《XJW-90冷喂料挤出机设计孙财远10100511613要点.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《XJW-90冷喂料挤出机设计孙财远10100511613要点.docx（17页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、目录1第一章绪论11.1 销钉式冷喂料挤出机的发展历程 11.2 冷喂料挤出机的结构及其工作原理 11.3 本设计研究的内容2第二章 挤出机的总体布置及轴向力的传递方式 32.1 挤出机的总体布置32.1.1 冷喂料挤出机的布置顺序 32.1.2 电动机的安放位置32.1.3 轴的连接形式32.2 轴向力的传递方式32.3 减速器主轴轴承的布置形式 3第三章电动机的选择43.1 功率计算43.2 选择电机43.2.1 电机功率43.2.2 确定电机转速4第四章螺杆的设计54.1概述54.2螺杆设计54.2.1 螺杆转速的确定；54.2.2 挤出机功率的确定；54.2.3 挤出机生产能力的计算，
2、64.2.4 轴向力的估算；64.2.5 螺杆几何参数的确定：6第五章机筒的设计85.1 机筒的形式及机筒与机头的连接方式 85.2 机筒厚度的确定85.3 机筒强度校核85.4 机筒上法兰的强度校核95.5 机筒与减速器之间的联接螺钉的强度校核 95.6 冷却水道的设计95.7 销钉的设计10第六章螺杆与机筒内壁的组合设计 106.1螺杆与机筒内壁处的间隙值 10第七章机头的设计117.1 机头的作用117.2 材料与技术要求 117.3 机头强度校核11结论12参考文献13沈阳化工大学学士学位毕业设计说明书第一章绪论第一章绪论1.1 销钉式冷喂料挤生机的发展历程70年代末，国外出现了新颖的
3、销钉机筒冷喂料橡胶挤出机 （以下简称销钉挤出 机）。因为该机器具有一系列的优异技术特性，所以它得到了迅速的推广应用，也强 烈地冲击了我国的橡胶机械市场。早在1984年，我院就基于我国橡胶工业发展的需要，开始了对昔通型橡胶冷 喂料挤出机和销钉挤出机的开发和研究工作。现已开发成功了几种规格的销钉挤出 机，并完成了系列化产品的设计，已有部分系列化产品投放市场，经鉴定达到了已国外同类产品的技术水平。本机开发时期，在北京化工学院协作下，把普51冷喂料挤出机改造成为销钉机 简冷喂料挤出机的试验机台，并对两种型式挤出机的出性能进行了对比研究，机型 的螺杆长径比12;螺杆构型一段主到螺纹结构；试验胶料轮胎胎面
4、胶；螺杆转速 45r/min ;挤出机头 16棒机头等均相同。销钉挤出机压出质总是好于普通型，工 作情况也明显优于昔通型。通过开发试验，发现销钉挤出机相比普通冷喂料挤出机具有很明显的优越性。 除上述优点之外，还具有工艺适应性广（可加工不同品种、配方的混炼胶），压出胶料的塑化质量好，自洁性好，更换胶料品种方便，无须抽出螺杆即进行清理等优点。1.2 冷喂料挤生机的结构及其工作原理销钉结构不阻使其保留了通用挤出机螺杆与机筒对胶料的剪切，塑化作用，而 且由于销钉的插入改变了常规挤出机螺槽中胶料的运动状态和剪切生热的过程，它 有规律地阻止并改变了胶流的运动方向。首先是使得胶流在螺槽中突然改变流向， 并被
5、销钉切割分统，同时流过销钉两彻1面的胶料被挤压拉长使其呈扇形面延伸展 开，将胶料翻转出新的表面；在同一截面内如果有8个销钉，则胶流被同时分割成16股，然后再汇合到一起，当进入第二截面的销钉组时，又被重新进行分割，如此 反复前进反复分合翻傥地流过所有截面的切割，使胶料多次分统、混合、剪切和搅 拌，显著提高了胶料的塑化程度和塑化均勾性。另外，常规挤出机处于横流中心的 胶束住住得不到分流翻搅而形成一个既冷而硬的层涣死区，且难以改变这种状态， 加之该胶束外的胶料因摩擦生热过大而易于聚热成为烧焦的危险引料。而销钉机筒 的胶料流变情况是当插人销钉后，因上述的层流死区被销钉不断分涣、翻搅而使其 与外缘的胶科
