【正文】 機(jī)筒強(qiáng)度的計(jì)算 機(jī)筒壁厚有經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) d＝ 30～ 45mm，可選為 40mm；由于機(jī)筒外徑與內(nèi)徑之比大于 故可按 厚壁圓筒理論進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，機(jī)筒內(nèi)壁受物料的壓力P 作用時(shí)，機(jī)筒壁上每一點(diǎn)都處于三向應(yīng)力狀態(tài)，如圖 35 所示，即徑向應(yīng)力，切向應(yīng)力和軸向應(yīng)力，則對(duì)只受內(nèi)壓力作用的厚壁容器有 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 29 圖 35 機(jī)筒受力圖 )1(Pr22222rRrR bbb br ???? N/cm （ 312） 。 螺桿軸向力的確定 螺桿軸向力的大小主要由機(jī)頭壓力，物料的物理性能，螺桿的結(jié)構(gòu)及其轉(zhuǎn)速，機(jī)筒的溫度等因素影響，其值主要包括兩部分：一是在機(jī)頭處物料作用于螺桿端部上的總壓力 P1，二是在擠出機(jī)擠出時(shí)由于動(dòng)載荷產(chǎn)生的附加壓力，由于影響軸向推動(dòng)的因素很多，一般軸向推力可由下式計(jì)算 [1] Pz =P1 ＋ P2 （ 34） 式中 Pz — 螺桿的軸向推力， N； P1 — 物料作用在螺桿端面的總亞壓力， N； P — 螺桿端部的物料壓力， N/cm2 ； Ds — 螺桿外直徑， cm； P2 — 在擠 出時(shí)由于動(dòng)載荷產(chǎn)生的附加壓力的軸向分量， N/cm2 ； 根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出 當(dāng)機(jī)頭壓力 =3000－ 4000 N/cm2 時(shí)， P2 =P z （ ～ ）％；當(dāng) P200 kg/cm2 時(shí)， P2 =Pz（ ～ 25）％； 目前多采用下式計(jì)算軸向力 Pz =P1 +P2 =P1 +()P1 （ 35） 故得 Pz =（ ～ ） 1P =（ ～ ） 500 =～ 207 N/cm2 螺桿強(qiáng)度的計(jì)算 螺桿的連接形式似呈臂梁，按螺桿與減速箱中的輸出軸固定方式的不同，一般可分為緊固式和浮動(dòng)式兩種，前者螺桿與轉(zhuǎn)動(dòng)軸是一個(gè)零件，或者配合得緊密；后者螺桿與傳動(dòng)軸為兩個(gè)不同零件，多為較松的配合連接，在擠出時(shí)其螺桿端部在機(jī)頭內(nèi)浮動(dòng)，因而其自重 引起的彎曲應(yīng)力可忽略，所以在實(shí)際計(jì)算時(shí)都可以近似的視為一端固定的懸臂梁，在螺桿的全長(zhǎng)上主要受物料的壓力 P（軸向），克服物料的壓力所需要的扭矩 Mt 和螺桿自重G 的作用，因此對(duì)螺桿的強(qiáng)度計(jì)算因?yàn)樵诼輻U根徑處的能力最差。 螺桿與機(jī)筒的強(qiáng)度較核 螺桿與機(jī)筒的強(qiáng)度計(jì)算的主要原始參數(shù)有機(jī)頭中物料最大壓力 Pmax，螺桿的軸向作用力 Pz，以及作用在螺桿上的扭矩 Mt。 機(jī)筒材 料的選擇 機(jī)筒在擠出機(jī)擠出時(shí)受到高溫（ 300）以上，高壓（ 400kg/cm2）的作用，成型聚乙烯等高溫放腐蝕性氣體，這就要求機(jī)筒的硬度高，耐腐蝕性及耐磨性好。稍大于此值，實(shí)踐證明（ b）和（ d）類加料口不論對(duì)粉類，料類帶粒均能很好的適應(yīng)。 常見的加料口斷面開頭很多，如圖 33 示 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 25 圖 33 加料口設(shè)計(jì)圖 (a) 類主要適用于帶狀料的加料口，不宜用于粒料和粉料；（ c）和（ e）類為簡(jiǎn)易式擠出機(jī)上用的較多；（ b），（ d），（ f）三種類型用得較廣泛，其中（ b）類的右口壁傾斜角一般為 7176。 