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摘要
煉膠設(shè)備是橡膠工業(yè)中的通用設(shè)備,在所有橡膠制品加工中都必須經(jīng)過煉膠加工工序。因此,煉膠設(shè)備是橡膠機(jī)械中重要的設(shè)備之一。目前的煉膠設(shè)備主要有開煉機(jī)、密煉機(jī)(間歇式生產(chǎn),目前通用),連續(xù)混煉擠出機(jī)(連續(xù)式生產(chǎn),橡膠方面正在研究之中,塑料方面已工業(yè)化)。
在橡膠工業(yè)中,混煉車間是整個(gè)行業(yè)的核心,是橡膠工廠最重要的部門,也是能源消耗大戶,占全廠40%,也是目前重點(diǎn)節(jié)能的部門或工序之一。它包括烘箱、切膠機(jī)、開煉機(jī)、密煉機(jī)及其輔機(jī)。近年來,國外橡膠工業(yè)有了迅速的發(fā)展,不僅在各個(gè)加工技術(shù)方面有相當(dāng)?shù)倪M(jìn)步,而且設(shè)備方面有很大的發(fā)展,廣泛地應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)管理和控制煉膠作業(yè),大大地提高了煉膠系統(tǒng)地自動(dòng)化水平,同時(shí)也引起了煉膠系統(tǒng)的變化。
多年來,國外對煉膠系統(tǒng)的技術(shù)改革實(shí)踐證明:首先改革煉膠機(jī)及其裝置,并使之現(xiàn)代化,以取得較高的勞動(dòng)生產(chǎn)率、較高的效率和煉膠作業(yè)最佳化,才能真正實(shí)現(xiàn)煉膠系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新。經(jīng)過多年的改革,當(dāng)代煉膠系統(tǒng)尤其是輪胎廠的煉膠系統(tǒng)已發(fā)展成自動(dòng)化水平較高的工程系統(tǒng)。
開放式煉膠機(jī)簡稱開煉機(jī),開煉機(jī)是橡塑工業(yè)中使用歷史最悠久的加工設(shè)備之一。隨著橡塑工業(yè)的產(chǎn)生而誕生,隨著橡塑工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展。成為橡塑工業(yè)中加工橡膠、塑料的常用設(shè)備之一,也是基本設(shè)備之一。據(jù)初略統(tǒng)計(jì),目前我國每年生產(chǎn)開煉機(jī)5000臺。每年還有一定量的開煉機(jī)供出口到東南亞等地區(qū)。
它主要用于天然橡膠的塑煉,生膠與配合劑的混煉,或用作膠料的熱煉和膠料的壓片之用。它主要由輥筒、機(jī)座、機(jī)架、傳動(dòng)齒輪、潤滑裝置、加熱與冷卻裝置、輥溫調(diào)節(jié)裝置、安全制動(dòng)裝置及電動(dòng)機(jī)、減速器等組成。其輥筒采用冷硬鑄鐵制成,其表面經(jīng)過磨削而形成光滑的表面。輥筒內(nèi)部為空心結(jié)構(gòu),根據(jù)使用要求,通入蒸汽或者冷卻水進(jìn)行冷卻。
為了調(diào)節(jié)煉膠過程中輥筒的溫度,通過進(jìn)水管把水導(dǎo)入輥筒內(nèi)腔,溢流從輥筒一端的喇叭孔進(jìn)入溢流槽再排出。為了操作上的安全,在開煉機(jī)的上端裝有安全拉桿,當(dāng)拉動(dòng)拉桿后,便自動(dòng)切斷電源,通過電磁抱閘而自動(dòng)停車。為防止膠料從輥筒兩端擠入輥筒軸承部位,裝有擋膠板。
關(guān)鍵詞: 開煉機(jī)、輥筒、輥筒軸承、機(jī)座、安全制動(dòng)裝置、加熱與冷卻裝置
Abstract
The complete design of a machine is a complex process. The machine design is a creative work. Project engineer not only must have the creativity in the work, but also must in aspect and so on mechanical drawing, kinematics, engineering material, materials mechanics and machine manufacture technology has the deep elementary knowledge
One of the first steps in the design of any product is to select the material from which each part is to be made. Numerous materials are available to today's designers. The function of the product, its appearance, the cost of the material, and the cost of fabrication are important in making a selection. A careful evaluation of the properties of a. material must be made prior to any calculations.
。
Careful calculations are necessary to ensure the validity of a design. In case of any part failures, it is desirable to know what was done in originally designing the defective components. The checking of calculations (and drawing dimensions) is of utmost importance. The misplacement of one decimal point can ruin an otherwise acceptable project. All aspects of design work should be checked and rechecked.
If front sues, the machine design goal is the production can meet the human need the product. The invention, the discovery and technical knowledge itself certainly not necessarily can bring the advantage to the humanity, only has when they are applied can produce on the product the benefit. Thus, should realize to carries on before the design in a specific product, must first determine whether the people do need this kind of product.
Must regard as the machine design is the machine design personnel carries on using creative ability the product design, the system analysis and a formulation product manufacture technology good opportunity. Grasps the project elementary knowledge to have to memorize some data and the formula is more important than. The merely service data and the formula is insufficient to the completely decision which makes in a good design needs. On the other hand, should be earnest precisely carries on all operations. For example, even if places wrong a decimal point position, also can cause the correct design to turn wrongly. A good design personnel should dare to propose the new idea, moreover is willing to undertake the certain risk, when the new method is not suitable, use original method. Therefore, designs the personnel to have to have to have the patience, because spends the time and the endeavor certainly cannot guarantee brings successfully. A brand-new design, the request screen abandons obsoletely many, knows very well the method for the people. Because many person of conservativeness, does this certainly is not an easy matter. A mechanical designer should unceasingly explore the improvement existing product the method, should earnestly choose originally, the process confirmation principle of design in this process, with has not unified it after the confirmation new idea.
