双螺杆膨化挤出机的设计

双螺杆膨化挤出机的设计 oo 双螺杆膨化挤出机的设计第 ?页 共 ? 页 1 引言 ................................................................ 1 2 工作原理和工作图 ..................................................... 1 2.1 工作原理 ......................................................... 1 2.2 结构工作图 ....................................................... 2 3 螺杆和机筒的设计 ..................................................... 2 3.1 螺杆直径D和驱动功率P ........................................... 2 S 3.1.1 螺杆直径D的确定 .............................................. 2 S 3.1.2 驱动功率P的确定 ............................................... 3 3.1.3 中心距A........................................................ 3 3.2 螺杆各段主要参数的确定 ........................................... 3 3.2.1 加料段的确定 ................................................. 3 L1 3.2.2 压缩段L....................................................... 3 2 3.2.3 均化段 ......................................................... 3 3.3 螺纹形状的确定 ................................................... 4 3.4 螺杆的螺纹头数及结构 ............................................. 4 4 机筒结构设计和搅拌设备结构设计 ....................................... 4 4.1 机筒和加料口的设计 ............................................... 4 4.1.1 机筒的设计 ...................................................... 4 4.1.2 加料口的设计 ................................................... 5 4.1.3机筒与机头的连接形式 ............................................. 5 4.2 螺旋搅拌混合送料调节装置的设计 ................................... 5 4.2.1 螺旋加料装置 ................................................... 5 4.2.2 搅拌容器的设计和选用 ........................................... 6 5 加热与冷却装置的设计 ................................................. 6 5.1 挤出机的加热系统 ................................................. 6 5.2 挤出机的冷却系统 ................................................. 7 6 传动装置的设计 ..................................................... 7 6.1电动机的选择 ....................................................... 7 6.2 确定传动装置的总传动比和分配传动比................................ 8 6.2.1 传动装置的总传动比 ............................................. 8 6.2.2 分配传动装置传动比 ............................................. 8 6.2.3 计算传动装置的运动和动力参数 ................................... 8 6.2.4各轴转速......................................................... 8 6.2.5 各轴的输入功率 ................................................. 8 6.2.6 各轴输入转矩 ................................................... 8 双螺杆膨化挤出机的设计第?页 共 ? 页 6.3 传动零件的设计 ................................................... 9 6.3.1 联轴器 ......................................................... 9 6.3.2 齿轮传动的设计 ................................................. 