毕业设计（论文）-塑料挤出机设计

毕业设计（ 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 ）-塑料挤出机设计 哈尔滨理工大学学士学位论文 塑料挤出机 CAD 摘要 本文旨在研究塑料挤出机的结构形式，及工作原理。挤出成型在塑料制品成型加工工业中占有很重要的地位。据统计，在塑料制品成型加工中，挤出成型制品的产量居首位。因此，塑料挤出成型机械无论是现在还是将来，都是塑料加工行业中得到广泛应用的机种之一。本设计通过对塑料挤出机结构的了解，从而熟悉它的工作原理，经过推敲，选择合理传动系统总体布置形式，螺杆，机筒，减速器选择及轴承布置形式等，分离型螺杆与摆线针轮减速器的选用是本文要点，本文主要参考JB/T8061-96《单螺杆塑料挤出机》进行选择螺杆及机筒材料，公差，装配精度及冷却等方面进行选择与较核，并逐步确定一些设备及零部件的型号及尺寸等参数，画出实验装置的原理图、装配图，并进行必要的校核，并最终确定零部件的型号及尺寸等参数。本说明书可以进一步加深读者对本装置的理解和认识。同时本装置具有结构相对紧凑、性能可靠、价格相对便宜、完全具有自主知识产权的特点，因此非常适合大中小型塑料加工成型的厂家生产或购买。 关键词 轴承布置;分离型螺杆;摆线针轮减速器全套设计请加 197216396或401339828 -I- 哈尔滨理工大学学士学位论文 single-screw plastic extruder CAD Abstract This article aims to study the structure of plastic extruder frame form, and working principle. Extrusion molding in plastic products processing industry occupies an important position. According to statistics, in the molding of plastic products processing, extrusion products output ranked first. Therefore, plastic extrusion molding machinery either now or in the future, plastic processing industry is widely applied in the model. Through the design of plastic extruder understanding of the structure, thus familiar with its working principles, passes through deliberates carefully, a reasonable choice of the overall layout and Transmission System , Screw, barrel, bearing reducer selection and layout form, separation of screw-cycloid reducer and the main points of this article is optional, Also, the mechanical inertia and relevant parameter is calculated according to JB/T8061-96 《Single Screw Extruder》choice of screw and barrel, tolerance, the assembly of precision and cooling, and other aspects of the nuclear option and more, then the assembling drawing is completed, and the necessary checking is also finished, so the partial mode number and size parameter is ultimately found. The specification can deepen the comprehension of readers about the testing set. The device is characterized by compact structure, reliability, low cost, and independent intellectual property. This is rather appropriate for the Plastic molding factory processing of small scale and brake manufacturer to purchase the equipment Keywords bearing arrangement; separation screw;-cycloid reducer -II- 哈尔滨理工大学学士学位论文 目 录 摘要 ........................................................................................................................I Abstract ................................................................................................................ II 绪论 ......................................................................................................... 1 第1章 1.1 课 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 研究的背景及意义 ............................................................................. 1 1.2 课题研究内容 ........................................................................................... 4 第2章 塑料挤出机主机总体布局设计及其传动方式的确定 ......................... 6 2.1 驱动电机的选择 ....................................................................................... 6 2.2 运动情况分析 ........................................................................................... 7 2.3 总体布置 .................................................................................................. 7 2.4 挤出机传动系统的设计 ............................................................................. 8 2.4.1 挤出机的工作特性 .......................................................................... 8 2.4.2 挤出机驱动功率的确定 ................................................................... 9 2.4.3 挤出机的转速要求及其调速范围 ................................................... 10 2.4.4 传动系统的组成、形式、调速方式 ................................................ 10 2.5 挤出机螺杆轴承部分的结构及其布置形势 ............................................... 15 2.5.1 螺杆轴承布置形式的设计 .............................................................. 16 2.5.2 轴承的冷却和润滑 ........................................................................ 17 2.5.3 螺杆与传动轴的装配结构 .............................................................. 17 2.5.4 止推轴承的选择 ............................................................................ 18 2.5.5 螺杆的装拆 ................................................................................... 19 第3章 挤压系统的设计 ................................................................................. 20 3.1 螺杆形式的选择 ..................................................................................... 20 3.2 分离型螺杆的工作性能 ........................................................................... 20 3.3 分离型螺杆的设计 .................................................................................. 20 3.3.1 长径比的确定 ............................................................................... 20 3.3.2 压缩比及螺槽深度的确定 .............................................................. 20 3.3.3 螺杆各段长度的确定 ..................................................................... 21 3.3.4 螺棱宽度e的确定 ........................................................................ 21 3.3.5 螺纹升程的确定 ............................................................................ 21 3.3.6 螺纹头数 ...................................................................................... 22 3.3.7 间隙G的确定 ............................................................................... 22 3.3.8 螺纹断面形状的选取 ..................................................................... 22 3.3.9 螺杆材料的选择 ............................................................................ 23 3.4 机筒的设计 ............................................................................................ 23 3.4.1 机筒的结构类型及其选择 .............................................................. 23 3.4.2 加料口 .......................................................................................... 24 3.4.3 机筒材料的选择 ............................................................................ 25 3.5 螺杆与机筒的强度较核 ........................................................................... 25 3.5.1 物料在机筒内的压力分布 .............................................................. 25 3.5.2 螺杆轴向力的确定 ........................................................................ 