1、螺桿設(shè)計說明書1. 螺桿擠出機基本參數(shù)確定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。機器的生產(chǎn)能力很大程度上取決于加料段的進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38CrM0AlA。1.2 螺桿直徑本設(shè)計螺桿直徑D=60mm1.3 螺桿長徑比長徑比是螺桿工作部分長度L與直徑D之比。L/D較大，有利于膠料的均勻混合和塑化，并可使膠料升溫過程變得緩和，為提高螺桿轉(zhuǎn)速提供了可能性，有利于提高產(chǎn)量；但L/D過大，螺桿機加工的難度也增大，功率消耗也相應(yīng)增加，易焦燒，還會造成螺桿端部與機筒之間的間隙不均，嚴(yán)重時產(chǎn)生與襯套刮研，影響設(shè)備的使用

2、和產(chǎn)量。經(jīng)分析，本設(shè)計選長徑比為L/D=6，即L=360mm。1.4 螺桿轉(zhuǎn)速的確定螺桿轉(zhuǎn)速是螺桿擠出機的重要參數(shù)，它影響擠出機的產(chǎn)量、功率消耗、擠出質(zhì)量等方面。（1）轉(zhuǎn)速與產(chǎn)量的關(guān)系隨著轉(zhuǎn)速的增加，產(chǎn)量上升，在相當(dāng)一段轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)，產(chǎn)量與轉(zhuǎn)速成正比。當(dāng)轉(zhuǎn)速過高時，產(chǎn)量上升速率下降，因為轉(zhuǎn)速增大，膠溫隨之提高，喂料段摩擦力減小、擠出段的膠料粘度下降，漏流量增加，結(jié)果是喂料和擠出能力都下降，導(dǎo)致產(chǎn)量上升的速率下降。（2）轉(zhuǎn)速與功率的關(guān)系 轉(zhuǎn)速增加，電機功率也增加，但隨轉(zhuǎn)速增加的速率下降。（3）轉(zhuǎn)速與擠出壓力的關(guān)系隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加，擠出壓力也增加，但不十分顯著。擠出壓力增加有利于提高擠出半制品的致

3、密性。但擠出壓力過高時，會由于膠料的溫升過高，破壞操作的穩(wěn)定性。 （4）轉(zhuǎn)速與膠料塑化、升溫的關(guān)系 隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加，膠料運動速度梯度增大，有利于膠料的撕裂、剪切、攪拌、塑化。但轉(zhuǎn)速過高，膠料發(fā)熱量過大，當(dāng)冷卻不好時，易形成早期硫化。 （5）轉(zhuǎn)速與電能單耗的關(guān)系 擠出1kg重量膠料所消耗的功率稱之電能單耗。電能單耗與轉(zhuǎn)速間的關(guān)系，視具體操作條件而定。通常普通冷喂料擠出機螺桿轉(zhuǎn)速越高，電能單耗越大，而冷喂料銷釘機筒擠出機螺桿轉(zhuǎn)速越高，電能單耗越小。這是由于產(chǎn)量隨轉(zhuǎn)速增加的速率大于功率增加速率所造成的。 （6）轉(zhuǎn)速與喂料方式的關(guān)系螺桿轉(zhuǎn)速與擠出機的加料方式有關(guān)。 在無喂料輥自由喂料的情況下，過高

4、的轉(zhuǎn)速會使進料困難，或根本不能進料。螺桿不能進料的臨界轉(zhuǎn)速n臨界，可按膠料被螺桿帶動旋轉(zhuǎn)的離心力與其重力相等的條件來確定。n臨界=424/ 式中 D螺桿直徑，cm； n臨界螺桿臨界轉(zhuǎn)速。螺桿的工作轉(zhuǎn)速n可在（0.20.7）n臨界范圍之內(nèi)選取；所以螺桿不能進料的臨界轉(zhuǎn)速為： n臨界=424/=424/=173r/min n=(0.20.7) n臨界=34.6121.2 r/min由計算結(jié)果，確定螺桿的轉(zhuǎn)速 n=75 r/min1.5功率擠出機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、膠料粘度、機筒與螺棱的間隙以及擠出產(chǎn)量等。擠出機的功率主要消耗在以下三個方面。 （1）使膠料克

