1.3 转速与喂料方式的关系 4 1.2 挤出机功率 5 1.4 生产能力Q 6 第二章电机的选择 7 第三章减速器设计计算 7 3.1 传动部分设计计算 8 3.1.1 传动比计算及分配 8 3.1.2 各轴转速 8 3.1.3 各轴功率 9 3.1.4 各轴转矩 9 3.2 齿轮设计 103.2.1 高速级齿轮传动 10 3.2.2 低速级齿轮传动 15 3.3 速比齿轮轴及其上轴承的设计、选择和校核 203.3.1 基本轴径的设计20 3.4 各轴上联接齿轮的键的选取及校核 35 3.4.1低速级齿轮的键及其校核 36 3.4.2中间级齿轮的键及其校核 37 第四章螺杆的设计与校核 38 4.1 螺杆材料 38 4.2 螺杆形式 38 4.3 螺杆参数 38 4.4 螺杆结构 39 4.5 螺纹的断面形状 39 4.6 校核 39 第五章机筒的设计及强度校核 40 5.1 机筒结构设计及材料选择 40 5.2 机筒参数 40 5.3 校核 40 第六章其他零部件的设计与校核 42 6.1 螺杆与轴联接处的花键的选择与校核 42 6.1.1 花键挤压强度校核 42 6.2 推力轴承的选择与校核 42 6.2.1 校核 43 6.2.2 寿命计算 43 6.3 联轴器的选择与校核 43 6.4 螺杆与机筒的组合设计 44 6.5 机头的设计 44 6.6 温度控制 44 结语 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 引言引言1.1 论文的研究背景及意义 塑料是一种高分子合成材料，是当今社会发展的基础材料之一，它广泛应用于各种领域。1.2 国内外发展现状与研究水平 1.2.1 塑料挤出技术与挤出机的发展塑料工业的迅速发展以及塑料制品应用范围的日益扩大，促使塑料挤出成型技术不断改善和创新。目前塑料挤出技术的发展情况主要可以概括为以下几个方 （1）成型工艺理论的发展 塑料成型工艺理论涉及到塑料本身的物理化学性质、力学性能以及加工过程中表现出来的流变特性等相关知识。对于这些工艺的研究由过去单纯依靠人们的经验积累已转化为进行专业的理论和实验的研究。例如，到目前为止，挤出成型相关的流动理论和数学模型已经基本建立，而且在实际生产中已经有所应用。 （2）成型方法和成型物料的改善 对于挤出成型来说，根据生产制品不同有不同成型方法。成型物料由过去单一的粒状、粉状形态物料均可加工。 （3）成型的精密、微型化和超大型化 塑料制品的广泛应用也为塑料加工生产提出了更高的要求，目前塑料制品正朝着微型化和大型化两个方向发展，因此基础成型技术也出现微型化与大型化的特点。微型方面，现有的精密挤出能将制品尺寸公差保持在0.01mm-0.001mm之间；大型方面，大型、超大型的挤出机都已出现并在生产中使用。 （4）成型模具的优化 由于具新材料的使用和模具加工技术的革新，是模具的加工成本降低、加工精度提高、使用寿命增长，并且使制品的表观质量得到提升。此外，模具零部件的标准化程度越来越高，在国外一些发达的工业化国家，模具的标准化、专业化生产程度已达到70%以上，在我国尚有待发展。 （5）成型生产的自动化 随着计算机技术、通信技术和自动化技术的发展，塑料挤出生产的自动化逐渐成为发展趋势。生产自动化离不开各种数字化控制的成型设备和先进的自动控制技术。成型生产实现自动化后，对成型设备可以进行远距离监控和无人化操作。成型设备可以根据系统发出的生产检测信号，对工艺条件进行实时的调整，从而保证生产的顺利进行。实现自动化生产对降低工人劳动强度、改善生产环境、提高生产率、降低企业生产成本起到良好的效果。 塑料挤出技术和挤出机的发展情况对挤出机温度控制的研究具有指向作用。从以上论述中可以看出，塑料挤出生产正向网络化、智能化、集中控制的方向发展，这与工业自动化的发展方向一致，也为挤出机温度控制新方法的实现奠定了挤出。 为了保证挤出成型过程的顺利进行，一班的挤出生产线都要由主机和辅机两部分组成。主机部分，主要指塑料挤出机，包括传动系统、挤压系统、加热冷却系统；辅机部分包括冷却及定型装置、牵引装置、料斗加料装置、切割装置、收放线装置等。下面以线缆外护套塑料挤出机生产线为例，介绍其主要组成部分的结构及功能。