6、不断换位，从而消灭了这种死区，随之胶流与螺杆、机筒、销钉之间 产生相对运动，进柠多维切剪，使胶流通过一排排销钉而逐渐加深塑化和匀化程度。 同时胶料剪切摩擦所产生的热量可被销钉、机筒和螺杆迅速传走，从而大大减小了 胶料的热聚积，因此能在获得均勾塑化效果的同时避免过度的温升。由于采用了钻孔冷却技术，促使冷却介质在机筒壁内加快流动，冷却介质与机 简的换热面积增大，大大提高了机筒的热交换效率，对控制机筒内壁表面温度、降 低胶温起了重要作用。销钉的塑化作用使得单纯螺杆本身塑化能力的不足得到了补充，可将原来冷喂 料挤出的复杂结构构形的螺杆简化设计成适合于销钉挤出的螺杆，这不仅大大改善 了常规冷喂螺杆与胶料
7、在机筒中的高剪切、高生热的受力情况，也大大降诋了螺杆 的加工难度，降低了动力消耗；常规冷喂料挤出的螺杆结构为强化塑化效果不但致 使胶料局部生热过大，而大大限制了螺槽的深度，从而限制了挤出的产量。而销钉 式螺杆的螺槽深度要比常规冷喂料机深得多，加上销钉能有效地阻止胶涣在机筒内 壁打滑的现象从而大大提高了挤出的产量。销钉结构使嫖杆设计简化，并使加工区 段的塑化压力相应减小。1.3 本设计研究的内容本设计主要对90机筒销钉式冷喂料挤出机的传动系统和挤压系统进行了着重 介绍，对加热冷却系统、电气控制系统和机头作了简要的说明。主要对电动机的选 择、联轴器的选择、齿轮的设计与校核、轴的设计与校核、轴承的设
8、计与校核以及 键的选择与校核、加料口、螺杆、机筒、销钉以及冷却水道的设计。2沈阳化工大学学士学位毕业设计说明书第十二章 螺杆与机筒内壁的组合设计第二章 挤生机的总体布置及轴向力的传递方式2.1 挤生机的总体布置2.1.1 冷喂料挤出机的布置顺序直流电机一弹性柱销联轴器一减速器一挤出部分一机头2.1.2 电动机的安放位置选用电动机放在箱体的后部，优点是安装检修方便，且它可以改善电动机散热 条件，但结构不紧凑。2.1.3 轴的连接形式减速器的输出轴与螺杆连接方式选用分开式，特点部件的制造、安装和维修方 便，为多数挤出机所采用。电动机的输出轴和高速轴之间用联轴器连接。2.2 轴向力的传递方式胶料对螺
9、杆的轴向力一螺杆一止推轴承套一止推轴承一与减速器连接的机筒一 连接螺栓一前段机筒一连接螺栓一后段机筒一连接螺栓一机头一胶料，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主轴受到轴向力和径向力的双重作用，一般在主轴与减速器的输出轴上配 置一个止推轴承和两个径向轴承，选用止推轴承放在两个径向轴承的左侧，有如下 优点：止推轴承不直接安装在减速器的箱壁处，而安装在加料座与箱壁之间的过渡套上，箱体不受力。止推轴承在减速箱壁之外，润滑方便。第三章电动机的选择3.1 功率计算由经验公式 N = D2 L/D N K 103 kW(3-1)式中 D =90 mm=9cmL D =12
10、N 临=424/4=141.33r/min螺杆转速N= (0.2-0.7 ) N缶 N 取50r/minK=5.52 6.73 取 6则：N=93X 12X50X6X 10-5kW =26.24 kW3.2 选择电机3.2.1 电机功率由3.1且通过国产冷喂料销钉挤出机的主要性能参数的类比电机功率Pda(3-2)式中 PW =26.24 kWa =13 22 =0.963X 0.992X0.97=0.84二 Pd =26.24/0.84=34.35 kW3.2.2 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齿轮减速器i=8-40 o故电机转速的可选范围为：Nd=N螺杆 i =50X (
