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· 沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 題 目： SJ90/25擠出機(jī)設(shè)計(jì) 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 機(jī)制1203 學(xué)生姓名： 趙賀楠 指導(dǎo)教師： 王敬伊 論文提交日期：2016 年 6 月 1 日 論文答辯日期：2016 年 6 月 7 日 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 機(jī)械設(shè)計(jì)及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè) 1203班 學(xué)生：趙賀楠 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：SJ90/25擠出機(jī)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容：相關(guān)文獻(xiàn)檢索 計(jì)算說(shuō)明書(shū)一份 1張0#裝配圖，2張零件圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專(zhuān)題部分： 擠出機(jī)箱體設(shè)計(jì) 起止時(shí)間：2016.03-2016.06 指導(dǎo)教師： 簽字 年 月 日 摘要 塑料擠出機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)擠出機(jī)（壓出機(jī)），它是塑料加工過(guò)程中的主要設(shè)備之一，擠出機(jī)是成型生產(chǎn)線(xiàn)中的主機(jī)，它的作用是剪切塑化物料并運(yùn)輸，并為制品成型提供所需要的壓力。擠出機(jī)可用于成型管材、棒材、板材、片材、薄膜、單絲電纜、中空制品、異型材、各種復(fù)制品等，此外，螺桿擠出機(jī)還大量用于進(jìn)行聚合物的造粒、脫水、共混、增強(qiáng)、反應(yīng)擠出、合金化、喂料及色母料等作業(yè)。以擠出為基礎(chǔ)，配合吹塑拉伸等工藝完成所需工藝產(chǎn)品的塑造。采用螺桿擠出聚合物距今已有100多年的歷史。這種加工方法在聚合物加工工業(yè)中占有十分重要的地位。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球60%以上的產(chǎn)品都是用螺桿擠出法來(lái)加工的。擠出成型制品的產(chǎn)量遠(yuǎn)高于其他聚合物制成品。隨著聚合物加工工業(yè)的飛速發(fā)展，螺桿擠出裝備的技術(shù)發(fā)展和進(jìn)步收到了人們更多的關(guān)注。與其他成型方法相比較，聚合物的螺桿擠出成型法具有一些突出的特點(diǎn)，如生產(chǎn)過(guò)程連續(xù)；生產(chǎn)效率較高；適用范圍廣，其不僅能用于加工幾乎所有的熱塑性塑料制品，而且也能用于擠出一些熱固性材料。此外，螺桿擠出設(shè)備通常結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單、操作容易，而且投資少，效率快。因此，螺桿擠出成型法已成為目前最廣泛采用的一種聚合物成型加工方法，螺桿擠出設(shè)備也理所當(dāng)然成為聚合物成型加工機(jī)械中的最重要的機(jī)種之一。 擠出機(jī)的分類(lèi)通常是按照螺桿數(shù)目分為：?jiǎn)温輻U擠出機(jī)，雙螺桿擠出機(jī)和多螺桿擠出機(jī)。其中前兩類(lèi)目前應(yīng)用最廣泛。此外，也可以按用途分類(lèi)：造粒擠出機(jī)、排氣脫揮式擠出機(jī)、喂料擠出機(jī)、傳遞混煉擠出機(jī)，按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為：磨盤(pán)式擠出機(jī)、可視化科研擠出機(jī)、電磁動(dòng)態(tài)塑化擠出機(jī)、自熱式高速擠出機(jī)、立式擠出機(jī)、階式多級(jí)擠出機(jī)等，以上機(jī)型還可有通用機(jī)和專(zhuān)用機(jī)之分。常規(guī)型單螺桿擠出機(jī)，易操作、造價(jià)低因此在聚合物加工工業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。但它存在混合、分散和均化效果差，物料溫差大和難以吃粉料等不足外。因此，通常只適用于一般性造粒和塑料制品的加工。目前，歐美等國(guó)單螺桿擠出機(jī)應(yīng)用的比例是：平模及片材10%；異型材20%；發(fā)泡材30%~40%；吹膜100%；單絲100%；配混10%本次設(shè)計(jì)是關(guān)于SJ90-25系列的單螺旋擠出機(jī)。在工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室中，螺桿擠出機(jī)都應(yīng)用及其普遍，是塑料加工設(shè)備的重要元部件之一。作為工業(yè)中使用的單螺桿擠出機(jī)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要求能完成固體輸送、增壓、熔融、熔體輸送和泵壓等一系列通用過(guò)程。主要根已知參數(shù)：D=90mm，長(zhǎng)徑比為25，來(lái)設(shè)計(jì)單螺旋擠出機(jī)。此次設(shè)計(jì)會(huì)首先選擇合適的電機(jī)，然后對(duì)減速器進(jìn)行成型的設(shè)計(jì)計(jì)算、螺桿的設(shè)計(jì)計(jì)算、機(jī)筒和箱體及其他的零件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。