【正文】 時，葉片單元中含有4個封閉腔，當(dāng)葉片與X軸夾角為θ時，軸向截面積為：S=π4R2r2+12e2sin2θ+Resinθ116eR2sinθ2+Recosθ116eR2cosθ2 (8)因此，封閉腔在葉片與X軸的夾角為θ時，封閉腔容積：V=BS=Bπ4R2r2+12e2sin2θ+Resinθ116ecosθR2+Recosθ116ecosθR2 (9)上式中： V——葉片單元任意一封閉腔容積 S——葉片單元任意一封閉腔軸向面積 B——葉片長度 r——葉片單元轉(zhuǎn)子半徑如果忽略葉片長度，則當(dāng)θ=π4時，有最大容積，最大容積為： Vmax=Bπ4R2r2+12e2+2Re212e3R當(dāng)θ=5π4時，有最小容積，最小容積為： Vmin=Bπ4R2r2+12e22Re+212e3R由以上論述可得，葉片單元每轉(zhuǎn)的排料量為： V排=B22Re26e3R又由任務(wù)書內(nèi)容知，擠出機(jī)產(chǎn)量為32kg/h,由前面對螺桿的計算分析得螺桿的轉(zhuǎn)速為23r/min。 當(dāng)e=Rr時，定子與轉(zhuǎn)子在間隙最小處重合，定子與轉(zhuǎn)子的最大間隙為δ=2e,最小間隙δ=0。當(dāng)葉片OM與葉片ON運(yùn)動到OD及OE時，此封閉空間EedD處于最小位置，此時開始進(jìn)料。 葉片單元的輸送能力來源于各個封閉腔的容積變化，物料隨著封閉腔的空間變化而發(fā)生進(jìn)料或排料，因此封閉腔容積的表達(dá)式及葉片失徑等是建立葉片塑化輸運(yùn)單元數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)，如圖所示，下圖為葉片與螺桿組合擠出機(jī)熔體輸送工作原理圖，當(dāng)葉片OM與X軸的夾角為45176。隨著封閉腔容積的周期性變化，物料在軸向受到周期性的正應(yīng)力作用，同時由于流道在周向呈收斂狀，物料將受到拉伸流場的作用，物料在此過程中受到周期性的正應(yīng)力場和拉伸場的共同作用，使得物料在葉片塑化擠出機(jī)中的輸送熱歷程短，塑化混合效率提高。物料在葉片單元中，在正應(yīng)力的主要作用下實(shí)現(xiàn)研磨，壓實(shí)，排氣，同時在定子外加熱輔助作用下完成塑化熔融。(一） 葉片單元的工作原理： 葉片單元由定子，轉(zhuǎn)子，側(cè)面擋盤組成，定子與擋盤同心，轉(zhuǎn)子與定子偏心，有偏心距e，轉(zhuǎn)子同時又與加料段螺桿和均化段螺桿通過花鍵同心連接，并且隨螺桿的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，有相同的轉(zhuǎn)速，在擋盤上開有進(jìn)料口和出料口，通過定子，轉(zhuǎn)子及擋盤所構(gòu)成封閉容積的變化來改變壓力，從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)料與排料，同時完成對聚合物的加工。e=~ 在此次設(shè)計中，取e==螺桿的螺紋頭數(shù)：加料段使用單頭螺紋，均化段使用單頭螺紋。所以H1=3=螺紋斷面形狀的確定：采用矩形斷面，~1mm,r和R按下列范圍選取。由上知熔融段L2=（3~5）Ds，取L2=4Ds=260mm,取L1=50%L, L3=24%L由L1+L2+L3=L得：L=1300mm,即L1=728mm, L3=312mm 一般先確定均化段始端螺槽深度H3后，再由螺桿幾何壓縮比來計算加料段的最后一個螺槽深度H1。本次設(shè)計的葉片式擠出機(jī)是用來加工聚丙烯的，聚丙烯的熔融溫度是174℃，,又聚丙烯為結(jié)晶性聚合物。 加料段長度L1的確定，加料段的長度理論上可由固體輸送理論計算確定，但實(shí)際上影響的因素很多，難于由理論公式去計算，所以，通常根據(jù)高聚物的物理性能的分析，用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)區(qū)確定所需要的長度L1。 加料段的最后一個螺槽深度H1的確定，在理論上是隨H1的增大，固體輸送量增大。 從以上分析可知，影響螺紋升角θ的因素很多，很難根據(jù)理論公式來計算最佳螺紋升角，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取螺紋升角為17176。但實(shí)際上固體塞與螺桿是有摩擦的，并且有一定的壓力，因而加料段的最佳螺紋升角不是45176。 在本次設(shè)計中，采用等距變深螺桿，加料段的主要幾何參數(shù)有羅紋升角θ，加料段螺槽深度H1和加料段螺桿長度L1。計算出的Ds值，不一定是整數(shù)，需要圓整，直徑系列：30，45，65，90，120，150，200選取。 Ds——螺桿外直徑（cm）。在本次設(shè)計中，根據(jù)任務(wù)書的要求，螺桿的生產(chǎn)能力為32kg/h，螺桿的生產(chǎn)能力除與螺桿的直徑有關(guān)外，還與螺桿轉(zhuǎn)速，機(jī)頭壓力及其他幾何參數(shù)有關(guān)。