毕业设计论文-单螺杆挤出机设计说明书

毕业设计论文-单螺杆挤出机设计说明书内容摘要：

转速范围 (转 /分 ) 生产率 (公斤 /时 ) 驱动功率 （千瓦） 加热功率及分段数 加热功率 分段数 45 25 50 60 30 120 90 30 12120 250 74 30 6 90 35 200 70180 3055 41 5 150 27 60200 75 6 ⑦ 轴向力的计算 螺杆的轴向力是挤出机设计的一个重要参数，它是由作用在螺杆上的两个不同部分的力组成的：螺杆头端胶料对螺杆的反压力（胶料的静压力）作用在螺杆端面上引起的，即由挤出压力引起的轴向力，称为静压轴向力；在螺杆旋转推动胶料运动时，胶料对螺杆表面摩擦阻力的轴向分 力而引起的，称为动压轴向力。 12p p p=+ () 式中： p — 轴向力， N； 1p — 静压轴向力， N； 2p — 动压轴向力， N。 静压轴向力可以按挤出压力与螺杆的横截面积来计算，即： 21 4DPPp= () 式中： P — 螺杆头端胶料的挤出压力， aMP D — 螺杆外径， m.。 动压轴向力主要取决于胶料的性质及其运动状态。 动压轴向力要精确计算是困难的，以下的是半经验公式： ( ) 239。 22 39。 Lp p D L i D S eSpp骣 247。 231。 = +231。 247。 桫 () 式中： 39。 p — 胶料移动时的摩擦阻力， ap ； L — 螺杆螺纹部分长度， m ； i — 螺杆螺纹头数； S — 螺纹的导程， m ； 39。 e — 螺峰的轴向宽度， m。 在上式中，摩擦阻力 39。 p 经国内测定：对排气挤出机推荐采用： 39。 0. 4 ~ 0. 5 ap MP= () 实验 证明： 2p 仅为 1p 的 1/8~1/4，即： 21( 5 ~ )pp= 本设计中轴向力的确定： 22 0 . 0 9( 1 0 . 1 5 ) ( 1 0 . 1 5 ) 5 0 0 . 3 744aDp p M Ppp 180。 = + = + 创 = ⑧ 螺杆转速的确定： 挤出机螺杆转速是挤出机的重要参数，直接影响挤出机的生产率、功率、压出半成品的质量，机器的结构等。 下面是一些影响转速的因素。 生产率与转速的关系 从生产率 Q 的计算公式中可知，随着转速 n 的增加， 生产率 Q 也 上升。 但转速过高，生产率提高不多，而且胶料容易焦烧。 功率与转速的关系 随着转速的增加，功率也随着增加，但功率随转速增加的速率是逐渐下降的。 机头压力与转速的关系 随着转速 n 的增加，机头压力 P 略有增加。 较大的机 头压力可以提高半成品的致密度。 但 n 增加时， P 的增加不大，所以转速对提高致密度的效果并不显著。 转速 n 与胶料在机筒内剪切、捏炼、塑化、升温的关系 当 n 升高后，速度梯度增加，则胶料的撕裂、剪切、捏炼的效果好，塑化亦好。 但 n 过高，发热量过大，当冷却不好时，容易发生早期硫化。 因此 n 的高低既影响半成品的质 量，又影响挤出机的正常运转。 如果能够改善挤出机机筒和螺杆的散热条件，就可以提高螺杆转速 n。 螺杆的临界转速 在无旁压辊的颗粒加料挤出机中，当转速过高时，会使进料困难，甚至加不进料。 加不进料胶料时的螺杆转速称为螺杆的临界转速 n临， 它可以根据胶料被螺杆转动所产生的离心力与其重力相等的条件来确定。 424n D=临 () 式中： D — 螺杆直径，厘米。 转速 n 与传动系统的关系 螺杆转速越低，传动系统的减速比就越大，使传动系统结构复杂。 最佳条件下的螺杆转速 最佳条件下的螺杆转速 n 可以通过下式计算： 1ncD= () 式中： n — 螺杆的最佳转速， /minr ； D — 螺杆直径 ， mm； c — 系数，排气挤出机 820c= ，胶料流动性差时， c 值应相应减少。 排气挤出机螺杆转速与螺杆长径比有一定的关系，螺杆长径比大，转速允许范围大，以保证胶料在挤出机内停留足够的时间。 