Φ90錐盤式廢舊橡膠粉碎機(jī)螺桿部分設(shè)計

鐘尉 賈磊

【摘 要】廢橡膠粉碎機(jī)是螺桿擠出機(jī)的一種，它是橡膠再生過程的主要設(shè)備之一，一般擠出機(jī)有五大部分組成：擠出部分；傳動部分；機(jī)頭；加熱冷卻系統(tǒng)；電氣控制系統(tǒng)。擠出機(jī)的基本工作過程：帶狀膠料加入加料口后，在旋轉(zhuǎn)螺桿的作用下，膠料被搓成團(tuán)狀沿螺桿槽滾動前進(jìn)，因螺桿的剪切、壓縮和攪拌作用膠料受到進(jìn)一步的混煉和塑化，溫度和壓力逐步提高，呈現(xiàn)出粘流狀態(tài)，以一定的壓力和溫度通過機(jī)頭，最后得到所需的一定形狀的半成品。

【關(guān)鍵詞】廢橡膠；粉碎；擠出機(jī)；螺桿；機(jī)筒；機(jī)頭

引言：

近年來，我國擠出機(jī)械工業(yè)通過引進(jìn)技術(shù)，合資生產(chǎn)，自主開發(fā)以及消化吸收創(chuàng)新國產(chǎn)化等工作，有了顯著的進(jìn)步和發(fā)展。擠出機(jī)制造廠在他們的顧客推動下不斷的提高他們的產(chǎn)品性能規(guī)定必須通過優(yōu)化螺桿和機(jī)筒配置，用層流流體力學(xué)的定律設(shè)計擴(kuò)展開機(jī)頭和口型來提高產(chǎn)品性能。充分利用三維仿形和有限元分析縮短了產(chǎn)品的改進(jìn)周期，所作的一切是為了完成一個簡單的任務(wù)：擠出制品。

擠出設(shè)備功能的擴(kuò)展，使每一臺擠出設(shè)備都成為整個全自動化生產(chǎn)技術(shù)系統(tǒng)的一個有機(jī)組成部分。擠出設(shè)備正不斷向著多元化，綜合化，現(xiàn)代化的方向發(fā)展。由單一的基礎(chǔ)設(shè)備發(fā)展成為具有粉碎，廢橡膠處理，廢塑料處理功能的多用途擠出機(jī)械。

本次設(shè)計的廢橡膠粉碎機(jī)的主要用途是教學(xué)和科學(xué)研究，在機(jī)械的設(shè)計制造過程中也要十分精確，以達(dá)到教學(xué)和科學(xué)研究的目的。

1.螺桿直徑及長徑比

本設(shè)計螺桿直徑D=90mm 長徑比是螺桿工作部分長度L與直徑D之比。L/D較大，有利于膠料的均勻混合和塑化，并可使膠料升溫過程變得緩和，為提高螺桿轉(zhuǎn)速提供了可能性，有利于提高產(chǎn)量；但L/D過大，螺桿機(jī)加工的難度也增大，功率消耗也相應(yīng)增加，易焦燒，還會造成螺桿端部與機(jī)筒之間的間隙不均，嚴(yán)重時產(chǎn)生與襯套刮研，影響設(shè)備的使用和產(chǎn)量。

經(jīng)分析，并考慮到機(jī)器直徑較大，本設(shè)計選長徑比為L/D=7，L=630mm

2.材料與技術(shù)要求

螺桿由優(yōu)質(zhì)的氮化鋼制成，其表面進(jìn)行氮化或淬火處理。螺桿材料優(yōu)先選用38CrMoAlA鋼，也可選用40Cr鋼或45號鋼。用38CrMoAlA制造的螺桿，其基本硬度HRC>45，鍍鉻層硬度為HRC60～65。

本設(shè)計螺桿材料選用38CrMoAlA鋼。

對螺桿的基本技術(shù)要求如下：

（1）具有良好的塑化能力和較好的自潔性；

（2）具有較高的生產(chǎn)能力，且能在較低溫度下完成擠出作業(yè)；

（3）能建立起足夠的壓力，并能實現(xiàn)穩(wěn)定的擠出作業(yè)；

（4）具有廣泛的適應(yīng)性，可適用于多種膠料的擠出作業(yè)；

（5）集郵良好的耐磨性和一定的耐化學(xué)腐蝕性；

（6）具有能排除氣體和揮發(fā)物的能力；

（7）具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度、剛度和良好的加工性能。

3.螺桿類型

按螺紋頭數(shù)分為：單頭、雙頭、多頭、和復(fù)合螺紋螺桿四種。

按螺紋方向分為：左旋和右旋兩種。

按螺桿的外形分為：圓柱形、圓錐形和復(fù)合形三種。

按螺紋形式分為：等距等深型、等深不等距型、等距不等深型和復(fù)型螺紋螺桿四種。等深等距型螺桿擠出一般H=（0.18～0.25）D， 當(dāng)H減小時，剪切速率增加，增強(qiáng)膠料的塑化和混煉效果，但膠料的溫升較大，產(chǎn)量較低。取螺桿的末端=30mm，螺桿的頭部=20mm

4.螺桿結(jié)構(gòu)參數(shù)

