【正文】 零件的加工和裝配精度，減小積累誤差，盡量減少組成零件的數(shù)目；采用有效的定位基準(zhǔn)和合理的連接方式；對(duì)螺桿尾部的定位面高設(shè)計(jì)的較短。這樣，在未開(kāi)車之前 ，螺桿頭部是靠在機(jī)筒壁上，而在開(kāi)車之后，依靠周圍的塑料將螺桿浮起，以達(dá)到定心的目的。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 第 4章 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 傳動(dòng)系統(tǒng)是擠出機(jī)的主要組成部 分之一。它的作用是驅(qū)動(dòng)螺桿，并使螺桿能在選定的工藝條件下（如壓力、溫度和轉(zhuǎn)速等）獲得所必須的扭矩且能均勻地旋轉(zhuǎn)，以完成對(duì)塑料的塑化和輸送。 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要應(yīng)考慮如下幾個(gè)方面的問(wèn)題：螺桿的驅(qū)動(dòng)功率和傳動(dòng)扭矩、螺桿的轉(zhuǎn)速范圍及其調(diào)節(jié)方法、螺桿的軸承布置、傳動(dòng)系統(tǒng)的零部件的設(shè)計(jì)及其強(qiáng)度計(jì)算、各部件的布置是否合理、傳動(dòng)是否使用可靠和符合 所規(guī)定的噪音標(biāo)準(zhǔn)、操作和維修是否安全方便等。 擠出機(jī)的工作特點(diǎn) 所謂擠出機(jī)的工作特性，是指螺桿的轉(zhuǎn)速與驅(qū)動(dòng)功率之間的關(guān)系。 如圖 41 所示。 圖 41 擠出機(jī)工作特性 擠出機(jī)所消耗的功率 N 是隨螺桿的轉(zhuǎn)速 n 的增加而增高的。雖然 Nn的關(guān)系曲線并非是完全的線性的，但可以近似地把它們看作是線性關(guān)系的。因此，直線的斜率就表示扭矩 Mt,而 Mt 也就基本上是恒定的。擠出機(jī)的這種所以隨著螺桿轉(zhuǎn)速 n 的增加而其扭矩 Mt 看作基本上保持不變的特性，稱為擠出機(jī)的恒扭矩特性。 如 圖 41 所示為 SJ45 擠出機(jī)的工作特性即指螺桿的轉(zhuǎn)速與驅(qū)動(dòng)功率和扭矩之間的關(guān)系曲線：其中 AB 為恒扭矩段， BC為恒功率段。 從圖 41 中看出，擠出機(jī)驅(qū)動(dòng)功率的消耗是隨螺桿的轉(zhuǎn)速的提高而增哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 加的，而且在加工的物料不同時(shí)，其變化又不完全相同。 假如圖 41 所示的關(guān)系式來(lái)表示： N=knx 式中 N——功率消耗（ KW） n——螺桿轉(zhuǎn)速（ r/min） k——常數(shù)（與螺桿的幾何參數(shù)等有關(guān)） x——指數(shù)（ x 近似等于 1） 根據(jù)實(shí)驗(yàn)表明，擠出機(jī)功率的增加與轉(zhuǎn)速近似成正比，擠出機(jī)的工作特性基本上是恒扭矩的。在設(shè)計(jì)擠出機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)盡可能使它的工作特性符合擠出機(jī)的工作特性，以使原動(dòng)機(jī)得到充分的利用。 擠出機(jī) 功率的確定 由于影響擠出機(jī)驅(qū)動(dòng)功率受很多因素的影響，至今還沒(méi)有一個(gè)比較精確有效地確定擠出機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算方法。 我們參考《塑料機(jī)械設(shè)計(jì)》P134 頁(yè)中的式 152b 是在 1972 年，主要是對(duì)當(dāng)時(shí)國(guó)產(chǎn)塑料擠出機(jī)的統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上得出的，一般采用如下經(jīng)驗(yàn)公式 41 計(jì)算 [1]： N=kDs2n (41) 式中 N——螺桿均化段的功率消耗（ KW） DS——螺桿直徑（ cm） n——螺桿轉(zhuǎn)速（ r/min） k——系數(shù)。它可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)分析進(jìn)行確定。根據(jù)目前國(guó)產(chǎn) 的擠出機(jī)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì) D 小于等于 90 毫米的擠出機(jī)，一般k 約等于 ；對(duì)于 D 大于 90 毫米的擠出機(jī)約等于 對(duì)于 SJ45 擠出機(jī)則有： N=452(50～ 200) =～ (KW) 所以 ， 我們?nèi)? N=15(KW) 擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速要求如前面所述，主要有兩個(gè)方面，一是能無(wú)級(jí)調(diào)速，是 為了控制擠出質(zhì)量及與輔機(jī)的配合一致；另外是應(yīng)有一定的調(diào)速范圍，這是針對(duì)擠出機(jī)應(yīng)具有適應(yīng)各種加工情況而提出來(lái)的。 在生產(chǎn)實(shí)際中，由于擠出機(jī)所加工的原材料、制品及對(duì)生產(chǎn)能力的要求往往是變化的；要達(dá)到對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的控制，除了通過(guò)控制溫度、壓力等條件來(lái)實(shí)現(xiàn)外，其中一個(gè)重要的方面是靠改變螺桿的轉(zhuǎn)速來(lái)控制的；由于擠出機(jī)在啟動(dòng)時(shí)其機(jī)頭壓力有時(shí)會(huì)超過(guò)正常值，因此在開(kāi)機(jī)時(shí)，螺桿的轉(zhuǎn)速宜由慢漸增至工作速度。