BCCH125型双螺杆挤压机

1、摘 要双螺杆挤出机由传动装置、加料装置、料筒和螺杆等几个部分组成，各部件的作用与单螺杆挤出机相似。与单螺杆挤出机区别之处在于双螺杆挤出机中有两根平行的螺杆置于同一的料筒中。双螺杆挤出机有许多种不同的形式，主要差别在于螺杆结构的不同。双螺杆挤出机的螺杆结构要比单螺杆挤出机复杂得多，这是因为双螺杆挤出机的螺杆还有诸如旋转方向、啮合程度等等问题。本次设计通过对挤压机三维设计，挤压系统参数优化，利用UG平台进行系统运动仿真，以及BCCH125型双螺杆挤压机装配图和关键零部件工程图的绘制，完成对BCCH125型双螺杆挤压机的设计。关键词：三维设计；参数优化；运动仿真；图形绘制；IIIAbstractTh

2、e composition of several machine consists of driving device, feeding device, barrel and screw, twin screw extrusion, each component function and single screw extruder similarity. And the difference between single screw extrusion in a twin-screw extruder with two parallel screw is arranged in the sam

3、e cylinder. Twin screw extruder has many different forms, the main difference is that the different structure of screw. Screw structure of twin screw extruder extrusion machine should be much more complex than a single screw, this is because the screw twin-screw extruder and the direction of rotatio

4、n, such as mesh level etc. The design of the extrusion machine three-dimensional design, parameters of extrusion system optimization, system simulation using UG platform, draw the twin-screw extrusion machine assembly and key components of engineering drawing and BCCH125, complete the design of BCCH

5、125 type double screw extrusion machine.Keywords: 3D design; parameter optimization; motion simulation; graph drawing;目录摘 要IIIAbstractIV目录V1 绪论11.1 螺杆挤出机概述11.2 双螺杆挤压机21.2.2 一阶机和二阶机的选择31.2.3 整体式和积木式的选择41.2.4 封闭式机筒与剖分式机筒的选择41.3 挤出机整体方案设计42 挤出系统62.1 螺杆设计62.1.1 螺杆转向62.1.2 螺杆压缩形式62.1.3 BCCH125型双螺杆挤压机的螺杆主

6、要参数72.1.4 双螺杆挤压机左旋右旋螺杆的初步确定92.2 机桶的结构设计102.2.1 机桶结构分类102.2.2 新型机桶的设计112.2.3 加料口结构设计122.2.4 本设计双螺杆挤压机的机桶122.3 螺杆与机桶强度计算与校核132.3.1 原始参数的确定132.3.2 螺杆强度的计算152.3.3 机桶强度的计算172.3.4 安全系数的确定182.4 螺杆与机桶的配合182.4.1 螺杆与机桶的配合间隙192.4.2 螺杆与机桶的对中性193传动系统设计203.1 主驱动电动机选型203.2 减速箱设计213.3 分配箱设计214机头设计225加料系统的设计236双螺杆挤出

7、机辅助系统的设计246.1 定量给料系统246.2 恒温系统246.3 冷却系统246.4 真空排气系统246.5 电气控制系统247 挤压加工系统的安装、操作与维护267.1 挤压加工系统的安装267.1.1 挤压机的安装基础267.1.2 调整挤压机水平267.1.3 机筒的安装267.1.4 螺秆的装拆267.1.5 模头的安装267.2 挤压加工系统的操作267.2.1 挤压机的开车267.2.2 开车操作注意事项267.3 挤压机的维护保养267.3.1 螺杆的保养267.3.2 机筒的保养267.3.3 挤压机其它部分的保养267.4 设计中的几个问题278 结论与展望288.1

8、结论288.2 展望289致谢29参考文献30BCCH125型双螺杆挤压机1 绪论1.1 螺杆挤出机概述挤出成型是塑料加工工业中最早的成型方法之一。早在19世纪初期，挤出机就用于生产铅管、面条。1936年第一台应用于谷物加工的单螺杆挤压蒸煮机问世，第一次生产出了膨化玉米圈，40年代初，随着挤压技术的发展，挤压机应用在食品领域进一步扩大，种类繁多的大量方便食品、即席食品、小吃食品、断奶食品、儿童营养米粉等挤压方便产品相继问世。50年代初，迅猛发展的挤压蒸煮由于省时省力，几乎取代了当时的饼干烘烤。在处理淀粉上也取得了较好的糊化效果。60年代中期，挤压机进一步完善，应用HTST（高温高压短时杀菌）挤

9、压机对食物进行有效热处理、杀菌、钝化酶活力，并且证明了挤压手段对营养破坏较少。同时挤压领域进一步扩大，应用到生产家畜饲料、鱼类饲料、植物组织蛋白。并且对所有挤压机的结构设计、工艺参数、挤压过程机理进行了研究，挤压设备由单螺杆发展到双螺杆以适应不同的生产领域。到了70年代，许多国家纷纷开展挤压机理的探讨，进一步研究各种谷物及蛋白类食物在挤压过程中的一系列变化，以及挤压食品的营养吸收问题。出现了谷物油、种子蛋白、肉、调味剂等。同时挤压技术在新领域中应用又有了扩展，如应用于水产品、仿生产品、调味剂、乳品、糖果制品、巧克力制品、方便面等食品加工、到了80年代，深入分了双螺杆挤压机的结构特点,指出双螺杆