26 -III- 哈尔滨理工大学学士学位论文 3.5.3 螺杆强度的计算 ............................................................................ 26 3.5.4 机筒强度的计算 ............................................................................ 28 3.5.5 挤出机主要零部件的安全系数的确定 ............................................ 30 3.6 螺杆与机筒的配合要求 ........................................................................... 30 3.6.1 螺杆与机筒的配合间隙 ............................................................. 30 , 3.6.2 螺杆与机筒的对中性 ..................................................................... 30 3.7 挤出机加热冷却系统的设计 .................................................................... 31 3.8 挤出机加料系统的设计 ........................................................................... 31 3.9 挤出机的冷却装置 .................................................................................. 32 3.9.1 机筒的冷却 ................................................................................... 32 3.9.2 螺杆的冷却 ................................................................................... 32 3.9.3 料斗座的冷却 ............................................................................... 32 3.9.4 挤出机的温度控制 ........................................................................ 32 第4章 主要零件强度，寿命的较核 ............................................................. 33 4.1 双列向心球轴承的寿命较核 .................................................................... 33 4.2 平键较核 ................................................................................................ 33 第5章 挤出机仿真 ........................................................................................... 34 5.1软件的介绍 .............................................................................................. 34 5.2主要零件的建模 ....................................................................................... 34 5.3 模型总体的装配 ...................................................................................... 37 5.4 运动仿真的创建 ...................................................................................... 39 结论 ..................................................................................................................... 40 致谢 ..................................................................................................................... 41 参考文献 ............................................................................................................. 42 附录 ..................................................................................................................... 43 -IV- 哈尔滨理工大学学士学位论文 -V- 哈尔滨理工大学学士学位论文 -VI- 哈尔滨理工大学学士学位论文 第1章 绪论 1.1 课题研究的背景及意义 该课题属于塑料成型机械的设计，一般来说，能将高分子聚合物树脂加工成型为塑料制品的机械都称为塑料成型机械挤出成型是塑料成型加工的重要成形 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 之一。大部分热塑性塑料都能用此方法成形。挤出成型是是在挤出机上进行地，挤出机是塑料成型加工机械的主要装备之一。用挤出成型生产的产品广泛的应用于人们生活以及农业，建筑，石油化工，机械制造，国防等工业部门。塑料机械行业是为塑料制品行业提供加工装备的，近几年中国的塑料机械行业发展迅速，其发展速度与所创主要经济指标在机械工业的194个行业中名列前茅。塑料机械年制造能力约20万台(套)，门类齐全，在世界排名第一。 目前中国的主要塑料机械制造企业近400家，大、中企业200家左右，上规模的骨干企业有10家。新兴塑料机械企业掌握高新技术，具有科技创新、制度创新、管理创新等一系列特点，已引起国内外同行的注目。 中国塑料机械企业主要分布在东南沿海、珠江三角洲一带，其中宁波地区发展势头最猛，现已成为中国最大的注塑机生产基地，年生产量占国内注塑机年总产量1/2以上，占世界注塑机的1/3。 塑料模具行业的更新换代，技术创新也出现了前所未有的喜人变化。广东汕头地区大部分企业已全套引进德国、法国、意大利及我国台湾省的最新计算机自动化模具加工技术，大大提高了模具技术性能、质量档次。 中国塑料机械虽然发展很快、生产品种也较多，基本上能供给国内塑料原料加工与塑料制品加工、成型所需的一般技术装备，个别产品也进入世界前列，但与工业发达国家如德国、日本、意大利相比，中国塑料机械还有一定差距，主要表现在品种少、能耗高、控制水平低、 性能不稳定等方面。 目前中国塑料机械产品主要集中在通用的中小型设备上，技术含量低，20世纪80-90年代的低档产品供大于求，机械制造能力过剩，企业效益下降。有的品种特别是超精大型高档产品还是空白，仍需进口。据2001年统计，中国进口塑料机械使用外汇11.2亿美元，而出口塑料机械创汇只有1.3亿美元，进口远大于出口。 中国加入世界经贸组织(WTO)后，国外的机械制造业加速对华转移，世界一些知名的塑料机械企业，如德国德马克、克虏伯、巴登菲尔，日本住友重工等公司先后“进驻”中国，有的还进一步设立了技术中心。国外塑料机械制造商的进入给中国塑料机械行业带来了发展活力，同时也使中国塑料机械制造企业充满了机遇与挑战。 -1- 哈尔滨理工大学学士学位论文 挤出机也是塑料机械的主要品种之一，占塑料机械总产值的31%，用挤出机加工的塑料制品占其总量的1/3左右。 单螺杆挤出机无论作为塑化造粒机械还是成型加工机械都占有重要地位，近几年业，单螺杆挤出机有了很大的发展。目前德国生产的大型造粒用单螺杆挤出机，螺杆直径达700mm，产量为36t/h。 单螺杆挤出机发展的主要标志在于其关键零件——螺杆的发展。近几年以来，人们对螺杆进行了大量的理论和实验研究，至今已有近百种螺杆，常见的有分离型、剪切型、屏障型、分流型与波状型等。 从单螺杆发展来看，尽管近年来单螺杆挤出机已较为完善，但随着高分子材料和塑料制品不断的发展，还会涌现出更有特点的新型螺杆和特殊单螺杆挤出机。从总体而言，单螺杆挤出机向着高速、高效、专用化方向发展。 通过对“SJ-45塑料挤出机”的设计，建立正确的产品设计思想，掌握产品设计的流程，各个设计阶段解决问题的方法和手段。为毕业后实际设计产品奠定良好的基础。 在宏观经济快速增长的背景下，中国塑料机械行业在连续 6 年高速增长之后，2007 年继续保持了强劲增长的态势，呈现出结构优化、效益提高和首获名牌等诸多亮点，主要经济指标创造了历史新高，生产总值增长达 16.1%，高于国内生产总值的增长，取得了进入新世纪以来连续 7 年高到 速增长的好成绩，实现了历史性的跨越，交上了一份令人欣喜的“成绩单”。进入 2008 年以来，由于经济社会发展中出现了一些新情况，不确定的因素较多，塑机行业的生产、销售、出口、效益等主要经济指标增长速度明显放缓，但是，仍然是一份整体向好发展的“业绩表”。 2007 年，我国塑机行业虽然面对国内外市场的激烈竞争，面对世界性能源及原材料供应的趋紧，承受了钢材等原材料和石油价格上涨的压力，面对节能减排形势严峻、通货膨胀和外贸顺差压力的进一步加大，仍然显示了强劲上升的势头，经济运行比去年更好。关于 2007 年塑机行业的经济运行状况，可以概括为如下六个明显特点，即:主要指标再创新高，发展速度持续加快，自主创新能力增强，结构调整稳步推进，节能减排积极进展，自主品牌取得突破。 2007 年，全国塑机行业的发展不仅增长快，而且质量好、效益高，主要表现是“五个再创新高”。一是产值总额再创新高，据对全国 418 家规模以上企业的统计，全年产值总额为 250.75 亿元人民币，比 2006 年增长 16.1%;二是销售总额再创新高，全年销售总额为 240.32 亿元人民币，比 2006 年增长 13.8%;三是出口总额再创新高，全年出口总额在 15.885 亿美元，比 2006 年增长 107.01%;四是资产总值再创新高，全年资产总值为 262.53 亿元人民币，比 2006 年增长 24.34%;五是利润总额再创 2007 年我国塑机行业之所以能够取得前所未有的好成绩，主要得益于企业自主创新能力的增强，得益于行业科技水平的提升，具体表现在六个方面。 -2- 哈尔滨理工大学学士学位论文 ?研发机构逐渐增加。目前，我国塑机行业已有国家级专业研究中心 3 个，国家级企业技术中心 4 个，国家首批 103 家创新型企业试点单位 1 家，省级企业技术中心 16 个，市级企业技术中心 38 个。企业研发机构的逐渐增多，进一步增强了行业的创新能力。 ?创新投入逐渐增大。为了使自主创新具有源源不断的“血液”，全国塑机企业加大了资金投入，骨干企业投入科技创新的资金一般在营销总额 3-5%左右，其他企业投入的资金则在营销总额的 2%左右。 ?合作创新逐渐深化。大部分骨干企业都与高等院校和科研院所建立了密切的合作关系，例如，与中科院、清华大学、北京化工大学、华南理工大学、浙江大学等高校，建立了以企业为主体、市场为导向、产学研相结合的科技创新体系，积极开展了联合攻关和合作创新活动。 ?技术交流逐渐拓展。2007 年，中国塑料机械工业协会先后组识了 6 次规模较大的科技交流活动，积极参与科技交流的企业不断增多，技术交流的内容不断深入。 ?创新团队逐渐壮大。据不完全统计，全行业从事教学和研发的科技人员己超过 1800 人。2007 年，根据企业建设创新型人才的迫切要求，中 2 期高级研修班，为企业国塑料机械工业协会与北京化工大学联手组织了 培训科技人员 130 多人。 ?创新成果逐渐增多。据初步统计，全行业 2007 年获得国家专利 53 项，开发新产品 82 个，并有 76 项科技成果荣获得各省、地(市)、县的奖励 结构调整稳步推进新高，全年利润总额在 20.64 亿元人民币，比 2006 年增长 18.97%. 2007 年我国塑机行业的一个新亮点是，坚持以科学发展观为指导，坚持以市场为导向，大力调整产品结构，加快转变企业和行业发展方式，从而使全行业在产品结构调整方面实现了五个转变。 (1)不愿打“价格战”，向主动打好“科技战”转变。在经历过此起彼伏的“价格战”之后，业内企业更加认清了非理性竞争给企业带来的危害、给行业带来的负面影响，因而，不断加大了技术投入，纷纷在科技创新上做文章，进入了技术层面的竞争。 (2)从数量扩张为主，向质量提升转变。大多数企业更加注重经济发展方式的转变，更加注重提升产品质量，按照优质、高效、节能、低耗、安全、清洁生产的要求，以自主创新提高产品的科技含量，以严格的质量管理确保产品质量。 (3)从低端产品为主，向中、高端产品转变。全行业加快了以技术为支撑、市场为导向的新产品开发速度，加大了中、高端产品的开发力度，在自主研发的新产品中，一批高精、高速、高效的新产品不仅填补了国内空白，还达到了国内领先水平;有些新产品还突破了国外技术垄断，进入世界塑机行业的前列。 -3- 哈尔滨理工大学学士学位论文 (4)从主机生产为主，向主机和功能部件协调发展、协同创新转变。例如，在注塑机生产方面，在格外重视主机生产技术创新的同时，也十分重视注塑机的关键部件 ? 螺杆等部件的创新，力求提高整机的全面创新水平和科技含量。 (5)从满足国内需求为主，向加快走进国际市场转变。我国塑机行业在基本满足国内需求的同时，加快了“走出去”步伐。