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雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 院 名 稱 專 業(yè) 名 稱 指 導(dǎo) 教 師 2013 年 3 月 16 日 雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 I 摘 要 近年來 隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展 塑料制品的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展 塑料加工設(shè) 備已滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)行業(yè) 成為我國機(jī)械工業(yè)的重要組成部分 在國民經(jīng)濟(jì)中 起著越來越重要的作用 其中塑料成型機(jī)械是塑料工業(yè)中的一個(gè)重要組成部分 是完 成塑料制品生產(chǎn)成型的必要手段 而擠出成型又是塑料成型加工的重要成型方法之一 本文是關(guān)于工業(yè)用塑料聚合物雙螺桿擠出機(jī)的設(shè)計(jì) 在工業(yè)上和實(shí)驗(yàn)室中 雙螺 桿和雙螺桿擠出機(jī)都應(yīng)用極其普遍 是塑料加工設(shè)備的重要元部件之一 作為工業(yè)中 使用的雙螺桿擠出機(jī) 在設(shè)計(jì)過程中 除了要求能夠完成固體輸送 增壓 熔融 熔 體輸送和泵壓等一系列通用過程以外 還要求涉及到復(fù)合塑料與聚合物顆粒之間的混 合 以及物料喂料量的控制 物料喂料量的控制則是通過控制主螺桿及其輔助喂料螺 桿的轉(zhuǎn)速來完成的 同時(shí) 雙螺桿擠出機(jī)具有分布混合和分散混合效果良好 自潔作 用較強(qiáng) 可實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn) 產(chǎn)量高等特點(diǎn) 特別適合聚合物的改性 如共混 填料 增強(qiáng)及反應(yīng)擠出 有利于增加擠出機(jī)的擠出產(chǎn)量 提高塑化質(zhì)量 關(guān)鍵詞 雙螺桿擠出機(jī) 塑料 擠出原理 雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 II Abstract In recent years with the rapid development in the plastic industry plastic product has been continuously enlarged in application field The plastic machine has been used in many fields that is detached to the national economy has become the important part and this role is getting gradually important while plastic molding machinery plays a vital role in plastic industry and it is the necessary way to accomplish the plastic molding whereas the injection machine is one of the most crucial methods to make the plastic molding This paper is about the design of plastic polymer single screw extruder that used in industry The single screw and twin screw extruder intensively used in the fields of industry and experiment and it is one of the important units of polymer processing equipment As a single screw extruder used in industry it requires to complete a series of general process such as transportation of solid increase of pressure melt transportation of melt Besides it refers to mix the composite plastics and polymer grain and the control of the material feed quantity These are the innovations in this design On the base of the design of common single screw extruder i increased two auxiliary feed screws which are used to trans portate materials of composite plastics and used it to mix kinds of plastics The control of the quantity of material feed is done by the control of the chief screw and the speed of auxiliary feed screws Meanwhile i used twin wedge shaped thread section in the design of screw thread section This is good to increase the outcome of the extruder and to improve the quality of plasticity comparing with common tectangular thread section Keyword Twin screw Extruder Plastics Extrusion principle 雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 目 錄 摘 要 I Abstract II 第 1 章 緒論 1 1 1 雙螺桿擠出機(jī) 1 1 1 1 基本操作 1 1 1 2 排氣擠出機(jī) 2 1 1 3 橡膠擠出 2 1 2 多螺桿擠出機(jī) 3 1 2 1 雙螺桿擠出機(jī) 3 1 2 2 多螺桿擠出機(jī) 3 1 3 新型擠出機(jī) 4 1 3 1 手提式擠出機(jī) 4 1 3 2 磨盤式擠出機(jī) 5 1 3 3 往復(fù)螺桿擠出機(jī) 5 1 4 本文的主要內(nèi)容 6 第 2 章 擠出機(jī)總體方案的確定 7 2 1 擠出機(jī)總體方案布局的基本要求 7 2 2 螺桿類型的確定 7 2 2 1 螺桿的工作性能指標(biāo)評定 7 2 2 2 螺桿的選用原則 8 2 2 3 螺桿的分類 8 2 2 4 螺桿方案的確 8 2 3 機(jī)筒類型的確定 8 雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 2 4 本章小結(jié) 9 第 3 章 擠出機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 10 3 1 聚苯乙烯的基本特征 10 3 2 螺桿設(shè)計(jì) 10 3 3 送料螺桿的設(shè)計(jì) 11 3 4 機(jī)筒的設(shè)計(jì) 11 3 5 料斗的設(shè)計(jì) 12 3 6 擠出機(jī)電機(jī)的選擇 14 3 7 傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 15 3 8 本 章 小 結(jié) 17 第 4 章 支 架 的 設(shè) 計(jì) 18 4 1 支架的結(jié)構(gòu)類型 19 4 1 1 按支架的形式分 20 4 1 2 按支架的制造方法和材料分 21 4 2 支架的結(jié)構(gòu)選擇 