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摘要
塑料擠出機(jī)機(jī)筒，它是塑料加工過(guò)程中的主要設(shè)備之一。一般擠出機(jī)由五大部分組成：擠出部分、傳動(dòng)部分、機(jī)頭加熱冷卻系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)塑料是一種高分子合成材料，是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)材料之一，它廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。
擠出部分是擠出機(jī)的主體部分，主要作用是：剪切、塑化、捏煉塑料，以一定的壓力，均勻連續(xù)的向機(jī)頭輸送塑料。由加料裝置、螺桿、機(jī)筒、襯套等組成。其中螺桿分為單頭螺桿、雙頭螺桿和多頭螺桿。襯套材料一般為38。
傳動(dòng)系統(tǒng)的作用是驅(qū)動(dòng)螺桿旋轉(zhuǎn)和根據(jù)工藝要求調(diào)節(jié)螺桿的轉(zhuǎn)速，傳動(dòng)系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)和減速器組成。
機(jī)頭是擠出機(jī)的成形部分，它的作用是使塑料由螺旋運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)；在一定的壓力下，將塑料擠壓成各種所需形狀的半成品。加熱冷卻系統(tǒng)是為了使塑料很好的擠出，適時(shí)控制溫度，以防止塑料溫度過(guò)低或焦灼。
電氣控制系統(tǒng)的作用是滿(mǎn)足擠出工藝條件的需要，實(shí)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)機(jī)機(jī)筒割斷溫度、機(jī)體溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、驅(qū)動(dòng)扭矩或功率、軸向力等的控制和調(diào)節(jié)。由溫控、調(diào)速和檢測(cè)裝置組成。
擠出機(jī)的傳動(dòng)技術(shù)有齒輪變速、直流電機(jī)和其他方式等若干種。國(guó)內(nèi)外常用的是由電機(jī)通過(guò)減速裝置帶動(dòng)螺桿進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速傳動(dòng)，國(guó)外多用直流電機(jī)變速傳動(dòng)，而國(guó)內(nèi)則多用整流子電機(jī)變速傳動(dòng)。
擠出機(jī)的基本工作過(guò)程：帶狀塑料加入加料口后，在旋轉(zhuǎn)螺桿的作用下塑料被搓成團(tuán)狀沿螺桿槽滾動(dòng)前進(jìn)，因螺桿的剪切、壓縮和攪拌作用塑料受到進(jìn)一步塑化，溫度和壓力逐步提高，呈現(xiàn)出粘流狀態(tài)，以一定的壓力和溫度通過(guò)機(jī)頭，最后得到所需的一定形狀的半成品。
關(guān)鍵詞: 塑料擠出機(jī); 螺桿; 機(jī)筒; 機(jī)頭
Abstract
The plastic rod extruding machine abbreviation extrude (also name extruding press), it is an important implement of the plastic reclaiming process.
The extrude is made of five parts：the part of extruding;the part of passing;the head;the system of heading and cooling;the electrical control system.The major part of the extrude is the part extruding,it is the most use of shear ,rend and pinch the plastic,under fastness pressure,continuous send plastic to the head ,it made up of fill device ,screw ,barrel ,liner and so on,And the screw is disport of single screw ;double screw ;and component screw.The material of liner is 38CrMoAlA.
The part of passing is driving the screw rotation and basic the need of the art factitious process to adjustment the screw royal .The part of passing is made of electrical engineering and reducer.
The head is the extruding machine formed part .Its function is :Causes the sizing material to become the translation by the helical motion ;under the certain pressure ,extrudes the sizing materials which need the shape the half-finished product.
The system of heating and cooling is for the plastic well extrusion ,we control the temperate to prevent the temperate too low or born.
The electrical control system is for the need of press,control the
temperate of the barrel and the head ,the royal of the screw ,drive the torsion or power ,and adjustment the head ,the royal of the screw ,driver the torsion or power ,and adjustment the force of the axial ,is made of the temperate controller ,the speed adjustment system,and the device of test.
The extrude fundamental process is this:get the plastic to the filler,under the shear of the screw ,the plastic was made small ball,because of the screw’s shear pressure and stirring ,the plastic was farther rend and plastic ,the temperate and the pressure get higher ,and the plastic get plastic flow,under fastness pressure though the head ,the last get the production you need.