4.1螺桿長徑比L/D及螺紋溝槽深度

前面已選L/D=7，螺槽深度H是一個重要參數(shù)，它對擠出物的素化和混煉質(zhì)量、機(jī)器的生產(chǎn)率和功率消耗以及螺桿的強(qiáng)度等都有直接影響。

螺桿的壓縮比取決于膠料的物理壓縮比，物理壓縮比是指膠料進(jìn)入加料口前與從擠出段出來后膠料的比容之比，它表示膠料壓實的程度，其值與膠料性質(zhì)、加工條件及膠料在螺槽中的填充程度有關(guān)。

熱喂料擠出機(jī)的螺桿壓縮比一般為1.3～1.5，冷喂料螺桿的壓縮比為1.7～2.1。

4.2.壓縮比

螺桿的壓縮比是指喂料口處螺紋溝容積與擠出段最后一個螺紋溝槽容積之比。

半制品致密性差；等距不等深型螺桿能使膠料均勻壓實，膠料受剪切力大，發(fā)熱量大，當(dāng)螺紋的壓縮比過大時，對螺桿喂料段的機(jī)械強(qiáng)度有頗大的影響；等深不等距型不影響螺桿不影響螺桿的機(jī)械強(qiáng)度，膠料塑化均勻，但加工困難；復(fù)合型螺紋的螺桿在螺桿的工作部分不同段的螺紋頭數(shù)和形式，多用于特殊用途的擠出機(jī)上。

綜合以上考慮本設(shè)計采用單頭、右旋、等距不等深、圓柱形螺桿。

4.3.螺紋導(dǎo)程和升角

螺紋導(dǎo)程影響到螺紋溝槽的有效容積。在S增大時，吃料容易，輸送膠料能力高，產(chǎn)量也隨之增加。S減小時，軸向壓力增大，膠料在機(jī)筒內(nèi)停留的時間增加，塑化均勻，半制品的質(zhì)量好，但螺紋溝槽容積減小，產(chǎn)量下降。過大的S會造成膠料塑化不均，影響擠出半制品的質(zhì)量。

螺紋導(dǎo)程與螺紋升角的關(guān)系為：

本設(shè)計采用螺紋升角=18°，

≈92mm

4.4.螺峰的軸向?qū)挾?/p>

螺峰的軸向?qū)挾葧绊懧菁y溝槽的容積，導(dǎo)致產(chǎn)量和功率消耗的變化。在保證強(qiáng)度的前提下，螺峰軸向?qū)挾热⌒⌒楹?。一般軸向?qū)挾萫=（0.06～0.08）D

則e=9～12mm，取e=10mm

4.5.螺紋斷面形狀

常見的斷面形狀有矩形斷面、梯形斷面、鋸齒形斷面。由于鋸齒形螺紋斷面具有較高的強(qiáng)度和輸送能力，所以本設(shè)計采用鋸齒形斷面。

4.6.螺桿頭部形狀

螺桿頭部形狀的選擇應(yīng)有利于膠料的流動，防止產(chǎn)生死角，避免膠料焦燒。常見的頭部形狀有球頭形、錐形頭、彈形頭、平頭。本設(shè)計采用錐形頭，且螺桿與螺桿頭部采用螺紋聯(lián)接并在螺桿上銑花鍵。

5.螺桿強(qiáng)度校核

5.1.剪切應(yīng)力的計算：

（式中—螺桿剪切應(yīng)力；—螺桿的扭矩；—抗扭截面模量。）

（式中—電機(jī)最大功率；—螺桿最大轉(zhuǎn)速； —機(jī)械傳動效率，取0.7～0.8）

抗扭截面模量如下：

5.2壓應(yīng)力計算

5.3.彎曲應(yīng)力計算

（式中—最大彎曲應(yīng)力；—在L/2處由重力G引起

的最大彎矩，，G—螺桿伸出段的重量，G=50Kg；L—螺桿伸出段長度，L=630mm；—抗彎截面模量，）

5.4.強(qiáng)度條件

按第三強(qiáng)度理論，螺桿受扭、壓、彎聯(lián)合作用，其強(qiáng)度條件為：

（式中—材料的許用應(yīng)力；—材料的屈服限；—材料的

安全系數(shù)，取=3～3.5。）

實際上螺桿自重引起的彎曲應(yīng)力比剪切應(yīng)力和壓應(yīng)力小得多，故可忽略不計，則。

于是=73.78

=163.33MPa

因為<，所以螺桿的強(qiáng)度合格。

總結(jié)

通過此次對粉碎機(jī)螺桿的設(shè)計，我初步了解粉碎機(jī)的發(fā)展歷史，以及目前的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。加深了對基礎(chǔ)知識的理解和應(yīng)用，從中學(xué)到許多新知識和解決問題的思路和方法，拓寬了知識面。加深了對設(shè)計過程的理解，從查閱搜集資料、設(shè)計方案、計算數(shù)據(jù)、繪制草圖、裝配圖以及零件圖。提高了綜合運(yùn)用各科知識和手頭工具，分析問題、解決問題的能力，對以后工作起到良好的鋪墊。

參考文獻(xiàn)：

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