Ф90橡胶冷喂料挤出机毕业设计说明书

沈阳化工大学学士学位论文 引言

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引言 挤压系统是挤出机的主体部分主要作用是剪切、塑化和捏炼胶料以一定的压
力均匀连续地向机头输送胶料。挤压系统由加料装置、螺杆、机筒、衬套等组成。
传动系统的作用是驱动螺杆旋转和根据工艺要求调节螺杆的转速。由电动机和减
速机等组成。
机头是挤出机的成型部件。它的作用是使胶料由螺旋运动变为直线运动在一定
的压力下将胶料挤压成各种所需形状的半成品。根据挤出半成品的形状和不同的挤
出工艺机头可以更换。
加热冷却系统的作用是控制挤出过程中胶料的温度。常用蒸汽、水、油、乙二醇
等加热也可用电加热。冷却多使用水。加热冷却系统由管路和控制阀门及分配器组成。
若采用液体加热冷却系统则还需增添泵、加热器等。
电气控制系统的作用是满足挤出工艺条件的需要实现对挤出机机筒各段温度机
头温度螺杆转速驱动扭矩或功率轴向力等的控制和调节。它一般由温控调速
和检测装置组成。
螺杆挤出机的基本工作过程带状胶料加入加料口后在旋转螺杆的作用下胶
料被搓成团状沿螺槽滚动前进因螺杆的剪切、压缩和搅拌作用胶料受到进一步的混
炼和塑化温度和压力逐步升高呈现出粘流状态以一定的压力和温度通过机头
最后得到所需的一定形状的半成品。

螺杆挤出机的加压部分是由机身.螺杆.衬套.和喂料口等组成用于完成胶料的
塑化.混炼及使胶料克服机头口型阻力而挤压成一定断面形状的半成品。
螺杆挤出机的传动系统由电动机.减速机组成用于提供螺杆转动的动力和速度。
加热冷却系统由螺杆中心的内腔.机筒和机头的夹套等组成。根据工艺加工的需
要对这些部位进行加热或冷却。
电气控制系统由控制开关柜.电源控制柜等组成用于提供电。沈阳化工大学学士学位论文 第一章技术要求及工艺流程

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第一章.技术要求及工艺流程 1.1主要参数 螺杆直径 D=90mm
长径比 L/D=12
螺杆转速 n=75r/min
生产能力 Q=170.06kg/h
参数的确定计算说明
螺杆直径 D=90mm
长径比 L/D=12:1
螺杆转速 n临界=424/D=424/9=141.3r/min
工作转速 n=0.2-0.7n临=28.2-98.65r/min 取n=7

5r/min
冷喂料挤出机的功率计算
N=D3(L/D)n K *10-5
式中 N- 挤出机的功率kW
D- 螺杆直径 cm
L/D- 螺杆长径比
n- 螺杆转速r/min
K- 系数约为5.25~6.73
算的N0=93*12*75*6*10-5 =39.37k W K取6
N=N0/=43.7kw
生产能力的计算
经验公式 Q=βD3n
式中 Q- 生产能力kg/h
D- 螺杆直径cm
n- 螺杆转速r/min 沈阳化工大学学士学位论文 第一章技术要求及工艺流程

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β- 系数可以实测得到成型挤出机β=0.00384,过滤挤出机β=0.00256
算的Q=0.00384*93*75=170.06kg/h
1.2工艺设计 备料→染色→挤出塑化成型→压光→冷却输送→切边→牵引→切断→检验→侧重→入库 1.3总体结构图的布置及螺杆的连接方式 减速器输出轴与螺杆的连接方式
采用花键联接。整体联接方式结构紧凑密封可靠且传动可靠。
电机与减速器的联接方式
电机通过皮带轮与减速器连接。
轴向力的传递
物料对螺杆的轴向力→螺杆→主轴→止推轴承→法兰→联接螺栓→加料
段机筒→联接螺栓→机头→物料
减速器主轴的布置形式
由于主轴受轴向力和径向力的作用一般在主轴上布置两个径向轴承和
一个止推轴承。
布置形式止推轴承位于两个径向轴承的前面这样物料给螺杆的
轴向力一方面通过键套传给止推轴承。止推轴承再将力传到轴承座。另一方面物
料又作用在机头上一个推力。这个推力向左拉机筒并通过料斗座而作用在止推
轴承座上使减速箱不受该轴向力的影响。由于止推轴承装于箱体外安装维修
比较方便。 沈阳化工大学学士学位论文 第一章技术要求及工艺流程