Key words: Plastic extrude ; Screw ; Barrel ; Head
目 錄
第一章擠出機(jī)的主要性能參數(shù) 4
1.1 螺桿區(qū)域劃分及材料 4
1.1.1 螺桿直徑 4
1.1.2 螺桿長(zhǎng)徑比 4
1.1.3 轉(zhuǎn)速與喂料方式的關(guān)系 4
1.2 擠出機(jī)功率 5
1.4 生產(chǎn)能力Q 6
第二章電機(jī)的選擇 7
第三章減速器設(shè)計(jì)計(jì)算 7
3.1 傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)計(jì)算 8
3.1.1 傳動(dòng)比計(jì)算及分配 8
3.1.2 各軸轉(zhuǎn)速 8
3.1.3 各軸功率 9
3.1.4 各軸轉(zhuǎn)矩 9
3.2 齒輪設(shè)計(jì) 10
3.2.1 高速級(jí)齒輪傳動(dòng) 10
3.2.2 低速級(jí)齒輪傳動(dòng) 15
3.3 速比齒輪軸及其上軸承的設(shè)計(jì)、選擇和校核 20
3.3.1 基本軸徑的設(shè)計(jì) 20
3.4 各軸上聯(lián)接齒輪的鍵的選取及校核 35
3.4.1低速級(jí)齒輪的鍵及其校核 36
3.4.2中間級(jí)齒輪的鍵及其校核 37
第四章螺桿的設(shè)計(jì)與校核 38
4.1 螺桿材料 38
4.2 螺桿形式 38
4.3 螺桿參數(shù) 38
4.4 螺桿結(jié)構(gòu) 39
4.5 螺紋的斷面形狀 39
4.6 校核 39
第五章機(jī)筒的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 40
5.1 機(jī)筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料選擇 40
5.2 機(jī)筒參數(shù) 40
5.3 校核 40
第六章其他零部件的設(shè)計(jì)與校核 42
6.1 螺桿與軸聯(lián)接處的花鍵的選擇與校核 42
6.1.1 花鍵擠壓強(qiáng)度校核 42
6.2 推力軸承的選擇與校核 42
6.2.1 校核 43
6.2.2 壽命計(jì)算 43
6.3 聯(lián)軸器的選擇與校核 43
6.4 螺桿與機(jī)筒的組合設(shè)計(jì) 44
6.5 機(jī)頭的設(shè)計(jì) 44
6.6 溫度控制 44
結(jié)語(yǔ) 45
參考文獻(xiàn) 46
致謝 47
沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 引言
引言
1.1 論文的研究背景及意義
塑料是一種高分子合成材料，是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)材料之一，它廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。
1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與研究水平
1.2.1 塑料擠出技術(shù)與擠出機(jī)的發(fā)展
塑料工業(yè)的迅速發(fā)展以及塑料制品應(yīng)用范圍的日益擴(kuò)大，促使塑料擠出成型技術(shù)不斷改善和創(chuàng)新。目前塑料擠出技術(shù)的發(fā)展情況主要可以概括為以下幾個(gè)方
（1）成型工藝?yán)碚摰陌l(fā)展
塑料成型工藝?yán)碚撋婕暗剿芰媳旧淼奈锢砘瘜W(xué)性質(zhì)、力學(xué)性能以及加工過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的流變特性等相關(guān)知識(shí)。對(duì)于這些工藝的研究由過(guò)去單純依靠人們的經(jīng)驗(yàn)積累已轉(zhuǎn)化為進(jìn)行專(zhuān)業(yè)的理論和實(shí)驗(yàn)的研究。例如，到目前為止，擠出成型相關(guān)的流動(dòng)理論和數(shù)學(xué)模型已經(jīng)基本建立，而且在實(shí)際生產(chǎn)中已經(jīng)有所應(yīng)用。
（2）成型方法和成型物料的改善
對(duì)于擠出成型來(lái)說(shuō)，根據(jù)生產(chǎn)制品不同有不同成型方法。成型物料由過(guò)去單一的粒狀、粉狀形態(tài)物料均可加工。
（3）成型的精密、微型化和超大型化