10、挤压机在食品加工中具有广阔的应用前景,并从物料的流变性能出发对均化段进行了数字仿真(1989) ,得出了该段的数学模型。J .M. Haper 在论文中将螺杆分为最基本的三段式结构:喂料段、挤压段和均化段。他认为:在喂料段物料输送速度和压力取决于相互接触的物料和机筒以及螺杆表面之间的摩擦,挤压段发生的变化最为复杂,该段是计算机仿真的重点。目前各个国家均对挤压技术进行了深入研究。采用挤压技术在我国已有悠久历史，但是由于种种原因长期以来一直停留在爆米花的手工业状态，从70年代中期开始，尤其近些年，我国挤压技术得到了很大的发展，随着人民的生活水平的提高和饮食结构变化，随着对挤压机的不断深入研究，挤压

11、食品的品种和产量也将与日增多，并朝着高效节能、产品风味多样化和美味化发展。双螺杆挤出设备起先应用于特殊化学和生化反应以及塑料成型，后来逐渐应用于食品和饲料加工，挤压膨化即迫使饲料或者食品原料在一种或者几种工艺条件下（如搅拌、加热、剪切）流动通过压模，使物料成型和喷发气化。换句话说，挤压膨化加工是将几种作业合并在一起进行，包括搅拌、熟化、揉和、剪切、成型。不仅如此，同其他成型方式相比，挤出成型还具有以下突出优点： 1.设备成本低，制造容易，因此投资少，见效快，占地面积小，生产环境清洁。2.生产效率高。挤出机的单机产量较高。特别适合于较长的尺寸的制品。如制造较长的管材，板材、型材、薄膜等，而且产品

12、质量均匀、密实。其生产效率的提高比其它成型方法快。3.挤出成型可以实现连续化、自动化生产。生产操作简单，工艺控制容易，产品质量稳定。4.可以根据产品的不同要求，改变产品的断面形状。其产品为管材、棒材、片材、板材、薄膜、电缆、单丝、中空制品及异型材等。5.应用范围广。只要改变螺杆及辅机，就能适用于多种塑料及多种工艺过程。例如，可以加工大多数热塑性塑料及部分热固性塑料，也能用挤出法进行共混改性、塑化、造粒、脱水和着色等。6.可以进行综合性生产。挤出机与压延机配合，可以喂料生产压延薄膜，与油压机配合生产各种模压制品。一套完整的挤出设备由主机和相应的辅机以及其它控制系统组成。 通常这些组成部分统称为挤

13、出机组。它主要包括挤出系统、传动系统和加热冷却系统及控制系统。1.挤出系统 它由料斗、螺杆和机筒组成，是挤出机工作的核心部分。其作用是使塑料塑化成均匀的熔体，并在此过程中建立压力，再被螺杆连续、定压、定温、定量地挤出机头。2.传动系统 它由电机、调速装置及传动装置组成。其作用是驱动螺杆，并保证供给螺杆在工作过程中所需的扭矩和转速。3.加热冷却系统 它由温度控制设备组成。其作用是通过对机筒进行加热和冷却，保证挤出系统的成型在工艺要求的温度范围内进行。4.控制系统 它主要由电器、仪表和执行机构组成。其作用是调节控制螺杆的转速、机筒温度、机头压力等。1.2 双螺杆挤压机在挤出成型中，应用得最广的是单

14、螺杆挤出机和双螺杆挤出机。双螺杆挤出机是在挤出机机筒中并排地安装两根螺杆的一种挤出机，它是在单螺杆挤出机的基础上发展起来的。最初的双螺杆挤出机是20世纪30年代后期在意大利开发的。Roterto Colombo开发了同向旋转式双螺杆挤出机，Carlo Pasqutti开发了异向旋转式双螺杆挤出机。与单螺杆挤出机相比，双螺杆挤出机具有一系列的优点，如双螺杆挤出机可以用在混炼、排气、脱水、造粒粉料直接挤出以及玻璃纤维或其他填料的填充增强改性等方面。据资料介绍，近年来西欧工业国家的双螺杆挤出机的数量已达到挤出机台数的40%左右。特别是在成型加工中，应用更多、更广。此外，双螺杆挤出机还具有剪切力大、传

15、热面积大、计量准确、回流少、供料性能好、混炼效果好、膨化效果好等优点。目前，双螺杆有许多种类型，其主要可以分为：1.从螺杆轴线是否平行可分为平行式和锥形式双螺杆；前者两根螺杆的轴线互相平行，后者两螺杆的轴线相交成一角度。平行双螺杆挤出机相比较于锥形双螺杆基础机的优点是：平行双螺杆挤出机具有压延长度较大，压延有强烈的塑化与均化能力的效果，而且螺杆平均直径小，转速较低，因此，平均剪切速率也较低，压延频率高，有效停留时间并不低于锥形螺杆。2.从两根螺杆的相对位置又可以分为啮合型和非啮合型，啮合型又可以分为部分啮合和全啮合型。非啮合型的一根螺杆的螺棱不伸到另一根螺杆的螺槽中去，而非啮合型则是两根螺杆的

