高效节能单螺杆挤出机设计(附件)【字数：12928】
摘 要摘 要 如今，塑料制品的需求日益增长，而大多数塑料制品都需要塑料挤出机来帮助生产。双螺杆挤出机虽然产量高，功率消耗低，混合效果好，但是单螺杆挤出机结构简单、设计灵活、成本低廉，更具优势。只要通过结构优化而不是一味的增加电机功率使得产量提高，完全可以替代双螺杆挤出机。 本课题在通过查阅资料了解高效节能单螺杆挤出机的研究现状后，对高效节能单螺杆挤出机的功能定位及结构进行分析比较，最后对单螺杆挤出机进行了三维造型及结构优化。螺杆和机筒选用的是耐磨性好，疲劳强度高，并具有良好的耐热性及腐蚀性的。在挤压系统中，采用了新型螺杆设计，参考了分离型螺杆和屏障型螺杆，机筒也采用了衬套式的IKV机筒，能够提高工作效率。在加热系统中，采用了最新的纳米红外加热圈，能有效的节能并能很好的控制工作环境温度。最后在设计的基础上，对关键部分即螺杆进行了有限元分析和校核。关键词: 塑料；单螺杆；挤出机；高效；节能
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 挤出机基本原理 1
1.3 挤出机的分类及其特点 2
1.3.1 单螺杆挤出机 2
1.3.2 多螺杆挤出机 3
1.4 国内外研究状况 3
1.4.1 国内研究状况 3
1.4.2国外研究状况 4
1.5 本章小结 5
第二章 挤出机的总体方案确定 6
2.1 挤出机总体布局的基本要求 6
2.2 螺杆类型的确定 6
2.2.1 螺杆的选用原则 6
2.2.2 螺杆的分类 7
2.2.3 螺杆方案的确定 9
2.3 机筒类型的确定 9
2.3.1 机筒的结构分类 9
2.3.2 机筒方案的确定 11
2.4 本设计整体方案的确定 12
2.5本章小结 13
第三章 挤出机的整体设计 14
3.1 加工材料的基本特性 14
3.2 挤出系统螺杆和机筒的设计 14
3.2.1螺槽深度和压缩比的确定 14
3.2.2 螺距和螺纹升角的确定 19 style="display:inline-block;width:630px;height:85px" data-ad-client="ca-pub-6529562764548102" data-ad-slot="6284556726"> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({ });
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 挤出机基本原理 1
1.3 挤出机的分类及其特点 2
1.3.1 单螺杆挤出机 2
1.3.2 多螺杆挤出机 3
1.4 国内外研究状况 3
1.4.1 国内研究状况 3
1.4.2国外研究状况 4
1.5 本章小结 5
第二章 挤出机的总体方案确定 6
2.1 挤出机总体布局的基本要求 6
2.2 螺杆类型的确定 6
2.2.1 螺杆的选用原则 6
2.2.2 螺杆的分类 7
2.2.3 螺杆方案的确定 9
2.3 机筒类型的确定 9
2.3.1 机筒的结构分类 9
2.3.2 机筒方案的确定 11
2.4 本设计整体方案的确定 12
2.5本章小结 13
第三章 挤出机的整体设计 14
3.1 加工材料的基本特性 14
3.2 挤出系统螺杆和机筒的设计 14
3.2.1螺槽深度和压缩比的确定 14
3.2.2 螺距和螺纹升角的确定 19 style="display:inline-block;width:630px;height:85px" data-ad-client="ca-pub-6529562764548102" data-ad-slot="6284556726"> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({ });
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3.2.3三段式螺杆长度的确定 19
3.2.4螺纹断面设计 23
3.2.5螺杆头部的设计 25
3.2.6机筒筒壁厚度 26
3.2.7内衬料筒的沟槽设计 26
3.2.8料筒加料口截面设计 27
3.3 传动系统电机和联轴器的选择 28
