【文章內(nèi)容簡介】 ，有利于物料的流動(dòng)。同時(shí)有較好的混合和均化物料的作用，避免了渦流現(xiàn)象。 梯形螺紋斷面的螺紋傾角取“α =10。 15。 圓弧半徑取 rl 與 r2 ()D，常用于小直徑的螺桿上。 本課題加料段取矩形螺紋斷面， rl一般取（ ） D和 r2一般?。?）D，本課題取 rl==， r2==。壓縮段取梯形螺紋，取α =12。 ， rl= r2==。 如圖 22 和圖 23 所示。 青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 圖 22 螺旋加料桿基本參數(shù)二維示意圖 Fig. 22 the basic parameters of Spiral charging stem 2 d schematic diagram （ 2）螺紋槽深度對(duì)產(chǎn)量、質(zhì)量都有較大的影響，還與螺桿強(qiáng)度和功耗消耗有關(guān)。當(dāng)螺紋槽深度減小時(shí)，溫度升高，產(chǎn)量減少，增加螺紋槽深度可提高產(chǎn)量，但槽深到一定程度產(chǎn)量增加并不顯著，還會(huì)影響螺桿強(qiáng)度。一般長徑比為 12 以上，螺紋槽深度則較淺，為 。因?yàn)榧恿线M(jìn)料端螺旋直徑 D 與軸的直徑 d1已確定，所以槽深就隨之確定。又因?yàn)樘亢诼菪恿掀饕考恿?,所以壓縮段槽深和加料段相同。 壓縮比 f 及計(jì)算螺距尺寸 : 本課題螺旋進(jìn)料器為單頭的螺旋軸，包括加料段、壓縮段和光軸段，加料段也稱料斗段，指加料口下 面的螺紋段，它能壓實(shí)固體顆?；蛭锪稀Ｓ欣谂懦鲱w粒料或物料中所含有的氣體和提高固體輸送效率。加料段中形成高的壓力，固體顆粒之間的縫隙減少，有利于傳熱。加料段的螺槽深度要比壓縮段的螺槽深，保證了它的輸出量大大超過壓縮兩段的輸送量，因此就能使物料被不斷地向前輸送。加料段螺旋數(shù)取 4 個(gè)。 炭黑加料裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16 圖 23 螺旋加料桿基本參數(shù) 三 維示意圖 the basic parameters of Spiral charging stem 3 d schematic diagram 為了便于加料，將加料段設(shè)計(jì)為等距等深圓柱螺旋體 。為了便于物料能夠均勻的壓縮，將其余部分的螺桿加工成等距漸變螺桿。相對(duì)于其 他形式的螺桿來說，該螺桿加工制造容易，成本低 。由于螺紋升程相等，物料與機(jī)筒的接觸面積大，有利于均勻地壓縮物料。壓縮段螺旋數(shù)取 8 個(gè)。 如圖 24 所示 圖 24 螺旋加料桿基本參數(shù) the basic parameters of Spiral charging stem （ 1） 螺旋的壓縮比是壓縮段始端一個(gè)螺槽的實(shí)際容積和末端一個(gè)螺槽的實(shí)際容積的比值。壓縮比按下式計(jì)算 : f=(s1e)(Dh1)h1/(s2e)(Dh2)h2 (25) 對(duì)等距漸變螺桿： s1=s2, 所以 : f=(Dh1)h1/(Dh2)h2 由上述得到的各值得： f= 式中 s1螺旋喂料端的螺距， mm s2螺桿頭部第一個(gè)螺距， mm 青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 h1螺紋螺桿喂料端溝槽深度， mm h2壓縮段溝槽深度， mm e螺桿螺峰軸向?qū)挾龋?mm D螺桿外徑， mm （ 2） 由式（ 24）中計(jì)算可得，加料段的螺 距為 s1=24mm，而壓縮段 ，若螺距為恒定時(shí)，貯倉的下料區(qū)域只位于螺旋軸后方，而有一部分區(qū)域?yàn)榉哿狭鲃?dòng)死區(qū)。這樣會(huì)導(dǎo)致粉料在料斗處流動(dòng)能力變差，部分粉料也會(huì)長時(shí)間積聚于此。為了改變粉體粉料的流動(dòng)性，將螺桿的螺距沿沿卸料方向逐漸增大，這樣可將貯倉漏斗流改為整體流。所以參照加料段螺距， 取壓縮段始端螺距的長度為 25mm，末端螺距的長度為 35mm。 如圖 24所示。 螺葉 螺葉形狀表明，當(dāng)其推動(dòng)物料前進(jìn)時(shí)，螺葉給螺旋一個(gè)法向力，這個(gè)合力分解為徑向、軸向和切向三個(gè)力，其中徑向分力有螺旋管承受，只有軸向分力才 是推動(dòng)物料的主要分力，而這一軸向分力和螺旋角ψ有很大關(guān)系。如果螺旋角增大，軸向分力就會(huì)變小，徑向分力增大，造成設(shè)備本身使物料打滑的一個(gè)原因。因此力求減小螺旋角中值以增大推力。