最后對(duì)其總體進(jìn)行校核。 關(guān)鍵詞： 擠出機(jī)； 減速器； 螺桿； 箱體 Abstract Plastic extrusion machine called extruder (extruder), it is one of the main equipment in the manufacturing process of plastic, the extruder is molding production line of the host, its role is shearing plasticizing material and transportation, and provide the required pressure molding products. Extruder can be used for molding pipes, bars, plates, sheets, film, wire and cable, hollow products, profile, the replica of the. In addition, screw extrusion is also used extensively for the polymer granulation, dehydration, blending, enhancement, reactive extrusion, alloying, feeding and color masterbatch. Based on extrusion and blow molding process to complete the molding process. The use of screw extrusion polymer dating back more than 100 years of history. This processing method plays a very important role in polymer processing industry. According to statistics, more than 60% of the world's products are processed by screw extrusion process. The production of extruded products is much higher than that of other polymer products. With the rapid development of polymer processing industry, the technology development and progress of the screw extruder has received more attention. Compared with other processing methods, polymer of screw extrusion molding method has some outstanding characteristics, such as continuous production process, high production efficiency and wide application range, which not only can be used for the processing of almost all of the heat plasticity plastic products, but also can some thermosetting material for extrusion. In addition, the screw extrusion device usually has the advantages of simple structure, easy operation, low investment and high efficiency. Therefore, screw extrusion molding method has become the most extensively used a polymer processing methods, screw extrusion equipment have naturally become one of the polymer processing machinery of the most important models. The classification of the extruder is usually divided into: single screw extruder, twin screw extruder and multi - screw extruder. Among them, the former two types are the most widely used at present. Can also be classified according to purpose: granulating extruder, exhaust devolatilization type extruder, feed extruder, transfer mixing extruder, according to the characteristics of the structure is divided into: disc extruder, scientific visualization extruder, electromagnetic dynamic plasticating extruder, self heating type high-speed extrusion machine, vertical extruder, cascade multilevel extruder etc.. The above models can also be universal