线缆外护套塑料挤出生产线的结构示意图如图所示。图1.1 线缆外护套塑料挤出生产线结构示意图1沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 设计初步方案1.3 设计初步方案 本设计为SJ-60/25挤出机，制品可以为成品及半成品，选取的加工物料为“低密度聚乙烯”。该挤出机适用于冷喂料的挤出，故相比之下塑料粘流态停留时间长，同时强烈的剪切产生的大量的热需要良好的冷却装置。由于螺杆有较大的长颈比，同时承受剪切力和轴向力，本身还接受物料传来的热量，故螺杆材料应具有足够的强度和抗摩能力，较好的耐化学腐蚀性能，良好的机械加工和热处理及高温下不变形的性能，所以螺杆材料优先选取38。螺杆要输送物料，所以螺杆的结构至关重要，根据有关知识及资料确定螺杆为单螺旋等距突变螺杆。利用电机+减速机构+螺杆，使螺杆获得一定的转速和扭矩。螺杆所承受的轴向力由螺杆与机筒间的轴向推力轴承传递，挤出机根据产品结构自行安装。1.4 本次设计的挤出机设计布置 图1.2 电动机-减速机构-螺杆设计装置3沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 挤出机的主要性能参数第一章 挤出机的主要性能参数 本设计为SJ-60/25挤出机，选取的加工物料是“低密度聚乙烯”。根据<<机械原理>>2可知本机设计的主要参数： 螺杆直径： D=60mm螺杆长径比：螺杆最高转速： 最高产量： 螺杆的几何压缩比：i=3 1.1 螺杆区域划分及材料 螺杆分为三部分:加料段、塑化段和挤出段。机器的生产能力很大程度上取决于加料段的进料能力和挤出段的基础能力，胶料的混炼，塑炼质量则直接与塑化段的塑化能力有关。选用38CrMoAlA。 1.1.1 螺杆直径 本设计螺杆直径D=60mm 1.1.2 螺杆长径比经分析，可知长径比 1.1.3转速与喂料方式的关系 在无喂料辊自由喂料的情况下，过高的转速会使进料困难，或根本不能进料，螺杆不能进料的临界转速， 可按胶料被螺杆带动旋转的离心力与其重力相等的条件来确定。1沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 挤出机的主要性能参数 螺杆转速是螺杆挤出机的重要参数，它影响挤出机的产量、功率消 耗、挤出质量等方面。 因为螺杆不能进料的临界转速为 螺杆的工作转速 所以取 1.2挤出机功率 挤出机功率的大小主要取决于螺杆的几何尺寸与结构、螺杆转速、挤出压力、胶料粘机筒与螺杆的间隙以及挤出产量等。挤出机的功率主要消耗在以下三个方面： （1）使胶料克服机头阻力； （2）螺杆对胶料剪切摩擦作用使部分功率转化为热能，通常，大部分热能通过冷却水和机身周围空气带走，少量热能加热胶料使胶料温度升高。 （3）传动系统的机械摩擦及效率消耗。 粘度、生产能力以及机筒内壁与螺杆螺棱顶部的间隙。挤出机的功率消耗主要还是取决于螺杆的几何尺寸和结构形式、机头阻力、转速、胶料。挤出机的设备功率可按以下经验公式计算。 （1-1） 式中N-功率，kw； k-计算系数，5.526.73；D-螺杆直径，cm； L-螺杆工作部分长度，cm； n-螺杆转速，r/min； 所以N=（5.526.73）×63×25×75×10-5 =22.36-27.26本机器传动装置即减速器设计为二级斜齿圆柱齿轮减速器，各连接处传动的机5沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 电机的选择械效率如下 （1-2） （1-3）根据上述计算并与国内外同类机台的功率类确定本设计的挤出机的驱动功率为25KW。1.3 轴向力因为 （1-4） 1.4 生产能力Q （1-5） 计算系数 取0.003-0.007 n转速7第二章 电机的选择 (1) 交流热流子电动机无级调速 热流子电动机的运转稳定，调速比较准确，转速固定后负载变化影响小，但不论在结构上或在制造工艺上却较为复杂，且需要经常维修，电机运转时噪音大。 （2） 齿轮箱有级调速。 （3） 直流电动机无级调速：调速范围约为1:8-1:16，启动平稳，结构紧凑，实现自动化控制较容易，噪音低，目前已被较多采用。 