塑料制品的廣泛應(yīng)用也為塑料加工生產(chǎn)提出了更高的要求，目前塑料制品正朝著微型化和大型化兩個(gè)方向發(fā)展，因此基礎(chǔ)成型技術(shù)也出現(xiàn)微型化與大型化的特點(diǎn)。微型方面，現(xiàn)有的精密擠出能將制品尺寸公差保持在0.01mm-0.001mm之間；大型方面，大型、超大型的擠出機(jī)都已出現(xiàn)并在生產(chǎn)中使用。
（4）成型模具的優(yōu)化
由于具新材料的使用和模具加工技術(shù)的革新，是模具的加工成本降低、加工精度提高、使用壽命增長(zhǎng)，并且使制品的表觀(guān)質(zhì)量得到提升。此外，模具零部件的標(biāo)準(zhǔn)化程度越來(lái)越高，在國(guó)外一些發(fā)達(dá)的工業(yè)化國(guó)家，模具的標(biāo)準(zhǔn)化、專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)程度已達(dá)到70%以上，在我國(guó)尚有待發(fā)展。
（5）成型生產(chǎn)的自動(dòng)化
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，塑料擠出生產(chǎn)的自動(dòng)化逐漸成為發(fā)展趨勢(shì)。生產(chǎn)自動(dòng)化離不開(kāi)各種數(shù)字化控制的成型設(shè)備和先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)。成型生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化后，對(duì)成型設(shè)備可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)控和無(wú)人化操作。成型設(shè)備可以根據(jù)系統(tǒng)發(fā)出的生產(chǎn)檢測(cè)信號(hào)，對(duì)工藝條件進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)整，從而保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)對(duì)降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度、改善生產(chǎn)環(huán)境、提高生產(chǎn)率、降低企業(yè)生產(chǎn)成本起到良好的效果。
塑料擠出技術(shù)和擠出機(jī)的發(fā)展情況對(duì)擠出機(jī)溫度控制的研究具有指向作用。從以上論述中可以看出，塑料擠出生產(chǎn)正向網(wǎng)絡(luò)化、智能化、集中控制的方向發(fā)展，這與工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展方向一致，也為擠出機(jī)溫度控制新方法的實(shí)現(xiàn)奠定了擠出。
為了保證擠出成型過(guò)程的順利進(jìn)行，一班的擠出生產(chǎn)線(xiàn)都要由主機(jī)和輔機(jī)兩部分組成。主機(jī)部分，主要指塑料擠出機(jī)，包括傳動(dòng)系統(tǒng)、擠壓系統(tǒng)、加熱冷卻系統(tǒng)；輔機(jī)部分包括冷卻及定型裝置、牽引裝置、料斗加料裝置、切割裝置、收放線(xiàn)裝置等。下面以線(xiàn)纜外護(hù)套塑料擠出機(jī)生產(chǎn)線(xiàn)為例，介紹其主要組成部分的結(jié)構(gòu)及功能。線(xiàn)纜外護(hù)套塑料擠出生產(chǎn)線(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。
圖1.1 線(xiàn)纜外護(hù)套塑料擠出生產(chǎn)線(xiàn)結(jié)構(gòu)示意圖
1
沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 設(shè)計(jì)初步方案
1.3 設(shè)計(jì)初步方案
本設(shè)計(jì)為SJ-60/25擠出機(jī)，制品可以為成品及半成品，選取的加工物料為“低密度聚乙烯”。該擠出機(jī)適用于冷喂料的擠出，故相比之下塑料粘流態(tài)停留時(shí)間長(zhǎng)，同時(shí)強(qiáng)烈的剪切產(chǎn)生的大量的熱需要良好的冷卻裝置。由于螺桿有較大的長(zhǎng)頸比，同時(shí)承受剪切力和軸向力，本身還接受物料傳來(lái)的熱量，故螺桿材料應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和抗摩能力，較好的耐化學(xué)腐蝕性能，良好的機(jī)械加工和熱處理及高溫下不變形的性能，所以螺桿材料優(yōu)先選取38。螺桿要輸送物料，所以螺桿的結(jié)構(gòu)至關(guān)重要，根據(jù)有關(guān)知識(shí)及資料確定螺桿為單螺旋等距突變螺桿。利用電機(jī)+減速機(jī)構(gòu)+螺桿，使螺桿獲得一定的轉(zhuǎn)速和扭矩。螺桿所承受的軸向力由螺桿與機(jī)筒間的軸向推力軸承傳遞，擠出機(jī)根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)自行安裝。