9 6.3.3 轴的设计 .......................................................18 6.4 平衡块的选择 .....................................................28 6.5 润滑及密封 .......................................................28 6.5.1 齿轮的润滑 .....................................................28 6.5.2 滚动轴承的润滑 .................................................28 6.5.3 轴外伸处的密封 .................................................28 结论 ..................................................................29 致谢 ..................................................................29 参考文献 ..............................................................30 外文摘要 ..............................................................30 双螺杆膨化挤出机的设计第 1 页 共 30 页 作者： 指导老师： 安徽农业大学工学院 05机械设计制造及其自动化 合肥 230036 ：双螺杆挤出机的应用现今非常广泛，因此它成为人们研究的焦点。双螺杆挤出 机是为解决单螺杆挤出机的局限性而逐步发展起来的，本文设计一种用于玉米等食品 膨化的双螺杆挤出机，该机很容易加入颗粒等物料，物料在机筒内停留时间短，膨化、 混合效果优良，排气、自排性能好，比功率消耗低。由于该机的综合性能优良，所以 在我国应用相当普遍。本文主要介绍了双螺杆挤出机的工作原理及组成结构，确定了 该机的传动类型，进而对整体设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的确定，主要阐述了传动系统的设计，加热冷 却系统的设计，整体结构的设计，主要构件的设计等。另给出了工作原理图，主要零 件工作图以及该机的装配图等。 双螺杆 挤出机 加料 传动 为了适应混合工艺的要求，双螺杆挤出机自1935年问世后，随着现代制造业和 先进材料的高速发展，经过半个多世纪的不断改进和完善，也得到了长足的发展，从 国内外的研究情况来看，大量的文献资料表明到目前为止，有关双螺杆挤出机的理论 研究与实验研究已经达到成熟。 在双螺杆挤出机的设计中，追求的目标总的说来是在实现规定的螺杆转数（范 围）、螺杆旋转方向、扭矩均匀分配、轴承合理布置的前提下，通过传动方案的确定 和结构设计，采取措施，降低齿轮载荷，抵消和减小传动齿轮的径向载荷，传递更大 的功率（扭矩）和轴向力，提高轴承的寿命，装配维修方便。设计加工的难度在于螺 杆中心距限定的狭小空间。因而必须调动一切可能的手段，寻找特殊的结构形式、材 料和热处理工艺来实现上述总目标。为此，本文主要针对双螺杆食品膨化挤出机的设 计，从而对双螺杆挤出机的工作原理，结构性能以及传动特点有更深的认识。 物料在螺杆1和螺杆2啮合形成的压力差作用下，由螺杆1向螺杆2螺槽 移，在螺杆2的C型空间内形成新的物料段，接着又在螺杆2的推力下于螺杆2和螺杆1的啮合区向螺杆1转移，从宏观上看，熟化的物料围绕杆2和螺杆1形成8字型螺旋向前运动，原料在来自机筒的热和物料间摩热的作用下熟化后，以正流和逆流的 组合形态流动。与此同时，不可忽略螺杆挤压机中的漏流。 双螺杆膨化挤出机的设计第 2 页 共 30 页 由已知螺杆的转速、轴径及输出功率，且是双螺杆同向旋转，可先选择传动方案， 为了使传动箱的结构更加紧凑，采用扭转部分和减速部分一体式结构，整个传动方案 为：电动机输出的功经过二级减速传到轴3，轴3上的功一部分直接传给一根螺杆，一部分经轴4传给轴5传到另一根螺杆。由已知条件及所选的零件，通过机械传动和 摩擦副的效率值选择电动机，由电动机的转速初步确定总传动比。因为两螺杆的旋转 方向、转速、轴径都一样，故轴3和轴5的旋转方向、转速也一样，这样可确定齿轮 1，2及齿轮3，4的传动比，应此可以确定轴1，2，3的转速、功率及转矩。因为要保证轴3，4，5间的关系，故先将齿轮5，6的传动比取为4，因此齿轮7，8的传动 比为0.25。这样可以确定轴4，5的转速、功率和转矩。经过计算，可确定传动箱内 的齿轮尺寸、轴的结构及其它的零件， 传动原理图如图2-1所示。 图2-1 运动原理图 1～8为圆柱斜齿轮 9、10为平衡块 DS DS3.1.1 螺杆直径的确定 根据任务参数Q=120～150Kg/h,螺杆最高转速n=100r/min 3由 经验 班主任工作经验交流宣传工作经验交流材料优秀班主任经验交流小学课改经验典型材料房地产总经理管理经验 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 D,,。=0.003～0.007，取=0.005，求出=56mm Q,,DnSS 双螺杆膨化挤出机的设计第 3 页 共 30 页 由表3-27，JB/T5420-2001同向旋转双螺杆挤出机的基本参数选=57mm DS 3.1.2 驱动功率P的确定 3根据经验公式 P,k,D,ns 对一般挤出机k=0.008,代入数字得P=26KW 由表3-27，JB/T5420-2001同向旋转双螺杆挤出机的基本参数选电动机所需 率为 P=30KW d 螺杆的长径比L/D=21～30，取L/D=25 SS 则L=25，57=1425mm 3.1.3 中心距A 一般两螺杆的中心距取A=（0.7～1）D代入数字取A=48mm S L3.2.1 加料段1的确定 0'为了方便加工，通常整条螺杆的螺纹升程,,17.42=D，螺纹升角 lS 由经验公式取=20%L=20%，1425=285mm L1 L23.2.2 压缩段 ,，，，，D,H,H,l,eS1111压缩比i= ，，，，,D,H,H,l,eSS333 H由于螺杆三段的螺纹升程相等，螺棱宽度也相等，故压缩比i=1， H3 一般i=1～5，取i=4。根据经验，压缩段长度，L=60%L=60%1425=855 mm 2 3.2.3 均化段 均化段的主要参数是HL和 33 浅的H对物料的剪切作用很大，有利于物料进一步的均化，但也不能太浅，一般情3 况下HHDD=（0.025～0.06），取=0.04=2.3 mm 33SS 2，，所以加料段的螺纹深，，H0.5DD4iHDH,,,==7.6 mm 1SS3S3,,，，L=（20%～25%）L=285 mm 3 图3-1螺杆的各部位几何尺寸及代号 双螺杆膨化挤出机的设计第 4 页 共 30 页 采用锯齿形断面，矩尺形截面螺棱的后缘面有较大的 00倾角,,（一般=10～15）且过度圆角R较大，有利于物料的流动， 同时有较好的混合和均化作用， 避免了涡流现象。