挤出机传动系统说明书

广东工业大学成型设备课程设计（说明书）单螺杆挤出机传动系统设计年 级: 2011级 材加2班 学 号: 3111006711_姓 名: 黄海峰 _专 业: 材料成型与控制工程 指导老师: 张婧婧 _二零一四年六月院 系 材料与能源学院 专 业 材料成型与控制工程 年 级 2011级材加2班 姓 名 黄海峰 题 目 单螺杆挤出机传动系统设计 指导教师评 语 指导教师 (签章)评 阅 人评 语 评 阅 人 (签章)成 绩 答辩委员会主任 (签章) 年 月 日 课 程 设 计 任 务 书班 级 材加2班 学生姓名 黄海峰 学 号 3111006711 专 业 材料加工 发题日期：2014 年 6月 日 完成日期：2014 年 6 月 日题 目 挤出机传动系统设计 题目类型：工程设计 设备研发 一、 设计任务及要求（1）要求对挤出机传动系统进行整体方案设计。（2）绘制挤出机传动系统的结构原理图。该原理图应清楚且准确地表示各零件的尺 寸、各零件之间的装配关系。（3）绘制螺杆的零件图，该零件图应严格安装国家制图标准制图，应标注所有的尺寸、公差、粗糙度及形位公差。（4）撰写设计说明书，要求对电机进行选型，设计齿轮减速箱，关键零件进行强度校核，说明书应文字表达清楚，句子流畅，书写工整，插图清晰整齐。按学校毕业设计说明书规定格式编写并装订成册（A4纸约20页）。表3 挤出机参数表序号123456789螺杆直径mm203040506070长径比202525283030螺杆最高转速r/min1151151101009794二、 应完成的硬件或软件实验1. 完成原理图的绘制。2. 完成螺杆零件图的绘制3. 编写任务书三、 应交出的设计文件及实物（包括设计论文、程序清单或磁盘、实验装置或产品等）1：设计说明书一份2：原理图纸一张3：螺杆零件图纸一张四、 指导教师提供的设计资料1：机械设计手册2:液压设计手册五、 要求学生搜集的技术资料（指出搜集资料的技术领域）1成大先主编.机械设计手册. M.北京:化学工业出版社,2008.042吴宗泽主编.机械零件设计手册.M.北京:机械工业出版社,2004.455-488,818-8693 王三民编著.机械设计计算手册.M.北京:化学工业出版社,2012.074 成大先主编.机械设计手册液压传动单行本.M.北京:化学工业出版社,2010.15 李绍炎主编. 自动机与自动线.M.北京:清华大学出版社,2010.26 北京化工学院、华南理工学院合编.塑料机械设计.M.北京:轻工业出版社,1990.发出任务书日期：2014年 6月14日 指导教师签名：张婧婧计划完成日期：2014年 6 月27日 基层教学单位责任人签章：陈绮丽主管院长签章：肖小亭六、 设计进度安排第一部分 准备设计资料 ：6.16-6.17第二部分 总体方案设计：6.18-6.19第三部分 机械设计、原理图、零件图绘制 6.20-6.23第四部分 说明书编写 6.24-6.25评阅及答辩 6.26指导教师： 年 月 日系主任审查意见：审 批 人： 年 月 日注：设计任务书审查合格后，发到学生手上。 广东工业大学 材料与能源学院 2014年制方案的确定： 根据任务书的要求，螺杆要能实现调速，故选用交流异步电动机变频调速的方案，而根据螺杆的最高转速等参数，选用一级带传动，一级齿轮传动的减速装置。一：电机的选取挤出机驱动功率的确定 由国家塑料行业部门针对国内塑料行业挤出机的驱动功率统计得出公式： N=Kn 式中 N挤出机的驱动功率（KW） 螺杆直径（CM） n-螺杆转速（r/min） K系数（当mm时，k.;当mm时，k.8） 螺杆转速：100r/min,D=50mm,长径比：28所以根据上面的公式我们可以计算出挤出机的驱动功率。