加料口 加料口的結(jié)構(gòu)必須與物料的形狀相適應(yīng)，使被加入的物料能從料斗自由流入螺桿而不中斷。 30′即可。 對(duì)于擠出機(jī)，取 L=200mm。 綜上所述，本機(jī)選用金屬襯套式機(jī)筒。 （ 3）雙金屬機(jī)筒 雙金屬機(jī)筒主要有兩種結(jié)構(gòu)形式：一種是襯套式機(jī)筒；另一種是在機(jī)筒上繞鑄一層合金箔層，簡(jiǎn)稱為澆工機(jī)筒。 機(jī)筒的結(jié)構(gòu)類型及其選擇 （ 1）整體式機(jī)筒 整體式機(jī)筒長(zhǎng)度大，加工要求比較高，在加工精度和裝配精 度上容易得到保證，也可簡(jiǎn)化裝配工作；在機(jī)筒上設(shè)置外加熱器，不易受到限制，機(jī)筒受熱均勻，但機(jī)筒的加工設(shè)備要求比較高，機(jī)筒內(nèi)表面磨損難以修復(fù)。 機(jī)筒的設(shè)計(jì) 機(jī)筒的結(jié)構(gòu)形式關(guān)系到熱量的傳遞的穩(wěn)定性和均勻性；機(jī)筒的機(jī)械加工和使用壽命也影響到整個(gè)擠壓系統(tǒng)的性能。 (2） 使用要求 螺桿與機(jī)筒的間隙特別重要，要保證 滿足要求，因此就要求螺桿在工作中變形小，耐腐蝕，強(qiáng)度高，壽命長(zhǎng)。 通過比較分析，決定采用矩形斷面的螺紋。矩齒形斷面的螺棱，其后較大的傾角 ? ，且過渡圓弧較大，一般用于大型造粒機(jī)。 G 值的大小也與 D 有關(guān)。 本機(jī)采取如圖 31 所示排列形式 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 圖 31 螺桿螺紋排列圖 由圖 31 可知，主，副螺紋的升程總是相差一個(gè)，（由于 I2 I1）因此，令主，副螺紋從開始分開到匯合時(shí)主螺紋的螺紋升程數(shù)量為 Z， 則有 Z=（ I2 （ 2e＋ 2k）） /cos? ） /（ I2 － I1 ） （ 33） 其中 K— 最初刀具決定的尺寸，取 K=5； ?— 螺紋升角，取 ? =23? ， ?18, ?? ； 即 I2 =； 圓整取 I2 = 50mm 螺紋頭數(shù) 實(shí)踐證明：雙頭螺桿在小型擠出機(jī)上產(chǎn)量不如單頭螺桿，高速下易產(chǎn)生氣泡，加工也比較困難，故在此采用單頭螺桿。 由表 124 可知，聚己乙烯的物理壓縮比為 ，故選定幾何壓縮比為?? 考慮到分離型螺桿在相同的轉(zhuǎn)速下變通螺桿消耗的功率大（因產(chǎn)量哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 高）， 因此，為保證分離形螺桿加料段第一個(gè)螺槽根徑處有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，1H 一般選取等于或小于變通螺桿，而 3H 比普通螺桿的要大。 分離型螺桿的工作性能 （ 1）擠出物均勻； （ 2）生產(chǎn)能力提高，功率消耗下降，工作特性比變通螺桿的硬且能耗低； （ 3）排氣性好，氣體可以比較順利地向料斗處排出； （ 4）掃膛現(xiàn)象少。 螺 桿形式的選擇 隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展，人們?cè)谏a(chǎn)實(shí)踐的過程中對(duì)變通螺桿不斷進(jìn)行改進(jìn)和提高，以適應(yīng)其生產(chǎn)上的需要并從理論上進(jìn)行研究和探索，同時(shí)對(duì)原有的理論模型進(jìn)行修改、補(bǔ)充和提高，就是在這種情況下，產(chǎn)生了新型螺桿。當(dāng)要裝入螺桿時(shí)，可按上述相反的順序進(jìn)行。 止推軸承的選擇 選擇止推軸承的根據(jù)是擠出機(jī)的軸向力，一般都應(yīng)該選用承受重載荷的軸承，以考慮本擠塑機(jī)選用單列向心球軸承，其代號(hào)為 GB302648420[5] 此種軸承的有關(guān)尺寸數(shù)據(jù)如表 25 所示 表 25 8420 軸承基本參數(shù)數(shù)據(jù)表 推力軸承的動(dòng)圈與配合推薦用 jsH ， KH ，其固定圈與軸承空配合較松，以實(shí)現(xiàn)軸承的自動(dòng) 調(diào)心，間隙量為 。