22 4 3 支架的設(shè)計(jì)計(jì)算的準(zhǔn)則和要求 25 4 3 1 支架的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 26 4 3 2 支架設(shè)計(jì)的一般要求 27 4 4 支架的形式及主要參數(shù) 29 4 5 支架的強(qiáng)度校核 30 4 6 支架的剛度校核 32 結(jié)論 33 參考文獻(xiàn) 34 致謝 35 雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 第 1 章 緒 論 1 1 雙螺桿擠出機(jī) 螺桿擠出機(jī)分為單螺桿擠出機(jī) 雙螺桿擠出機(jī)和多螺桿擠出 雙螺桿擠出機(jī)是聚合 物工業(yè)中最重要的一類擠出機(jī) 其主要優(yōu)點(diǎn)為成本較低 設(shè)計(jì)簡單 堅(jiān)固而可靠 以及 滿意的性能成本比 常規(guī)塑化擠出機(jī)的螺桿具有 3 個(gè)不同的幾何段 見圖 1 圖 1 雙螺桿示意圖 現(xiàn)代塑料擠出工業(yè)螺桿長徑比較早期螺桿大 國內(nèi)應(yīng)用較多的長徑比一般范圍是 20 25 多采用 25 最長可達(dá) 40 乃至更高 螺桿長徑比的增加有如下好處 1 螺桿加 壓充分 能提高塑料制品的物理機(jī)械性能 2 提高塑化質(zhì)量 制品外觀質(zhì)量好 3 有利于類似于 PVC 粉料擠管的成型 4 螺桿特性曲線斜率小 擠出量穩(wěn)定 擠出量可 以提高 20 40 但螺桿長徑比與很多因素有關(guān) 因此可以根據(jù)加工條件和實(shí)際需要再由 試驗(yàn)確定 還可以由統(tǒng)計(jì)類比的方法來確定 1 1 1 基本操作 雙螺桿擠出機(jī)的操作相當(dāng)簡單 物料從加料斗進(jìn)入 通常物料靠重力由加料斗流入 雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 擠出機(jī)機(jī)筒 有些物料在干燥狀態(tài)不易流動 必須采用特殊措施防止物料在進(jìn)料斗中掛 料 物料一旦落入擠出機(jī)機(jī)簡 即處于擠出機(jī)螺桿和機(jī)筒之間的環(huán)狀空間內(nèi) 并進(jìn)而為 螺棱的主動螺腹和被動蝶腹螺槽所包圍 機(jī)簡靜止而蟬桿旋轉(zhuǎn) 因此 摩擦力都作用于 物料以及機(jī)筒和螺桿表面 至少物枓處于固體狀態(tài) 低于熔點(diǎn) 這些摩擦力負(fù)責(zé)向前輸 送物料 物料向前運(yùn)動時(shí) 即因摩擦產(chǎn)生的熱和機(jī)筒加熱器傳導(dǎo)的熱而被加熱 當(dāng)物料溫度 超過其熔點(diǎn) 則在機(jī)筒內(nèi)表面形成熔膜 塑化段即由此開始 必須指出 塑化段起點(diǎn)通 常不是壓縮段起始點(diǎn) 各功能段的分界線取決于聚合物性能 擠出機(jī)幾何形狀以及操作 條件 因而 分界線可因操作條件改變而改變 然而 螺桿的幾何段由設(shè)計(jì)確定 不因 操作條件的變化而變化 當(dāng)物料向前運(yùn)動時(shí) 在各個(gè)位置的固態(tài)物料量將因熔融而減少 當(dāng)全部固態(tài)聚合物消失時(shí)則達(dá)到塑化段末端 而熔體輸送段開始 在固體輸送段中 將 熔體均勻的輸送給模頭 當(dāng)聚合物流進(jìn)模頭時(shí) 即呈現(xiàn)模頭流道的形狀 因而 當(dāng)高聚物離開模頭時(shí) 其形 狀或多或少的符合模頭流道最后部分的斷面形狀 由于模頭產(chǎn)生流動阻力 所以需要壓 力迫使物料通過模頭 這種壓力通常稱之為模頭壓力 模頭壓力因模頭形狀 特別是流道 高聚物熔體溫度 通過模頭的流率 以及高聚物熔體的流變特性所決定 模頭壓力由模 頭產(chǎn)生而不由擠出機(jī)產(chǎn)生 擠出機(jī)只是產(chǎn)生足夠的壓力 以迫使物料通過模頭 如聚臺 物 擠出量 模頭 模頭溫度均相同 則無論擠出機(jī)是齒輪泵雙螺桿擠出機(jī) 還是雙螺 擠出機(jī)等都不會造成差異 機(jī)頭力相同 1 1 2 排氣擠出機(jī) 排氣擠出機(jī)在設(shè)計(jì)和功能上與非排氣擠出機(jī)有很大區(qū)別 排氣擠出機(jī)在其機(jī)筒上有 一個(gè)或多個(gè)開口 排氣口 揮發(fā)物可由此逸出 因而 排氣擠出機(jī)能連續(xù)從聚合物中連 續(xù)排除揮發(fā)物 這種排氣增加了一種非排氣擠出機(jī)所沒有的功能 除排出揮發(fā)物外 還 可利用排氣口向聚合物添加某些組分 渚如添加劑 填充劑 反應(yīng)組分等等 這顯然增 加了排氣擠出機(jī)的多功能性 并且還有額外的好處 即只要堵塞排氣口并在可能情況下 變換螺桿幾何形狀 排氣擠出機(jī)即可作為常規(guī)非排氣擠出機(jī) 螺桿的設(shè)計(jì)對排氣擠出機(jī)的正確運(yùn) 非常關(guān)鍵 困擾排氣擠出機(jī)的主要問題之一是 排氣口溢料 在這種情況下 不僅揮發(fā)物通過排氣口釋放 而且也流出一定量的聚合物 因而 擠出機(jī)螺桿必須設(shè)計(jì)成使排氣口 排氣段 下面的聚臺物中不呈正壓 這就導(dǎo)致開 雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 發(fā)二級擠出螺桿 尤其是為排氣擠出機(jī)所設(shè)計(jì)的二級擠出螺桿 二級擠出螺桿有被釋壓 排氣段所分隔的兩個(gè)壓縮段 這由各類似于沿一根軸串聯(lián)相接的兩根單級擠出螺桿 1 1 3 橡膠擠出機(jī) 用于彈性體加工的擠出機(jī)的歷史比任何其它類型的擠出機(jī)都長 用于橡膠擠出的工 業(yè)機(jī)器早在 19 世紀(jì)下半葉即已間世 一些早期的擠出機(jī)制造商有美國 John Royle 和英 國 Frsncis Shaw 德國主要橡膠擠出機(jī)制造商之一是 Paul Trostel 事實(shí)上 Paul Trostel 仍為主要的擠出機(jī)制造商 盡管橡膠擠出機(jī)問世已超過一個(gè)世紀(jì) 但有關(guān)橡膠擠 出文獻(xiàn)的缺乏今人吃驚 某些橡膠手冊討論了橡膠擠出 但在多數(shù)情況下 資料非常貧 乏而且實(shí)用性有限 最早的橡膠擠出機(jī)是為熱喂料擠出制造的 這些擠出機(jī)用來輥煉機(jī) 或其它混煉裝置的熱料喂料 1950 年左右 開發(fā)了冷喂料擠出 冷喂料擠出被認(rèn)為有以 下優(yōu)點(diǎn) 設(shè)備投資小 料慍控制較好 勞功成本降低 能處理更廣泛品種的配混膠料 1 2 多螺桿擠出機(jī) 1 2 1 雙螺桿擠出機(jī) 雙螺桿擠出機(jī)又包括平行雙螺桿擠出機(jī)和錐形雙螺桿擠出機(jī) 平行雙螺桿擠出機(jī)有 同向和異向之分 近幾年 隨著國內(nèi)電子電器 通訊 汽車等領(lǐng)域的飛速發(fā)展 材料改 性與配混技術(shù)市場需求大增 同向雙螺桿配混擠出機(jī)作為市場最大的受惠者 一度幾乎 成為雙螺桿的代名詞 從最初的高技術(shù)含量設(shè)備發(fā)展至今 已成為大眾化的設(shè)備之一 盡管各個(gè)廠家仍然存在技術(shù)含量與實(shí)力的差別 不能否認(rèn)的是雙螺桿擠出機(jī)在中國的發(fā) 展已相當(dāng)成熟 尤其是在中小型機(jī)市場 相較而言 異向平行雙螺桿擠出機(jī)國內(nèi)開發(fā)較 少 而成型所用設(shè)備更多的為錐形雙螺桿擠出機(jī) 錐形雙螺桿擠出機(jī)廣泛應(yīng)用于異型材 成型 在建筑門窗加工領(lǐng)域應(yīng)用獲得成功 由于雙螺桿擠出機(jī)的產(chǎn)量高 混合性能優(yōu)于 常規(guī)雙螺桿擠出機(jī) 普遍采用積木式結(jié)構(gòu)易于根據(jù)不同材料進(jìn)行調(diào)整 因此成為擠出加 工市場的主導(dǎo)力量 雙螺桿擠出機(jī)是一種具有兩根阿基米德螺桿的機(jī)器 很明顯 這是非常一般的定義 然而 一旦定義更明確 就將其限于雙螺桿擠出機(jī)的特定分類之中 由于設(shè)計(jì) 操作原 理以及應(yīng)用領(lǐng)域方面的巨大差異 雙螺桿擠出機(jī)種類繁多 所以 難于對雙螺桿擠出機(jī) 作出全面的評述 各種雙螺桿擠出機(jī)之間的差異頗大于雙螺桿擠出機(jī)之間的差異 這是 可想而知的 