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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(jì)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(gè)簡(jiǎn)單的任務(wù)：擠出制品。

擠出設(shè)備功能的擴(kuò)展，使每一臺(tái)擠出設(shè)備都成為整個(gè)全自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)系統(tǒng)的一個(gè)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(jì)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(jì)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(jì)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(huì)造成螺桿端部與機(jī)筒之間的間隙不均，嚴(yán)重時(shí)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(jì)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(hào)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(jì)螺桿材料選用38CrMoAlA鋼。

對(duì)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(shí)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：?jiǎn)晤^、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(shí)，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(gè)重要參數(shù)，它對(duì)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(shí)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(gè)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(shí)，膠料受剪切力大，發(fā)熱量大，當(dāng)螺紋的壓縮比過大時(shí)，對(duì)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(jì)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(shí)，吃料容易，輸送膠料能力高，產(chǎn)量也隨之增加。S減小時(shí)，軸向壓力增大，膠料在機(jī)筒內(nèi)停留的時(shí)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(huì)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(jì)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?huì)影響螺紋溝槽的容積，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(jì)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(dòng)，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(jì)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(jì)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(dòng)效率，取0.7～0.8）

抗扭截面模量如下：

5.2壓應(yīng)力計(jì)算

5.3.彎曲應(yīng)力計(jì)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(shí)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(jì)，則。

于是=73.78

=163.33MPa

因?yàn)?，所以螺桿的強(qiáng)度合格。

總結(jié)

通過此次對(duì)粉碎機(jī)螺桿的設(shè)計(jì)，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(shì)。加深了對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解和應(yīng)用，從中學(xué)到許多新知識(shí)和解決問題的思路和方法，拓寬了知識(shí)面。加深了對(duì)設(shè)計(jì)過程的理解，從查閱搜集資料、設(shè)計(jì)方案、計(jì)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(shí)和手頭工具，分析問題、解決問題的能力，對(duì)以后工作起到良好的鋪墊。

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