φ120卧式单螺杆挤塑机设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 摘 要 塑料工业是新兴的工业，是现代工业中的一个重要的行业，与其他工业相比它是一个年轻的，但发展前景广阔的工业部门。 在机械制造业中，塑料广泛的被用来制造零件、部件。据统计，每年大约有25的塑料用于机电行业各个部门。塑料机械随着工业的发展而逐步的成长起来。在塑料机械中，塑料挤出机是最多的机种之一，是塑料制品加工量最大的一种加工机械。 塑料挤出机在现代工业中有着广泛的应用，其中 120 塑料挤塑机主要用于各种热塑性塑料的挤出成型。若配置相应的机头及辅机，选用合适的 螺杆，能将聚氯乙烯（软或硬）聚乙烯、聚丙烯、 塑料连续挤制成管、膜、瓶、带、丝、粒、板、异型材、电线电缆等制品。其主要特点是：吸收国外同类先进产品的特点、电控箱与挤塑机组成一体化形式。 设计有多种形式的螺杆，长径比值大。采用可控硅直流电机驱动，无级调速平稳可靠，亦可用变频电机。机筒外设置铸铝加热器，并配有冷却用吹风机。 由数字显示温度控制仪实现自动控温、定温。具有轴向力过载保护和扭矩过载保护功能。 采用智能化双显数字化温控仪，实现自动控制，控制精度高。 此次设计包括 120 塑料挤出机的总体布局，传 动系统的设计，螺杆轴承部分的结构及其布置形式，挤压系统的设计，主要零件的校核。 关键词 ： 塑料机械；塑料挤出机；单螺杆 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 he is is in a it is In is to 5 to in up up of of In is of is of in to If or as be as of a of is is is up be a to a of of to an of a 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 目 录 第 1 章 绪论 . 1 题背景 . 1 题研究的目的和意义 . 1 内外在该方向的研究现 状及分析 . 2 第 2 章 电动机的选择 . 5 动机的可选择类型 . 5 动情况分析 . 6 动系统的总体布置 . 7 章小结 . 7 第 3 章 挤塑机传动系统设计 . 8 塑机工作特性的概念 . 8 塑机功率的确定 . 9 塑机的转速要求及其调速范围 . 9 动系统的组成及传动形式 . 10 动比的确定及分配 . 10 算功率及带轮尺寸的确定 . 11 星齿轮减速器的选择 . 14 章小结 . 15 第 4 章 挤塑机螺杆轴承部分的结构及布置形式 . 16 杆轴承的布置形式的设计 . 16 承的冷却与润滑 . 17 杆与传动轴的装配结构 . 17 推轴承的选择 . 18 杆的装拆 . 18 章小结 . 18 第 5 章 挤压系统的设计 . 20 杆形式的选择 . 20 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 离性螺杆的工作性能 . 20 离型螺杆的设计 . 20 筒的设计 . 23 筒的结构类型及选择 . 23 料段料筒的设计 . 24 料口的选择 . 25 筒材料的选择 . 25 章小结 . 26 第 6 章 挤塑机主要部件的强度校核 . 27 杆的强度校核 . 27 塑机主要零部件的安全系数的确定 . 31 章小结 . 33 第 7 章 挤塑机加热冷却系统的设计 . 34 塑机的加热方式 . 34 塑机的冷却装置 . 34 章小节 . 35 结论 . 36 参考文献 . 37 致谢 . 38 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 第 1 章 绪 论 题背景 塑料机械师机械工业的一个重要组成部分，塑料机械成型对塑料制品的发展起着至关重要的作用。