China is the world's first national machinery development. Chinese mechanical engineering technology not only has a long history and splendid achievements in Chinese is not only the material culture and social economic development plays an important role in the world, and to promote the progress of civilization, technology has made great contribution to Chinese traditional machine. And in a long period ahead in the world. In modern times, especially from the early 18th century, due to the nineteen forties, due to the economic and social reasons, such as the China machinery industry, stagnation, in the 100 years is western bourgeois political revolution and industrial revolution, mechanical science and technology is developing rapidly, and far more than the level of China. So, China mechanical development level and the western gap widens, sharply to the 19th century middle behind western one hundred years.
Keywords:machine manufacture technology, original method,drawing dimensions,industrial revolution
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目錄
目 錄
第一章 緒論 1
1.1 開煉機(jī)的工作原理 1
1.2開煉機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 1
1.3 控制方式智能 1
1.4 開煉機(jī)結(jié)構(gòu)形式的歷史發(fā)展與現(xiàn)狀 3
第二章 主要性能參數(shù)的確定 4
2.1 主要參數(shù)的確定 4
2.2 傳動(dòng)原理圖 4
2.3 電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)的選擇 4
2.4 速比齒輪的確定 5
2.5 傳動(dòng)齒輪的確定 6
第三章 主要零部件的設(shè)計(jì) 7
3.1 輥筒的設(shè)計(jì) 7
3.2 橫梁和機(jī)架 7
3.3 潤滑系統(tǒng) 8
3.4制動(dòng)裝置 13
第四章 調(diào)距裝置 16
4.1 調(diào)距螺桿的計(jì)算 16
4.2 螺桿螺紋的自鎖條件 24
4.3 螺母計(jì)算 25
第五章 輥溫調(diào)節(jié)裝置 35
5.1 輥筒冷卻計(jì)算 35
5.2實(shí)際冷卻水消耗的確定
5.3冷卻水管進(jìn)水管直徑的計(jì)算
總結(jié)
參考文獻(xiàn) 38
致 謝 39
第一章 緒論
第一章 緒論
1.1 開煉機(jī)的工作原理
各種配合劑均勻混合在一起?這是因?yàn)殚_煉機(jī)在煉膠過程中主要是依靠兩個(gè)相對回轉(zhuǎn)的輥筒對膠料產(chǎn)生擠壓、剪切作用,經(jīng)過多次捏煉,以及捏煉過程中伴隨的化學(xué)作用,將橡膠內(nèi)部的大分子鏈打斷,使膠料內(nèi)部的各種成分摻和均勻,而最后達(dá)到煉膠的目的。從輥筒間隙中排除的膠片,由于兩個(gè)輥筒表面速度和溫度的差異而包覆在一個(gè)輥筒上,重新返回兩輥間,這樣多次往復(fù),完成煉膠作用。在塑煉時(shí)促使橡膠的分子鏈由長變短。彈性由大變小;在混煉時(shí)促使膠料各組分表面不斷更新,均勻混合。在間歇操作的開煉機(jī)上,加料后膠料反復(fù)通過輥距數(shù)次,最后切割下片。在用作連續(xù)操作的開煉機(jī)上,膠料從輥筒的一端連續(xù)的加入,按煉膠工藝規(guī)定的時(shí)間反復(fù)通過輥筒數(shù)次,從輥筒的另一端連續(xù)切割所要求膠條。那么,膠料在開煉機(jī)上加工時(shí),應(yīng)具備哪些條件才能得到良好的煉膠效果呢?我們將從兩個(gè)方面進(jìn)行討論,即分別從力學(xué)角度和流變學(xué)角度加以討論。
輥筒速比,輥筒間距,物料容量,操作方式,加工溫度,捏煉時(shí)間等多種因素影響著開煉機(jī)塑化與混合均化物料的效果。
為使物料承受較大的機(jī)械剪切作用,開煉機(jī)的兩個(gè)輥筒之間須保持一定程度的速度差異。輥距一定時(shí),較大的輥筒速度差,可以提高開煉機(jī)對物料的剪切速率。另外,輥筒間距的大小也明顯地影響著開煉機(jī)剪切,擠壓物料的效果。在輥筒速度差值不變的條件下,輥筒間距愈小,其機(jī)械塑化與混合物料的就愈小。
對每一個(gè)加工過程來說,當(dāng)投放的批料物料包裹于一個(gè)輥筒表面之后,在兩個(gè)輥距的上方仍然存有一定數(shù)量的堆積料,這些積料隨著轉(zhuǎn)動(dòng)的輥筒不斷的被帶入輥隙中去,而新的積料又逐漸形成,積料的存在對于提高捏煉物料的質(zhì)量與效率來說影響很大。但是這部分積料的容量必須適當(dāng),若堆積的物料過多,則會使部分物料只是在原處輕微抖動(dòng)而不能順利地進(jìn)入輥隙去承受應(yīng)有的機(jī)械作用,因此影響了批量整體物料捏煉的均勻性,并使加工周期延長,物料散熱困難而升溫;若堆積的物料偏少,則又導(dǎo)致操作過程的不穩(wěn)定。
開煉機(jī)在捏煉物料過程中,只有當(dāng)其接觸角小于摩擦角時(shí),物料方可被轉(zhuǎn)動(dòng)的輥筒帶入到輥隙中去,這是開煉機(jī)加工物料的先決條件。
間歇煉膠過程圖
1-加料 2-捏煉 3-切割膠料
連續(xù)煉膠過程圖
1-切膠刀 2-帶狀膠條
1.2開煉機(jī)的結(jié)構(gòu)形式
開煉機(jī)雖然都是通過電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),但由于制造年代和使用工藝條件的不同,傳動(dòng)結(jié)構(gòu)各式各
樣,其中主要包括開式傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、閉式傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和雙聯(lián)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。
(1) 開式傳動(dòng)結(jié)構(gòu)