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1.4电机的选择 挤出机的调速方法有有极调速和无极调速两种。从提高挤出机的适应性
来看使用无级调速最为理想采用无级调速还易于实现自动控制。
目前可采用的无级调速方法有 1用三项异步整流子电机实现无级调速 这种电机通常的调速范围为1:3和1:6这种电机与直流电机比较有成
本低占地面积小等优点。但与一般异步电机比较又现成本高故障也较多。 2用直流电动机实现无级调速 这种电动机最大调速范围可为1:16由于可控硅整流技术的发展和应用用它来控制直流电动机可以代替昂贵而庞

大的“电动机一直流发电机
组”。为了使其在低速时散热良好可以另加吹风设备进行强制冷却。 3采用机械无级变速器与异步电动机配用进行无级调速
它的传动优点是能很大的扭矩和功率。但摩擦片发热比较严重机
械效率低。 4用液压马达与异步电动机配合进行传动和无级调速 在一般情况下液压马达如能合理的使用和正确的维修和养护工作
是可靠的但由于它在制造上精度要求高这些因素在一定程度上限制了液
压马达在挤出机上的应用。 5采用滑差电动机进行无级调速 此种调速范围为13~1:10速度调节均匀平滑起动转巨大结构简
单可靠且控制装置消耗功率小。但因其在低速时效率较低且惯性较大目
前在挤出机上还用的不多。
功率N=KD3×L×n×103
/D K计算系数 取0.06 D-螺杆直径 取9cm
L/D=12 螺杆工作部分长度 108cm
N临=424/D=141.33 工作的转速n=0.2~0.7N临所以n取75r/min
N=0.06×93×108/97510
3=39.37kw N=N0/=43.7kw
取55kw 通过综合考虑本设计选用Z4-180-41直流电动机进行传动。沈阳化工大学学士学位论文 第二章.Ф90橡胶挤出机计算及说明
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第二章.Ф90橡胶冷喂料挤出机计算及说明 2.1挤出机螺杆的设计
螺杆的区域划分及材料
螺杆分三部分一段加料段中间段塑化段和前段挤出段。
材料的选择1.螺杆和机筒在挤出机挤出时受到高温高压的作用同时受
到机械刮磨。有的塑料还有化学腐蚀作用且螺杆受到的扭矩也很大。2.对材料性能
的要求1机械强度高2加工性能好3耐腐蚀和抗磨性好4取材容易。
综合考虑38CrMoAlA
氮化钢。
主要的工艺参数
1螺杆的直径D=90mm
2长径比及各段长度分配
长径比L/D=12。加料段长L1=648mm中间段长L2=173mm挤
出段长L3=259mm。
3螺杆的转速、产量、功率的确定
①螺杆转速越高产量也越大但过高的转速可能
会引起局部过热甚至会造成物料的热分解影响制品的质量。
n临界=424/D
n临界-螺杆的临界转速
D-螺杆的直径
螺杆工作转速n在0.2~0.7n临界的范围选取
n=75r/min
②根据螺杆的转速按经验公式计算挤出机产量
Q=βD3n 沈阳化工大学学士学位论文 第二章.Ф90橡胶挤出机计算及说明
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Q-生产能力
D-螺杆外径
n-螺杆

转速
β-经验出料系数 β=0.003~0.007 取β=0.004
Q=0.004×93×75=170.06kg/h
4螺杆的螺纹升角和螺杆的轴向参数的确定
本设计采用等距变深的螺杆
选取S=D=90mm Ф=17°42′
螺纹头数及旋向m=1去右旋。
压缩比取ε=2
螺棱的轴向宽度e=0.08~0.12D 取e=9mm
螺杆上的沟槽
H3=0.025~0.06D 取H3=3.6mm
H1=17.06mm
D-螺杆直径
H1-加料段槽深
H3-挤出段槽深
5螺纹的断面形状和各参数的确定
断面形状为矩形。螺纹根径面与螺棱推进面成90°夹角用小圆弧过
度。
r=1/2~2/3H3 取r=1.2mm
R=1~2r 取R=2.4mm
r1=r2=0.5mm
螺杆头部采用球体。同时在螺杆尾部铣外花键。