1.4 本次設(shè)計(jì)的擠出機(jī)設(shè)計(jì)布置
圖1.2 電動(dòng)機(jī)-減速機(jī)構(gòu)-螺桿設(shè)計(jì)裝置
3
沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 擠出機(jī)的主要性能參數(shù)
第一章 擠出機(jī)的主要性能參數(shù)
本設(shè)計(jì)為SJ-60/25擠出機(jī)，選取的加工物料是“低密度聚乙烯”。根據(jù)<<機(jī)械原理>>[2]可知本機(jī)設(shè)計(jì)的主要參數(shù)：
螺桿直徑： D=60mm
螺桿長(zhǎng)徑比：
螺桿最高轉(zhuǎn)速：
最高產(chǎn)量：
螺桿的幾何壓縮比：i=3
1.1 螺桿區(qū)域劃分及材料
螺桿分為三部分:加料段、塑化段和擠出段。機(jī)器的生產(chǎn)能力很大程度上取決于加料段的進(jìn)料能力和擠出段的基礎(chǔ)能力，膠料的混煉，塑煉質(zhì)量則直接與塑化段的塑化能力有關(guān)。選用38CrMoAlA。
1.1.1 螺桿直徑
本設(shè)計(jì)螺桿直徑D=60mm
1.1.2 螺桿長(zhǎng)徑比
經(jīng)分析，可知長(zhǎng)徑比
1.1.3轉(zhuǎn)速與喂料方式的關(guān)系
在無(wú)喂料輥?zhàn)杂晌沽系那闆r下，過(guò)高的轉(zhuǎn)速會(huì)使進(jìn)料困難，或根本不能進(jìn)料，螺桿不能進(jìn)料的臨界轉(zhuǎn)速， 可按膠料被螺桿帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的離心力與其重力相等的條件來(lái)確定。
3
沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 擠出機(jī)的主要性能參數(shù)
螺桿轉(zhuǎn)速是螺桿擠出機(jī)的重要參數(shù)，它影響擠出機(jī)的產(chǎn)量、功率消 耗、擠出質(zhì)量等方面。
因?yàn)槁輻U不能進(jìn)料的臨界轉(zhuǎn)速為
螺桿的工作轉(zhuǎn)速
所以取
1.2擠出機(jī)功率
擠出機(jī)功率的大小主要取決于螺桿的幾何尺寸與結(jié)構(gòu)、螺桿轉(zhuǎn)速、擠出壓力、膠料粘機(jī)筒與螺桿的間隙以及擠出產(chǎn)量等。
擠出機(jī)的功率主要消耗在以下三個(gè)方面：
（1）使膠料克服機(jī)頭阻力；
（2）螺桿對(duì)膠料剪切摩擦作用使部分功率轉(zhuǎn)化為熱能，通常，大部分熱能通過(guò)冷卻水和機(jī)身周?chē)諝鈳ё?，少量熱能加熱膠料使膠料溫度升高。
（3）傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械摩擦及效率消耗。
粘度、生產(chǎn)能力以及機(jī)筒內(nèi)壁與螺桿螺棱頂部的間隙。擠出機(jī)的功率消耗主要還是取決于螺桿的幾何尺寸和結(jié)構(gòu)形式、機(jī)頭阻力、轉(zhuǎn)速、膠料。
擠出機(jī)的設(shè)備功率可按以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。
（1-1）
式中N---功率，kw；
k---計(jì)算系數(shù)，5.52~6.73；
D---螺桿直徑，cm；
L---螺桿工作部分長(zhǎng)度，cm；
n---螺桿轉(zhuǎn)速，r/min；
所以N=（5.52~6.73）×63×25×75×10-5 =22.36-27.26
本機(jī)器傳動(dòng)裝置即減速器設(shè)計(jì)為二級(jí)斜齒圓柱齒輪減速器，各連接處傳動(dòng)的機(jī)
5
沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 電機(jī)的選擇
械效率如下
（1-2）
（1-3）
根據(jù)上述計(jì)算并與國(guó)內(nèi)外同類(lèi)機(jī)臺(tái)的功率類(lèi)確定本設(shè)計(jì)的擠出機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率為25KW。
1.3 軸向力
因?yàn)?
