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摘 要
XK-400型開煉機是橡膠、塑料機械中最常用、最基本的設(shè)備之一，主要用于生膠的塑煉、膠料的混煉、混煉膠的熱煉等。
目前，我國開煉機技術(shù)雖然發(fā)展很快、生產(chǎn)品種也較多，但與工業(yè)發(fā)達國家相比還有一定差距，有向著個性化與智能化方向發(fā)展的趨勢。
在橡膠工業(yè)中，混煉車間是整個行業(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%，也是目前重點節(jié)能的部門或工序之一。它包括烘箱、切膠機、開煉機、密煉機及其輔機。近年來，國外橡膠工業(yè)有了迅速的發(fā)展，不僅在各個加工技術(shù)方面有相當?shù)倪M步，而且設(shè)備方面有很大的發(fā)展，廣泛地應(yīng)用電子計算機管理和控制煉膠作業(yè)，大大地提高了煉膠系統(tǒng)地自動化水平，同時也引起了煉膠系統(tǒng)的變化。
多年來，國外對煉膠系統(tǒng)的技術(shù)改革實踐證明：首先改革煉膠機及其裝置，并使之現(xiàn)代化，以取得較高的勞動生產(chǎn)率、較高的效率和煉膠作業(yè)最佳化，才能真正實現(xiàn)煉膠系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新。經(jīng)過多年的改革，當代煉膠系統(tǒng)尤其是輪胎廠的煉膠系統(tǒng)已發(fā)展成自動化水平較高的工程系統(tǒng)。開煉機是橡塑工業(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)統(tǒng)計，目前我國每年生產(chǎn)開煉機5000 臺。每年還有一定量的開煉機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、機座、機架、傳動齒輪、潤滑裝置、加熱與冷卻裝置、輥溫調(diào)節(jié)裝置、安全制動裝置及電動機、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行冷卻。
XK-400型開煉機的設(shè)計包括受力分析、電機和減速器的選用、工作機的計算、主要的零部件和輔助部件設(shè)計以及繪制圖紙。
開煉機在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，采用行星齒輪減速器替代以往的圓柱齒輪減速器，結(jié)構(gòu)更為簡單緊湊，降低了生產(chǎn)成本。并針對安全生產(chǎn)問題，增加了安全裝置，為以后該機械的設(shè)計提供參考依據(jù)。
關(guān)鍵詞： 開煉機； 星齒輪減速器； 輥筒
I
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ABSTRACT
XK-400 type open mill rubber, plastics machinery of the most common and one of the most basic equipment, mainly for raw rubber mastication, rubber mixing, mix the soak and the like.
At present, open mill technology has developed rapidly, producing more varieties, but compared with the industrialized countries there is a gap, there is a tendency toward personalization and intelligent direction of development.
In the rubber industry, mixing plant is the core of the whole industry, is the most important sector of rubber factory, also large energy consumption, accounting for 40% of the plant, is one step, or the current focus on energy sector. It includes an oven, plastic cutting machine, a refining machine, mixer and auxiliary equipment. In recent years, foreign rubber industry has developed rapidly, not only a considerable progress in the technical aspects of each process and equipment have greatly developed, widely used computer management and control batch jobs, greatly enhance the mixing systematic level of automation, but also caused changes in batch system.
Over the years, foreign technology system reform practice of mixing Proof: First mixing machine and apparatus reform and modernize in order to achieve a higher labor productivity, higher efficiency and optimize batch jobs, in order to truly mixing system to achieve technological innovation. After years of reform, the higher the contemporary batch system, especially tire factory has developed into a mixing system level of automation engineering systems. Open mill is one of the oldest rubber processing equipment used in the industry. With the plastics and rubber industries generation born with the development of rubber industry and development. Become one of the rubber processing industry rubber, plastics equipment commonly used one, and also the basic equipment. According to statistics, China's annual production of 5,000 open mill. Every year there is a certain amount of open mill for export to Southeast Asia and other regions.
It is mainly used for mixing mastication of natural rubber, raw rubber and compounding ingredients, or as rubber sheeting of soak and glue used. It mainly consists of roller, stand, rack, gear, lubrication equipment, heating and cooling device, roll temperature adjusting device, safety brakes and the motor, reducer and other components. Its roller Chilled cast iron, the surface after grinding to form a smooth surface. Internal hollow roller structure, according to requirements, steaming or cooling water was.
This paper focuses on XK-400 type mill machine design and calculations, including the motor and gear selection, the work of the design, the main parts and accessories design and produce drawings.
In this paper, the structural design, the use of planetary gear reducer replace conventional cylindrical gear reducer, the structure is more simpler and compact, reducing production costs. And for safety issues, increased safety device, provide a reference for the future of mechanical design.