16、轴线分开的距离小于两根螺杆外半径之和，即一根螺杆的螺棱插到另一根螺杆的螺槽中去。根据啮合程度（即一根螺杆的螺棱插到另一根螺杆的螺槽中的深浅程度），啮合型又可以分为部分啮合和全啮合型。3. 从螺杆旋转方向的不同，可以分为同向旋转与反向旋转。顾名思义，同向旋转双螺杆挤出机的两根螺杆的旋转方向相同，异向旋转双螺杆挤出机的两根螺杆的旋转方向相反。它可以是向内旋转或向外旋转。 表1-1螺杆啮合分类表螺杆啮合分类逆向旋转同向旋转互相啮合完全啮合纵向与横向闭合可行不可行纵向张开横向闭合不可行可行纵向与横向张开理论可行实践不行可行部分啮合纵向与横向闭合不可行不可行纵向张开横向闭合可行可行纵向与横向张开可行可行

17、不相啮合不相啮合纵向与横向张开可行可行 4.双螺杆挤压机原理工作时，螺杆在固定的套筒内，机头不动，阻止物料前进，增加挤压腔内压力。物料由料斗喂入后，经旋转的螺杆连续输送，在运行的过程中，受到螺杆与套筒之间、物料与物料之间的摩擦和剪切作用而产生热疗，使物料中的水分在很短时间内变成水蒸气，在挤压腔内形成高压，物料在高温高压的作用下产生糊化，然后由机头喷出，物料由高温高压骤然变为常温常压，游离水分子在此压差下几句气话，物料体积膨大，形成膨化物。在物料输送过程前部分，由于开始间隙较大，物料内剪切力很小甚至没有，在此过程中螺杆还起到搅拌作用。当然，现在在机桶外面增加了加热和冷却系统，机头盖（模板）也各式

18、各样，以能更好的达到想要产品。1.2.2 一阶机和二阶机的选择所谓一阶机，是指主机只有一个挤压系统，包括一套螺杆、机筒和传动箱；而二阶机是指主机有两个挤压系统，包括两套螺杆、机筒和传动箱，柔性串起来组成主机。就目前见到、用于成型制品的双螺杆挤出机组的主机多是一阶的，如啮合平行异向双螺杆挤出机和锥形双螺杆挤出机。用于配混料造粒的啮合同向双螺杆挤出机有的情况下设计成二阶的，其第一阶用来塑化、混合物料，第二阶用来建压、挤出造粒。本设计中以采用一阶式为宜。1.2.3 整体式和积木式的选择一般啮合异向旋转的双螺杆挤出机（也有例外）和锥形双螺杆挤出机都是整体式，即其各大组成部分（螺杆、机筒、减速箱）在使用

19、中不再拆开并进行重新组合安装。国外流行的啮合同向双螺杆挤出机绝大多数都设计成积木式的，即其机筒、螺杆有若干组件组成，可根据使用需要进行重新组合安装。也有的厂家生产的双螺杆挤出机，除了其机筒、螺杆是组合式外，其扭距分配器和齿轮箱做成积木式，通过更换扭距分配器可以将双螺杆挤出机改变成异向旋转或同向旋转；去掉扭距分配器，其齿轮箱还可以与单螺杆挤压系统相接，组成单螺杆挤出机。本设计中采用整体式设计。1.2.4 封闭式机筒与剖分式机筒的选择1双螺杆挤压机机桶设计双螺杆挤出机的机筒有的是整体式的，有的是由若干段组成，但机筒均不能打开分成两段，它们是封闭的。因此，要想了解挤出过程中物料沿螺杆的输送、混合、反

20、应情况，只有停转将机筒通过水骤冷，然后把螺杆抽出来才能看清楚。这样很不方便，有时为了会破坏过程反应的原貌。为了克服上述缺点，人们把双螺杆挤出机的机筒做成剖分式，停车冷却后靠液压系统或手动机械打开，观察取样，进行研究。挤出机再工作前，再靠液压系统或手动机械合起来。本设计采用封闭式设计。2双螺杆挤压机挤出系统设计双螺杆挤出机的挤压系统是双螺杆挤出机的核心部分。其作用是把加入的固体物料熔融塑化、混合，为口模提供定温、定压、定量的容体，并将在这一过程中产生的气体排除，最后通过口模，得到合乎质量要求的制品。双螺杆挤出机的挤压系统主要由螺杆、机筒组成。因此，双螺杆挤出机挤压系统的设计实际上就是螺杆、机筒的