沈阳化工大学学士学位论文 第二章.Ф90橡胶挤出机计算及说明
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2.2.机筒的设计 机筒材料及结构
我国颁布系列标准规定机筒表面硬度应为HRC=65以上。
38CrMoAlA氮化钢处理硬度大于65综合性能好故本次设计机筒材料也选用
38CrMoAlA氮化钢。
机筒采用分段式机筒在加料段设置轴开槽锥形套筒其它段加衬套。衬
套材料为38CrMoAlA。
加料段套筒的设计
1进料套筒长度L=3~5Db 取4Db=360mm
2套筒的结构和尺寸轴向开槽的数量Ф90取9条。
3凹槽的宽度一般应大于高聚物颗粒的最大尺寸故Ф90取9.5mm
4锥形套筒的锥度一般取2°48′以内机筒直径较大者取小值锥形套
筒轴向长度较长者取小值。本设计取2° 沈阳化工大学学士学位论文 第三章.Ф90橡胶挤出机传动系统的设计
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第三章.Ф90橡胶冷喂料挤出机传动系统的设计 3.1减速器的设计和计算
确定基本的参数和各级齿轮的扭矩、功率、转数
总传动比i=n0/n螺=1500/75=20
采用展开式二级斜齿轮减速器
分配传动比I减=i/I带=20/2.5=8
取i1=3.286 i2= I减/ i1=2.435
计算传动装置的运动和动力参数
各级转速
I轴 n1=600r/min
Ⅱ轴 n2= n1/ i1=182.25 r/min
Ⅲ轴 n3= n2/ i2=75 r/min
功率
P1=55×0.96=52.8kw
P2=52.8×0.99×0.97=50.688KW
P3=50.688×0.99×0.97=48.66KW
各轴扭矩
T1=9550×P1/ n1=630.3 N*mm
T2=9550×P2/ n2=1988.32 N*mm
T3=9550×P3/ n3=4647.03 N*mm 沈阳化工大学学士学位论文

第三章.Ф90橡胶挤出机传动系统的设计
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说明齿轮采用硬齿面斜齿轮柱齿轮材料为45刚经过热处理轴也采用45刚
实心。低速级轴左端内表面铣内花键花键规格为8*12*72*78
矩形花键的特点是定心精度定心稳定性好能用磨削的方法消除热处理变形
定心直径尺寸公差和位置公差都能获得较高精度。
3.2传动装置齿轮的设计计算与校核 3.2齿轮组I: 1传动功率
P0=55kwn0=1500r/mini=3.286寿命8年
材料小齿轮40Cr调质齿面硬度250~280HBS
大齿轮ZG310-570调质齿面硬度162-185HBS
N1=60njLh=60×1500×1×300×8×10=2.88×109h
N2= N1/i=2.88×109/3.286=8.76×108h
查表得Z1
N==0.92 Z2N=1.01
所以Z1
X=1.0, Z2X=1.0 取SminH=1.0ZW=1.0,
ZLVR=0.92.按齿面硬度250HBSσ1
limH=690 σ2limH=440mpa
由式[σH]=σ1
limH×ZN×ZX×ZLVR/ SminH得
[σH]
1=690×1.0×1.0×0.92×0.92/1.0=584.21mpa
[σH]2=440×1.01×1.0×1.0×0.92/1.0=408.85mpa 由于[σH]
1>[σH]2,故计算时取[σH]=[σH]2=408.25mpa 2按齿面接触强度确定中心距 小齿轮转矩T1=9.55×106×P1/ n1=630.3N*mm
初定螺旋角β=13°计算得Z=13
cos=0.987
初取KtZεt=1.0由表查得ZE=188.9
减速传动比为3.286取Фa=0.4 沈阳化工大学学士学位论文 第三章.Ф90橡胶挤出机传动系统的设计
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计算中心距 )
1(1ua 2
3
12







H
EH
aZZZZ
u
KT



=2
3
6286
.4
987.09.18844.2
286.34.02
1005.10.1









1286.3
=284.56mm
圆整后取а=286mm nm=(0.0070.02) а=(0.0070.02) ×286=(2.025.72)mm,取nm=4mm
小齿轮齿数1
z=1
cos2


nm
a=32.51
12zz=32.51×4=106.83
取1
z=332z=107
实际传动比33
1071
2

z
z
i实=3.242
传动比误差
i=理
实
理i
ii×100%=1.33%5%在允许的范围内。
修正螺旋角=acrcosa
zzmn2)(2
1
=12.38°=12°48″与相接近可不修正
分度圆直径1d=nm×1z/cos=4×33/cos12.38°=134.829mm cos
/22zmdn=4×107/cos12.38°=437.171mm
圆周速度v=4
1110
6
nd=5.645m/s
由表5-3取齿轮精度为8级。
(3)验算齿面接触疲劳强度 沈阳化工大学学士学位论文 第三章.Ф90橡胶挤出机传动系统的设计
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按电动机冲击载荷取KA=1.0
按齿轮精度8级和vz1/100=1.863m/s
计算查得Kv=1.12
齿宽b=Фa×a=0.4×286=114.4
按b/ d1=114.4/134.892=0.848 齿轮在两轴承之间非对称分布轴刚
性较小故查得K=1.06 由表5-4查得K=1.2
所以K= K K Kv KA=1.425
计算重合度