增大螺距空間，一是加長螺距 s，但在一定條件下，螺距加長螺旋角就會(huì)變大。 tan tD? ?? (26) 因此螺距不宜過大。實(shí)踐證明，當(dāng)螺距 S 于螺葉外徑 D 時(shí)，這時(shí)的螺旋角ψ大小有利于螺旋的順利 進(jìn)行。既 : 1tan? ?? (27) 1arctan? ?? (28) 目前，國內(nèi)進(jìn)料螺旋均選用 。二是加深螺旋槽，既通過加大螺旋葉外徑來提高產(chǎn)量?？紤]到法蘭直徑不宜過大，故在壓縮段 采用錐形錐度一般為 3o5o，本案例取 3o。 螺旋管 螺旋桿設(shè)計(jì)好后，螺旋管必須與它相配合 ,考慮到均勻加料 ,螺旋桿和螺旋管之間的間隙一般要求在 左右，過寬會(huì)降低設(shè)備效率，影響產(chǎn)品質(zhì)量 ,螺旋管的厚度計(jì)算公式為 : ? ?2 cit cpD p? ??? ? （ 29） 式中 δ一計(jì)算厚度， mm 炭黑加料裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 18 Pc一計(jì)算壓力， MPa Di一公稱直徑 (內(nèi)徑 )， mm [σ ]t一所選材料在工作溫度下的許用壓力， MPa φ一焊接接頭系數(shù) , 為安全起見，取計(jì)算壓力 Pc=, 進(jìn)料螺旋輸入端螺旋管直徑為 ,所以Di=, 因本次設(shè)計(jì)的螺旋管為錐形管，沒有焊縫，所以焊縫接頭系數(shù)ψ取 1。該管由鑄鋼制造，查得在 50℃下的許用應(yīng)力 [σ ]t 為一 。將以上數(shù)據(jù)代入式 (29), 得δ為 。 考慮腐蝕厚度負(fù)偏差和鋼材的標(biāo)準(zhǔn)，最終確定螺旋管的實(shí)際厚度為 2mm。 功率計(jì)算、電機(jī)選型及傳動(dòng)系統(tǒng) 電機(jī)功率的計(jì)算 螺旋給料機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率一般按照下式進(jìn)行計(jì)算 : 367QLWP ?? (210) 式中 P —— 電機(jī)功率， kW ； Q —— 螺旋給料機(jī)的給料能力 kg/min； L —— 螺旋給料機(jī)長度， mm ； W —— 阻力系數(shù)，一般取 ； η —— 傳動(dòng)效率，可取 ； 此處取 W 為 3，η為 。而由先前算的數(shù)據(jù) L=360mm， Q=10kg/min，代入數(shù)據(jù)得， P=，配用電機(jī)功率為（ ） P，取為 ，得電機(jī)驅(qū)動(dòng)功 率為 6kw，所以電機(jī)選用功率為 6kw，實(shí)際上配用電機(jī)功率均大于上述計(jì)算值一倍以上以保證進(jìn)行的可靠性。所以查手冊，得電機(jī)的型號(hào)為 : YN1OO 一 14[8]。 傳動(dòng)系統(tǒng) 單螺桿螺旋加料器的傳動(dòng)系統(tǒng)是單螺桿擠出器的重要組成部分。它的重要性表現(xiàn)在它所完成的功能在單螺桿螺旋加料器中至關(guān)重要，也表現(xiàn)在其設(shè)計(jì)、制造難度和成本在整臺(tái)機(jī)器中占的比重。 單螺桿加料器的傳動(dòng)系統(tǒng)的作用是在設(shè)定的工藝條件下，向桿提供合適的轉(zhuǎn)數(shù)范圍、穩(wěn)定而均勻的速度、足夠且均勻相等的扭矩 (功率 )，并能承受完成擠出過程產(chǎn)生的巨大的螺桿軸向力。 單螺桿螺旋加料器的傳動(dòng)系統(tǒng)主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī) (連軸器 )、齒輪箱 (包括扭矩分配和減速部分 )等。 青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 傳動(dòng)方案一般確定了各類傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的布置順序、反映運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞路線以及各組成部件的聯(lián)接方式。合理的傳動(dòng)方案首先要滿足機(jī)器的功能要求，例如傳動(dòng)功率的大小，轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)形式。此外還要適應(yīng)工作條件，滿足工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、傳動(dòng)效率高、使用維護(hù)便利、工藝性和經(jīng)濟(jì)性合理等要求。 