11 8 2 0 8 6 / m in90n c rD= = ?转 速 参考国内外同类的挤出机的螺杆转速，确定螺杆的最佳转速，即正常工作时的螺杆转速为 75/minr ， 有效工作的螺杆转速范围是 0 ~ 75 / minr。 第 4． 2节 设计排气螺杆 挤出机螺杆的基本参数 （ 1） 螺杆的直径 Ds ： Ds 指螺杆的外经，它是挤出机规格大小的标志； （ 2） 螺杆的长度 L 和长径比 /LDs ：螺杆的长度 L 是指螺杆的有效工作长度，即自螺杆加料段螺纹部分至均化段长度的末端的长度。 （ 3） 螺杆的螺槽深度 H 和压缩比 I:螺杆的螺槽深度是指螺纹的外半径与其根部半径之差。 螺杆的压缩段比（又称为几何压缩比） I 是指螺杆加料段第一个螺槽容积和均化段最后一个螺槽的容积之比。 （ 4）螺杆的螺纹升程（又称为导程）、螺纹升角、螺纹头数和螺距 排气螺杆的设计的基本参数有：螺杆直径、长径比、螺杆的特征深度、压缩比、排气段的螺槽深度及排气段的长度、螺杆的转速及螺杆各段长度的分配等。 在设计并确定排气螺杆的这些基本工作特性参数的时候，应当根据理论计算、生产实践和科学实验的有关资料的累积。 同时还应考虑到所加工的原料的工艺条件、排气过程的特殊要求及所配的机头口模结构类型等因素。 （ 1） 长径比 整条排气螺杆的有效工作长度 L 与螺杆的直径 sD 的比值即为排气螺杆的长径比（ L/ sD ）。 在普通挤出机上，由于物料是经过塑化和均化后即进行挤出成型，而排气挤出机的物料是在经过第一阶螺杆的基本塑化后，还要在排气段进行排气，而排气后的物料再经第二阶螺杆挤出。 因此，它的长径比都比普通螺杆的大。 在确定螺杆的长径比时，应注意到，如选得太小，则物料在第一阶中有可能达不到基本塑化的程度，这将影响到排气效果。 而长径比过大，又容 易使螺杆弯曲变形，且使制造带来困难。 因此，在设计时应根据具体要求而定。 目前国内部分排气挤出机的长径比如下表所示。 表 目前国内部分排气挤出机的长径比 螺杆直径 (毫米 ) 45 65 90 90 150 150 长径比（ L/ sD ） 25 26 25 30 27 30． 7 （ 2） 排气螺杆的螺槽特征深度 排气螺杆第一计量段的螺槽深度 1h 称为它的特征深度，一般用 1h =K sD 来表示。 式中 sD 是螺杆直径（厘米）， K 是系数。 第一计量段的螺槽深度影响着生产能力 1Q ，因此在螺杆直径等已确定的情况下， 可根据生产能力 1Q 的要求，来确定第一计量段的螺槽深度 1h 的大小。 对于系数 K 来说，根据现有排气挤出机进行统计，在直径相同 的情况下，长径比较大的则对应着较大的 K 值。 根据资料介绍， 1h  sD 左右，对一般排气挤出机来说，可取 K。 （ 3） 排气螺杆的压缩比 排气式螺杆在第一、第二阶均有压缩段和压缩比。 而且这两段的压缩比是有所不同的。 因为物料在这两个压缩段中的状态有所不同。 在第一压缩段中，物料还未被塑化，而在第 二压缩段时，物料已经基本塑化并已经通过脱气。 因此在选取和计算这两段的压缩比时，应根据它的所处的状态和所对应的物料密度来考虑。 （ 4） 排气段各参数的确定 衡量排气挤出机的优劣的质量指标之一是排气效果的好坏。 排气纯粹是一个物理过程。 当气体从熔融物料中排出时，必须克服熔体表面的张力和气体从熔体向表面扩散的阻力。 影响排气段排气效果的因素很多。 根据实验表明，排气段的流量、物料在排气段的充满程度、排气段的长度、物料在排气段的停留时间以及物料在排气段所承受的剪切应变等，都直接关系到排气段的排气效果。 排气段中的物料流量大，则 排气效率低；物料在排气段停留的时间长，则排气率高；物料在排气段充满程度大，则排气效率低；物料在排气段所承受的剪切变形大，则排气效率高；排气段较长时排气效率亦高。 （ 5）排气螺杆各段长度的分配 ① 第一阶螺杆的长度 排气螺杆在第一阶的长度应保证物料在进入排气段前已基本塑化。 在一般情况下，其长度约为螺杆全长的 5358%，最长亦不超过全长的 2/3。 