machine and the special machine. Conventional single - screw extruder, easy to operate, low cost, so in the polymer processing industry has a wide range of applications. But it has the effect of mixing, dispersing and homogenization, the material temperature difference is big and difficult to eat powder and so on. Therefore, it is generally only applicable to general granulation and processing of plastic products. At present, such as Europe and the United States in single screw extrusion machine is used, the proportion is: flat die and sheet 10%; profile 20%; foam 30% ~ 40%; film 100%; monofilament was 100%; with mixed 10% of the design is the machine extrusion single spiral series on SJ90-25. In the industrial and laboratory, the screw extruder is widely used and widely used. It is one of the important components of the plastic processing equipment. As the industrial use of single screw extruder, in the design process, the requirements can be completed solid conveying, pressurization, melt, melt conveying and pump pressure and a series of general process. The main root parameters are known as D=90mm, the ratio of length to diameter is 25, and the design of single screw extruder. The design will be the first to select the appropriate motor, and then the reducer for the design calculation, the design of the screw, the cylinder and the box and other parts of the design calculation. Finally, the overall check. Key words: Extruder; Reducer; Screw; Box 目 錄 第一章 緒論 1 1.1 設(shè)計(jì)初步方案 1 1.2 本次擠出機(jī)設(shè)計(jì)布置 2 第二章 擠出機(jī)的主要性能參數(shù) 3 2.1 螺桿轉(zhuǎn)速 3 2.2 擠出機(jī)功率 3 2.3 軸向力P 4 2.4 生產(chǎn)能力Q 4 第三章 電機(jī)的選擇 5 第四章 減速器設(shè)計(jì)計(jì)算 6 4.1 傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)計(jì)算 6 4.1.1 傳動(dòng)比計(jì)算 6 4.1.2 各軸轉(zhuǎn)速 6 4.1.3 各軸功率 7 4.1.4 各軸轉(zhuǎn)矩 7 4.2齒輪設(shè)計(jì) 8 4.2.1 高速級(jí)齒輪傳動(dòng) 8 4.3 速比齒輪軸及其上軸承的設(shè)計(jì)、選擇和校核 12 4.3.1 基本軸徑的設(shè)計(jì) 12 4.3.2 高速軸(I軸)的軸徑設(shè)計(jì) 12 4.3.3 中間軸(II軸)的軸徑設(shè)計(jì) 12 4.3.4 低速軸(III)軸的軸徑設(shè)計(jì) 13 4.4 各軸上聯(lián)接齒輪的鍵的選取與校核 24 4.4.1 低速級(jí)齒輪的健及其校核 25 4.4.2 中間級(jí)齒輪的鍵及其校核 25 第五章 螺桿的設(shè)計(jì)與校核 27 5.1 螺桿材料 27 5.2 螺桿形式 27 5.3 螺桿參數(shù) 27 5.4 螺桿結(jié)構(gòu) 27 5.5 螺紋的斷面形狀 28 5.6 校核 28 5.6.1 剪應(yīng)力計(jì)算 29 5.6.2 壓應(yīng)力計(jì)算 29 第六章 機(jī)筒的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 30 6.1 機(jī)筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料選擇 30 6.3 校核 30 6.3.1 機(jī)筒內(nèi)壁處的工作應(yīng)力 30 6.3.2 機(jī)筒的軸向力 31 6.3.3裝配壓力Pk計(jì) 31 6.3.4機(jī)筒內(nèi)壁強(qiáng)度校核 31 7.1 螺桿與軸聯(lián)接處的花鍵的選擇與校核[ 32 7.1.1 花鍵擠壓強(qiáng)度校核 32 7.2 推力軸承的選擇與校核 33 7.2.1 校驗(yàn) 33 7.2.2 壽命計(jì)算 33 7.3 聯(lián)軸器的選擇與校核 33 7.4 螺桿與機(jī)筒的組合設(shè)計(jì) 34 7.5 機(jī)頭的設(shè)計(jì) 34 7.6 箱體的設(shè)計(jì) 34 7.7溫度控制 35 7.7.1 溫度傳感器選擇 35 7.7.2 控制調(diào)節(jié)方法 35 總結(jié) 36 參考文獻(xiàn) 37 致謝 38 沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 緒論 第1章 緒論 1.1 設(shè)計(jì)初步方案 本設(shè)計(jì)為SJ-90/25擠出機(jī)，主要用于對(duì)塑料進(jìn)行成型加工，根據(jù)需要制品可為半成品或成品，采用加工料是“低密度聚乙烯”。