5、服機頭阻力。 （2）螺桿對膠料剪切摩擦作用使部分功率轉(zhuǎn)化為熱能，通常，大部分熱能通過冷卻水和機身周圍空氣帶走，少量熱能加熱膠料使膠料溫度升高。 （3）傳動系統(tǒng)的機械摩擦及效率消耗。 擠出機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、機頭阻力、轉(zhuǎn)速、膠料粘度、生產(chǎn)能力以及機筒內(nèi)壁與螺桿螺棱頂部的間隙。 擠出機的設(shè)備功率可按以下述經(jīng)驗公式計算。 式中 N功率，kW； k計算系數(shù)，5.526.73； D螺桿直徑，cm； L螺桿工作部分長度，cm； n螺桿轉(zhuǎn)速，r/min。所以,N=( 5.526.73)=5.46.5kW本機器傳動裝置即減速器設(shè)計為二級斜齒圓柱齒輪減速器，各連接處傳動的機械效率

6、如下：=0.99， =0.99，=0.97 = 所以，=0.990.990.97=0.904N電=N/=6.5/0.904=7.19kw根據(jù)上述計算并與國內(nèi)外同類機臺的功率類比確定本設(shè)計的擠出機的驅(qū)動功率為15KW.1.6電機的確定常用的調(diào)速方法有三種：（1）交流熱流子電動機無級調(diào)速熱流子電動機的運轉(zhuǎn)穩(wěn)定，調(diào)速比較好準(zhǔn)確，轉(zhuǎn)速固定后負(fù)載變化影響小，但不論在結(jié)構(gòu)上或在制造工藝卻較復(fù)雜，且需要經(jīng)常維修，電機運轉(zhuǎn)時噪音大。（2）齒輪箱有級調(diào)速。（3）直流電動機無級調(diào)速：調(diào)速范圍約為1：81：16，啟動平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊，實現(xiàn)自動化控制較容易，噪音低，目前已被較多采用。查機械設(shè)計手冊根據(jù)功率及轉(zhuǎn)速等因素選

7、擇電動機。所選電機參數(shù)如下：電機型號：Y160L4額定功率：15kw額定轉(zhuǎn)速：1500r/min電動機中心高：160mm電機軸徑：42mm電機外伸軸長：110mm（根據(jù)機械設(shè)計手冊第五卷P23-32）1.7 生產(chǎn)能力 單位時間內(nèi)擠出機的擠出量即為生產(chǎn)能力，亦即產(chǎn)量，以kg/h表示。擠出機的生產(chǎn)能力常用簡易的實驗法和經(jīng)驗公式進行粗略的計算，還可用理論公式計算。 本設(shè)計按經(jīng)驗公式進行粗略計算； Q=65kg/h 式中 Q生產(chǎn)能力，kg/h； D螺桿直徑，cm； n螺桿轉(zhuǎn)速，r/min； 系數(shù)，可以實測得到，成型擠出機=0.00384；過濾擠出機=0.00256。1.8軸向力軸向力是螺桿強度計算和止

8、推軸承壽命計算的基本依據(jù)。由經(jīng)驗公式估算：P=200F F螺桿外徑的投影面積P=200F=5652N2. 螺桿設(shè)計2.1材料與技術(shù)要求螺桿由優(yōu)質(zhì)的氮化鋼制成，其表面進行氮化或淬火處理。螺桿材料優(yōu)先選用38CrMoAlA鋼，也可選用40Cr鋼或45號鋼。用38CrMoAlA制造的螺桿，其基本硬度HRC>45，鍍鉻層硬度為HRC6065。本設(shè)計螺桿材料選用38CrMoAlA鋼。對螺桿的基本技術(shù)要求如下：（1）具有良好的塑化能力和較好的自潔性；（2）具有較高的生產(chǎn)能力，且能在較低溫度下完成擠出作業(yè)；（3）能建立起足夠的壓力，并能實現(xiàn)穩(wěn)定的擠出作業(yè)；（4）具有廣泛的適應(yīng)性，可適用于多種膠料的擠出

9、作業(yè)；（5）集郵良好的耐磨性和一定的耐化學(xué)腐蝕性；（6）具有能排除氣體和揮發(fā)物的能力；（7）具有足夠的機械強度、剛度和良好的加工性能。2.2螺桿類型按螺紋頭數(shù)分為：單頭、雙頭、多頭、和復(fù)合螺紋螺桿四種。按螺紋方向分為：左旋和右旋兩種。按螺桿的外形分為：圓柱形、圓錐形和復(fù)合形三種。按螺紋形式分為：等距等深型、等深不等距型、等距不等深型和復(fù)型螺紋螺桿四種。等深等距型螺桿擠出半制品致密性差；等距不等深型螺桿能使膠料均勻壓實，膠料受剪切力大，發(fā)熱量大，當(dāng)螺紋的壓縮比過大時，對螺桿喂料段的機械強度有頗大的影響；等深不等距型不影響螺桿不影響螺桿的機械強度，膠料塑化均勻，但加工困難；復(fù)合型螺紋的螺桿在螺桿的