如图3-2所示 ==0.5～1 rr12 r=(1/～1/3)H R=(1～2)r e=(0.08～012) D(在保证螺 S 棱强度的条件下，e值取小点) 图3-2螺杆螺纹形状 根据经验为了避免进料不均匀，采用 单头螺纹，为了得到更好的挤出质量， 要求物料尽可能平稳的从螺杆进入机头， 螺杆末端采用锥形结构，螺杆周围的压 力均匀分布，使挤压压力逐渐增加，并 避免脉动现象，现设计螺杆头部结构 如图3-3。 图3-3螺杆头部结构 也是在高压，高温，严重磨损，有一定腐蚀的条件下工作的。机筒上还需要设置 加热冷却系统和安装机头，根据我国生产的挤出机机筒壁厚经验值及螺杆直径，机筒 和螺杆共同完成对物料的输送，熔融和定压定量挤出。和螺杆一样机筒取壁厚为25。 4．1．1 机筒的设计 整体式机筒是在整体坯料上加工出来的，它有长度大，加工要求高，在加工精度 和装配精度上容易得到保证，装配简单，在机镗上设置外加热器不易受到限制，机镗 受热均匀等特点。如图4-1。 双螺杆膨化挤出机的设计第 5 页 共 30 页 图4-1整体式机筒 图4-2加料口结构图 4．1．2 加料口的设计 加料口的结构形式很多为了使物料能从料斗或 加料器中自由的，高效的加入机筒，把加料口做成 如图4-2形式。 4.1.3机筒与机头的连接形式 机筒与机头的连接形式采用螺钉连接，此种形式虽然装拆机头慢，但结构简单， 应用比较方便。如图4-3所示。机头处的分流板，可使物料由 旋转运动变为直线运动物料的流动更加均匀一致。其结构如图4-4示。 图4-3机筒与机头的连接形式 图4-4 分流板 4.2.1 螺旋加料装置 加料方式分为重力和强制加料两种， 设计如图4-5所示螺旋强制加料器，加料 螺旋是由挤出机螺杆通过锥齿轮驱动的， 这样加料器转速可与螺杆转速相适应。 双螺杆膨化挤出机的设计第 6 页 共 30 页 这种装置能使物料均匀的进入螺杆，避 免产生加料口的“架桥”现象，能够提 高产品质量。（《搅拌与混合设备实际选 用手册》，P108-12 4.2.2 搅拌容器的设计和选用 根据所需可选用900无折边锥底，可拆盖 立式钢制搅拌器 1）搅拌容积的确定 间歇式操作时，每台搅拌器的容积可根 ,，，Vt1，据经验公式aV, ,m图4-5 螺旋加料装置示意图 1—料斗 2—螺旋 2一般,m=0.1，=0.8代入公式得V=0.16 ,m 2）容器装液高径比L/D的确定：由表6-1取L/D=1.2 4V3）筒体内径和高度的确定：由公式H,，查表6-3，D=600mm,H=520mm 2,D 4）锥底螺带式搅拌器主要参数的确定 如图4-6所示，查表5-20《搅拌与混合设备设计选用手册》取搅拌容器的公称直 径d=50mm,dD=380mm,=100mm,=18mm, ,jJ 2h=380mm根据V=0.16m，查表6-5，取 传动装置中小锥齿轮的额定功率为4KW， 搅拌轴的转速取80 r/min，查表6-7， 筒体盖管口公称直径放料口取65 mm。 图4-6 锥底螺带式搅拌器结构 挤出机的加热方法有三种：热载体加热、电阻加热和电感应加热。近年来，一般 采用了铸铝加热器，其结构如图，它是将电阻丝装于金属管中，并填进氧化镁粉之类 的绝缘材料，然后将此金属管铸于铝合金中。它有体积小，装设方便及加热温度较高 的优点，又降低了成本 双螺杆膨化挤出机的设计第 7 页 共 30 页 而且还有很好的防氧化，防潮等性 能，提高了加热器的寿命，热传递 效果也比较好。铸铝加热器的最大 0加热温度为350～370C。 根据经验公式 122，，P,,DL/DA，一般A=3～4w/cm 0S1000 可求出机筒的加热功率P=892.7kw 图5-1铸铝加热器 1—钢管 2—接线头 3—电阻丝 4—氧化镁粉 5—铸铝 挤出机的冷却分为风冷和水冷两种。两者进行比较，水冷的速度快，体积 成本低，噪声低，但容易造成急冷，从而影响物料的稳定性，如果密封不好还会出现 漏水现象。根据要求，设计如图5-2所示的水冷却装置结构，是在筒的表面车出螺沟， 然后缠上冷却水管。螺杆冷却的主要目的是为了有利于加料段物料的输送，同时也防 止物料在均化段因过热而分解，有 利于排气。因此螺杆的冷却道一般是通到 均化段，如图5-3所示。（《冲压与塑料成型机械》，P136-139） 图5-2 冷却装置结构图 图5-3 冷却系统 1—铸铝加热器 2—冷却水管 双螺杆膨化挤出机的设计第 8 页 共 30 页 由螺杆所需的驱动功率P=26kw及电动机所需功率30KW，可选择电动机型号为W Y225-4，P=37kw，同步转速n=1500r/min,满载转速n =1480r/min，最大转矩edNm T=2.2N.m，m=248Kgmax 6．2．1 传动装置的总传动比 n1480由公式im===14.8 an100 6．2．2 分配传动装置传动比 由于总传动比为各级传动比的乘积,即I=ii，取高速级传动比i=1.4i即a12231223 i1.4，14.8==4.55，i=14.8/4.55=3.25 1223 所得i值符合一般圆柱齿轮传动和两级圆柱齿轮减速器传动比的常用范围。 注：以上传动比的分配只是初步的，传动装置的实际传动比必须符合各级传动零件的 参数，即齿轮齿数等确定后计算实际总传动比一般传动比的实际值与设计要求值得允 许误差为3%～5%。为了结构需求轴3到轴4的传动比选择为4,轴4到轴5的传动比 为0.25。 6．2．3 计算传动装置的运动和动力参数 i ，i，i，i为相邻两轴间的传动比； 12233445 ，，，为相邻两轴间的传动效率； ,,,,01122334 P，P，P，P，P为各轴的输入功率（kw）; IIIIIIIVV T，T，T，T，T为各轴的输入转矩（N?m）； IIIIIIIVV n，n，n，n，n为各轴的转速（r/min）； IIIIIIIVV 其中电动机输出轴为轴1，减速轴为轴2，低速轴为轴3，中间转换轴为轴4，另一输 出螺杆轴为轴5 6.2.4各轴转速 n=n=1480 r/min Im n= n/ i=1480/4.55=325.27 r/min III12 n = n = n / i=325.27/3.25=100.08 r/min IIIVII34 n= n/ i=100.08/4=25.02 r/min IVIII34 6．2．5 各轴的输入功率 P,P,,=30×0.98=29.4 kw Id01 P,P,,=29.4×0.98×0.98=28.2 kw III12 P,P,,=28.2×0.98×0.98=27.1 kw IIIII23 P,P,,=27.1×0.98×0.98=26 kw IVIII34 P,P,,=26×0.98=25.48 VIV45 6．2．