2007 年，我国塑机出口大幅提升，出口总额超过 14.44 亿美元，出口国家和地区达到了 120 多个，创造了历史新高。 面对国内外环境的错综复杂，物价上涨的压力继续增大，以及行业经济素质性、结构性矛盾叠加共振的新情况、新问题，全国塑机行业振奋精神，迎难而上，全面落实科学发展观，扎实推进产业转型升级，行业经济继续朝着宏观调控的预期目标和发展方式转变，整体经济形势保持了协调健康快速发展的良好态势。 1.2 课题研究内容 课题研究的主要内容:一台挤出机通常有主机，辅机及控制系统组成，通常这些组成部分通称挤出机组。 塑料挤出机的主机是挤塑机，它由挤压系统、传动系统和加热冷却系统组成。 1.挤压系统 挤压系统包括螺杆、机筒、料斗、机头、和模具，塑料通过挤压系统而塑化成均匀的熔体，并在这一过程中所建立压力下，被螺杆连续的挤出机头。 (1) 螺杆 是挤塑机的最主要部件，它直接关系到挤塑机的应用范围和生产率，由高强度耐腐蚀的合金钢制成。 (2) 机筒 是一金属圆筒，一般用耐热、耐压强度较高、坚固耐磨、耐腐蚀的合金钢或内衬合金钢的复合钢管制成。机筒与螺杆配合，实现对塑料的粉碎、软化、熔融、塑化、排气和压实，并向成型系统连续均匀输送胶料。一般机筒的长度为其直径的15,30倍，以使塑料得到充分加热和充分塑化为原则。 (3) 料斗 料斗底部装有截断装置，以便调整和切断料流，料斗的侧面装有视孔和标定计量装置。 (4) 机头和模具 机头模具不在该课题研究范围之内。 2.传动系统 传动系统的作用是驱动螺杆，供给螺杆在挤出过程中所需要的力矩和转速，通常由电动机、减速器和轴承等组成。 3.加热冷却装置 加热与冷却是塑料挤出过程能够进行的必要条件。 (1) 现在挤塑机通常用的是电加热，分为电阻加热和感应加热，加热片装于机身、机脖、机头各部分。加热装置由外部加热筒内的塑料，使 -4- 哈尔滨理工大学学士学位论文 之升温，以达到工艺操作所需要的温度。 (2) 冷却装置是为了保证塑料处于工艺要求的温度范围而设置的。具体说是为了排除螺杆旋转的剪切摩擦产生的多余热量，以避免温度过高使塑料分解、焦烧或定型困难。机筒冷却分为水冷与风冷两种，一般中小型挤塑机采用 风冷比较合适，大型则多采用水冷或两种形式结合冷却;螺杆冷却主要采用中心水冷，目的是增加物料固体输送率，稳定出胶量，同时提高产品质量;但在料斗处的冷却，一是为了加强对固体物料的输送作用，防止因升温使塑料粒发粘堵塞料口，二是保证传动部分正常工作。 -5- 哈尔滨理工大学学士学位论文 第2章 塑料挤出机主机总体布局设计及其传动方 式的确定 2.1 驱动电机的选择 根据:1.挤出机的工作特性; 2.分析调速范围如何满足; 3.分析电机的运行特性; 4.分析电机的成本; 5.满足厂家的要求。 分析可知:1.挤出机的工作特性为恒扭矩特性; 2.能满足挤出机工作特性的电机常用有两种。 亦即三相异步整流子电机和直流电动机。下面对于两种电机的工作特性用图线形式给以描述，如图2-1所示 (a) (b) 图2-1两种电机工作特性曲线 通过分析电动机特性及满足要求等方面得到以下结论 三相异步整流子电动机的工作特性曲线与计出机的工作特性曲线相近，采用它做原动机，能够保证有较高的功率因素与效率，而且这种电机启动性能好，运转性能稳定，但当调速范围大于1/3时，电动机体积明显加大，成本也相应大提高，同时挤出机的工作环境粉尘大，调速范围大，因此不选用此种电机。 由图2-1可知，直流电动机的调速范围广，启动也较稳定，具有两种 -6- 哈尔滨理工大学学士学位论文 调速方法的特点，使其能够得到充分的利用，挤出机挤出口塑料要求在冷却时有一定的牵引力，这就要求牵引速度与挤出机的挤出速度有一定的比例，要求牵引速度与挤出速度之间形成反馈，用直流电动机能满足这个要求。 综上所述，采用直流电动机，其型号为Z4-132-2;此种电机空间利用率高，换向良好，具有体积小，性能好，重量轻，输出功率大，效率高，及可靠性高的特点，其安装尺寸及外型尺寸如下 表2-1 Z4-132-2外形及安装尺寸 安装尺寸 A B C D E F CE H K 216 405 89 38 80 10 5 132 12 外形尺寸 AB AC AD HD L L1 260 295 240 527 669 864 2.2 运动情况分析 根据国内外常用情况、工作机构的工作机械特性、调速情况、性能参数、工作情况以及选用电动机的调速范围和类型;机械传动系统的性能，尺寸，重量和布置的要求;工作环境高温，低温，潮湿，腐蚀，易燃等制造工艺性能和经济要求，制造维修费用，生产批量，使用寿命。 根据以上情况与特点，选择两种传动 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 (1)电机-三角带-行星齿轮减速器-螺杆; (2)电机-联轴器-减速器-螺杆。 分析两种传动方案 1.皮带传动属于挠性传动，它靠中间的挠性体(皮带)与带轮之间的摩擦力传递功率，皮带传动结构简单，制造维修方便，传动平稳，吸振性好，噪音小，传动中心距大，具有过载保护。 2.电机通过联轴器直接与减速器相连，传动链短，效率高，但无过载保护。 结论:根据挤出机的运动特点，要求工作平稳，振动小，噪音低，恒扭矩等，故选择方案a较合适。 2.3 总体布置 传动系统布置形式多为三种，其一为电动机放于挤出机后面，与挤出系统成一字式排列;其二为电动机放于挤出系统下面;其三为大中规格挤 -7- 哈尔滨理工大学学士学位论文 出机的常用形式，此次设计的挤出机为小型挤出机，故要求占地面积小，外形美观，结构紧凑，安装维修方便。综上所述经比较，选择第二种布置形式最佳，其外形轮廓如图2-2所示。 图2-2挤出机总体布置图 2.4 挤出机传动系统的设计 传动系统是挤出机的主要组成部分之一，它的作用是驱动螺杆，并使螺杆能在选定的工艺条件下获得所需要的扭矩和转速，以完成对塑料的塑化和输送。 传动系统的设计主要考虑如下几个方面的问题 螺杆的驱动功率和传动扭矩，螺杆的转速范围及调节方法，螺杆的轴承布置，传动系统的零部件及强度计算，各部件的布置是否合理，传动系统是否使用可靠和符合所规定的噪音 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ，操作和维修是否安全方便等。 2.4.1 挤出机的工作特性 它是指螺杆的转速与驱动功率和扭矩之间的关系，下图为挤出机驱动功率与转速的关系曲线(其中AB为恒扭矩段，BC为恒功率段)。 从图中2-3可以看出挤出机的驱动功率的消耗是随着转速的提高而增加的。 直线的斜率表示扭矩M，M是不变的，挤出机的这种随螺杆的转速ntt 的增加而其扭矩不变的特性，称之为恒扭矩特性。 -8- 哈尔滨理工大学学士学位论文 N/kN 6 5 BC4 3 2 1A 40300352520n/r/min15510 图2-3挤出机驱动功率与转速关系曲线 [1]根据公式 xN,kn (2-1)， 式中 N—功率，kW ; K—常数(与螺杆几何参数有关); N—螺杆参数; x—指数， x,1; 根据实验表明:挤出机的功率的增加与转速近似成正比，挤出机的工作 特性基本上是恒扭矩的。 2.4.2 挤出机驱动功率的确定 由于挤出机驱动功率受很多因素的影响，至今还没有一个比较精确的方[1]法确定，一般采用如下经验公式计算驱动功率 2N,K，D，n (2-2) s 式中 N—挤出机的驱动功率，kW; D—螺杆直径，cm; s N—螺杆转速，r/min; K—系数，可根据实验和统计分析确定， D90mm时，K,0.00354 ,s 对于SJ,65挤出机则有 2，， N,0.003546.5(15,90) -9- 哈尔滨理工大学学士学位论文 ,2.99,13.46kW 考虑到挤出机的各种损耗，决定选用Z4-132-2型直流电动机(证明前面的选择正确)，该电机的技术数据如表2-2所示 表2-2 Z4-132-2型直流电动机技术数据 额定 额定 弱磁 电极 励磁 效率 惯量重量 kg 功率 转速 转速 电流 功率 (,) 矩 2kW r/min r/min A w kg/m 15 1510 2500 39.5 730 83.4 0.4 160 2.4.3 挤出机的转速要求及其调速范围 挤出机的转速要求有两方面，一是能无级调速，另外是应有一定的调速范围，前者是为了控制挤出质量及辅机的配合一致，后者是针对挤出机应具有适应各种加工条件情况而提出来的，要达到对产品的产量和质量的控制除可通过控制温度，压力等条件来实现外，其中一个重要方面是靠改变螺杆的转速来控制的，以上这几个方面就要求螺杆转速能在一定范围内任意改变。 所谓挤出机的调速范围就是指螺杆的最高转速与最底转速之间的比值，转速范围的确定是很重要的，因为它直接影响到挤出机所能加工的物料和产品的范围，机器的生产率，功率的消耗，制品的质量，设备的成本和操作是否方便等。 [1]对于挤出机，调速范围应为 K=n/n (2-3) maxmin K =90/15=6 2.4.4 传动系统的组成、形式、调速方式 挤出机的传动系统通常是由原动机(如电机等)，调速装置和减速装置组成，这三者之间是紧密相联的，如有些原动机其本身即可调速，也有调速装置与减速装置合在一起的。 [8] 1(原动机 根据分析，采用直流电机 Z4-132-2 2.调速装置 采用电动机本身无级调速，当改变电枢电压时，得到的是恒扭矩调速;改变励磁电压时，得到的是恒功率调速。随着转速的增加而其功率不变而扭矩相应的减小，挤出机便市利用了直流电动机的这种调速方法的特点。 3.减速装置 考虑到传动比与结构，选用摆线针轮减速器，摆线针轮减速器的特点如下 -10- 哈尔滨理工大学学士学位论文 1) 传动比范围大，单级传动比可达6-119; 2) 体积小，重量轻; 3) 效率高; 4) 运转平稳，噪音低; 5) 工作可靠，寿命长。 摆线针轮减速器原理如图2-4所示 图2-4摆线针轮减速器工作原理图 (a) 传动比的确定 直流电动机 n=1500r/min 额 螺杆 n=15-90r/min 螺 故有总减速比为 i=1500/90 =16.67 (b) 传动比的分配 对电机-皮带-减速器的传动方案而言，选取 I=1.5 I为皮带的传动比 11 I=11 I为减速器的传动比 22[4] (c)带的选择 (1)确定计算功率P ca 由表8-6查得工作情况系数K=1.1,则有 A P=K (2-4) ，PcaA P=1.1，15=16.5kw ca (2)选取普通V带型号 -11- 哈尔滨理工大学学士学位论文 据P=16.5kW及n=1500r/min由图8-11确定选用B型带。 ca1 (3)定带轮的基准直径 由表8-3可知V带轮的最小直径D=140mm,故取主动轮的基准直径min 为D=180mm 1 根据式8-15，从主动轮基准直径应为 D=DI=1801.5=270mm (2-5) ，，21 按式8-13验算带的速度 ，1000V=()/(60) (2-6) ,，D，n11 =(3.141801500)/(601000) ，，， =14.14m/s 对于B型带而言，V=25m/s，则V=14.14120 -12- 哈尔滨理工大学学士学位论文 故有主动轮包角合适 (8)计算V带的根数Z 由式8-23可知 Z=P (2-10) /[(P，K，K，,P)，K]ca0,L0 其中 K—包角系数; , K—长度系数; L K —材质系数; —单根V带所能传递功率的增量; ,P0 P为单根V带所能传递的许用功率; 0 由V=14.14m/s及D=180mm,功率曲线可知p: P=3.5kW 01 由式8-24可知 (2-11) ,P,,T/n01其中 —单根V带所传递的扭矩的修正值 ,T n—主动轮转速 1 ，2.6，1500故有 ,0.0001,0.39kW ,P0 查表8-7得K=0.984 , 查表8-8得K=0.98 L 采用橡胶带，故K=1.0 则有 Z=16.5/[(3.5 ，0.984，0.98，0.39)，1.0] =4.38 取Z=5根。 (9)计算初拉力F 0 由式8-25得 2 F=500×P/V(2.5/K,1)，qv (2-12) caa0z其中 q—普通V带单位长度得质量，kg/m; 查表8-4得 q=0.17kg/m 则有 2F=500×16.5/(14.14×5)×(2.5/0.984,1)，0.17×14.14 0 =213.8N (10)计算轴上的压力Q 由式8-26得 ,/2 Q=2×Z×F×sin() (2-13) 01其中 Z —带的根数; F—单根带的初拉力; 0 ,—主动轮上的包角; 1 -13- 哈尔滨理工大学学士学位论文 ,则有 Q=2×5×213.8×sin(171.6/2) =2132.8N (11)带轮的结构设计 根据D300时，可采用腹板式，主动轮与从动轮的结构均采用腹板式, 结构。由前面带的选择可知，带标记为 三角胶带B-2000，GB1171-74. 则有三角胶带的截面尺寸为(按GB1171-74) 表2-3三角胶带的截面尺寸 截面尺寸 截面尺寸 单位长 积 度质量 型号 b h A ha bp q.kg/m , ,B 17 10.5 4.1 14 0.174 40 138 查表9-11，根据带的型号确定轮槽的有关尺寸如下: 表2-4带的型号确定轮槽的有关尺寸 型 槽型刨面尺寸 槽型角 , ,,m f t s bp B ,34 36 号 B 16 5 20 14 14 7.5 108 D= b= D= b= 180 17.1 270 22.9 由图9-14所列的经验公式可知带轮的各部分尺寸 即 d=(1.8,2)×d (2-14) 1 其中 d—轴的直径 则 d=(1.8,2)×38=68.4-76mm 取d=70mm 1111 d=(1.8,2)×30=54,60mm 取d=58mm 1212 D=0.5×(D，D) 021 则有 D=0.5×(180，70) 01 =125mm D=0.5×(270，58) 02 =164mm d=(0.2-0.3)×(D-d) (2-15) 011取 d=0.25×(D-d) 011 则有 d=0.25×(180-d) 0111 =0.25×(180-70)=27.5mm -14- 哈尔滨理工大学学士学位论文 d=0.25×(270-58)=53mm 02 S=d (2-16) 则有 S=d=27.5mm 011 S=d=53mm 022 (d)减速器的选择 (1)输入角速度的确定 ,,,/i211 其中 —电机轴转速，rad/s; ,1 I—电机与皮带间减速比; 157/1.5=105rad/s ,,2 由此可知减速器高速轴转速为105rad/s; (2).