綜合幾個(gè)方面的情況，便要求擠出機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速是能夠在一定的范圍內(nèi)可以隨意加以改變的。 而擠出機(jī)的調(diào)速范圍就是指螺桿的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之間的比值，哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 轉(zhuǎn)速范圍的確定是很重要的，因?yàn)樗苯佑绊懙剿芗庸さ奈锪虾椭破返姆秶?、機(jī)器的生產(chǎn)率、功率的消耗、制品的質(zhì)量、設(shè)備的成本和操作是否方便等。因此，擠出機(jī)的調(diào)速范圍應(yīng)該多大，應(yīng)根據(jù)加工工藝要求及機(jī)臺(tái)的使用場(chǎng)合而定。 對(duì)于 SJ45 擠出機(jī)，調(diào)速范圍應(yīng)為： R=nmax/nmin =200/50=4 螺桿的線速度為： v=2(50～ 200)/60 =～ (m/s) 傳動(dòng)系統(tǒng)的組成、傳動(dòng)形式及速度的調(diào)節(jié)方式 傳動(dòng)系統(tǒng)的組成 擠出機(jī)的傳動(dòng)形式及速度的調(diào)節(jié)方式 擠出機(jī) 的傳動(dòng)系統(tǒng)通常由原動(dòng)機(jī)、調(diào)速裝置和減速裝置所組成。 這三者并不是截然分開(kāi)的。如有原動(dòng)機(jī)其本身即可調(diào)速，也有調(diào)速裝置和減速裝置合在一起的。目前國(guó)內(nèi)外塑料擠出機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)有很多種傳動(dòng)形式 。 擠出機(jī)的調(diào)速方法有有級(jí)調(diào)速和無(wú)級(jí)調(diào)速兩種。從提高擠出機(jī)的適應(yīng)性來(lái)看，使用無(wú)級(jí)調(diào)速最為理想。采用無(wú)級(jí)調(diào)速還易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。 有級(jí)調(diào)速通常由齒輪變速箱來(lái)實(shí)現(xiàn)，也有用變換皮帶輪的方法來(lái)進(jìn)行的。由于有級(jí)調(diào)速已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足擠出機(jī)的要求，在目前已很少采用。 目前 可以實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速的方法通常有下述幾種：用三相異步整流子電機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速；用直流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速；采用機(jī)械無(wú)級(jí)變速器與異步電動(dòng)機(jī)配用進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速；用液壓馬達(dá)與異步電動(dòng)機(jī)配合進(jìn)行傳動(dòng)和實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速；采用滑差電動(dòng)機(jī)進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速。 而 SJ45 擠出機(jī)采用液壓馬達(dá)與異步 電動(dòng)機(jī)配合 進(jìn)行傳動(dòng)和實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的擠出機(jī)近年來(lái)得到了一定的發(fā)展。液壓馬達(dá)又稱油馬達(dá)，它是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的一種執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它能夠?qū)⒁后w的壓力與流量轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能。液壓馬達(dá)的調(diào)速原理是：改變輸入它的進(jìn)油量即可改變螺桿的轉(zhuǎn)速；改變供油壓力 即可調(diào)節(jié)它的輸入扭矩。 由于液壓馬達(dá)的傳動(dòng)特性軟、啟動(dòng)慣性小，它可起到對(duì)螺桿的過(guò)載保護(hù)作用。同時(shí)，由于它體積小，比同功率規(guī)格的電動(dòng)機(jī)小得多，因此整個(gè)傳動(dòng)裝置 易達(dá)到體積小、重量輕和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的要求。如果采用低速高扭矩的液壓馬達(dá)直接傳動(dòng)螺桿，其傳動(dòng)裝置就更簡(jiǎn)單了。 在一般情況下，液壓馬達(dá)如能合理的使用和正確地維修保養(yǎng)，工作是可靠的。