早期開煉機(jī)普遍采用開式傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。開式傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡單,造價(jià)低廉,傳動(dòng)部分分散,安裝調(diào)整繁瑣。輥筒軸承通常采用銅或尼龍材質(zhì)的滑動(dòng)軸承,調(diào)距方式多為手動(dòng)。前后輥筒速比通過安裝在輥筒一端的速比齒輪來實(shí)現(xiàn)。由于前后輥筒的動(dòng)力直接靠速比齒輪傳遞,而且生產(chǎn)過程中輥距需要調(diào)整,造成了速比齒輪的嚙合不能處于理想狀態(tài),因此開式傳動(dòng)開煉機(jī)的傳動(dòng)齒輪壽命較短,傳動(dòng)效率較低。
(2) 閉式傳動(dòng)結(jié)構(gòu)
20世紀(jì)七八十年代出現(xiàn)了閉式傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的開煉機(jī),并迅速得到了用戶的認(rèn)可和推廣,成為當(dāng)時(shí)開煉機(jī)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)形式。閉式傳動(dòng)結(jié)構(gòu)開煉機(jī)將傳動(dòng)部分完全統(tǒng)一起來,把傳動(dòng)齒輪及速比齒輪全部集中到一個(gè)箱體內(nèi),減速機(jī)采用雙軸輸出,輸出軸與輥筒之間靠萬向聯(lián)軸器連接。閉式傳動(dòng)結(jié)構(gòu)較開式傳動(dòng)結(jié)構(gòu)有了很大的進(jìn)步。首先,將傳動(dòng)部分集中統(tǒng)一起來,便于安裝和維修,而且齒輪的嚙合精度和整機(jī)的機(jī)械效率大大提高,既延長了設(shè)備使用壽命,又降低了無用功的消耗;其次,設(shè)備承載能力大大提高。輥筒軸承多采用圓柱滾動(dòng)軸承,運(yùn)轉(zhuǎn)更加平穩(wěn),使用壽命更長,不必經(jīng)常更換軸承,減少了設(shè)備維護(hù)維修的工作量。
(3) 雙聯(lián)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)
雙聯(lián)傳動(dòng)開煉機(jī)是我國近幾年開發(fā)出的一種特殊結(jié)構(gòu)的開煉機(jī)(見圖1),它由1臺主電機(jī)和1臺減速機(jī)驅(qū)動(dòng),減速機(jī)的雙側(cè)輸出軸各驅(qū)動(dòng)兩個(gè)輥筒,減速機(jī)與輥筒之間通過齒型聯(lián)軸器連接。雙聯(lián)傳動(dòng)開煉機(jī)可以根據(jù)用戶要求使兩端的輥筒產(chǎn)生不同的速比,從而實(shí)現(xiàn)不同的煉膠工藝要求,而且兩側(cè)機(jī)體相距較近,縮短了膠料運(yùn)輸行程,提高了膠料混煉效率。雙聯(lián)傳動(dòng)開煉機(jī)已經(jīng)得到越來越多的用戶認(rèn)可。除上述3種結(jié)構(gòu)形式外,為滿足一些特殊使用環(huán)境及工藝要求,又陸續(xù)產(chǎn)生了整體式、角式傳動(dòng)和雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)等多種結(jié)構(gòu)形式開煉機(jī),大大豐富了開煉機(jī)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)類型,提高了開煉機(jī)的應(yīng)用范圍,極大地滿足了不同用戶的各種使用要求。
1.3 控制方式智能化
在開煉機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)生重大變化的同時(shí),開煉機(jī)控制方式也更加趨于完善,開始重視控制系統(tǒng)的安全、高效、合理和智能化。以往開煉機(jī)的控制系統(tǒng)只針對單機(jī)進(jìn)行操作,極少與其它設(shè)備進(jìn)行通訊,設(shè)備的控制和操作非常麻煩。目前,由于計(jì)算機(jī)控制工程的不斷發(fā)展,一些新技術(shù)被不斷應(yīng)用到機(jī)械產(chǎn)品中,開煉機(jī)實(shí)現(xiàn)了程序控制,并與前后配套設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)了通訊控制,可以根據(jù)生產(chǎn)線的工作情況確定啟動(dòng)、停止、緊急制動(dòng)、調(diào)整輥筒線速度或自動(dòng)調(diào)整輥距等工作狀態(tài),甚至在相對惡劣的工作條件下實(shí)現(xiàn)無人看守。開煉機(jī)實(shí)現(xiàn)智能控制既可以提高生產(chǎn)效率,又可以避免一些安全事故的發(fā)生。
1.4 開煉機(jī)結(jié)構(gòu)形式的歷史發(fā)展與現(xiàn)狀
我國規(guī)?;a(chǎn)化工機(jī)械設(shè)備起步較晚。其中,開煉機(jī)的生產(chǎn)始于20世紀(jì)50年代,生產(chǎn)技術(shù)基本是沿襲前蘇聯(lián)的,規(guī)格只有Φ400,Φ450和Φ560等少數(shù)幾種,結(jié)構(gòu)形式以開式傳動(dòng)為主。80年代,隨著我國機(jī)械工業(yè)的飛速發(fā)展和全球經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇,汽車、石油以及高分子材料等工業(yè)得到迅猛發(fā)展,帶動(dòng)了相關(guān)行業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大,一些新工藝、新設(shè)備也隨之應(yīng)運(yùn)而生,特別是橡膠行業(yè),不斷開發(fā)出各種新型橡膠生產(chǎn)設(shè)備,開煉機(jī)的產(chǎn)品規(guī)格和結(jié)構(gòu)形式也有了極大發(fā)展,主要表現(xiàn)在產(chǎn)品規(guī)格系列化、結(jié)構(gòu)形式多樣化和控制方式智能化。
開煉機(jī)的應(yīng)用范圍在不斷拓展,其產(chǎn)能配套情況必須隨使用要求而定,絕大多數(shù)情況下,開煉機(jī)生產(chǎn)只是產(chǎn)品生產(chǎn)的一個(gè)中間環(huán)節(jié),需要與它生產(chǎn)設(shè)備組合成生產(chǎn)線配套使用樣,開煉機(jī)的生產(chǎn)能力就必須滿足生產(chǎn)線中各配套設(shè)備的產(chǎn)能要求,而與開煉機(jī)配套的密煉機(jī)、壓延機(jī)等設(shè)備規(guī)格較多,產(chǎn)能也各不相同,因此,為滿足使用要求,我國又陸續(xù)開發(fā)出了Φ360,Φ550,Φ610,Φ660和Φ710等多種規(guī)格開煉機(jī),并且每種規(guī)格都形成了系列以滿足不同的速度速比及潤滑和安全防護(hù)方式等方面的要求。