计算输入功率P的确定 c 已知公式 (2-17) P,PKKc12其中 Pc —计算输入功率; —使用系数; K1 K—与润滑条件有关的系数。 2 SJ,65挤出机属于平稳载荷机械，查表17-49可知，K=1.0; 1摆线针轮减速器采用油池润滑查表得 K=1.0; 2则P,14，1，1,14kW 可选用额定功率为15kw的减速器; c 根据前面计算传动比 i=11; 选则减速器型号为ZWD 15-7A-11 JB/T2982-1994-11-7AZWD15 传动比i=11 7号A型 输入功率15kW 一级传动直联型卧式 摆线针轮减速器 2.5 挤出机螺杆轴承部分的结构及其布置形势 -15- 哈尔滨理工大学学士学位论文 一台挤出机的性能优劣，不但要看它在生产是能否得到高产量的效果，而且必须要看它的机械性能和使用寿命如何。而挤出机螺杆轴承部分的结构，轴承的选择合理与否都会影响的挤出机的强度与寿命。因为挤出机在工作时，止推轴承承受了全部的轴向力，因此，螺杆轴承部分的结构形式，止推轴承的选择及其布置形式是挤出机传动系统的设计中一个重要的问题。 2.5.1 螺杆轴承布置形式的设计 主要是应使受力合理，应尽量使数值很大的轴向力的影响范围减小，最好是使该轴向力在为数不多的几个零件的范围内组成力的封闭系统，以使减速箱不受少受到该轴向力的作用，其次，还要考虑到轴承的安装，维修及润滑等条件。 为了承受轴向力和径向力，在螺杆尾部的传动部分一般都设置有两个径向轴承和一个止推轴承。目前螺杆轴承的布置情况按止推轴承布置方式的不同，一般有如图2-5所示的四种形式 (1) 止推轴承位于两个径向轴承的前面 这种布置形式属于图2-5中(a)种形式。 从图2,5中可以看出:物料给螺杆的轴向力一方面通过键套来传给止推轴承，直推轴承再将力传给轴承坐;另一方面，物料又作用在机头上一个推力，这个推力通过机筒，料斗座而作用在止推轴承座上，这就构成一个封闭力系统，使减速箱不受轴向力的影响。由于止推轴承装于箱体外，其按装维修方便，只是一种较好的形式。 (2) 止推轴承位于两径向轴承后面 这种布置形式属于上图2-5中的(c)种形式。 由于止推轴承装于箱体之后，其维修、安装方便，对轴向力的测量也方便，但因为轴向力作用整个箱体，故这种布置形式较少采用。 (3) 止推轴承位于两径向轴承之间 这种布置形式属于上图2-5中的(b)(d)两种。 (b)种形式是止推轴承位于前一径向轴承的后面而(d)种形式是保证止推轴承位于后一径向轴承的前面。这两种布置从受轴向力而引起箱体的受力情况来看，又有所不同。(b)种形式只会引起整个箱体的局部受力不受影响，而(d)种形式则会引起整个箱体的受力，故(d)种形式很少被采用。 从以上的几种布置形式来看，各种优缺点，止推轴承位于两径向轴承前面和后面的比止推轴承位于两径向轴承之间的，在维修安装上好，但在轴承的润滑上却比不上后者。但因为挤出机在挤过程中会产生很大的轴向力，特别是在挤出机向高速高效，大型发展的情况下，减速箱箱体的受力 -16- 哈尔滨理工大学学士学位论文 问题与其它问题如维修，安装等。比较起来，前者乃是一个主要矛盾。 根据挤出机的特点，经综合考虑后，选用图中的(b)种形式。 图2-5轴承布置 2.5.2 轴承的冷却和润滑 轴承的冷却和润滑一般都是采用油液循环来进行的，在采用这种系统时，必须注意不能让油液漏入机筒，以使物料污染。因此在设计时，机筒与轴承之间必须设置密封装置，同时应尽可能使轴承与料斗座间存在间隙。这样不但可以防止物料被污染，同时也可避免物料进入轴承内。 2.5.3 螺杆与传动轴的装配结构 螺杆与传动轴的连接结构两固定伸臂式和浮动伸臂式(又称浮动连接)两种。 (1) 固定伸臂式 螺杆与传动轴为一整体装配后成一整体。这种形式具有与传动轴容易装配并可减少加工零件数目的特点，但因塑料挤出机的螺杆长径比比较大，螺杆与机筒的加工变较为困难，特别是对大规模的挤出机，在采用这种联 -17- 哈尔滨理工大学学士学位论文 接形式时，对螺杆与机筒的装配，特别是对中等都会带来很大的困难。这种形式一般不采用。 (2) 浮动伸臂式 螺杆与传动轴不为一整体，即在设计时将螺杆的尾部定位部分设计得较短(往往只有一D的长度)，这样加上螺杆与机筒之间存有的间隙，在未开机以前，螺标明的头部实际上是靠在机筒上，而在开机后，依靠螺杆周围的塑料将螺杆“浮起”，以达到自动定心的目的。采用这种连接方式时，零件的制造各安装精度无须太高。 通过比较上述两种装配结构形式，采用“浮动连接”较为合理。 2.5.4 止推轴承的选择 选择止推轴承的根据是挤出机的轴向力，一般都应该选用承受重载荷 [5]的轴承，以考虑本挤塑机选用单列向心球轴承，其代号为GB302-64-8420 此种轴承的有关尺寸数据如表2-5所示 尺寸(mm) a dd d H rrDH1221100 103 66 148 44 80 22 3.0 1.5 额定额定极 限质量 安装尺寸 动负静负转 速 8000荷 荷 kgfkgfrrDDD 油润gg3121型 滑 103 1150 80 1.5 1 14200 34600 1600 2.58 表2-5 8420轴承基本参数数据表 HjsHK推力轴承的动圈与配合推荐用，，其固定圈与轴承空配合较松，以实现轴承的自动调心，间隙量为0.3-0.5cm。 -18- 哈尔滨理工大学学士学位论文 2.5.5 螺杆的装拆 考虑到更换螺杆和安装，维修时的需要，在设计螺杆与传动轴承等零部件的装配结构时，还必须注意到这些结构要便于螺杆的装拆，当要卸下螺杆时，可先卸下螺杆前端的机头，然后将冷却水管卸下，接着在螺杆的尾部拧入一专用的长螺栓，将螺杆从机尾前端顶出。当要装入螺杆时，可按上述相反的顺序进行。 -19- 哈尔滨理工大学学士学位论文 第3章 挤压系统的设计 挤压系统的设计主要包括螺杆和机筒的设计，螺杆和机筒的设计有包括变通螺杆、新型螺杆，机筒的设计和机筒的材料的选择及其强度计算。 3.1 螺杆形式的选择 随着塑料工业的飞速发展，人们在生产实践的过程中对变通螺杆不断进行改进和提高，以适应其生产上的需要并从理论上进行研究和探索，同时对原有的理论模型进行修改、补充和提高，就是在这种情况下，产生了新型螺杆。在此，考虑到诸多方面的因素，采用了分离型螺杆这种结构形式，它在不同程度上大大提高了螺杆的工作性能。 3.2 分离型螺杆的工作性能 (1)挤出物均匀; (2)生产能力提高，功率消耗下降，工作特性比变通螺杆的硬且能耗低; (3)排气性好，气体可以比较顺利地向料斗处排出; (4)扫膛现象少。 3.3 分离型螺杆的设计 3.3.1 长径比的确定 有设计参数可知长径比:LD,25; 3.3.2 压缩比及螺槽深度的确定 分离型螺杆的几何压缩比一般可小于变通螺杆，但要大于被加工物料的物理压缩比，由于其本身的均化段比变通螺杆的长，故其几何压缩比稍大于物料的物理压缩比皆可满足基本要求。 由表1-2-4可知，聚己乙烯的物理压缩比为1.78，故选定几何压缩比为,,2.5 考虑到分离型螺杆在相同的转速下变通螺杆消耗的功率大(因产量 -20- 哈尔滨理工大学学士学位论文 高)，因此，为保证分离形螺杆加料段第一个螺槽根径处有足够的机械强度， 一般选取等于或小于变通螺杆，而比普通螺杆的要大。 HH31[2]根据经验数据，比的取值为 H3 (3-1) H,(0.025~0.06)，D3s ,(0.025~0.06)，45 ,(1.125~2.7) 取mm; H,2.53 根据，可以确定的值为 ,,HHH131 mm (3-2) H,,，H,2.5，2.5,6.2513 取mm; H,61 3.3.3 螺杆各段长度的确定 由经验数据取 =600mm; L1 =300mm; L2 L=225mm; 3 3.3.4 螺棱宽度e的确定 e 由经验数据取 ,6mm; 1 e ,4.8mm; 2 3.3.5 螺纹升程的确定 分离型螺杆主螺纹升程I一般按普通螺杆确定，大多数I=D，故有s11 I=45mm 1 分离型螺杆熔融段主，副螺纹的升程一般是不相等的，其与主，副螺 纹的排列形式有关。 本机采取如图3-1所示排列形式 -21- 哈尔滨理工大学学士学位论文 图3-1螺杆螺纹排列图 由图3-1可知，主，副螺纹的升程总是相差一个，(由于I> I)因此，21令主，副螺纹从开始分开到汇合时主螺纹的螺纹升程数量为Z， 则有 Z=(I-(2e，2k))/cos)(/I,I) (3-3) ,221 其中 K—最初刀具决定的尺寸，取K=5; ,,,,,18 —螺纹升角，取=23，; ,, I=49.185mm; 即2 圆整取 I= 50mm 2 3.3.6 螺纹头数 实践证明:双头螺杆在小型挤出机上产量不如单头螺杆，高速下易产生气泡，加工也比较困难，故在此采用单头螺杆。 3.3.7 间隙G的确定 G的确定要合适，过小不得于物料通过，从而影响熔料的分离，过大的G值，大的固体颗粒可能通过间隙G进入液相槽，而影响塑料的质量，其G值一般在0.2,0.4mm之间，取G=0.3mm。 G值的大小也与D有关。 3.3.8 螺纹断面形状的选取 螺纹断面形状一般有矩形，矩齿型，梯形，半圆形等，矩形断面的螺纹根径与表面成90度夹角，用小圆弧过渡，螺槽容积较大。矩齿形断面的 ,螺棱，其后较大的倾角，且过渡圆弧较大，一般用于大型造粒机。梯形 -22- 哈尔滨理工大学学士学位论文 断面的螺纹倾角一般为10-15度，圆弧半径为(0.07,0.13)D，常用于小直径螺杆上。 通过比较分析，决定采用矩形断面的螺纹。 3.3.9 螺杆材料的选择 (1)螺杆的工作环境 螺杆在工作时收高温高压作用，同时，受机械刮磨，且螺杆受大扭矩作用，轴向力很大。 (2)使用要求 螺杆与机筒的间隙特别重要，要保证满足要求，因此就要求螺杆在工作中变形小，耐腐蚀，强度高，寿命长。 因此选用38CrMAlA氮化钢，因其综合性能好，使用广泛，表面硬度o HRC=60,65。 3.4 机筒的设计 机筒的结构形式关系到热量的传递的稳定性和均匀性;机筒的机械加工和使用寿命也影响到整个挤压系统的性能。 设计机筒，要考虑到机筒的结构形式的选择及机筒上加料口的形式，机筒与机头的连接形式以及对机筒机械加工制造的难易问题。 3.4.1 机筒的结构类型及其选择 (1)整体式机筒 整体式机筒长度大，加工要求比较高，在加工精度和装配精度上容易得到保证，也可简化装配工作;在机筒上设置外加热器，不易受到限制，机筒受热均匀，但机筒的加工设备要求比较高，机筒内表面磨损难以修复。 (2)分段式机筒 分段式机筒机械加工容易，便于改变长径比只是对中难，法兰连接处影响机筒的加热均匀性。 (3)双金属机筒 双金属机筒主要有两种结构形式:一种是衬套式机筒;另一种是在机筒上绕铸一层合金箔层，简称为浇工机筒。 对于衬套工机简而言，它可更换合金衬套，衬套可以做成整体，分段式，可节省贵重金属，衬套磨损后可更换，可提高机筒的使用寿命，但是制造设计复杂，设计时应注意到衬套与机筒的配合，过松时易转动，过紧 -23- 哈尔滨理工大学学士学位论文 时装配又难，故在二者之间加上一个止动键。 综上所述，本机选用金属衬套式机筒。 加料端套筒的设计，轴向开槽套筒结构选用如图3-2所示形式 图3-2 轴向开槽套筒结构图 进料套筒的长度L 自机筒加料口前端至轴向槽结束之处套筒的轴向长度L，一般取为L ,5D。 ,3 对于挤出机，取L=200mm。 套筒的结构和尺寸 进料套筒的结构和尺寸参数如上图所示，轴向沟槽的数量与机筒的直径大小有关，一般机筒直径为45mm，沟槽数量取4,5条，凹槽宽度应大于高聚物宽度应大于高聚物颗粒的最长尺寸，同时与机筒的直径大小有关，机筒直径45mm，一般取8mm，锥形套筒的锥度值取定与高聚物颗粒的尺寸有关，一般取为2?30′即可。 工作特性 加料段设置有锥形套筒时，物料在该段的螺槽中能提早形成高的压力，螺杆在有进料套筒和无进料套筒的机筒中，在同样速度下，有进料套筒能提高生产能力。 3.4.2 加料口 加料口的结构必须与物料的形状相适应，使被加入的物料能从料斗自由流入螺杆而不中断。 加料口的形状及其在料筒上的开设位置对加料性能有很大影响，加料口应能使物料自由而高效的加入料筒而不产生架桥，设计时还应考虑到加料口是否适于设置加料装置，是否便于在此段设置冷却系统。 常见的加料口断面开头很多，如图3-3示 -24- 哈尔滨理工大学学士学位论文 图3-3 加料口设计图 (a) 类主要适用于带状料的加料口，不宜用于粒料和粉料;(c)和(e)类为简易式挤出机上用的较多;(b)，(d)，(f)三种类型用得较广泛，其中(b)类的右口壁倾斜角一般为7?,15?，稍大于此值，实践证明(b)和(d)类加料口不论对粉类，料类带粒均能很好的适应。 经综合考虑，决定本机采用(b)类加料口。 3.4.3 机筒材料的选择 2机筒在挤出机挤出时受到高温(300)以上，高压(400kg/cm)的作用，成型聚乙烯等高温放腐蚀性气体，这就要求机筒的硬度高，耐腐蚀性及耐磨性好。38CrMoA1A氮化钢的综合性能好，被广泛使用，故本机采用它来[10]做机筒材料，其衬套材料用低合金氮化钢。 3.5 螺杆与机筒的强度较核 螺杆与机筒的强度计算的主要原始参数有机头中物料最大压力P，max螺杆的轴向作用力P，以及作用在螺杆上的扭矩Mt。 z 3.5.1 物料在机筒内的压力分布 -25- 哈尔滨理工大学学士学位论文 物料在机筒内由于旋转螺杆对物料的作用而产生机头的压力，一般塑2料挤出机机头压力在100kg/cm左右，我国设计的挤出机一般为P=300,500 22kg/cm即P=500 kg/cm。 max 3.5.2 螺杆轴向力的确定 螺杆轴向力的大小主要由机头压力，物料的物理性能，螺杆的结构及其转速，机筒的温度等因素影响，其值主要包括两部分:一是在机头处物料作用于螺杆端部上的总压力P，二是在挤出机挤出时由于动载荷产生的1[1]附加压力，由于影响轴向推动的因素很多，一般轴向推力可由下式计算 P=P，P (3-4) z12 式中 P—螺杆的轴向推力，N; z P—物料作用在螺杆端面的总亚压力， N; 12P —螺杆端部的物料压力， N/cm; D—螺杆外直径，cm; s2 P—在挤出时由于动载荷产生的附加压力的轴向分量， N/cm; 2 2时， 根据实验得出 当机头压力=3000,4000 N/cm 2P=P×(3.5,5.5),;当P<200 kg/cm时，P=P(12.5,25),; 22zz 目前多采用下式计算轴向力 P=P+P=P+(0.125-0.25)P (3-5) 2z111 故得 P=(1.125,1.25)P 1z2 =(1.125,1.25)×3.14/4×6.5×500 2 =186.5,207 N/cm 3.5.3 螺杆强度的计算 螺杆的连接形式似呈臂梁，按螺杆与减速箱中的输出轴固定方式的不同，一般可分为紧固式和浮动式两种，前者螺杆与转动轴是一个零件，或者配合得紧密;后者螺杆与传动轴为两个不同零件，多为较松的配合连接，在挤出时其螺杆端部在机头内浮动，因而其自重引起的弯曲应力可忽略，所以在实际计算时都可以近似的视为一端固定的悬臂梁，在螺杆的全长上主要受物料的压力P(轴向)，克服物料的压力所需要的扭矩M和螺杆自重tG的作用，因此对螺杆的强度计算因为在螺杆根径处的能力最差。 -4所示 螺杆受力状态如图3 -26- 哈尔滨理工大学学士学位论文 图3-4螺杆受力图 1) 由轴向力产生的压缩应力 ,Pcz 由式1-3-22 2Ds (3-6) ,，,(1.15~1.25)Pcmax22,dds026.5,(1.15,1.25)×500× ,c226.5,2 2,6300N/cm 式中 D—螺杆外径，cm; s d—螺杆最小断面的根径，cm; s d—螺杆冷却水孔直径，cm; 0 2) 由扭矩Mt产生的剪应力 , Nmax,973600，，nMtmax,,, (3-7) ,W34sd(1,C)s16 Nmax，,,=4960000× 34ndC(1,)smax 15=4960000××0.99×0.98×0.97 203490，6.5，(1,())652=2830N/cm 3式中 W—抗扭断面模量，cm; s N—挤出机主电机最大传动功率，kW; max n—螺杆最高转速，rad/min; max —挤出机传动效率; , d/d C—; 0s 3) 螺杆自重产生的弯应力 -27- 哈尔滨理工大学学士学位论文 22LDd，(，)，,ss2 (3-8) ,N/cm ,b34d，(1-C)s 式中 L—螺杆的有效螺纹长度，cm; —螺杆材料的比 , 223,162.5，(6.5，6.5)，7.85，10,, b20346.5，[1,()]65 ,1370N/cm 4) 螺杆的合应力 2 (3-9) ,,,,,，4,,,r 式中 (3-10) ,,,，,bc ,y , (3-11) ,,,ny 2,,其中 —螺杆材料的屈服极限，,85000N/cm; yy n—螺杆的安全系数n,3 yy 222,,(137，630)，4，283,9532 N/cm r 85002,,,,,28333 N/cm 3 ,,可知,<, r 故螺杆的强度合适。 3.5.4 机筒强度的计算 机筒壁厚有经验数据d,30,45mm，可选为40mm;由于机筒外径与内 径之比大于1.1故可按厚壁圆筒理论进行强度计算，机筒内壁受物料的压力 P作用时，机筒壁上每一点都处于三向应力状态，如图3-5所示，即径向应 力，切向应力和轴向应力，则对只受内压力作用的厚壁容器有 -28- 哈尔滨理工大学学士学位论文 图3-5机筒受力图 22RPr2bb N/cm (3-12) ,,(1,)r222Rrr,bb22RPr2bb N/cm (3-13) ,,(1，),222Rrr,bb 式中 r，R—机筒的内，外半径，cm; bb r=3.25cm R=7.25cm bb r—机筒厚度任意点的半径，cm; 由上式可知，在内壁(r=r)，径向及切向应力都达到最大值，即: b 2,,,P,,5000N/cm ,maxmax 22PRr，，()2bbmax7510N/cm (3-14) ,,,,max22Rr,bb 当r,R时，径向切向应力达到最小值，即 b ,,0 ,min 2PR2，，bmax,,,12510N/cm? (3-15) ,min22Rr,bb 由轴向力引起的轴向拉应力在机筒全长上不变，即 2PPrzbmax,,,,1257N/cm? (3-16) z22FRr,bb根据第四强度理论，最大变形能量理论计算，其强度条件为 1222,,[(,,,)，,(,,)，(,,,)],[,] (3-17) ,,,,z,z2 2,, 9480N/cm , -29- 哈尔滨理工大学学士学位论文 2[]=28333N/cm , 故有 ,,[,], 所以机筒安全。 3.5.5 挤出机主要零部件的安全系数的确定 为了确保挤出机能正常，安全的工作，对挤出机的主要零件如:螺杆，机筒等都要进行强度计算和强度较核，因而存在一安全系数的问题，在实际应用中螺杆和机筒的安全系数选得最大，通常取螺杆与机筒的安全系数为 ,,2.5~3y 本机组机筒与料头号与箱体的联结螺栓均受纯拉伸作用。 3.6 螺杆与机筒的配合要求 3.6.1 螺杆与机筒的配合间隙 , 它对挤出机的生产能力，功率消耗，使用寿命，机器的加工制造等都有很大的影响，,大时，容易制造，但挤出机的生产能力却大大降低，且塑料在机筒内的停留时间也难以控制，因而易造成热分解，但过小的,值不仅会给机器的制造和安装带来一系列的困难，同时还会使功率剧增。 [1]根据表1-3-10中推荐值，对塑料挤出机而言 ,,=0.45mm =0.25mm maxmin ,取=0.5mm 3.6.2 螺杆与机筒的对中性 从设计要求上，螺杆与机筒的中心线必须重合但是由于制造和装配的原因，实际上却无法达到此要求。 由于螺杆与机筒之间有间隙存在，因此一般不同心度所造成的影响较小，而垂直度造成的影响较大，这是螺杆与机筒较长，微小的不垂直度反应到螺杆头部会产生较大的偏差。 为了提高螺杆与机筒的对中性，一般采取如下措施:提高零件的加工和装配精度，减小累计误差，尽量减少组成零件的数目;采用有效的定位基准和合理的连接方式;对螺杆尾部的定位而设计的较短，这样在未开车前，螺杆头部实际上是靠在机筒内壁上，而在开车后依靠周围的塑料将螺杆浮起，以达到定心的目的。 -30- 哈尔滨理工大学学士学位论文 3.7 挤出机加热冷却系统的设计 加热与冷却是塑料挤出机成型过程中必要条件，随着螺杆的转速，挤 出压力，外加热功率，以及挤出机周围介质的温度变化，机筒中物料的温 度也会相应的发生变化，为使塑料始终能在其加工工艺所需求的温度范围 内挤出，一般是通过加热冷却的方式，不断的调节机筒内塑料的温度来实 现，因此挤出机上都有加热冷却装置以及测量控制温度的仪器仪表等。 目前挤出机加热冷却系统的加热方法有:载热体加热，电阻加热和电 感应加热等。 本机采用电阻加热的方法对机筒进行加热，即采用铸铝加热器，其结[10] 构如图3-6所示。 图3-6铸铝加热器 1-铸铝 2-氧化镁粉 3-电阻丝 4-钢管 5-接线柱 铸铝加热器是将电阻丝装于金属管中，并填进氧化镁粉之类的绝缘材 料然后将此金属铸于铝合金中，由于电阻丝是半球加热金属管的密实的氧 化镁粉中，就使得它防氧化，防潮，防震和防爆等性能，因而提高了加热 器的使用寿命。 3.8 挤出机加料系统的设计 为了将物料不断的供给挤出机的生产的需求，都必须在挤出机上设有 加料装置，加料系统设计适当与否，对挤出机的产量，制造的质量，劳动 条件及实现生产的自动化都有直接的影响。 加料系统主要是由加料斗和上料部分，加料斗装于挤出机的加料座上， -31- 哈尔滨理工大学学士学位论文 将物料不断的供给挤出机，上料部分主要是将物料输送到加料斗中，不断的向加料口补充物料。 加料斗的形状为圆锥形，在料斗的侧面开有视镜孔，以观察存料与上料的情况，料斗的底部设有开合门，用于调节或截断进料，料斗上安有盖子，以免灰尘等杂物进入。 加料斗的制造材料应轻便，耐腐蚀且容易加载，故采用铝板做成，用不锈钢做成，本机适用铝板。 3.9 挤出机的冷却装置 3.9.1 机筒的冷却 机筒的冷却方法有两种，风冷和水冷。 本机筒采用鼓风机进行风冷。 3.9.2 螺杆的冷却 螺杆冷却的目的是为了有利于加料段物料的输送，同时也可以防止塑料因过热分解，有利于物料中所含的气体能从加料段的冷混料中返回并从料斗中排出，当螺杆的均化段亦受到冷却时在螺槽底层可形成一层温度较低的料在其上面，在某种意义上，这就改浅了均化段的螺槽深度。本机螺杆采用风冷。 3.9.3 料斗座的冷却 挤出机工作时，进料口的温度不能太高，否则会在进料口形成“拱门”，对进料不利，甚至会加不进料，因此，在挤出机的加料斗座部分设置有冷却装置，这样不仅可使进料顺利，且可防止挤压部分的热量往止推轴承，减速箱传递，以保证挤出机正常工作，本机采用水冷装置。 3.9.4 挤出机的温度控制 准确的测定和控制挤出机的熔融温度并减小其波动，对提高产品的产量和质量是有必要的。 本机温度测量采用热电偶，将它装设在机筒控制段的中间机头处，这样，就可测定和控制中机筒的温度。 -32- 哈尔滨理工大学学士学位论文 第4章 主要零件强度，寿命的较核 4.1 双列向心球轴承的寿命较核 [1]公式 6CC1016667,,,, (4-1) L,(),()hnPhP60,,其中 L—轴承寿命，h; h N—轴承转速，r/min; C=104000 , ,,10/3 —指数，取; , 2 P—轴向载荷;P=A=3.14×6.5 ×100=13266; ,, 10166671040003h L,，(),177251h9013266 按每天两班制，每班八小时，则L=30年。 h 故可满足要求。 4.2 平键较核 (以电机轴上平键为例，键A10×60) [5]由平键联接的强度较核公式可知: 2T,,,,, , (4-2) jjdkl其中 T—传递的扭矩，N，m; D—轴的直径，m;d=0.038 L—键的长度，mm;l=60 ,,,,,, —许用应力，Pa;=40MPa jj ,,,,经计算有=20.9MPa< jj 故平键满足要求。 -33- 哈尔滨理工大学学士学位论文 第5章 挤出机仿真 5.1软件的介绍 proe 即 Pro/ENGINEER 。 Pro/Engineer软件是美国参数技术公司(PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。Pro/Engineer软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位。Pro/Engineer作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。 Pro/E第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块。Pro/E的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。 5.2主要零件的建模 分离性螺杆的建模如图5-1所示 图5-1分离性螺杆 -34- 哈尔滨理工大学学士学位论文 电机的建模如图5-2所示 图5-2电机的建模如 三角带的建模如图5-3所示 图5-3三角带的建模 -35- 哈尔滨理工大学学士学位论文 轴承座的建模如图5-4所示 4轴承座的建模 图5- 轴承的建模如图5-5所示 图5-5轴承的建模 -36- 哈尔滨理工大学学士学位论文 减速器的建模如图5-6所示 图5-6减速器的建模 5.3 模型总体的装配 螺杆与轴承的装配如图5-10所示 图5-10螺杆与轴承的装配 -37- 哈尔滨理工大学学士学位论文 轴承座的装配如图5-7所示 图5-7轴承座的装配 电机与三角带与皮带轮与减速器的装配如图5-8所示 图5-8电机与三角带与皮带轮与减速器的装配 总体装配如图5-9所示 图5-9总体装配图 -38- 哈尔滨理工大学学士学位论文 5.4 运动仿真的创建 选取已经装配体，确保螺杆、轴承、皮带轮等有沿轴转动的自由度，点击新建运动案例按键的转速选择添加马达，为发动机添加转速为200r/min的转速马达。点击播放按钮，实现运动仿真，如5-10所示。 图5-10仿真动画图 -39- 哈尔滨理工大学学士学位论文 结论 经过这三个月时间的毕业设计，毕业设计已顺利完成，在这学期的毕业设计论文撰写过程中，我受益匪浅。本课题涉及了机械设计、结构设计、材料选取以及装配精度等方面的内容。本课题的选题来源于现实生活生产，实用性强、覆盖的知识面广泛。毕业设计期间使我充分认识到基础知识的重要，和实际生产中对机械设计人才的需要。 这次毕业设计不但巩固了大学四年来所学的知识，同时也使我在不知不觉中更熟练便用电脑 ,还有更加熟练了制图的国标要求。这给了我一次很好的实践机会，增强了自己的动手能力，自学能力，独立思考的与处理问题能力，使自己的知识得到提高，并对我将来的工作、学习和生活有很大的帮助。 首先是我设计过程中，充分运用了在大学四年里所学到的基础知识，这样，在设计过程中思路就较清晰而且有序，使我体会到了大学四年所学知识的重要性。 其次是我在设计过程中，更加熟练的掌握了制图技巧和元件的选择方法等，拓展我的知识面和想象空间，通过这次设计也让我发现了自己有很多不足的地方，对知识掌握不准确，知识面狭窄等问题。在通过和同学的交流中发现了我跟同学的差距，促使我不断勤奋，从而丰富自己。 在以后的学习中，我会更加努力，要不断提高自己知识水平。 -40- 哈尔滨理工大学学士学位论文 致谢 为期半年的毕业设计接近完成，回顾这段不断学习与探索知识的历程，所取得每一步成绩虽然凝结着自己的心血和汗水，但更离不开教研室的各位老师和同学的帮助和鼓励。在此，我衷心地向他们表示感谢。 经过大学四年系统的学习，我对机械方面知识有了一个全面的认识并积累了相关的理论知识和经验。结合曾经做过的课程设计，并在指导老师的悉心教导下，我对设计工作有了一个初步认识，并对设计步骤进行了熟悉和掌握。在即将毕业之际，我怀着对以后工作的美好憧憬和渴望，希望把学到的知识应用于实际生产，我也需要系统地检验学习的知识。毕业设计恰好为我提供了这样一个“演习”的机会。设计过程是我在校期间所学知识、理论及各种能力的综合应用与升华，是创新潜能得到激发的过程。它培养了我理论联系实际的正确思想，训练综合运用已经学过的理论和生产实际知识去分析和解决塑料挤出机结构及原理等方面的问题。我在设计过程中发现了自己的知识漏洞，通过学习进行了弥补。 在设计过程中，我得到了尊敬的导师孙全颖老师的精心指导,我对老师表示深深地感谢～同时，许多同学给我提供了宝贵意见，在此谨表谢意～ -41- 哈尔滨理工大学学士学位论文 参考文献 1 北京化工学院.华南工学院合编.塑料机械设计. 中国轻工业出版社， 2008:1,194 2 陈世煌主.塑料成型机械.化学工业出版社，2008:61,112 3 谭光宇.CAD技术基础.