采用這種連接方式時(shí)，零件 的制造各安裝精度無須太高。這種形式一般不采用。 （ 1） 固定伸臂式 螺桿與傳動(dòng)軸為一整體裝配后成一整體 。這樣不但可以防止物料被污染，同時(shí)也可避免物料進(jìn)入軸承內(nèi)。 圖 25 軸承布置 軸承的冷卻和潤(rùn)滑 軸承的冷卻和潤(rùn)滑一般都是采用油液循環(huán)來進(jìn)行的，在采用這種系統(tǒng)時(shí)，必須注意不能讓油液漏入機(jī)筒，以使物料污染。比較起來，前者乃是一個(gè)主要矛盾。 從以上的幾種布置形式來看，各種優(yōu)缺點(diǎn)，止推軸承位于兩徑向軸承前面和后面的比止推軸承位于兩徑向軸承之間的，在維修安裝上好，但在軸承的潤(rùn)滑上卻比不上后者。這兩種布置從受軸向力而引起箱體的受力情況來看，又有所不同。 （ 3） 止推軸承位于兩徑向軸承之間 這種布置形式屬于上圖 25 中的（ b）（ d）兩種。 （ 2） 止推軸承位于兩徑向軸承后面 這種布置形式屬于上圖 25 中的 (c)種形式。 從圖 2－ 5 中可以看出：物料給螺桿的軸向力一方面通過鍵套來傳給止推軸承，直推軸承再將力傳給軸承坐；另一方面，物料又作用在機(jī)頭上 一個(gè)推力，這個(gè)推力通過機(jī)筒，料斗座而作用在止推軸承座上，這就構(gòu)成一個(gè)封閉力系統(tǒng)，使減速箱不受軸向力的影響。 為了承受軸向力和徑向力，在螺桿尾部的傳動(dòng)部分一般都設(shè)置有兩個(gè)徑向軸承和一個(gè)止推軸承。因?yàn)閿D出機(jī)在工作時(shí)，止推軸承承受了全部的軸向力，因此，螺桿軸承部分的結(jié)構(gòu)形式，止推軸承的選擇及其布置形式是擠出機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中一個(gè)重要的問題。 SJ－ 65 擠出機(jī)屬于平穩(wěn)載荷機(jī)械，查表 1749 可知， K1 =； 擺線針輪減速器采用油池潤(rùn)滑查表得 K2 =； 則 141114 ????cP kW 可選用額定功率為 15kw 的減速器； 根據(jù)前面計(jì)算傳動(dòng)比 i=11； 選則減速器型號(hào)為 ZWD 157A11 Z WD 15 7A 11 JB/ T298 219 94傳動(dòng)比 i = 117 號(hào) A 型輸入功率 15 kW一級(jí)傳動(dòng)直聯(lián)型臥式擺線針輪減速器 擠出機(jī)螺桿軸承部分的結(jié)構(gòu)及其布置形勢(shì) 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 一臺(tái)擠出機(jī)的性能優(yōu)劣，不但要看它在生產(chǎn)是能否得到高產(chǎn)量的效果，而且必須要看它的機(jī)械性能和使用壽命如何。 (9）計(jì)算初拉力 F0 由式 825 得 F0 =500P ca /Vz（ － 1）＋ qv2 （ 212） 其中 q— 普通 V帶單位長(zhǎng)度得質(zhì)量， kg/m； 查表 84 得 q=則有 F0 =500（ 5） （ － 1）＋ = (10）計(jì)算軸上的壓力 Q 由式 826 得 Q=2ZF0 sin（ 2/1? ） （ 213） 其中 Z — 帶的根數(shù)； F0 — 單根帶的初拉力； 1? — 主動(dòng)輪上的包角； 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 則有 Q=25sin（ ? /2） = (11）帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù) D? 300 時(shí)，可采用腹板式，主動(dòng)輪與從動(dòng)輪的結(jié)構(gòu)均采用腹板式結(jié)構(gòu)。 (3)定帶輪的基準(zhǔn)直徑 由表 83可知 V帶輪的最小直徑 Dmin =140mm,故取主動(dòng)輪的基準(zhǔn)直徑為 D1 =180mm 根據(jù)式 815，從主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑應(yīng)為 D2 =D1 ? I=180? =270mm （ 25） 按式 813 驗(yàn)算帶的速度 V=( 11 nD ??? )/(60 1000? ) （ 26） =(? 