目前塑料制品成型加工有多种方法，如挤出成型、注塑成型、压延成型和浇注成型等。其中 塑料制品用挤出成型法成型，在塑料制品中所占比例较大，按成品的重量计算，约占总产量的 1/出成型是塑料制品的主要成型法，它可以挤塑大部分热塑性塑料。挤出机发展的现有四大趋势。 高效、多功能化 。 塑料挤出机的高效主要体现在高产出、低能耗、低制造成本方面。在功能方面，螺杆挤出机已不仅仅用于高分子材料的挤出成型和混炼加工，它的用途已拓宽到食品、饲料、电极、炸药、建材、包装、纸浆、陶瓷等领域。 大型化和精密化 。 实现挤出成型设备的大型化可以降低生产成本 ， 国家重点建设服务所需的重大技术装备，大型乙烯工 程配套的三大关键设备之一的大型挤压造粒机组长期依靠进口，因此必须加快国产化进程，满足石化工业发展需要。而精密化可以提高产品的含金量，如多层共挤复合薄膜等均需要精密挤出，而作为实现精密挤出的重要手段 熔体齿轮泵必须加大力度进行开发研究。 模块化和专业化 。 模块化生产可以适应不同用户的特殊要求，缩短新产品的研发周期，争取更大的市场份额；而专业化生产可以将挤出成型装备的各个系统模块部件安排定点生产甚至进行全球采购，这对保证整期质量、降低成本、加速资金周转都非常有利。 智能化和网络化 。 发达国家的挤出机已普遍采用 现代电子和计算机控制技术，对整个挤出过程的工艺参数如熔体压力及温度、各段机身温度、主螺杆和喂料螺杆转速、喂料量，各种原料的配比、电机的电流电压等参数进行在线检测，并采用微机闭环控制。有的公司已采用网上远程监测、诊断和控制，对挤出成型生产线进行网络控制。这对保证工艺条件的稳定、提高产品的精度都极为有利。 题研究的的目的和意义 研究挤塑机设备用途工作原理为将塑料固体颗粒或粉末原料由一根或两根以买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 上在机筒内旋转的螺杆输送，加压熔融后从成型模口挤出的成型方法。可以生产棒、条、管、片、异型材等。设备核心是螺 杆的结构形式。配以相应辅机可以实现连续化作业。电线电缆的塑料绝缘和护套是采用连续挤压方式进行的，挤出设备一般是单螺杆挤塑机。塑料在挤出前，要事先检查塑料是否潮湿或有无其它杂物，然后把塑料预热后加入料斗内。在挤出过程中，装人料斗中的塑料借助重力或加料螺旋进人机筒中，在旋转螺杆的推力作用下不断向前推进，从预热段开始逐渐地向均化段运动；同时，塑料受到螺杆的搅拌和挤压作用，并且在机筒的外热及塑料与设备之间的剪切摩擦热的作用下转变为粘流态，在螺槽中形成连续均匀的料流。在工艺规定的温度作用下，塑料从固体状态转变为熔融状 态的可塑物体，再经由螺杆的推动或搅拌，将完全塑化好的塑料推入机头，到达机头的料流，经模芯和模套间的环形间隙，从模套口挤出，挤包干线芯或缆芯周围，形成连续密实的绝缘层或护套层，然后经冷却和固化，制成电线电缆产品。 内外在该方向的研究现状及分析 根据我国塑料制品的发展趋势和产品结构调整的需要以及我国挤塑机工业的实际情况，在今后一段时期内，我国挤塑机行业应重点解决五大问题。 （ 1） 高分子材料拉伸、复合、发泡技术设备拉伸、复合、发泡是成型中极为重要的专项技术，涉及到原料配方、成型工艺、塑料机械和塑料模具 。 近年来，我国在一些领域已取得较大进展，如 应注射，接近德国水平；发泡管材、发泡塑料网、发泡薄膜已达到实用水平。根据国外发展的市场需求，应重点研究双向拉伸薄膜成型技术及设备，使之达到技术实用化、设备商品化的程度。 （ 2）平挤出成型工艺与设备以“ T”型 (或衣架式 )机头为标志的成型技术，近年来国外发展迅速，并日趋成熟、完善，其重要性和在塑料加工中所占的分量在快速上升。 我国对这类技术和设备正处于研制起步阶段，多数设备属空白。