11、8-40) =400-2000 r/min取额定转速N=1000r/min额定功率37kW按工作要求和条件：选用直流电机根据功率和转速选：Z4-180-11 B35型直流电动机第四章螺杆的设计4.1 概述销钉机桶冷喂料挤出机先进与普通冷喂料挤出机，有产量大成本低的特点。该 设计为小90机桶销钉式冷喂料挤出机，主要由螺杆、机桶、机头、及传动部分组成， 水冷系统采用钻孔式。4.2 螺杆设计螺杆直径为D=90mm,取长径比L/D=12,则D =1080mm.螺杆动力参数的确定：4.2.1 螺杆转速的确定；由于n临=424/D山2r/min =141.33r/min ,从而得到螺杆的转速n (0.1-
12、0.7 )n临=14.13-98.93r/min,而又有 保彳.=c/D,/2根据实际要求，c取最小值550,则n最彳隹=58 r/ min ,取螺杆工作转速为50r/min。4.2.2 挤出机功率的确定；由冷喂料挤出机功率计算公式的经验公式得到：N =D3L/D n kxIO生=26.24kW ,其中 K =5.526.73考虑损耗，取N =37Kw ,根据实际需要，选用Z418011、B35直流电动机无级 调速。其特点是启动平稳、结构紧凑、噪音低、易实现自动化控制。4.2.3 挤出机生产能力的计算，其表达式为Q = PD3N公斤/时(9-1)式中D一螺杆外径，分米；N一转速，转/分P一常数
13、，可实际测得，取=3.84所以Q=172.8公斤/时4.2.4 轴向力的估算；P=200F, F 一螺杆外径投影面积cm2P =200 63.1725 = 12723.4kg4.2.5 螺杆几何参数的确定：设计采用单头不等深.矩形断面普通型螺杆，材料38CRMOA监亍渗氮处理，螺杆 头部形状为圆锥形.螺杆导程t=78mm,罗纹开角口 =17 42,螺棱宽e = 5.4 7.2mm ,断面处 r=5mm, r = 8mm，压缩比 f = (D H1Hl/(D H2 H2 = 1.72，其中D 一螺杆外径，Hi一加料段螺槽深度，出一挤出段螺槽深度。根据要求，螺杆分为三段，长父深喂料段250X11塑
14、化段500X 9挤出段330X64.2.6 螺杆强度计算1 .剪应力计算扭矩MkMk =97400Nmax / n=97400X 37X 86.5/55=56678 公斤/厘米剪应力 tmax =Mk/Wp kg/cm2 Wp,Ds = 61336kg/cm2* 压应力计算轴向力收螺杆端面上引起压应力，最大压应力发生在螺杆加料段 的断面上。即(9-2)、y = =50kg/cm2* 螺杆伸出端自重引起的剪应力为简化计算，假定伸出端为圆锥台，则其重量为：(9-3)G =-(D2 +dS)Lm10，8式中L一螺杆的工作长度R 一螺杆的材料重度，=7.9克/立方厘米D一螺杆的外径，厘米代入数据，计算
15、得到G =49kg重力近似看作作用于L/2 ,则Mw=GL=49 135/2 = 3308kg/cmMw3=158kg / cm ,11K 33W = - dS =21cm332按第三强度理论，其强度条件为(9-4)。总=。仃2+4丁2 卜 1 G 1=乙=2838kg/cm2un所以 。总=y1(cry +aw)2 +41=2740.3kg /cm2 k 】反映出设计是合理的。第五章机筒的设计5.1 机筒的形式及机筒与机头的连接方式采用分段式，能适应螺杆长径比的变换的要求，便于单件小批量生产。机筒与机头的连接采用法兰连接，它较易加工，能保证机头与机筒的同轴度, 但装拆机头不方便。5.2 机筒
