xk350开炼机加料段机筒设计.doc

摘要
XK-350开炼机是橡胶、塑料机械中最常用、最基本的设备之一，主要用于生胶的塑炼、胶料的混炼、混炼胶的热炼等。目前，我国开炼机技术虽然发展很快、生产品种也较多，但与工业发达国家相比还有一定差距，有向着个性化与智能化方向发展的趋势。本文主要对XK-350开炼机进行了设计和计算，包括电机和减速器的选用，工作机的设计工作机主要的零部件和辅助部件设计，制图软件的使用等。本文在结构设计方面，采用少齿差行星齿轮减速器替代以往的圆柱齿轮减速器，结构更为简单紧凑，降低了生产成本。并针对安全生产问题，增加了安全装置，为以后该机械的设计提供参考依据。
随着技术的不断发展，开炼机的结构和性能有了很大改进。在新式开炼机中，采用液压马达作为动力传动装置，使传动平稳，噪音降低；采用自动调心滚柱轴承火填充MC尼龙轴衬作为辊筒轴承，以节约电能或轴衬铜材，并简化维护保养；调距装置采用液压结构，具有过载保护功能，调距方便，并可指示工作横压力值；为了适应炼胶工艺的要求，大规格开炼机采用圆周钻孔辊筒，提高温控效果。此外，为安装方便，采用橡胶防震垫取代地脚螺栓；在中小规格开炼机上采用电气制动，简化了制动装置，提高了制动效果。开炼机的一系列改进，使其在技术上达到了一个新的水平。
使用开炼机对胶料进行塑炼，是最早应用的一种塑炼方法。它是将生橡胶胶块置于两辊筒之间，借助于辊筒的剪切力作用使橡胶的分子链受到拉伸而断裂，从而获得可塑性。使用开炼机塑炼，其塑炼温度通常控制在100℃以下，这种塑炼属于低温机械式塑炼。
采用开炼机塑炼的优点是塑炼胶的可塑性均匀、热可塑性小；所得

胶料的收縮性能小; 设备的工艺灵活性较强，适用面宽，投资；较小。因此，开炼机适用于胶种变化多、生产（胶料）用量较少的橡胶制品企业。开炼机塑炼的缺点是操作劳动强度大、生产效率较低、工作条件差。
网上查询《青岛科技大学学报（自然科学版）》，书中提到：开炼机是一种古老的橡胶、塑料加工设备,随着科学技术的发展,各种各样的新型炼胶、炼塑设备层出不穷,但开炼机并没因此被淘汰,而是随着橡胶、塑料工业的迅速发展,以及橡塑并用的兴起而日益兴旺。其原因是开炼机有着它自身的独到之处:结构简单,设备投资少,易操作,易观察。我认为这恰恰是开炼机在今天能仍有一席之地的原因。
查阅《橡胶工业手册》：其中关于开炼机安全装置的叙述不叫详尽以及先进;为保护开炼机主要零部件在机器由于发生意外情况而过载时不受损坏，在辊筒轴承前端装有安全装置。基本机构有两种（一）安全片。对安全片的技术要求：1，材料采用HT150；2，厚度误差不大于0.05mm；3，每批材料要经过试验后确定厚度；4，安全片的破坏载荷Q为每个轴承最大水平横压力的1.5倍。（二）液压安全装置。其原理是当机器发生故障，油压上升，电接点压力表指示动针与调定最大横压力值的固定针相接处时，机器立即停车，放大辊距是负压降低。其中液压调距装置我比较感兴趣让我想起液压可所学知识结合起来分析一下，感觉很有意思。又重新学习一下淡忘的知识。

沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 Abstract
关键词：开炼机；液压马达；塑炼；减速器；调心滚珠轴承；