即： N=Kn0.00354*5*5*100=8.85 kw根据实际情况和电机的制造标准，选择11kw的电机。（）按照实际情况查表选择Y160-M型电动机，其额定功率为11kw，满载转速为1440r/min，最大转矩为2.2（） 采用各种电机调速的比较一、用三相异步整流子电机实现无极调采用这种电动机，其工作特征曲线与挤出机的工作特征曲线很相似。因此，采用它来作原动机时，能保证有较高的功率因素与效率。而且这种电动机启动性能好，故电动机可以得到较合理的使用。此外，它运转性能稳定，当转速固定后受负载的变化的影响较小。这种电动机与直流电动机比较有低成本，占地面积小等优点。二、用直流电动机实现无级调速直流电动机的变速范围广，启动也比较平稳。这种电动机的调速方法可以通过改变电枢电压和激磁电压实现。使用直流电动机常需配备成套的直流供电装置，因而使它的使用受到限制。直流电动机在速度底于100200转/分时有工作不稳定和在低速时电机风扇冷却性能下降的缺点。三、采用机械无极变速器与异步电动机配用进行无极调速由于电机的变速范围不能达到设计要求，所以我们采用了的三中方法来实现调速。在设计中，我们采用了Y系列三相异步电动机（ZBK22007-88）。Y(IP44)系列是供一般用途的全封闭自扇冷式鼠笼形三相异步电动机，具有防尘或其它杂物侵入之特点，它是我国最新设计的统一系列。Y系列电动机具有高效、节能、性能好、噪音低、振动小、可靠性高等特点，安装尺寸符合通用标准，使用维护方便。主要技术参数电源：380伏 绝缘等级：B频率：50赫兹 接法：P3KW，采用三角形接法工作方式：连续（S1）综合比较结果，根据国家行业标准，选用Y160-M电动机2.3系统传动方案（1）.传动比的分配由于电机的转速为1440转/分,螺杆的转速为100转/分所以：整个系统的降速比是i= nm/nw =1440/100=14.4。带传动的传动比取 i1 = 3.4。故减速器的降速比是i2 = 14.4/3.4 = 4.24（2）减速器基本说明查表可得单级圆柱齿轮的减速比为3-6，故减速器的降速比为4.24在此范围内，可以使用单级降速即可达到目标。即i2=4.24各轴转速如下：电动机轴为0轴，减速器高速轴为1轴，低速轴为2轴，则：n0=nm=1440r/minn1=n0/i1=1440/3.4=424r/minn2=n1/i2=424/4.24=100r/min各轴输入功率按电机额定功率Ped计算各轴的输入功率，即：P0=Ped=11kwP1=P01=11*0.96=10.56kwP2=P123=10.56*0.99*0.97=8.85kw各轴转矩T0 = 9550*P0 / n0 =9550*11/1440 = 72.95 NmT1 = 9550*P1 / n1 =9550*10.56/424 = 237.85 NmT2 = 9550*P2 / n2 =9550*10.14/100 = 968.37 Nm中心高H外形尺寸L(AC/2+AD)HD底角安装尺寸 AB地脚螺栓孔直径 K轴 伸 尺 寸DE装键部位尺寸 FGD1606123473852542101542110128二：V带设计和校核1. 确定计算功率 工作情况系数，查表4.3得k=1.2； 电机的功率，kW表：工况系数工况空，轻载启动重载启动每天工作小时数1616载荷变动小旋转式泵，发电机，带式输送机1.11.21.31.21.31.4计算得：=1.2 X 11 = 13.2KW2. 选择V带带型根据V带计算功率Pd和电机转速n0 查看机械设计图8-11得选用A型V带3. 