在開煉機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)生重大變化的同時(shí),開煉機(jī)控制方式也更加趨于完善,開始重視控制系統(tǒng)的安全、高效、合理和智能化。以往開煉機(jī)的控制系統(tǒng)只針對單機(jī)進(jìn)行操作,極少與其它設(shè)備進(jìn)行通訊,設(shè)備的控制和操作非常麻煩。目前,由于計(jì)算機(jī)控制工程的不斷發(fā)展,一些新技術(shù)被不斷應(yīng)用到機(jī)械產(chǎn)品中,開煉機(jī)實(shí)現(xiàn)了程序控制,并與前后配套設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)了通訊控制,可以根據(jù)生產(chǎn)線的工作情況確定啟動(dòng)、停止、緊急制動(dòng)、調(diào)整輥筒線速度或自動(dòng)調(diào)整輥距等工作狀態(tài),甚至在相對惡劣的工作條件下實(shí)現(xiàn)無人看守。開煉機(jī)實(shí)現(xiàn)智能控制既可以提高生產(chǎn)效率,又可以避免一些安全事故的發(fā)生。
目前我國開煉機(jī)的技術(shù)水平和安全性能正在接近國際先進(jìn)水平,但隨著與之相配套設(shè)備及相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展,開煉機(jī)設(shè)備在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面仍然存在著很大的發(fā)展空間。
27
第二章 主要參數(shù)的選取與計(jì)算
第二章 主要參數(shù)的選取與計(jì)算
2.1 主要參數(shù)確定:
開煉機(jī)的規(guī)格:φ400×1000
前輥筒線速度:18.46m/min
輥筒速比:1:1.27
電機(jī)功率:45KW
一次性投料量:20-35kg
2.2 傳動(dòng)原理圖:
1、速比齒輪 2、滾動(dòng)軸承 3、后輥筒 4、傳動(dòng)系統(tǒng) 5、減速器 6、電動(dòng)機(jī) 7、前輥筒
、
2.3 電動(dòng)機(jī)和減速器的選擇
常用電動(dòng)機(jī)為三相異步電動(dòng)機(jī),一般選用鼠籠式轉(zhuǎn)子封閉自扇冷式異步電機(jī),也有選用繞線式異步電動(dòng)機(jī)的,后者啟動(dòng)性能比前者好,但可靠性差,價(jià)格高,前者結(jié)構(gòu)簡單,防塵啟動(dòng)性能雖然不如繞線式異步電動(dòng)機(jī)來得大,但由于開煉機(jī)多是空車啟動(dòng)的,故啟動(dòng)性能可以滿足開煉機(jī)的要求。
由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算功率得
N=KN·L·V(1+f)2=×1.00×92=41.14KW
選擇電機(jī)為Y280M-8 封閉式三相異步電動(dòng)機(jī) 電壓為380伏
其中:電機(jī)轉(zhuǎn)速980r/min,額定功率45KW
2.4.1速比齒輪的參數(shù)確定
前后輥筒速比速比是1:1.27,中心距a=700mm。
傳遞扭矩是通過速比齒輪傳遞的。當(dāng)速比很小時(shí),可近似認(rèn)為兩輥筒扭矩相等,速比齒輪扭矩之和即大驅(qū)動(dòng)齒輪扭矩:MK=MK1+MK2
材料選擇:小齒輪為45#鋼 調(diào)質(zhì)處理 HBS=236HBS
大齒輪為45#鋼 正火處理 HBS=189.5HBS
選取齒輪模數(shù)為m=12
中心距a=700mm
齒頂高
齒根高
齒全高
齒頂圓直徑
查表得齒寬系數(shù)為:φd=0.6
所以齒寬b=φd·d1=280mm
2.4.2 強(qiáng)度校核
⑴ 按接觸強(qiáng)度校核
查表得,使用系數(shù);
根據(jù),7級精度,動(dòng)載系數(shù) ;
由于是直齒輪,;
查表用插值法查得7級精度、小齒輪懸臂布置時(shí)
故載荷系數(shù)
查表得
MPa,
MPa;
588 MPa,
544.5 MPa
取兩者小值為許用應(yīng)力
齒頂圓壓力角:
28.36°
26.96°
1.001
查表 區(qū)域系數(shù)
=
=228.7MPa<544MPa
校核安全
⑵ 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核
查表得
另取
求得
其中 S=1
經(jīng)校核安全
2.5.1 傳動(dòng)齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
大齒輪 45#鋼 調(diào)質(zhì) HBS=236 HBS
小齒輪 45#鋼 調(diào)質(zhì) HBS=189.5 HBS
齒數(shù)比
初步確定
所以
全齒高 h=2.25m=11.25mm
齒距
頂隙 mm
工作高度
齒頂圓直徑
齒底圓直徑
齒輪轉(zhuǎn)速 小齒輪 v=99 r/min
大齒輪 v=19.8 r/min
齒寬
2.5.2 強(qiáng)度校核
⑴ 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核
選齒輪精度等級為8級,按電機(jī)驅(qū)動(dòng)載荷平穩(wěn)而取KA=1.0
根據(jù),8級精度,動(dòng)載系數(shù) ;
由于是直齒輪,;
查表用插值法查得8級精度、小齒輪懸臂布置時(shí)
故載荷系數(shù)
取
查表得 , ;
MPa,MPa;
642 MPa,654.5 MPa
兩者小值為許用應(yīng)力
齒頂圓壓力角:
28.36°
26.96°
=
=1.68
查表 區(qū)域系數(shù)
=
=356.4MPa<654.5MPa
校核安全
⑵ 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核
查表得
另取
求得
其中 S=1.0
經(jīng)校核安全
第三章 主要零部件的設(shè)計(jì)
第三章 主要零部件的設(shè)計(jì)
3.1 輥筒的設(shè)計(jì)
開煉機(jī)的輥筒是其完成作業(yè)的主要部件,它直接參與煉膠過程,所以,它對開煉機(jī)性能的影響很大,因此,對開煉機(jī)輥筒的設(shè)計(jì)、制造和使用非常重要。
輥筒的材料一般采用冷硬鑄鐵,它的特點(diǎn)是內(nèi)部韌性好、強(qiáng)度大、表面層的組織硬、耐磨損,同時(shí)輥筒還要求有足夠的強(qiáng)度和剛度,以保證輥筒的正常使用而不會被損壞,與此同時(shí),輥筒表面還要求較大的硬度、耐磨性、耐化學(xué)腐蝕和抗剝落性,同時(shí)要有合理的幾何形狀來盡可能地消除應(yīng)力集中,其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)有利于制造。除上述特點(diǎn)外,輥筒要求有良好的導(dǎo)熱性。
3.1.1輥筒的主要結(jié)構(gòu)
冷硬鑄鐵輥筒分為普通冷硬鑄鐵和合金冷硬鑄鐵,本次設(shè)計(jì)取用普通冷硬鑄鐵。
輥筒結(jié)構(gòu)有兩種:中空結(jié)構(gòu)和圓周鉆孔結(jié)構(gòu),本次設(shè)計(jì)中取用中空結(jié)構(gòu)。
輥筒的主要結(jié)構(gòu)及主要尺寸如下圖4.1所示:
圖4.1 輥筒結(jié)構(gòu)及主要尺寸
3.1.2橫壓力計(jì)算
輥筒受力分析:
開煉機(jī)的輥筒工作時(shí)受到很大的橫壓力、摩擦力和溫度應(yīng)力,同時(shí)還包括速比齒輪的作用力。因此要精確計(jì)算橫壓力值是很困難。通常是以測定后計(jì)算輥筒每厘米長度上的橫壓力的值作為設(shè)計(jì)依據(jù).
