振动固体压实装置的设计振动系统设计【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 研究振动力场作用下固体输送段的动态输送理论是一个全新的概念。在振动力场作用下聚合物物料运动加剧，容易产生滚动， 对固体输送段的填充起到积极作用 ，从而深化 单螺杆 挤出机的理论与工程应用。 本设计的主要任务 是振动系统的设计 ， 然而振动系统又 分为三大类 ： 机械振动、电磁振动和液压振动 。 本课程 设计 在相比较电磁振动和液压振动的的情况下 ， 相比较与各个振动系统的优缺点情况下 ，最终 确定了最适合本设计的振动方案 ， 机械振动即 物体或质点在其平衡位置附近所作的往复运动 。 本设计采用电动机 为系统所 需 振动提供原动力， 利用传动轴 将电机的转动导出，继而带动传动轴上的偏心轮转动，由于偏心轮的作用，便可使得 振动 板做有规律的振动， 然而只需要给予偏心轮提供不同的偏心距即可得到不同的振幅， 由于偏心轮结构的特点，本设计引入弹簧作为蓄能器，利用弹簧的蓄能和释能 配合偏心轮机构来使得振动板做有规律的运动。 振动必然需要有提供能量的振动源，再根据系统的需求，来确定振动的振幅和频率。显然若想得到不同频率的振动，只需要调节电机的转速。本设计采用变频器便可以实现电机的调速，也就是讲对于不同的 需求 ，振动装置可以实现大幅的调频及微调。 关键词 ： 振动 频率 振幅 转速 偏心轮 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 of is a In to a in to of is in of of of to of or or in to of to on to of be to do a to be of of of as of to to do an to to to If to be of to be by is a M 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 物理量名称及符号表 物理量 符号 单位 振幅 A 率 f 速 n r/度 L 积 S 力 F N 摩擦力 f N 摩擦系数 功率 P W J 硬度 力 性系数 k 节距 P 间 t s 速度 v m/s 功率系数 K 屈服点 g 伸强度 b 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 摘 要 . I . 理量名称及符号表 . 前言 . 1 引言 . 1 固体输送理论研究的发展阶段 . 1 单螺杆挤出机原理 . 1 振动系统 . 2 压振动系统 . 2 磁振动系统 . 4 械振动系统 . 5 研究的目的和意义 . 6 设计要 求及解决问题 . 7 要研究内容： . 7 决的关键问题： . 7 2 零件的设计 . 9 动机的计算及选择 . 9 心轮的计算及设计 . 12 簧的计算及设计 . 13 承的设计及选择 . 15买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 动轴的设计 . 17 动盖的设计 . 18 结 论 . 22 参考文献 . 23 谢 辞 . 24 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 前言 引言 自二十世纪四十年代开始的 固体输送 理论研究伴随 着挤出设备的发展而演进，针对挤出成型技术的不同发展时期以及面临的主要问题与矛盾及解决手段和设备，所建立的 固体输送物理（数学） 模型有所不同，研究手段和方法也有所不同。当前，随着动态成型技术的发展，针对振动力场诱导固体输运的动态固体输送机理的研究应运而生。 本设计主要 为振动固体压实装置的振动系统设计 ，在传统的单螺杆挤出机的基础上加入振动装置使其大大缩短了压实段的长度，使其得到更大的效率，这是一个非常大胆的假设突破了传统的单螺杆挤出机的理念 ， 这必定作为一门新的技术引领着传统单螺杆挤出机迈 进 了 新的时代而凸显了它的优越 性。 