齿顶圆直径n
aamhdd211 =134.829+8=142.829mm
n
aamhdd222=437.171+8=445.171mm。
齿轮端面压力角 t=arctg(tgn/cos)=arctg(tg20°/cos12.38°)=20.4371°
齿轮基圆直径 t
bddcos11=134.829×cos20.4371°=126.342mm tbddcos22=437.171×cos20.4371°=409.655mm。 1t
=arcos
11abdd=arccos(126.342/142.829)=20.8016° 222arccosabatdd=arccos(409.655/445.171)=23.0421° 
2
1
a
tattattgtgztgtgz

2211=14.32
1
[33×(tg20.8016°
-tg20.4371°)+107×(tg23.0421°-tg20.4371°)]=1.71 953
.1
sin

nm
b

 765
.0
71.1
11

Z 988
.0cosZ 沈阳化工大学学士学位论文 第三章.Ф90橡胶挤出机传动系统的设计
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°6226.11°cos20.4371°38.12costgarctgtgarctgtb
。 H=1
1sincos
cos2

b=


4371.20sin4371.20cos
6226.11cos2=2.447 H
=HE1
22
1
1

u
u
bd
KT
=381.984Mpa<[σH]=408.85Mpa (4)验算齿根弯曲疲劳强度 z1=33,z2=107
由图5-14得Y1
aF=2.52Y2aF=2.23
由图5-15得Y1
aS=1.64Y2aS=1.80

Ya
b

2cos
75.0
25.0=0.689由图5-16b得
MpaF2901
limMpaF1522lim由图5-19得
Y0
.1
1N,Y0
.12N,由图5-23得mmmn54Y0.121XXY
取,
4.1,0.2limFstSY计算许用弯力 MpaYY
S
YX
N
Fl
sTFl
F2.4140.10.1
4.1
2290
][11
min
11min
1


 Mpa
YY
S
YX
N
Fl
sTFl
F1.2170.10.1
4.1
2152
][22
min
22min
2



计算齿根弯曲应力
413
.35cos/2
11
zv 39.115cos2
22
zv
893
.0120/38.120.11120/1Y
1
 取1
8
.0621.065.15.2
4829.1344.114
630300472.12
22
1
1
1
1


YYYY
bd
KTFa
FaF
=74.34Mpa<[σH]=414.286Mpa
5齿轮的主要参数 沈阳化工大学学士学位论文 第三章.Ф90橡胶挤出机传动系统的设计
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331
z 1072zu=3.286, 4nmmm, =12°12′48

″
d1=134.829mm,d2=437.171mm
d1
a= d1+2ha*nm=142.829mm
d2
a=d2+2ha*nm=445.171mm
d1
f= d1-2(ha*+c*)nm=124.829mm
d2
f= d2-2(ha*+c*)nm=427.171mm
a=( d1+ d2)/2=286mm
b2=b=114.4mm, b1= b2+(5~10)=120.4mm
齿轮组Ⅱ
(1)传动功率
kw
p66.480n0=75r/min ,i=2.435寿命8年
材料小齿轮 45Cr钢调质齿面硬度250~280HBS
大齿轮 ZG310-570调质齿面硬度162~185HBS
N1=60njlh=2.88×109h N2= N1/i=8.76×108h
查表得Z1
N=0.92,Z2N=1.07
由式得Z1
X=1.0,Z2X=1.0
取Smin
H=1.0ZW=1.0ZLVR=1.0
按齿面硬度250HBS,162HBS 由图5-16b
得1
limH=690Mpa 2limH=440Mpa
由式]
[H=minmin/HLVRXNLSZZZ
得
]
[HMpa21.5841][HMpa85.4082
由于]
[H1][H2故计算时取][H=][H2=408.85Mpa
2按齿轮接触强度确定中心距 沈阳化工大学学士学位论文 第三章.Ф90橡胶挤出机传动系统的设计
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小齿轮转矩T1=1988320Nmm
粗定螺旋角
13由式5-42计算Z987.0cos
初取K0
.12tZt由表5-5查得
9
.188Z 减速传动比为i=2.435取4.0a
由式5-39计算中心距
mm
ZZZZ
u
KT
uaH
EH
a
t614
.369)
][
(
2
)1(3
2
`


圆整后取a=371mm
nm=0.007~0.02a=0.007~0.02×371=2.597~7.42mm
取nm=6mm
小齿轮齿数42
.85435.208.3512uzz
去1
z=35 2z=85
实际传动比i实=2z/1
z=2.429
传动比误差%
100/iiii理
实
理
=%
100435.2/429.2435.2
=0.2%<5% 允许
修正螺旋角]
2/)(arccos[12azzmn

