1、毕业设计13 页目录第一章 螺杆单元的设计 第二章 叶片塑化输运单元的设计 第三章 核心部件的强度校核 第四章 机头的设计 第五章 传动系统的设计 第六章 辅助部件的设计 毕业设计13 页叶片式挤出机的设计摘要 在本次设计中，通过大量阅读文献，搜集了和本次设计相关的资料。叶片式挤出机的设计总共包括五章内容，其设计的核心问题是叶片塑化输运单元的设计。叶片塑化输运单元是通过固定不动的定子和随螺杆一起转动的转子的偏心配置，在转子上有叶片单元，通过转子的转动，定子，转子，叶片单元构成的封闭腔的容积不断变化，从而完成对物料的挤压，拉伸，塑化。除去核心部件的设计，还设计了与叶片单元配合使用的螺杆，叶片式挤
2、出机的传动系统以及机架等辅助部件。第一章 螺杆单元的设计本次设计的叶片式挤出机，其加料段使用螺杆，均化段使用螺杆，塑化熔融单元使用叶片结构。下面首先讨论螺杆结构的设计过程：（一） 设计加料段和均化段螺杆：螺杆直径 的确定：设计螺杆时，一般都根据所需要的生产能力来设计。在本次设计D中，根据任务书的要求，螺杆的生产能力为 32kg/h，螺杆的生产能力除与螺杆的直径有关外，还与螺杆转速，机头压力及其他几何参数有关。初步确定螺杆直径时，根据经验公式 Q= （ 1）D3来确定，式（1）中 Q生产能力（kg/h ）经验出料系数，取 =0.0030.007。螺杆外直径（cm） 。Dn螺杆转速（转/ 分） 。
3、计算出的 值，不一定是整数，需要圆整，直径系列：30，45 ，65，90 ，120，150 ，200D选取。在本次设计中，任务书中只给定了生产能力，初步取螺杆外径 65mm, ，由（1）取 0.005可以算得 n 为 23r/min.对固体输送段输送能力的要求是：固体输送能力应稍高于或等于熔融段或均化段的工作能力。在本次设计中，采用等距变深螺杆，加料段的主要几何参数有罗纹升角 ，加料段螺槽深度 和加料段螺杆长度 。H1 L1毕业设计13 页螺纹升角的确定，从固体输送理论公式：ctg 1（塑料机械设计）得知，=DDbtg=tgb如果固体塞与螺杆之间没有摩擦（ =0）和 p= 最大生产能力 p0（
4、 p0为初压力），可以得到的最佳螺纹升角 是 ，但实际上固体塞与螺杆是有摩擦的，并且有一定的压力，因而加 45料段的最佳螺纹升角不是 ,若选取加料段螺杆的螺纹升程等于螺杆直径 ，得到的螺纹升45 D角是 。17042从以上分析可知，影响螺纹升角 的因素很多，很难根据理论公式来计算最佳螺纹升角，根据经验选取螺纹升角为 。1720加料段的最后一个螺槽深度 的确定，在理论上是随 的增大，固体输送量增大。确H1 H1定 时，不仅要考虑螺杆的机械强度，还要考虑物料的物理压缩比大小，一般先确定均化H1段螺槽深度后，再由螺杆的几何压缩比来计算加料段的最后一个螺槽深度 。H1加料段 的确定，加料段的长度理论上
5、可由固体输送理论计算确定，但实际上影长度 L1响的因素很多，难于由理论公式去计算，所以，通常根据高聚物的物理性能的分析，用经验数据区确定所需要的长度 。熔点高，导热性差，热焓大的高聚物，加料段的长度要取L1长一些，反之取短一些。本次设计的叶片式挤出机是用来加工聚丙烯的，聚丙烯的熔融温度是 ，密度为 0.91g/ ,又聚丙烯为结晶性聚合物。174 3根据经验数据取加料段长度 占螺杆全长 L 的百分比如下：L1结晶性高聚物：加料段 L1=3050%熔融段 =（3L2 5） D均化段 =20L3 50%由任务书的要求知：Q=32kg/h, 取 0.005， 首选 65mm,由 Q= 得 n=23r/
6、min。 D D3由上知熔融段 =（3 ，取 =4 =260mm,取 L, =L2 5） D L2 D L1=50% L324%由 + + =L 得： L=1300mm,即 =728mm, =312mmL1L2L3 L1 L3一般先确定均化段始端螺槽深度 后，再由螺杆几何压缩比来计算加料段的最后一个螺槽H3深度 。H1根据经验 ： =（0.025 ,取 =3，此挤出机用来加工聚丙烯 pp,选几3 0.06） 3=0.046何压缩比 i=3.8= 。所以 =3 =11.4mm13 1 3.8螺纹断面形状的确定：采用矩形断面， 和 一般取 0.5 1mm,r 和 R 按下列范围选取。1 2 r=(