（1-4）
1.4 生產(chǎn)能力Q
（1-5）
β→計(jì)算系數(shù) β取0.003-0.007
n→轉(zhuǎn)速
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第二章 電機(jī)的選擇
(1) 交流熱流子電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速
熱流子電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，調(diào)速比較準(zhǔn)確，轉(zhuǎn)速固定后負(fù)載變化影響小，但不論在結(jié)構(gòu)上或在制造工藝上卻較為復(fù)雜，且需要經(jīng)常維修，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)噪音大。
（2） 齒輪箱有級(jí)調(diào)速。
（3） 直流電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速：調(diào)速范圍約為1:8-1:16，啟動(dòng)平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制較容易，噪音低，目前已被較多采用。
查<<機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)>>根據(jù)功率及轉(zhuǎn)速等因素選擇電動(dòng)機(jī)。
所選電機(jī)參數(shù)如下：
電機(jī)型號(hào)：Y160L-4
額定功率：15kw
額定轉(zhuǎn)速：1500r/min
電動(dòng)機(jī)中心高：160mm
電機(jī)軸徑：42mm
電機(jī)外伸軸長(zhǎng)：110mm
（根據(jù)<<機(jī)械零件手冊(cè)>>[5])
沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 減速器設(shè)計(jì)計(jì)算
第三章 減速器設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1 傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1.1 傳動(dòng)比計(jì)算及分配
由所設(shè)計(jì)原始尺寸可得：
減速器總傳動(dòng)比
（3-1）
查<<機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)>>第二版得：
則
所以
3.1.2 各軸轉(zhuǎn)速
設(shè)傳動(dòng)裝置從電機(jī)到工作機(jī)有三個(gè)軸，依次為I,II,III軸。
； （3-2）
;
；
；
n0 電動(dòng)機(jī)滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速
（3-3）
分別為I,II,III軸的轉(zhuǎn)速（單位r/min）
分別為電動(dòng)機(jī)至高速軸；I至II軸；II至III軸間的傳動(dòng)比
（3-4）
3.1.3 各軸功率
（3-5）
Pd→電動(dòng)機(jī)輸出功率
（3-6)
各軸輸入功率
3.1.4 各軸轉(zhuǎn)矩
(3-7)
表1.2 傳動(dòng)部分參數(shù)表
軸號(hào)
功率
轉(zhuǎn)速
轉(zhuǎn)矩
傳動(dòng)公式
傳動(dòng)比
I
14.7
1500
93.59
聯(lián)軸器軸承
5.6
II
14.1
268
502.44
齒輪軸承
5.6
III
13.5
72
1791.75
齒輪軸承
3.7
3.2 齒輪設(shè)計(jì)
3.2.1 高速級(jí)齒輪傳動(dòng)
，，，工作壽命15年，300天工作日，兩班制，帶式輸送機(jī)，平穩(wěn)，轉(zhuǎn)向不變。
(1)選定齒輪類(lèi)型，精度等級(jí)，材料及齒數(shù)
① 查<<機(jī)械設(shè)計(jì)>>表10-1選得大小齒輪的材料均為40Cr,并經(jīng)調(diào)制及表面淬火處，齒面硬度為48-55HRC。
② 精度等級(jí)選取為7級(jí)
③ 選小齒輪齒數(shù)為 則
④ 初選螺旋角
(2) 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)公式10-21試算:
（3-8）
① 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
a.初選
b.由圖10-30選取區(qū)域系數(shù)
c.由圖10-26差得 （3-9）
d.小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩：
e.查表10-7選取齒寬系數(shù)
f.由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)：
g.由圖10-21e查得齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限：
h. 由式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)大小： （3-10）
i.由圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù)：
（3-11）
j.計(jì)算接觸疲勞許用力：（取失效概率為10%，安全系數(shù)S=1）
由圖10-21得：
（3-12）
② 計(jì)算：
a.試算小齒輪分度圓直徑
（3-13）
b.計(jì)算圓周速度
c.計(jì)算齒寬b及模數(shù)
（3-14）