此類(lèi)型擠出機(jī)采用低溫塑化設(shè)計(jì)，能大大保證產(chǎn)品質(zhì)量。擠出機(jī)按其螺桿數(shù)量可進(jìn)行分類(lèi)，分為單螺桿、雙螺桿以及多螺桿擠出機(jī)，參考有關(guān)知識(shí)和資料確定此次設(shè)計(jì)螺桿為單螺旋等距突變螺桿。因?yàn)閱温輻U有足夠大的長(zhǎng)徑比，物料傳輸產(chǎn)生的熱量于剪切力和軸向力單螺桿都需要承受，故螺桿選擇材料時(shí)要強(qiáng)度高，抗摩擦能力強(qiáng)，良好的耐化學(xué)腐蝕性能，良好的機(jī)械加工與抗高溫不變形的性能，所以材料優(yōu)先選擇38CrMoAlA。使用電機(jī)+減速機(jī)構(gòu)+螺桿，讓螺桿獲得轉(zhuǎn)速、扭矩。螺桿所受軸向力由螺桿和機(jī)筒間軸向力軸承傳送。 1 1.2 本次擠出機(jī)設(shè)計(jì)布置 電動(dòng)機(jī)--減速機(jī)構(gòu)--螺桿 圖1.2 裝配圖 沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 擠出機(jī)的主要性能參數(shù) 第二章 擠出機(jī)的主要性能參數(shù) 本設(shè)計(jì)為SJ-90/25擠出機(jī)，選取加工材料為“低密度聚乙烯”。根據(jù)《中華人民共和國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》可知本擠出機(jī)設(shè)計(jì)的主要參數(shù)： 螺桿直徑：D=90mm 螺桿長(zhǎng)徑比：L/D=25mm 螺桿最高轉(zhuǎn)速：nmax=100r/min 最高產(chǎn)量：Qmax=280kg/h 螺桿的幾何壓縮比：i=3 2.1 螺桿轉(zhuǎn)速 為螺桿轉(zhuǎn)速不能進(jìn)料的臨界轉(zhuǎn)速為nmax=100r/min 所以螺桿的工作轉(zhuǎn)速n=（0.2~0.7) nmax 所以取n=55r/min 2.2 擠出機(jī)功率 公式: （2.1） K:計(jì)算系數(shù)=0.00354 （D≦90mm K=0.00354 ，D﹥90mm K=0.008） D：螺桿直徑 D=90mm=9cm N：螺桿轉(zhuǎn)速n=55r/min 所以N==15.7707kw 減速器設(shè)計(jì)為二級(jí)斜齒減速器 取η聯(lián)軸器=0.99 η軸承=0.99 η齒輪=0.97 η總==0.904 N電=N/η總=≈17.4454kw 2.3 軸向力P 因?yàn)镻=200F F= 所以P===12717kg 2.4 生產(chǎn)能力Q Q= （2.2） →計(jì)算系數(shù) 取0.003~0.007 n→轉(zhuǎn)速 n=55r/min Q=0.005×93×55= 200.475 kg/h 沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 電機(jī)的選擇 第三章 電機(jī)的選擇 根據(jù)90×25擠出機(jī)的參數(shù)選取電機(jī)：封閉式三相異步電動(dòng)機(jī)Y280S-4 額定功率：75kw 轉(zhuǎn)速：1480r/min 電流：140A 效率：92.7% 此電動(dòng)機(jī)軸直徑D電 =75mm 外伸E=140mm 中心距H=mm 沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 減速器設(shè)計(jì)計(jì)算 第四章 減速器設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1 傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1.1 傳動(dòng)比計(jì)算 由選取電機(jī)及擠出機(jī)尺寸此電動(dòng)機(jī)軸直徑D電 =75mm 外伸E=140mm 中心距H=mm可得： 減速器總傳動(dòng)比: I總==≈27 查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》得： I1=（1.3~1.5）I2 I1=1.4I2 則I總=I1×I2=1.4 所以I1=6.104 I2=4.36 4.1.2 各軸轉(zhuǎn)速 設(shè)傳動(dòng)裝置由電機(jī)到工作機(jī)工三個(gè)軸，依次為⒈軸⒉軸⒊軸 n1=r/min； n2=r/min；n3=r/min （4.1） n0→電動(dòng)機(jī)滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速 n0=1480r/min n1，n2，n3→分別為⒈⒉⒊軸的轉(zhuǎn)速 單位（單位r/min） I0 ，I1 ，I2→分別為電動(dòng)機(jī)至高速軸：⒈至⒉軸；⒉至⒊軸間的傳動(dòng)比 n1===1480r/min n2===242r/min n3===55r/min 4.1.3 各軸功率 P1=Pd×η聯(lián)軸器×η齒輪=75×0.99×0.99=73.50kw P2=P1×η軸承×η齒輪=73.50×0.99×0.97=70.58kw