固体输送理论研究的发展阶段 1956 设固体流沿着螺旋槽以一个固体弹性塞运动并且与螺杆和机筒的所有面完全接触。 1970琴 钟对 而提出粘性牵引理论。该结果预言压力沿螺槽方向成线形关系增长，这与实际比较接近。 1971年， W. 用虚位移原理和能量平衡原理推出的固体输送理论。该理论同样假设物料在螺槽中以密实的、无变形的、密度不变固体塞形式进行运动。 1986年，北京化工学院朱复华及 房士增等在有透明视窗的挤出机的实验中，观察到进入延迟区之前，塑料颗粒间几乎都存在着相对位移和间隙，甚至螺槽有未充满现象，在此基础上提出非塞流固体输送理论 1 。 单螺杆挤出机原理 单螺杆 挤出按照 螺杆 工作性质的 分类 ，可分为以下三段 ， 如图 1 要预热、受压挤实， 传统 挤出理论认为此处物料是松散体，后来通过证明此处物料实际是固体塞，就是说这里物料受挤压后是一固体象塞子一样，因此只要完成输送任务就是它的功能了。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 螺槽体积由大逐渐变小，并且温度要达到物料塑化程度，此处产生压缩由输送段三，在这里压缩到一，这叫螺杆的压缩比 3： 1，有的机器也有变化，完成塑化的物料进入到第三段 2。 此处物料保持塑化温度，只是象计量泵那样准确、定量输送熔体物料，以供给机头，此时温度不能低于塑化温度，一般略高点 3。 图 1振动 系统 振动系统 是由多个元件组合形成的一个可以使物体来回运动的机构。而最常见的振动系统有液压振动系统、电磁振动系统和机械振动系统 ，以下是几个振动系统的分别 介绍。 压 振动 系统 它是由两个大小不同的液缸组成的，在液缸里充满水或油。充水的叫“水压机”；充油的称“油压机”。 如图 1文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 1两个液缸里各有一个可以滑动的活塞，如果在小活塞上加一定值的压力，根据帕斯卡定律，小活塞将这一压力通过液体的压力传递给大活塞， 来实现运动的 4。 液压振动 系统 优缺点如下： 液压振动系统 优点： 1、液压 振动 系统 的各种元件，可以根据需要方便、灵活地来布置。 2、重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快。 3、操纵控制方便，可实现大范围的无级调速。 4、可自动实现过载保护。 5、一般采用矿物油作为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长 并且能够循环利用 。 6、很容易实现直线运动。 7、很容易实现机器的自动化，当采用电液联合控制后，不仅可实现更高程度的自动控制过程，而且可以实现遥控。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 液压振动系统 缺点： 1、由于流体流动的阻力和泄露 较大，所以效率较低。如果处理不当，泄露不仅污染场地，而且还可能引起火灾和爆炸事故。 2、由于工作性能易受到温度变化的影响，因此不宜在很高或很低的温度条件下工作。 3、液压元件的制造精度要求较高，因而价格较贵。 4、由于液体介质的泄露及可压缩性影响，不能得到严格的传动比。 5、液压传动出故障时不易找出原因；使用和维修要求有较高的技术水平。 6、 发热 由于传力介质（液压油）在流动过程中存在各部位流速的不同，导致液体内部存在一定的内摩擦，同时液体和管路内壁之间也存在摩擦，这些都是导致液压油 温度升高的原因。温度升高将导致内外泄漏增大，降低其机械效率。 磁 振动 系统 电磁 振动 是研究电磁和电磁的相互作用 来实现远动的 现象 ， 根据近代物理学的观点，磁的现象是由运动电荷所产生的 5。 如图 1 1电磁振动系统 优缺点如下： 电磁振动系统 优点： 1、 系统 简单，价格低谦。 2、 动作快递，外形 轻巧。 3、 无机械惯性，反应灵敏 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4、 便接电脑， 便于操控。 