=]
3712/)8535(6arccos[=13.9871°
=13°59′13″ 与相接近
分度圆直径
mm
zmdn41.2169871.13cos/356cos/11

mm
zmdn57.5259871.13cos/856cos/22

圆周速度4
1110
6/dnv 沈阳化工大学学士学位论文 第三章.Ф90橡胶挤出机传动系统的设计
15
=s
m/76.2106/10041.21614.34

由表5-3取齿轮精度为8级
3验算齿面接触疲劳强度 按电动机冲击载荷取0
.1AK
由图5-4b按齿轮精度8级和966
.0100/3576.2100/1zv计
算查得065
.1VK
齿宽4
.1483714.0aba
按6857
.041.216/4.148/1db
齿轮在两轴承之间非对称分布轴刚性较小
故查的04
.1K,由表5-4查得2.1K
所以
329.12.104.1065.10.1V
A
KKKKK

计算重合度a 
齿顶圆直径mm
mhadd
na41
.2281241.2162*
11

mm
mhadd
na57
.5371257.5252*
22

齿轮端面压力角

5606.20)987.13cos/20()cos/(tgarctgtgaarctgat

齿轮基圆直径mm
addtb625.202cos11
mm
addtb092.492cos22

4876.27)/arccos(111abatdda

7373.23)/arccos(222abatdda
68
.114.32/)]()([2211tattatatgatgaztgatgaz

904
.16/14.3/9871.13sin4.148/14.3/sinnmb

1279.13)cos/(tbatgarctg
 沈阳化工大学学士学位论文 第三章.Ф90橡胶挤出机传动系统的设计
16
772
.0
1
aZ
 985
.0cosZ
434
.2
sincos
cos2
tt
b
HZ


Mpa
Mpa
u
u
bd
KT
ZZZZHEHH85.408][31.329
1
21
1



(4)验算齿根弯曲疲劳强度
351
z852z 则mmzZV307.38cos/3
11

mm
ZV032.932
由图5-14得25
.2,45.221FaFaYY
由图5-15得78
.1,64.121SaSaYY
673
.0/)cos75.0(25.0aY

由图5-16b得Mpa
MpaFF152,2902lim1lim
由图5-19得0
.1,0.121NNYY
由图5-23得mm
mn56 取4.1,0.2,8.0lim1FStXSYY
则Mpa
SYYYFNXstFF43.331/][lim11lim1

Mpa
SYYYFNXstFF71.173/][lim22lim2

778
.0120/1Y MpaMpamdbYYYYKTFnSaFaF43.331][7.57///211111 MpaMpaYYYYFSaFaSaFaFF71.173][51.57//2112212

5齿轮的主要参数
59
13,6,435.2,85,3521
mm
muzzn 沈阳化工大学学士学位论文 第三章.Ф90橡胶挤出机传动系统的设计
17
mm
bbmmb

b
mmdda
mmmchadd
mmmchadd
mmmhadd
mmmhadd
mmdmmdn
f
nf
na
na4
.152)10~5(,4.148
3712/)(
57.510*)*(2
41.201*)*(2
57.537*2
41.228*2
57.525,41.2162
12
21
22
11
22
11
21






 3.3减速器传动轴的设计
高速轴
选用45#钢调质处理硬度HBS217-255,取HBS250,查表得 Mpa
MpaMpaMpasB60][,275,355,64011

按扭转强度初步计算mm
n
P
Ad5.44
800
8.52
1100考虑到有键槽
轴径应该增大d
%3圆整后并考虑轴承的选用取mmd50对改轴布置
如图1。
结构设计如下mm
NT630300
齿轮圆周力N
dTFt6.9349829.134/6303002/2
轴向力N
tgtgFFta2.205238.126.9349

径向力N
tgtgaFFntr99.348338.12cos/202.2052cos/

水平支反力
N
LLLFR
NLLLFRt
H
tH4
.67723.375/6.939485.271)/(
9.25793.375/6.934945.103)/(2
112
2121


垂直方向支反力
N
LLLFMR
NLLFMRr
aV
raV3
.2892)/()(
7.591)/()(2
112
2111


水平弯矩m
NLRMMHHH/8.7006042221 沈阳化工大学学士学位论文 第三章.Ф90橡胶挤出机传动系统的设计
18
竖直弯矩 mm
NLRM
mmNLRMV
V
VV


6.160853
4.2992082
22
111
合成弯矩 mm
NMMM
mmNMMMV
H
VH


7188336.1608538.700604
7618214.2992088.7006042
22
2
2
22
222
1
2
11
mm
NT630300 mmNMMca76182111 mmNTMMca812244)6303006.0(718833)(2222
22 mm
NTMca3781803
 ]
[34/121
Mpa
WMcaca ][25.30/132
Mpa
WMcaca
所以此轴安全。



















