Ф90橡胶冷喂料挤出机毕业设计说明书.docx
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Ф90橡胶冷喂料挤出机毕业设计说明书
Ф90橡胶冷喂料挤出机毕业设计说明书
沈阳化工大学学士学位论文引言
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。
1
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
9D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
3-5N=D（L/D）nK*10
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5.25~6.73;
3-5算的N=9*12*75*6*10=39.37kW（K取6）0
N=N/=43.7kw0
生产能力的计算
3经验公式Q=βDn
式中Q-生产能力，kg/h;
D-螺杆直径，cm;
n-螺杆转速，r/min;
2
沈阳化工大学学士学位论文第一章技术要求及工艺流程
β-系数，可以实测得到，成型挤出机β=0.00384,;过滤挤出机β=0.00256
3算的Q=0.00384*9*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。
3
沈阳化工大学学士学位论文第一章技术要求及工艺流程
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:
3~1:
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。
3,3功率:
N=KD×L×n×10/DK计算系数取0.06D-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=（0.2~0.7）N所以n取75r/minD临临
3,3,N=0.06×9×108/9，75，10=39.37kwN=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。
4
4
沈阳化工大学学士学位论文第二章.Ф90橡胶挤出机计算及说明
第二章.Ф90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21
出段长:
L=259mm。
3
（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/D临界
n-螺杆的临界转速临界
D-螺杆的直径
螺杆工作转速n在（0.2~0.7）n的范围选取临界
n=75r/min
?
根据螺杆的转速，按经验公式计算挤出机产量:
3Q=βDn
5
沈阳化工大学学士学位论文第二章.Ф90橡胶挤出机计算及说明
Q-生产能力
D-螺杆外径
n-螺杆转速
β-经验出料系数β=0.003~0.007取β=0.004
3Q=0.004×9×75=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=90mmФ=17?
42′
螺纹头数及旋向:
m=1，去右旋。
压缩比:
取ε=2
螺棱的轴向宽度:
e=（0.08~0.12）D取e=9mm
螺杆上的沟槽:
H=（0.025~0.06）D取H=3.6mm33
H=17.06mm1
D-螺杆直径
H-加料段槽深1
H-挤出段槽深3
（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=（1/2~2/3）H取r=1.2mm3
R=（1~2）r取R=2.4mm
r=r=0.5mm21
螺杆头部采用球体。
同时在螺杆尾部铣外花键。
6
沈阳化工大学学士学位论文第二章.Ф90橡胶挤出机计算及说明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=3~5D取4D=360mmbb
（2）套筒的结构和尺寸:
轴向开槽的数量Ф90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Ф90取9.5mm
（4）锥形套筒的锥度一般取2?
48′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?
7
沈阳化工大学学士学位论文第三章.Ф90橡胶挤出机传动系统的设计
第三章.Ф90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=200螺
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减带
取i=3.286i=I/i=2.435211减
计算传动装置的运动和动力参数
各级转速
I轴n=600r/min1
?
轴n=n/i=182.25r/min211
?
轴n=n/i=75r/min322
功率
P=55×0.96=52.8kw1
P=52.8×0.99×0.97=50.688KW2
P=50.688×0.99×0.97=48.66KW3
各轴扭矩:
T=9550×P/n=630.3N*mm111
T=9550×P/n=1988.32N*mm222
T=9550×P/n=4647.03N*mm333
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沈阳化工大学学士学位论文第三章.Ф90橡胶挤出机传动系统的设计
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00
材料:
小齿轮:
40Cr调质，齿面硬度250~280HBS
大齿轮:
ZG310-570调质，齿面硬度162-185HBS
9N=60njLh=60×1500×1×（300×8×10）=2.88×10h1
98N=N/i=2.88×10/3.286=8.76×10h21
查表得Z==0.92Z=1.01N1N2
所以Z=1.0,Z=1.0取S=1.0，Z=1.0,HminX1X2W
Z=0.92.按齿面硬度250HBS，σ=690σ=440mpaHlim1Hlim2LVR
由式[σ]=σ×Z×Z×Z/S得:
Hlim1HminHNXLVR
[σ]=690×1.0×1.0×0.92×0.92/1.0=584.21mpaH1
[σ]=440×1.01×1.0×1.0×0.92/1.0=408.85mpa2H
由于[σ]>[σ],故计算时取[σ]=[σ]=408.25mpa22H1HHH
（2）按齿面接触强度确定中心距:
6小齿轮转矩:
T=9.55×10×P/n=630.3N*mm111
cos13初定螺旋角:
β=13?