因?yàn)殡p螺桿結(jié)構(gòu)大量增加了設(shè)計(jì)變量的數(shù)目 諸如旋轉(zhuǎn)方向 嚙合程度等 雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 等 雙螺桿擠出機(jī)的分類主要基于雙螺桿擠出機(jī)的幾何構(gòu)型 有些雙螺桿擠出機(jī)的功能 與雙螺桿擠出機(jī)非常相同 其它雙螺桿擠出機(jī)操作完全不同于雙螺桿擠出機(jī) 并且用于 非常不同的應(yīng)用領(lǐng)域 1 2 2 多螺桿擠出機(jī) 這種類型的擠出機(jī)配備兩根以上的螺桿 較熟知的一例是行星輥式擠出機(jī) 這種擠 出機(jī)看起來類似雙螺桿擠出機(jī) 實(shí)際上 進(jìn)料段與標(biāo)準(zhǔn)雙螺桿擠出機(jī)的相同 然而 擠 出機(jī)的混合段則大小不相同 在擠出機(jī)的行星輥段中 六個(gè)或更多的均勻分布的行星螺 桿環(huán)繞主螺桿的周圍旋轉(zhuǎn) 在行星螺桿段中 主螺桿又稱太陽螺桿 行星螺桿與太陽螺桿 和機(jī)筒嚙合 因此 行星機(jī)筒段上必須行星螺桿上的螺棱相對應(yīng)螺槽 行星機(jī)筒段通常 是用法蘭與進(jìn)料料筒段相連接的分離料筒段 在擠出機(jī)的開始部分 于行星螺桿之前 物料像在普通雙螺桿擠出機(jī)中一樣向前運(yùn) 動 當(dāng)物料達(dá)到行星段時(shí) 要在此處充分塑化 物料處于由行星螺桿 太陽螺桿和機(jī)筒 之間的輥壓作用產(chǎn)生的強(qiáng)烈混合中 相對于機(jī)筒長度而言 機(jī)筒 太陽螺桿和行星螺桿 的螺旋形 設(shè)計(jì)表面積大 導(dǎo)致有效的排氣 熱交換和溫度控制 因而能加工熱敏性配混料而 降解最少 正因?yàn)槿绱?行星式齒輪擠出機(jī)常常用于硬質(zhì)和增塑 PVC 配料的擠出或配混 行星輥段也用作普通擠出機(jī)的附加裝置以改善混合性能 另一種多螺桿擠出機(jī)是四螺桿 擠出機(jī) 如圖 2 這種擠出機(jī)主要用于排除溶劑 從 40 溶劑至低達(dá) 0 3 急驟排氣發(fā)生 在附加于機(jī)筒上的圓拱形排氣室 然后 由急驟排氣產(chǎn)生的多泡物料被四根螺桿輸出 多數(shù)情況下 裝備有后續(xù)排氣段以便進(jìn)一步降低溶劑含量 雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 圖 2 四螺桿擠出機(jī) 1 3 新型擠出機(jī) 隨著近年來市場發(fā)展的需要 國內(nèi)外不同廠家紛紛推出各種特殊結(jié)構(gòu)的雙螺桿擠出 機(jī) 以適應(yīng)特殊的市場需要 以下特別介紹幾種特殊擠出機(jī)在國內(nèi)的研發(fā)進(jìn)展 1 3 1 手提式擠出機(jī) 北京化工大學(xué)成功開發(fā)一種超高速微型手提式雙螺桿擠出機(jī) 該機(jī)器螺桿直徑僅 12mm 機(jī)器總重量不到 2 5kg 螺桿工作轉(zhuǎn)速 800 1200rpm 可實(shí)現(xiàn)連續(xù)或間歇工作 此 外由于所加工物料具有高壁面滑移性以及極易架橋的特點(diǎn) 配有專門設(shè)計(jì)的強(qiáng)制加料裝 置 由于擠出機(jī)為手提式操作 設(shè)計(jì)了特殊的多路排氣裝置 以充分保證氣體的排出 此外 該機(jī)器還具有深槽大螺距 兩種驅(qū)動方式可選 電動 氣動 整機(jī)易于清理 保 養(yǎng) 維修等特點(diǎn) 該機(jī)器最初為加工一種特殊的低密度低粘度物料設(shè)計(jì) 并可用于各種 低粘度物料的擠出加工 如熱熔膠 低分子量樹脂 各種石蠟 燃料 顏料 化妝品等 的加工成型 超微型擠出機(jī)的研究開發(fā) 存在許多一般設(shè)備設(shè)計(jì)加工過程中難以想像的困難 據(jù) 介紹 該設(shè)備開發(fā)的關(guān)鍵在于微型擠出機(jī)的加料 排氣 實(shí)現(xiàn)低溫?cái)D出輸送等問題的解 決 1 3 2 磨盤擠出機(jī) 國內(nèi)多個(gè)廠家已完成磨盤擠出機(jī)的開發(fā) 實(shí)現(xiàn)磨盤擠出機(jī)的商業(yè)化生產(chǎn) 高填充物 雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 料使用普通雙螺桿或雙螺桿擠出機(jī)加工存在較大的難度 雙螺桿擠出機(jī)用于玻纖增強(qiáng)配 混時(shí) 若玻纖含量超過 45 加工就會變得相當(dāng)困難 在加工磁性材料時(shí) 通常磁粉的添 加量高達(dá) 60 70 有時(shí)甚至達(dá)到 90 以上 用普通擠出機(jī)進(jìn)行磁性材料的加工與造粒幾 乎是不可能的 國內(nèi)一些廠家和科研院所 根據(jù)國內(nèi)磁性材料以及其他高填充物料的需 要 悉心研發(fā)出獨(dú)立設(shè)計(jì)的磨盤擠出機(jī) 典型例子如北京鳳記和北京化工大學(xué) 磨盤擠 出機(jī)可以通過調(diào)整磨盤組合以適應(yīng)不同高填充材料 如玻纖增強(qiáng) 磁性塑料 導(dǎo)電材料 新型陶瓷等物料的擠出加工 為了適應(yīng)高填充物料的擠出加工需要 北京化工大學(xué)也在 進(jìn)行磨盤擠出機(jī)直接擠出成型的試驗(yàn)研究 并應(yīng)用于多種復(fù)合材料的擠出成型加工試驗(yàn) 獲得成功 1 3 3 往復(fù)螺桿擠出機(jī) 往復(fù)螺桿擠出機(jī)在前幾年的國內(nèi)市場紅火一時(shí) 也成為不同廠家顯示技術(shù)實(shí)力的一 個(gè)標(biāo)志型產(chǎn)品 尤其是各雙螺桿擠出機(jī)廠家紛紛推出往復(fù)螺桿擠出機(jī) 由于雙螺桿市場 異常火爆 往復(fù)螺桿擠出機(jī)市場相對平淡 各擠出廠家還是以雙螺桿擠出機(jī)為主推產(chǎn)品 近日 寶應(yīng)金鑫特種塑料機(jī)械廠與北京化工大學(xué)合作研發(fā)出多種規(guī)格的往復(fù)移動雙螺桿 擠出機(jī) 初步實(shí)現(xiàn)了往復(fù)移動擠出機(jī)的系列化 據(jù)悉 寶應(yīng)金鑫此次推出的系列化產(chǎn)品 共包括四種規(guī)格 45 78 110 和 140 其中 45 和 78 兩種規(guī)格已經(jīng)研發(fā)成功 即將推出 110 和 140 兩種機(jī)型 往復(fù)移動式雙螺桿擠出機(jī)最大的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)不同物料的高填充加工 用于玻纖增強(qiáng) 物料加工時(shí) 玻纖的添加量可以達(dá)到 50 以上 特別適于高填充物料的加工 具有非常廣 闊的市場前景 由于其獨(dú)特的往復(fù)式結(jié)構(gòu) 不能很好的滿足建壓的要求 因而一般不適 合用于制品的直接擠出成型 通常用于成型加工時(shí) 還需要配備專用的成型擠出機(jī) 以上介紹的幾種雙螺桿擠出機(jī) 可以說是當(dāng)前中國市場具有一定代表性的產(chǎn)品 不 過 盡管中國擠出機(jī)市場發(fā)展迅猛 也有不少新的機(jī)型推出 我們不能忽視中國擠出機(jī) 技術(shù)與國外發(fā)達(dá)國家相比還有較大差距 比如在超大型和微型設(shè)備領(lǐng)域就還落後于國際 先進(jìn)水平 國內(nèi)企業(yè)唯有加緊努力 才能在激烈的市場競爭中贏得機(jī)會 真正從塑機(jī)大 國發(fā)展為塑機(jī)強(qiáng)國 近年來 雙螺桿擠出機(jī)市場異?；鸨?