确定带轮的基准直径dd 并验算带速V 1） 初选小带轮的基准直径dd1 。由表8-6和表8-8,取小带轮的基准直径2)验算带速V 根据（8-13)计算如下V = 因为，故带速合适。3） 计算大带轮的基带直径。根据公式（8-15a),计算大带轮的基准直径根据表8-8，圆整为=315mm.4. 确定V带的中心距a 和基准长度1） 根据式（8-20），初定中心距=500mm.2） 由式（8-22）计算带所需的基准长度由表8-2选带的基准长度。3） 按式（8-23）计算实际中心距a中心距变换范围为443 515mm.5. 验算小带轮上的包角6. 计算带的根数z1) 计算单根V带的额定功率。由和，查表8-4a得。根据，i=3.4和A型带，查表8-4b得。查表8-5得，表8-2得，故2） 计算V带的根数z取4根7.计算单根V带初拉力的最小值应使得8. 计算轴压力9. 带轮设计V带轮时应该满足：质量小，结构工艺性好，没有过大的铸造内应力。质量分布均匀，转速高时要经过动平衡实验，轮槽工作面精细加工（表面粗糙度一般为3.2），以减小带的磨损，各槽的尺寸和角度应该保持一定的精度，以使载荷分布较为均匀等。在这个设计中由于皮带轮的直径比较大，所以采用轮辐式结构。皮带轮的材料带轮的材料主要采用铸铁，常用材料为。结构尺寸1.小带轮直径 查表4.10知，ha=4.8mm，由V带的设计计算中知道dd1=90mm所以 da1=4.8x2+90=99.6mm表4.10：轮槽截面尺寸槽型与对应的=Y5.31.604.780.366060Z8.52.007.0120.3780A11.02.758.7150.39B14.03.5010.8190.411.5C19.04.8014.325.50.516D27.08.1019.9370.623E32.09.6023.444.50.7282. 大带轮的直径3. 轮缘宽度mm4. A为轮辐数，P为传递功率，n为带轮转速。所以: 5. 节宽 mm, 三：减速箱齿轮的设计和校核(1)、选定齿轮传动类型、材料、热处理方式、精度等级。小齿轮选硬齿面，大齿轮选软齿面，小齿轮的材料为45号钢调质，齿面硬度为250HBS，大齿轮选用45号钢正火，齿面硬度为200HBS。齿轮精度初选8级(2)、初选主要参数 Z1=20 ，u=i=4.24 Z2=Z1u=204.24=84.8,取Z2=85 根据表10-7选取齿宽系数（3）按齿面接触疲劳强度计算 计算小齿轮分度圆直径 d1 确定各参数值 载荷系数 查课本表6-6 取K=1.2 小齿轮名义转矩T1=9550P/n1=955010.56/424 =237.85 材料弹性影响系数 由课本表6-7 ZE=189.8 区域系数 ZH=2.5 重合度系数t=1.88-3.2（1/Z1+1/Z2） =1.88-3.2（1/20+1/85）=1.68 Z= 许用应力 查课本图10-21d（a） 查表6-8 按一般可靠要求取SH=1 则 取两式计算中的较小值，即H=560Mpa于是 d1 = =66.98mm (4)确定模数 m=d1/Z166.98/20=3.35 取标准模数值 m=4(5) 按齿根弯曲疲劳强度校核计算 校核式中 小轮分度圆直径d1=mZ=420=80mm齿轮啮合宽度b=dd1 =1.080=80mm复合齿轮系数 YFS1=4.38 YFS2=3.95重合度系数Y=0.25+0.75/t =0.25+0.75/1.68=0.6964许用应力 查图6-22（a） Flim1=245MPa Flim2=220Mpa 查表6-8 ，取SF=1.25 则 