近年来，我国部分研究及生产单位开发的聚氯乙烯发泡板材 (塞路卡法和自由发泡法 )生产线，工艺性差，与国外设备相比存在很大差距。 为掌握这类技术，重点要解决机头、冷却、压光装置的设备制造，包括温度尝物体流变的研究。在研制单层片材生产技术和设备的基础上，研制共挤出片材生产技术和设备。 （ 3）电磁动态原理及应用电磁动态挤出机为世界首创，在一定范围内在某些产品上得到了成功应用 (如用于中小型吹塑薄膜生产 )。该挤出机节能省料，经济和社会效益是其他技术所不能比拟的。但目前使用范围不广，除了需要解决相应的成型装置外，在电磁动态挤出理论方面还有待解决高速高效下的热平衡，提高高分子量物料的塑化 能力和质量等问题。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 （ 4）在线检测及自动控制技术在塑料工业发达国家，注塑成型材料的数字、智能控制和比例或伺服系统技术已成熟，且在迅速更新提档；挤出成型设备实现全线联机控制，并与在线检测装置建立反馈系统。 国产塑料成型设备基本上为单机控制，联线控制少，考虑到投入大、成本高，测厚装置及相应的控制技术极少应用。 （ 5）计算机 统的建立与应用国外已普遍得到应用 ， 国内也具备基础条件，应积极推广普及应用。 综上，我国挤塑机在技术和工艺方面还存在着很大的提升空间。 因此，国内塑料机械企 业应尽快提高我国塑料机械的设计和制造水平，增加国产塑料机械的市场竞争力。 目前我国已经成为世界第一大挤塑机生产和消费国，但却远不是挤塑机生产强国。我国挤塑机业要追赶世界先进水平，必须要从发展高科技产品、加强塑料加工新技术的开发、研究新型高速精密塑机等方面入手，才能缩短与世界先进水平的差距。 2003 年，我国塑料机械工业总产值 元，销售金额达到 元，这两项十年来的年均增长率都在 13%以上，并拥有了世界最大的塑机企业 在出口方面， 2003 年我国共出口塑机 美元，十 年来我国的年均塑机出口额增长率达到了 41%，但中国轻工机械协会许政仓教授指出，我国在出口产品中，低端产品占 90%以上，而进口增长远大于出口增长。去年我国共进口塑机达 美元，同比增长 远高于出口增速。而海天集团总顾问、北京化工大学教授王兴天更是一针见血地指出：“我国塑料机械工业水平与世界先进水平的差距正在增大，如果不尽快在高科技方面追赶，我国将失去世界塑机市场竞争的主动权。” 我国在中低端挤塑机产品上对德国的威胁十分严重，他们正试图 通过合资或在中国加工部件的形式来降低成本从而与我国竞争。但德方还认为，在高档产品上，中国十分希望能通过合资等方式引进技术而提高其产品质量，但其自身对高档产品的研发和国际市场的高端竞争重视不够。 我国挤塑机产业与国外差距主要表现在塑机的生产速度、精密度、测控水平方面，尤其是精密机方面。我国每年进口的约 2 万台塑机中有 60%是精密注塑机，在多层共挤塑机方面，我国的挤塑机在精确控制层厚方面难以与国外挤塑机相比。在国外普遍应用的全电动塑机，国内没有专利，只能靠引进技术生产。而且在进料、电控方面，国产挤塑机重视度不够 ，在成本核算十分重要的今天，精确进料对于保证减少废料产生、节约成本是极为重要的一环，从进料斗就可看出国内外产品之间的差距。 要使我国的挤塑机水平尽快与世界接轨，单纯地靠引进国外技术是不够的，必须从前沿技术的自主研发入手，改变我国挤塑机水平的落后局面。目前挤塑机买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 技术在环保和节能、可持续发展的研究上，我国与国外发达国家处于同一起跑线，差距不明显，可以从该领域着手，发展节能环保的新型挤塑机以开拓高端市场。