16、厚度的确定衬套与冷却水套的配合属于过盈配合，可将衬套与冷却水套视为一整体。机筒材料通常选用铸铁或铸钢,此设计选用铸钢ZG270- 500由机械设计手册第一分册，知 气=310Mpa n =1.521- 3105 =3_ =105Mpa(10-1 )n 2按照第四强度理论，根据式 5986 = R (。1) +C = 75(. -1051) + 0.2 = 7.27(10-2)，口 - .3P105- 3 10、=7.5cm = 75mm5.3机筒强度校核机筒主要受轴向力P的作用，P =35325公斤22.99截面积 F =一(D外D内)=一(3002 1502)= 52987.5 mm44P
17、35325叱 2；-=0 667 Kg cm2 = 6.67MpaF 52987.5由于仃 。,满足强度要求，机筒强度合格。5.4 机筒上法兰的强度校核法兰传递的是轴向力，主要受弯曲作用根据强度公式-max3(D 中一D 根)P一 二D根h2(10-3)D中一法兰螺栓孔中心线的直径，mmD根一法兰根径,mmP轴向力，mmh法兰厚度，mm3(D 中一D 根)PQ =-max2二D根h3 (360-300) 3532503.14 300 302二75Mpa法兰材料选用铸钢ZG270-500,由机械设计手册第一分册，知as =270Mpa , n =1.5 2 取 n =2二=；：s n =270
18、2 =135Mpa仃max=75Mpa 产,法兰的强度条件合格5.5 机筒与减速器之间的联接螺钉的强度校核螺栓材料取中碳钢ca6401.5= 426.7Mpa1.3Qp1.3 2122.1二 2162= 13.7Mpa ：二卜 (10-4)所以螺钉的强度合适。5.6 冷却水道的设计本设计的螺杆采用的是高效的复合螺纹结构，机筒采用了沿机筒壁圆周钻孔冷 却或纵向铳削沟槽的结构形式，在沟槽内尽可能的配有散热构件，以改善其导热性 能，从而使销钉挤出机更加具有比较优良的挤出特性。5.7 销钉的设计表10-1德国销钉挤出机的销钉排数与个数螺杆直径，mm90120150200250销钉排数486106128
19、16816每排销钉个数66888由表取销钉4排每排6个销钉锥体大直径9.7 mm,小直径8.4 mm,长度15mm。第六章 螺杆与机筒内壁的组合设计6.1螺杆与机筒内壁处的间隙值为了确保挤出工艺过程顺利地进行，还需要正确地计算内壁与螺棱间的间隙值 6, 6值如果太小，由于制造和安装过程中的累积误差以及挤出机工作时受热变形 的影响，会使得螺杆在机筒内卡紧或产生严重的刮研，从而使衬套的使用寿命大大 地减少，而刮研下来的金属屑又会直接影响挤出物的质量。根据式 5102得 a = (0.003 0.005) D=0.45 0.75 mm根据表5 6,690挤出机的直径间隙值0.3100.443 mm沈
20、阳化工大学学士学位毕业设计说明书结论第七章机头的设计7.1 机头的作用机头是挤出机主要的工作部件之一，按照不同的挤出工艺(如压型、虑胶、混 炼、造粒)，它的作用与结构有所不同。压型挤出机机头的作用是把胶料的螺旋运动 变为直线运动，产生必要的成形压力，最后将胶料压制成所要求的半成品。7.2 材料与技术要求机头壳体材料的选择取决于机头的结构和胶料对金属的腐蚀性，一般选用材料 为HT200或ZG270-50Q也可以选用低碳钢或合金钢，特别注意的是当选用低碳钢 的机头加工腐蚀性的胶料时，应在机头的内腔表面镀铭，壳体的抗拉强度不应低于20公斤/毫米2 ,本设计为ZG270-50Q芯型和口型及芯型支座应具