21、设计。1.3 挤出机整体方案设计近年来，双螺杆挤出机得到了迅速的发展，但由于双螺杆挤出机的复杂性和种类的多样性，以及双螺杆理论的不成熟，所以至今还没看到有关双螺杆挤出机参数设计和结构设计的比较系统的文献，因此对双螺杆挤出机的设计更多地只能停留在经验设计的水平上。当然，经验设计是必须服从挤出工程的基本规律的，所以由此所进行的有关双螺杆挤出机的设计是具有一定的科学性与理论性的。双螺杆挤出机的应用，都是以机组的的形式出现。挤出机组包括主机（即通常说的挤出机）、机头和辅机。因而就双螺杆挤出机的总体设计而言，它可以包括主机（螺杆挤出机）、机头和辅机的设计，也可以单指主机的设计。因此双螺杆挤出机的设计应当

22、包括双螺杆挤出机类型的确定、整体方案的确定、主要技术参数的确定、挤压系统的设计、传动系统的设计、机头的设计、加料系统的设计以及双螺杆挤出机辅助系统的设计等。式设计和闭式设计的选择所谓开式设计，一般指双螺杆挤出机的挤压系统、冷却加热系统都裸露在外面，这种设计的优点是各部分出现故障时，检查、维修及拆装比较方便，也一目了然。啮合同向双螺杆挤出机大多采用这种设计。所谓闭式设计，其挤压、冷却加热系统的外面都有罩子，其余各部分有时也封闭起来。这种设计看上去外形比较整齐，但检修不太方便。所以本设计中采用开式设计。2 挤出系统2.1 螺杆设计 2.1.1 螺杆转向设计螺杆必先根据加工要求确定螺杆的转向。同向旋

23、转双螺杆的两根螺杆集合形状可以完全一样，对加工硬混料存在困难。反向旋转双螺杆挤压机几何形状是对称的，因此它具有强制输送的特性、齿合处的相对速比较低，因此适于加工热敏性物料，本设计主要针对食品膨化、饲料的加工，故选择热敏性好的逆向旋转双螺杆机构。2.1.2 螺杆压缩形式分析了螺杆的几种形式，并绘制3中的CATIA三维图（1）没有压缩比，全程同样螺距如图2.1所示，这种情况很快被否定，不合理。 图2.1全程同样螺距螺杆（2） 采用不同螺距的三段式螺杆、阶梯式改变螺距，以达到要求的压缩比，其原理是在螺距转变出螺纹断开，物料在螺纹断开出从新组合进入下一阶段。 （3）采用渐变螺距，以达到要求的压缩比。如

24、图所示图2.2，这个能够达到要求。 （4）螺距不变连续改变螺纹厚度，以改变螺槽的容积，达到压缩效果，此法也能达到要求。 （5）间断地、阶梯地改变螺杆直径和螺槽深度，以改变螺槽容积达到压缩效果。此法可以。 （6）连续改变螺杆内外直径，使得容积变小。 图2.1渐变螺距螺杆如图2.3，锥形双螺杆挤压机的螺杆即采用此原理达到符合要求的压缩比。对比发现，其中除了第（1）种不符合要求外，其他均能达到预期压缩比。（3）、（4） 图2.3锥形螺杆其实是一个道理。本设计选用其中的第（3）种，优点：完全渐变的压缩比，能使物料搅拌均匀，质地一致等，缺点是不易加工，但是现在的加工中心做起来不难。故此本设计采用逆向旋转

25、螺距渐变式双螺杆挤压机。2.1.3 BCCH125型双螺杆挤压机的螺杆主要参数（1）螺杆直径DS初期，很少有直径小于75mm的双螺杆挤压机出售，原因是两轴间距太小，无法解决传递给螺杆所需扭矩的传动装置。自新型传动装置出现后，能保证直径小至45mm的双螺杆挤压机可靠的工作。本设计根据题目BCCH125型双螺杆挤出机得知直径DS=125mm(2)螺杆长径比L/DS在其他条件一定情况下，增大长径比，即等于增加螺杆的长度。结果增加物料在螺杆中的停留时间，即保证物料有充分的熔融时间。但对于热敏性的物料，过大的长径比易于造成停留时间过长而热分解。因为双螺杆挤压机在物料的塑化、混合、输送能力（较单螺杆挤压机

26、）都比较强,故此可以采用较小的长径比，双螺杆的长径比可增大到 （18-22）:1。本设计中采用的长径比是19:1，即L=2375mm.(3)双螺杆的中心距A双螺杆的中心距取决于螺杆直径和对间隙值的要求，一般情况下单螺杆A=（0.7-1）DS；双螺杆A=（0.71-1）DS；三螺杆A=（0.81-1）DS。本设计双螺杆取A=0.945 DS=118mm。(4)螺槽深度H双螺杆因为具有良好的混炼和强制输送能力，故此可以取较大深度。本设计中取H=20mm。（5）双螺杆挤机螺纹形状的确定常见的有以下3种螺纹断面形状矩形断面螺纹，螺纹根径表面与螺棱推进面成90度夹角，用小圆弧过渡。螺槽容积较大。锯齿形断