膠料對輥筒的徑向作用力為P(橫壓力),P要分為水平分力PX與垂直分力PY,如圖所示。
其中
式中 P——橫壓力,kg;
PY——垂直橫壓力,kg;
PX——水平橫壓力,kg;
α合——橫壓力的合力角。取α合=100 。
由測定得出PX后可求P值;
單位橫壓力PX的確定:
工程上,一般采用經(jīng)驗(yàn)公式
式中 f——速比;
D——輥筒工作部分直徑,cm ;
Kp——剪切系數(shù),㎏/cm2
由經(jīng)驗(yàn)取推薦單位橫壓力為900㎏/cm 。
所以總橫壓力 kg
3.1.3 輥筒計(jì)算
開煉機(jī)輥筒在膠料的橫壓力作用下產(chǎn)生很大的彎曲應(yīng)力,而齒輪作用力與輥筒重量僅占受力總值的10%左右,為了簡化計(jì)算,這部分的為一般可忽略不計(jì)。這樣,就可按橫壓力,溫度應(yīng)力和由扭矩產(chǎn)生的剪切應(yīng)力進(jìn)行粗略計(jì)算,以確定輥筒尺寸。輥筒計(jì)算可按下列向個(gè)步驟進(jìn)行
⑴ 彎矩的計(jì)算:
輥筒總橫壓力P按下式計(jì)算:
㎏
支點(diǎn)反力RA、RB為:
㎏
中間截面的彎矩為:
㎏·㎝
式中 P——單位橫壓力,㎏/㎝;
PX——水平單位橫壓力,kg;
RA、RB——軸承的支點(diǎn)反力,㎏;
L——輥筒工作部分長度,㎝;
L1——軸承支點(diǎn)間的距離,㎝。
⑵ 扭矩計(jì)算:后輥筒傳遞全部扭矩MK:
228515.6 ㎏·㎝
式中 N——電機(jī)額定功率,45KW;
n——后輥筒轉(zhuǎn)速,18.46r/min;
η總——傳到后輥筒上的總效率,η總=0.85~0.95。
后輥筒扭矩一部分用于煉膠,一部分通過速比齒輪傳到前輥筒,兩個(gè)輥筒共同承受橫壓力和加工膠料的摩擦扭矩,所以前后輥筒的扭矩相同。
=114257.8 ㎏·㎝
輥筒受力情況
⑶ 強(qiáng)度計(jì)算:
輥筒受力是屬彎曲和扭轉(zhuǎn)聯(lián)合作用下的復(fù)合應(yīng)力。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐可按下式計(jì)算:
式中 ——復(fù)合應(yīng)力,㎏/㎝2;
——彎曲應(yīng)力, ㎏/㎝2;
τ ——剪切應(yīng)力, ㎏/㎝2;
K ——修正系數(shù),對鑄鐵K=1/3;
M彎 —— 危險(xiǎn)斷面上最大彎矩,㎏·㎝;
W ——抗彎截面模量,㎝2;
MK ——扭矩,㎏·㎝;
Wp ——抗扭截面模量,㎝3。
空心圓柱體的抗彎截面模量W為:
= 7536.4 ㎝2
空心圓柱體的抗扭截面模量Wp為:
=15126.8 ㎝3
式中 α=d/D=0.64;
d ——輥筒工作部分內(nèi)徑,d=25㎝;
D ——輥筒工作部分外徑,D=40㎝;
MK——危險(xiǎn)斷面上扭矩,㎏·㎝;
Wp——抗扭截面模量,㎝3。
所以:
㎏/㎝2
⑷ 溫度應(yīng)力對其強(qiáng)度的影響
輥筒的溫度應(yīng)力是由于輥筒的內(nèi)外表面溫度差造成的,機(jī)械應(yīng)力和溫度應(yīng)力同時(shí)作用在輥筒上。
開煉機(jī)煉膠過程中通冷卻水冷卻時(shí),對輥筒內(nèi)表面的影響較大,需進(jìn)行溫度應(yīng)力的驗(yàn)算。輥筒外表面受熱伸長大,產(chǎn)生壓應(yīng)力,輥筒承壓能力大,對溫度的影響不大。輥筒內(nèi)表面冷卻后,熱伸長少,產(chǎn)生拉應(yīng)力,與彎矩產(chǎn)生的拉應(yīng)力相迭加。內(nèi)層拉應(yīng)力σ為:
其強(qiáng)度滿足條件:σ機(jī)+σ溫 ≤[σ],
式中:
σ機(jī) 表示輥筒所受的機(jī)械應(yīng)力;
σ溫表示輥筒所受的溫度應(yīng)力;
式中 σ彎內(nèi)——彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力, ㎏/cm2
σz內(nèi)——熱應(yīng)力,㎏/cm2
熱應(yīng)力σz內(nèi)按下式計(jì)算:
式中 R、r——輥筒外、內(nèi)半徑,㎝;
α ——膨脹系數(shù),對于鑄鐵α=1.2×10-5 1/開
E ——彈性模數(shù),對于鑄鐵E=1.2×106 ㎏/ cm2
t內(nèi)、t外——分別為輥筒內(nèi)、外表面的溫度,一般t內(nèi)- t外=-15℃~18溫差太大時(shí),熱應(yīng)力也甚大,易引起輥筒斷裂,故冷卻必須在輥筒運(yùn)轉(zhuǎn)中緩慢進(jìn)行;
ε ——泊松系數(shù),對于鑄鐵ε=0.25。
=219 ㎏/cm2
=176 ㎏/cm2
=219+176=395 ㎏/cm2
⑸ 許用應(yīng)力與安全系數(shù)
① 輥筒的安全系數(shù)n-1
式中 ——安全因數(shù)系數(shù),?。?.2(按停車事故);
——計(jì)算系數(shù),?。?.1(輥筒按粗略計(jì)算);
——載荷性質(zhì)系數(shù),
