3001000片材离心成型机设计.docx

3001000片材离心成型机设计.docx

《3001000片材离心成型机设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《3001000片材离心成型机设计.docx（35页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

3001000片材离心成型机设计

摘要

聚氨酯全称为聚氨基甲酸酯,是主链上含有重复氨基甲酸酯基团的大分子化合物的统称。

它是由有机二异氰酸酯或多异氰酸酯与二羟基或多羟基化合物加聚而成。

聚氨酯大分子中除了氨基甲酸酯外,还可含有醚、酯、脲、缩二脲,脲基甲酸酯等基团。

聚氨酯成型机是通过对聚氨酯加热到熔融状态，再靠离心机的离心原理将熔融的聚氨酯输送到搅拌头。

经过高速强烈搅拌，使之料液均匀而喷出，形成所需产品。

而离心成型技术是利用离心力成型管状或空心筒状制品的方法。

通过挤出机或专用漏斗将定量的液态树脂或树脂分散体注入旋转并加热的容器（即模具）中，使其绕单轴高速旋转（每分钟几十转到两千转），此时放入的物料即被离心力迫使分布在模具的近壁部位。

在旋转的同时，放入的物料发生固化，随后视需要经过冷却或后处理即能取得制品。

在成型增强塑料制品时还可同时加入增强性的填料。

离心浇铸通常用的都是熔体粘度较小、热稳定性较好的热塑性塑料，如聚酰胺、聚乙烯、聚氨酯等。

离心成型时，聚氨酯填充模具型腔主要靠的是离心机旋转时产生的离心力。

离心力与质量成正比，与离心机转速的平方成正比，与旋转半径成正比。

因此，对某一规格的转子而言，聚氨酯的质量和旋转半径是一定的，所以离心力的大小仅与离心机的转速有关，增大或减少离心力，只须改变离心机的转速即可。

在离心成型时，聚氨酯除了受到自身的重力作用外，主要是靠离心力的作用来填充模具型腔的，其填充方式是先填充远离旋转中心的型腔的外部，然后逐渐向心部填充完毕。

因有离心力的存在，且它比重力大得多，所以聚氨酯的填充能力要比重力成型时强，只要离心机转速适当，离心力的大小合适，生产出的转子的质量就一定比浇注成型时形成的转子要好得多。

关键词：

聚氨酯；离心成型；滚筒

Abstract

Polyurethanefull-calledpolyurethaneisthemainchaincontainsrepeatingurethanegroupsofmolecules,collectively.Itisanorganicdiisocyanateorpolyisocyanateorpolyolwithtwohydroxyladditionpolymerizationismade.Polyurethanemacromoleculesinadditiontourethane,itcanalsocontainether,ester,urea,biuret,urea-basedgroupssuchasester.

Polyurethanemoldingmachineisheatedtomeltthroughthestatetorelyontheprincipleofcentrifugetransportedtothemeltingofthepolyurethanemixinghead.Afterstrongstirringspeed,sothateventhesprayliquid,toformthedesiredproduct.Thecentrifugalmoldingtechnologyistheuseofcentrifugalforceformingtubularorhollowtubularproductsmethod.Throughtheextruderhopperordedicatedtoquantitativeliquidresinorresindispersionintotherotationandheatingcontainer（is,mold）,makingitrotatearoundtheaxishigh-speed（tensofperminutetotwothousandrpm）,thenputincurscentrifugalforceintothematerialdistributedinthemoldwallparts.Rotatingatthesametime,intothematerialcures,andthenasneededthroughthecoolingorpost-processingthatisabletoobtainproducts.Enhancedthemoldingplasticproductscanalsoaddedtoenhancethenatureoffiller.Centrifugalcastingmeltviscositiesareusuallysmaller,betterthermalstabilityofthermoplasticssuchaspolyamide,polyethylene,polyurethane,etc.

Centrifugalmolding,polyurethanefillthemoldcavityisthemaincentrifugerotationbythecentrifugalforcegenerated.Centrifugalforceisproportionalwiththequality,speedproportionaltothesquarewiththecentrifuge,andtheradiusisproportionalto.Therefore,aspecificationoftherotor,thepolyurethaneisacertainqualityandradius,sothesizeofthecentrifugalforceonlywiththespeedofthecentrifuge,increaseorreducethecentrifugalforce,centrifugespeedcanonlychange.

Incentrifugalmolding,polyurethaneexceptbytheirowngravity,thecentrifugalforcedependsmainlyontheroletofillthemoldcavity,thefillmodeisfirstfillingawayfromthecenterofrotationoftheexternalcavity,andthengraduallytotheheartoftheDepartmentofTaintingcompleted.Duetothepresenceofcentrifugalforce,gravityforceanditismuchlarger,sothepolyurethanemoldingfillingcapacitythangravityisstrong,aslongastheappropriatecentrifugespeed,thecentrifugalforceoftherightsizetoproducethequalityoftherotormustbebetterthanpouringmoldingformtherotorismuchbetter.