沈阳化工大学学士学位论文 第三章.Ф90橡胶挤出机传动系统的设计
19











沈阳化工大学学士学位论文 第三章.Ф90橡胶挤出机传动系统的设计
20
中间轴
选用45调质按扭矩强度初步计算
195
.65
657.243
688.50
11033
n
p
d
圆整后并考虑轴承的选用取d=70mm结构设计如下 N
FFNFFNFFrraatt99.3483,2.2052,6.9349121221
T=1988320
mmN
齿轮圆周力N
dTFt5.1837541.216/1988320222
轴向力N
tgtgFFta45779871.135.1837511
径向力N
atgFFntr5.6892cos11

水平支反力 

3
23323211LLFLFLLLRttH 
N
FF
RT
T
H
4.14932
8.379
2.1064.1482.1063
2
1


 1
32323212)(LFLLFLLLRttH 
N
FF
Rt
t
h
7.12792
8.379
2.1254.1482.1253
2
2


垂直支反力 2
3333232112ararvFLFdFLLFLLLR NRv1.37691 3312212232122dFLFdFLLFLLLRararv NRv6.10622
水平弯矩 ,
5.18695362.1254.149322.12513mmNRMHH 沈阳化工大学学士学位论文 第三章.Ф90橡胶挤出机传动系统的设计
21
mm
NRMHH7.13585842.1067.127922.10622
竖直弯矩
mm
NMMMavv

99.233622/41.21645773.471891333 ,12.1128482.1066.10622.10622mmNRMvv mmNMMMavv

3.5614292/171.4572.2052457712.112848322
合成弯矩 mm
NMMMvh

8.14700183.5614297.135858422
2
2
2
22
T=1988320Nmm mm
NTMMca5.147001919883206.08.1470018)(2
22
2
21 mm
NTMMca6.192817219883206.02.1928172)(2
22
2
32 1
3
27.45)701.0/(6.1928172/MpaWMcaca 此轴安全









,
3.4718912.1251.37692.12513mmNRMvv沈阳化工大学学士学位论文 第三章.Ф90橡胶挤出机传动系统的设计
22






沈阳化工大学学士学位论文 第三章.Ф90橡胶挤出机传动系统的设计
23
低速轴
选用40Cr调质
按扭矩强度初步计算mm
n
P
Ad5.86
100
4866
11033
0

圆整后并考虑轴承的选用取mm
d90
结构设计如下受力分析如下图

mmNT4647030
齿轮圆周力N
FFtt5.183753
轴向力N
FFaa45773
径向力N
FFrr5.68923
水平面支反力
N
LLLFRtH22863.390/45.1295.6892)/(2121
N
LLLFRtH5.46063.390/85.2605.6892)/(2111
垂直面支反力
N
R
LLLFdFR
NR
LLLFdFRV
raV
V
raV8
.1524
)/()2/(
7.5367
)/()2/(2
21142
1
21241




水平弯矩
mm
NLRM
mmNmmNLRM
mmNmmNLRMMV
V
VV
HHH



4.19738545.129)8.1524(
545.140016485.2607.5367
1.59630385.26022862
22
111
1121
合成弯矩 沈阳化工大学学士学位论文 第三章.Ф90橡胶挤出机传动系统的设计

24
]
[2.38)901.0/()46470306.0(/
59][8.34)971.0/(3176507/
3176507)46470306.0(4.1521853)(
4647030
8.628122
4.15218535.14001645963031
3
1
3
2222
1
2
2
2
22
222
1
2
11










Mpa
WT
MpaMpaWM
mmNTMM
mmNT
MMM
MMMca
caca
ca
VH
VH
所以此轴安全.
沈阳化工大学学士学位论文 第三章.Ф90橡胶挤出机传动系统的设计
25
3.4轴承的选取及校核
高速轴选7315E轴承的校核
2
.73644.67723.2892
9.26469.25797.5912
22
2
2
22
222
1
2
11

H
V
HVR
RR
RRR
两轴承产生的附加轴向力
h
h
p
cf
n
L
NRP
eRA
ASP
YYFFP
eRA
AF
SFS
NYRS
NYRSh
r
r
arr
a
a24000
761080)
3.4882
1620001
(
80060
10
)(
60
10
9.2646
9.02.7364/9.2165/
,3.48822.20527.199.34834.0
7.1,4.0
35.059.19.1646/1.4218/
1.42182.20529.2165S
9.2165)27.1/(2.73462/
5.778)27.1/(9.26462/3
6
1
6
1
3
22
22
11
12
12
22
11













故
中间轴所选7314E轴承的校核
8
.128366.10627.12792
7.154001.37694.149322
22
2
2
22
222
1
2
11