——應(yīng)力集中系數(shù),鑄鐵輥?。?;
——截面系數(shù),;
——工藝系數(shù),考慮冷硬層影響,?。?.25;
——質(zhì)量驗(yàn)收系數(shù),單件檢查,?。?.05;
所以 =2.75~3.08
故取 =2.75~3.1
② 許用應(yīng)力
作用在輥筒上的載荷,其性質(zhì)為對稱循環(huán)載荷,以疲勞限σ-1為基準(zhǔn)。
㎏/cm2
3.1.4 輥筒與軸承間隙的確定
輥筒與軸承的間隙要適當(dāng),間隙過大,會影響到軸承的精度和使用壽命;間隙過小容易卡住和發(fā)燒。
⑴ 軸頸的熱膨脹
軸頸所受的熱膨脹 Δ1 = ɑ(T1-T0)d (4-11)
式中:
ɑ為軸頸膨脹系數(shù),取ɑ = 10.5×10-6/°C;
T1為軸承的最大工作溫度,取T1 = 80°C;
T0為軸承工作的室內(nèi)溫度,取T0 = 20°C。
代入后得到軸承的熱膨脹
Δ1 = 0.19mm 。
⑵ 保證運(yùn)轉(zhuǎn)的間隙
按配合的最小間隙選取Δ2 = 0.09mm 。
⑶ 制造公差帶和安裝精度
最小公差帶0.1mm,安裝精度0.15/1000,則Δ3取0.1~0.2mm 。
在這里取Δ3 = 0.2mm 。
由于溫度不高,軸承體熱膨脹而引起的間隙就不予以考慮了 。
綜上有:
最小間隙 Δmin = Δ1 +Δ2 =0.28mm ;
最大間隙 Δmax =Δ1 +Δ2 +Δ3 = 0.48mm 。
根據(jù)計(jì)算值進(jìn)行調(diào)整有:
Δmin = 0.3mm ;
Δmax = 0.5mm 。
3.2 橫梁和機(jī)架
機(jī)架是開煉機(jī)的支撐部件,它應(yīng)有足夠的強(qiáng)度,以承受機(jī)械的全部作用力,同時(shí)應(yīng)有足夠的剛度,受力而彎曲的變形不超過允許值,以保證安裝在其上的機(jī)械零部件相對位置的準(zhǔn)確性。
機(jī)架的結(jié)構(gòu)可以分為閉式、拆分式和開放式三種,開放式機(jī)架被廣泛地采用,本設(shè)計(jì)亦是采用開放式機(jī)架,它由立臂、下橫梁和上橫梁組成,立臂和下橫梁為一個(gè)整體,上橫梁是活動(dòng)的,以便于拆裝和裝修。
選材:要求具有足夠的強(qiáng)度與剛度,耐沖擊振動(dòng)。故本設(shè)計(jì)選用鑄鐵有HT300。特點(diǎn)是具有良好的鑄造性能,價(jià)格低廉,并且有擠壓和吸震能力。
3.2.1 機(jī)架的強(qiáng)度計(jì)算
機(jī)架零件形狀復(fù)雜,并且受有復(fù)合的應(yīng)力,還時(shí)常受到外界因素的影響。如制造的殘余應(yīng)力、基礎(chǔ)上沉的影響等,因而,很難計(jì)算其剛度和強(qiáng)度。設(shè)計(jì)時(shí),通常根據(jù)機(jī)器的工作要求,并和同類型相似的機(jī)器比較,擬定機(jī)架的結(jié)構(gòu)形式和尺寸,然后再做粗略的計(jì)算
機(jī)架主要受力如圖所示,輥筒軸承支反力的水平分力(或)與垂直分力與。為簡化計(jì)算值(或)及(或)值,同樣忽略輥筒重量、齒輪等的作用力。為了計(jì)算方便,把機(jī)架分為立柱和橫梁兩部分分別計(jì)算。
機(jī)架綜合受力圖
⑴ 立柱部分受力如圖4.4所示
圖4.4 立柱受力
a. 立柱與壓蓋成鉸鏈連接,在作用下產(chǎn)生反作用力,與方向相反。
b. 立柱與底梁是一個(gè)整體,將A端視為固定端,當(dāng)作用后產(chǎn)生反力RA,與方向相反。為保證不變形,引起一個(gè)反彎矩MA,其方向是順時(shí)針。
c. 計(jì)算支點(diǎn)反力: =55102 ㎏ =55102 ㎏
其垂直分力:55102×sin10°=9568.36 ㎏
其水平分力:55102×cos10°=54264.88 ㎏
d. 彎矩計(jì)算如圖4.3和4.6所示。
10174.53 ㎏
Ⅰ—Ⅰ斷面:
8478.12 ㎏
Ⅱ—Ⅱ斷面:
10174.37 ㎏
e. 應(yīng)力計(jì)算:
式中 σ——工作應(yīng)力,㎏/cm2
W——截面模量,㎝3 圖4.5 底梁彎矩
——許用應(yīng)力,㎏/cm2
M——立柱的彎矩或 。
⑵ 機(jī)架低梁的應(yīng)力計(jì)算
機(jī)架底梁受力情況如圖4.5所示。 圖4.6彎矩圖
支點(diǎn)反力:
㎏
㎏
㎏
㎏
㎏·㎝
㎏·㎝
㎏·㎝
㎏·㎝
求出合成彎矩:
=221928.61㎏·㎝
=297461.1㎏·㎝
在彎矩作用下,應(yīng)力σM為:
㎏/cm2
式中 M——據(jù)上計(jì)算出彎矩后繪出彎矩圖,求其最大彎矩,㎏·㎝
W——截面模量,cm3
在立臂受力作用下,底梁同時(shí)受拉力,其拉應(yīng)力σP為:
㎏/cm2
式中 F——截面面積,cm2
機(jī)架底梁的總應(yīng)力為:
㎏/cm2 ≤
3.2.2 壓蓋的強(qiáng)度計(jì)算
壓蓋的危險(xiǎn)斷面如圖4.7的Ⅴ—Ⅴ所示,其應(yīng)力為:
㎏/㎝2
式中 =162.1㎏/㎝2
=440816㎏·㎝
=2719.5㎝3
=77.9㎏/㎝2
所以
=233㎏/㎝2 圖4.7壓蓋受力分析
3.2.3 安全系數(shù)與許用應(yīng)力
機(jī)架受力屬變載荷,許用應(yīng)力應(yīng)按脈動(dòng)彎曲疲勞限σ0為基準(zhǔn)。
許用應(yīng)力:㎏/㎝2
式中
n——安全系數(shù)。
⑴ 機(jī)架的許用應(yīng)力為:
HT300:㎏/㎝2
⑵ 壓蓋的許用應(yīng)力為
HT300:㎏/㎝2
3.4 潤滑系統(tǒng)
選用旋蓋式油杯潤滑,其型號為:油杯 A200G/31154
3.5 制動(dòng)裝置
開煉機(jī)僅在設(shè)備發(fā)生故障時(shí),拉緊急停車裝置,切斷電源后,制動(dòng)器即起作用。對制動(dòng)裝置的要求是:控制為只要適合操作人員的使用方便,要保證處于正常狀態(tài)??者\(yùn)轉(zhuǎn)制動(dòng)后,前輥筒繼續(xù)回轉(zhuǎn)不得超過輥筒圓周的1/4,。
制動(dòng)裝置一般裝在電動(dòng)機(jī)和減速器的聯(lián)軸節(jié)上,而其操縱裝置則裝在工人操作位置的附近。常用的制動(dòng)裝置有電磁抱閘式和帶式制動(dòng)裝置兩種。
由于電磁抱閘式制動(dòng)簡單可靠,故國內(nèi)外大部分煉膠機(jī)構(gòu)均采用它。本次設(shè)計(jì)也采用電磁抱閘式制動(dòng)裝置。
第四章 調(diào)距裝置
第四章 調(diào)距裝置
開煉機(jī)的調(diào)距范圍一般在0.1~15毫米之間,常用的調(diào)距裝置,按動(dòng)力形式可以分為:手動(dòng)式、電動(dòng)式、手-電動(dòng)式、液壓傳動(dòng)式。本設(shè)計(jì)采用的是手動(dòng)調(diào)距裝置,其特點(diǎn)是:調(diào)距方便,準(zhǔn)確,結(jié)構(gòu)緊湊,但是勞動(dòng)強(qiáng)度大,不能在負(fù)荷下調(diào)距。下圖式本設(shè)計(jì)所采用的手動(dòng)調(diào)距的樣圖。
4.1 調(diào)距螺桿的計(jì)算
調(diào)距螺桿主要承受橫向力的水平分力,其次是扭矩作用,在手動(dòng)式中,因扭矩極小,可以忽略不計(jì)。
計(jì)算調(diào)距螺桿的擠壓強(qiáng)度時(shí),其應(yīng)力:σiy = ζ
式中:
P — 一個(gè)軸承上的最大橫壓力
ζ — 螺桿材料的剪切系數(shù),梯形或矩形的為1.2~1.3,這里ζ=1.25,d1 — 螺紋的內(nèi)徑mm
[σiy] — 許用擠壓應(yīng)力,螺桿與螺母受到的是均勻變載荷其許用擠壓應(yīng)力為 [σiy] = σ01/n
式中:σ01 為脈動(dòng)拉壓疲勞極限,鋼材的σ01 = 1.42σ-1 = 1.42×0.23(σs +σb),螺桿材料為45鋼,此時(shí)σ01 為
σ01 = 1.42×0.23×(360+160) = 317N/mm2
安全系數(shù)n = K1×K2×K3×K4 = 1.1 ×1.05×1.94×1 = 2.3
式中: K1 為安全系數(shù)質(zhì)數(shù)(影響停車)取1.1
K2 為計(jì)算系數(shù)取1.05
K3 = σb/σ01 = 610/314 = 1.94
K4 為應(yīng)力集中系數(shù),取 1
許用擠壓應(yīng)力 [σiy] =σ01/n = 3.14/2.3 = 1.37N/mm2
4.2 螺桿螺紋的自鎖條件
其自鎖條件必須滿足。即摩擦角ρ要大于螺紋升角α。通常: f為摩擦系數(shù),鋼對青銅之f=0.10~0.15,。α為螺紋升角,一般取。
4.3 螺母計(jì)算
螺母臺肩厚度δ的計(jì)算見圖4.8
臺肩厚度δ按下式計(jì)算:
㎝
螺母臺肩的應(yīng)力σ按下式計(jì)算:
kg/cm2
式中 p——一個(gè)軸承上最大橫壓力,p=55102 ㎏;
D1——螺母外臺直徑,18㎝;
D—— 螺母外徑,14㎝;
——許用應(yīng)力,=610 kg/cm2
其中 σ0——脈動(dòng)彎曲疲勞限,,鑄鐵HT20—40之σ0
σ0 =0.61×2000=1200 kg/cm2
安全系數(shù)n按下式確定:
k1——安全因素,1.1;
k2——計(jì)算系數(shù),1.05;
;
k4——應(yīng)力集中系數(shù),取1。
所以
kg/cm2
設(shè)計(jì)安全
第五章 輥溫調(diào)節(jié)裝置
第五章 輥溫調(diào)節(jié)裝置
根據(jù)煉膠工藝要求,開煉機(jī)輥筒表面應(yīng)保持一定溫度,一般不超55~60℃,因此輥筒內(nèi)腔需裝有冷卻裝置。
