【正文】 減速器各軸動(dòng) 力參數(shù)的計(jì)算 各軸轉(zhuǎn)速的計(jì)算 14701?n r/min ??? inn r/min ??? inn r/min ?wn r/min 各軸輸入功率的計(jì)算 30?dP Kw ????? ?dPP Kw ????? ?PP Kw ????? ?PP Kw 各軸輸入轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 N 鑒于本設(shè)計(jì)中需要的加熱溫度為 300 度，所以選取鑄鋁加熱器， 鑄鋁電加熱器是以管狀電熱元件為發(fā)熱體，用優(yōu)質(zhì)鋁合金材料為外殼經(jīng)壓鑄成型的電加熱器，其使用溫度一般在攝氏 150～ 450度之間可廣泛應(yīng)用于塑料機(jī)械、模頭、電纜機(jī)械、化工、橡膠、石油等設(shè)備上。摩擦剪切產(chǎn)生熱量的大小會(huì)隨著物料的向前移動(dòng)而逐漸增大，這就是擠出機(jī)把加熱冷卻系統(tǒng)分段設(shè)置的原因。加料方式分為重力加料和強(qiáng)制加料。 查 出 η a =440 MPa。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 固相比熱容 Cs =2512 J/（ kg．℃）； 液相比熱容Ｃ m ＝ 2345 J/（ kg．℃）； 固相熱導(dǎo)率 ks =(m.℃ )。 采用這兩種螺頂結(jié)構(gòu)之后，雖然能減少螺桿和機(jī)筒的磨損，但是由于平均螺棱間隙δ加大，漏流量也將增大 20%左右。過(guò)大的螺棱寬還會(huì)較少螺槽的容積。在之間。因此，在螺槽底部便容易形成一層滯流，在螺紋推進(jìn)面、后面也會(huì)形成類(lèi)似的滯流。 表 螺桿三段長(zhǎng)度分配 塑料類(lèi)型 加料段 L1 壓縮段 L2 計(jì)量段 L3 無(wú)定性塑料 結(jié)晶型塑料 20%～ 30% 40%～ 60% 45%～ 50% （ 2～ 5） D 25%～ 30% 30%～ 45% 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 表 螺桿長(zhǎng)徑比有增大趨勢(shì) 綜上 所述，螺桿各段的長(zhǎng)度為，加料段 1L =4 D=600mm、壓縮段 2L =10D=1500mm、計(jì)量段 3L =6 D=900mm。計(jì)算時(shí)可以現(xiàn)令機(jī)頭壓力 p=15MPa。 從熔體輸送理論的生產(chǎn)率公式可以看出：計(jì)量段愈長(zhǎng)，相應(yīng)的壓力流 Qp 和漏流 QL 都愈小，擠出機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)率便俞高。）、熱導(dǎo)率低（），因此，黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 其開(kāi)始熔融點(diǎn) A 要比高密度聚乙烯（熔點(diǎn)，熱導(dǎo)率）和聚苯乙烯要晚得多。對(duì)結(jié)晶型材料來(lái)講，還需加上熔融潛熱λ（無(wú)定形塑料沒(méi)有這一項(xiàng)）。因此如果壓縮段 L2 很短，實(shí)際上很難保證這部分結(jié)晶型塑料正好在壓縮段上開(kāi)始熔融并完成完全熔融過(guò)程。在此過(guò)程中，塑料體積也逐漸變小。雖然出現(xiàn)過(guò)雙頭螺紋的螺桿加料段，但考慮兩個(gè)原因，多頭螺紋仍然用的很少。 HH?? （ ） 根據(jù)上表 取壓縮比為 ， 得 ： mmHH 31 ????? ? 螺距和螺紋升角的確定 對(duì)單頭螺紋，螺距 S、螺紋升角φ和螺紋直徑 D 之間有下 述關(guān)系： S=? Dtanφ （ ） 顯然在螺桿直徑已知以后，螺距和螺紋升角只要決定一個(gè)，另一個(gè)也就 確定了。后者指的是塑料在加料時(shí)的松密度和受熱熔融后的密度之比。按 DarnellMol 理論的固體輸送生產(chǎn)率公式加料段 H1增加后固體輸送生產(chǎn)率會(huì)提高。螺桿直徑較大者， k 值應(yīng)選擇較小，螺桿直徑較小者， k 值應(yīng)選擇較大；熱穩(wěn)定性較好的塑料 k 較小，熱穩(wěn)定性較差的塑料 k 值較大；當(dāng)螺桿長(zhǎng)徑比較大時(shí)， k 值可以選擇較大。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 表 各塑料的最大速率 本設(shè)計(jì)加工物料為聚苯乙烯（ PS），根據(jù)表格取γ =93 1?S 由 公式3HD??? （ ） 得 mmDH 593 1 5 01 4 1 533 ???? .?? 以上從擠出質(zhì)量的觀點(diǎn)分析了計(jì)量段螺槽深度 3H 的影響，這種觀點(diǎn)是確定計(jì)量段螺槽深度的主要方法，用這種方法確定的計(jì)量段螺槽深度基本上滿足了對(duì)計(jì)量段螺槽深度的要求。 從混合效果上來(lái)講，計(jì)量段槽深較小時(shí)，混煉程度較高，制品比較均勻。 螺槽深度和 壓縮比的確定 螺槽深度是很重要的參數(shù)，我們可以從制品的質(zhì)量與產(chǎn)量?jī)煞矫鎭?lái)分析。因此，螺桿設(shè)計(jì)是擠出理論最重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一。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。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。一般小直徑擠出機(jī)的機(jī)筒，包括有溝槽的加料段 部分。 