计算得Z==0.987
初取KtZεt=1.0，由表查得Z=188.9E
减速传动比为:
3.286，取Ф=0.4a
9
沈阳化工大学学士学位论文第三章.Ф90橡胶挤出机传动系统的设计
计算中心距:
a,（u，1）1
2,,,ZZZZKT,1HE,,3,,,,2,,uaH,,
261.0，1.05，102.44，188.9，0.987,,3，，，3.286，1=,,2，0.4，3.2864.286,,
=284.56mm
圆整后取а=286mm
=（0.007,0.02）а=（0.007,0.02）×286=（2.02,5.72）mm,取mn
=4mmmn
2acos小齿轮齿数:
==32.51z1，，m,，1n
z,z，,=32.51×4=106.8321
取=33，=107zz12
z1072实际传动比:
=3.242i,,实33z1
i,i理实传动比误差:
i=×100%=1.33%,5%，在允许的范围内。
i理
m（zz）,n12修正螺旋角:
=acrcos=12.38?
=12?
48″与相接近可不修正,,2a
分度圆直径:
=×/=4×33/cos12.38?
=134.829mmdzcosm,11n
d,m，z/cos,=4×107/cos12.38?
=437.171mm2n2
dn,11圆周速度:
v==5.645m/s46，10
由表5-3取齿轮精度为8级。
（3）验算齿面接触疲劳强度:
10
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按电动机冲击载荷取K=1.0A
按齿轮精度8级和vz/100=1.863m/s1
计算，查得:
K=1.12v
齿宽b=Ф×a=0.4×286=114.4a
按b/d=114.4/134.892=0.848齿轮在两轴承之间非对称分布，轴刚1
性较小，故查得K=1.06由表5-4查得K=1.2,,
所以K=KKKK=1.425,,vA
，计算重合度:
,,,
d,d，2h,,m齿顶圆直径:
=134.829+8=142.829mm，a11an
d,d，2h,,m=437.171+8=445.171mm。
a22an齿轮端面压力角:
=arctg（tg/cos）=arctg（tg20?
/cos12.38?
）=20.4371?
,,tn
齿轮基圆直径:
d,d,cos,=134.829×cos20.4371?
=126.342mm，b11t
d,d,cos,=437.171×cos20.4371?
=409.655mm。
b22t
，，dd=arcos=arccos（126.342/142.829）=20.8016?
t1b1a1
，，,,arccosdd=arccos（409.655/445.171）=23.0421?
at2b2a2
11,,,z,，，，，tg,tg，z,tg,tg,,,,,=[33×（tg20.8016?
1at1t2at2ta2,2，3.14
-tg20.4371?
）+107×（tg23.0421?
-tg20.4371?
）]=1.71
bsin,,,1.953,,mn
11Z,cos,,0.988Z,,,0.765,,,1.71,
11
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arctg，，tgcos,arctgtg12.38，，?
cos20.4371?
11.6226?
,,。
bt
2cos2，cos11.6226:
b===2.447,Hcos20.4371:
sin20.4371:
cos,sin,11
2KTu1==381.984Mpa<[σ]=408.85Mpa,,,,,,,HHEH2u，1bd1
（4）验算齿根弯曲疲劳强度:
z=33,z=10721
由图5-14得，Y=2.52，Y=2.23FFa1a2
由图5-15得，Y=1.64，Y=1.80SSa1a2
2,0.75cosb=0.689，由图5-16（b）得:
Y,0.25，,,a
,290Mpa,,152Mpa，，由图5-19得:
Flim1Flim2
Y,1.0,1.0,1.0,4,5mm,,由图5-23得:
m，YYYX1X2N1N2n
Y,2.0,S,1.4,取计算许用弯力:
stFlim
Y,290，2Flmin1sT1[],YY,，1.0，1.0,414.2Mpa,F1N1X1S1.4Flmin
Y,152，2Flmin2sT2[],YY,，1.0，1.0,217.1Mpa,F2N2X2S1.4Flmin
计算齿根弯曲应力:
22,,z/cos,,35.413,,z,cos,,115.39vv1122
Y,1,,，,/120:
1,1.0，12.38/120,0.893,,
,1取1,
2KT2，1.472，6303001,,，Y，Y，Y，Y,，2.5，1.65，0.621，0.8F1Fa1Fa2,,bd114.4，134.829，41
=74.34Mpa<[σ]=414.286MpaH
（5）齿轮的主要参数:
12
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z,33z,107m,4，，u=3.286,mm,=12?
12′48″,12n
d=134.829mm,d=437.171mm21
*d=d+2ha=142.829mmma1n1
*d=d+2ha=445.171mmma22n
**d=d-2（ha+c）=124.829mmmf11n
**=d-2（ha+c）=427.171mmdm2f2n
a=（d+d）/2=286mm21
b=b=114.4mm,b=b+（5~10）=120.4mm221
齿轮组?