但由于它在制造上精度要求高，隨著我國(guó)液壓傳動(dòng)技術(shù)和制造技哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 術(shù)水平的提高，這一傳動(dòng)裝置愈來(lái)愈多地被采用。 馬達(dá)與泵的選擇 1． 液壓泵和液壓馬達(dá)概論 液壓傳動(dòng)是一種以液體作為工作介質(zhì)，以靜壓力和流量作為特性參量進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換、傳遞、分配的技術(shù)手段。將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓能的裝置叫液壓泵。將液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置叫液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)（包括液壓馬達(dá)、擺動(dòng)液壓馬達(dá)和液壓缸）。因此，液壓泵的輸入?yún)⒘繛闄C(jī)械參量，輸出為液壓參量；液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸入?yún)⒘繛橐簤簠⒘?，輸出為機(jī)械參量。 2． 馬達(dá)與泵的調(diào)速回路 調(diào)速回路的功用在于調(diào)定執(zhí)行元件的工作速度。調(diào)速回路因范圍大小、速度受負(fù)載影響大小、 承載能力大小、效率高低、能否自動(dòng)調(diào)速等的不同而有多種結(jié)構(gòu)方案。 液壓系統(tǒng)的調(diào)速方法可以有以下三種： （ 1）節(jié)流調(diào)速：采用定量泵供油，由流量閥調(diào)節(jié)進(jìn)入執(zhí)行元件的流量來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)速度的方法。 （ 2）容積調(diào)速：采用變量泵來(lái)改變流量或改變液壓馬達(dá)的排量來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)速度的方法。 （ 3）容積節(jié)流調(diào)速：采用變量泵和流量閥相配合的調(diào)速方法，又程聯(lián)合調(diào)速。 節(jié)流調(diào)速回路的主要缺點(diǎn)是效率低、發(fā)熱大，故只適用于對(duì)發(fā)熱量限制不大的小功率系統(tǒng)中。所以我們選擇容積調(diào)速回路的方法。 根據(jù)液壓泵和液壓馬達(dá)的組合不同，容積調(diào)速回路有三種形式： ① 變量泵和定量液壓馬達(dá)組成的調(diào)速回路； ② 定量泵和變量液壓馬達(dá)組成的調(diào)速回路； ③ 變量泵和變量液壓馬達(dá)組成的調(diào)速回路。它們普通用于一些工程機(jī)械、行走機(jī)構(gòu)、礦山機(jī)械以及靜壓無(wú)級(jí)變速裝置中。 3．容積調(diào)速回路的特性 三種容積調(diào)速回路的特性： （ 1）變量泵和定量液壓馬達(dá)組成的容積調(diào)速回路 ① 調(diào)節(jié)變量泵的排量便可控制液壓馬達(dá)的速度，由于變量泵能將流量調(diào)得很小，故可以獲得較低的工作速度，因此調(diào)速范圍較大。 ② 在用變量泵的調(diào)速系統(tǒng)中，液壓馬達(dá)能輸出的轉(zhuǎn)矩不是隨液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速稱為恒扭矩調(diào)速。 ③ 回路的輸出功率是隨液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速的改變呈線性變化。 （ 2）定量泵和變量 液壓馬達(dá)組成的容積調(diào)速回路 ① 這種調(diào)速回路的調(diào)速范圍較小。 ② 這種回路的輸出轉(zhuǎn)矩為變值。 ③ 這種調(diào)速稱為恒功率調(diào)速 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 這種調(diào)速回路能適應(yīng)機(jī)床主運(yùn)動(dòng)所要求的恒功率調(diào)速的特點(diǎn)，但調(diào)速范圍小。同時(shí)，若用液壓馬達(dá)來(lái)?yè)Q向，要經(jīng)過(guò)排量很小的區(qū)域，這時(shí)候轉(zhuǎn)速很高，反向易出故障。 （ 3）變量泵和變量馬達(dá)組成的容積調(diào)速回路 在采用變量泵和變量馬達(dá)組成的調(diào)速回路中，液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速可以通過(guò)改變變量泵排量或改變液壓馬達(dá)的排量來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。 在容積調(diào)速回路中，泵的工作壓力是隨負(fù)載而變化的，而液壓泵和執(zhí)行元件的泄漏量隨著工作壓力的增加 而增加，由于泄露的影響，使液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速隨著負(fù)載的增加而有所下降。 通過(guò)分析三種容積調(diào)速回路的特性， SJ45 擠出機(jī)采用變量泵 定量馬達(dá)式 。 圖 42 變量泵 變量馬達(dá)容積調(diào)速回路 如圖 42 所示，為開(kāi)式變量泵 定量馬達(dá)式容積調(diào)速回路?；芈酚勺兞勘?、定量馬達(dá)、溢流閥和油箱組成。改變變量泵的排量，既可調(diào)節(jié)定量馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。