7、 ) , R=(1 r1223 3 2)由前面的论述知： =3，因此，当取 r= =2 时，R=1.5r=3mm。3233e=0.08 在此次设计中，取 e=0.1 =6.5mm0.12 螺杆的螺纹头数：加料段使用单头螺纹，均化段使用单头螺纹。第二章 叶片塑化输运单元的设计叶片式挤出机与传统挤出机的主要区别是其塑化输运单元为叶片结构，下面讨论该单元的工作原理和设计过程。(一） 叶片单元的工作原理：毕业设计13 页叶片单元由定子，转子，侧面挡盘组成，定子与挡盘同心，转子与定子偏心，有偏心距e，转子同时又与加料段螺杆和均化段螺杆通过花键同心连接，并且随螺杆的转动而转动，有相同的转速，在挡盘上开有进
8、料口和出料口，通过定子，转子及挡盘所构成封闭容积的变化来改变压力，从而实现进料与排料，同时完成对聚合物的加工。因为叶片转子与定子有一定的偏心，定子是固定不变的，转子随螺杆的转动而不断转动，叶片在转子的巨型槽内滑动，当封闭腔的容积由小变大时，吸进物料，当封闭腔的容积由大变小时，排出物料。物料在叶片单元中，在正应力的主要作用下实现研磨，压实，排气，同时在定子外加热辅助作用下完成塑化熔融。物料在很短的热机械历程内完成塑化输运过程。随着封闭腔容积的周期性变化，物料在轴向受到周期性的正应力作用，同时由于流道在周向呈收敛状，物料将受到拉伸流场的作用，物料在此过程中受到周期性的正应力场和拉伸场的共同作用，使
9、得物料在叶片塑化挤出机中的输送热历程短，塑化混合效率提高。(二）叶片单元的基本参数。叶片单元的输送能力来源于各个封闭腔的容积变化，物料随着封闭腔的空间变化而发生进料或排料，因此封闭腔容积的表达式及叶片失径等是建立叶片塑化输运单元数学模型的基础，如图所示，下图为叶片与螺杆组合挤出机熔体输送工作原理图，当叶片 OM 与 X轴的夹角为 时，叶片 OM 与叶片 ON 所组成的封闭空间 MmNn 处于空间最大位置，此时45开始排出物料。当叶片 OM 与叶片 ON 运动到 OD 及 OE 时，此封闭空间 EedD 处于最小位置，此时开始进料。(1)叶片矢径：对叶片单元来说，因为转子与定子之间存在一定的偏心
10、量，叶片在转子槽内来回移动，因此，叶片矢径是随着转子的转动而不断变化的，如下图所示，由三角形关系得：cos=2+()22()即 ()=cos+22sin2（1 ）在上式中： R定子内壁直径e转子圆心 O 与定子圆心 A 的偏心距叶片与 X 轴的夹角由上式可知，当 时，叶片矢径最大：=0=R+e (2)()当 = 时，叶片矢径最小：=R+e (3)()i与此同时，我们还能观察到定子与转子间叶片长度 为：()= + (4)()cos 22sin2(2)叶片单元的偏心距 e:对于叶片单元，定子内壁圆心与转子圆心的偏心距是一个非常重要的参数，偏心距离 e对叶片单元的塑化输运能力有直接的影响，当叶片转子
11、与定子的半径一定时，叶片单元的偏心距 e 。R当 e=R r 时，定子与转子在间隙最小处重合，定子与转子的最大间隙为 ,最小间 =2隙 =0。毕业设计13 页当 e r 时，定子与转子在任意位置均有间隙存在，定子与转子的最大间隙为 =R- 又由前面的设计得知，本次设计的叶片式挤出机的加料段和均化段螺杆的直径 为 65D毫米，螺杆转速为 23 转/分，所以由式 N=K n 计算得：D2N=3.43 千瓦。然而，本次设计的叶片式挤出机又与传统的螺杆挤出机有所不同，这主要表现为叶片式挤出机的叶片塑化输运单元，叶片塑化输运单元与传统的螺杆机械相比，除了能减小挤出机的体积外，还能减少物料在此单元中的热力程，减少功率损耗，下面通过计算来验证叶片式挤出机比传统螺杆挤出机需要更少的功率。在本次设计中，挤出机的加料段螺杆和均化段螺杆与传统的螺杆没有太大的区别，其主要差别在于叶片塑化输运单元。固体输送段所需要的总能量设固体输送段的压力不升高，同时假设：（1） 螺杆和机筒的摩擦系数相等。（2） 螺杆和机筒的摩擦系数相等，但螺纹后缘与固体塞的摩擦不可忽略。（3） 螺杆和固体塞间的摩擦可以忽略。（4） 螺杆和机筒之间的摩擦系数相等，但螺纹侧壁与固体塞得摩擦可以忽略。本次设计中，螺杆的几何参数为：机筒内径： =6.54 厘米D螺杆根部直径 =5.5 厘米： D螺纹导程：L=6.5 厘米
