φ120卧式单螺杆挤塑机设计.docx
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1、毕业设计(论文)120卧式单螺杆挤塑机CAD系 部 : 专 业 : 班 级 : 姓 名 : 学 号 : 指导教师 : 完成时间 : 摘 要塑料工业是新兴的工业,是现代工业中的一个重要的行业,与其他工业相比它是一个年轻的,但发展前景广阔的工业部门。在机械制造业中,塑料广泛的被用来制造零件、部件。据统计,每年大约有25的塑料用于机电行业各个部门。塑料机械随着工业的发展而逐步的成长起来。在塑料机械中,塑料挤出机是最多的机种之一,是塑料制品加工量最大的一种加工机械。塑料挤出机在现代工业中有着广泛的应用,其中120塑料挤塑机主要用于各种热塑性塑料的挤出成型。若配置相应的机头及辅机,选用合适的螺杆,能将聚
2、氯乙烯(软或硬)聚乙烯、聚丙烯、ABS等塑料连续挤制成管、膜、瓶、带、丝、粒、板、异型材、电线电缆等制品。其主要特点是:吸收国外同类先进产品的特点、电控箱与挤塑机组成一体化形式。 设计有多种形式的螺杆,长径比值大。采用可控硅直流电机驱动,无级调速平稳可靠,亦可用变频电机。机筒外设置铸铝加热器,并配有冷却用吹风机。 由数字显示温度控制仪实现自动控温、定温。具有轴向力过载保护和扭矩过载保护功能。 采用智能化双显数字化温控仪,实现自动控制,控制精度高。 此次设计包括120塑料挤出机的总体布局,传动系统的设计,螺杆轴承部分的结构及其布置形式,挤压系统的设计,主要零件的校核。关键词:塑料机械;塑料挤出机
3、;单螺杆AbstractThe plastics industry is the emerging industry, is in a modern industry important profession, compares it with other industries is young, but prospects for development broad Industry sector. In the machine-building industry, the plastic widespread is used for to make the components, the
4、part. Statistics indicated that probably has 25 plastics to use in mechanical and electrical profession each department every year. . In the plastic machinery, the plastic extruding machine is one of most aircraft types, is the plastic products process load biggest one kind of processing machinery.K
5、ey words:目 录第1章 绪论11.1 课题背景11.2 课题研究的目的和意义11.3 国内外在该方向的研究现状及分析2第2章 电动机的选择52.1 电动机的可选择类型52.2 62.3 传动系统的总体布置72.4 本章小结7第3章 挤塑机传动系统设计83.1 挤塑机工作特性的概念83.2 挤塑机功率的确定93.3 挤塑机的转速要求及其调速范围93.4 传动系统的组成及传动形式103.5 传动比的确定及分配103.6 计算功率及带轮尺寸的确定113.7 行星齿轮减速器的选择143.8 本章小结15第4章 挤塑机螺杆轴承部分的结构及布置形式164.1 螺杆轴承的布置形式的设计164.2 1
6、74.3 螺杆与传动轴的装配结构174.4 184.5 184.6 18第5章 挤压系统的设计205.1 螺杆形式的选择205.2 分离性螺杆的工作性能205.3 分离型螺杆的设计205.4 235.5 机筒的结构类型及选择235.6 加料段料筒的设计245.7 加料口的选择255.8 机筒材料的选择255.9 本章小结26第6章 挤塑机主要部件的强度校核276.1 螺杆的强度校核276.2 挤塑机主要零部件的安全系数的确定316.3 本章小结33第7章 挤塑机加热冷却系统的设计347.1 挤塑机的加热方式347.2 挤塑机的冷却装置347.3 本章小节35结论36参考文献37致谢38第1章
7、绪 论1.1 课题背景塑料机械师机械工业的一个重要组成部分,塑料机械成型对塑料制品的发展起着至关重要的作用。目前塑料制品成型加工有多种方法,如挤出成型、注塑成型、压延成型和浇注成型等。其中塑料制品用挤出成型法成型,在塑料制品中所占比例较大,按成品的重量计算,约占总产量的1/3.由此可以看出,挤出成型是塑料制品的主要成型法,它可以挤塑大部分热塑性塑料。挤出机发展的现有四大趋势。高效、多功能化。塑料挤出机的高效主要体现在高产出、低能耗、低制造成本方面。在功能方面,螺杆挤出机已不仅仅用于高分子材料的挤出成型和混炼加工,它的用途已拓宽到食品、饲料、电极、炸药、建材、包装、纸浆、陶瓷等领域。大型化和精密