相對而言 雙螺桿一直處于悄寂狀態(tài) 但是 雙螺桿擠出機(jī)作為一種基本的塑膠加工設(shè)備 結(jié)構(gòu)簡單 成本較低 而且具有更大的設(shè) 計(jì)靈活性 各種不同的特種雙螺桿擠出機(jī)重受關(guān)注 雙螺桿擠出機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡單 價(jià)廉物美 生產(chǎn)效率高的特點(diǎn) 一直是塑膠管材 板 雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 材 片材 異型材等成型加工最重要的設(shè)備 隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步以及人們對螺桿認(rèn)識 的提高 多種不同的擠出機(jī)結(jié)構(gòu)形式陸續(xù)面世 特種雙螺桿擠出加工技術(shù)又有替代多螺 桿技術(shù)的趨勢 1 4 本文的主要內(nèi)容 隨著擠出機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展和技術(shù)上的不斷進(jìn)步 擠出機(jī)市場仍然保持一定的 上升勢頭 但國產(chǎn)擠出機(jī)價(jià)格大幅下跌已成現(xiàn)實(shí) 部分廠家粗制濫造和惡性價(jià)格戰(zhàn)已經(jīng) 影響到國內(nèi)塑機(jī)的整體形象和市場競爭力 也阻礙了塑料加工業(yè)的發(fā)展 專家認(rèn)為 擠出機(jī)主機(jī)和生產(chǎn)線今後的市場將向高技術(shù)含量 價(jià)格更趨走低的方向 發(fā)展 從成型設(shè)備來看 國產(chǎn)主機(jī)基本上以雙螺桿擠出機(jī)為主 技術(shù)較成熟 市場銷量 最大 國內(nèi)主機(jī)市場今後的重點(diǎn)應(yīng)在于發(fā)展平行異向雙螺桿擠出機(jī) 以適應(yīng)大擠出量的 成型需要 平行同向雙螺桿擠出機(jī)要向第六代 第七代高速 大長徑比方向發(fā)展 雙螺 桿擠出機(jī)則是向著超大型 超微型 大長徑比 高產(chǎn)出 良好的排氣性等方向發(fā)展 而 適應(yīng)特殊加工需要的螺桿機(jī)筒結(jié)構(gòu) 則成為大家爭相研發(fā)的重點(diǎn) 實(shí)際上 雙螺桿擠出 機(jī)是一種低能耗 低成本的機(jī)型 只要技術(shù)得當(dāng) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理 同樣可以達(dá)到雙螺桿 擠出機(jī)的效能 第 2 章 擠出機(jī)總體方案的確定 2 1 擠出機(jī)總體布局的基本要求 1 擠出機(jī)布局首先必須滿足用戶提出的各種要求 如擠出機(jī)的加工范圍 工作 精度 生產(chǎn)率 和經(jīng)濟(jì)性等等 2 在經(jīng)濟(jì) 合理的條件下 盡量采用較短的傳動鏈 以簡化機(jī)構(gòu) 提高傳動精 度和傳動效率 3 確保擠出機(jī)具有與所要求的加工精度相適應(yīng)的剛度 抗震性 熱變形及噪聲 水平 4 擠出機(jī)必須滿足參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)和系列型譜中關(guān)于擠出機(jī)布局方面的規(guī)定 同時(shí) 還應(yīng)最大限度地考慮擠出機(jī)的系列化和部件的通用話程度 5 對于生產(chǎn)率和自動化程度較高的擠出機(jī) 應(yīng)力求便于自動上下料及納入自動 線 6 應(yīng)便于觀察加工過程 便于操作 調(diào)整和維修機(jī)床 便于輸送 裝卸 注意 雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 擠出機(jī)的防護(hù) 確保安全生產(chǎn) 2 2 螺桿類型的確定 螺桿是擠壓系統(tǒng)中的主要零件 它的各部分幾何形狀的變化 直接影響螺桿的工作 性能效果 對塑料制品得產(chǎn)量和質(zhì)量 都有非常重大的影響 2 2 1 螺桿的工作性能指標(biāo)評定 1 塑化質(zhì)量 按專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定制造的擠出機(jī) 擠塑生產(chǎn)得塑料制品也應(yīng)是符合質(zhì) 量標(biāo)準(zhǔn) 螺桿是擠塑生產(chǎn)影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵零件 物料得混合質(zhì)量 塑化的是否均勻 物料得徑向溫差是否較小 壓力要均衡 能量消耗要比較低 生產(chǎn)率的提高 這些都受 螺桿工作質(zhì)量得影響 2 比流量 這個(gè)比值大 說明這根螺桿的塑化能力強(qiáng) 比流量得單位為 kg h r min 3 比功率 這個(gè)值小 說明生產(chǎn)同樣質(zhì)量的塑料制品 能量消耗少 比功率得單 位為 kw kg h 4 通用性 指螺桿能否適應(yīng)擠塑不同的塑料 能在不同塑料制品機(jī)頭阻力下工作 5 經(jīng)濟(jì)性 制造機(jī)械加工比較容易 工作壽命比較長 2 2 2 螺桿的選用原則 1 按塑料的制品種類選擇 塑料的種類很多 有結(jié)晶型和非結(jié)晶型 它們在被擠 塑生產(chǎn)制品時(shí) 對溫度條件要求及本身得粘度 穩(wěn)定性和流動性能都有差別 所以 生 產(chǎn)不同種類塑料制品時(shí) 應(yīng)該選擇不同類型螺桿 2 機(jī)頭模具的阻力對螺桿結(jié)構(gòu)尺寸的影響 螺桿螺紋的均化段得的螺槽深淺與 機(jī)頭阻力大小要匹配選取 機(jī)頭阻力大 這段螺紋槽要淺些 反之 當(dāng)阻力小時(shí) 螺槽 就應(yīng)深些 對于排氣式擠出機(jī) 要求第二階段的均化段螺槽深度要比第一階螺桿的均化 段螺紋槽要深些 否則排氣口處易溢料 3 按擠出機(jī)的用途選擇 不同用途的擠出機(jī) 根據(jù)工作性質(zhì)和擠塑塑料品種來選 配螺桿 如果只用于一種塑料制品得選擇 可按該塑料產(chǎn)品得要求 訂購專用螺桿擠出 機(jī) 如果擠出機(jī)要擠塑不同材料的多種制品 就應(yīng)選擇螺桿具有較大得通用性 2 2 3 螺桿的分類 雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 按照螺桿得結(jié)構(gòu)和螺桿螺紋部分的幾何形狀 可分為普通螺桿 新型螺桿和排氣螺 桿 1 普通型螺桿 普通螺桿擠出機(jī)是現(xiàn)在廣泛使用的擠出機(jī) 能擠塑粉料和粒料 這種螺桿螺紋部分可分為加料段 塑化段和均化段 普通螺桿與新型螺桿比較有許多不 足之處 有逐漸被新型螺桿取代得趨勢 2 新型螺桿 與普通螺桿比較 就是在螺桿的不同部位上設(shè)計(jì)了非螺紋元件 以 改進(jìn)塑料得混合 熔融塑化質(zhì)量和縮短擠塑生產(chǎn)時(shí)間 3 排氣螺桿 在擠塑物料得過程中 為能夠排除物料中的空氣 揮發(fā)物氣體和 水蒸氣 而專門設(shè)計(jì)的螺桿 2 2 4 螺桿方案的確定 介于本設(shè)計(jì)的加工的是溶體材料為聚苯乙烯 PS PS 為乙烯的聚合物 在生產(chǎn)中無 特殊的要求 因此選用普通螺桿 材料為 45 號鋼 2 3 機(jī)筒類型的確定 機(jī)筒與螺桿配合工作 組成擠出機(jī)的擠壓系統(tǒng) 在擠塑物料的工作中 它的作用和 螺桿工作同樣重要 機(jī)筒和螺桿是擠塑系統(tǒng)的主要組成零件 也是擠出機(jī)的關(guān)鍵零件 對于機(jī)筒結(jié)構(gòu)形式的選擇和制造精度等級 都會直接影響塑料制品的產(chǎn)量和質(zhì)量 機(jī)筒的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)選擇 應(yīng)該是在保證其工作強(qiáng)度的基礎(chǔ)上 注意考慮它有利于 被擠塑物料的塑化 結(jié)構(gòu)形式方便機(jī)械加工 同時(shí)能得到較高的精度 再一點(diǎn)是要盡量 節(jié)省一些較貴重的合金鋼 這幾點(diǎn)對擠出機(jī)的制造工藝及費(fèi)用 都有較重大影響 1 整體式機(jī)筒 整體式機(jī)筒應(yīng)用比較多 比較起來整體式機(jī)筒的機(jī)械加工精度比較 容易保證 工作時(shí)各部加熱均勻 對機(jī)筒的加熱和冷卻系統(tǒng)也較好安排和布置 2 分段式機(jī)筒 長徑比值比較大得擠出機(jī)和排氣式擠出機(jī) 由于機(jī)筒過長 為便于 機(jī)械加工和節(jié)省合金鋼材 通常采用分段式機(jī)筒 但是這種機(jī)筒在機(jī)加工時(shí)也有難度 即二段機(jī)筒的內(nèi)圓直徑尺寸的一致性和同心度精度的保證 很難達(dá)到要求 由于中間要 用法蘭盤連接 則對機(jī)筒加熱得均勻性 連接部分要受影響 對加熱和冷卻系統(tǒng)的安排 布置也帶來一定的困難 3 襯套式機(jī)筒 襯套式機(jī)筒主要用在大直徑的擠出機(jī)上 目的是為了節(jié)省較貴重 的合金鋼材 