5、清洁，无噪声。 电磁振动系统 缺点： 1、 功率微小， 不适合较大系统。 2、受温度影响较大， 不能用于较高温度。 3、 调节精度受限，适用介质受限。 4、易受电压影响，容易损坏，不容易维修。 5、当今电磁系统技术不够全面和成熟 。 械 振动 系统 机械振动：物体在某一中心位置附近所做的往复运动叫做机械振动 。 机械振动有不同的分类方法。按产生振动的原因可分为自由振动、受迫振动和自激振动；按振动的规律可分为简谐振动、非谐周期振动和随机振动 ;按振动系统 结构参数的特性可分为线性振动和非线性振动；按振动位移的特征可分为扭转振动和直线振动 6。 如图 1 1动系统示意图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 机械振动系统 优缺点如下： 机械振动系统 优点 ： 1、能够为系统提供大功率输出。 2、 基本不受温度影响。 3、机械 元件的制造 较为方便 ，因而价格 便宜。 4、机械系统传动稳定，误差较小。 5、机械系统 易 于 使用和维修。 6、操纵控制方便，可实现大范围的无级调速。 7、很容易实现直线运动。 机械振动系统 缺点： 1、机械惯性，反映比较慢。 2、无法实现远距离操控。 3、发热比较明显，零件易磨损。 4、重量 大 、体积 比较庞大 。 经综上对 液压振动系统、电磁振动系统和机械振动系统的 综合 分析， 由于 本设计装置需要足够的功率输出，并且需要较为稳定的输出。本设计相比较与以上三种系统的优缺点，同时兼顾系统所需求的功率、振幅、频率等问题，最终决定采用振动系统为本装置提供所需求的原动力。 机械机构一直以来都是人们不断研究和改善的系 统。也是工业运用最广泛的。 1656 1657 年，荷兰的 创制了单摆机械钟。 20 世纪初，人们关心的机械振动问题主要集中在避免 共振 上 ,因此 ,研究的重点是机械结构的固有频率和振型的确定。 1921 年，德国的 30 年代，机械振动的研究开始由线性振动发展到非线性振动。 50 年代以来，机械振动的研 究从规则的振动发展到要用概率和统计的方法才能描述其规律的不规则振动 随机振动 。由于自动控制理论和电子计算机的发展，过去认为甚感困难的多自由度系统的计算，已成为容易解决的问题。振动理论和实验技术的发展，使振动分析成为 机械设计 中的一种重要工具 7。 研究的目的和意义 在振动力场作用下聚合物物料运动加剧，容易产生滚动，降低产生架拱的可能性，对买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 固体输送段的填充起到积极作用，缩短了固体塞压实所需长度，压力提早建立，产量提高，避免了产量的波动。因此，有必要对振动力场作用下挤出机固体输送段物料颗粒及颗粒体系的运动规律和输送产量进行研究，了解物料压实过程、输送规律和输送效率，从而深化了 挤出机的理论与工程应用。 本设计为固体压实装置提供振动，即有以下几点要求： （ 1）要求振动系统频率和振幅可调 。 （ 2） 振动装置平稳可调 。 （ 3）要求偏心轮有足够的硬度 及耐磨性 。 （ 4）要求弹簧有足够的弹性系数 。 （ 5） 装置结构紧凑，外表美观 。 计要求及解决问题 要研究内容： 振动系统为本设计研究的主要内容， 将振动系统添加到 固体压实装置 中 ， 使其得到更高的效率，并使其优化。 并 且 需要考虑把 振动的 周期性及 其 可调性 引入到本套装置上，然而振幅与频率也是 振动系统 的重点。 决的关键问题： 经对 固体压实装置和振动系统的分析，本设计需要解决以下几个关键问题。 1、振动系统的选择： 1）能够满足系统的需求。 2）结合实际情况，尽量降低成本。 2、 电动机 的选择： 1） 要求 电动机 有足够大的功率 ，能够满足机构所需的最大功率 。 2） 要求能够实现不同的转速 ，使其获得不同的频率 。 3、偏心轮的选择： 1） 要求合适的尺寸 ，使其满足机构所需求的振幅 。 2）材料要求有足够的 硬 度及耐磨性。 