27、面的螺纹，其后缘有较大的倾角（<30°），且过渡圆弧较大，有利于物料的流动。一般取=10°，而当取值较大时，螺棱的强度也大。常用于大型挤压机。梯形螺纹断面的螺纹倾角取=10°15°，圆弧半径取（0.070.13）DS，常用于小直径挤压机。由于本次设计重点在于运动仿真以及强度校核，这里选用矩形断面螺纹。(6)螺纹头数在螺杆直径、螺槽深度和螺纹升程相同的条件下，多头螺纹与弹头螺纹相比，多头螺纹对物料的正推力较大、攫取物料能力较强，并可以较低熔料的倒流现象。但是，整条螺杆都是多头螺纹时，物料分别从螺杆漏斗区几条螺槽进入而达到螺杆头部，在料斗区，往往因此导

28、致进料不均匀(即进料不一致（容易引起生产能力波动、压力波动，导致产品质量下降。而且加工螺杆困难，本设计中采用弹头螺纹。即m=1。（7）螺距因为是螺距渐变式反向双螺杆挤压机，所以螺距不是一个定值，是渐变的，这边通过和老师讨论以及观看部分挤压机后设定起始s1=80mm,s2=40mm（8）螺纹厚度双螺杆的螺纹厚度是一个比较重要的几何参数，直接影响双螺杆的工作特性。根据对紧密的共轭齿轮的要求和齿轮传动齿合的分析理论，矩形螺纹在横截面上得螺纹的最大厚度可用下式计算：对于同向旋转的双螺杆： (2.1)对于反向旋转的双螺杆 (2.2)其中 Ds螺杆外径 m螺纹头数 s螺距 A双螺杆中心距以上是对无间隙齿合

29、螺纹厚度计算公式。在估计了制造误差和温度膨胀可能引起的卡死，实际的螺纹厚度比应该比计算的少0.5-2mm。化简计算到最后 (2.3)(9)螺杆与机桶之间的间隙双螺杆挤压机螺杆与机桶的间隙一般取0.32mm,或者用计算式表示=(0.020.05)Ds,这里取=1mm2.1.4 双螺杆挤压机左旋右旋螺杆的初步确定根据2.1.3的讨论得知两螺杆的主要参数螺杆直径Ds=125mm, 螺杆长径L=2375mm,两螺杆中心距=118mm, 螺槽H=20mm螺纹头数=1 螺距s1=80mm,s2=40mm螺纹厚度=15mm 螺杆与机桶间距£=1mm由以上数据可得螺杆内经d=80mm，再经过其他资料

30、的学习初步设定两螺杆如下其中左旋螺杆如图2.4所示 图2.5左旋螺杆 其中阶梯轴直径分别是80mm,65mm,48mm，后配花键小径42mm,键数4，大径48mm，以配联轴器链接减速箱。右旋螺杆如图所示 图2.5右旋螺杆其阶直径分别是80mm,65mm,48mm，后配花键小径42mm,键数4，大径48mm，以配联轴器链接减速箱。为了使两螺杆齿合的好，两螺杆的螺纹开始和结束端都有所不同，制造时严格按照图纸来。2.2 机桶的结构设计机桶和螺杆共同组成了挤压机的挤压系统，完成对物料的固体输送、熔融和定压定量的输送作用。机桶的结构形式关系到热量传递的稳定性和均匀性。机桶的机械加工和使用寿命也影响到整个

31、挤压系统的工作性能。因此机桶在挤压系统中是仅次于螺杆的重要零部件。在设计机桶时，要考虑到机桶的结构形式的选择、机桶上的加料口形式、机桶与机头的联结方式以及机桶机械加工制造的难易程度等问题。2.2.1 机桶结构分类整体式机桶其特点是长度大，加工要求比较高，在加工精度和装配精度上容易得到保证,也可以简化装配工作，在机桶上设置外加热器不易受到限制，机桶得以受热均匀。一般专业制造厂用的比较多。但是机桶的加工设备要求较高，加工技术要求也高，且机桶内表面磨损后不易修复。分段式机桶顾名思义，是将机桶分成几段加工，然后各段用法兰或其他形式链接起来。这种机桶形式的机械加工比整体式机桶容易，便于改变长径比。多用于

32、需要改变螺杆长径比或者实验室用的机台。这种机桶主要缺点是分段太多时难易保证各段的对中，泛滥连接处影响了机桶的加热均匀性。双金属机桶双金属机桶主要有一下两种形式：(1) 衬套式机桶衬套式机桶一般在大、中型挤压机的机桶内装配上可更换的合金钢衬套。衬套可以制成整体式或者分段式，分段式的衬套制造方便一些，机桶是一般的碳素钢或者铸钢材料。这种机桶衬套磨损后可以更换，提高了机桶的使用寿命。但是其设计、制造和装配比非衬套式机桶要复杂，(2) 浇铸式机桶浇铸式机桶是在机桶内壁上离心浇注一层大约2mm厚的合金层，然后研磨到所需的机桶内径尺寸。这种机桶的特点是合金层与机桶的基体集合的很好，且沿机桶轴向长度上结合教