（3-15）
d.計(jì)算縱向重合度
(3-16)
e.計(jì)算載荷系數(shù)K
由表10-2查得使用系數(shù)
根據(jù)V=2.62，7級(jí)精度，由圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)
由表10-3查得
由表10-4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)
故載荷系數(shù)
(3-17)
另由圖10-13
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：
(3-18)
g.計(jì)算模數(shù)
(3-19）
（3）按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由式10-17得：
(3-20)
① 確定計(jì)算參數(shù)
a.計(jì)算載荷系數(shù)
(3-21)
b.由圖10-20d查得齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限：
c.由圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)
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；
(3-22)
e.根據(jù)縱向重合度由圖10-28查得螺旋角影響系數(shù)
f.計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)
(3-23)
g.查取齒形系數(shù)
由表10-5查得
h. 查取應(yīng)力校正系數(shù)
由表10-5查得
i.計(jì)算大小齒輪的 (3-24)
并加以比較
則小齒輪的數(shù)值大
② 設(shè)計(jì)計(jì)算
取
取
（4) 幾何尺寸計(jì)算
①計(jì)算中心距
(3-25)
將中心距調(diào)整為168mm
②按圓整后的中心距修正螺旋角
(3-26)
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
(3-27)
④計(jì)算齒輪寬度
圓整后取
3.2.2 低速級(jí)齒輪傳動(dòng)
工作壽命15年，300天工作日，兩班制，帶式輸送機(jī)，平穩(wěn)，轉(zhuǎn)向不變。
（1） 選定齒輪類(lèi)型，精度等級(jí)，材料及齒數(shù)
① 查<<機(jī)械設(shè)計(jì)>>表10-1選得大小齒輪的材料均為40Cr，并經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火處理，齒面硬度為48-55HRC。
② 精度等級(jí)選取為7級(jí)
③ 選小齒輪齒數(shù)為
④ 初選螺旋角
（2） 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
根據(jù)<<機(jī)械設(shè)計(jì)公式>>10-21試算：
(3-28)
① 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值：
a.初選
b.由圖10-30選取區(qū)域系數(shù)
c.由圖10-26差得
d.小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩：
e.查表10-7選取齒寬系數(shù)
f.由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)：
g.由圖10-21e查得齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限：
h.由式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：
i.由圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù)：
j.計(jì)算接觸疲勞許用力：（取失效概率為10%，安全系數(shù)S=1）
由式10-21得：
② 計(jì)算：
a.試算小齒輪分度圓直徑
(3-29)
b.計(jì)算圓周速度
(3-30)
c.計(jì)算齒寬b及模數(shù)
d.計(jì)算縱向重合度
e.計(jì)算載荷系數(shù)K
由表10-2查得使用系數(shù)
根據(jù)V=1.02，7級(jí)精度，由圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)
由表10-3查
由表10-4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)
故載荷系數(shù)
(3-31)
另由圖10-13查得
f.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：
(3-32)
g.計(jì)算模數(shù)
（3）按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由式10-17得：
(3-33)
① 確定計(jì)算參數(shù)
a.計(jì)算載荷系數(shù)
(3-34)
b.由圖10-20d查得齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限:
c.由圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)
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；
e.根據(jù)縱向重合度由圖10-28查得螺旋角影響系數(shù)