计算大小齿轮的并进行比较 取较大值代入公式进行计算 则有=61.15F2故满足齿根弯曲疲劳强度要求（6） 几何尺寸计算 d1=mZ=420=80 mmd2=mZ1=485=340 mma=m （Z1+Z2）=4（20+85）/2=210 mmb=80 mm b2=80 取小齿轮宽度 b1=85 mm （7）验算初选精度等级是否合适齿轮圆周速度 v=d1n1/（601000） =3.1480237.85/（601000） =0.96 m/s对照表6-5可知选择8级精度合适。表4.齿轮传动设计的基本参数材料热处理齿数分度圆直径齿宽小齿轮45钢调制208085大齿轮45钢正火8534080模数实际传动比中心距44.24210四：减速箱轴的设计和检核A. 高速轴:1. 选择轴的材料、热处理方式：由于无特殊要求，选择最常用材料45钢，调制处理。查【1】表14-1得知：硬度：；强度极限：；屈服极限：；弯曲疲劳极限：。查【1】表14-3得：弯曲需用应力（静）。2. 初步估算轴最小直径：由【1】式14-2得：，查【1】表14-2得（取118计算）。故，由于开了一个键槽，故，圆整为373. 轴的结构设计：根据高速轴上所需安装的零件，可将其分为7段，以表示各段的直径，以表示各段的长度。（处安装大带轮，处安装轴承端盖，处安装一号轴承与套筒，处安装小齿轮，处安装二号轴承）1) 径向尺寸：根据常用结构，取；查【2】1-27知倒角倒圆推荐值为：，故孔（大带轮）倒角推荐值为1mm，故取，由于查【2】表7-12得知毡圈系列中要求的轴径均为0、5圆整数，故此满足要求；此先选轴承为32909型号轴承，查【3】表16-1知所选轴承内径为45mm，且轴承宽度，故取；为方便加工测量，取（此也为小齿轮内孔直径）；查【3】表16-1得安装直径，故查【4】表11-3选取“”，故；对齿轮内孔倒角1.6mm，故取（取56mm）;由于对称分布故，。 2) 轴向尺寸：由【1】图13-17得：根据大带轮的内孔宽（取1.5计算），为防止由于加工误差造成的带轮晃动，取；确定轴承润滑方式：，故选取脂润滑方式；为防止箱体内部润滑油渐到轴承上冲走润滑脂，将轴承与箱体内壁距离取大于8mm（由于所选套筒长度25mm，故轴承断面到箱体内壁的距离取15mm），为适宜齿轮传动时散热，取齿轮距箱体内壁为（此取10mm）,故有；套筒档齿轮时，为保证精度取，故同时将修正为；轴环取，故取；由于安装时齿轮箱体轴承均对称分布，取，（包括越程槽尺寸）；轴承到端盖内壁的距离，前所选轴承端盖螺钉知：由【2】11-10中公式得轴承端盖厚度，查【2】表3-9可取A级M8非全螺线的螺栓（即）此时取端盖到大带轮的扳手空间为，此时取。4. 对高速轴进行弯扭强度校核：据【1】式11-1可求得：圆周力，径向力（标准安装，故压力角为20）；根据前轴的结构设计可得：带轮中心到一号轴承中的距离；一号轴承到齿轮中心的距离；齿轮中心到二号轴承中心的距离；故有两轴承中心距为。1) 求垂直面的支承反力：根据受力分析，可列方程：（齿轮在两轴承中心）。故可求得：。2) 求水平支撑反力：3) 带轮对轴的作用力在指点产生的反力：；（外力F作用方向与带传动的布置有关，在具体布置尚未确定前，可按最不利情况考虑）。4) 绘制垂直面的弯矩图（如图b）：。5) 绘制水平面的弯矩图（如图c）：。6) 力产生的弯矩图（如图d）：。考虑最不利情况，直接由公式得（其中）。7) 折合当量弯矩（如图f）：由前算出,查【1】中246面“由转矩性质而定的折合系数”知，故，。8) 计算危险截面处轴的许用直径：由（图1）知轴上安装小齿轮的截面为危险截面，故由【1】式14-6可得：。