3.3.1 电机的选择 28
3.3.2联轴器的选择 30
3.4 加热冷却系统加热器和冷却方式的选择 30
3.4.1 加热器的选择 30
3.4.2 冷却方式的选择 31
3.5本章小结 32
第四章 计算校核和有限元分析 33
4.1 螺杆的校核 33
4.2螺杆的有限元分析 35
4.3 机筒校核 36
4.4 机筒的有限元分析 37
4.5 本章小结 38
结论 39
致 谢 41
参考文献 42
第一章 绪论
1.1 研究背景
塑料显然已经成为当今世界四大材料（金属、木材、硅酸盐、塑料）之一,随着塑料制品的普及应用和产量增长,塑料机械的需求量也越来越大。根据相关部门的统计可以知道，有超过65%的塑料制品都是通过挤出机的挤出成型技术加工出来的，而且年增长率超过25%，是增长最快的产业之一。在十九世纪中叶时期发展起来的合成聚合物工业得到了迅猛的发展，促进了挤出机挤出加工成型技术的普及和升级，尤其是单螺杆和双螺杆挤出机的发展。虽然双螺杆比单螺杆产能高，发展快，但是由于成本过高，很多行业，例如量大面广、对成本要求严的塑料管材板材制造业，大多数塑料制造商依然采用单螺杆塑料挤出机。因为它的结构简单、设计灵活、成本低廉，而且生产效率高，是各种管材、板材、片材和异型材等加工成型所不可缺少的。只要挤出机的产量提高了，单位成品的耗能量减少，完全可以替代双螺杆挤出机。
目前，国内的单螺杆塑料挤出机的挤出产量还比较低，其挤出的产量远不及国外水平。随着人们对更高产量和高能效比的不断追求，高速化的挤出机已逐渐成为塑料挤出成型加工技术的发展方向。然而，普通单螺杆挤出机单纯地加大电机功率并改变减速比来提高现有普通单螺杆挤出机的螺杆转速，这是现有结构所不允许的，很容易造成塑机的损坏。因此，提供出一种新型的高效节能单螺杆挤出机设计就显得尤为重要。
1.2 挤出机基本原理
单螺杆挤出机的机械结构一般可以分为三个系统：传动系统、挤出系统和加热、冷却系统，塑料的挤出过程（如图1.1所示）：物料从料斗中靠自身重力进入机筒，经过螺杆和机筒的挤压作用进行输送，压缩，并进一步熔融，使物料处于完全均匀的塑化状态之后，再在机筒内压力作用的下从机头挤出，最后经过模具等的定型，冷却后制成所要加工制品。
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图1.1 挤出机工作原理
1.3 挤出机的分类及其特点
通常，单螺杆挤出机可以从结构上分为单螺杆挤出机和多螺杆挤出机两种，他们占据着挤出机市场的90%以上，本论文仅对这两种挤出机做一些简单的介绍。
1.3.1 单螺杆挤出机
单螺杆挤出机是市面上最重要的一类聚合物加工设备,其主要的特点是价格低廉,设计简单,可靠安全,并且有一个令人满意的性价比，很多大批量生产塑料制品的制造商都会去选择单螺杆挤出机来生产加工。单螺杆挤出机的螺杆一般分为三个不同的几何段，如图1.2所示：
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图1.2 单螺杆挤出机螺杆
第一段(最靠近进料口)的螺槽—般比较深，这段内的物料基本都还是固体，所以称为进料段。第三段(最靠近模头)的螺槽一般是比较浅的，这段中的物料大都已经熔融成了半固体半熔融的状态，称之为计量段或者均化段。第二段是连接进料段和均化段的，这段被称为压缩段或是熔融段。在大多数情况下，压缩段螺槽深度(或螺棱高度)是从进料段深度逐渐减少到计量段深度。
1.3.2 多螺杆挤出机
通常，平行双螺杆挤出机和锥形双螺杆挤出机是双螺杆挤出机的两种主要形式，其中平行双螺杆挤出机（如图1.3所示）应用较多。近几年以来,随着国内电子电器、通讯和汽车的快速发展,等材料改性和复合技术市场需求快速增长，高技术设备从最初发展到现在,平行双螺杆挤出机已经成为一个广受欢迎的设备。相比之下,锥形平行双螺杆挤出机（如图1.4所示）在国内的发展就较为缓慢，仅被小范围的运用在异型材成型加工和建筑门窗加工等小范围领域。因为双螺杆挤出机的产量比同规格的单螺杆挤出机高，混合效果也更优秀，加工出来产品质量高，而且大都采用的是积木式结构设计，方便依照不同材料的性质来进行结构上的调整，更好地提高产品的质量。
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