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 第 2 章 电动机的选择 动机的可 选择类型 三相异步整流子电机的工作特性曲线与挤出机的工作特性曲线相近，采用它作原动机，能够保证有较高的功率与效率，而且这种电机启动性能好，运转性能稳定，但当调速范围大于 1： 3 时，电动机体积会明显增大，成本也相应地提高，同时挤塑机的工作环境粉尘大，调速范围大。 电动机选择依据 ： （ 1）挤塑机的工作特性。 （ 2）分析调速范围如何满足。 （ 3）分析电机的运行特性。 （ 4）满足厂家的要求。 通过分析可知，挤塑机的工作特性为恒扭矩特性。能满足挤塑机工作特性的电机常用有 三相异步整流子电机和直流电动机 两种。 两种电机的工 作特性如图 2示。 图 2动机性能表示 通过分析电动机特性及满足要求等方面得到以下结论：三相异步整流子电机的工作特性曲线与挤出机的工作特性曲线相近，采用它作原动机，能够保证有较高的功率与效率，而且这种电机启动性能好，运转性能稳定，但当调速范围大于 1：3 时，电动机体积会明显增大，成本也相应地提高，同时挤塑机的工作环境粉尘大，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 调速范围小，所以不选用此种电机。 由图 2知，直流电动机的变速范围广，启动也较平稳，具有两种调速方法的特点，使其能够得到充分的利用，挤塑机出口塑料要求也在冷却时有一定的牵引力，这就要求牵引速度与挤出机速度有一定比例，要求牵引速度与挤出速度之间形成反馈，用直流电动机能满足这个要求。 综上所述，直流电动机，其型号为 种电机空间利用率高，换向良好，具有体积小，性能好，重量轻，输出功率大，效率高及可靠性能高的特点，其安装尺寸以及外形尺寸见表 如下 ： 表 2流电机尺寸 安装尺寸 A B C D E F K 432 800 180 78 172 20 10 260 28 外形尺寸 C D L 50 648 490 906 1220 1580 动情况分析 根据： （ 1）国内常用。 （ 2）分析工作机构的工作特性及调速情况。 （ 3）分析工作机构的性能参数及工作情况。 （ 4）选用电动机的调速范围和类型。 分析： （ 1）机械传动系统在性能、尺寸、重量和布置的要求。 （ 2）工作环境、高温、低温、潮湿、腐蚀、易燃等 （ 3）制造工艺性能和经济要求、制造维修费用、生产批量、使用寿命。 根据上述两个步骤，选择两种传动方案： （ 1）电机 行星齿轮 （ 2）电机 减速器 分析两种传动方案： （ 1）皮带传动属于 挠性传动，它先靠中间的挠性体（皮带）与带轮之间的摩擦力传递功率，皮带传动结构简单，制造维修方便，传动平稳，吸震性好，噪音小，传动中心距大，具有过载保护。 （ 2）电机通过联轴器直接与减速器相连，传动链短，效率高，但无过载保护。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 结论：根据挤塑机的运动特点，要求工作平稳，噪音低，恒扭距等，所以选择 1 方案较为合适。 动系统的总体布置 传动系统的布置形式多为三种，其一为：电动机放于挤塑机后面，与挤出系统成一字排列；其二为：电动机放于挤出系统的下面；其三为：大中规格挤塑机的常用形式。此次设计的挤出机为小型 挤出机，所以要求占地面积小，外形美观，结构紧凑，安装维修方便。综上所述，选择第二种布置形式最佳，其外形轮廓为： （ a）电动机放于挤塑机后面 （ b）电动机放于挤塑机下面 （ c）电动机放于挤塑机上面 图 2动系统布置形式 章小结 本章通过对挤塑机工作性能、调速范围及其他要求，初步选定采用直流电动机。通过对传动要求的分析，选择电机 三角带 行星齿轮减速器 螺杆传动方案。并根据实际需要确定传动系统的总体布局。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 第 3 章 挤塑机传动系统设计 塑机工作特 性的概念 传动系统的设计主要考虑如下几个方面的问题，螺杆的驱动功率和传动扭距，螺杆的转速范围及其调节方法，螺杆的轴承布置，传动系统的领部件及其强度计算，各部件的布置是否合理，传动是否使用可靠和符号所规定的噪音标准，操作和维修是否安全方便等 。 