由此可知，此轴安全。B. 低速轴：1. 选择轴的材料、热处理方式：由于无特殊要求，选择最常用材料45钢，调制处理。查【1】表14-1得知：硬度：；强度极限：；屈服极限：；弯曲疲劳极限：。查【1】表14-3得：弯曲需用应力（静）。2. 初步估算轴最小直径：由【1】式14-2得：，查【1】表14-2得（取118计算）。由前计算可知：，故，由于开了一个键槽，故。取58.3. 轴的结构设计：根据低速轴上所需安装的零件，可将其分为7段，以表示各段的直径，以表示各段的长度。（处安装联轴器，处安装轴承端盖，处安装三号轴承与套筒，处安装大齿轮，处安装四号轴承）1) 径向尺寸：联轴器的初步选择：根据低速轴的计算转矩与转速查【2】表8-2可选用凸缘联轴器，型号为“”，可得其轴孔直径为，深孔长度为。根据上所选联轴器，取；根据密封毡圈的标准，取；根据此处尺寸选择32913型号轴承（查【3】表16-1知所选轴承内径为65mm，外径为90mm，且轴承宽度），故取；为方便测量取；查【3】表16-1得安装直径，故查【4】表11-3选取“”，故；查【2】1-27知倒角倒圆推荐值为：，故孔（大齿轮）倒角推荐值为2mm，故取；为对称分布，故取，。2) 轴向尺寸：确定轴承润滑方式：故选取脂润滑方式。根据上定箱体两内壁间的宽度可算得大齿轮到箱体内壁的距离为12.5mm, 为防止箱体内部润滑油渐到轴承上冲走润滑脂，将轴承与箱体内壁距离取大于8mm（为套筒尺寸此取27.5mm），故有；套筒档齿轮时，为保证精度取，故同时将修正为；轴环取，故取；由于安装时齿轮箱体轴承均对称分布，取，（包括越程槽尺寸）；轴承到端盖内壁的距离，由于轴承外径为110mm故，选端盖螺钉为，由【2】11-10中公式得轴承端盖厚度，查【2】表3-9可取A级M8非全螺线的螺栓（即）此时取端盖到大带轮的扳手空间为，故此取，由上选联轴器可知。五：螺杆的设计和检核螺杆的直径D=50mm,长径比为28，故螺杆长度L=1400mm加料段长度，取6D，即计量段长度，取8D，即压缩段长度加料段螺槽深度，取0.3D，计量段螺槽深度，取0.04D，即螺旋角螺旋宽度，取e=0.1D=5mm.6 电机变频调速方案确定根据三相异步电动机的转速公式为 式中为异步电动机的定子电压供电频率；为异步电动机的极对数；为异步电动机的转差率。改变异步电动机定子绕组供电电源的频率，可以改变同步转速，从而改变转速。如果频率连续可调，则可平滑的调节转速，此为变频调速原理。三相异步电动机运行时，忽略定子阻抗压降时，定子每相电压为 式中为气隙磁通在定子每相中的感应电动势；为定子电源频率；为定子每相绕组匝数；为基波绕组系数，为每极气隙磁通量。如果改变频率，且保持定子电源电压不变，则气隙每极磁通将增大，会引起电动机铁芯磁路饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电机，这是不允许的。因此，降低电源频率时，必须同时降低电源电压，已达到控制磁通的目的。对此，需要考虑基频（额定频率）以下的调速和基频以上调速两种情况。七：参考文献1成大先主编.机械设计手册. M.北京:化学工业出版社,2008.042吴宗泽主编.机械零件设计手册.M.北京:机械工业出版社,2004.455-488,818-8693 王三民编著.机械设计计算手册.M.北京:化学工业出版社,2012.074 成大先主编.机械设计手册液压传动单行本.M.北京:化学工业出版社,2010.15 李绍炎主编. 自动机与自动线.M.北京:清华大学出版社,2010.26 北京化工学院、华南理工学院合编.塑料机械设计.M.北京:轻工业出版社,1990.