溢流閥用來(lái)限定回路的最高壓力，起過(guò)載保護(hù)的作用。 溢流閥的功用是當(dāng)系統(tǒng)的壓力達(dá)到其調(diào)定值時(shí)，開(kāi)始溢流，將系統(tǒng)的壓力基本穩(wěn)定在某一調(diào)定的數(shù)值上。溢流閥包括直動(dòng)式溢流閥和先導(dǎo)式溢流閥兩種。溢流閥的性能主要有靜態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能兩種。溢流閥的應(yīng)用十分廣泛，每一個(gè)野鴨系統(tǒng)都使用溢流閥。溢流閥在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用主要有：作溢流閥用；作安全閥用；作背壓閥用；作卸荷閥用。 4． 壓泵和液壓馬達(dá)的選擇 液壓馬達(dá)的選用時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)因素 （ 1）首先根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速要求確定馬達(dá)的所需的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的大哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 小。 （ 2）根據(jù)負(fù)載和轉(zhuǎn)速確定液壓馬達(dá)的工作壓力和排量大小。 （ 3）根據(jù)執(zhí)行元件 的轉(zhuǎn)速要求確定采用定量馬達(dá)還是變量馬達(dá)。 （ 4）對(duì)于液壓馬達(dá)不能直接滿足負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的要求的，可以考慮配置減速機(jī)構(gòu)。 液壓馬達(dá)通常分為高速和低速兩大類。 額定轉(zhuǎn)速高于 500r/min 的為高速液壓馬達(dá)，主要形式有齒輪式、螺桿式、葉片式和軸向柱塞式。其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)速較高、功率密度高、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、排量小，起動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速及換向方便，但輸出轉(zhuǎn)矩不大，在大多數(shù)情況下不能直接滿足工程上負(fù)載對(duì)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的要求，往往需要配置減速機(jī)構(gòu)，所以其應(yīng)用受到 一定限制。額定轉(zhuǎn)速低于 500r/min 的為低速液壓馬達(dá)。低速液壓馬達(dá)排量大，體 積大。其主要形式有多作用曲線柱（球）塞式液壓馬達(dá)和曲軸連桿、靜壓平衡時(shí)徑向柱塞形液壓馬達(dá)。它適應(yīng)于直接連接并驅(qū)動(dòng)負(fù)載，且起動(dòng)、加速時(shí)間短，性能好，所以在工程實(shí)踐中得到了廣泛應(yīng)用。 5．液壓馬達(dá)和泵算 （ 1） .液壓馬達(dá)的扭矩 Tt，由公式 42 計(jì)算 [2] N=Tt2 n (42) 式中 N——擠出機(jī)的功率 Tt——液壓馬達(dá)的扭矩 n——螺桿的轉(zhuǎn)速 根據(jù)要求扭矩最大，擠出機(jī)的功率一定的，只有當(dāng)螺桿的轉(zhuǎn)速最小時(shí)，扭矩才最大。 所以， Tt=N/2 n =15000/（ 2 50） =48Nm （ 2） .液壓馬達(dá)的排量 V Tt=ΔPV 式中 Tt——液壓馬達(dá)的扭矩 ΔP——液壓馬達(dá) 進(jìn)出口壓差， 0～ 8MPa V——液壓馬達(dá)的排量 所以， V=Tt2π/ΔP =482= q M=Vnmax =200 =根據(jù)排量和流量可以確定液壓馬達(dá)為 ZM160 型的軸向柱塞馬達(dá)。 由流量選用 YBN60LJB。此泵的定子內(nèi)表面為圓柱面，它與轉(zhuǎn)子間哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 存在偏心距 e，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，葉片由于離心力及壓力油作用而緊靠頂子內(nèi)表面，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一周完成依次擠、壓。單作用泵的轉(zhuǎn)子承受壓油腔的單向壓力， 軸承負(fù)載大。這種泵可采用改變偏心距的辦法調(diào)節(jié)排量，故易于實(shí)現(xiàn)變量。 在正常工作條件下（除了變量泵的排量過(guò)小而不能承受負(fù)載的工況外），回路輸出轉(zhuǎn)矩與實(shí)際的負(fù)載轉(zhuǎn)矩相等?；芈返墓ぷ鲏毫τ韶?fù)載轉(zhuǎn)矩決定。因此，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩大時(shí)，回路的工作壓力自動(dòng)增大；負(fù)載轉(zhuǎn)矩小時(shí)，回路的工作壓力自動(dòng)減小。該回路的最大輸出轉(zhuǎn)矩不收變量泵排量的 影 響，而且與調(diào)速無(wú)關(guān)，在高速與低速時(shí)回路輸出的最大轉(zhuǎn)矩相同，并且是個(gè)恒定定值，故稱這個(gè)回路為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速回路