挤塑机的工作特性，是指螺杆的转与驱动功率和扭距之间的关系，下图为 120挤塑机驱动率与转速的关系曲线（其中 恒扭矩段； 恒功率段）。 图 3塑机驱动功率与转速关系曲线 从图中可以看出：挤塑机的驱动功率的消耗是随着转速的提高而增加。并且看出直线的斜率表示 扭矩 不变的，挤塑机的这种随螺杆的转速 n 的增加而其扭矩不变的特性，称之为挤塑机的恒扭矩特性。根据文献 8式 1 (3式中 N 功率消耗 K 常数（与螺杆几何参数有关） n 螺杆参数 x 指数（ x =1） 根据实验表明：挤塑机的功率的增加与转速近似成正比，挤塑机的工作特性基本上是恒扭矩的。 螺杆的转与驱动功率和扭距之间的关系，挤塑机的 驱动功率的消耗是随着转速的提高而增加，而其扭矩不变的特性，所以可以看出挤塑机的买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 的特性分布规律。 塑机功率的确定 挤塑机驱动功率受很多因素影响，至今还没有一个比较精确的方法确定，参考文献 1中的 1般采用如下经验公式计算驱动功率： s = (3式中 N 挤塑机的驱动功率， 螺杆直径， n 螺杆转速， r/K 系数，可根据实验和统计分析确定 ， K=于该挤塑机则有： N=122 (8 48) =W 考虑到挤塑机的各种损耗，查实用机械设计手册决定选用 直流电动机 ,该电动机的技术数据如下： 表 3流电动机的技术数据表 2 额定功率， 定转速r/高弱磁转速，r/定电流A 额定电压， U 效率， % 重量2 3000 3600 40 42 塑机的转速要求及其调速范围 挤塑机的转速要求有两方面，一是能无级调速，另外是应有一定的调速范围。前者是为了控制挤出质量及与辅机的配合一致；后者是针对挤出机应具有适应各种加工情况而提出来的，要达到对产品的产量各质量的控制，除可通过控制温度，压力等条件实现外，其中一个重要方面是靠 改变螺杆的转速来控制的。以上这几个方面就要求螺杆转速能在一定范围内任意改变。 所谓挤塑机的调速范围就是指螺杆的最高转速与最低转速之间的比值，转速范围的确定是很重要的，因为它是直接影响到挤塑机所能加工的物料和产品的范买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 围，机器的生产率，功率的消耗，制品的质量，设备的成本和操作是否方便等。 对于 120 挤塑机，调速范围应为： 68/48/ m a x 螺杆的线速度因为： 60/2 =28 48)/60 =m/s 动系统的组成及传动形式 挤塑机的传动系统通常是由原动机（如电动机等），调速装置和减速装置组成，这三者之间是紧密相联的，如有些原动机其本身即可调速，也有调速装置与减速装置合在一起的。 (1) 原动机 根据分析，采用直流电机 2) 调速装置 采用电动机本身无级调速：当改变电枢电压时，得到的是恒扭距调速；改变励磁电压时，得到的是恒功率调速。随着转速的增加而其功率不变而扭距相应地减小， 120 挤塑机便是利用了直流电动机这种调速方法的特点。 (3) 减速装置 目前挤塑机的减速方式按其减速箱的结 构分为卧式，立式，综合式三种。 卧式 制造及装配工艺都容易，但结构不紧凑，轴向及宽度方向尺寸大，目前已很少采用。 立式 结构美观，紧凑，制造工艺及装配较困难，大齿轮的润滑情况较差，一般需要用油 泵进行强制润滑，目前国产的小规格挤出机多采用这种形式的减速箱。 混合式 综合了卧式与立式的布置特点，采用空间斜向布置，合理利用空间，结构较紧凑，大齿轮的润滑情况也比较好，国产大型挤塑机的采用这种形式的减速箱。