6 各轴输入转矩 T=9550P/ n=9550×30/1480=193.58 N.m ddm 双螺杆膨化挤出机的设计第 9 页 共 30 页 =193.58×0.98=189.71 N.m T,T,,Id01 =189.71×0.98×0.98×4.55=829 N.m T,T,,,iIII1212 =829×0.98×0.98×3.25=2587.56 N.m T,T,,,iIIIII2323 =2587.56×0.98×0.98×4=9940.37 N.m T,T,,,iIVIII3434 =9940.37×0.98×0.25=2435.39 T,T,,,iVIV4545 1～5轴的输出功率和输出转矩分别为各轴的输入功率和输入转矩乘以轴承效率 0.98，例如：1轴的输出功率P?′=P?×0.98=28.8 KW，输出转矩T?′=T?×0.98=189.92 N.m，其余类推。 运动和动力参数的计算结果加以汇总列出表格如下： 表6-1运动和动力参数结果 效率P(kw) 转矩T(N?m) 转速n 轴名 传动比i 效率η 输入 输出 输入 输出 r/min 电动机 30 193.58 1480 0.98 ?轴 29.4 28.8 189.71 189.92 1480 4.55 0.96 ?轴 28.2 27.6 829 812.42 325.27 3.25 0.96 ?轴 27.1 26 2587.56 2535.81 100.08 4 0.96 ?轴 26 25.5 9940.37 9741.56 25.02 0.25 0.98 V轴 25.48 24.97 2435.39 2386.68 100.08 6.3.1 联轴器 选用弹性柱销联轴器，此联轴器结构简单，制造容易，装拆更换弹性元件方便， 有微量补偿两轴线偏移和缓冲吸振能力，主要用于载荷平稳，启动频繁，对缓冲要求 不高的中、低速轴系传动。 6.3.2 齿轮传动的设计 由已知条件知，为了使传动平稳并具有较高的承载能力，因此采用斜齿轮，由传 动比i=4.55，i=3.25，高速轴的转速n=1480 r/min传递功率为29.4 KW及减速12231 轴2的转速为325.27 r/min，传递功率为28.2 KW。结构尺寸无特殊限制，故采用软 齿面，现计算齿轮传动，齿轮基本形状如图2 。 齿轮1、2的结构尺寸计算 1）选择材料及确定许用应力 为了增加小齿轮的硬度，小齿轮选用调制处理，为了简化大齿轮的热处理工艺， 大齿轮选用正火处理，因此： 双螺杆膨化挤出机的设计第 10 页 共 30 页 小齿轮用45钢，调制，齿面硬度为240HB 大齿轮用45钢，正火，齿面硬度为190HB 查表：取接触疲劳极限σ=760MPa；σ=680MP Hlim1Hlim2 所以：[σ]=0.9σ=684MPa；[σ]=0.9σ=612MPa H1Hlim1H2Hlim2 2）初步计算小齿轮直径d 1 已知转矩T=189.71N.m 1 查表选齿宽系数ψ=1.0 d 查表选Ad值，估计β=15?所以取A为82 12d Tu，1则： dA=64.85 取d=70? 3,1d1,2u[],,dd 初步计算齿宽b=ψ d=70? d1 3）校核计算 圆周速度v ,dn 11v,,5.42 m/s 60，1000 齿数z 模数m 取z,20,z,iz =4.55，20,91 121 d70螺旋角1m,,,3.5, tz201 m 查表 12.3 取nm,3.38, ,arccosnmt 0 ,,15.05 表 12.6 9级精度 使用系数KK 表12.9 =1.5 AA KK动载系数 图12.9 =1.2 VV 齿间载荷分配系数 2T2，1897101F,,,5420 N td701 双螺杆膨化挤出机的设计第 11 页 共 30 页 KF5420A1,1.5，,116.15 N/mm >100 N/mm b70 查表取K=K=1.1 HaFa 齿间载荷分布系数K 由表： Hβ -3K=A+B[1+0.6（b/d?）?]×（b/d?）?+C×10b Hβ 选取A=1.09 B=0.16 C=0.31 所以经计算 K=1.368 Hβ 载荷系数K: K=KKKK=2.71 AVHaHβ 查表取弹性系数ZMPa Z=189.8 EE 由图取节点区域系数Z Z=2.45 HH 重合度系数Zε： 因为： ,=[1.88-3.2（1/Z?+1/Z?）]cosβ=1.63 a ,=bsinβ/πm=1.71 n, ,4,,,a所以： Zε=(1),，, ,3,a Zε=0.81 螺旋角系数：Z= =0.98 cos,β 4）齿根弯曲疲劳强度验算 齿形系数Y Fa Z=Z/cos?β=22 v11 Z=Z/cos?β=101 v22 由图取 Y=2.62; Y=2.25 Fa1Fa2 应力修正系数Y 由图取为：Y=1.58; Y=1.76 sasa1sa2 重合度系数Y： ε ,=[1.88-3.2（1/Zv?+1/Zv?）]cosβ=1.64 av Y,=0.25+0.75/=0.71 εav 双螺杆膨化挤出机的设计第 12 页 共 30 页 螺旋角系数Y： β Y,=1-0.25=0.57 βmin, 所以Y,=1-β/120?=0.79＞Y Y=0.79 ββminβ, 齿向载荷分布系数K： Fβ 因为b/h=70/(2.25×3.5)=8.89 则K=1.36 Fβ 载荷系数K： K= KKKK=2.69 AVFaFβ查表取弯曲疲劳极限 ,Flim ,=680MPa； ,=580MPa Flim1Flim2 所以： [,]=/1.35=516.8MPa；[]=,/1.35=440.8MPa ,,Flim1Flim2F1F2 2KT1验算： YYYY,,==254MPa＜[] 11Fasa,,F1F1bdm1n ,,,=YY/YY=234.35MPa＜[] Fasa22Fasa11F2F1F2 5）确定传动主要尺寸 中心距a=d?(i+1)/2=194mm 12 实际分度圆直径：d=70?；d?=id=319? 1121齿宽：b=70?； b?= b-5=65? 11 齿顶圆直径：d= d?+2h=70+7=77? a1a d= d?+2h=319+7=326? a2a 齿根圆直径：d= d?-2h=70-9=61? f1f d= d?-2h=319-9=310? f2f 齿轮3、4的结构尺寸计算 1）选择材料及确定许用应力 为了增加小齿轮的硬度，小齿轮选用调制处理，为了简化大齿轮的热处理工艺， 大齿轮选用正火处理，因此： 小齿轮用45钢，调制，齿面硬度为240HB 大齿轮用45钢，正火，齿面硬度为190HB 查表：取接触疲劳极限σ=760MPa；σ=680MPa Hlim3Hlim4 双螺杆膨化挤出机的设计第 13 页 共 30 页 所以，[σ]=0.9σ=684MPa；[σ]=0.9σ=612MPa H3Hlim3H4Hlim42）初步计算小齿轮直径d 3 已知转矩T?=829N.m，查表选齿宽系数ψ=1.0 d 查表选Ad值，估计β=15?所以取A为80 34d Tu，12所以：d??A=105.86 取d?