f.計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)
(3-35)
g.查取齒形系數(shù)
由表10-5查得
h.查取應(yīng)力校正系數(shù)
由表10-5查得
i.計(jì)算大小齒輪的并加以比較
(3-36)
則小齒輪的數(shù)值大
② 設(shè)計(jì)計(jì)算
(3-37)
取
取
(4)幾何尺寸計(jì)算
① 計(jì)算中心距
(3-38)
將中心距圓整為142mm
② 按圓整后的中心距修正螺旋角
(3-39)
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
(3-40)
④ 計(jì)算齒輪寬度
(3-41)
圓整后取
3.3 速比齒輪軸及其上軸承的設(shè)計(jì)、選擇和校核
3.3.1 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
(3-42)
對(duì)于實(shí)心軸
對(duì)于空心軸,通常取=0.5-0.6
(1) 高速軸（I)軸的軸徑設(shè)計(jì)
a.材料選擇為40Cr
b.查<<機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)>>第三版，第二卷，第六篇6-1-2選取A0=110
(3-43)
由于連接聯(lián)軸器的軸段上有一個(gè)鍵槽，軸徑應(yīng)增大
取d1=30mm
（2) 中間軸（II軸)的軸徑設(shè)計(jì)
a.材料選擇為40Cr
b.查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第三版，第二卷，第六篇6-1-2選取A0=99,則
由于連接聯(lián)軸器的軸段上有一個(gè)雙鍵槽，軸徑應(yīng)增大7%
(3) 中間軸（III軸)的軸徑設(shè)計(jì)
a.材料選擇為40Cr
b.查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第三版，第二卷，第六篇6-1-2選取A0=115,則
(3-44)
由于連接聯(lián)軸器的軸段上有一個(gè)雙鍵槽，軸徑應(yīng)增
取d3=80mm
3.3.2軸的校核、選取軸承及所選軸承的校核
（1）高速軸的校核及所選軸承的校核
① 第I軸的轉(zhuǎn)矩為：
齒輪I的圓周力：
徑向力：
(3-45)
軸向力矩：
（3-46）
計(jì)算支撐反力
圖3.1 支撐反力水平受力圖
Rav
圖3.2 支撐反力垂直受力圖
圖3.3 彎矩分析圖
水平彎矩：
(3-47)
垂直彎矩：
(3-48)
合成彎矩：
(3-49)
按脈動(dòng)循環(huán)處理，取α=0.6
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，但是其軸徑最小，故需要校核I、II截面的強(qiáng)度，I截面的計(jì)算應(yīng)力為
(3-50)
因齒輪軸的材料為40Cr鋼，調(diào)質(zhì)處理，又機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表17-2，查得許用彎曲應(yīng)力
所以安全。
b.校核：
圖3.4 軸承徑向支反力
(3-51)
合成支反力
所產(chǎn)生的派生軸向力由<<機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)>>表16-12得
由<<機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)>>查得
(3-52)
,所以左緊右松
計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P:
，故取X1=0.1，Y1=0 (3-53)
故取X2=0.3，Y2=0.7
由<<機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)>>式16-5，得
計(jì)算軸承壽命，選取與其軸承壽命為,因?yàn)镻1
>表17-2，查得
，故安全。
②a.中間軸承的選擇：，
b.校核：
計(jì)算軸承徑向支反力
圖3.7 軸承徑向支反力
由上可知：
(3-57)
合成支反力：
所產(chǎn)生的派生軸向力由<<機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)>>表16-12，得
由<<機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)>>查得
(3-58)
求軸承的軸向載荷A：
所以右緊左松。
故取
計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P：
,故取
,故取
由<<機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)>>式16-5，得
計(jì)算軸承壽命
選取預(yù)期軸承壽命
因?yàn)?所以按計(jì)算，由<<機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)>>式16-3，查表16-8和表16-9，
得，有
（3）低速軸的校核及所選軸承的校核
①第三軸的轉(zhuǎn)矩為： (3-59)
低速軸大齒輪：
圓周力：
軸向力：
徑向力：
軸向力矩：
（1） 計(jì)算支撐反力
圖3.8 支撐反力水平力分析
由水平受力圖（III），得
(3-60)
圖3.9 支撐反力垂直受力分析
（2） 畫(huà)彎矩圖，扭矩圖，計(jì)算彎矩:
圖3.10 軸III水平彎矩圖
水平彎矩:
垂直彎矩:
圖3.11 軸III合成彎矩圖
合成彎矩：
(3-61)
按脈動(dòng)循環(huán)處理，取α=0.6