:
（1）传动功率:
p,48.66kw，，n=75r/min,i=2.435寿命8年00
材料:
小齿轮45Cr钢调质，齿面硬度250~280HBS
大齿轮ZG310-570调质，齿面硬度162~185HBS
98N=60njlh=2.88×10hN=N/i=8.76×10h211
查表得:
Z=0.92,Z=1.07N1N2
由式得:
Z=1.0,Z=1.0X1X2
=1.0，Z=1.0，Z=1.0取SHminWLVR
按齿面硬度250HBS,162HBS由图（5-16b）
,得:
=690Mpa=440MpaHlim2Hlim1
[,]ZZZ/S,由式=得:
HLminNXLVRHmin
[,][,],584.21Mpa,408.85Mpa，HH12
[,][,][,][,]由于，故计算时取==408.85Mpa,HHHH122
（2）按齿轮接触强度确定中心距:
13
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小齿轮转矩:
T=1988320Nmm,1
,13:
cos,,0.987粗定螺旋角由式（5-42）计算Z,
2Z,t,1.0初取K，由表5-5查得:
t
Z,188.9,,0.4减速传动比为i=2.435，取,a
由式（5-39）计算中心距:
ZZZZKTHE,,2`3a,（u，1）（）,369.614mmt,2,u[]aH
圆整后取=371mma
=（0.007~0.02）=（0.007~0.02）×371=2.597~7.42mmamn
取=6mmmn
z,z,u,35.08，2.435,85.42小齿轮齿数:
21
去=35=85zz12
实际传动比:
i=/=2.429zz12实
i,i,i/i，100%传动比误差:
理理实
2.435,2.429/2.435，100%=
=0.2%<5%允许
arccos[m（z，z）/2a],修正螺旋角:
n21
arccos[6，（35，85）/2，371]=13.9871?
=
=13?
59′13″与相接近,
分度圆直径:
d,m,z/cos,6，35/cos13.9871:
216.41mm,1n1
d,m,z/cos,6，85/cos13.9871:
525.57mm,2n2
4v,,nd/6，10圆周速度:
11
14
沈阳化工大学学士学位论文第三章.Ф90橡胶挤出机传动系统的设计
4=3.14，216.41，100/6，10,2.76m/s
由表5-3取齿轮精度为8级
（3）验算齿面接触疲劳强度:
K,1.0按电动机冲击载荷取A
v,z/100,2.76，35/100,0.966由图:
5-4（b）按齿轮精度8级和计1
K,1.065算，查得:
V
b,,,a,0.4，371,148.4齿宽a
b/d,148.4/216.41,0.6857按1
齿轮在两轴承之间非对称分布，轴刚性较小，
K,1.2K,1.04故查的,由表5-4查得:
,
K,KKKK,1.0，1.065，1.04，1.2,1.329所以A,,V
计算重合度:
,a,
*d,d，2ham,216.41，12,228.41mm齿顶圆直径:
an11
*d,d，2ham,525.57，12,537.57mman22
齿轮端面压力角:
a,arctg（tga/cos）,arctg（tg20:
/cos13.987:
）,20.5606:
t
d,dcosa,202.625mm齿轮基圆直径:
b11t
d,dcosa,492.092mmb22t
a,arccos（d/d）,27.4876:
at1b1a1
a,arccos（d/d）,23.7373:
at2b2a2
[z（tga,tga），z（tga,tga）]/2，3.14,1.68,a1at1t2at2t
,bsin,/3.14/m,148.4，sin13.9871:
/3.14/6,1.904,n
arctg（tg/cosa）,13.1279:
,bt
15
沈阳化工大学学士学位论文第三章.Ф90橡胶挤出机传动系统的设计
1Z,cos,,0.985Z,,0.772,,,a
2cosbZ,,2.434H,,cossintt
2KTu1,,ZZZZ,329.31Mpa,[,],408.85MpaHHE,,Hbdu，11
（4）验算齿根弯曲疲劳强度:
3z,35z,85Z,z/cos,,38.307mm，则12V11
Z,93.032mmV2
Y,2.45,Y,2.25由图:
5-14得:
Fa1Fa2
Y,1.64,Y,1.78由图:
5-15得:
Sa1Sa2
Y,0.25，（0.75cos）/,0.673,,,a
,290Mpa,,,152Mpa由图5-16（b）得:
Flim1Flim2
Y,1.0,Y,1.0由图5-19得:
N1N2
m,6,5mmY,0.8,Y,2.0,S,1.4由图5-23得:
取nX1StFlim
[],,Y,Y,Y/S,331.43
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