哈尔滨工业大学出版，2009:1,240 4 于惠力，向敬忠.机械设计.科学出版社，2010:2,94 5 机械设计手册编写组编.机械设计手册.机械工业出版社，2008:69,79 6 成大先.机械设计手册.单行本 轴及其联结.化工工业出版社，2009:56,74 7 成大先.机械设计手册.单行本 轴承.化工工业出版社 ，2009:94,99 8 成大先.机械设计手册.单行本 减(变)速器错误～未找到引用源。电 机与电器.化工工业出版社 ，2009:273,379 9 成大先.机械设计手册.单行本 联结与紧固.化工工业出版社，2009:254,267 中华人民共和国机械行业标准 单螺杆挤出机JB/T 8061,96机械科学10 研究院出版发行 2007:94,108 11 刘廷华.塑料成型机械使用维修手册.机械工业出版社，2008:12,24 12 塑料机械市场及产品发展.轻工机械出版社，2007:18,31 13 朱复华.挤出理论及应用.中国轻工业出版社编，2007:21,32 14 黄锐.塑料工程手册.机械工业出版社，2008:35,37 15 朱复华.螺杆设计及理论基础.中国轻工业出版社编，2007:39,41 16 Seymour S,Schwartz,Sidney H,goodmen.Plastics Materials and Processes.New York Cincinnati Toronto London Melbourne:Van Nostrand Reinhold Company,2010:46,49 17 Friedhelm Hensen.Plastics Extrusl Technology. Hanser Publishers,2009:94,98 -42- 哈尔滨理工大学学士学位论文 附录 Friction, Lubrication of Bearing In many of the problem thus far, the student has been asked to disregard or neglect friction. Actually, friction is present to some degree whenever two parts are in contact and move on each other. The term friction refers to the resistance of two or more parts to movement. Friction is harmful or valuable depending upon where it occurs. Friction is necessary for fastening devices such as screws and rivets which depend upon friction to hold the fastener and the parts together. Belt drivers, brakes, and tires are additional applications where friction is necessary. The friction of moving parts in a machine is harmful because it reduces the mechanical advantage of the device. The heat produced by friction is lost energy because no work takes place. Also, greater power is required to overcome the increased friction. Heat is destructive in that it causes expansion. Expansion may cause a bearing or sliding surface to fit tighter. If a great enough pressure builds up because made from low temperature materials may melt. There are three types of friction which must be overcome in moving parts: (1) starting, (2) sliding, and (3) rolling. Starting friction is the friction between two solids that tend to resist movement. When two parts are at a state of rest, the surface irregularities of both parts tend to interlock and form a wedging action. To produce motion in these parts, the wedge-shaped peaks and valleys of the stationary surfaces must be made to slide out and over each other. The rougher the two surfaces, the greater is starting friction resulting from their movement. Since there is usually no fixed pattern between the peaks and valleys of two mating parts, the irregularities do not interlock once the parts are in motion but -43- 哈尔滨理工大学学士学位论文 slide over each other. The friction of the two surfaces is known as sliding friction. As shown in figure, starting friction is always greater than sliding friction. Rolling friction occurs when roller devices’ are subjected tremendous stress which causes the parts to change shape or deform. Under these conditions, the material in front of a roller tends to pile up and forces the object to roll slightly uphill. This changing of shape, known as deformation, causes a movement of molecules. As a result, heat is produced from the added energy required to keep the parts turning and overcome friction. The friction caused by the wedging action of surface irregularities can be overcome partly by the precision machining of the surfaces. However, even these smooth surfaces may require the use of a substance between them to reduce the friction still more. This substance is usually a lubricant which provides a fine, thin oil film. The film keeps the surfaces apart and prevents the cohesive forces of the surfaces from coming in close contact and producing heat. Another way to reduce friction is to use different materials for the bearing surfaces and rotating parts. This explains why bronze bearings, soft alloys, and copper and tin iolite bearings are used with both soft and hardened steel shaft. The iolite bearing is porous. Thus, when the bearing is dipped in oil, capillary action carries the oil through the spaces of the bearing. This type of bearing carries its own lubricant to the points where the pressures are the greatest. Moving parts are lubricated to reduce friction, wear, and heat. The most commonly used lubricants are oils, greases, and graphite compounds. Each lubricant serves a different purpose. The conditions under which two moving surfaces are to work determine the type of lubricant to be used and the system selected for distributing the lubricant. On slow moving parts with a minimum of pressure, an oil groove is usually sufficient to distribute the required quantity of lubricant to the surfaces moving on each other. -44- 哈尔滨理工大学学士学位论文 A second common method of lubrication is the splash system in which parts moving in a reservoir of lubricant pick up sufficient oil which is then distributed to all moving parts during each cycle. This system is used in the crankcase of lawn-mower engines to lubricate the crankshaft, connecting rod, and parts of the piston. A lubrication system commonly used in industrial plants is the pressure system. In this system, a pump on a machine carries the lubricant to all of the bearing surfaces at a constant rate and quantity. There are numerous other systems of lubrication and a considerable number of lubricants available for any given set of operating conditions. Modern industry pays greater attention to the use of the proper lubricants than at previous time because of the increased speeds, pressures, and operating demands placed on equipment and devices. Although one of the main purposes of lubrication is reduce friction, any substance-liquid, solid, or gaseous-capable of controlling friction and wear between sliding surfaces can be classed as a lubricant. Varieties of lubrication Unlubricated sliding Metals that have been carefully treated to remove all foreign materials seize and weld to one another when slid together. In the absence of such a high degree of cleanliness, adsorbed gases, water vapor, oxides, and contaminants reduce frictio9n and the tendency to seize but usually result in severe wear; this is called “unlubricated ”or dry sliding. Fluid-film lubrication