Keywords:

polyurethane;centrifugalmolding;drum

第一章筒体、转盘质量及转动惯量计算

图1.1筒体

1.1筒体壁厚的计算

当δ/R≤0.1时转鼓的径向力和轴向力应分别为

σ1=σ1+σ1=ρω2R3K2/8δ（Kg/m2）　　　　　　　　　　　　（1-1）

σ=σ+σ=ρR2ω2+ρω2R3K/2δ=ρR2ω2（1+ρ0RK/2δρ）　　（1-2）

令λ1=ρ0/ρ=1.5×103/7850=0.19

ω=2πn/60=2×3.14×1000/60=104.67m/s

σ0=ρR2ω2=7850×0.1502×104.672=1935069.75Pa

则上式σ2=σ0（1+λ1KR/2λ）

按第三强度理论：

σmax-σmin≤［σ］ψ1　　　　　　　　　　　　　　　　　　（1-3）

在离心机转鼓中周向总应力σ2为最大，其次是径向总应力σ1，最小为径向其值为0。

因此，圆筒形离心机转鼓强度条件为σ0（1+λ1KR/2σ）≤［σ］ψ1　，转鼓壁的厚度为δ≥δ0λ1RK/2（[σ]ψ1-σ0）。

δ=1935069.75×0.19×0.1875×1×1/2（113×106-1935069.75）=3.10mm

根据刚度条件取壁厚δ=10mm

其中ρ—筒体材料密度0.785×104Kg/m3

ρ0—物料密度

K—转鼓中物料系数1

φ—焊缝的强度系数1

［σ］—转鼓材料的许用应力113MPa

1.2筒体体积计算

V1=πh11[（D112-d12）+（D122-d12）+（D132-d12）+（D142-d12）]/4=3.14×250×[（3382-3002）+（3322-3002）+（3262-3002）+（3202-3002）]/4=1.435×10-2m3

V2=πh2（d12-d22）/4=3.14×10×（3002-1202）/4=0.593×10-3m3

V筒=V1+V2=1.435×10-2+0.593×10-3=1.494×10-2m3

其中：

h11——每一段筒体高度250mm

h2——筒体壁厚10mm

D11——第一段筒体外径338mm

D12——第二段筒体外径332mm

D13——第三段筒体外径326mm

D14——第四段筒体外径320mm

d1——筒体内径300mm

d1——筒体内径300mm

V1——筒体壁体积

V2——筒体底部体积

V筒——筒体体积

1.3筒体质量计算

筒体材料密度ρ=0.785×104kg/m3

m=ρv　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（1-4）

则m筒=ρv筒=0.785×104×1.494×10-2=117.28kg

1.4筒体转动惯量计算

J=[m1（R12+r2）+m2（R22+r2）+m3（R32+r2）+m4（R42+r2）]/2=0.5×7850×3.14×250×[（3382-3002）

×（1692+1502）+（3322-3002）×（1662+1502）+（3262-3002）×（1632+1502）+（3202-3002）×（1602+1502）]/4=2.808kg·m2