4、回程弹簧的选择： 1）要求合适的直径及轮廓直径。 2） 要求合适的弹性系数，能够使得螺杆在弹力的作用下自行回程， 以实 现振动的往复。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5、振动板设计： 1）要求能够与矩形槽尺寸配合。 2）要求振动板振动平稳， 并且尽量减小摩擦。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 零件的设计 动机的计算及选择 电动机的作用是将电能转换为机械能 ,现代各种生产机械都广泛应用电动机来驱动。然而在此也不例外，本设计同样采用电动机为本装置提供原动力 8。 电动机 所需参数的计算： 要求 电动机 的最大转速： 取最高频率为 20 m 2 0 06020 （ 2 滑动板 所受的 最大 压强（ 段的长度： 此 取 125 10。 注：滑动板其他位置产生的压强远远小于最大压强值，即在以下计算中可忽略 。 滑动板的宽度： 65得滑动板 与物料间 最大压强 的 面积为： 232 （ 2 滑动板所受的正压力为： 37 （ 2 取摩擦因数： 11 滑动板所受的摩擦力为： 5 101 2 （ 2 求解所需 电动机 的最大功率： 取振幅 A=频率 f=50率得： 3 （ 2 取整 电动机要求给予系统的转速最少需 200 r 功率 择电动机型号： 能、起动转矩高、噪音低、振动小、运行可靠、寿命长等优点。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2参数如表 23 表 2电动机型号 功率 转速 电压 电流 功率因数 转矩 质量 430r/80V m 34动机参数 校核 ： 电动机 转速 校核 ： m 2 0 0m 4 3 0 (2经以上校核 合 该系统需求 。 电动机 功率校核 ： (2经以上校核 合 该系统需求 3。 变频器参数如表 23 表 2额定电压 额定电流 额定功率 速度控制范围 速度控制精度 尺寸 220 240V :200 149 202 172 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 变频器选用 :西门子 620实物图如图 2 2为 了将电动机很好的固定，以至于在工作时不发生偏移。为此本设计使用电机固定板，其机构设计图如图 2 2买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 心轮的计算及设计 偏心轮即装在 轴上的轮形零件 ， 轴孔偏向一边，轴旋转时 ， 轮的外缘推动另一机件 ， 产生往复运动。 偏心轮机构是由 凸轮 演化而成的。凸轮是指一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，一般为主动件，作等速回转运动或往复直线运动。与凸轮轮廓接触，并传递动力和实现预定的运动规律的构件，一般做往复直线运动或摆动，称为从动件。凸轮机构在应用中的基本特点在于能使从动件获得较复杂的运动规律。因为从动件的运动规律取决于凸轮轮 廓曲线，所以在应用时，只要根据从动件的运动规律来设计凸轮的轮廓曲线就可以了 9。 偏心轮简单的说就是转动轴和轮的中心轴平行但不重合的简单机械。 本设计中就是利用偏心轮的偏心距特点使其获得周期性往复 运动 ，从而得到需求的 振幅。 偏心轮所需满足的要求：振幅 A: 取偏心轮直径为 100大小与电动机传动轴配合 内 径 为 30度与配合轴承相等 为 25面轴承设计中得以确定）。 选取材料 为： 45#钢 正火（正火目的是提高材料的硬度） 参数如表 23 14 表 25#钢正火参数表 抗屈服极限 抗拉伸强度 伸长率 断面收缩率 冲击吸收功 硬度 355008% 40% 39J 241为 偏心轮所需提供的振幅 A 为： 以偏心轮的偏心距 分别为： 心轮设计 14图如下 图 2文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 2偏心轮 工作原理：由电机带动传动轴转动，而安装在传 动轴上的偏心轮也随之转动，由于偏心轮偏心距的作用继而带动振动盖运动。 