V
H
VHR
RR
RRR
两轴承产生的附加轴向力
1
2
22
115
.3775)7.12/(8.128362/
6.4529)7.12/(7.154002/
SFS
NYRS
NYRSa



h
h
p
cf
n
L
NP
NFNFYYFFP
eRA
NRFP
eRA
AFSNASh
r
ararr
rr
a24000
4.154853)
23.15845
2080001
(
457.24360
10
)(
60
10
23.158453.63007.18.128364.0
3.6300,8.12836,7.1,4.0
35.0491.08.12836/3.6300/
7.15400
35.0294.07.15400/6.4529/
3.6300,6.45293
6
1
6
22
1
11
2211









 沈阳化工大学学士学位论文 第三章.Ф90橡胶挤出机传动系统的设计
26
低速轴所选7319E轴承的校核
2
.46088.15245.4606
2.58347.536722862
22
2
2
22
222
1
2
11

V
H
VHR
RR
RRR
两轴承产生的附加轴向力
1
2
22
214
.1355)7.12/(2.46082/
9.1715)7.12/(2.58342/
SFS
NYRS
NYRSa



h
h
p
cf
n
L
NP
NFNFYYFFP
eRA
NAP
eRA
NAFSNASh
r
ararr
r
a24000
5852279)
24.10627
3480001
(
10060
10
)(
6

0
10
24.106274.59327.14.13554.0
4.5932,4.1355,7.1,4.0
35.029.12.4608/5.5932/
9.1715
35.029.02.5834/9.1715/
4.5932,9.17153
6
1
6
22
11
11
2211










沈阳化工大学学士学位论文 第四章.零部件的选择及校核
27
第四章.零部件的选择及校核 4.1花键挤压强度的校核 公式11
.4554T613075108.0,/2取取取取取取hLDZZhLDTPmm 转矩
齿的工作高度
齿的平均长度
平均直径
齿数
各齿载荷不均匀系数





T
h
-L
D
Zm Mpa
P70~40][
19.46Mpa130)75610/(0.81024554.11P3
所以许用挤压可以保证 4.2低速轴花键段强度的校核: 轴的外径取D=90mm轴的内径去D=72mm
Mpa
WT
W
mmNTt
t6
.102.43040/45411/][
2.43040)1(901.0
455411,8.090/72
43





因为]
[许用值为25~45
所以此轴强度可以保证 4.3螺杆花键段的强度校核 轴的外径D=78,内径D=72
Mpa
W
mmNTt8
.336.13458/455411][
6.13458)92.01(781.0
455411,92.078/724
3


 沈阳化工大学学士学位论文 第四章.零部件的选择及校核
28
38CrMoAlA的许用应力Mpa
260][
8
.33130][],)[6.0~5.0(][取
所以螺杆强度可以保证
4.4螺杆强度的校核 根据公式)
(
)25.1~15.1(
)(
4
4
)25.1~15.1(2
0
2
2
max
2
0
2
2
maxd
d
D
P
dd
D
Ps
s
c



式中螺杆的最大功率
螺杆冷却水孔根径
螺杆最小断面根径
螺杆外径



max
0Pd
d
Ds
计算得2/
98.12mmhkgc
根据公式
)1(
496000/M4
3
max
maxc
dn
N
Wsst式中
s
sd
dc
n
N
W
/0
max
max




挤出机传动效率
螺杆最高转数
功率挤出机主电机最大传动
抗扭断面模量
计算得2/
99.4mmkgN
根据公式)
1(
)(
2/)1(
2/
/4
3
22
42cd
rdDL
cd
GL
WMs
ss
s
bbb




式中
3
210
85.7
16/)(





rr
LrdDGG
L
W
Ms
s
b
b取
螺杆材料的比重钢材
螺杆自重
螺杆有效螺纹长度
抗弯断面模量
螺杆自重产生的弯矩

计算得2/
96.3mmkgNb 沈阳化工大学学士学位论文 第四章.零部件的选择及校核
29
螺杆的合成应力计算

得
bcr224
3
85
/30.28/][
/66.192
2螺杆的安全系数取
螺杆材料的屈服强度取



y
y
yy
rn
mmkgNn
mmkgN


]
[r所以螺杆强度安全。
4.5机筒的设计及校核 根据公式P
r
R
rR
Pb
b
bb
rb
r


)1(2
2
22
2
max
取机头最高压力2
max/
500cmkgNP 故2
max/
5mmkgNr
根据公式 2
max
22
22
2
2
22
2
max/
89.8
,
)(
)1(
mmkgN
rR
rRP
r
R
rR
Pb
b
bb
b
b
bb
rb