1.5轴盘及转动惯量的计算

图1.2轴盘

（Ⅰ）1部分转动惯量及体积计算

R1=35mmr=21mmh=20mm

V1=πR12h-πr2h　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（1-5）

V1=3.14×352×20-3.14×212×20=0.492×10-4m3

m1=ρv1　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（1-6）

m1=7.85×103×0.492×10-4=0.386kg

J1=m1（R12+r2）/2　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（1-7）

J1=0.5×0.386×（352+152）=0.00028kg·m2

（Ⅱ）2部分转动惯量及体积计算

R2=60mmR2′=45mmr=21mmh=103mm

V2=πh（R2′2+R2′R2+R22）/3-πr2h　　　　　　　　　　　　（1-8）

V2=3.14×103×（452+45×60+602）/3-3.14×212×103=0.755×10-3m3

m2=ρV2（1-9）

m2=7.85×103×0.755×10-3=5.927kg

J2=

{

}m2+m2r2/2（1-10）

J2=0.026kg·m2

（Ⅲ）3部分转动惯量及体积计算

R3=115mmr=21mmh3=22mm

V3=πR32h3-πr2h3（1-11）

V3=3.14×1152×22-3.14×212×22=0.883×10-3m3

m3=ρV3（1-12）

m3=7.85×103×0.883×10-3=6.932kg

J3=m3（R32+r32）/2　（1-13）

J3=0.5×6.932×（1152+212）=0.047kg·m2

（Ⅳ）4部分转动惯量及体积计算

R4=60mmr=21mmh4=20mm

V4=πR42h4-πr2h4　（1-14）

V4=3.14×602×20-3.14×212×20=0.198×10-3m3

m4=ρV4　（1-15）

m4=7.85×103×0.198×10-3=1.55kg

J4=m4（R2+r2）/2　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（1-16）

J4=0.5×1.55×（602+212）=0.003kg·m2

（Ⅴ）总质量及总转动惯量

∑m=m1+m2+m3+m4=0.386+5.927+6.932+1.55=14.80kg

∑J=J1+J2+J3+J4=0.00028+0.026+0.047+0.003=0.00763kg·m2

（Ⅵ）轴盘及筒体质心计算

I1=10mm

I2=

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（1-17）

I2=5（602+2×60×21+3×212）/（602+60×21+212）=7.02mm

I3=11mm

I4=10mm

I筒1=329mm

I筒2=12.5mm

（Ⅶ）总质心

Is=

　　　　　　　　　（1-18）

Is=（10×0.386+7.02×5.927+11×6.932+10×1.55+329×112.65+12.5×4.66）/（0.386+5.927+6.932+1.55+112.65+4.66）=282.03mm

（Ⅷ）总质量及总转动惯量

m总=m筒+m盘=112.65+4.66=117.31kg

J总=J筒+J盘=2.808+0.00763=2.816kg·m2

第二章电机的选择

2.1类型

需调速的机械→对调速平和程度要求不高，且调速比不大时→选择变频调速电动机。

载荷性质：

平稳。

生产机械工作状态：

断续。

选择异步电动机。

2.2功率计算

启动时间t=120s

2.2.1启动转鼓等转动件所需功率N1

ω=

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（2-1）

ω=

=104.67m/s

N1=

　　　　　（2-2）

N1′=2.816×104.672/（2000×60）=0.257kw

考虑其他转动件功率增加5%~8%，取5%

则N1=0.257×（1+0.05）=0.27Kw

2.2.2克服转鼓、物料与空气摩擦所需的功率N2

N2=11.3×10-6×ρa×L×ω3×（R04+R14）　　（2-3）

其中：

R0=0.15mR1=0.169mL=1mρa=1.29kg/m3

则N2=11.3×10-6×104.673×1×1.29×（0.154+0.1694）=0.022kw

需克服总功率N总=N1+N2=0.27+0.022=0.292kw

2.3选定

根据功率初选电机型号为Y90S-6三相异步电动机

2.4工作原理

整台电动机由拖动电动机、电磁转差离合器、测速发电机和中止装置组成。

2.4.1工作条件

1海拔不超过1000m

2环境温度:

-20~40oC

3环境相对湿度大于85%和灰尘爆炸的场合

2.4.2负载特性

惯性体与电动机惯性的比较，其负荷的惯性较大者

2.4.3离心式分离机

适合温度：

合适

技术数据（380V，50HZ）

同步转速n=1000r/s

额定功率P=0.75Kw

2.4.4外形及安装尺寸Y90S-6

（a）

（b）（c）（d）

图2.1电机

机座号:

132M

凸缘号:

FF265

极数:

2、4、6、8

安装尺寸及公差|D|基本尺寸:

24

安装尺寸及公差|D|极限偏差:

（+0.018,+0.002）

安装尺寸及公差|E|基本尺寸:

50

安装尺寸及公差|E|极限偏差:

±0.370

安装尺寸及公差|F|基本尺寸:

8

安装尺寸及公差|F|极限偏差:

（0,-0.036）

安装尺寸及公差|G①|基本尺寸:

20

安装尺寸及公差|G①|极限偏差:

（0,-0.20）

安装尺寸及公差|M:

165

安装尺寸及公差|N|基本尺寸:

130

安装尺寸及公差|N|极限偏差:

（+0.016,-0.013）

安装尺寸及公差|P②:

200

安装尺寸及公差|R③|基本尺寸:

0

安装尺寸及公差|R③|极限偏差:

±2.0

安装尺寸及公差|S④|基本尺寸:

12

安装尺寸及公差|S④|极限偏差:

（+0.430,0）

安装尺寸及公差|S④|位置度公差:

φ1.5

安装尺寸及公差|T|基本尺寸:

3.5

安装尺寸及公差|T|极限偏差:

（0,-0.120）

安装尺寸及公差|凸缘孔数:

4

外形尺寸|AC:

195

外形尺寸|AD:

160

外形尺寸|HF:

195

外形尺寸|L:

31

第三章带轮的设计

3.1计算功率Pa

查得工况系数Ka=1.2（负载启动，载荷变动微小，工作日10~16小时/日）

求得：

Pa=Ka.P　　　（3-1）

Pa=1.2×0.75=0.9kw

其中：

P—电机标称功率0.75kw

3.2选择带轮型号

据Pa=0.9kw，n1=1000r/min，确定为Z型带

3.3确定带轮的基准直径D1、D2

D1=71mmD2=D1·

=71mm

其中：

n1—小带轮转速

n2—大带轮转速

D1—小带轮直径

D2—大带轮直径

3.4验算带轮V

V=

（3-2）

V=3.14×71×1000/（60×1000）=3.72m/s＜25m/s

3.5确定中心距a和带的基准直径Ld

（Ⅰ）根据公式

0.7（D1+D2）＜a0＜2（D1+D2）（3-3）

初取轴间距a0：

200mm

（Ⅱ）确定基准长度

Ld=2a0+

（D1+D2）+

（3-4）

Ld′=2×200+

（71+71）=622.9mm

查表取Ld=630mm

实际轴间距

a≈a0+（Ld-Ld′）/2　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（3-5）

a=200+（630-622.9）/2=203.6mm

安装时所需的最小轴间距amin

amin=a-0.015Ld=203.6-0.015×630=194.2mm

张紧或补偿伸长所需最大轴间距amax

amax=a+0.03Ld=203.6+0.03×630=222.5mm

3.6验算小带轮上的包角α1

α1=180°-

×57.3°　　　　（3-6）

α1=180°＞120°

3.7确定带的根数Z

根据13-1-15查取单根z带额定功率P0=0.30kw

单位增量ΔP0=0.002kw

包角修正系数Kα=0.98

带长修正系数Kl=0.96

Z=

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（3-7）

Z=0.9/[（0.30+0.002）×0.98×0.96]=3.17

∴为安全起见，应取V带的根数为4根

计算单根V带的预紧力

F0=

（

）+mv2　　（3-8）

m查表13-1-2取m=0.1

∴F0=500×0.9×（2.5-0.98）/（3×7.48×0.98）+0.1×7.482=36.70N

3.8计算轴压力Q

Q=2ZF0sin

　（3-9）

Q=2×4×36.70×sin90°=293.6N

3.9带轮材质

当v＜20m/s时，可以采用HT200铸造带轮，不允许有砂眼、裂纹、缩孔及气泡。

退火消除应力。

3.10小带轮质量计算

图3.1小带轮

3.10.1小带轮的质量计算

D1=0.071mh1=0.05mρ=7.85×103kg/m3d0=0.024m

m1=

·ρ=3.14×（0.0712-0.0242）×0.05×7.85×103/4=1.38kg

3.11大带轮质量计算

图3.2大带轮

将带轮分为两个部分计算:

3.11.11部分质量计算

D1=0.071mh1=0.05mρ=7.85×103kg/m3d0=0.042m

m1=

·ρ　（3-10）

m1=3.14×（0.0712-0.0422）×0.05×7.85×103/4=1.01kg

3.11.22部分质量计算

d2=0.052mh2=0.006mρ=7.85×103kg/m3d0=0.042m

m2=

·ρ　（3-11）

m2=3.14×（0.0522-0.0422）×0.006×7.85×103/4=0.03kg

3.11.3总质量∑m

∑m=m1+m2=1.01+0.03=1.04kg

G=mg=1.04×9.8=10.19N

第四章轴的设计和校核

轴的材料：

45#，调制处理。

δb=640MPaδ=355MPa

弯曲疲劳极限：

δ-1=275MPa

剪切疲劳强度极限：

τ-1=155MPa

4.1轴的设计计算

计算直径d《机械设计手册》第三版第二卷表6-1-5

4.1.1按弯扭合成强度计算轴径公式

T=955

（4-1）

T=9550×0.75/1000=7.16N·m

M=FRa=mga　　　　　　　　（4-2）

M=117.31×9.8×0.2=229.9N·mm

查表6-1-1得［σ-1］=60MPa

d=21.68·（

）⅓　　（4-3）

d=21.68×{[229.92+（0.6×7.16）2]0.5/60}1/3=33.93mm

4.1.2按扭转刚度计算轴径的公式

查表6-1-4得［φ］=0.5

d=9.3×（T/［φ］）1/4=9.3×（7.16/0.5）1/4=18.1mm

4.1.3取轴径

为安全起见，取轴径d=40mm

轴上有键槽∴将轴径增大5%

d0=（1+5%）d=（1+5%）×40=42mm

取整得d=42mm

4.2轴的结构设计

图4.1轴及其受力分析

a、拟定轴上的零件装配方案

b、根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度

4.2.1轴的强度计算

α=20°

Ft=2T1/d（4-4）

Ft=2×7.16×103/55=260.4N

Fr=Fttanα　　　　　　　　　　　　　　　　（4-5）

Fr=260.4×tan20°=94.78N

F=Fr+G带+Q　　　　　　　　　　　　　　（4-6）

F=94.78+11.07+367=472.85N

根据受力方程式:

RA