Abstract

XK-350 open mill rubber, plastics machinery of the most common and one of the most basic equipment,mainly for raw rubber mastication, rubber mixing, mix the soak and the like. At present,open mill technology has developed rapidly, producing more varieties, but compared with theindustrialized countries there is a gap, there is a tendency toward personalization and intelligent direction of development. This paper focuses on XK-350 mill machine design and calculations, including the motor and gear selection, working machine design, Pro / ENGINEER wlife assisted design software, the main working machine components and accessories design, mapping software use and so on. In this paper, the structural design, the use of small teeth difference planetary gear reducer replace conventional cylindrical gear reducer, the structure is more simple and compact, reducing production costs. And for safety issues, increased safety device, provide a reference for the future of mechanical design.
With the continuous development of technology, structure and properties of open mill has been greatly improved. In the new open mill, a hydraulic motor as a power transmission device, so smooth transmission, noise reduction; using self-aligning roller bearings fire filled MC nylon bushing as roller bearings, bushings to save power or copper, and simplify maintenance; pitch device hydraulic structure, with overload protection, easy to pitch, and may direct the work of the cross pressure; mixing process in order to meet the requirements of large-sized open mill using roller circumferential drilling, raise temperature control effect. In addition, easy installation, replace the bolt with rubber shock pad; use in small and medium size electric brake on the open mill, simpler braking device to increase the braking effect. Open mill a

series of improvements to the technology has reached a new level.
Use of rubber open mill mastication, mastication is a method of the first application. It is the raw rubber block is placed between two rollers, shear force by means of the roll so that the molecular chain of rubber is stretched and broken to obtain plasticity. Use open mill mastication, which mastication temperature is generally controlled at below 100 ℃, belonging to such a low temperature mechanical mastication mastication.
The advantages of using open mill mastication plasticity Plastic compounds are uniformly thermoplastic small; small shrinkage properties of the resulting plastic material; the flexibility of the process equipment is strong for wide investment; small. Accordingly, a refining machine for plastic types changing, production (rubber) less the amount of rubber products businesses. The disadvantage of open mill mastication operating labor-intensive, low productivity, poor working conditions.
Online inquiry "Qingdao University of Science and Technology (Natural Science Edition)", mentioned in the book: the open mill is an old rubber, plastics processing equipment, with the development of science and technology, a variety of new mixing, refining plastic device after another, but did not open mill therefore be eliminated, but with the rubber, the rapid development of the plastics industry, as well as the rise of rubber and used increasingly prosperous. The reason is an open mill has its own unique: simple structure, less investment in equipment, easy to operate, easy to observe. I think this is precisely the open mill is still in place today can cause.
Now "Rubber Industry Handbook": which describes the safety devices on the open mill is not called exhaustive and advanced; for the protection of open mill major components in the machine as a result of unforeseen circumstances overload from damage, the front end of the roller bearing mounted safety devices. There are two basic mechanisms (a) security chip. Security sheet

Technical requirements: 1, the material used HT150; 2, the thickness error is less than 0.05mm; 3, each batch of material to go through a test to determine the thickness; 4, the safety sheet for each bearing failure load Q maximum horizontal transverse pressure 1.5 times. (B) a hydraulic safety device. The principle is that when a machine fails, the oil pressure rises, electric contact pressure gauge needle move and set-largest cross-pressure phase at a fixed needle, the machine stop immediately, amplifying negative roll gap is reduced. Hydraulic pitch which means I am more interested reminds me of hydraulic pressure can combine the knowledge to analyze, I feel very interesting. Again learning about the forgotten knowledge.

Key words：Rolling Mill; Hydraulic Motor; Plastic Refining; Reducer; Aligning Ball Bearing;

目 录

第一章 概述 1
第二章 主要参数确定 4
第三章 传动系统 5
3.1减速器设计计算 5
3.2一级齿轮传动 6
3.3二级齿轮传动 9
3.4轴校核 13
3.4.1轴1 13
3.4.2轴Ⅱ 16
3.4.3轴Ⅲ 20
3.5键的校核 25
第四章 主要零部件设计 26
4.1辊筒 26
4.2辊筒轴承 30
4.3机架和横梁 30
4.4辊距调节装置 30
4.5辊温调节装置 30
4.6润滑系统 31
结论 33
参考文献 34
致谢 35

沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 概述

第一章 概述
开炼机主要用于：生胶的塑炼、胶料的混炼;混炼胶的热炼、供胶；胶料的压片；胶料中杂质的清除；生胶的破碎、洗涤；再生胶的粉碎、混炼、压片；升橡胶的压片等。此外，它还广泛用于塑料加工和油漆颜料工业生产中。
由此将开炼机分为：热炼机、压片机、破胶机、开炼机、粉碎机、提炼机、精炼机和实验用开炼机等。
开炼机工作原理：胶料在两个相对回转的辊筒上，依靠不同的速度，在摩擦力作用下被拉入辊距，通过辊距断面的不断缩小，是胶料受到强烈的剪切与挤压，同时在一定温度条件下发生氧化断链，增加可塑性，从而达到炼胶的目的。
开炼机的工作条件：
1、 胶料与辊筒的接触角α必须小于摩擦角ρ，即α<ρ,此时的胶料能被拉入辊距，辊筒与胶料的摩擦角ρ一般为38°40’。要求辊筒与胶料的接触角α<35°。
2、 前后辊筒必须具有不同的线速度，以产生一定的速度梯度，用胶料在辊距e的条件下受到挤压与剪切。
开炼机的基本结构：它主要由辊筒、辊筒轴承、辊距调节装置、机架、传动装置、加热与冷却装置、安全制动装置和机座组成。
开炼机的技术特征;开炼机的规格用辊筒工作部分直径x辊筒工作部分长度来表示，单位毫米。
我国开炼机的使用现状及发展前景
开炼机，即开放式炼胶机，是一种古老的橡胶塑料加工设备。早在1820年就出现了人力带动的单辊槽式炼胶机。双滚筒开炼机于1826年应用于橡胶加工生产中，至今已有170多年的历史。
我国涉及制造大型开炼机始于1956年，五十多年来开炼机设计和制造水平有了很大提高。到目前为止，国产开炼机已成为系列，并完成部分规格的设计。
现在，尽管随着科学技术的发展出现了多种新型饿炼胶炼塑设备，但开炼机并没有因此被淘汰，而且随着我国橡胶工业和塑料工业的迅速发展，以及橡塑并用的推广而日益完善。这是因为开炼机有着它自身的独到之处，即结构简单，成本低，易操作，
39

沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 概述
易观察，更换物料清理方便，试用于小批量，多品种的加工生产等。
下面就从四个方面叙述我国开炼机的试用现状及一些发展。
一、 加热方法
多年来，开炼机主要用于炼胶，加工温度较低，温度控制简单而粗糙，一般进水温差仅有1°C左右。近年来，塑料应用以及橡塑并用日益增多，用开炼机炼塑及进行橡塑共混时，所需温度比炼胶要求高的多。加工一般热塑性塑料温度为130---180°C，个别可达200---220°C。目前试用的有蒸汽加热和电加热两种。蒸汽加热虽然时间段，功率消耗小，加热方法简单，但是仅适用于有现成高压锅炉的厂家，且蒸汽加热温度不稳定，温控难度大，温度大小受锅炉压力的限制。而电加热温控方便，工作环境清洁，不需要高温锅炉，尤其适用于中小型厂家，目前非常盛行。
现在又一种新型加热辊筒，即在离辊筒便面不远处进行周边钻孔，将电加热棒插入空中，加热辊面，不需传热媒介，传热距离近，又不受辊筒内腔铸造沙皮的影响，所以传热效率高，预热升温快，不产生无功消耗。另外，轴颈，轴承和齿轮温度较低，机台的工作条件得以改善。
这种方法除了具有加热作用外，还可以对加工物料进行冷却降温。同一般得低温开炼机一样，冷却水进入辊筒空腔进行循环冷却，冷却水与加热器无接触，又可以进行低温强剪炼胶，更适用与在最低温度下进行橡塑混炼，可满足不同加工对象的不同工艺条件下的一机多用。
但由于铸造时辊筒的白口层很难保证厚薄一致，给周边钻孔带来了一定的困难，这就要求必须对辊筒材料进行改进。改进后的辊筒为钢制组合结构，表面喷焊硬化处理。
由于这种加热方法的传热效率高，节省能源，工艺适用性广，今后将在橡胶塑料，尤其橡塑并用方面得到广泛地应用。
二、 传动方式
目前，使用的最多的仍是传统的传动方式--------由三相异步电动机，圆柱齿轮减速器，大小驱动齿轮为传动动力。虽然这种传动方式机台的体积庞大，大小驱动齿轮直径相差悬殊，润滑条件也差，但此种传动机台的成本低，Z系列减速器制造方便，价格低廉，安装位置低，整体布局合理，因此它一直得到广泛应用。
也有使用行星摆线减速器。由于这种减速器体积小，速比大，从而取消了传统的大小驱动齿轮。不足之处是这种方式需要增高电机和减速器的安装位置，用行星摆线减速器成本高，不易维修，传动轴为悬臂梁，强度较差。
目前又兴起一种先进的硬齿面齿轮减速器，这种减速器体积小，速比大，精度高，噪音小，且润滑跳进好，是一种比较有前途的传动方式。
三、 辊筒轴承
辊筒轴承虽然仅是开炼机的一个零部件，但它对机台的使用起着非常重要的作用。
常用的辊筒轴承一般为青铜类滑动轴承，在良好的条件下只要保证最大压力,以及内表挤压力σ压≦[σ]压，轴承的承载能力及使用寿命是没问题的，但一般情况下，开炼机的工作环境十分恶略，尤其是混炼，各种粉尘随辊筒的旋转浸入轴承，污染摩擦副，使摩擦系数增高造成摩擦磨损的恶性循环，以致使轴承频繁损坏。
滚动轴承可以降低辊筒轴承的摩擦，具有省电的特点。目前，在大、中型开炼机上已有采用双列滚柱轴承的，不足之处，轴承外径大，附件多，结构复杂，造价高。
近年来发展起来的铸型尼龙轴承引起了橡塑行业的极大关注。这种轴承耐磨，抗压，吸震，自润性好，而且轻便便宜，适于在重载、污秽的工作条件下使用。不足之处，铸型尼龙导热性差，热膨胀系数大，所以不适用于炼塑的高温开炼机。目前有些厂家提出利用耐高温的酚醛树脂为轴承材料，也有的提出在轴承体上钻孔，通过冷却水降低轴承轴颈出的温度。
四、 制动装置
众所周知，开炼机的主要工作件----辊筒，暴露于外面，开炼机的操作又以手工为主，所以不安全因素较多。对于开炼机，紧急制动是一个非常重要的问题。目前开炼机是用哪个的制动方法为机械制动和电气制动两种。
机械制动常用的是电磁抱闸块式制动装置，这种方法简单而可靠，但需要增设一套机械制动装置。其中摩擦片等机械零件也会因为磨损而需经常更换、调正。电气制动常用的是能耗制动，能耗制动方法简化了机台的机械结构，投资少，不受尘埃和油垢的影响。并且由于无运动摩擦件，无需维修。不足之处，需外接供给能量。
近年来，又出现了一种新的制动方法----自励发电制动，它是利用异步电动机转子剩磁和旋转动能来实现快速制动的。
总之，开炼机目前的使用状况比较落后，有许多需要研究和改进的地方，相信不久，他将一顽强的生命力和崭新的面貌展现在未来的橡胶塑料工业中。

沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 主要参数确定
第二章 主要参数确定
开炼机的规格：
主要参数：
①辊距0.1-----8mm ②前辊线速度 18.7m/min③速比f=1:1.27④横压力Pp=91388.4千克⑤驱动功率55千瓦⑥生产能力83.7千克/小时
⑴横压力的确定
a、利用胶料提炼流体动力学理论基础
（2-1）
(剪切计算系数)=17.0
千克
b、利用推荐值
查表 =900千克/厘米
β=10° L=100cm ∴Pp=91388.4千克 （2-2）
通过对比，横压力为Pp=91388.4千克
⑵驱动功率
⒈有经验公式： （2-3）
⒉有公式：
∴选择电机功率为40kw。 电机：Y280M---8
N=980r/min 电压 380 v
⑶生产能力
（2-4）
q(一次容胶量)=60千克 γ=0.93千克/升 t=40分钟
∴Q=83.7千克

沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 传动系统
第三章 传动系统

图3-1 传动系统图
1.速比齿轮 2.滚动轴承 3.后辊筒 4.传动系统 5.减速器。6.电动机 7.前辊筒
传动系统的设计包括电动机、减速器、驱动齿轮和速比齿轮的链接与布置。
㈠ 电动机 Y280M---8 n=980r/min P=40kw
㈡ 减速器 选择标准减速器 IQ75---12.5 i=12.64
3.1减速器设计计算
0轴：（电动机）
（3-1）
Ⅰ轴： （3-2）
Ⅱ轴： （3-3）

Ⅲ轴：

3.2一级齿轮传动：
⒈选材及热处理：小齿轮：40Cr 调质 241-286HBS 263
大齿轮：ZG310-570 正火 156-217HBS 186
⒉设计准则：先按解除强度设计，再按弯曲强度校核
3. 解除强度设计：初定螺旋角 ，
初取KtZ2ε t=1.1 ZE=188.9MPa1/2 取 φa=0.5
（3-4）
（3-5）

ZN1=1.0 由图5-17得ZN2=1.05 ZX1=ZX2 =1.0 取

修正螺旋角β
（3-6）

（3-7）

齿根弯曲疲劳强度：

（3-8）

图 5--14 YFa1=2.61,YFa2=2.22;图5--15 Ysa1=1.625， Ysa2=1.81
计算 （3-9）
式5-48：
计算尺跟弯曲应力：

（3-10）

齿轮几何参数：

（3-11）
（3-12）

3.3二级齿轮传动
⒈选材及热处理：小齿轮：40Cr 241--286HBS 263
⒉设计准则：先按解除强度设计，再按弯曲强度校核
3. 解除强度设计：初定螺旋角
初取

由图5----17得ZN1=1.05，ZN2=1.115，ZX1=ZX2=1.0，,
ZLVR=0.92 由5---16得：

（3-13）
（3-14）
取98 ∴Z1=32 Z2=98

修正螺旋角β

由 且 Ka=1.0
（3-15）

（3-16）

（3-17）

齿根弯曲疲劳强度：

5---18b
（3-18）

计算
式5----48：
计算齿根弯曲应力：

（3-19）

齿轮的几何参数：

（3-20）
, d2=603.08 （3-21）

,

齿轮受力情况：
齿轮1 （3-22）
（3-23）
（3-24）
齿轮2 （3-25）

齿轮3 （3-26）

齿轮4 （3-27）

3.4 轴校核
3.4.1轴1

图3-2 轴Ⅰ和受力分析图
（3-28）

（3-29）

图3-3 扭矩图
（3-30）

（3-31）

校核Ⅰ、Ⅱ剖面的疲劳强度。Ⅰ剖面因键槽引起的应力集中系数由表知： Kσ=1.93
Kt=1.44
故按配合引起的应力集中计算Ⅱ剖面产生的扭应力、应力幅、平均应力：
（3-32）
（3-33）
绝对尺寸影响系数
表面质量
Ⅱ剖面的安全系数：
取[S]=1.5---1.8 S>[s] 安全
校核V剖面的疲劳强度 V剖面应力集中系数
（3-34）

故按配合引起的扭应力、应力幅、平均应力：
（3-35）
绝对尺寸影响系数
表面质量
V剖面安全系数： （3-36）
取[S]=1.5---1.8 S>[s] 安全
轴承的校核：（选用深沟球轴承，型号：6216）

e Y
0.028 0.22 1.99
∴Y=1.82
0.056 0.26 1.71
∴e=0.24
（3-37）

（3-38）

∴合格
3.4.2轴Ⅱ

图3-4 轴Ⅱ和受力分析图

（3-39）
∴R1v=2091.55N

∴R2v=8155.41N

合成弯矩图：

图3-5 扭矩图

校核轴的强度：