=110? 3d2u,,,,dH 初步计算齿宽b=ψ d?=110? d 3）校核计算 dn,32圆周速度v==1.87m/s 601000， 齿数Z、模数m和螺旋角β： 取Z=36，Z= Z×i=117，所以m=110/36=3.06 由表取m=2.95 34334t34n34 mn34则β=arccos=15.28? mt34 查表取使用系数K 取K=1.5 AA 查图取动载系数K取K=1.2 V V 2T2齿间载荷分配系数K：先求F==15072.73N Hatd3 KFAt=205.54N/mm＞100N/mm b 所以查表取K=K=1.1 HaFa 齿间载荷分布系数K 由表： Hβ -3K=A+B[1+0.6（b/d）?]×（b/d）?+C×10b Hβ33选取A=1.09 B=0.16 C=0.31 所以经计算K=1.371 Hβ 载荷系数K: K=KKKK=2.71 AVHaHβ 查表取弹性系数ZMPa： Z=189.8 EE 由图取节点区域系数Z： Z=2.45 HH 重合度系数Zε： 因为,=[1.88-3.2（1/Z?+1/Z）]cosβ=1.7 a 双螺杆膨化挤出机的设计第 14 页 共 30 页 , =bsinβ/πm=3.3 n34, ,4,,,a所以Zε=,(1),，, 因为＞1 则取=1 则：Zε=0.77 ,,,,3,a 螺旋角系数Z= =0.98 cos,β 4）齿根弯曲疲劳强度验算 齿形系数Y： Fa Z=Z/cos?β=40 Z=Z/cos?β=130 v33v44由图取 Y=2.5 Y=2.25 Fa3Fa4 应力修正系数Y： sa 由图取为：Y=1.64 Y=1.76 sa3sa4 重合度系数Y： ε =[1.88-3.2（1/Zv?+1/Zv?）]cosβ=1.71 ,av Y,=0.25+0.75/=0.69 εav 螺旋角系数Y： β Y,=1-0.25=0.75 βmin,所以： Y,=1-β/120?=0.93＞Y Y=0.93 ββminβ, 齿向载荷分布系数K： Fβ 因为b/h=118/(2.25×3.25)=17.48 则K=1.12 Fβ 载荷系数K： K= KKKK=2.218 AVFaFβ 查表取弯曲疲劳极限, Flim ,,=680MPa =580MPa Flim3Flim4所以：[,,,,]=/1.35=516.8MPa []=/1.35=440.8MPa Flim3Flim4F3F4 2KT2验算： ,,=YYYY=191.3MPa＜[] 33Fasa,,F3F3bdm334n ,,,YYYY=/=175.2MPa＜[] Fasa33Fasa44F4F3F4 5）确定传动主要尺寸 双螺杆膨化挤出机的设计第 15 页 共 30 页 中心距a=d (i+1)/2=234mm 334 实际分度圆直径d=110? 3 d=id=358? 4343 齿宽：b=110? b= b-5=105? 343 齿顶圆直径：=d+2h=110+6=116? 3ad,3 d=d+2h=358+6=364? 4a,4 齿根圆直径：= d-2h=110-8=102? d3fr3 d= d-2h=358-8=350? 4fr4 齿轮7、8的结构尺寸计算 1）选择材料及确定许用应力 齿轮8采用20CrMnTi，渗碳淬火，齿面硬度为59HRC； 齿轮7采用40Cr，调质，齿面硬度为59HRC。 查表取 σ=σ=1440MPa 取S=1.2 Hlim7Hlim8H故: [σ]=[ σ]=1440/1.2=1200MPa H7H8 查表取σ=σ=370MPa 取S=1.5 Flim7Flim8F故： [σ]=[ σ]=0.7σ/1.5=173MPa F7F8Flim 2）初步计算齿轮尺寸 初步选螺旋角β??=13?，已知i??=0.25，故取齿数Z?=17，Z?=68,齿轮选用8级 精度。 取动载荷系数K=1.3 齿宽系数ψa=0.6 齿形系数： Zv?=17/cos?13?=18.38 Zv?=68/ cos?13?=73.5 查表取Y=2.88 Y=2.27 F8F7 因为 Y/[ σ]=2.88/173=0.0166 Y/[σ]=2.27/178=0.013 F8F8F7F7即：Y/[ σ]＞Y/[σ] 故将Y/[ σ]代入下式计算： F8F8F7F7F8F8 23.2cosKTY,Fm3?=2.66 n78288，,,uZ1，，,,aF 双螺杆膨化挤出机的设计第 16 页 共 30 页 查表取m=2.75 n78 所以中心距： a??= m(Z+Z)/2cosβ??=119 取a??=120? n7878 mZZ，，，n7887 确定螺旋角： β??=arccos =13.12? 2cos,78 齿宽b=ψa a??=72? 取b?=b=72? b?=72+5=77? 3）验算齿面接触强度 3uKT，1，，σ=305 =1176.36＜[σ] 2HH7uba78 所以所选齿轮强度满足要求。 4）计算齿轮基本尺寸 分度圆直径d?=mZ?/cosβ??=192? n78 d?=mZ?/cosβ??=48? n78 齿顶圆直径d?=d?+2h=192+5.6=197.6? aa d?=d?+2h=48+5.6=53.6? aa 齿根圆直径d?=d?-2h=192-7=185? ff d?=d?-2h=48-7=41? ff 齿轮5、6的机构尺寸计算 1）计算齿轮尺寸 mZZ，，，n5656 由已知条件知：a??=a??+A=120+48=168? 又因为a??= 2cos,56 2cos,a5656所以取Z?=20，Z?=80，β??=15?，则m= =3.25，由表取m=3.5 n56n56ZZ，56 2a56所以: β??=arccos =16.26? ()ZZm，5656n 取齿宽系数ψa=0.8 所以：b?=0.8×168=135? b?=135+5=140? 2）选择材料及许用应力 小齿轮5用45钢，调质，齿面硬度为220HB 大齿轮6用45钢，正火，齿面硬度为190HB 查表取：σ=555MPa；σ=530MPa Hlim5Hlim6 双螺杆膨化挤出机的设计第 17 页 共 30 页 查表取S=1.1 H 所以：[σ]= σ/S=505MPa H5Hlim5H [σ]= σ/S=482MPa H6Hlim6H 由图取： σ=490MPa；σ=380MPa，查表取S=1.35 Flim5Flim6F 故： [σ]= σ/S=362.9MPa；[σ]= σ/S=280MPa F5Flim5FF6Flim6F3）验算齿面接触强度 齿轮按8级精度制造，载荷系数K=1.4（按中等载荷，中等冲击），齿宽系数取ψa=0.8。 PP, 小齿轮5上的转矩T=955035=153.48N.m n3 305KT2所以: =156.8?