10、工作部分不同段的螺紋頭數(shù)和形式，多用于特殊用途的擠出機上。綜合以上考慮本設(shè)計采用單頭、右旋、等距不等深、圓柱形螺桿。2.3螺桿結(jié)構(gòu)參數(shù)（1）螺桿長徑比L/D及螺紋溝槽深度前面已選L/D=6，螺槽深度H是一個重要參數(shù)，它對擠出物的素化和混煉質(zhì)量、機器的生產(chǎn)率和功率消耗以及螺桿的強度等都有直接影響。一般H=（0.180.25）D， 當(dāng)H減小時，剪切速率增加，增強膠料的塑化和混煉效果，但膠料的溫升較大，產(chǎn)量較低。取螺桿的末端=10mm，螺桿的頭部=14mm（2）壓縮比螺桿的壓縮比是指喂料口處螺紋溝容積與擠出段最后一個螺紋溝槽容積之比。螺桿的壓縮比取決于膠料的物理壓縮比，物理壓縮比是指膠料進入加料口前

11、與從擠出段出來后膠料的比容之比，它表示膠料壓實的程度，其值與膠料性質(zhì)、加工條件及膠料在螺槽中的填充程度有關(guān)。熱喂料擠出機的螺桿壓縮比一般為1.31.5，冷喂料螺桿的壓縮比為1.72.1。（3）螺紋導(dǎo)程和升角螺紋導(dǎo)程影響到螺紋溝槽的有效容積。在S增大時，吃料容易，輸送膠料能力高，產(chǎn)量也隨之增加。S減小時，軸向壓力增大，膠料在機筒內(nèi)停留的時間增加，塑化均勻，半制品的質(zhì)量好，但螺紋溝槽容積減小，產(chǎn)量下降。過大的S會造成膠料塑化不均，影響擠出半制品的質(zhì)量。螺紋導(dǎo)程與螺紋升角的關(guān)系為：本設(shè)計采用螺紋升角，慢 （4）螺棱的軸向?qū)挾嚷堇獾妮S向?qū)挾葧绊懧菁y溝槽的容積，導(dǎo)致產(chǎn)量和功率消耗的變化。在保證強度的前

12、提下，螺棱軸向?qū)挾热⌒⌒楹谩Ｒ话爿S向?qū)挾萫=（0.060.08）D則e=3.64.8mm，取e=4mm（5）螺紋斷面形狀常見的斷面形狀有矩形斷面、梯形斷面、鋸齒形斷面。由于鋸齒形螺紋斷面具有較高的強度和輸送能力，所以本設(shè)計采用鋸齒形斷面。6.螺桿頭部形狀螺桿頭部形狀的選擇應(yīng)有利于膠料的流動，防止產(chǎn)生死角，避免膠料焦燒。常見的頭部形狀有球頭形、錐形頭、彈形頭、平頭。本設(shè)計采用錐形頭，且螺桿與螺桿頭部采用螺紋聯(lián)接并在螺桿上銑花鍵。2.4螺桿強度校核（1）剪切應(yīng)力的計算：式中螺桿剪切應(yīng)力；螺桿的扭矩；抗扭截面模量。式中電機最大功率；螺桿最大轉(zhuǎn)速；機械傳動效率，取0.70.8則=抗扭截面模量如下：式

13、中螺桿螺紋根徑；螺桿內(nèi)孔直徑與螺紋根徑之比值。=于是剪切應(yīng)力=41.20（2）壓應(yīng)力計算式中壓應(yīng)力；P膠料對螺桿的軸向作用力；F截面處的斷面積P=200F=22608Kg=221558.4N則=54.44（3）彎曲應(yīng)力計算式中最大彎曲應(yīng)力；在L/2處由重力G引起的最大彎矩，G螺桿伸出段的重量,G=50Kg；L螺桿伸出段長度，L=360mm；抗彎截面模量，。于是=88200=10821.47 =8.15（4）強度條件按第三強度理論，螺桿受扭、壓、彎聯(lián)合作用，其強度條件為：式中材料的許用應(yīng)力；材料的屈服限；材料的安全系數(shù)，取=33.5。實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，則。于是=82.73=163.33MPa因為<,所以螺桿的強度合格。2.5螺桿與減速器低速軸聯(lián)接花鍵的選擇和強度校核選擇矩形花鍵，花鍵的規(guī)格為：N×d×D×B=8×42×46×8。花鍵連接的強度條件為：式中：載荷分配不