由于該設(shè)計(jì)為炭黑加料裝置，送料量精度要求較高。為了保證螺桿有穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速，本課題讓電機(jī)通過三角帶與減速器的輸入軸相聯(lián)，然后輸出軸經(jīng)聯(lián)軸器和螺 旋軸相聯(lián)。對(duì)于炭黑加料，要求螺桿的轉(zhuǎn)速較低，而螺桿轉(zhuǎn)速與電機(jī)的轉(zhuǎn)速是一致的，所以應(yīng)選用轉(zhuǎn)速較低的電機(jī)。這樣既能提高系統(tǒng)的精確性，又有利于整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、勻稱，同時(shí)也有利于發(fā)揮傳動(dòng)平穩(wěn)、減小噪聲的特點(diǎn)。 由于普通電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)大多為齒輪調(diào)速，精度較低，而永磁同步電動(dòng)機(jī)采用高性能稀土磁鋼激磁，因此力能指標(biāo)等各項(xiàng)性能都比較先進(jìn)，是現(xiàn)代各工業(yè)部門高精度轉(zhuǎn)速使用場所極為理想的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，可與電子變頻電源組合成具有多種特性的變速系統(tǒng)。 初步計(jì)算本試驗(yàn)機(jī)螺桿所需轉(zhuǎn)矩為 ，轉(zhuǎn)速確定為 40r/min 左右。選用 上海午馬變速機(jī)械有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為 YN1OO 一 14 永磁同步電動(dòng)機(jī)為主螺桿提供動(dòng)力。電機(jī)功率為 14w，調(diào)速范圍為 10r/min100r/min。 YN100 一 14 永磁同步電動(dòng)機(jī)是目前國際上較先進(jìn)的低轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)。采用交流單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)，配上一種合適的齒輪減速器，達(dá)到某種需要的輸出。適合于在低速傳動(dòng)裝置中作驅(qū)動(dòng)元件，能起到簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)和減低能耗的作用。按其功能分有 YY 型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和 YN 型可逆電動(dòng)機(jī)兩種，每種還可以增加無級(jí)變速的速度控制功能。部分電機(jī)還可配帶微型電磁制動(dòng)器。 YY 型感應(yīng)電機(jī)適用于按一個(gè)方向運(yùn)轉(zhuǎn) 的工作場合，如生產(chǎn)流水線、自動(dòng)機(jī)床、印刷機(jī)械等。 YN 型可逆電動(dòng)機(jī)適合于頻繁啟動(dòng)或換向運(yùn)轉(zhuǎn)的場合，如自動(dòng)售貨機(jī)、包裝機(jī)、電壓調(diào)整器、電動(dòng)升降機(jī)、電動(dòng)機(jī)執(zhí)行器等 [7]。 其它裝置的選用 聯(lián)軸器設(shè)計(jì) 聯(lián)軸器就是用來把兩軸連接在一起，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)兩軸不能分離 。只有在機(jī)器停車并將連接拆開后，兩軸才能分開。 聯(lián)軸器的類型應(yīng)根據(jù)工作要求選定。聯(lián)接電機(jī)與高速軸的聯(lián)軸器，由于軸的轉(zhuǎn)速較高，一般應(yīng)選用具有緩沖、吸振作用的彈性聯(lián)軸器 。低速軸與工作機(jī)聯(lián)接用的聯(lián)軸器，由于軸的轉(zhuǎn)速較低，傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，因此常選用剛性 可移式聯(lián)軸器 。輸出軸與工作機(jī)軸的軸線偏移不很大時(shí)，也可選用彈性柱銷聯(lián)軸器這類彈性可移式聯(lián)軸器。此處連接電機(jī)和螺旋加料器的聯(lián)軸器選用彈性柱銷聯(lián)軸器。