簧的计算及设计 弹簧是一种利用弹性来工作的 机械零件 。一般用弹簧钢制成。用以控制机件的运动、缓和冲击或震动、贮蓄能量、测量力的大小等，广泛用于机器、仪表中。 弹簧只是个 蓄能器 ，它有储存能量的功能，弹簧严格意义上的弹簧发明家应该是英国的科学家 胡 克 (虽然那时螺旋压缩弹簧已经出现并广泛使用，但胡 克提出了 “ 胡 克定律 ” 弹簧的伸长量与所受的力的大小成正比，正是根据这一原理，弹簧也被 胡 克本人发明出来。而符合 “ 胡 克定律 ” 的弹簧才是真正意义上的弹簧 6。 本设计就是采用压缩弹簧及“胡克定律”来做的计算及设计，利用偏心 轮在挤压的过程中所储蓄的能量，当偏心轮偏离时使其回程，继而完成一个工作周期。 弹簧 所需提供的的最大弹力为： 根据要求选取弹簧 类型 为： 选取材料：弹簧钢。 选取材料直径： 8 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 选取弹簧中经： 50以所得弹簧参数如 表 216 表 2弹性系数 试验载荷 许用应力 一圈弹簧的刚度 最大心轴直径 K=1 1352N 58524N/0算： 有效圈数： 5 2 101 2 5 2 3 (2取整： N=8 节距： n (2 (2现取： d 所以， 由式 2距： 5 （ 2 弹簧的有效长度： 208151 （ 2 取弹簧无弹性效用长度： 02 所以，弹簧的总长度： 7 0501 2 021 （ 2 其结构示意图如图 2文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 2承的设计及选择 轴承 究其作用来讲是支撑 的作用 ，即字面解释用来承轴的，但这只是其作用的一部分，支撑其实质就是能够承担径向载荷。也可以理解为它是用来固定轴的。就是固定轴使 其只能实现转动，而控制其轴向和径向的移动。从理论上来讲不可能实现传动的作用，不仅如此，轴承还会影响传动，为了降低这个影响在高速轴的轴承上必须实现良好的润滑，有的轴承本身已经有润滑，叫做预润滑轴承，而大多数的轴承必须有润滑油 ，负责在高速运转时，由于摩擦不仅会增加能耗，更可怕的是很容易损坏轴承。把滑动摩擦转变为滚动摩擦的说法是片面的，因为有种叫滑动轴承的东西 17。 然而本设计轴 承的运用也不例外， 即轴承配合偏心轮传递偏心轮的 运动 给予滑动板，在此轴承不仅取到传递的功能而且很有效的保护了偏心轮，使其由滑动摩擦改进为滚动摩擦，大大的减小了摩擦力，从而减小了偏心轮的磨损，延长了偏心轮的使用寿命。 所以本设计选用： 动轴承。其参数如表 26 18 表 2动轴承 参数表 内径 外经 厚度 额定动载荷 额定静载荷 极限转速 20255500N 29500N 3800r/承校核： 载荷校核： 625025500 （ 2 经以上分析该轴衬载荷符合本设计要求。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 转速校核： 100120052 n （ 2 得： m 8 0 0m 3 0 8 （ 2 经以上分析该轴承转速符合本设计要求 8。 综上所述该轴衬符合该设计要求。 其结构图如下图 2 2为 将轴承很好的固定在振动轴上，为此特定设计轴承定位轴。其结构设计图如图 2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 2动轴的设计 轴是支承转动零件并与之一起回转以传递运动、扭矩或弯矩的机械零件。一般为金属圆杆状，各段可以有不同的直径。机器中作回转运动的零件就装在轴上。 轴的分类： （ 1） 转轴 工作中既承受弯矩又承受转矩的轴。 （ 2） 心轴 工作 中承受弯距而不传递转矩的轴 。 （ 3） 传动轴 工作中只传递转矩而不承受弯矩或很小弯矩的轴。 由于本设计所需 的轴只传递轴向的振动， 仅承受轴向载荷， 即 不 承受弯距 又 不传递转矩 ， 所以本设计的振动轴 不 属于 以上三类 。