（3）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
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
(3-62)
II截面的計(jì)算應(yīng)力為
因此輪軸的材料為40鋼，調(diào)質(zhì)處理，由<<機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)>>表17-2，查得
，故安全。
a.低速軸承的選擇
b.校核
（1）計(jì)算支撐反力
圖3.12 軸III軸承受力圖
(3-63）
合成支反力：
所產(chǎn)生的派生軸向力由<<機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)>>表16-12，得
由<<機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)>>查得
所一右緊左松
取
(2）計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷
P:,故取
,故取
由<<機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)>>式16-5，得
(3）計(jì)算軸承壽命
選取預(yù)期軸承壽命為 （3-64）
因?yàn)?所以按計(jì)算，由機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)式16-3，查表16-8和16-9，得
，有
（3-65)
故合格。
3.4 各軸上聯(lián)接齒輪的鍵的選取及校核
3.4.1低速級(jí)齒輪的鍵及其校核
（1）選用普通平鍵A型
其中:L=56mm,b=28mm,h=16mm,t=10,
（2）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)條件為按壓力強(qiáng)度校核： (3-66)
T→轉(zhuǎn)矩
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，所以
3.4.2中間級(jí)齒輪的鍵及其校核
（1）選用普通平鍵A型
其中
（2)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
按壓力強(qiáng)度校核：
T→轉(zhuǎn)矩
D→軸的直徑 D=60mm
h→鍵高h(yuǎn)=12mm
l→鍵的工作長(zhǎng)度，本設(shè)計(jì)采用雙鍵連接，相隔180°布置，l=56mm
所以 (3-67)
所以平鍵合格。
37
沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 螺桿的設(shè)計(jì)與校核
第四章 螺桿的設(shè)計(jì)與校核
4.1 螺桿材料
螺桿材料應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和抗磨能力，較好的耐化學(xué)腐蝕性能，良好的機(jī)械加工和熱處理以及在高溫下不變形的性能。螺桿材料優(yōu)先選用38制造的螺桿，其氮化深度一般為0.3-0.6，硬度可達(dá)740HV。當(dāng)它經(jīng)滲氮處理后會(huì)在螺桿表面形成，壓應(yīng)力，故疲勞極限能提高25%-35%，耐腐蝕性也有顯著提高。
4.2 螺桿形式
本設(shè)計(jì)為擠出機(jī)，加工物料為低密度聚乙烯。查取有關(guān)資料確定螺桿形式為：等距突變（3-5D）型單螺桿。
4.3 螺桿參數(shù)
a、 螺桿直徑D=60mm
b、 螺桿長(zhǎng)徑比L/D=25螺桿長(zhǎng)L=1750mm
c、 螺桿的螺紋開(kāi)程I=70mm
d、 螺桿的螺紋升角θ取18°
e、 螺棱寬度e=（0.08-0.12D）取e=5mm
4.4 螺桿結(jié)構(gòu)
螺桿工作部分大體分為加料段、熔融段、均化段。
(1) 加料段
此段的作用是咬入和往前輸送物料。從加料口供入的物料，由于旋轉(zhuǎn)螺桿的作用，物料被咬入螺槽內(nèi)，并形成一定大小的塑團(tuán)，這些塑團(tuán)邊轉(zhuǎn)動(dòng)邊前進(jìn)。
沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 螺桿的設(shè)計(jì)和校核
，本設(shè)計(jì)電機(jī)最大功率
機(jī)械傳動(dòng)效率（y取0.7-0.9），取y=0.8所以
(4-3)
最大剪應(yīng)力:加料段初始位置最容易扭斷，則抗扭截面模量近似為：
（4-4）
（2）壓應(yīng)力計(jì)算
(4-5)
實(shí)際上螺桿自重引起的彎曲應(yīng)力比剪切應(yīng)力和壓應(yīng)力小得多，故可忽略不計(jì)，這樣按第三強(qiáng)度理論公式計(jì)算：
(4-6)
查得
因此螺桿強(qiáng)度合格。
39
沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第五章 機(jī)筒的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核
第五章 機(jī)筒的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核
5.1 機(jī)筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料選擇
機(jī)筒一般由襯套和機(jī)身組成。襯套在此結(jié)構(gòu)中，為了減小塑料與機(jī)筒的摩擦，并隔離冷卻水與塑料，在機(jī)筒與螺桿間嵌入了一個(gè)襯套，用制成，具有較好的耐磨和耐腐蝕性。但現(xiàn)在的冷卻技