常用輥溫調(diào)節(jié)裝置有開式輥溫調(diào)節(jié)裝置、閉式輥溫調(diào)節(jié)裝置以及鉆孔輥筒溫控裝置。本設(shè)計(jì)采用開式輥溫調(diào)節(jié)裝置,其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單,冷卻效果好,成本低,但耗水量大。
5.1 輥筒冷卻計(jì)算
開煉機(jī)所有消耗的功轉(zhuǎn)化為熱量,重要消耗在三個(gè)方面:
⑴ 被膠料吸收的熱量Q1
⑵ 向周圍空氣散失的熱量Q2
⑶ 被冷卻水帶走的熱量Q3
這三部分熱量之和:
Q =σ1 + Q2 + Q3 = 3600N平均η
式中:
N平均 = (0.7×0.75)N = 0.7×7.5 = 5.25KW
N 電機(jī)的功率 KW, N = 7.5KW
η 機(jī)械傳動(dòng)效率,取 0.8~0.9
則Q = 3600×5.25×0.80 = 15120KJ/h
被膠料吸收的熱量σ1為
σ1 = G(T2-T1)
式中: G 生產(chǎn)能力kg/h
C 膠料比熱容, C = 1.675KJ/kjk
向周圍空氣中散失的熱量Q2 (KJ/h) = Q對流+Q輻射 = 3.6A (hk + hp)(
T輥 – T空氣)
式中:
A 是兩輥筒工作部分的表面積,A = 2πDL = 2×3.14×0.40×1.0 = 2.512m2
hk對流傳熱系數(shù)W/(m2k)
hp 輻射傳熱系數(shù)W/(m2k)
T輥輥筒表面溫度K
T空氣周圍空氣溫度K
D 輥筒工作部分直徑m
L 輥筒工作部分長度m
被冷卻水帶走的熱量Q3 = Q – Q1 –Q2 = qpcΔT
從而冷卻水的耗量q = Q3/pcΔT
式中:
C 是水的比熱容 KJ/kjk
P 是水的密度 kg/m3
ΔT 是進(jìn)水溫度 K
5.2 實(shí)際冷卻水消耗的確定:
q = (0.08~0.13)N = 0.56~0.91m3/h 取4.4m3/h
N 電機(jī)的功率KW
5.3 冷卻水管進(jìn)水管直徑的計(jì)算:
進(jìn)水管直徑(mm)按下式計(jì)算
d = 18.8×
其中, q 是冷卻水的耗水量
v 是冷卻水的速度,在一般水壓情況下v取0.9~2m/s,分水管及噴水管水孔截面積S總和不應(yīng)大于總進(jìn)水管截面積A。即ns>k,這里v取1m/s 。
式中:
n 是分水管或噴水孔數(shù)量
s 是分水管或噴水孔截面積 mm2
A 是總水管截面積或每個(gè)輥筒內(nèi)管截面積mm2
則:
d = 18.8 =14.56m
總結(jié)
通過這次對于開煉機(jī)的設(shè)計(jì),算是對大學(xué)四年期間對于所學(xué)知識的一個(gè)匯總和匯報(bào),從這次設(shè)計(jì)中,學(xué)習(xí)到了曾經(jīng)未涉及到的方向,溫習(xí)了曾經(jīng)學(xué)過的知識,收獲很多,希望對于將來的工作能有幫助。
33
參考文獻(xiàn)
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⑻ 楊順根,白仲元主編,《橡膠工業(yè)手冊》第九分冊上冊,化學(xué)工業(yè)出版社,1994年。113
⑼ 紀(jì)名剛,濮良貴主編,《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材,高等教育出版社第八版,2006年5月
致謝
致謝
這次設(shè)計(jì)是在朱成實(shí)老師的悉心指導(dǎo)下完成的。朱老師在我完成本次設(shè)計(jì)期間傾注了大量心血,自始自終為我進(jìn)行具體詳細(xì)的指導(dǎo),花費(fèi)了大量的休息時(shí)間。羅老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)、淵博的知識、敏銳的洞察力、一絲不茍的科研精神以及對工作認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度深深感染著我。使我大受裨益,受用終生。所以在此對羅鵬老師表示最崇高的敬意和誠摯的謝意。
臨近畢業(yè),我要感謝我們機(jī)械教研組的老師們這些年對我的關(guān)心與教導(dǎo),讓我對專業(yè)知識得到了更深的了解。非常感謝老師在最后一個(gè)學(xué)期的時(shí)間對我的指導(dǎo)與幫助,使我學(xué)到了很多新的知識,培養(yǎng)我自己的獨(dú)立思考并解決問題的能力。提高了我的專業(yè)知識水平畢業(yè)設(shè)計(jì)還培養(yǎng)了我獨(dú)立思考和創(chuàng)造的能力,懂得了知識得綜合的整體的把握等道理,使自己的自身素質(zhì)得到了一定的提高。并且感謝沈陽化工大學(xué)以及各位老師在這四年時(shí)間里辛勤的培養(yǎng)與幫助,讓我學(xué)會了做人的道理,學(xué)習(xí)的方法并擁有了工作的能力。我會牢記“強(qiáng)學(xué)力行,喻理求真”的校訓(xùn),踏踏實(shí)實(shí)做人,實(shí)實(shí)在在做事。做到“今天我以母校為榮,明天母校以我為榮”。