Interpose a fluid film that completely separates the sliding surfaces results in fluid-film lubrication. The fluid may be introduced intentionally as the oil in the main bearing of an automobile, or unintentionally, as in the case of water between a smooth tuber tire and a wet pavement. Although the fluid is usually a liquid such as oil, water, and a wide range of other materials, it may also be a gas. The gas most commonly employed is air. -45- 哈尔滨理工大学学士学位论文 Boundary lubrication A condition that lies between unlubricated sliding and fluid-film lubrication is referred to as boundary lubrication, also defined as that condition of lubrication in which the friction between surfaces is determined by the properties of the surfaces and properties of the lubricant other than viscosity. Boundary lubrication encompasses a significant portion of lubrication phenomena and commonly occurs during the starting and stopping off machines. Solid lubrication Solid such as graphite and molybdenum disulfide are widely used when normal lubricants do not possess sufficient resistance to load or temperature extremes. But lubricants need not take only such familiar forms as fats, powders, and gases; even some metals commonly serve as sliding surfaces in some sophisticated machines. Function of lubricants Although a lubricant primarily controls friction and ordinarily does perform numerous other functions, which vary with the application and usually are interrelated. The amount and character of the lubricant made available Friction control to sliding surfaces have a profound effect upon the friction that is encountered. For example, disregarding such related factors as heat and wear but considering friction alone between the same surfaces with on lubricant. Under fluid-film conditions, friction is encountered. In a great range of viscosities and thus can satisfy a broad spectrum of functional requirements. Under boundary lubrication conditions, the effect of viscosity on friction becomes less significant than the chemical nature of the lubricant. Wear control. Wear occurs on lubricated surfaces by abrasion, corrosion , and solid-to-solid contact wear by providing a film that increases the distance between the sliding surfaces ,thereby lessening the damage by abrasive contaminants and surface asperities. Temperature control Lubricants assist in controlling corrosion of the -46- 哈尔滨理工大学学士学位论文 surfaces themselves is twofold. When machinery is idle, the lubricant acts as a preservative. When machinery is in use, the lubricant controls corrosion by coating lubricated parts with a protective film that may contain additives to neutralize corrosive materials. The ability of a lubricant to control corrosion is directly realty to the thickness of the lubricant film remaining on the metal surfaces and the chemical composition of the lubricant. Other functions Lubrication are frequently used for purposes other than the reduction of friction. Some of these applications are described below. Power transmission Lubricants are widely employed as hydraulic fluids in fluid transmission devices. Insulation In specialized applications such as transformers and switchgear , lubricants with high dielectric constants acts as electrical insulators. For maximum insulating properties, a lubricant must be kept free of contaminants and water. Shock dampening Lubricants act as shock-dampening fluids in energy transferring devices such as shock absorbers and around machine parts such as gears that are subjected to high intermittent loads. Sealing Lubricating grease frequently performs the special function of forming a seal to retain lubricants or to exclude contaminants. The object of lubrication is to reduce friction, wear, and heating of machine pars which move relative to each other. A lubricant is any substance which, when inserted between the moving surfaces, accomplishes these purposes. Most lubricants are liquids(such as mineral oil, silicone fluids, and water),but they may be solid for use in dry bearings, greases for use in rolling element bearing, or gases(such as air) for use in gas bearings. The physical and chemical interaction between the lubricant and lubricating surfaces must be understood in -47- 哈尔滨理工大学学士学位论文 order to provide the machine elements with satisfactory life. The understanding of boundary lubrication is normally attributed to hardy and double day, who found the extremely thin films adhering to surfaces were often sufficient to assist relative sliding. They concluded that under such circumstances the chemical composition of fluid is important, and they introduced the term “boundary lubrication”. Boundary lubrication is at the opposite end of the spectrum from hydrodynamic lubrication. Five distinct of forms of lubrication that may be defined (a) hydrodynamic,(b)hydrostatic,(c)elastic hydrodynamic (d)boundary, (e)solid film. Hydrodynamic lubrication means that the load-carrying surfaces of the bearing are separated by a relatively thick film of lubricant, so as to prevent metal contact, and that the stability thus obtained can be explained by the laws of the lubricant under pressure, though it may be; but it does require the xistence of an adequate supply at all times. The film pressure is created by the e moving surfaces itself pulling the lubricant under pressure, though it maybe. The film pressure is created by the moving surface to create the pressure necessary to separate the surfaces against the load on the bearing. Hydrodynamic lubrication is also called full film, or fluid lubrication. Hydrostatic lubrication is obtained by introducing the lubricant, which is sometime air or water, into the load-bearing area at a pressure high enough to separate the surface with a relatively thick film of lubricant. So, unlike hydrodynamic lubrication, motion of one surface relative to another is not required. Elapse hydrodynamic lubrication is the phenomenon that occurs when a lubricant is introduced between surfaces which are in rolling contact, such as mating gears or rolling bearings. The mathematical explanation requires the -48- 哈尔滨理工大学学士学位论文 