33、均匀，既没有剥落的倾向，也不会断裂，还有极好的滑动性能，这种合金层的耐磨性高，使用寿命长。2.2.2 新型机桶的设计以上讨论的机桶机构是普通的结构形式，即机桶内壁是光滑的圆柱面。从固体输送理论的研究和生产实践表明挤压系统加料段固体输送效率较低，这不但与螺杆的结构和几何参数有关，而且与该段机桶的结构和几何参数等有重要的关系。进一步提高固体输送效率，将能更充分的发挥裸给你的工作效能，从而进一步提高挤压系统的生产能力和挤压产品的质量。主要形式是在机桶内轴向开槽锥形结构：它指在加料段机桶上设置一段带有内锥形的套筒，锥孔内壁沿着圆周开出螺杆条轴向沟槽。套筒的外表面开有冷却循环介质的螺旋沟槽。工作原理 ：

34、当流体在导管内作稳定流动时，单位时间内通过导管每一截面的流体质量都是相同的。假设加料段中的螺杆是等距等深的的螺槽，把螺槽展开是一条巨型的通道，也把轴向锥形桶内表面展开，两者组成的流道截面从大逐渐变小，由于套筒进料端的物料松密度较小，同时松密度在一定温度下随压力升高而升高，流体平均速度取决于螺杆转速。因此，加大流到开始端的截面积能得到高的流体质量。设计：其设计与被加工物料物理性能有关，在生产和试验上得到下列经验数据进料桶的长度L=（35）Db(Db是机桶内直径)轴向沟槽数量与机桶直径有关如表2-1 2-1机桶直径与轴向沟槽数量关系表机桶直径大小（mm）轴向沟槽数量4545656790912012

35、15015 2.2.3 加料口结构设计加料口的结构必须与物料的形状相适应，使被加入的物料能从料斗或加料器重自由流入螺杆而不中断。以开口方式就有很多种。加料口俯视下形状多为矩形，其边长平行于轴线，长度约1.3到1.8被螺杆直径。当采用机械搅拌式多用圆形的加料口，有力于搅拌头靠近加料口。本设计虽然没有搅拌器，但也选择了圆形加料口，这样对机桶的磨损较小。如图2.6所示 图2.6加料口2.2.4 本设计双螺杆挤压机的机桶根据以上的知识以及螺杆的参数，初步对机桶进行了设计如下图，图2.7以及图2.8具体尺寸观看图纸 图2.7机桶图2.8机桶剖视图2.3 螺杆与机桶强度计算与校核螺杆与机桶的强度计算的原始

36、参数主要是机头中物料受最大挤压力pmax,螺杆的轴向作用力pz和作用在螺杆上的扭矩Mt。而当计算结果不能满足强度要求时候，则必须考虑修改某些参数。2.3.1 原始参数的确定在进行螺杆和机桶强度计算之前，则必须先确定强度计算的原始参数。（1）压力分布情况机头压力和轴向压力是进行挤压机设计的基本参数。它们是螺杆和机桶、机头与机桶链接零件的作用力、轴承受力、机桶与料斗几座链接螺栓设计计算的依据。同时，机头压力是使物料通过机头口模进行正常挤出，保证产品质量的重要参数之一。 机头压力的产生是轴旋转的螺杆对物料所作的作用力而推动物料前进。同时，由于螺槽容积逐渐变小和装设了机头、口模、分流板、和滤网等而阻碍

37、物料的正向移动，使物料通道中产生了压力梯度，因而在机头区域产生了压力即机头压力。一般实测来确定机头压力。 机头压力的测定方法通常是在螺杆头部或者尾部装设测力计来测出。但是，不同的挤压系统或者操作工艺系统条件不同，应根据实际情况测量其压力值。在不同的情况下，轴向压力分布是复杂的。因此，一般在试验中是用多点来测量物料在螺杆轴向位置上的压力分布。不过，在挤压机设计计算时采用压力峰值作为机头压力是偏于安全的。（2）螺杆轴向推力的确定螺杆轴向推力的大小受许多因数的影响，例如机头压力，物料的物理性能，螺杆结构及其转速和机桶的温度等。其值主要包括两部分：一是在机头处的物料作用于螺杆断面的总压力P1；二是在挤

38、压时候由于动载荷产生的附加压力，例如在螺杆全长上物料在向前运动时候产生的剪切阻力，热弹态的摩擦阻力以及物料到位自重所产生的摩擦阻力等轴向分量P2。由于影响轴向推力的因素很多，因此其数值的计算是比较困难的，特别是P2值更为困难。因此，一般轴向推力可根据下式进行计算： (2.4)式中 Pz螺杆的轴向推力，单位N P1物料作用在螺杆端面的总压力，单位N P2在挤压时由于动载荷产生的附加压力的轴向分量， (2.5) 式中 DS螺杆的外直径，单位m P螺杆端部的物料压力，单位Pa根据实验的研究， (2.6)也有些实验得出：当机头压力时， 当p<20MPa时，.目前，多用下式计算轴向力： (2.7)