＜172? ()(1)u，3,,u,,Ha 因此满足齿面接触强度要求。 4）验算齿轮弯曲强度 齿形系数： Zv?=Z?/cos?β??=23 Zv?=Z?/cos?β??=90 由图得齿形系数 Y=2.75 Y=2.20 F5F6 按最小齿宽b=135?计算 1.6cosKTY,F556 σ= =223.9＜[σ] F5F52bmZn565 σ=σ Y/ Y=179.12＜[σ] F6F5F6F5F65）算齿轮的圆周速度及齿顶圆直径和齿根圆直径 dn,53V?= V?= =0.023m/s 601000， 分度圆直径: d?=Z?m/cosβ??=73? n56 d?=Z?m/cosβ??=263? n56 齿顶圆直径: da?=d?+2ha=73+7=80? da?=d?+2ha=263+7=270? 齿根圆直径 d?=d?-2ha=73-9=64? f 双螺杆膨化挤出机的设计第 18 页 共 30 页 d?=d?-2ha=263-9=254? f 6.3.3 轴的设计 轴1的设计 1）选择材料 45等优质中碳钢，因具有较高的综合机械性能，应用较多，故可取45调质钢。 2）初步计算轴的直径（如图6-1） 图6-1 P13d??C P?--------为轴1的输出功率; n1 n?---------轴1的转d?速 28.8d??1143=30.66? 1480 为了弥补键槽对轴的削弱作用，将轴径加大5%。 所以：d?=（1+5%）×30.66=32.2? 取d?=35? d?=d?-5=30? d?=2×（0.07～0.1）d?+ d?=38.64? 取d?=40? d?=25? 3）选择轴上零件 1?两端轴承的选择 一般情况下，考虑简化结构，可取同一型号，试选代号为6206深沟球轴承，d=30?，D=62?，b=16?。 2?轴上套筒的选择 套筒的内径为30?，长度为14?和8.5? 4）轴的结构计算 1?计算各段轴长 L?=40? L?=70-2=68?（70为齿宽） L?=24? L?=290? 双螺杆膨化挤出机的设计第 19 页 共 30 页 L?=70? L=582? 2?轴上键槽尺寸 由轴上齿宽确定键槽长度为60?，由轴径取键槽宽度为10?。 轴2的设计 1）选择材料 45等优质中碳钢，因具有较高的综合机械性能，应用较多，故可取45调质钢。 2）初步计算轴的直径（如图6-2） 图6-2 P3,Cd? (P=28.2MPa，n=325.27r/min) n 28.2d?=1143=50.46? 325.27 为了弥补键槽对轴的削弱作用，将轴径加大5%。 d?=（1+5%）×50.46=52.98? 取d?=55? d?=d?-5=50? d?=2(0.07～0.10)d?+d?=65? 3）轴上零件的选择 1?轴两端轴承的选择 为了简化结构，选用同一型号的轴承，轴承为6210型号的深沟球轴承，d=50 ?,D=90?,b=20?。 2?轴上套筒的选择 套筒的内径为50?，长度为18.5?。 4）轴的结构尺寸计算 1?计算各段轴长 L?=43? L?=65-2=63?（65为齿宽） L?=187? L?=110-2=108? 双螺杆膨化挤出机的设计第 20 页 共 30 页 L=444? 2 ?轴上键槽尺寸 由轴径取键槽宽度为16?；由轴上齿宽确定键槽1长度为54?，键槽2长度为100?。 轴3的设计 1）选择材料 45等优质中碳钢，因具有较高的综合机械性能，应用较多，故可取45调质钢。 图6-3 2）初步计算轴的直径（从右向左如图6-3） Pd?3,C (P=27.1MPa，n=100.08r/min) n 27.1d?=1143=58.46? 100.08 为了弥补键槽对轴的削弱作用，将轴径加大5%。则d?=（1+5%）×58.46=61.36?， 取d?=63?。 经计算分析及各零件尺寸的选择综合取各段的轴径为： d?=45? d?=70? d?=65? 轴中d ?段为齿轴一体故： d?=73? d?=d?=45? 因为结构关系d?在满足强度的条件下取直径为： d?=30? 3）轴上零件的选择 1 ?轴两端轴承的选择 为了简化结构，选用同一型号的轴承，轴承为30209型号的圆锥滚子轴承，d=45?,D=85?,B=19?,T=20.75?，C=16?。 2 ?轴上套筒的选择 套筒的内径为45?，长度为16?和21?。 双螺杆膨化挤出机的设计第 21 页 共 30 页 4）轴的结构尺寸计算 1 ?计算各段轴长（从右向左） L?=168? L?=105-2=103? L?=113? L?=16? L?=140? L?=96? L=332? 2 ?轴上键槽尺寸 由轴径为65取键槽宽度为18?；由轴上齿宽确定键槽长度为92?。由轴径为 45取键槽宽度为14?；由平衡块的宽度取槽的槽长为70?。花键的规格为：6×26 ×33×6，键长为85?。 5）轴的校核 1?绘制轴的空间受力简图——图（a） 为了简化计算采用如下假设： 1?轴上所受的外力为集中载荷； 2?轴及轴上零件的重量略去不计； 3?将轴承视为铰链，支座位置在轴承宽度的中央。 2?计算齿轮受力 已知齿轮4的螺旋角β??=15.28?、直径d?=358mm； 齿轮5的螺旋角β ??=16.26?、直径d?=73mm。 齿轮4的受力： 转矩：T?=2587.56N?m 圆周力：Ft?= =17750N 径向力：Fr?= =6697N 轴向力：Fa?=Ft?tanβ??=4849N 齿轮5的受力： 因为Fa ?-Fa?=0 所以Fa?=4849N 双螺杆膨化挤出机的设计第 22 页 共 30 页 圆周力：Ft?= =16734N 径向力：Fr?= =6602N 3?计算支撑反力 水平面受力：绘制水平面的受力简图 ——图(b) 由My=0 Fad/2+Fr98+256-Fr98-Fad/2，，，F，，554544==5680N yD98+256+86 Fad/2+Fr86+256-Fr86-Fad/2，，，，，，445455F= =5003N yA98+256+86 垂直面受力：绘制垂直面受力简图——图(c) 由Mx=0 Ft98-Ft98+256，，，，F54= =－10554N xD98+256+86 Ft86-Ft86+256，，，，45F= =-9538N XA98+256+86 4?画轴弯矩图 绘水平面弯矩图——图(d) M=F×98=490292N?mm BH左yA M= F×98+Fa?×d?/2=657585N?mm BHyA M=F×86=488480 N?mm CH右yD M=F×86-Fa?×d?