8、化。实现挤出成型设备的大型化可以降低生产成本,国家重点建设服务所需的重大技术装备,大型乙烯工程配套的三大关键设备之一的大型挤压造粒机组长期依靠进口,因此必须加快国产化进程,满足石化工业发展需要。而精密化可以提高产品的含金量,如多层共挤复合薄膜等均需要精密挤出,而作为实现精密挤出的重要手段熔体齿轮泵必须加大力度进行开发研究。模块化和专业化。模块化生产可以适应不同用户的特殊要求,缩短新产品的研发周期,争取更大的市场份额;而专业化生产可以将挤出成型装备的各个系统模块部件安排定点生产甚至进行全球采购,这对保证整期质量、降低成本、加速资金周转都非常有利。智能化和网络化。发达国家的挤出机已普遍采用现代电子
9、和计算机控制技术,对整个挤出过程的工艺参数如熔体压力及温度、各段机身温度、主螺杆和喂料螺杆转速、喂料量,各种原料的配比、电机的电流电压等参数进行在线检测,并采用微机闭环控制。有的公司已采用网上远程监测、诊断和控制,对挤出成型生产线进行网络控制。这对保证工艺条件的稳定、提高产品的精度都极为有利。1.2 课题研究的的目的和意义 研究挤塑机设备用途工作原理为将塑料固体颗粒或粉末原料由一根或两根以上在机筒内旋转的螺杆输送,加压熔融后从成型模口挤出的成型方法。可以生产棒、条、管、片、异型材等。设备核心是螺杆的结构形式。配以相应辅机可以实现连续化作业。电线电缆的塑料绝缘和护套是采用连续挤压方式进行的,挤出
10、设备一般是单螺杆挤塑机。塑料在挤出前,要事先检查塑料是否潮湿或有无其它杂物,然后把塑料预热后加入料斗内。在挤出过程中,装人料斗中的塑料借助重力或加料螺旋进人机筒中,在旋转螺杆的推力作用下不断向前推进,从预热段开始逐渐地向均化段运动;同时,塑料受到螺杆的搅拌和挤压作用,并且在机筒的外热及塑料与设备之间的剪切摩擦热的作用下转变为粘流态,在螺槽中形成连续均匀的料流。在工艺规定的温度作用下,塑料从固体状态转变为熔融状态的可塑物体,再经由螺杆的推动或搅拌,将完全塑化好的塑料推入机头,到达机头的料流,经模芯和模套间的环形间隙,从模套口挤出,挤包干线芯或缆芯周围,形成连续密实的绝缘层或护套层,然后经冷却和固
11、化,制成电线电缆产品。1.3 国内外在该方向的研究现状及分析要使我国的挤塑机水平尽快与世界接轨,单纯地靠引进国外技术是不够的,必须从前沿技术的自主研发入手,改变我国挤塑机水平的落后局面。目前挤塑机技术在环保和节能、可持续发展的研究上,我国与国外发达国家处于同一起跑线,差距不明显,可以从该领域着手,发展节能环保的新型挤塑机以开拓高端市场。第2章 电动机的选择2.1 电动机的可选择类型三相异步整流子电机的工作特性曲线与挤出机的工作特性曲线相近,采用它作原动机,能够保证有较高的功率与效率,而且这种电机启动性能好,运转性能稳定,但当调速范围大于1:3时,电动机体积会明显增大,成本也相应地提高,同时挤塑
12、机的工作环境粉尘大,调速范围大。:(1)挤塑机的工作特性。(2)分析调速范围如何满足。(3)分析电机的运行特性。(4)满足厂家的要求。图2-1 电动机性能表示通过分析电动机特性及满足要求等方面得到以下结论:三相异步整流子电机的工作特性曲线与挤出机的工作特性曲线相近,采用它作原动机,能够保证有较高的功率与效率,而且这种电机启动性能好,运转性能稳定,但当调速范围大于1:3时,电动机体积会明显增大,成本也相应地提高,同时挤塑机的工作环境粉尘大,调速范围小,所以不选用此种电机。由图2-1可知,直流电动机的变速范围广,启动也较平稳,具有两种调速方法的特点,使其能够得到充分的利用,挤塑机出口塑料要求也在冷
13、却时有一定的牵引力,这就要求牵引速度与挤出机速度有一定比例,要求牵引速度与挤出速度之间形成反馈,用直流电动机能满足这个要求。综上所述,直流电动机,其型号为Z4-132-2,此种电机空间利用率高,换向良好,具有体积小,性能好,重量轻,输出功率大,效率高及可靠性能高的特点,其安装尺寸以及外形尺寸见表如下:表2-1直流电机尺寸安装尺寸ABCDEFCEHK43280018078172201026028外形尺寸ABACADHDLL1450648490906122015802.2 根据:(1)国内常用。(2)分析工作机构的工作特性及调速情况。(3)分析工作机构的性能参数及工作情况。(4)选用电动机的调速范