39、故得 (2.8)从以上分析可以看出,螺杆的轴向力主要由机头压力产生。2.3.2 螺杆强度的计算由于双螺杆计算较为复杂，在此简化为单一螺杆计算。螺杆的连接形式按照螺杆与减速箱中的传送轴固定方式不同，一般可以分为紧固和浮动式两种。前者螺杆与传动轴或是同一个零件，或是配合得很紧密，后者螺杆与前者螺杆端部在机桶内浮动，因此其自重引起的弯曲应力可以忽略。所以在实际计算时都可近似的侍卫一端固定的悬臂梁。螺杆的受力分析状态如图2.9所示。在螺杆的全长上主要受物料的压力p,库夫物料的阻力所需的扭矩M和螺杆自重G的作用。由图可知，沿着螺杆径向所受压力p的大小相等方向相反互相抵消。故计算时对p的影响只考虑轴向压力

40、p对螺杆的作用（即螺杆所受的轴向力pz）,并且螺杆的纵向弯曲问题也可忽略。因此，对螺杆的强度计算，可归结为压、扭、弯联合作用下的复合计算。由于在一般情况下螺杆根径出的承载能力最差，所以，对螺杆强度计算，可进一步归结为在上述复合应力作用下螺杆根径（特别是加料段或排气螺杆的排气段）断面的强度计算 图2.9螺杆压力图（1）由轴向力pz产生的压缩应力c，c可由下式求出： (2.9) 式中 pmax螺杆轴向最大压力，单位Pa da 螺杆最小断面的根径，单位m db 螺杆冷却水直径，单位m（2） 由扭矩M产生的剪应力 (2.10) 式中WS抗扭断模量，单位m3 Nmax挤压机主电机最大传动功率，单位Kw

41、nmax螺杆最高转速，单位r/min 挤压机传动效率 Cda/db （3）由螺杆自重G产生的弯应力b (2.11)或式中 Mb螺杆自重产生的弯矩，单位NM Wb抗弯断面模量，单位m3 L螺杆有效螺纹长度，单位m G螺杆自重，单位kg (2.12) 螺杆材料的密度，单位kg/m3 钢材取=7.85X103kg/m3(3) 螺杆合成应力r,根据材料力学可知，对塑性材料的合成应力用第三强度理论计算，其强度条件为： (2.13)式中螺杆的材料的需用应力y螺杆材料的屈服极限，单位Pany螺杆的安全系数实际上，由于螺杆自重引起的弯曲应力很小的，故不论是紧固式还是互动式链接的螺杆，其自重引起的弯应力都可以忽

42、略不计。有时，为了安全起见，还是应验算螺杆与传动轴接触处的挤压面A的接触应力。2.3.3 机桶强度的计算挤出机工作时，机桶内部受熔料的压力作用，而物料在机桶内产生的压力沿机桶轴向的分布是相当复杂的，各处压力不等，一般取机头处的压力作为计算压力。双螺杆挤压机的机桶厚壁圆筒理论只桶外径与内径之比要大于1.1，双螺杆中的也可以看作内外径。根据厚壁圆筒理论，机桶内壁受物料的压力p作用时机桶壁上每一点都处于三向应力状态，即径向应力r，切向应力和轴向应力z。根据厚壁圆筒理论，对于只受内应力作用的厚壁容器有： (2.14) (2.15) 式中 rb、Rb分别为机桶内、外半径，单位m r机桶厚度任意点的半径，

43、单位m从上两式可知，在内壁（r=rb），径向及切向应力都达到最大值。 (2.16) (2.17)在机桶的外表面（r=Rb）则得到最小应力值： (2.18) (2.19)由轴向力引起的轴向拉应力在机桶全长上不变，即： (2.20)当计算出上述三个主应力后，则根据不同材料选用不同强度理论，对于机桶的壁厚进行设计计算或校核。目前机桶多采用塑性材料制造。因此，可以按第三或者第四强度理论进行计算（多采用后者）。按第四强度理论最大变形能量理论计算，其强度条件为： (2.21)经整理后可得： (2.22)或者用壁厚公式表示： (2.23)必须指出的是，决定机桶壁厚还必须同时考虑机桶结构的工艺性和必要的热容量

44、（热惯性）问题。以利于机桶的加工制造和热的稳定性。而按强度理论计算的壁厚往往使机桶的热惯性太小。因此，机桶壁厚的确定是一个比较复杂的问题。目前都采用经验统计来决定壁厚，然后再按公式进行强度校核。2.3.4 安全系数的确定当材料选定后，对挤压机的主要零部件进行设计计算时，正确的确定他们安全系数，对保证挤压机安全持久的工作也是非常重要的。一般涞水，挤压机的螺杆、机桶、机头与机桶的连接螺栓，机桶与减速箱之间的连接螺栓，减速箱以及防止过载的安全销都要进行强度计算或强度校核。因而存在一个安全系数的确定问题。在实际选用时，螺杆与机桶的安全系数选的最大，其次顺序是机桶与减速箱的连接螺栓，机头与机桶的连接螺栓