查<<机械设计手册>>根据功率及转速等因素选择电动机。 所选电机参数如下： 电机型号：Y160L-4 额定功率：15kw 额定转速：1500r/min 电动机中心高：160mm 电机轴径：42mm 电机外伸轴长：110mm （根据<<机械零件手册>>5)沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 减速器设计计算第三章 减速器设计计算3.1 传动部分设计计算3.1.1 传动比计算及分配由所设计原始尺寸可得：减速器总传动比 （3-1）查<<机械设计课程设计手册>>第二版得： 则 所以3.1.2 各轴转速设传动装置从电机到工作机有三个轴，依次为I,II,III轴。 ； （3-2） ; ； ； n0 电动机满载转速 （3-3）分别为I,II,III轴的转速（单位r/min） 分别为电动机至高速轴；I至II轴；II至III轴间的传动比 （3-4） 3.1.3 各轴功率 （3-5）Pd电动机输出功率 （3-6)各轴输入功率3.1.4 各轴转矩 (3-7)表1.2 传动部分参数表轴号功率转速转矩传动公式传动比I14.7150093.59联轴器轴承5.6II14.1268502.44齿轮轴承5.6III13.5721791.75齿轮轴承3.73.2 齿轮设计3.2.1 高速级齿轮传动 ，工作寿命15年，300天工作日，两班制，带式输送机，平稳，转向不变。 (1)选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数 查<<机械设计>>表10-1选得大小齿轮的材料均为40Cr,并经调制及表面淬火处，齿面硬度为48-55HRC。 精度等级选取为7级 选小齿轮齿数为 则 初选螺旋角 (2) 按齿面接触强度设计 根据机械设计公式10-21试算: （3-8） 确定公式内的各计算数值 a.初选 b.由图10-30选取区域系数 c.由图10-26差得 （3-9） d.小齿轮传递的转矩： e.查表10-7选取齿宽系数 f.由表10-6查得材料的弹性影响系数： g.由图10-21e查得齿轮的接触疲劳强度极限： h. 由式10-13计算应力循环大小： （3-10） i.由图10-19查得接触疲劳寿命系数： （3-11） j.计算接触疲劳许用力：（取失效概率为10%，安全系数S=1） 由图10-21得： （3-12） 计算： a.试算小齿轮分度圆直径 （3-13） b.计算圆周速度 c.计算齿宽b及模数 （3-14） （3-15） d.计算纵向重合度 (3-16) e.计算载荷系数K 由表10-2查得使用系数 根据V=2.62，7级精度，由图10-8查得动载系数 由表10-3查得 由表10-4用插值法查得7级精度小齿轮相对支撑点非对称布置时 故载荷系数 (3-17) 另由图10-13 f.按实际的载荷系数校正所算的分度圆的直径，由式10-10a得： (3-18) g.计算模数 (3-19）（3）按齿根弯曲疲劳强度设计 由式10-17得： (3-20) 确定计算参数 a.计算载荷系数 (3-21) b.由图10-20d查得齿轮的弯曲疲劳强度极限： c.由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数 d.计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=1.4 由式10-12得； (3-22) e.根据纵向重合度由图10-28查得螺旋角影响系数 f.计算当量齿数 (3-23) g.查取齿形系数 由表10-5查得 h. 查取应力校正系数由表10-5查得 i.计算大小齿轮的 (3-24) 并加以比较 则小齿轮的数值大 设计计算 取 取 （4) 几何尺寸计算 计算中心距 (3-25) 将中心距调整为168mm 按圆整后的中心距修正螺旋角 (3-26) 因值改变不多，故参数等不必修改。 计算大、小齿轮的分度圆直径 (3-27) 计算齿轮宽度 圆整后取3.2.2 低速级齿轮传动 工作寿命15年，300天工作日，两班制，带式输送机，平稳，转向不变。 （1） 选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数 查<<机械设计>>表10-1选得大小齿轮的材料均为40Cr，并经调质及表面淬火处理，齿面硬度为48-55HRC。 精度等级选取为7级 选小齿轮齿数为 初选螺旋角 （2） 按齿面接触强度设计 根据<<机械设计公式>>10-21试算： (3-28) 确定公式内的各计算数值： a.初选 b.由图10-30选取区域系数 c.由图10-26差得 d.小齿轮传递的转矩： e.查表10-7选取齿宽系数 f.由表10-6查得材料的弹性影响系数： g.由图10-21e查得齿轮的接触疲劳强度极限： h.由式10-13计算应力循环次数： i.由图10-19查得接触疲劳寿命系数： j.计算接触疲劳许用力：（取失效概率为10%，安全系数S=1） 由式10-21得： 计算： a.试算小齿轮分度圆直径 (3-29) b.计算圆周速度 (3-30) c.计算齿宽b及模数 d.计算纵向重合度 e.计算载荷系数K 由表10-2查得使用系数 根据V=1.02，7级精度，由图10-8查得动载系数 由表10-3查由表10-4用插值法查得7级精度小齿轮相对支撑点非对称布置时 故载荷系数 (3-31)另由图10-13查得 f.实际的载荷系数校正所算的分度圆的直径，由式10-10a得： (3-32) g.计算模数 （3）按齿根弯曲疲劳强度设计 由式10-17得： (3-33) 确定计算参数 a.计算载荷系数 (3-34) b.由图10-20d查得齿轮的弯曲疲劳强度极限: c.由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数 d.计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=1.4 由式10-12得； e.根据纵向重合度由图10-28查得螺旋角影响系数 f.计算当量齿数 (3-35) g.查取齿形系数 由表10-5查得 h.查取应力校正系数 由表10-5查得 i.计算大小齿轮的并加以比较 (3-36) 则小齿轮的数值大 设计计算 (3-37) 取 取 (4)几何尺寸计算 计算中心距 (3-38) 将中心距圆整为142mm 按圆整后的中心距修正螺旋角 (3-39) 因值改变不多，故参数，等不必修改。 计算大、小齿轮的分度圆直径 (3-40) 计算齿轮宽度 (3-41) 圆整后取3.3 速比齿轮轴及其上轴承的设计、选择和校核3.3.1 基本轴径的设计 按扭转强度来估计轴的直径 (3-42) 对于实心轴 对于空心轴,通常取=0.5-0.6 (1) 高速轴（I)轴的轴径设计 a.材料选择为40Cr b.查<<机械设计手册>>第三版，第二卷，第六篇6-1-2选取A0=110 (3-43) 由于连接联轴器的轴段上有一个键槽，轴径应增大 取d1=30mm （2) 中间轴（II轴)的轴径设计 a.材料选择为40Cr b.查机械设计手册第三版，第二卷，第六篇6-1-2选取A0=99,则 由于连接联轴器的轴段上有一个双键槽，轴径应增大7% (3) 中间轴（III轴)的轴径设计 a.材料选择为40Cr b.查机械设计手册第三版，第二卷，第六篇6-1-2选取A0=115,则 (3-44) 由于连接联轴器的轴段上有一个双键槽，轴径应增 取d3=80mm3.3.2轴的校核、选取轴承及所选轴承的校核（1）高速轴的校核及所选轴承的校核 第I轴的转矩为： 齿轮I的圆周力： 径向力： (3-45) 轴向力矩： （3-46） 计算支撑反力 图3.1 支撑反力水平受力图 Rav 图3.2 支撑反力垂直受力图 图3.3 弯矩分析图 水平弯矩： (3-47) 垂直弯矩： (3-48) 合成弯矩： (3-49) 按脉动循环处理，取=0.6 按弯扭合成应力校核轴的强度由于I截面是轴上承受最大计算弯矩的截面，II截面承受的计算弯矩不是最大，但是其轴径最小，故需要校核I、II截面的强度，I截面的计算应力为 (3-50)因齿轮轴的材料为40Cr钢，调质处理，又机械设计基础表17-2，查得许用弯曲应力 所以安全。b.校核：图3.4 轴承径向支反力 (3-51) 合成支反力 所产生的派生轴向