/2=-197653.5 N?mm CHyD 绘垂直面的弯矩图——图(e) M=－F×98=934724 N?mm BVxA M=F×86=-907644 N?mm CVxD 绘合成弯矩图——图(f) 22MM+M= =105508 N?mm B左BVBH左 22MM+M= =1142859 N?mm BBHBV 双螺杆膨化挤出机的设计第 23 页 共 30 页 22M+MM= =1030743 N?mm C右CVCH右 22MM+M= =1061368 N?mm CCHCV 计算轴传递的转矩图T 由T=T?+T?=2511.65+1257.4=3769.05N?m 绘转矩图——图(g) 5?许用应力及当量弯矩图 用插值法查得：[σ_]=102.5MPa 0b 需许用应力值：[σ_?]=60MPa b 应力核正系数：a= =0.59 当量转矩：At=0.59×3769050=2223729.5 N?mm 2当量弯矩： M2M+aT′= =2500229 N?mm ，，BB 22 MM+aT′= =2464045N?mm ，，CC 绘当量弯矩图——图(h) 双螺杆膨化挤出机的设计第 24 页 共 30 页 6?校核轴径 齿轮5的齿根直径d=64mm f5 安装齿轮4的轴径为63mm 'MB轴径： d3= =35mm< dBf5 10.1,,,b, 双螺杆膨化挤出机的设计第 25 页 共 30 页 'Mc3 d= =34.5mm<63mm c10.1,,,b, 综上所述可知轴径满足强度要求。 7?轴承的校核 查手册30209轴承主要性能：Cr=67.8KN,C=83.5KN,e=0.55,x=1, X=0.50r0， Y=0.6。 0 5680附加轴向力：F= F/2Y 且Y=1.23 ，所以F= =2309N s1r1s121.23， 5003F= F/2Y= =2034N s2r221.23， 轴向力：因为FF所以轴承1被压紧故F= F=2309N，F= F=2034N s1＞s2，a1s1a2s2 F2309a1 X,Y值： = =0.41〈e 查表 X=1 Y=0 115680Fr1 F2034a2 = =0.407〈e 查表 X=1 Y=0 2225003Fr 冲击载荷系数f：考虑中等冲击查表取：f=1.5 dd 当量动载荷：P?=fF（X+ Y ）=8250N Fr1d11a1 PF=f（X+ Y ）=7504.5N Fr22d222a2 当量动载荷 PF=X?+Y?=0.5×5680+0.6×2309=4225.4 Fr10r1a1 P=Fr?=5680 0r1 两者取大：P=5680N 0r1 PF= X?+Y? =0.5×5003+0.6×2034=3721.9 Fr20r2a2 P=Fr?=5003 0r2 两者取大：P=5003N 0r2 安全系数S?：正常使用滚子轴承，因此查表得：S?=2.5 计算额定静载荷：C?n′=S?Pr?=2.5×5680=14200(因为：P??P?，只计算轴承r1r2 1。 许用转速验算： 双螺杆膨化挤出机的设计第 26 页 共 30 页 P82501载荷系数f? ==0.122 查表 f??=0.93 C678001r P7504.52 ==0.111 查表 f??=0.96 C678002r F2309a1轴承分布系数f? = =0.41 查表 f??=0.96 F5680r1 F2034a2 ==0.41 查表 f??=0.96 F5003r2 许用转速 N?= f?? f??N?=4999.68r/min N?= f?? f??N?=5160.96r/min 所以N?，N?都大于正常转速120r/min,则轴承满足要求。 轴4的设计 1）选择材料 45等优质中碳钢，因具有较高的综合机械性能，应用较多，故可取45调质钢。 2）初步计算轴的直径（从左向右如图6-5） 图6-5 P2633,Cd? (P=26MPa，n=25.02r/min) d?=114=115.47? n25.02 为了弥补键槽对轴的消弱作用，将轴径加大5%。 d?=（1+5%）×115.47=121.24? 取d?=122? d?=110? d?=100 d?=2（0.07～0.1）d?+ d?=130? d? = d?=122? d? = d?=110? d? = d?=100 3）轴上零件的选择 1 ?轴两端轴承的选择 双螺杆膨化挤出机的设计第 27 页 共 30 页 为了简化结构，选用同一型号的轴承，轴承为6020型号的深沟球轴承，d=100 ?,D=150?,B=24?。 2 ?轴上套筒的选择 套筒的内径为100?，长度为16?和35?。 4）轴的结构尺寸计算 1 ?计算各段轴长 L?=48? L?=20? L?=70? L?=154? L? =133? L? =20 L? =68 L=513? 2 ?轴上键槽尺寸 由轴径取键槽宽度为28?；由轴上齿宽确定键槽1长度为62?，键槽2的长度 为105?。 轴5的设计 1）选择材料 45等优质中碳钢，因具有较高的综合机械性能，应用较多，故可取45调质钢。 2）初步计算轴的直径（从左向右如图6-6） 图6-6 d?=d?=30? d?=d?=35? d?=48? 3）轴上零件的选择 1 ?轴两端轴承的选择 为了简化结构，选用同一型号的轴承，轴承为30206型号的圆锥滚子轴承，d=30 ?,D=62?,B=16?，T=17.25?，C=14?。 2 ?轴上套筒的选择 双螺杆膨化挤出机的设计第 28 页 共 30 页 套筒的内径为30?，长度为4?、14?和10?。 4）轴的结构尺寸计算 1 ?计算各段轴长（从左向右） L?=152? L?=L?=10? L?=77? L?=80? 2 ?轴上键槽尺寸 由轴径取键槽宽度为8?；由轴上平衡块的宽度确定键槽1长度为26?。花键 规格为：6×26×33×6，键长为85?。 由已知条件知螺杆的直径为57mm，选用长度为1425mm，材料为45钢，经查表知45钢的密度为ρ=7.85g/cm?。大致估算螺杆的质量为： m=1425×(57/2)?πρ×10??=28.53kg 由平衡块的主要作用知，它是用来保证螺杆不发生倾斜，即用来平衡螺杆的水 平稳定，则平衡块的质量几乎和螺杆的质量一样，为了简化装置使平衡块的质量和螺 杆一样都为28.53kg. 6.5.1 齿轮的润滑 传动箱中传动件通常用浸油润滑，所设计的斜齿圆柱齿轮传动的圆周速度 v?=v?=4.1m/s,v?=v?1.78m/s,v?=v?=0.023m/s,v?=v?=0.02m/s，均小于12m/s，故 采用浸油润滑传动。由计算知齿轮2的直径为最大，m=m =3.5<12,v?=4.1m/s,在n12 0.8～1.2m/s范围内，故大齿轮的浸油深度为一各齿高，并要h＞10?，知全齿高为 7.96?＜10?