tertian theory of contact stress and fluid mechanics. When bearing must be operated at extreme temperatures, a solid film lubricant such as graphite or molybdenum disulfide must be use used because the ordinary mineral oils are not satisfactory. Must research is currently being carried out in an effort, too, to find composite bearing materials with low wear rates as well as small frictional coefficients. In a journal bearing, a shaft rotates or oscillates within the bearing, and the relative motion is sliding. In an antifriction bearing, the main relative motion is rolling. A follower may either roll or slide on the cam. Gear teeth mate with each other by a combination of rolling and sliding. Pistons slide within their cylinders. All these applications require lubrication to reduce friction, wear, and heating. The field of application for journal bearing s is immense. The crankshaft and connecting rod bearings of an automotive engine must operate for thousands of miles at high temperatures and under varying load conditions. The journal bearings used in the steam turbines of power generating station is said to have reliabilities approaching 100 percent. At the other extreme there are thousands of applications in which the loads are light and the service relatively unimportant. a simple ,easily installed bearing is required ,suing little or no lubrication. In such cases an antifriction bearing might be a poor answer because of the cost, the close, the radial space required, or the increased inertial effects. Recent metallurgy developments in bearing materials, combined with increased knowledge of the lubrication process, now make it possible to design journal bearings with satisfactory lives and very good reliabilities. -49- 哈尔滨理工大学学士学位论文 轴承的摩擦与润滑 现在看来，有很多这种情况，许多学生在被问到关于摩擦的问题时，往往都没引起足够的重视，甚至是忽视它。实际上，摩擦从某种程度上说，存在于任何两个相接 触并有相对运动趋势的部件之间。而摩擦这个词，本身就意味着，两个或两个以上部件的阻止相对运动趋势。 在一个机器中，运动部件的摩擦是有害的，因为它降低了机械对能量的充分利用。由它引起的热能是一种浪费的能 量。因为不能用它做任何事情。还有，它还需要更大的动力来克服这种不断增大的摩擦。热能是有破坏性的。因为它产生了膨胀。而膨胀可以使得轴承或滑 动表面之间的配合更紧密。如果因为膨胀导致了一个足够大的积压力，那么，这个轴承就可能会卡死或密封死。另外，随着温度的升高，如果不是耐高温材料制造的轴承，就可能会损坏甚至融化。 在运动部件之间会发生很多摩擦，如 1.启动摩擦 2.滑动摩擦 3.转动摩擦。 启动摩擦是两个固体之间产生的倾向于组织其相对运动趋势的摩擦。当两个固体处于静止状态时，这两个零件表面的不平度 倾向于相互嵌入，形成楔入作用，为了使这些部件“动”起来。这些静止部件的凹谷和尖峰必须整理光滑，而且能相互抵消。这两个表面之间越不光滑，由运动造成的启动摩擦(最大静摩擦力)就会越大。 因为，通常来说，在两个相互配合的部件之间，其表面不平度没有固定的图形。一旦运动部件运动起来，便有了规律可循，滑动就可以实现这一点。两个运动部件之间的摩擦就叫做滑动摩擦。启动摩擦通常都稍大于滑动摩擦。 转动摩擦一般发生在转动部件和设备上，这些设备“抵触”极大的外作用力，当然这种外力会导致部件的变形和性能的改变。在这种情况下，转动件的材料趋向于堆积并且强迫运动部件缓慢运动，这种改变就是通常所说的形变。可以使分子运动。当然，最终的结果是，这种额外的能量产生了热能，这是必需的。因为它可以保证运动部件的运动和克服摩擦力。 由运动部件的表面不平度的楔入作用引起的摩擦可以被部分的克服，那就需要靠两表面之间的润滑。但是，即使是非常光滑的两个表面之间也可能需要一种物质，这种物质就是通常所说的润滑剂，它可以提供一个比较好的、比较薄的油膜。这个油膜使两个表面分离，并且组织运动部件的两个表面的相互潜入，以免产生热量使两表面膨胀，又引起更近的接触。 减小摩擦的另一种方式是用不同的材料制造轴承和转动零件。可以拿 -50- 哈尔滨理工大学学士学位论文 黄铜轴承、铝合金和含油轴承合金做例子进行解释。也就是说用软的或硬的金属组成表面。含油轴承合金是软的。这样当轴承在油中浸泡过以后，因为毛细管的作用，将由带到轴承的各个表面。这种类型的轴承把它的润滑剂带到应力最大的部位。 对运动部件润滑以减小摩擦，应力和热量，最常用的是油、脂、还有合成剂。每一种润滑剂都有其各自不同的功能和用途。两个运动部件之间的运动情况决定了润滑剂的类型的选择。润滑剂的分布也决定了系统的选择。 在低速度运动的部件，一个油沟足以将所需要的数量的润滑剂送到相互运动的表面。 第二种通用的润滑方法是飞溅润滑系统，在每个周期内这个系统内一些零件经过润滑剂存储的位置，带起足够的润滑油，然后将其散布到所有的运动零件上。这种系统用于草坪修剪机中发动机的曲轴箱，对曲轴、连杆和活塞等零件进行润滑。 在工业装置中，常用的有一种润滑系统是压力系统。这种系统中，一个机器上的一个泵，可以将润滑剂带到所有的轴承表面。并且以一种连续的固定的速度和数量。 关于润滑，还有许多其他的系统，针对各种类型的润滑剂，对不同类型的运动零件是有效的。由于设备或装置的速度、压力和工作要求的提高，现代工业比以前任何时候都更注重选用适当的润滑剂。 尽管润滑的主要目的之一是为了减小摩擦力，任何可以控制两个滑动表面之间摩擦和磨损的物质，不管是液体还是固体或气体，都可以归类于润滑剂。 润滑的种类 无润滑滑动 经过精心处理的、去除了所有外来物质的金属在相互滑动时会粘附或熔接到一起。当达不到这么高的纯净度时，吸附在表面的气体、水蒸气、氧化物和污染物就会降低摩擦力并减小粘附的趋势，但通常会产生严重的磨损，这种现象被称为“无润滑”摩擦或者叫做干摩擦。 流体膜润滑 在滑动面之间引入一层流体膜，把滑动表面完全隔离开，就产生了流体膜润滑。这种流体可能是有意引入的。例如汽车主轴承中的润滑油;也可能是无意中引入的，例如在光滑的橡胶轮胎和潮湿的路面之间的水。尽管流体通常是油、水和其他很多种类的液体，它可以是气体。最常用的气体是空气。 为了把零件隔离开，润滑膜中的压力必须和作用在滑动面上的负荷保持平衡。如果润滑膜中的压力是由外源提供的，这种系统称为流体静压润滑。如果滑动表面之间的压力是由于滑动面本身的形状和运动所共同产生 -51- 哈尔滨理工大学学士学位论文 的，这种系统就称为流体动压力润滑。 边界润滑 处于无润滑滑动和流体膜润滑之间的润滑被称为边界润滑。它可以被定为这样一种润滑状态，在这种状态中，表面之间的摩擦力取决于表面的性质和润滑剂中的其他性质。边界润滑包括大部分润滑现象，通常在机器的启动和停止时出现。 固体润滑 当普通润滑剂没有足够的承受能力或者不能在温度极限下工作时，石墨和二硫化钼这一类固体润滑剂得到广泛应用。但润滑剂不仅仅以脂肪、粉末和油脂这样一些为人们所熟悉的形态出现，在一些精密的机器中，金属也通常作为滑动面。 润滑剂的作用 尽管润滑剂主要是用来控制摩擦和磨损的，它们能够而且通常也确实起到许多其他的作用，这些作用随其用途不同而不同，但通常相互之间是有关系的。 控制摩擦力 滑动面之间润滑剂的数量和性质对所产生的摩擦力有很大的影响。例如，不考虑热和磨损这些相关因素，只考虑两个油膜润滑表面见的摩擦力，它能比两个同样表面，但没有润滑时小200倍。在流体润滑状况时，摩擦力与流体黏度成正比。一些诸如石油衍生物这类润滑剂，可以有很多黏度，因此能够满足范围宽广的功能要求。在边界润滑状态，润滑剂黏度对摩擦力的影响不象其化学性质的影响那么显著。 磨损控制 磨蚀、腐蚀与固体和固体之间的接触就会造成磨损。适当的润滑剂将能帮助克服上述提到的一些磨损现象。润滑剂通过润滑膜来增加滑动面之间的距离，从而减轻磨料污染物和表面不平度造成的损伤，因此，减轻了磨损和由固体与固体之间接触造成的磨损。 控制温度 润滑剂通过减小摩擦和将产生的热量带走来降低温度。其效果取决于润滑剂的用量和外部冷却措施。冷却剂的种类也会在较小的程度上影响表面的温度。 控制腐蚀 润滑剂在控制表面腐蚀方面有双重作用。当机器闲置不工作时，润滑剂起到防腐剂的作用。当机器工作时，润滑剂通过给被润滑零件涂上一层可能含有添加剂，能使腐蚀性材料中和的保护膜来控制腐蚀。润滑剂控制腐蚀的能力与润滑剂保留在金属表面的润滑膜的厚度和润滑剂的化学成分有直接的关系。 其他作用 除了减小摩擦外，润滑剂还经常有其他的用途。其中的一些用途 -52- 哈尔滨理工大学学士学位论文 如下所述。 传递动力 润滑剂被广泛用来作为液压传动中的工作液体。 绝缘 在象变压器和配电装置这些特殊用途中，具有很高介电常数的润滑剂起电绝缘材料的作用。为了获得最高绝缘性能，润滑剂中不能含有任何杂质和水分。 减振 在象减振器这样的能量传递装置中和在承受很高的间隙载荷的齿轮这样的机器零件的周围，润滑剂被作为减振液使用。 密封 润滑脂通常还有一个特殊作用，就是形成密封层以防止润滑剂外泻和污染物进入。 润滑的目的就是为了，减小摩擦力，降低能量损耗，减少机器的热量产生。热量就是因为表面的相互间的相对运动造成的。润滑剂可以是任何一种物质，这样的物质被填充到发生相对运动的两个表面之间，实现这一目的。大部分的润滑剂是液体，比如说，油，脂，合成剂等。但它们有时也可能是固体，用在干轴承上，有的用在旋转基体的轴承上，或者也可能是气体，如空气等，它是用在空气轴承上。在润滑剂和润滑表面之间这种化学的和物质的相互渗入作用，就是为了提供给机器一个良好的工作状态。 对润滑剂边界的理解，往往是比较硬的，而且是流动的、非常薄的一层帖附在被润滑的表面。这些表面通常是要发生相对滑动。有些人推断，按这种理解，液体的这种化学合成是十分重要的，它们提出了这样的词“边界润滑”，边界润滑是和流体润滑相对的另一种润滑。 关于润滑的五种不同的润滑形式主要有 (1)无润滑润滑剂。 (2)流体膜润滑。 (3)干润滑。 (4)边界润滑。 (5)固体润滑。 无润滑润滑剂是指轴承的工作表面被一种相对比较厚的液体润滑剂分隔开，于是阻止了金属表面的直接接触，这样得到的这种稳定性就可以用一种理论来解释:润滑液在外压力下工作的理论，尽管这只是一种可能。但确实需要在任何时候都得提供的足够充分。这种挤压力是运动表面本身施加给润滑剂而产生的，当然这仍然是一种可能。这种由运动表面产生的挤压力产生了必要的压力来分隔工作表面来抵抗加在轴承上的载荷。所以，这种润滑也可以被叫做液体润滑。 还有一种润滑方式，那是一种特别的润滑剂，它有时是空气或水，当加在轴承上的外载荷足够高时，它就会以一种比较厚的状态分隔开相互相对运动的工作表面。所以，不象上面的那种润滑方式，并不需要两种工作表面一定发生相对运动。 第三种润滑方式是一种现象，这种现象是，一种润滑剂是用在发生相 -53- 哈尔滨理工大学学士学位论文 对转动的工作表面之间。比如说齿轮或者是滚动轴承。从数学上的解释就需要接触压力和流体机械的理论。 当轴承不得不在较高的温度下工作的时候，固体润滑剂例如合成物等，必须被使用，因为通常使用的润滑油在这种情况下都不能工作。目前，在这方面的研究正在实施，为了寻找到合成轴承的材料，并且有低损耗和小的热量产生的性能。 在有的轴承上，摇杆旋转或在轴承上转动，相对运动就是滑动。在一个自锁的轴承装置中，这种相对运动就是转动。其他的装置也可能是旋转或滑动。齿轮的齿啮合是转动与相对滑动的合成。活塞是相对于刚体的滑动，所有的这些应用都需要润滑剂来减小摩擦，降低能耗，减少热量的产生。 在有些轴承的应用领域是不太成熟的。有些有连接杆的轴承，比如说汽车发动机上的，必须在几千度高的高温下和各种不同性质的载荷下工作。这种轴承用在汽轮发动设备上可以说是稳定性接近100%。还有另一种极端的情况，在有些轴承有几千种应用，应对各种不同的载荷。其他的辅助设施就相对不重要了。需要的是一个简单的、容易安装的轴承。需要很少的甚至是不需要润滑剂。在这种情况下，有的轴承并不是最好的选择，因为成本和相近的公差。最近在轴承材料上的研究已有了一定的突破。随着对润滑的研究的知识的积累，设计出有良好工作状况和较高的稳定性的轴承已不是很遥远了。 -54-