PS 為乙烯的聚合物，在生產(chǎn)中無(wú)特殊的要求，因此選用普通螺桿 ,材料為 45 號(hào)鋼。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。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。 （ 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。單螺桿擠出機(jī)則是向著超大型、超微型、大長(zhǎng)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(zhēng)相研發(fā)的重點(diǎn)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步以及人們對(duì)螺桿認(rèn)識(shí)的提高，多種不同的擠出機(jī) 結(jié)構(gòu)形式陸續(xù)面世。 以上介紹的幾種單螺桿擠出機(jī)，可以說(shuō)是當(dāng)前中國(guó)市場(chǎng)具有一定代表性的產(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)。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(guò) 45%， 加工就會(huì)變得相當(dāng)困難。 手提式擠出機(jī) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 北京化工大學(xué)成功開(kāi)發(fā)一種超高速微型手提式單螺桿擠出機(jī)。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。在行星螺桿段中，主螺桿又稱(chēng)太陽(yáng)螺桿 .行星螺桿與太陽(yáng)螺桿和機(jī)筒嚙合。有些雙螺桿擠出機(jī)的功能與單螺桿擠出機(jī)非常相同。由于雙螺桿擠出機(jī)的產(chǎn)量高，混合性能優(yōu)于常規(guī)單螺桿擠出機(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(chǎng)的主導(dǎo)力量。 多螺桿擠出機(jī) 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)。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。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)。模頭壓力由模頭產(chǎn)生而不由擠出機(jī)產(chǎn)生。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。機(jī)簡(jiǎn)靜止而蟬桿旋轉(zhuǎn)。第二段連接進(jìn)料段和計(jì)量段。其主要優(yōu)點(diǎn)為成本較低、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固而可靠、以及滿意的性能成本比。 關(guān)鍵詞 單螺桿 ；擠出機(jī)； 塑料成型機(jī)械 ； 擠出原理； 塑料成型工藝 。而擠出成型又是塑料成型加工的重要成型方法之一。Extrusion principle。最末段 (最靠近模頭 )的螺槽通常較淺。通常物料靠重力由加料斗流入擠出機(jī)機(jī)筒。必須指出，塑化段起點(diǎn)通常不是壓縮段起始點(diǎn)。由于模頭產(chǎn)生流動(dòng)阻力，所以需要壓力迫使物料通過(guò)模頭。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。二級(jí)擠出螺桿有被釋壓 /排氣段所分隔的兩個(gè)壓縮段。這些擠出機(jī)用來(lái)輥煉機(jī)或其它混煉裝置的熱料喂料。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(guó)的發(fā)展已相當(dāng)成熟，尤其是在中小型機(jī)市場(chǎng)。各種雙螺桿擠出機(jī)之間的 差異頗大于單螺桿擠出機(jī)之間的差異。 這種擠出機(jī)看起來(lái)類(lèi)似單螺桿擠出機(jī)，實(shí)際上，進(jìn)料段與標(biāo)準(zhǔn)單螺桿擠出機(jī)的相同。相對(duì)于機(jī)筒長(zhǎng)度而言，機(jī)筒、太陽(yáng)螺桿和行星螺桿的螺旋形 設(shè)計(jì)表面積大。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。 超微型擠出機(jī)的研究開(kāi)發(fā)，存在許多一般設(shè)備設(shè)計(jì)加工過(guò)程中難以想像的困難，據(jù)介紹，該設(shè)備開(kāi)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(wèn)題的解決。磨盤(pán)擠出機(jī)可以通過(guò)調(diào)整磨盤(pán)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。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，黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 具有非常廣闊的市場(chǎng)前景。但是，單螺桿擠出機(jī)作為一種基本的塑膠加工設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，而且具有更大的設(shè)計(jì)靈活性。