单螺杆挤出机设计.ppt

3.7单螺杆机出机设计
3．7.1螺杆与机筒的材料选择
螺杆常用材料的性能要求为：机械强度好，耐腐蚀和抗磨性能好，加工性能好，取材容易。一般选用38CrMoAl氮化钢。
38CrMoAl氮化钢的性能如下表:3．7.2螺杆的主要参数的选取与确定
螺杆直径：
我国挤出机标准所规定的螺杆直径系列有：30、45、65、90、120、150、200。螺杆直径的大小一般根据所加工制品的断面尺寸、加工塑料的种类和所加工的生产率来确定。制品截面积的大小和螺杆直径的大小有一个适当的关系。通常：大截面的制品所选的螺杆直径要大一些，这对于制品的质量、设备的利用率和操作比较有利。螺杆长径比L/D
故螺杆工作部分长度L螺杆长径比的增加有以下的好处：
螺杆加压充分可以提高塑料制品的物理机械性能。
可以提高塑化的质量，使制品的外观质量更好。
螺杆特性曲线斜率小，挤出量稳定，切挤出量能提高20%—40%。
有利于类似于PVC粉料挤管的成型。但螺杆长径比过大，会使螺杆加工及装配困难，功率消耗也会有所增加，加大悬臂端自重的弯曲，以至螺杆头部与筒壁间隙的不均匀，甚至造成磨刮筒壁，降低螺杆与机筒的寿命。螺杆压缩比和螺槽深度
确定几何压缩比i
等距不等深（通用型）螺杆压缩比的计算
式如下：

对于大多取经验数据来确定，通用公式H3=(0.025～0.06)Ds。
再根据确定的螺杆压缩比计算加料段螺杆槽深度。螺杆各段的确定
高聚物在螺杆中的挤出过程，实际上经历固体输送，熔融和均化的过程。所以一般螺杆都设计成三段：加料段，压缩段及均化段。
螺纹断面形状及螺杆头部型式
由实验用挤出机的使用特性及要求，确定螺杆头部型式为：
梯行螺纹的断面的倾斜角α=10°～15°，圆弧半径取（0.07～0.13），常用于小直螺杆上。螺杆的螺纹头数
在螺杆直径，螺槽深度和螺纹升程相等的条件下，多头螺纹与单头螺纹相比，多头螺纹对物料的正推力大，攫取物料的能力较强，并可降低熔料的倒流现象。但是，整个螺杆都是多头螺纹时，物料分别从螺杆料斗区几条螺槽通道进入到达螺杆头部。在料斗区，往往由于几条螺槽的进料不均匀和各条螺槽的熔融均化和对溶料输送能力不一致，容易引起生产能力波动，压力波动。其结果是制品质量下降。但是有时为了提高某一段的工作能力，单独在某一段上设置多头螺纹。如单头螺纹的螺杆，为了提高加料段攫取物料的能力，加料段设置双头螺纹，提高固体输送能力。采用单头螺纹的螺杆。螺杆其它参数的选取与确定
a.螺纹宽度e太小会使漏流量增加，消弱螺棱强度，降低产量；e太大，增加动力消耗，有局部过热的危险，故要适当选取。
由经验公式（0.08～0.12）D
b.螺距S

e.螺杆的转速范围：根据电动机和传动系统的工作特性知螺杆的转速范围是n=（0~150）r/min3.7.3螺杆的强度计算

螺杆受力分析图
螺杆综合受力为：螺杆轴向力、螺杆扭矩及螺杆自重产生的压、扭弯的组合。一般加料段及排气段螺杆根径较小，其承受载荷力最低，所以螺杆的加料段以加料段的根径截面计算、校核裁面。A.机头压力的确定
机头压力可用理论计算方法和实测方法得到。当关闭机头，可认为挤出量Q=0，若螺杆与机筒间隙正常，机头最大压力可由下式计算：

其中：
螺杆直径D 挤出段长度挤段的螺槽深度螺旋角=17.7º物料粘度B、螺杆轴向力的确定
螺杆轴向力:
物料作用在螺杆端面上的总压力=
动载荷产生的附加压力的轴向分量=
（0.125～0.25）P1
则：
PZ=（1.125～1.25）C.螺杆的强度计算
a.由轴向力产生的压应力

=C=
c.由螺杆自重G产生的弯曲应力：

=

-螺杆材料比重
d.螺杆的合成应力，对塑性材料合成应力用等强度理论计算

=

[]=
3.7.4机筒的强度计算
机筒内部受熔料的压力作用，物料在机筒内产生压力沿机筒轴向的分布是相当复的，各处压力不等，因机头压力最大，故一般取机头压力为计算压力值。并且由于机筒外径与内径之比大于1.1,所以用厚壁圆筒理论来进行强度计算。由轴向力引起的轴向拉应力在机筒全长上不变，即：

==因机筒多为塑性材料，所以当计算出三个主应力的最大值后，可用第四强度理论进行设计计算及校核。按第四强度理论-最大变形能理论计算，机筒壁厚的强度条件为：

[σ]=σs/n3．7.5螺杆与机筒的配合要求
螺杆与机筒的配合间隙。螺杆与机筒的配合间隙δ的大小涉及到挤出机的生产能力、功率消耗、使用寿命、机器加工成本等问题。δ取值过大，加工、装配容易，但生产能力则会下降，塑料在机筒内的停留时间难以控制，甚至造成熟分解。δ取值过小，加工装配困难，功率消耗增大，且容易使螺杆与机筒磨损，降低机器的使用寿命。
螺杆与机筒的间隙δ的选择既要根据加工条件决定，也要考虑被加工物料的性能。一般粘度大的塑料，δ可取大值；