21、有高的机械强度和良好的耐磨性，表面硬度HRC4266,抗拉强度为8090公斤/毫米2 ,选用工具钢Q235制造。7.3 机头强度校核ZG270-500 的抗拉强度 crb =47kgf/mm2,屈服强度 J = 25 kgf/mm2P机头强度校核条件入=P 二F取安全系数n=3则 tr L s =至=8.3kg/mm2(13-1)n 3F J(1002 - 322 )= 73 63.33mm2(13-2)4所以-b = _p = 35325 =4.79 IF 7363.33则机头强度合格。结论在董林福老师的悉心指导下，历时近四个月完成了 小90橡胶冷喂料销钉挤出机 的设计。初步了解挤出机的发展
22、历史，以及目前的现状和发展趋势。由于时间和能 力有限，不能面面俱到，机头、加热冷却系统和电气控制只做了简略介绍。着重设 计了传动系统和挤压系统，特别是电动机的选择、联轴器的选择、齿轮的设计与校 核、轴承的选择与校核、键的选择与校核，以及螺杆、机筒、冷却水道、机头的设 计等。通过此次设计，加深了对基础知识的理解和应用，同时从中学到许多新知识和 解决问题的思路和方法，拓宽了知识面。加深了对设计过程的理解，从查阅搜集资 料、设计方案、计算数据、绘制草图、装配图以及零件图。提高了综合运用各科知 识和手头工具，分析问题、解决问题的能力，对以后工作起到良好的铺垫作用。熟 练掌握了通过图书馆的文献和互联网查
23、阅资料的基本方法，更加熟练的使用AutoCAD绘图。13沈阳化工大学学士学位毕业设计说明书致谢参考文献1巩云鹏 田万禄 张祖立 黄秋波主编.机械设计课程设计.沈阳：东北大学出版 社，20002毛谦德 李振清主编.袖珍机械设计师手册.北京：机械工业出版社，19943机械设计手册编委会.机械设计手册.新版第1卷.北京：机械工业出版社，20044机械设计手册编委会.机械设计手册.新版第3卷.北京：机械工业出版社，20045吴宗泽主编.机械零件设计手册.北京：机械工业出版社，20036孙志礼 冷兴聚 魏延刚 曾海泉主编.机械设计.沈阳：东北大学出版社，20007喻子建 张磊 邵伟平主编.机械设计习题与
24、解题分析.沈阳：东北大学出版社， 20008杨顺根 白仲元主编.橡胶工业手册.修订版第九册.北京：化学工业出版社，19879唐国俊 李健镇主编.橡胶机械设计.上册.北京：化学工业出版社，198410成大先主编.机械设计手册.第三版第5卷.北京：化学工业出版社，199411橡胶工业手册编委会.橡胶工业手册.第七分册.北京：化学工业出版社，198212国家机械工业委员会.橡胶塑料机械产品样本.北京：机械工业出版社，198913沈从周.机械设备安装手册.北京：中国建筑出版社,1983,10,04.14杨银，刘继红.面向虚拟装配的装配建模技术J.机械科学与技 术,2001,20(2):305-308.
25、15巫静安，李木松，橡胶加工机械M.化学工业出版社16濮良贵，机械设计.第五版M.高等教育出版社17王兴大.注塑技术与注塑机M. 北京：化学工业出版社.200518刘朝儒，彭福荫，高政一.机械制图M.北京：高等教育出版社，200119田健，材料力学M.中国石化出版社，200720孙桓，陈作模，葛文杰，机械原理M.高等教育出版社，200521林修建，销钉机筒冷喂料挤出机节能分析J.中国橡胶工业,199622橡胶挤出机现状与展望J.橡胶技术与装备23曹盛和，贺建芸，刘月星，程源，销钉式冷喂料挤出机及其应用J.北京化工大学.10002924巩家伟，吕贤滨，范之海，吕柏源，橡胶冷喂料挤出机螺杆三功能段构型之分析J.青岛科技大学25谭志明，冷喂料挤出机结构的新发展J.华南理工大学26栗晓华，孟杰，尹新斌，销钉式冷喂料挤出机故障分析与探讨J.现代橡塑,200515