從成型設(shè)備來(lái)看，國(guó)產(chǎn)主機(jī)基本上以錐形雙螺桿擠出機(jī)和單螺桿擠出機(jī)為主，技術(shù)較成熟，市場(chǎng)銷(xiāo)量最大，但這類(lèi)產(chǎn)品的通用規(guī)格已供大 于求，只能維持在市場(chǎng)頂峰期的 50%~60%左右。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。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。 （ 2）機(jī)頭模具的阻力對(duì)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。 （ 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。 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，注意考慮它有黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 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。由于中間要用法蘭盤(pán)連接，則對(duì)機(jī)筒加熱得均勻性，連接部分要受影響。 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(duì)物料的擠壓塑化，生產(chǎn)出塑料制品。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℃。本設(shè)計(jì)中螺桿的有效長(zhǎng)度為： L=20D=20 150=3000mm 普通螺桿全長(zhǎng)分為三段，即加料段 L1 、壓縮段 L2 和計(jì)量段 L3,計(jì)量段有時(shí)也叫均化段。 由此可見(jiàn)，螺槽深度較淺時(shí)，物料層內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生較多的熱量。再加上這類(lèi)塑料的成型溫度范圍比較窄，粘流溫度 Tf 和分解溫度 Td 比較接近 （如硬聚氯乙烯加工溫度范圍為 150℃～ 190℃，其范圍僅 40℃），熱穩(wěn)定性較差，強(qiáng)烈的內(nèi)摩擦將使它們過(guò)熱分解甚至燒焦。設(shè)計(jì)時(shí)，還可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式（ ）來(lái)決定螺槽深度 H3 。 圖 螺槽系數(shù) K 的確定 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式可以來(lái)校核，當(dāng) 3H =5mm 時(shí) k 的取值為 在 k=～ 范圍內(nèi)。 實(shí)際上，加料段槽深是根據(jù)螺桿壓縮比和計(jì)量段槽深來(lái)確定的。根據(jù)螺桿國(guó)內(nèi)外的資料統(tǒng)計(jì)如下： 表 常用螺桿的幾何壓縮比 塑料 ε 塑料 ε HPVC（粒料） HPVC（粉料） SPVC（粒料） SPVC(粉料 ) PE PP PS CA PMMA PET （ 2～ 3） 3～ 4（ 2～ 5） ～ （ 3～4） 3～ 5 3～ 4 ～ 4（ ～4） 2～ （ 2～ 4） ～ 2 3 ABS POM PPO PC PSF PSF PA6 PA66 PA1010 （ ～ ） 4（ ～ 4） 2（ 2～ ） ～ 3 ～ 3 ～ 4 ～ 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 幾何壓縮比一般用下式計(jì)算： 3311)( )( HHD HHD???? （ ） 式中， H1 和 H3 分別為螺桿加料段第一個(gè)螺槽深和計(jì)量段最后一個(gè)螺槽深。這也是為什么當(dāng)前的螺紋升角都在 17 0 ～ 300 范圍之內(nèi)的原黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 因。 三段式螺桿長(zhǎng)度的確定 熱塑性材料分為無(wú)定型和結(jié)晶型兩大類(lèi)。但是，結(jié)晶型材料在冷卻過(guò)程中都不可能完全結(jié)晶，存在著一定的結(jié)晶度。因此，加料段 L1 也應(yīng)該有足夠的長(zhǎng)度。但由于計(jì)算過(guò)程比較復(fù)雜，所以至今為止，在決定加料段 L1 的長(zhǎng)度時(shí)，還必須參考實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)公式。 Martin〔 2〕將塑料堪稱(chēng)牛頓型流體，根據(jù)混煉理論，表征計(jì)量段螺槽中混煉程度的關(guān)系式可以導(dǎo)出： )1( )( 33 aH aLM ??? （ ） 式中， 3L 和 3H 為計(jì)量段長(zhǎng)度和深度， a 為截流比， a=QpQd。目前，有些螺桿的計(jì)量段長(zhǎng)度甚至達(dá)到了螺桿全長(zhǎng)的 50﹪ .但是，過(guò)長(zhǎng)的計(jì)量有可能導(dǎo)致已熔融物料溫度不斷升高，這對(duì)那些易于分解的熱敏性塑料，如 PVC 等未必有利。此外，計(jì)量段長(zhǎng)度又與螺桿總的長(zhǎng)徑比關(guān)系很大，尤其是和計(jì)量段螺槽深度 H3 的關(guān)系很大（成立方關(guān)系，參考式（ ），任何影響槽深 H3 因素都會(huì)反過(guò)來(lái)影響計(jì)量段長(zhǎng)度 L3 。 圖 螺紋斷面形狀 a— 矩形斷面 b— 鋸齒型斷面 圖 螺槽