機(jī)筒體用鑄鋼或普通碳素鋼制造 而機(jī)筒的內(nèi)襯套用滲碳合金剛制造 當(dāng) 襯套磨損時(shí) 只需更換襯套即可 但由于薄而長的襯套的機(jī)械加工和熱處理很困難 所 雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 以 也很少應(yīng)用 4 雙金屬層機(jī)筒 在鑄鋼或碳素鋼機(jī)筒體的內(nèi)壁 用離心澆鑄法鑄一層耐磨合金 然后機(jī)械加工內(nèi)孔至所需要的尺寸 這種機(jī)筒既節(jié)省了很多合金鋼又能保證它的耐磨性 和抗腐蝕性 2 4 本章小結(jié) 介于機(jī)筒和螺桿得配合工作 組成了擠出機(jī)的擠壓系統(tǒng) 共同完成對物料的擠壓塑 化 生產(chǎn)出塑料制品 在完成擠塑工作時(shí) 機(jī)筒和螺桿一樣 要承受巨大的壓力 扭矩 和摩擦壓力及物料得腐蝕 結(jié)合本設(shè)計(jì)得要求和螺桿的形式 機(jī)筒選擇整體式 第 3 章 擠出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 不同的生產(chǎn)線對擠出機(jī)的具體要求不一樣 這就需要根據(jù)不同塑料的性能設(shè)計(jì)出合 理的擠出機(jī) 本次設(shè)計(jì)的擠出機(jī)是用于聚苯乙烯 PS 生產(chǎn)線的擠出機(jī) 這就要求對聚苯 乙烯 PS 的性能有一定的掌握和了解 3 1 聚苯乙烯的基本特性 聚苯乙烯是最結(jié)構(gòu)簡單的高分子有機(jī)化合物 低密度聚苯乙烯較軟 多用高壓聚合 高 密度聚苯乙烯具有剛性 硬度和機(jī)械強(qiáng)度大的特性 多用低壓聚合 聚苯乙烯為蠟狀 有 蠟一樣的光滑感 不染色時(shí) 低密度聚苯乙烯透明 而高密度聚苯乙烯不透明 聚苯乙烯是 結(jié)晶高分子 熔點(diǎn)達(dá)到 270 3 2 螺桿設(shè)計(jì) 雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 螺桿是擠出機(jī)的核心部分 是輸送 塑化塑料的最重要部件 其結(jié)構(gòu)性能將直接影 響擠出機(jī)的生產(chǎn)率 塑化混合質(zhì)量和能量消耗 由于聚氯乙烯 PVC 為非結(jié)晶型高聚物 它從玻璃化溫度到粘流溫度的溫度范圍較 大 其熔融過程是在一個(gè)比較長的距離后才能全部熔融 出于制造成本和膠料的均勻混 煉和塑化考慮 采用漸變型普通螺桿 螺紋斷面形狀為矩形 3 3 送料螺桿的設(shè)計(jì) 為了使塑料與其他材料能夠進(jìn)行定量定比例的加入 因此要在機(jī)筒加料口上方添加 兩根送料螺桿 其中 一根螺桿用于輸送聚合物塑料顆粒 另一根螺桿用于輸送其他復(fù) 合材料 工作時(shí) 只需要分別控制兩根送料螺桿的轉(zhuǎn)速比及兩根送料螺桿與主螺桿之間 的轉(zhuǎn)速關(guān)系 就能夠較精確地將復(fù)合原材料通過送料螺桿送入到塑料顆粒中去混合 3 4 機(jī)筒的設(shè)計(jì) 機(jī)筒是雙螺桿擠出機(jī)最重要的部件之一 機(jī)筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理直接影響到擠出 機(jī)的熱量傳遞的穩(wěn)定性及均勻性 機(jī)筒的加料段設(shè)計(jì)影響到塑料固體輸送效率 機(jī)筒的 加工與裝配影響擠出機(jī)的工作性能和機(jī)器壽命 所以 對于擠出機(jī)機(jī)筒 涉及到其結(jié)構(gòu) 形式選擇 機(jī)筒加料口形式確定及其各段與機(jī)頭的連接等問題 機(jī)筒的結(jié)構(gòu)類型有多種 主要有分段式 整體式 雙金屬和軸向開槽結(jié)構(gòu)形式 整體式機(jī)筒的特點(diǎn)是加工精度容易滿足 轉(zhuǎn)配誤差小 長徑比大 零件數(shù)目少 機(jī) 筒受熱均勻 配置加熱器不受限制 但整體式機(jī)筒對加工設(shè)備及加工技術(shù)要求較高 且 磨損后修復(fù)困難 分段式機(jī)筒是將機(jī)筒分成若干段來加工 各段加工好后通過法蘭連接起來 這種機(jī) 筒加工比較容易 可適應(yīng)多種長徑比的要求 對于長徑大的螺桿 因過長的機(jī)筒整體難 以加工 也配以分段式機(jī)筒 但分段多 對中性不易保證 連接法蘭也會影響到機(jī)筒的 加熱均勻性 為減少裝配困難 分段盡量少 為減少熱量損失 法蘭尺寸盡可能小 雙金屬機(jī)筒有澆鑄式和襯套式兩種結(jié)構(gòu)形式 襯套式機(jī)筒具有易更換 壽命長 節(jié) 約貴金屬等優(yōu)點(diǎn) 但其設(shè)計(jì) 制造 裝配都較為復(fù)雜 澆鑄式機(jī)筒的優(yōu)點(diǎn)是合金層與機(jī) 筒合為一體 在擠出機(jī)機(jī)筒的內(nèi)表面結(jié)合均勻 不會脫落或開裂 耐磨性好 壽命長 滑動性好 但成本高 軸向開槽機(jī)筒能提高固體輸送率 但其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要綜合考慮被加工物料的性能 雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 如物料的大小 幾何形狀 物料顆粒間的摩擦系數(shù)值 顆粒在凹槽中的抗剪切強(qiáng)度 由 顆粒組成的楔形結(jié)構(gòu)的抗剪強(qiáng)度 套筒的冷卻性能 螺桿的轉(zhuǎn)速 以及與加熱機(jī)筒的隔 熱程度等因素 綜合上述各種結(jié)構(gòu)類型機(jī)筒的優(yōu)劣以及雙螺桿螺桿擠出機(jī)的設(shè)計(jì)要求 選擇分段式 機(jī)筒 3 4 1 機(jī)筒的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 機(jī)筒壁厚的設(shè)計(jì) 要考慮機(jī)筒的強(qiáng)度要求 還要考慮其結(jié)構(gòu)工藝性以及機(jī)筒傳熱效 率等因素 使加工容易 傳熱快且穩(wěn)定 雙螺桿擠出機(jī)筒斷面形狀為 型 在綜合了經(jīng) 驗(yàn)和理論計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上 我國擠出機(jī)生產(chǎn)廠家提出了擠出機(jī)機(jī)筒壁厚的參考值 3 4 2 機(jī)筒的材料選擇 工作時(shí)機(jī)筒受到刮磨 摩擦磨損以及塑料摩擦的作用 一些塑料還會有較強(qiáng)的化學(xué) 腐蝕作用 普通機(jī)筒材料為一般鋼材 如 45 號鋼 鑄鋼或球磨鑄鐵 為了提高機(jī)筒的 耐磨性 國際上的擠出機(jī)機(jī)筒有采用氮化鋼制造 其強(qiáng)度極限約為 900MPa 這里我們選擇 40Cr 鋼作為機(jī)筒的制造材料 機(jī)筒的強(qiáng)度計(jì)算 機(jī)筒內(nèi)部受塑料熔料的壓力作用 熔料在機(jī)筒內(nèi)產(chǎn)生的力沿機(jī)筒軸向的分布是相當(dāng) 復(fù)雜的 各處壓力不等 由于機(jī)頭處壓力最大 因此一般取機(jī)頭壓力為計(jì)算壓力值 3 4 3 螺桿與機(jī)筒的配合間隙 螺桿與機(jī)筒的配合間隙 值影響到擠出機(jī)的功率消耗 生產(chǎn)能力 使用壽命 機(jī)器f 加工成本等問題 取值過大 加工 裝配比較容易容易 但生產(chǎn)能力會降低 塑料原f 料在機(jī)筒內(nèi)的停留時(shí)間難以控制 甚至?xí)斐蔁岱纸?