45、，因而安全销的安全系数最小。在具体选择安全系数时，螺杆和机桶取ny=2.53是足够安全的了。2.4 螺杆与机桶的配合关于螺杆与机桶的配合，我们着重讨论他们的配合间隙和对中问题，因为他们对整台挤压机的性能和加工制造等都有重要影响。2.4.1 螺杆与机桶的配合间隙螺杆与机桶的配合间隙对挤压机的生产能力、功率消耗、使用寿命、机器的加工制造都有重要影响。大时，虽然容易制造，但挤压机的生产能力却大大降低，且物料在机桶内停留时间也难于控制。但过小时，不仅给机器的制造和装配带来一系列的的困难，同时还会使功率消耗剧增。的选择主要是根据加工物料的性能（如对高粘度物料，其可适当选大些）和机械制造厂的加工条件。上世

46、纪70年代初期我们结合了机械制造厂的加工条件，推荐如表2-2的值范围。具体设计时应结合实际情况选用，如要达到较高的机械加工精度应选择小值。螺杆直径30456590120150200直径间隙最大+0.15+0.20+0.25+0.30+0.35+0.40+0.45最小+0.30+0.35+0.45+0.50+0.55+0.60+0.65表2-2螺杆与机桶之间的间隙关系表 单位：mm2.4.2 螺杆与机桶的对中性从设计要求上，螺杆与机桶的中心线必须要重合。但是，由于制造和装配等原因，实际山却无法达到此要求。螺杆的外圆偏差、沿螺杆全长上得径向跳动（弯曲度、偏心度、椭圆度和棱面度）、螺杆定位面对螺杆中

47、心的同轴度、螺杆推力面对螺杆中心的垂直度，机桶内孔偏差、法兰平面对机桶中心线的垂直度、内孔的径向圆跳动、加料斗座处机桶外表面的同轴度，还有其他误差都会对对中性产生影响。由于机桶与螺杆之间有间隙的存在，因此一般同轴度误差所造成的影响较小。而垂直度误差造成的影响较大。这是由于螺杆和机桶较长，微小的不垂直反映到螺杆头部都会出现较大的偏差。为提高螺杆与机桶的对中性，一般采用下列措施：提高零件的加工精度和装配精度，减少积累误差；尽量减少组成零件的数目；采用有效的定位基准和合理的连接方式，对长径比较大的挤出机，将螺杆尾部的定位面设计的较短。这样，未开车前，螺杆头部实际上是靠在机桶内璧上，而开车之后依靠周围

48、的物料将螺杆浮起，以达到定心目的。3传动系统设计 双螺杆挤出机的传动系统是双螺杆挤出机的重要组成部分。它的重要性表现在它所完成的功能在双螺杆挤出机中致关重要，也表现在其设计、制造难度和成本在整台机器中占的比重。 双螺杆挤出机传动系统的作用是在设定的工艺条件下，向两根螺杆提供合适的转速范围、稳定而均匀的速度、足够且均匀相等的扭矩（功率）。并能承受完成挤出过程所产生的巨大的螺杆轴向力。 双螺杆挤出机的传动系统主要由驱动电机（联轴器）、齿轮箱（包括扭矩分配和减速部分）等组成。 与单螺杆挤出机相比，双螺杆挤出机传动系统的设计、制造要困难的多。这是因为，一方面，双螺杆挤出机比单螺杆挤出机承受的扭矩要大得

49、多，而且这么大的扭矩是在有限的中心距内传递，且扭矩的传递和减速交织在一起的。另一方面，挤出过程在螺杆末端产生的轴向力很大，该轴向力需要止推轴承来承受。按一般情况，轴向力越大，所需的止推轴承的外径越大，但在两螺杆中心距已限定的情况下，不可能任意选择大外径的止推轴承，这就要求另想办法譬如采用止推轴承串来解决这个问题。但这是比较困难的。另外抵消齿轮传动的径向力，防止螺杆弯曲，提高齿轮的承载能力和传动精度，也是双螺杆传动设计不同于单螺杆挤出机之处。双螺杆传动箱的散热和润滑也比单螺杆挤出机重要、复杂得多。3.1 主驱动电动机选型双螺杆挤出机所用电机的选择如下。双螺杆挤出机中常用的电机有直流电机、交流变频

50、调速电机、滑差电机、整流子电机等。其中以直流电机和交流变频调速电机用的最多。直流电机系统：可实现无级调速，且调速范围宽，启动较平稳。以国产Z2系列电机为例，当改变电枢电压时，其转速可自同步转速（1500r/min）往下调1：8；当改变激磁电压时，转速可往上调1：2，因此其最大调速范围可达1：16。改变电枢电压时可以得到恒扭矩调速：改变激磁电压时可以得到恒功率调速，此时随着转速升高其功率不变，但扭矩相应地减少。但国产的Z2、Z3系列直流电机，在其转速低于（100200）r/min时，工作不稳定，而且这时电机冷却风扇冷却性能下降。20世纪80年代以后生产的Z4系列电机则比Z2、Z3系列直流电机性能好得多，其低速性能稳定，因而在双螺杆挤出机中得到广泛采用。电磁调速异步电动机（滑差电机） 电磁调速异步电动机又称滑差电机，它是一种恒转矩交流无级变速电