180? 1500)/(60? 1000) =對(duì)于 B型帶而言， Vmax =25m/s，則 V=Vmax ,帶的速度合適。 考慮到傳動(dòng)比與結(jié)構(gòu)，選用擺線針輪減速器，擺線針輪減速器的特點(diǎn)如下 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 1) 傳動(dòng)比范圍大，單級(jí)傳動(dòng)比可達(dá) 6119； 2) 體積小，重量輕； 3) 效率高； 4) 運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音低； 5) 工作 可靠，壽命長(zhǎng)。 1．原動(dòng)機(jī) 根據(jù)分析，采用直流電機(jī) Z41322[8] 采用電動(dòng)機(jī)本身無級(jí)調(diào)速，當(dāng)改變電樞電壓時(shí)，得到的是恒扭矩調(diào)速；改變勵(lì)磁電壓時(shí)，得到的是恒功率調(diào)速。 所謂擠出機(jī)的調(diào)速范圍就是指螺桿的最高轉(zhuǎn)速與最底轉(zhuǎn)速之間的比值，轉(zhuǎn)速范圍的確定是很重要的，因?yàn)樗苯佑绊懙綌D出機(jī)所能加工的物料和產(chǎn)品的范圍，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。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 0123456N/kN5 10 15 20 25 30 35 40AB Cn/r/m in 圖 23 擠出機(jī)驅(qū)動(dòng)功率與轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線 根據(jù)公式 [1] N＝ k? nx （ 21）式中 N— 功率， kW ； K— 常數(shù)（與螺桿幾何參數(shù)有關(guān)）； N— 螺桿參數(shù)； x— 指數(shù)， x＝ 1； 根據(jù)實(shí)驗(yàn)表明：擠出機(jī)的功率的增加與轉(zhuǎn)速近似成正比，擠出機(jī)的工作特性基本上是恒扭矩的。 從圖中 23 可以看出擠出機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率的消耗是隨著轉(zhuǎn)速的提高而增加的。 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要考慮如下幾個(gè)方面的問題 螺桿的驅(qū)動(dòng)功率和傳動(dòng)扭矩，螺桿的轉(zhuǎn)速范圍及調(diào)節(jié)方法，螺桿的軸承布置，傳動(dòng)系統(tǒng)的零部件及強(qiáng)度計(jì)算，各部件的布置是否合理，傳動(dòng)系統(tǒng)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。綜上所述經(jīng)比較，選擇第二種布置形式最佳，其外形輪廓如圖 22 所示。 結(jié)論：根據(jù)擠出機(jī)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，要求工作平穩(wěn)，振動(dòng)小，噪音低，恒扭矩等，故選擇方案 a 較合適。 分析兩種傳動(dòng)方案 ，它靠中間的撓性體（皮帶）與帶輪之間的摩擦力傳遞功率，皮帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造維修方便，傳動(dòng)平穩(wěn)，吸振性好，噪音小，傳動(dòng)中心距大，具有過載保護(hù)。 綜上所述，采用直流電動(dòng)機(jī)，其型號(hào)為 Z41322；此種電機(jī)空間利用率高，換向良好，具有體積小，性能好，重量輕，輸出功率大，效率高，及可靠性高的特點(diǎn)，其安裝尺寸及外型尺寸如下