如果 取值過小 功率消耗大 f 加工 裝配困難 且易使螺桿和機(jī)筒發(fā)生磨損 降低擠出機(jī)使用壽命 3 4 4 螺桿與機(jī)筒的對中性 擠出機(jī)螺桿與機(jī)筒的對中性在設(shè)計(jì)上要求螺桿的中心線與機(jī)筒的中心線重合 然而 由于制造 裝配過程中所產(chǎn)生的螺桿定位面與螺桿中心線不同心 機(jī)筒內(nèi)孔偏差 螺桿 徑向跳動 螺桿推力面與螺桿中心線不垂直 法蘭平面對機(jī)筒中心不垂直 內(nèi)孔徑向跳 雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 動等安裝誤差和加工誤差都會影響對中性 要保證螺桿與機(jī)筒的對中性 一般需要采取 以下措施提高對中性 選取有效的定位基準(zhǔn)和合理的連接方式 提高零件的加工與裝配 精度 減少零件數(shù)目 3 5 料斗的設(shè)計(jì) 料斗的設(shè)計(jì)遵循不允許物料結(jié)成團(tuán) 架橋和掛料的原則 料斗角度應(yīng)該大于塑料顆 粒的靜止角 為了達(dá)到設(shè)計(jì)所需要求 該擠出機(jī)設(shè)置兩個(gè)料斗 一個(gè)用于盛裝主料 另 一個(gè)用于盛裝添加料 3 6 擠出機(jī)電機(jī)的選擇 為了實(shí)現(xiàn)在調(diào)速范圍內(nèi)的無級調(diào)速和保證雙螺桿擠出機(jī) 50r min 260r min 的調(diào)速范 圍 選擇直流電機(jī)作為擠出機(jī)電機(jī) 雙螺桿擠出機(jī)功率的確定通常是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取 根 據(jù)我國同向雙螺桿擠出機(jī)基本參數(shù)表 JB T 5420 91 選取擠出機(jī)主電機(jī)功率為 P 55KW 擠出機(jī)電機(jī)選擇某公司生產(chǎn)的型號為 Z3 250 31 直流電動機(jī) 其主要技術(shù)參數(shù)為 額 定功率為 55 KW 額定電壓 440V 額定轉(zhuǎn)速為 500r min 3 7 傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)選取的直流電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為 500r min 擠出機(jī)設(shè)計(jì)的最高轉(zhuǎn)速為 260 r min 因此需要在電機(jī)輸出軸和螺桿之間設(shè)置減速器 總傳動比 1 92 由于i5026 受擠出機(jī)螺桿上配位齒輪大小的限制 防止發(fā)生擠出機(jī)螺桿的配位齒輪與高速級從動齒 輪產(chǎn)生干涉 因此把減速箱和螺桿配位齒輪整個(gè)傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)成兩級減速一級增速 傳動比的分配 由于配位齒輪受到螺桿直徑的限制 如果第一級傳動比取得過小 則減速器的第二根軸上的小齒輪會較小 而此軸的直徑較第一根軸大 如此對鍵和齒輪 的強(qiáng)度有很大的不利 因此應(yīng)把第一級減速的傳動比設(shè)置大些取 則后續(xù)總傳12 4i 動比 0 8 01i 3 8 本章小結(jié) 本 章 對 擠 出 機(jī) 構(gòu) 中 的 螺 桿 進(jìn) 行 了 設(shè) 計(jì) 與 校 核 并 對 螺 桿 與 螺 筒 的 配 合 間 隙 進(jìn) 行 了 討 論 與 確 定 確 定 了 加 熱 裝 置 為 鑄 鋁 加 熱 器 并 確 定 了 加 料 裝 置 雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 4 支架的設(shè)計(jì) 在機(jī)器中支承或容納零部件稱為支架 如支承罐的塔架 容納傳動齒輪的減速器的 殼體 機(jī)床的床身等等統(tǒng)稱為支架 4 1 支架結(jié)構(gòu)類型 4 1 1 按支架外形分類 按支架外形分類 網(wǎng)架式 框架式 梁柱式 板塊式和箱殼式 4 1 2 按支架的制造方法和材料分類 按制造方法 支架可分為鑄造支架 焊接支架和螺栓或鉚接支架 按支架材料可分 為金屬支架 非金屬支架 非金屬支架又可分為混凝土支架 素混凝土機(jī)座平臺 花崗 雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 巖支架 塑料支架等 鑄造支架常用材料為鑄鐵 鑄鋼和鑄鋁 小型設(shè)備 如儀表等 的支架則有銅制或塑料制造 4 2 支架結(jié)構(gòu)的選擇 進(jìn)行支架結(jié)構(gòu)形式的選擇是一個(gè)較復(fù)雜的過程 對結(jié)構(gòu)形式 構(gòu)件截面和結(jié)點(diǎn)構(gòu)造 等均需要結(jié)合具體的情況進(jìn)行仔細(xì)的分析 對結(jié)構(gòu)方案要進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較 由于各種 設(shè)備有不同的規(guī)范和要求 制定統(tǒng)一的支架結(jié)構(gòu)選擇方法較困難 但是 可以利用結(jié)構(gòu) 力學(xué)的知識提出下列一般的規(guī)則 這些規(guī)則是為了節(jié)約材料在選擇形式時(shí)應(yīng)遵守的一般 規(guī)律 1 結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布情況要與材料的性能相適應(yīng) 以便發(fā)揮材料的優(yōu)點(diǎn) 軸力較彎矩 能更充分地利用材料 桿件受軸力作用時(shí) 截面上的材料分布是均勻的 所有材料都能 得到充分利用 但在彎矩作用下截面的應(yīng)力分布是不均勻的 所以材料的應(yīng)力分布不夠 經(jīng)濟(jì) 機(jī)械結(jié)構(gòu)中許多構(gòu)件所受的都是沿垂直于桿軸的方向作用的 彎矩沿桿變化很迅速 有垂直載荷處 彎矩曲線有曲率 且曲率與載荷集度成正比 最大的彎矩限于一小段內(nèi) 在較長段內(nèi)材料不能充分利用 這是彎曲構(gòu)件不經(jīng)濟(jì)的另一原因 2 結(jié)構(gòu)的作用在于把載荷由施力點(diǎn)傳到基礎(chǔ) 載荷傳遞的路程愈短 結(jié)構(gòu)使用的材料 愈省 3 結(jié)構(gòu)的連續(xù)性可以降低內(nèi)力 節(jié)省材料 4 3 支架設(shè)計(jì)計(jì)算的準(zhǔn)則和要求 4 3 1 支架設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則 1 工況要求 任何支架的設(shè)計(jì)首先必須保證機(jī)器的特定工作要求 例如 保證支 架上安裝的零部件能順利運(yùn)轉(zhuǎn) 支架的外形或內(nèi)部結(jié)構(gòu)不致有阻礙運(yùn)動件通過的突起 設(shè)置執(zhí)行某一工況所必須的平臺 保證上下料的要求 人工操作的方便及安全等 2 剛度要求 在必須保證特定外形條件下 對支架的主要要求是剛度 例如機(jī)床 的剛度決定了機(jī)床的效率和加工的精度 在齒輪減速器中 箱殼的剛度決定了齒輪的嚙 合性及運(yùn)轉(zhuǎn)性能 3 強(qiáng)度要求 對于一般的支架 剛度達(dá)到要求 同時(shí)也能滿足強(qiáng)度的要求 但對 于重載設(shè)備的強(qiáng)度要求必須引起足夠的重視 其準(zhǔn)則是在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)中可能發(fā)生的最大載 荷情況下 支架上任何點(diǎn)的應(yīng)力都不得大于容許應(yīng)力 此外 還要滿足疲勞強(qiáng)度的要求 雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 4 穩(wěn)定性 對于細(xì)長的或薄壁的受力結(jié)構(gòu)及受彎 壓結(jié)構(gòu)存在失穩(wěn)問題 某些板 殼結(jié)構(gòu)也存在失穩(wěn)問題或局部失穩(wěn)問題 失穩(wěn)對結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生很大的破壞 設(shè)計(jì)時(shí)必須校 核 5 美觀 目前對機(jī)器的要求不僅要求能完成特定的工作 還要使外形美觀 6 其他 如散熱的要求 防腐蝕及特定環(huán)境的要求 對于精密機(jī)械儀表等熱變形 小的要求 等等 4 3 2 支架設(shè)計(jì)的一般要求 在滿足支架設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的前提下 必須根據(jù)支架的不同用途和所處環(huán)境 考慮下列各 項(xiàng)要求 并有所偏重 1 支架的重量輕 材料選擇合適 成本低 2 結(jié)構(gòu)合理 便于制造 3 結(jié)構(gòu)應(yīng)使支架上的零部件安裝 調(diào)整 修理和更換都方便 4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理 工藝性好 還應(yīng)使支架本身的內(nèi)應(yīng)力小 