葉片式擠出機(jī)的設(shè)計畢業(yè)論文目錄第一章 螺桿單元的設(shè)計 …………………………………………… 第二章 葉片塑化輸運(yùn)單元的設(shè)計 …………………………………………… 第三章 核心部件的強(qiáng)度校核 ……………………………………………第四章 機(jī)頭的設(shè)計 ……………………………………………第五章 傳動系統(tǒng)的設(shè)計 ……………………………………………第六章 輔助部件的設(shè)計 ……………………………………………第一章 螺桿單元的設(shè)計本次設(shè)計的葉片式擠出機(jī)，其加料段使用螺桿，均化段使用螺桿，塑化熔融單元使用葉片結(jié)構(gòu)。下面首先討論螺桿結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程：（一） 設(shè)計加料段和均化段螺桿： 螺桿直徑Ds的確定：設(shè)計螺桿時，一般都根據(jù)所需要的生產(chǎn)能力來設(shè)計。初步確定螺桿直徑時，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式Q=βDs3n （1）來確定，式（1）中 Q——生產(chǎn)能力（kg/h） Β——經(jīng)驗(yàn)出料系數(shù)，取β=~。 n——螺桿轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）。在本次設(shè)計中，任務(wù)書中只給定了生產(chǎn)能力，初步取螺桿外徑65mm,，由（1）可以算得n為23r/min. 對固體輸送段輸送能力的要求是：固體輸送能力應(yīng)稍高于或等于熔融段或均化段的工作能力。螺紋升角的確定，從固體輸送理論公式：ctg?=DDbtgθ=tgθb [1]（塑料機(jī)械設(shè)計）得知，如果固體塞與螺桿之間沒有摩擦（fs=0）和p=p0（p0為初壓力），可以得到最大生產(chǎn)能力的最佳螺紋升角θb是45176。,若選取加料段螺桿的螺紋升程等于螺桿直徑Ds，得到的螺紋升角是1704239。~20176。確定H1時，不僅要考慮螺桿的機(jī)械強(qiáng)度，還要考慮物料的物理壓縮比大小，一般先確定均化段螺槽深度后，再由螺桿的幾何壓縮比來計算加料段的最后一個螺槽深度H1。熔點(diǎn)高，導(dǎo)熱性差，熱焓大的高聚物，加料段的長度要取長一些，反之取短一些。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)取加料段長度L1占螺桿全長L的百分比如下： 結(jié)晶性高聚物：加料段L1=30~50%L 熔融段L2=（3~5）Ds 均化段L3=20~50%L由任務(wù)書的要求知：Q=32kg/h,，Ds首選65mm,由Q=βDs3n得n=23r/min。根據(jù)經(jīng)驗(yàn) ：H3=（~）Ds,取H3==3，此擠出機(jī)用來加工聚丙烯pp,選幾何壓縮比i==H1H3 。r=(12~23) H3, R=(1~2)r由前面的論述知：H3=3，因此，當(dāng)取r=23H3=2時，R==3mm。第二章 葉片塑化輸運(yùn)單元的設(shè)計 葉片式擠出機(jī)與傳統(tǒng)擠出機(jī)的主要區(qū)別是其塑化輸運(yùn)單元為葉片結(jié)構(gòu)，下面討論該單元的工作原理和設(shè)計過程。因?yàn)槿~片轉(zhuǎn)子與定子有一定的偏心，定子是固定不變的，轉(zhuǎn)子隨螺桿的轉(zhuǎn)動而不斷轉(zhuǎn)動，葉片在轉(zhuǎn)子的巨型槽內(nèi)滑動，當(dāng)封閉腔的容積由小變大時，吸進(jìn)物料，當(dāng)封閉腔的容積由大變小時，排出物料。物料在很短的熱機(jī)械歷程內(nèi)完成塑化輸運(yùn)過程。(二）葉片單元的基本參數(shù)。時，葉片OM與葉片ON所組成的封閉空間MmNn處于空間最大位置，此時開始排出物料。(1)葉片矢徑： 對葉片單元來說，因?yàn)檗D(zhuǎn)子與定子之間存在一定的偏心量，葉片在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)來回移動，因此，葉片矢徑是隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動而不斷變化的，如下圖所示，由三角形關(guān)系得：cosθ=e2+ρθR22eρθ即 ρθ=ecosθ+R2e2sinθ2 （1）在上式中： R——定子內(nèi)壁直徑 e——轉(zhuǎn)子圓心O與定子圓心A的偏心距 θ——葉片與X軸的夾角由上式可知，當(dāng)θ=0時，葉片矢徑最大： ρθmax=R+e (2) 當(dāng)θ=π時，葉片矢徑最?。? ρθmin=R+e (3)與此同時，我們還能觀察到定子與轉(zhuǎn)子間葉片長度?ρθ為： ?ρθ=ecosθ+R2e2sinθ2r (4)(2)葉片單元的偏心距e: 對于葉片單元，定子內(nèi)壁圓心與轉(zhuǎn)子圓心的偏心距是一個非常重要的參數(shù)，偏心距離e對葉片單元的塑化輸運(yùn)能力有直接的影響，當(dāng)葉片轉(zhuǎn)子與定子的半徑一定時，葉片單元的偏心距e≤Rr。 當(dāng)eRr時，定子與轉(zhuǎn)子在任意位置均有間隙存在，定子與