Key words: Mixing Machine; Planetary gear reducer; Roll.
目 錄
第一章緒論 1
1.1 畢業(yè)設(shè)計課題的目的、意義、國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1
1.1.1 目的及意義 1
1.1.2 國內(nèi)外開練機的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1
1.2 開煉機的未來展望 4
第二章開煉機的工作原理 5
2.1 用途 5
2.2 基本結(jié)構(gòu) 5
2.3 工作原理 6
第三章主要參數(shù)的選擇與計算 8
3.1 輥筒直徑與輥距 8
3.2 輥筒回轉(zhuǎn)速度與速比 8
3.3 驅(qū)動功率的確定 9
3.4 橫壓力的確定 10
3.4.1 根據(jù)膠料涅煉的流體動力學理論基礎(chǔ) 10
3.4.2 利用推薦值來計算橫壓力 11
3.5 生產(chǎn)能力的確定 11
第四章傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算 12
4.1 傳動形式 12
4.2 電動機的選擇 12
4.3 速比齒輪組 13
4.4 傳動齒輪組 15
5.1 輥筒的設(shè)計 19
5.1.1 輥筒的材料和基本要求 19
5.1.2 輥筒的結(jié)構(gòu)圖和各部分尺寸 19
5.2 輥筒的計算 20
5.3 輥筒軸承 22
5.4 機架與壓蓋 22
5.5 機架底梁的應(yīng)力計算 23
5.6 壓蓋的強度計算 24
5.7 調(diào)矩裝置 25
5.7.1 調(diào)距螺紋的計算 25
5.7.2 螺紋自鎖條件 26
5.7.3 螺母臺肩的計算 26
5.8 輥溫調(diào)節(jié)裝置 27
5.8.1 輥溫調(diào)節(jié)裝置 27
5.8.2 實際冷卻水消耗的確定 28
5.9 潤滑系統(tǒng) 29
5.10 制動裝置 29
總結(jié) 30
沈陽化工大學科亞學院畢業(yè)設(shè)計說明書 第一章緒論
第一章緒論
1.1 畢業(yè)設(shè)計課題的目的、意義、國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
1.1.1 目的及意義
開放式煉膠機，簡稱開煉機。開煉機產(chǎn)生于20世紀50年代，生產(chǎn)技術(shù)基本是沿襲前蘇聯(lián)的，起形式以開放式傳動為主。隨著開煉機的出現(xiàn)，我國的橡膠制造業(yè)得到了飛速的發(fā)展，但是存在著技術(shù)發(fā)展相對滯后、市場化程度不高、機械加工手段不過現(xiàn)今、接觸國際市場較晚一級國產(chǎn)液壓元件和系統(tǒng)的穩(wěn)定性較差等問題。
開煉機一直處在動態(tài)的發(fā)展之中，所以，我們要依靠自主研發(fā)力量推動開煉機的快速發(fā)展，逐步完善產(chǎn)品性能，達到國際先進水平，增強開煉機在市場的競爭力，推動我國橡膠事業(yè)的發(fā)展。
1.1.2國內(nèi)外開練機的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
(1)目前我國開煉機的產(chǎn)品量最高，出口也最多。由于技術(shù)簡單，國內(nèi)2/3橡膠機械廠家都生產(chǎn)，產(chǎn)品趨同，造成市場過剩，因殺價致成微利，甚至虧損。前些年，無錫橡膠機械一廠生產(chǎn)的新型傳動開煉機采用汽車傳動齒輪，僅因噪音很低，就一直賣得很火，還曾出口到日本美國，至今久賣不衰。另一種新型輥筒開煉機，輥筒中鉆孔電加熱，中控仍可以水冷，與當今熱門的橡膠共混相適應(yīng)，且可橡塑一機兩用，也曾銷的很好，然而，最能代表當今先進水平的大功率熱煉壓片機，用鉆孔輥筒加熱滾動軸承配硬齒面全封閉減速器，卻因質(zhì)好而價高，至今很難銷售。既然國情如此，不妨以汽車為鑒。同樣是價高者難銷，但其不斷推出新車型，以新面貌促進銷售，開煉機也開始開發(fā)特異功能。如混煉醫(yī)用硅橡膠或食品加工用的橡膠，需鍍鉻輥筒；混煉CR需不黏輥筒；混煉高生熱橡膠需要速冷輥筒；還有可以進行反應(yīng)交聯(lián)的控溫輥筒。