P3=P2×η軸承×η齒輪=70.58×0.99×0.97=67.77kw PD→電動(dòng)機(jī)輸出功率 PD=N驅(qū)=75kw P1，P2，P3→各軸輸入功率 4.1.4 各軸轉(zhuǎn)矩 TD=9550=9550×=483.95N×m T1=9550=9550×=480.72N×m T2=9550=9550×=2785.28N×m T3=9550=9550×=11767.33N×m 軸號(hào) 功率 轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)矩 傳動(dòng)形式 傳動(dòng)比 ⒈ 73.50 1480 480.72 聯(lián)軸器軸承 6.104 4.36 ⒉ 70.58 242 2785.28 齒輪軸承 ⒊ 67.77 55 11767.33 齒輪軸承 表4.14-1 4.2齒輪設(shè)計(jì) 4.2.1 高速級(jí)齒輪傳動(dòng) N驅(qū)=75kw，n1=1480r/min，I1=6.1，工作時(shí)長(zhǎng)15年，300天正常工作，帶式輸送機(jī)，平穩(wěn)，專(zhuān)項(xiàng)不變。 ⑴ 選擇齒輪樣式，齒數(shù)，材料，精度等級(jí)。 ① 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》選定大、小齒輪都是以40Cr為材料，在調(diào)質(zhì)和表面淬火處理后，齒面硬度為48~55HRC。 ② 精度等級(jí)：7 ③ 小齒輪齒數(shù)Z1=24 Z2=I1×24=147 ④ 螺旋角β=14° ⑵ 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》 D1t≥ （4.2） ① 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 a.K1=1.6 b.選區(qū)域系數(shù) ZH=2.433 c.查得εa1=0.78，εa2=0.9 εa=1.68 d.小齒輪轉(zhuǎn)矩 T1=2.9×10-5N·mm e.選取寬齒系數(shù)Φd=0.8 f.查材料的彈性影響系數(shù):ZE=1.89.8MPa g.查齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限：δHlim1=δHlim2=1100MPa h.計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù): N1=60n1jLh=60×1480×1×（2×8×300×15）=6.39×109 N2===1.05×109 i.查接觸疲勞壽命系數(shù)：KHN1=0.9 ，KHM2=1.02 j.計(jì)算接觸疲勞許用力：（取失效概率為10％，安全系數(shù)為S=1） [δH]1===990MPa [δH]2===1122MPa [δH]3===1056MPa ② 計(jì)算： a.小齒輪分度圓直徑 d1t=54.3mm b.圓周速度 V===4.21m/s c.計(jì)算齒寬b及模數(shù)mnt b==0.854.3=43.44mm mnt===2.19mm h=2.25mmt=2.25×2.19=4.9275mm ==8.82 d.計(jì)算縱向重合度 e b =0.318Z1tan=0.318×0.8×34×tan14°=2.16 e.計(jì)算載荷系數(shù) K 由表 10-2 查得使用系數(shù) Ka=1 根據(jù) V=4.14，7級(jí)精度動(dòng)載系數(shù) KV =1.16KH=KF=1.2 用插值法查得 7 級(jí)精度小齒輪相對(duì)支撐點(diǎn)非對(duì) 稱(chēng)布置時(shí) KH ≈1.288故載荷系數(shù) K=KA·KV·KH·KHb=1×1.04×1.2×1.305=1.63 KFβ=1.28 f.按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算的分度圓的直徑，由式 10-10a 得： d1 =d1t=54.3×=54.64 g.計(jì)算模數(shù)mn mn===1.56mm ⑶ 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) mn （4.3） ① 確定計(jì)算參數(shù) a、計(jì)算載荷系數(shù) K= KA·KV·KF·KFb == 1×1.04×1.2×1.295=1.63 b、由圖 10-20d 查得齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限：dFE1=FE2 =620MPa c、由圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1 =0.88,KFN 2=0.91 d、計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4 由式 10-12 得： ===389.7MPa ===430MPa e、根據(jù)縱向重合度 =2.16，得螺旋角影響系數(shù) Y=0.88 f、計(jì)算當(dāng)量齒數(shù) ZV1===37.25 ZV2===191.14 g、齒形系數(shù) YF1 =2.43 , YF2 =2.13 h、應(yīng)力校正系數(shù) YS1 =1.58 , YS2 =1.83 i、計(jì)算大、小齒輪的并且加以比較 ==0.0103 ==0.0097 小齒輪的數(shù)值大 ② 設(shè)計(jì)計(jì)算 mn=3.84mm 取mn=5mm d1=126.96mm Z1===24.63 取 Z1 =26，則 Z2 =I1·Z1 =133.64 取 Z2 =134 ⑷ 幾何尺寸計(jì)算 ① 計(jì)算中心距 a===412.37mm 將中心距圓調(diào)整為412mm ② 中心距修正螺旋角 =13.86° 因值改變不多，故參數(shù)等不必修改。 ③ 計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑 d1===133.9mm d2===690.1mm ④ 計(jì)算齒輪寬度 b =d d1 =0.8×133.9=107.12mm 圓整后取 B2=110mm B1=115mm 4.3 速比齒輪軸及其上軸承的設(shè)計(jì)、選擇和校核 4.3.1 基本軸徑的設(shè)計(jì) 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度來(lái)估計(jì)軸的直徑 =T/Wr≈ 對(duì)于實(shí)心軸d≥ （4.4） 對(duì)于空心軸d≥，通常取=0.5~0.6 4.3.2 高速軸（I 軸）的軸徑設(shè)計(jì) ① 材料選擇為40Cr ② 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第三版，第二卷，第 6 篇表 6-1-2 選取 A0 =110 則==9550000/（0.2×1103）=35.88MPa d1≥=110×=34.1mm 由于連接聯(lián)軸器的軸段上有一個(gè)鍵槽，軸徑應(yīng)增大5% d1≥30×(1+5%)=35.81mm 取d1=40mm 4.3.3 中間軸（II 軸）的軸徑設(shè)計(jì) ① 材料選擇為 40Cr ② 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第三版，第二卷，第6篇表 6-1-2 選取 A0 =115 ==9550000/（0.2×1153）=34.1MPa d2≥=115×=67.87mm 由于連接齒輪的軸段上有一個(gè)雙鍵槽，軸徑應(yīng)增大 7% d2 ≥67.87 ×(1+7%)=72.62 mm 取d2 =75mm 4.3.4 低速軸（III 軸）的軸徑設(shè)計(jì) ① 材料選擇為 40Cr ② 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第三版，第二卷，第 6篇表 6-1-2 選取 A0=99 ==9550000/（0.2×993）=49.21MPa d3≥=99×=97.32mm 由于連接齒輪的軸段上有一個(gè)雙鍵槽，軸增大7% d3≥97.32×（1+7%）=104.13mm 軸的校核、選取軸承及所選軸承的校核 ⑴ 高速軸的校核及所選軸承的校核 ① 第Ⅰ軸的轉(zhuǎn)矩為:T=2.85×105N·mm 齒輪1的圓周力為： Ft1===1.65×103N 軸向力：Fa1=Ft1·tan=1.65×105×tan15.2°=4.12×103N 徑向力：FV1=Ft1·tan/cos=1.65×105×tan20°/cos15.2°=6.26×103N 軸向力矩：Ma1=Fa1·=4.12×103×=1.69×105N·mm 計(jì)算支承反力 圖4-1 水平受力圖 由水平受力圖a RaH==4.08×103N RbH==12.71×103N 圖4-2 水平受力圖 由上圖b，得： RaV===2.4×103N RbV== =4.12×103N 圖4-3 水平受力圖 水平彎矩：MH =RaH·82.3=7.75×105N·mm 垂直彎矩：MV1 =RaV·82.3=4.32×105N·mm MV2 =RbV·293.3=2.62×105N·mm 圖4-4 水平受力圖 合成彎矩： M1===9.3×105N·mm M2===8.26×105N·mm 按脈動(dòng)循環(huán)處理取=0.6 Mca1== =1.263×106N·mm 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 由于Ⅰ截面是軸上承受最大計(jì)算彎矩的截面，Ⅱ軸截面承受的小 但是軸徑比較小，所以要校核Ⅰ、Ⅱ軸截面強(qiáng)度 a、截面計(jì)算： ===23.88MPa 因此軸為40Cr鋼，調(diào)質(zhì)處理，查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》得許用彎力=60MPa < 所以安全。 ② a、高速軸承選擇：d1=40mm D=72mm T=24.25 b、校核: 計(jì)算軸承徑向支反力 圖4-5 軸承徑向支反力示意圖 RaH==4.08×103N·mm RbH==12.71×103N·mm RaV===2.4×103N RbV== =4.12×103N 合成支反力： Ra==4.62×103N Rb==1.328×103N 所產(chǎn)生的派生軸向力由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表，得 S= （4.5） 由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》查得 e=0.42，Y=1.4，Cr =302000N S1===3.3×103N S2===9.49×103N S2 +Fa1 >S1 所以右緊左松 A1 =S2+Fa1=9.49×103+3.64×103=13.6×103N A2 =S2=9.49×103 計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷 P: ==2.941>e取X1=0.4 Y1=0.7 ==0.76>e 取X2=1 Y2=0 P1=X1R1 +Y1A1=0.4×4.62×103 +0.7×13.28×103 =11.37× ′103N P2 =X2R2+Y2A2 =13.28×103N 計(jì)算軸承壽命選取預(yù)期軸承壽命為L(zhǎng)10h￠ =20000h 因?yàn)?P1 L10h 故合格。 (2) 中間軸的校核及所選軸承的校核 ① Ⅱ軸的轉(zhuǎn)矩為 T=1413N·m=1.413×106N·mm 軸的受力如下圖所示： 圖4-6 水平受力圖 中間大齒輪: 圓周力：Ft2=Fa1=Ft1·tanβ=1.65×105×tan15.2°=4.12×103N 軸向力：Fa2=Fa1=Ft1·tanβ=1.65×105×tan15.2°=4.12×103N 徑向力：Fr2=Fr1=Ft1·tan/cos=1.65×105×tan20°/cos15.2°=6.26×103N向心力：Ma2=Fa2·=4012×103×=0.965×106N·mm 中間軸小齒輪： 圓周力：Ft3===3.51×104N 軸向力：Fa3=Fr3·tanβ=1.96×104×tan13.86°=1.38×104N 徑向力: Fr3=Ft3·tan/cosβ=1.96×104×tan20°/cos13.86°=2.08×104N 軸向力矩：Ma3=Fa3·=1.38×104×=0.92×106N·mm 計(jì)算支承反力：由上圖中c得： RaH==4.03×104N RbH==3.22×104N 由上圖中d，得： RaV ===1.92×104N RbV =-Fr2+Fr3-FaV=-0.64×104N 畫(huà)彎矩圖，扭矩圖，計(jì)算彎矩： 水平彎矩：MH1=RaH·75=2.45×106N·mm MH2=RbH·100=4.03×106N·mm 垂直彎矩：MV1=RaV·75=-0.29×106N·mm MV2=RbV·304+Fr3·d3/2-Fa2·d2/2=0.73×106N·mm MV3=-RbV·100=1.88×106N·mm MV4=RaV·261.5+Fr2·164.5-Fa3·d3/2-Fa2·d2/2=0.96×106N·mm 合成彎矩：M3==2.86×106N·mm M4==4.65×106N·mm 按脈動(dòng)循環(huán)處理，α=0.6 Mca2= =3.32×106N·mm Mca4= =5.06×106N·mm 由圖知Ⅰ剖面計(jì)算彎矩最大，但直徑不是最大，Ⅱ剖面直徑最小，計(jì)算彎矩較 大，所以這兩個(gè)剖面比較危險(xiǎn)，因此校核這兩個(gè)剖面。 Ⅰ剖面的計(jì)算應(yīng)力===37.36MP Ⅱ剖面的計(jì)算應(yīng)力===24.65MP 因齒輪軸的材料為 40Cr 鋼，調(diào)質(zhì)處理，由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表 17-2，查 =60MPa < 所以安全。 ① a、中間軸承的選擇：d2 =75mm D=160mm T=37 b、校核： 計(jì)算軸承徑向支反力 圖4-7 軸承徑向支反力示意圖 由軸承徑向支反力示意圖可知： RaH ==4.03×104N RbH = =3.22×104N RaV===1.92×104N RbV =-Fr2+Fr3-FaV=-0.64×104N 合成支反力：Ra==4.46×104N Rb ==3.26×104N 所產(chǎn)生的派生軸向力由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》16-12得S= （4.6） 由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得 e =0.35,Y =1.7,Cr =562000N S1===1.59×104N S2===1.16×104N 求軸承的軸向載荷 A： FA=Fa3-Fa2=13800-4100=9.69×103N 因FA +S2 =0.776×104+1.08×104= 1.86×104>S1=1.48×′104 ， 所以右緊左松。 故取 A1= 2.164N, A2=S2=1.16×104N 計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P：==0.47>e取X1=0.4，Y1=1.4 ==0.36P2 ,所以按 P1 ,計(jì)算，由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》式16-3，查表16-8 和表16-9，ft=1.0 fp=1.5 Lh===36768h>L10h 故合格。 (3) 低速軸的校核及所選軸承的校核 ① 第三軸的轉(zhuǎn)矩為：T=9.71×106N·mm 低速軸大齒輪： 圓周力：Ft4=Ft3=2T÷d3=2×1.96×106÷133.9 =3.51×104N 軸向力：Fr4=Fa3=Ft3·tanβ=1.96×104×tan13.86=1.38×104N 徑向力：Fr3=Ft3·tanαn ÷cosβ= 1.96×104 ×tan20° ÷cos13.86°=2.08×104N 軸向力矩：Ma4=Fa4·=1.38×104N×=4.09×106N·mm a、計(jì)算支承反力 圖4-8 支撐反力示意圖 由支撐反力示意圖Ⅲ-2，得： RaH==2.25×104N RbH==3.98×104N 圖4-9 支撐反力示意圖 由支撐反力示意圖Ⅲ-3，得 -RaV==-2.41×104N RbV=(RaV+Fr4)=0.28×104N b、畫(huà)彎矩圖，扭矩圖，計(jì)算彎矩： 圖4-10 彎矩圖 水平彎矩：MH=RbH ·136.5=3.83×106N·mm 垂直彎矩：MV1=RaV·254.5=- 4.23×106N·mm MV2=RbV136.5=0.31×106N·mm M2 圖4-11 彎矩圖 合成彎矩： M1= =5.25×106N·mm M2= =3.45×106N·mm 按脈動(dòng)循環(huán)處理，取α=0.6 Mca1==1.095×107N·mm Mca2=αT=9.54×106N·mm c、按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 由于Ⅰ截面是軸上承受最大計(jì)算彎矩的截面，Ⅱ截面承受的計(jì)算彎矩不是最大，但是其軸徑較小，故需要校核Ⅰ、Ⅱ截面的強(qiáng)度 Ⅰ截面的計(jì)算應(yīng)力為 ===19.87MPa Ⅱ截面的計(jì)算應(yīng)力為 ===25.63MPa 因齒輪軸的材料為40Cr鋼，調(diào)質(zhì)處理，由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表 17-2，查得=60MPa <，所以安全。 ② a、低速軸承的選擇：d2=110mm D=200mm T=41 b、校核 Ⅰ計(jì)算支承反力 圖4-12 支承反力示意圖 RaH= =2.25×104N RbH= =3.98×104N -RaV==-2.41×104N RbV=(RaV+Fr4)=0.28×104N 合成支反力： Ra==2.97×104N Rb==3.67×104N 所產(chǎn)生的派生軸向力由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》16-12。得S= 由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得 e=0.42,Y=1.4, Cr=908000N S1===0.78×104N S2===1015×104N S2 +Fa4>S1 所以右緊左松 因FA+S2=1015×104N>S1 故取A1=2.53×104N,A2=S2=1.15 ×′104N Ⅱ 計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷 P： ==0.85>e，取X1=0.4，Y1=1.4 ==0.31 P2 ，所以按 P1 計(jì)算，由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》式 16-3，查表 16-8 和表 16-9，ft =1.0,fp=1.5 ，有 Lh===303069h>L10h 故合格。 4.4 各軸上聯(lián)接齒輪的鍵的選取與校核 4.4.1 低速級(jí)齒輪的健及其校核 ⑴ 選用普通平鍵 A 型 其中：L=56mm；b=28mm；h=16mm；t=10；t1=6.4 ⑵ 校核 對(duì)于平鍵通常只按工作面上的擠壓應(yīng)力進(jìn)行條件性強(qiáng)度校核。通 過(guò)條件為=120MPa按壓力強(qiáng)度校核： （4.7） T：轉(zhuǎn)矩T=6.47×106N·mm D：軸的直徑D=110mm h：鍵高h(yuǎn)=16mm l：鍵的工作長(zhǎng)度，本設(shè)計(jì)采用雙鍵聯(lián)接，相隔180°° 布置，l=125mm ==117.64MPa 因?yàn)? 120MPa 所以平鍵合格。 4.4.2 中間級(jí)齒輪的鍵及其校核 ⑴ 選用普通平鍵 A 型 其中：L=28mm；b=20mm；h=12mm；t=7.5；t1=4.9 ⑵ 校核： 對(duì)于平鍵通常只按工作面上的擠壓應(yīng)力進(jìn)行條件性強(qiáng)度校核。通過(guò)條件為=120MPa按壓力強(qiáng)度校核 （4.8） T：轉(zhuǎn)矩 T=1.314×106N·mm D：軸的直徑 D=70mm H：鍵高 h=12mm L：鍵的工作長(zhǎng)度，本設(shè)計(jì)采用雙鍵聯(lián)接，相隔 180° 布置，l=56mm ==111.73MPa因?yàn)?120MPa，所以平鍵合格。 沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第五章 螺桿的設(shè)計(jì)與校核 第五章 螺桿的設(shè)計(jì)與校核 5.1 螺桿材料 螺桿材料需要強(qiáng)度、抗磨能力高、耐化學(xué)腐蝕性能、好的機(jī)械加工、熱處理以及高溫下不變形的性能。螺桿材料優(yōu)先選用38CrMoAlA，用38CrMoAlA 制造的螺桿，0.3—0.6是其氮化深度，硬度為740HV。當(dāng)其經(jīng)滲氮處理后會(huì)在螺桿表面形成壓應(yīng)力，疲勞極限可提高25%——35%。耐腐蝕性也會(huì)增加。 5.2 螺桿形式 本設(shè)計(jì)為 SJ-90/25 擠出機(jī)，加工物料為低密度聚乙烯。查資料得： 螺桿形式是等距突變（3~5D）型單螺桿 5.3 螺桿參數(shù) ⑴ 螺桿直徑D D=90mm ⑵ 螺桿長(zhǎng)徑比 L/D=25 螺桿長(zhǎng)=1750mm ⑶ 螺桿螺紋開(kāi)程I I=70mm ⑷ 螺桿的螺紋升角θ =17°42` 取18° ⑸ 螺紋寬度e （0.08~0.12D） 取e=5mm 5.4 螺桿結(jié)構(gòu) 螺桿工作部分大概分為加料段，熔融段，均化段。 a、加料段 此段是用來(lái)是咬入和輸送物料。從加料口加入物料，旋轉(zhuǎn)螺桿開(kāi)始工作，物料被咬入螺槽內(nèi)，形成大大小小的塑料團(tuán)，這些團(tuán)在前進(jìn)時(shí)也轉(zhuǎn)動(dòng)。 L加 =30%~65%L=525~1137.5，本設(shè)計(jì)取 700mm。 H加: 在螺桿中三段的螺紋升程相同，所以螺棱寬度也相同。 i= （5.1） 查《塑料機(jī)械設(shè)計(jì)》表 1-3-1 取 i=3 H加=i×H3=3×3=9mm b、熔融段 也叫為壓縮段。塑料團(tuán)進(jìn)入此段，會(huì)被慢慢壓縮，由于螺桿的旋轉(zhuǎn)，物料會(huì)被攪拌、切碎最后塑化。 L塑=3~5D H塑=漸變 c、均化段 也叫計(jì)量段。在熔融段傳送過(guò)來(lái)的物料在均化段繼續(xù)受到切割和塑化，螺桿擠壓、呈液態(tài)的物料在一定的壓力和溫度通過(guò)機(jī)頭，擠壓成所需形狀的半成品。 L擠=20%~25%L H擠=0.025~0.06D H擠取3mm 5.5 螺紋的斷面形狀 本設(shè)計(jì)使用矩形斷面。螺紋推料表面和螺桿根徑表面垂直，采用小圓弧r=（0.06~0.12）D；螺紋背面有較大的過(guò)度圓弧 R，這使得螺槽中的塑料加快進(jìn)行橫流，使進(jìn)料均勻混煉和塑化，防止局部焦燒。R=（0.12~0.18）D。 5.6 校核 近似認(rèn)