它具有定量補(bǔ)償兩軸相對(duì)偏移和一般減振、緩沖、電絕緣性能。外形尺寸較小，重量較輕，承載能力較大，但要求安裝精度較高。適用于正反變化較多、啟動(dòng)較頻繁的高、中速軸轉(zhuǎn)動(dòng)。 聯(lián)軸器的型號(hào)按計(jì)算轉(zhuǎn)矩進(jìn)行選擇。所選定的聯(lián)軸器，其軸孔直徑的范圍應(yīng)與被聯(lián)炭黑加料裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 20 接軸的直徑相適應(yīng) [3]。 軸承選擇 螺桿軸承的布置形式的設(shè)計(jì)，主要應(yīng)使受力合理，應(yīng)盡量使數(shù)值很大的軸向力影響范圍減少， 最好是使該軸向力在為數(shù)不多的幾個(gè)零件的范圍內(nèi)組成力的封閉系統(tǒng)。其次還要考慮軸承的安裝、維修及潤滑等條件。 本 課題 選用 深溝球 軸承 ，主要承受徑向載荷，也可同時(shí)承受小的軸向載荷。當(dāng)量摩擦系數(shù)最小，工作中允許內(nèi)、外圈軸線偏斜量 ≤ 8`16`,且可大量生產(chǎn)，價(jià)格也低。 能夠滿足本 課題 載荷和速度都不高的需要 [2]。 材料選擇 (1) 螺旋桿是螺旋加料器的重要組成部分，螺旋桿是由優(yōu)質(zhì)的氮化鋼和碳素鋼組成，其表面進(jìn)行淬火處理。螺桿材料優(yōu)先選用 38CrMoAlA 鋼，也可選用 40Cr 鋼或 45 號(hào)鋼。 在這里選用螺桿材料 為 40Cr 鋼，材料需經(jīng)調(diào)制處理，加工后表面鍍硬鉻，鍍層厚度一般為 ，其基體硬度 HRC45,鍍鉻層硬度 HRC55。 (2) 螺旋筒的也是加料裝置的重要組成部分，其應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，能保證炭黑能順利的被輸送。螺旋筒的材料常選用鑄鐵或鑄鋼，其拉伸強(qiáng)度不低于 2N/mm2，須經(jīng)退火處理 [2]。 青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 3 加料料斗的設(shè)計(jì) 料斗的形狀 料斗應(yīng)該是歸屬于加料器的一個(gè)部件，這里單獨(dú)討論是因?yàn)槠渲匾院蛷?fù)雜性。最初料斗是圓錐形的，后來為了解決物料架橋問題，出現(xiàn)了多種形狀的料斗，見圖 31。 圖 31 幾種不同形狀的料斗結(jié)構(gòu)圖 several different shapes of hopper 如圖 31a 錐形料斗，圖 31b、圖 31C、圖 31d 都是為解決架橋問題而設(shè)計(jì)的新型料斗，其原理是利用一個(gè)垂直面來破壞物料的架橋條件。 但它們料斗相對(duì)容積都較小。所以 這里選擇 類似 方案 c， 只不過加料斗上半部分為圓形，這樣即增大了容積，也降低了制造難度。 料斗的設(shè)計(jì) 加料器的料斗是炭黑加料系統(tǒng)的主要部件，起著暫存炭黑和為給料器提供穩(wěn)定均勻的炭黑粉料的功能，設(shè)計(jì)合理的料斗結(jié)構(gòu)對(duì)加料系統(tǒng)的效率有著直接的影響，通過分析炭黑在料斗中的粉料流動(dòng)形式及整體流料斗的流動(dòng)性理論，為炭黑加料系統(tǒng)設(shè)計(jì)一套整體流料斗，并根據(jù)不同的粉料性質(zhì)設(shè)置相應(yīng)的破拱裝置，直接避免人工敲擊料斗破拱，延長料斗的使用壽命。 料斗功能主要是儲(chǔ)存炭黑，為螺旋加料器提供物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn) 定的粉料。但通過對(duì)橡膠輪胎行業(yè) 加料料斗 的應(yīng)用情況來看，通常 料斗 的主要問題有： （ 1）粉料的流動(dòng)不暢，起拱 （ 2）僅作有限的流動(dòng)，穿孔。 （ 3）粉料的力度分離，即偏析。 （ 4）流速與容量都不夠大 炭黑加料裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22 要使得稱量系統(tǒng)能夠高效低故障率運(yùn)轉(zhuǎn)，必須要解決上述問題，根據(jù)所儲(chǔ)存粉料的物性進(jìn)行設(shè)計(jì)，在結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)相應(yīng)機(jī)構(gòu)，從而解決上述 料斗 中常出現(xiàn)的問題，來保證 加料 系統(tǒng)的效率及 加料的 精度。 貯倉內(nèi)流型的確定