，故将h取为11? f 6.5.2 滚动轴承的润滑 传动箱中的滚动轴承的润滑方式采用飞溅润滑，因v不够大不易形成油雾，应设置输油沟（如装配图）,利用齿轮飞溅的油，将飞溅到箱盖的油汇集到输油沟内，再 流入轴承进行润滑。 6.5.3 轴外伸处的密封 在传动箱输入轴和输出轴的外伸端，应在轴承盖的轴孔内设置密封件。毡圈密封 的特点是结构简单、价廉，但磨损较快，寿命短。它使用于接触处轴的圆周速度为 0.83m/s小于4.5m/s，工作温度小于90?的脂润滑。所设计的轴承的圆周速度均小于 4.5m/s，且工作温度较低，考虑到毡圈密封结构简单，磨损后坏了便于更换等特点， 故采用半道的毡圈密封。 双螺杆膨化挤出机的设计第 29 页 共 30 页 毕业设计是本科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比 较完整的同向旋转双螺杆挤出机的设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际 相结合的设计更锻炼了我综合运用所学专业知识解决实际设计问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 的能力，同时也提 高了我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等专业能力水平。 虽然这次设计计算内容繁多、过程繁琐、尤其是计算公式的输入，比纯文字输 入速度更是慢，但我懂得付出后的充实。各种材料的适用条件，各种 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 件的选用， 各种零件的安装方式，我都是随着设计的不断深入而不断熟悉并学会应用的。和谢老 师的沟通交流也使我明白了怎样能把各种工作装置实现，怎样提高生产效率并降低生 产成本。 提高是有限的，但提高也是全面的，正是这一次设计让我积累了无数实际经验， 使我的头脑更好的被知识武装了起来了，也必然会让我在未来的工作学习中表现出更 高的应变能力和综合思考的能力，更强的沟通力和理解力。 顺利如期地完成本次毕业设计给了我很大的成就感，让我更进一步地了解专业知 识的同时也对本专业的发展前景充满信心。 感谢我的导师谢文华副教授，他严谨细致，一丝不苟的作风一直是我工作、学习 的榜样；他循循善诱的教导和不拘一格的思路给与我无尽的启迪。 感谢我的室友们，从家乡来到学校，是你们和我共同走过四年的艰苦而充实的学 习生活，给与了我很多帮助，在即将毕业的时间里我的心中有很多不舍，但是我们都 要去工作，去为我们的祖国奉献我们的能力，因此，没关系，各奔前程吧，我会记住 你们的。 在论文即将完成之际，我的心情很激动，从开始进入课题到论文顺利完成，由很 多可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！ 双螺杆膨化挤出机的设计第 30 页 共 30 页 1. 邱宣怀.机械设计.北京：高等教育出版社，1997（2005重印） 2. 耿孝正.双螺杆挤出机及其应用.北京：中国轻工业出版社，2003.1 3. 吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册.北京：高等教育出版社，1999 4. 王大康，卢颂峰.机械设计课程设计.北京：北京工业大学出版社，2002.2 5. 朱龙根.机械设计.北京：机械工业出版，2006.6 6. 戴振东，岳林.机械设计基础.北京：国防工业出版社，2006.8 7. 龚溎义.机械设计图册.北京：高等教育出版社，1989.5(2006重印) 8. 哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学?北京：高等教育出版社， 2004 9.James L.White,Helnut Potente. Screw Extrusin. Beijing:Chemical Industry Press,Pr,2005 10.Potente H,EffenN, Liu J Polym.English:Science,Pr,1996 Twin-screw extruder Extrusion Design The twin-screw extruder present a very wide range of applications, so it become the focus of research. Twin-screw extruder is a single-screw extruder to address the limitations of machine developed gradually, the paper design of a corn and other food for the extruded twin-screw extruder, it is easy to join materials such as particle , material in the machine a short time to stay inside, puffing, good mixing, venting, self-scheduling performance and low power consumption ratio. As a result of the comprehensive performance aircraft, it is quite common in our application. This paper mainly introduces the twin-screw extruder and the composition of the working principle of the structure of the aircraft to determine the type of transmission, and thus determine the overall design of the program, mainly on the transmission system design, heating and cooling system design, the overall structure of design, the main component of the design. Another chart gives the working principle, the work plan and the main parts of the assembly, such as aircraft. Key words: twin-screw extruder feeding transmission