根据 120 挤出机的特点，选用立式减速箱，考虑到减速比，结构以及传动效率等方面的问题，所选 的立式减速箱为齿轮减速箱。 动比的确定及分配 （ 1） 传动比的确定 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 直流电动机： 杆： nr/88=螺 603000/48 i （ 2） 传动比的分配 对电机 减速器的传动方案而言，选取 5= 1I 为皮带的传动比 12= 2I 为减速器的传动比 算功率及带齿轮尺寸的确定 （ 1） 确定计算功率 由文献 1中表 得工作情况系数，则有： 2K=P (3根据 及 n=3000r/图确定选用 B 型带。 （ 2） 确定带轮的基准直径 查机械设计教材中图 表 以取主动轮的基准直径为 160 1 从动轮基准直径应为： 验算带的速度： )1 0 0 0 060)( 11 = (1603000)/ (6010000) =25m/s 对于 B 型带而言，5m/s，则带的速度合适。 （ 3） 确定 V 带的基准长度及传动中心距 初定中心距 )(2)(1021 )800160(2)800160( a 即 21607560 a取 a 带的基准长度为 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 704/)160800(+)800+160(2/702=)D+D(2/+202122100d 由文献 3中表 取带的基准长度为： 实际中心距的确定 7 8 0 m 3 0 ) / 2-( 3 1 5 0 702/)( 00 考虑到安装调整和补偿拉力的需要，中心距的变动范围为： 7 3 2 . 3 5 m 5 00 . 0 1 57 8 00 1 i n 8 7 4 . 5 m 5 00 . 0 37 8 a x 主动轮上的包角 1a 的验算 80/)160800(18060/)(180 12 以主动轮上的包角合适。 计算 V 带的根数 Z )/( 00 式中 包角系数 长度系数 K 材质系数 0P 单根 V 带所能传递功率的增量 0P 单根 V 带所能传递的许用功率 由 V=25m/s 及 D ，查 文献 1中表 文献 3中表 知： 86.0K 采用橡胶带 P P 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 则有 Z= Z=5 根。 （ 4） 计算初拉力01/500 (3式中 q 普通 V 带单位长度的质量， kg/m 查文献 1表 ： q=m 则有： 17+）15/ 0. 93（ ）5 25（24. 2/ 500 20F （ 5） 计算轴上的压力 Q )2/s 2 10 (3式中 Z 带的根数 0F 单根带的初拉力 1a 主动轮上的包角 则有 Q=2 5 2) = 6） 带轮的结构设计 根据 D 300 时，可采用腹板式结构 ； D300 时，采用辐条式结构。故主动轮采用腹板式结构，从动轮采用辐条式结构。根据查阅具体资料和文献得到的数据得到结果。 查文献 3表 V 带截面尺寸如下： 表 3通 V 带截面尺寸 3 截 型 节 宽 顶 宽 高 度 单位长度质量 ， ， mm q， kg/m B 14 17 11 公式可知带轮的各个部分尺寸 )式中文献 1表 8 则有 072402 ) 2 01 0 8602 ) 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 查文献 3中表 V 带带轮轮槽尺寸如下： 表 3通 V 带带轮轮槽尺寸 3 槽型 槽根槽顶高 槽间距 e 槽边宽 基准宽度轮缘厚度 轮 宽B 槽 角 B 14 01 34 故取 2 (3带入数据得 2/)(0 rh (3带入数据得 d 星齿轮减速器的选择 （ 1）输入角速度的确定 112 /i 式中 1 电机轴转速 1i 电机 由此可知减速器