对于长径比较大的排气螺杆，这一百分比可取较小的值。 ② 第一加料段的长度 第一加料段长度可取第一阶螺杆长度的 6065%。 ③ 第一、二压缩段长度 因物料在第二压缩段 中已熔融，故第二压缩段长度一般不大于 2 sD。 ④ 第一、二计量段长度 第一计量段长度可取为第一阶螺杆全长的 2530%。 根据资料介绍，第一计量段 长度不少于 3 sD。 在可能的情况下，为保证挤出过程的稳定，适当的增加第二计量段的长度是可行的。 一般认为，它可取整体排气螺杆长度的 1525%。 对于长径比较大的螺杆，这一百分比还可取得大些。 第二计量段与第一计量段的长度比可为。 ⑤ 减压段长度 减压段长度一 般不大于 1 sD。 表 国内外部分排气挤出机螺杆的参数 sD L/ sD 1L 2L 3L 4L 5L 6L 7L 8L 0h 1h vh 2h 30 18 2 3 2 45 25 5 4 3 1 5 1 5 6 2 3 2 60 18 3 8 3 11 110 20 18 9 18 9 115 26 9 1 4 1 6 1 4 18 4 150 24 5 5 16 3 150 27 12 1 15 4 20 60 30 9 3 4 1 4 2 7 9 3 90 24 9 2 3 1 4 1 4 11 3 90 24 7 2 5 1 4 1 4 11 3 60 24 9 5 5 7 2 60 46 4 1 5 2 4 8 3 115 24 6 1 2 2 5 12 3 第 机筒的设计 螺杆和机筒共同组成了挤出机的挤压系统。 完成对物料的固体输送、熔融和定压定量输送。 机筒的结构形式 关系到热量的稳定性和均匀性，并且对于一些新型的挤压系统来说，机筒在加料段上的机构形式也影响到固体输送效率。 机筒的机械加工使用寿命也影响到整个挤压系统的工作性能。 因此，机筒在挤压系统中是仅次于螺杆的重要零部件。 普通挤出机机筒的结构形式常见的有三种，分别为：整体式机筒、分段式机筒 和双金属机筒。 （ 1） 整体式机筒 图 所示为整体式机筒的结构形式之一。 其特点是长度大、加工要求比较高；在加工精度和装配精度上容易得到保证（特别式螺杆和机筒的同心度要求），也可简化装配工作；在机筒上设置外加热器不易受到限制，机筒受 热均匀。 一般专业制造厂用的比较多。 但是机筒的加工设备要求较高，技术加工要求也较高；机筒内表面磨损不易修复。 图 整体式机筒 （ 2） 分段式机筒 分段式机筒如图 所示，是将机筒分成几段加工，然后各段用法兰或其它形式联结起来。 图 分段式机筒 这种机筒形式的机械加工比整体式简单，便于改变长径比。 多用于需要改变长径比或实验室用的挤出机以及排气时挤出机的机筒，使机筒结构更加合理。 这种机筒的主要缺点是分段太多时难以保证各段的对中；法兰联结处影响了机筒的加热均匀性。 （ 3） 金属机筒 双金属机筒 主要结构形式有两种：一种衬套式机筒；另一种实在机筒上浇铸一层 合金箔层，简称为浇铸式机筒。 ① 衬套式机筒 衬套是机筒一般是在大中型挤出机的机筒内装配上可以更换的合金钢衬套。 衬套可制作成整体式或分段式的形式。 分段式衬套制作方便一些。 机筒是用一般的碳素钢或铸钢材料。 这种机筒结构可节省贵重金属；衬套磨损后可更换，提高了机筒的使用寿命。 但是衬套式机筒的设计、制造和装配等比非衬套式机筒复杂，设计时需注意的问题： 衬套于机筒的配合间隙要适合。 过松的配合间隙，挤出机在工作式会出现衬套相对于机筒的移动或转动，同时也不利于 传热。 过紧的间隙配合除了使装拆衬套的工作带来困难外，还会产生过大的装配应力。 因此，要选择适当的配合间隙。 为防止产生衬套与机筒相对运动，在衬套与机筒之间常常装有止动键获止动销（见图 ）。 由于衬套和机筒的材料不同，受热后膨胀不一致，因而在结构上应使衬套在机筒内有伸缩的余地。 各段衬套之间的接合处要有一定的接触应力，使受热后不留下接触间隙，以防止塑料落入间隙而发生热分解。 图 衬套式机筒 ② 浇铸式机筒。