计算得





根据公式
2
22
2
22
2
max
max/
95.1
,
)(
mmkgN
rR
rP
F
P
rR
rPz
bb
b
z
bb
b






计算得
根据公式
]
[/03.12
)()()(2/12
222
rr
rzzrrmm
kgN


计算得
机筒强度足够。
沈阳化工大学学士学位论文 第四章.零部件的选择及校核
30
4.6推力轴承的选择及校核 选90394188E
额定基本负载为1180KW
由于轴向力N
P510213.2,所以此推力轴承可以保证工作
寿命计算
h
nLh109743])3.221/1180(40/[16667])3.221/1180(/[166673
10
3
10
沈阳化工大学学士学位论文 第五章 各轴上联结齿轮键的校核
31
第五章各轴上联结齿轮键的校核 5.1低速级齿键的校核 参数mm
NThbmmD4647030,1628,200L取140键的工作长度
L=140
按挤压强度校核
Mpa
RLhTp86.51)]28140(8200/[46470302]2(200/[2
查表的Mpa
p120][
所以挤压强度合格 按钮转剪切强度校核
Mpa
RLDbT82.14)]28140(28200/46470302)]2(/[2

Mpa60][
所以剪切强度合格 5.2中间齿键的校核 参数mm
NThbmmD1988320,1220,1100
L取140键的工作长度L=140mm
按挤压强度校核
Mpa
DhLTp51.21)14012110/(19883202/2
查表Mpa
p120][
所以挤压强度合格 沈阳化工大学学士学位论文 第五章 各轴上联结齿轮键的校核
32
按扭转剪切强度校核
Mpa
DbLT91.12/2

Mpa90][
所以剪切强度合格 5.3中间第二齿键的校核 参数mm
NThbmmD

1988320,1220,110

L取140
按挤压强度校核
Mpa
DhLTp51.21/2
查表得Mpa
p120][
所以挤压强度合格
按扭转剪切强度校核
Mpa
DbLT43.16/2

Mpa90][
所以剪切强度合格。沈阳化工大学学士学位论文 参考文献
33

参考文献
[1] 唐国俊等主编《橡胶机械设计》上册 华南工学院等合编
[2] 《机械零件课程设计指导书》哈尔冰工业大学 、清华大学等编
[3] 《机械设计》西北工业大学机械原理及机械零件教研室编
[4] 《机械零件设计手册》上册第二版 冶金工业出版社出
[5] 《机械设计手册》 上、中、下册化学工业出版社
[6] 《橡胶工业手册》第九分册上册化学工业出版社 沈阳化工大学学士学位论文 致谢
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致谢
感谢学院领导为我提供这样一个学习和研究的机会通过这次学习让我不但巩固
了四年的大学学习的基本理论知识而且能够把它与实践结合起来对我以后的工作
任务也是一个初步了解。
经过接近四个月的忙碌和工作毕业设计已经接近尾声由于经验的匮乏难免
有许多考虑不周全的地方如果没有指导老师的督促指导和同学们的帮助想要完
成这个论文题目的困难是难以想象的。
在本次设计中特别的感谢我的指导教师连永祥老师。这次设计占用了连永祥老
师不少时间连永祥老师平日工作就繁忙但在我做毕业设计的每个阶段从外出实
习到查阅资料设计参数的确定和修改中期检验后期的CAD画图等整个过程中
都给予了我细心的指导。除了敬佩连永祥老师的专业水平之外他丰富的理论知识及
实际工作经验、对待学术问题的科学态度也是我学习的榜样
最后感谢这四年来给予了我各方面极大支持及鼓励的机械工程学院所有老师为
我们打下了扎实的专业基础知识同时还要感谢所有同学的支持和鼓励帮助我顺利
完成此次毕业设计。








沈阳化工大学学士学位论文 总结
35
总 结 作为一名大学生毕业设计是检验四年所学知识的标准。经过一个学期的努力
终于完成的毕业设计的所有内容经过本次设计我对所学专业有了更具体且更系统
的理解。以前这些知识只是被凌乱的堆积起来不能灵活地

解决现实问题。通过本次
设计我深深感到我自己运用专业知识的能力得到了一次提升我深感这其中最大帮
助的人是我的指导老师连永祥老师他具有丰富的专业知识和百问不倦的态度。在毕
业答辩的来临之前先对自己一个学期的付出做个总结。
本设计的题目是 Ф90橡胶冷喂料挤出机。在连永祥老师的指导下我们了解
了毕业设计所需要完成的任务。首先通过在网络和学校图书馆对相关知识的了解完
成了《文献综述》和英文资料及对英文资料翻译的任务。然后根据自己的课题规定了
自己所设计模型的尺寸规格并完成设计计算说明书的任务对有关零件的尺寸进行
校核为CAD和手绘图做好准备。在完成设计计算以后进入手绘图阶段然后进入
CAD绘图阶段。四月末进行了为期两天的生产实习。
最后在连永祥老师的帮助下完成了CAD出图和各项资料的打印准备答辩。