14、围和类型。分析:(1)机械传动系统在性能、尺寸、重量和布置的要求。(2)工作环境、高温、低温、潮湿、腐蚀、易燃等(3)制造工艺性能和经济要求、制造维修费用、生产批量、使用寿命。根据上述两个步骤,选择两种传动方案:(1)电机-三角带-行星齿轮-螺杆(2)电机-联轴器-减速器-螺杆分析两种传动方案:(1)皮带传动属于挠性传动,它先靠中间的挠性体(皮带)与带轮之间的摩擦力传递功率,皮带传动结构简单,制造维修方便,传动平稳,吸震性好,噪音小,传动中心距大,具有过载保护。 (2)电机通过联轴器直接与减速器相连,传动链短,效率高,但无过载保护。结论:根据挤塑机的运动特点,要求工作平稳,噪音低,恒扭距等,所
15、以选择1方案较为合适。2.3 传动系统的总体布置传动系统的布置形式多为三种,其一为:电动机放于挤塑机后面,与挤出系统成一字排列;其二为:电动机放于挤出系统的下面;其三为:大中规格挤塑机的常用形式。此次设计的挤出机为小型挤出机,所以要求占地面积小,外形美观,结构紧凑,安装维修方便。综上所述,选择第二种布置形式最佳,其外形轮廓为:(a)电动机放于挤塑机后面 (b)电动机放于挤塑机下面 (c)电动机放于挤塑机上面图2-2 传动系统布置形式2.4 本章通过对挤塑机工作性能、调速范围及其他要求,初步选定采用直流电动机。通过对传动要求的分析,选择电机三角带行星齿轮减速器螺杆传动方案。并根据实际需要确定传动
16、系统的总体布局。第3章 挤塑机传动系统设计3.1 挤塑机工作特性的概念传动系统的设计主要考虑如下几个方面的问题,螺杆的驱动功率和传动扭距,螺杆的转速范围及其调节方法,螺杆的轴承布置,传动系统的领部件及其强度计算,各部件的布置是否合理,传动是否使用可靠和符号所规定的噪音标准,操作和维修是否安全方便等。挤塑机的工作特性,是指螺杆的转与驱动功率和扭距之间的关系,下图为120挤塑机驱动率与转速的关系曲线(其中AB为恒扭矩段;BC为恒功率段)。图3-1 挤塑机驱动功率与转速关系曲线从图中可以看出:挤塑机的驱动功率的消耗是随着转速的提高而增加。并且看出直线的斜率表示扭矩Mt, Mt是不变的,挤塑机的这种随
17、螺杆的转速n的增加而其扭矩不变的特性,称之为挤塑机的恒扭矩特性。根据文献8P134公式1-5-1可知: (3-1)式中 N 功率消耗K 常数(与螺杆几何参数有关) n 螺杆参数 x 指数(x =1)根据实验表明:挤塑机的功率的增加与转速近似成正比,挤塑机的工作特性基本上是恒扭矩的。螺杆的转与驱动功率和扭距之间的关系,挤塑机的驱动功率的消耗是随着转速的提高而增加,而其扭矩不变的特性,所以可以看出挤塑机的的特性分布规律。3.2 挤塑机功率的确定挤塑机驱动功率受很多因素影响,至今还没有一个比较精确的方法确定,参考文献1中的1-5-2b,一般采用如下经验公式计算驱动功率: (3-2)式中 N 挤塑机的
18、驱动功率,KW Ds螺杆直径,n 螺杆转速,K系数,可根据实验和统计分析确定时,K=0.00295对于该挤塑机则有: N=0.00295122(848)=3.398-20.390 KW考虑到挤塑机的各种损耗,查实用机械设计手册决定选用Z4-132-2型直流电动机,该电动机的技术数据如下:表3-1 直流电动机的技术数据表额定功率,KW额定转速r/min最高弱磁转速,r/min额定电流A额定电压,U效率,%重量Kg223000360055.544088.21423.3 挤塑机的转速要求及其调速范围挤塑机的转速要求有两方面,一是能无级调速,另外是应有一定的调速范围。前者是为了控制挤出质量及与辅机的配
19、合一致;后者是针对挤出机应具有适应各种加工情况而提出来的,要达到对产品的产量各质量的控制,除可通过控制温度,压力等条件实现外,其中一个重要方面是靠改变螺杆的转速来控制的。以上这几个方面就要求螺杆转速能在一定范围内任意改变。所谓挤塑机的调速范围就是指螺杆的最高转速与最低转速之间的比值,转速范围的确定是很重要的,因为它是直接影响到挤塑机所能加工的物料和产品的范围,机器的生产率,功率的消耗,制品的质量,设备的成本和操作是否方便等。对于120挤塑机,调速范围应为:螺杆的线速度因为:=23.14(848)/60=0.8375.024 m/s3.4 传动系统的组成及传动形式挤塑机的传动系统通常是由原动机(
20、如电动机等),调速装置和减速装置组成,这三者之间是紧密相联的,如有些原动机其本身即可调速,也有调速装置与减速装置合在一起的。3.5 传动比的确定及分配(1)传动比的确定直流电动机: 螺 杆: 所以有总减速比为: (2)传动比的分配对电机-皮带-减速器的传动方案而言,选取 为皮带的传动比 为减速器的传动比3.6 计算功率及带齿轮尺寸的确定(1)确定计算功率由文献1中表10.3-10查得工作情况系数,则有: (3-3)根据及n=3000r/min由图确定选用B型带。(2)确定带轮的基准直径查机械设计教材中图3.16及表3.3,所以取主动轮的基准直径为从动轮基准直径应为:验算带的速度:= (1603
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