其结构设计图如图 2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 2动盖 的设计 振动 盖 可以配合 料筒 组装起来成为完整的 机构 。 本设计主要 利用导杆固定振动盖的运动 ， 即在振动盖上端加上 运动 导杆， 使之避免在高压强情况下脱离 运动 轨迹，以至于发生不必要的故障 。另外振动盖下端与料筒接触的部分加入直线滚动球轴承，使之由滑 动摩擦改进为滚动摩擦，大大地减小其与料筒的摩擦，而且 不易脱 落、磨损 。 再者振动盖右端与弹簧和轴承相配合共同传递由偏心轮提供的运动轨迹。 由于结构简 单 ，使得成本大大降低 ，而效率得到明显的提高 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 振动盖设计图如 图 2图 2买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 元件 分析： 导杆 分析 ： 1）用来引导振动盖的运动，使之按照设计的运动轨迹做周期性的振动。 2）由于料筒内物料的高强度压实，即会产生对振动盖一个向上的冲击力，而导杆在一定程度上可以稳固的作用。 振动盖 分析 ： 1）顾名思义，振动盖作为料筒的端盖，配合料 筒使之产生一个独立的空间用来压实物料。 2）振动盖，利用振动必将更有效地缩短压实段的长度 ，并将 更有效地 压实物料。 然而，振动盖在此的作用相当巨大，即要能够作为料筒的端盖，而且还要起到周期性振动的作用。为了振动盖能够很好的完成以上的两种使命，而且减小其振动的摩擦，延长其使用寿命，本设计在此引入直线滚动球轴承。 在此选用 详细参数 图 如下 图 2 图 2线滚动球轴承 其参数表 如下 表 29 表 2线滚动球轴承 参数表 标注型 球列数 型号重量 内圆直径 外圆直径 L B W 密度 高级 585g 400072 20 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 至此，本设计的全部零件已设计完毕，其装配图如图 2 2买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 结 论 本 设计 圆满的完成了振动固体压实装置的振动系统设计，该装置通过核心零件偏心轮机构成功 的 把振动力场引入到固体输运过程 中 ，从而使得 本设计得到进一步的展开和得以继续。 振动系统的选择及其设计为本设计的重点，本设计通过比较液压振动系统、电磁振动系统和机械振动系统的优缺点后，再结合实际情况选择了最适合本设计的机械振动系统。然而振动系统的选择确定了本设计的研究方向和设计方向。 工业 制造技术不仅是衡量一个国家科技发展水平的重要标志 ,也是国际间科技竞争的重点。 我国尚处于社会主义发展中国家，相比较与发达国家来讲，我国的工业制造技术还很落后。我相信经过我们一代又一代人的努力，我国会渐渐 缩小其之间的距离，从而更 进一步的提高我国的综合国力。 通过本设计，让作者更进一步地了解了单螺杆挤出机的工作原理和振动系统的应用，也使作者巩固了所学的知识并初步掌握了设计的研究方法。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 参考文献 1 石宝山，华南理工大学博士论文 J . 2006 2 李建波振动力场作用下挤出机固体输送的研究 J华南理工大学硕士学位论文 . 2001 3 王文斌，机械设计手册篇委会 . 机械设计手册 新版 M 机械工业出版社 ， 2004 . 5 4 段明扬 . 现代机械 制造工艺设计实训教程 M . 广西 ： 广西师范大学出版社 ， 2007. 1 5 杨可桢 ， 程光蕴 ， 李仲生 机械设计手册 5版 M 北京 ：高等教育出版社， 2006 5 6 孙得志，张伟华，邓子龙 M 学出版社， 2006. 5 7 李益民 . 机械制造工艺设计简明手册 M . 北京： 机械工业出版社 ， 1999. 10 8 温照