由于溫度變化引起的變形 應(yīng)力小 5 抗振性能好 6 耐腐蝕 使支架結(jié)構(gòu)在服務(wù)期限內(nèi)盡量少修理 7 有導(dǎo)軌的支架要求導(dǎo)軌面受力合理 耐磨性良好 4 4 支架的形式及主要參數(shù) 在雙螺桿擠出機(jī)設(shè)備中 經(jīng)過多方面的考慮后 決定選用焊接式的金屬支架 在下 圖 5 中 陰影部分表示鋼材 機(jī)筒通過桿件和主支架連成一整體 由支架的立柱支撐 雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 圖 5 支架的外形結(jié)構(gòu) 圖 6 支架結(jié)構(gòu) 由圖 6 計(jì)算主支架重量 機(jī) 架G 首先計(jì)算長度 L L 4321L L 2797mm 所以 L 總 4321L 2979X2 824X4 1150X2 2797 14169mm 槽鋼 12 318kg m kgG9 17438 2169 4 為了維修方便 在支架上還有 2 塊 4mm 厚的鋼板 116mm 440mm 660mm 330mm 鋼板重 kg69 0318 4 016 2 G23 機(jī) 架 2 178 97321 如圖 7 所示 考慮到存在一些不確定因素 所以取支架重量為 200kg 雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 圖 7 支架上的小鋼板 4 5 支架的強(qiáng)度校核 主支架受機(jī)筒作用如圖 8 所示 圖 8 支架圖 由圖 8 可以看出 機(jī)筒對主支架的壓力主要是作用在梁上 然后梁把力傳到了支架 上 最終由梁承擔(dān)了機(jī)筒對支架的作用力 而因?yàn)樗鼈兪菍ΨQ的 為了簡化支架的受力 把所有對支架的作用力都只有一半在梁上檢驗(yàn)即可 現(xiàn)在取梁 5 來做受力分析 如圖 9 所示 雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 圖 9 梁 5 受力分析圖 而根據(jù)已設(shè)計(jì)好的數(shù)據(jù)和圖紙可得下列數(shù)據(jù) P 1 0t 為料斗 含料時(shí) 的重量 tP 021 為機(jī)筒 含料時(shí) 的重量 tP4 12 t35 42 為支架自重 t 03 tP6 023 為成品倉 含料時(shí) 的重量 84 tP 024 由力和彎矩方程求出支反力 和ARB 由力和彎矩公式列方程求出支反力 和 0yP042321 P0AM 代入0 6543243232254321 lllllllllRlPB 數(shù)據(jù)解得 1 09t 1 11tARB 因?yàn)橐獧z驗(yàn)剛架的強(qiáng)度 必須用最大的彎矩來計(jì)算 所以 必須求出在梁 5 上的最大彎 矩 段的最大彎矩 1l 雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 圖 10 段受力和彎矩圖1l 在圖 10 中 由 得 0AM01 XP 0 X 1l 當(dāng) X 時(shí) 最大 1l1 mtl 245 1max1 段的最大彎矩 2 圖 11 段受的彎矩圖2l 在圖 11 中 由 得 0AM0 21 MXRlPA 12lP 0 2lX mtA 59 當(dāng) X 時(shí) 最大 2l2 tmt 2509 max2 537 5t mm 段的最大彎矩 3l 圖 12 段彎矩圖3l 雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 在圖 12 中 由 得 0AM0 32221 MXPlRXlPA 0 X A 13 3l 21 lR 0 24X 1 09X1250 0 5X1650 t mm 0 24X 537 5t mm 當(dāng) X 時(shí) 最大 0 24X200t mm 537 5t mm3l3Mmax3 609 5t mm 段的最大彎矩 4l 圖 13 彎矩圖4l 在圖 13 中 由 得 0oM0 425654 MXPlRXlPB 0 X 6542lB 4l 54B 0 36X 505 5t mm 當(dāng) X 時(shí) 最大 4l4Mmtt 036 0max4 613 5t mm 段的最大彎矩 5l 雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 圖 14 彎矩圖5l 在圖 14 中 由 得 0oM0 564 MXRlPB 0 X 645ll 1 11 0 4 X 0 4x600 0 76X 240 t mm 當(dāng) X 時(shí) 最大 5l5Mmtt 24010576 max5 558t mm 段的最大彎矩 見下圖圖 4 11 所示6l 圖 15 段彎矩圖6l 在圖 15 中 由 得 0oM064 MXP 0 X l 當(dāng) X 時(shí) 最大 6l6 mtl 064max6 240t mm 在梁上 段的最大彎矩分別為 537 5t mm 654321ll t 20ax1 max2 609 5t mm 613 5t mm 558t mmmax3M maxm5M 雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 最大 所以 最大彎矩發(fā)生在 上 max4M4l 在校核材料的強(qiáng)度時(shí) 限定最大正應(yīng)力不得超過許用應(yīng)力 于是強(qiáng)度條件為 maxax M 而由已知條件得 3max4ax 105 613 1 根據(jù) 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 中 可以查得在熱扎普通槽鋼 中 W 80 5 將6584 3cm W 代入上面的公式 1 得 63max4ax 105 863 M 76 2MPa 根據(jù) 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 可查得 375 460MPa 取安全因素 n 3 n 125 153 因?yàn)?的強(qiáng)度足夠 max 4l 這樣 梁的強(qiáng)度是足夠的 從總體上來看的話 支架的強(qiáng)度也是足夠的 對支架設(shè) 計(jì)的分析 由計(jì)算可以知道 在 處強(qiáng)度最大 對整個(gè)支架考慮后 為了使支架更加安全4l 可靠 考慮加上加強(qiáng)梁 4 6 支架的剛度校核 剛度和強(qiáng)度計(jì)算一樣 采用分步驟的計(jì)算 對 作用處進(jìn)行計(jì)算 為了簡化計(jì)算 1P 將 CA 部分作為懸臂梁受力如下圖 16 所示 圖 16 剛度 在 作用下 由 材料力學(xué) 查懸臂梁撓度計(jì)算公式可得 C 點(diǎn)的撓度是1P mEIlPvc 17 0564102 3 321 因?yàn)樵?A 的右端還有梁 所以需要求出 在截面 A 的轉(zhuǎn)角 由 材料力學(xué) 查得c 雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文c 452421 106 0 EIlP 0 00032 而在梁 A B 段 因?yàn)樵邳c(diǎn) 和 這三個(gè)點(diǎn)上最有可能出現(xiàn)撓度最大的情況 所以 23 2 取這三個(gè)點(diǎn)來分析 對 作用處進(jìn)行計(jì)算 分析如下圖 17 所示 2P 圖 17 作用力圖 2P 在 作用下 由 材料力學(xué) 查得 F 點(diǎn)的撓度是 2P mEIlbPvD 290156402 73 19 5039 324222 1 53mm 由 材料力學(xué) 查得 對截面 A 和 B 的轉(zhuǎn)角 和 的計(jì)算公式并求出這兩個(gè)數(shù) 2 2 PA 2 PB 值 2 PA EIlba6 290156402 65 135 0 4 0 00152 PB EIlab6 雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 290156402 6 5 135 0 4 0 0014 對 作用處進(jìn)行計(jì)算 分析如圖 18 所示 3P 圖 18 對梁的作用力圖3P 在 作用下 由 材料力學(xué) 查的 E 點(diǎn)的撓度為 3P mIlbPvE 290156402 73 19 3 5039 24222 1 64mm 由 材料力學(xué) 查得 對截面 A 和 B 的轉(zhuǎn)角 和 的計(jì)算公式并求出這兩個(gè)數(shù)值 3 3 PA 3 PA3 PB EIlba6 290156402 35 31 0 4 0 002473 PB EIlab6 290156402 5 315 0 4 0 0015 對 作用處進(jìn)行計(jì)算 分析如圖 19 所示 2P 雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 圖 19 對梁的作用力圖 2P 在 作用下 由 材料力學(xué) 查得 F 點(diǎn)的撓度為 2P mEIlbPvF 290156402 73 19 5039 324222 1 23mm 由 材料力學(xué) 查得 對截面 A 和 B 的轉(zhuǎn)角 和 的計(jì)算公式并求出這兩個(gè)數(shù) 2 4 PA 4 PB 值 2 PA EIlba6 290156402 5 8135 0 4 0 00122 PB EIlba6 290156402 85 8135 0 4 0 0015 對 作用處進(jìn)行計(jì)算校核 作用校核圖 20 如下 4P4P 雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 圖 20 校核 為了簡化計(jì)算 將 BG 部分作為懸臂梁如圖 20 所示 在 作用下 由 材料力學(xué) 查得 G 點(diǎn)撓度為 4PEIlPv3642 45 3410 0 0 23mm 因?yàn)樵?B 的左端還有梁 所以需要求出 在截面 B 的轉(zhuǎn)角4PG 由 材料力學(xué) 查得 G EIl264 45 2106 0 0 00058 在小變形且材料服從胡克定理的情況下 可以求得撓曲線的近似微分方程 它是一個(gè)線性方程 因而方程式的解是可以疊加的 這樣 當(dāng)梁上有幾種載荷 2EIMdxv 共同作用時(shí) 可分別求出每一載荷單獨(dú)作用時(shí)下的變形 然后將各個(gè)載荷單獨(dú)引起的變形疊加 就是這些載荷共同作用時(shí)下的變形 以下就是運(yùn) 用疊加法在總體考慮上來計(jì)算 處的總撓度 4231 P 計(jì)算 處的總撓度1P 0 0015 400 0 00247 400 0 0012 400 0 00058 400 2cCv 0 17 0 6 1 0 48 0 232 1 68 引 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 可知 在懸臂梁中 受彎構(gòu)件的跨度 為懸臂梁的懸伸長度的兩倍l 1 68 2 2mm 符合要求 Cv601 l 計(jì)算 處受的總撓度 2P 16508 012503 22 FEDvv 雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 1 57 1 64 1 23 0 4 0 96 3 08mm 3 08 2 4 8mm 符合要求 Dv60l 計(jì)算 處受的總撓度3P 136058 0132 22 FEE 1 53 1 64 1 23 0 5 0 783 3 12mm 3 12 2 4 8mm 符合要求 Ev60l 計(jì)算 處受的總撓度 2P 1058 15032 022 FEDFvv 1 53 1 64 1 23 0 59 0 61 3 2mm 3 2 2 4 8mm 符合要求 Fv60l 計(jì)算 處受的總撓度 4P 6032 6012 6015 1 2 Gv 0 37 0 84 0 9 0 72 0 192 1 9 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 可知 在懸臂梁中 受彎構(gòu)件的跨度 為懸臂梁的懸伸長度的兩倍 l 1 9 2 3 3mm 符合要求 Gv60l 所以 支架的剛度滿足要求 結(jié) 論 擠出機(jī)是塑料行業(yè)最基本的加工機(jī)械 擠出機(jī)的發(fā)展水平直接影響塑料產(chǎn)品的質(zhì)量 本設(shè)計(jì)的要求是設(shè)計(jì)出能夠加工聚苯乙烯 由于聚苯乙烯的特殊性能要求設(shè)計(jì)雙螺桿擠 出機(jī) 這就要求我們對普通雙螺桿的設(shè)計(jì)要有足夠的掌握 雙螺桿擠出機(jī)是一種低能耗 低成本的機(jī)型 只要技術(shù)得當(dāng) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理同樣能夠達(dá)到雙螺桿和多螺桿的效能 這 次所設(shè)計(jì)的雙螺桿擠出機(jī) 所涉及的知識較為廣泛 所以整個(gè)設(shè)計(jì)過程又是一個(gè)學(xué)習(xí)的 雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 過程 通過不斷地查閱資料 請教老師 并且進(jìn)行現(xiàn)場參觀與實(shí)物測繪 對有關(guān)塑料機(jī) 械的理論知識和設(shè)計(jì)有了較深程度的認(rèn)識 增強(qiáng)了實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn) 同時(shí) 為日后工作的 獨(dú)立設(shè)計(jì)能力打下了一個(gè)良好的基礎(chǔ) 既借鑒了前人已有的優(yōu)秀成果 同時(shí)也滲入了自 己的汗水 雙螺桿擠出機(jī)用于工業(yè)生產(chǎn) 不但需要具有通用擠出機(jī)的功能 而且還要具 備物料加入量控制和物料混合的功能 由于時(shí)間倉促 水平有限設(shè)計(jì)的擠出機(jī)還有很多不足之處 比如螺桿強(qiáng)度的校核 螺棱側(cè)面的形狀設(shè)計(jì)等都有待進(jìn)一步的改進(jìn)與完善 參考文獻(xiàn) 1 吳宗澤 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊 M 第三版 冶金工業(yè)出版社 2006 2 張紹群 孫曉娟 機(jī)械制圖 M 北京大學(xué)出版社 2007 3 李波 擠出機(jī)設(shè)計(jì)理論和計(jì)算 M 中國建材工業(yè)出版社 2008 4 鄭甲紅 逐漸儒 劉喜平 機(jī)械原理 M 機(jī)械工業(yè)出版社 2009 5 濮良貴 紀(jì)名剛 機(jī)械設(shè)計(jì) M 第八版 高等教育出版社 2010 雙螺桿擠出機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 6 王善勤 塑料擠出成型工藝與設(shè)備 M 中國輕工業(yè)出版社 2008 7 吳崇周 雙螺桿高剪切元件的設(shè)計(jì) J 2008 06 擠出設(shè)備雜志 2008 8 王興天 塑料加工成型叢書 注塑成型技術(shù) M 化學(xué)工業(yè)出版社 2008 9 周殿明 張麗娜 塑料擠出成型技術(shù)問答 M 化學(xué)工業(yè)出版社 2009 10 吳清鶴 塑料擠出成型 化學(xué)工業(yè)出版社 M 2008 11 周開勤 機(jī)械零件手冊 M 高等教育出版社 2009 12 梁基照 擠出機(jī)螺桿加料段幾何參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì) M 輕工機(jī)械出版社 2009 13 樂美豪 我國螺桿制造技術(shù)的發(fā)展趨勢 M 制造技術(shù)與機(jī)床 2010 14 周開勤 機(jī)械零件手冊 M 第四版 高等教育出版社 2008 16 朱復(fù)華 擠出理論及應(yīng)用 M 中國輕工業(yè)出版社 2009 17 陳文英譯 塑料擠出 M 中國輕工業(yè)出版社 2007 18 劉津平 擠出工程設(shè)計(jì)與計(jì)算 M 中國石化出版社 2010 19 吳大鳴 劉穎 雙螺桿精密擠出成型技術(shù)進(jìn)展 J 2008 2 中國塑料 2007 20 吳英 國內(nèi)外節(jié)能塑料機(jī)械的研發(fā)與應(yīng)用進(jìn)展 J 2007 2 塑料工業(yè) 2007 致 謝 歲月如箭 時(shí)光如梭 四年大學(xué)生活猶如夜空中的流星轉(zhuǎn)瞬即逝 回顧這段人生 中最美好的時(shí)光 想想自己的得失 不僅發(fā)人深思 在過幾個(gè)星期 我們就要各奔東西 大江南北 長城內(nèi)外 都