(2)國內(nèi)開煉機推陳出新；近幾年來，隨著橡膠共混理念的研究和應(yīng)用，特別是動態(tài)交聯(lián)共混理念的出現(xiàn)，高分子“合金”的開發(fā)，已經(jīng)成為高分子材料的最經(jīng)濟最有效的途徑。
開煉機是一個最古老的煉膠設(shè)備。多年來，開煉機主要適用于天然膠或常規(guī)塑料，他的速比恒定，龍紋及測溫均不靈敏，如果不加以改造，很難適應(yīng)橡塑共煉等新要求。不論是用橡膠增強塑料還是塑料增強橡膠，還是用來熱煉，以及某些合成膠或橡膠共混煉的黏滾、脫輥、甚至包后輥的工藝操作，現(xiàn)有開煉機都是無能為力的。
而開煉機新型輥筒的研制，主要針對橡膠共混要求場均勻靈敏，卻又通過調(diào)溫和控溫，間接得到適宜的粘度場，以補償現(xiàn)有開煉機剪切速率難以調(diào)節(jié)，剪切粘度難以控制的弊端。
實踐證明，新型輥筒設(shè)計新穎經(jīng)濟適用，技術(shù)先進，深受塑料廠和橡膠廠使用者的歡迎?，F(xiàn)已獲得實用新型專利，并發(fā)布廣告。目前正在進行系列化放大設(shè)計，以適應(yīng)開煉機的多規(guī)格、多品種的要求。
（3） 新輥筒的設(shè)計特點：傳統(tǒng)輥筒存在著局限性 ，經(jīng)過反復的是要和研究，在輥筒結(jié)果和傳熱方式上，均采用新穎和使用的設(shè)計，其突出的獨到之處是實現(xiàn)了高效率的熱量傳遞和靈敏的溫度調(diào)節(jié)。因而，不僅能夠高溫快速進行煉膠還可以低溫剪切膠料，更加適應(yīng)了在低溫下進行的橡膠共混。
本設(shè)計采用沿輥筒周邊鉆孔加熱原件，利用電刷導入（出）的直接加熱金屬主體的方法。其輥筒采用鋼制結(jié)合的結(jié)構(gòu)，表面噴焊硬化處理。這樣既可以保證輥筒的硬度和耐磨性，又可以保證周邊鉆孔的可行性，且可以保證輥筒中空和周邊鉆孔后的強度和剛度。與傳統(tǒng)的電熱輥筒相比，新輥筒不僅保留了老輥筒應(yīng)有的功能，在確保其特長前提下有獨到之處。
升溫快 與傳統(tǒng)加熱方式相比較，其熱量傳遞路線縮短了8到16倍，且不經(jīng)過空氣等中間雜志，故而升到相同的溫度，其時間還不到原來的6%，從而縮短了輔助時間提高了單機的工作效率。
輥溫高 新設(shè)計的輥筒，其節(jié)能效果可達250℃以上,比傳統(tǒng)輥溫增長了25~50%,從而擴大了該輥筒的高溫塑煉范圍，并使工藝上有了更廣泛的使用余地。
節(jié)能 新設(shè)計的滾筒，其節(jié)能效果可以達到75%以上，以Φ16×320mm開煉機為例，中心插管式電加熱，升溫200℃需要18min，整個過程耗電4.32×10000KJ。
工藝適應(yīng)面廣 采用新型滾筒的開煉機，投資一臺就可以實現(xiàn)煉膠、塑煉、共混以及其他高分子材料的加工等多種功能。
調(diào)溫快且控溫靈 由于熱源離輥筒面近，故不僅輥面溫度均勻，且可以隨意快速調(diào)節(jié)及控溫。
易于加工且造價便宜。
（4）將速比齒輪放在減速箱內(nèi)；在橡膠廠中，速比齒輪的磨損和更新成了一個比較突出的問題。為了解決這一問題，有些橡膠廠考慮將開煉機的傳遞路線改為；電機—聯(lián)軸器—減速器—萬象聯(lián)軸器—輥筒的傳遞方式。減速箱內(nèi)有兩個低速輸出軸分別帶動兩個輥筒。由于輥筒和減速器輸出用萬象聯(lián)軸器連接，能保證輥距調(diào)節(jié)的需要，這種傳動形式改變了速比齒輪的工作條件，解決了由于輥距調(diào)節(jié)帶來受力嚙合位置變化問題。這將有效的延長了輥筒的使用壽命，降低了維護成本，提高了開煉機的整體水平。
（5）開煉機的冷卻加熱方法：
冷卻：多年來開煉機主要用于橡膠的塑煉，加工溫度低，溫度控制簡單而粗糙，主要是通過熱傳導式溫度降低，由于循環(huán)水的流速過低，膠料本身導熱性差，加之輥內(nèi)表面的浮渣急速降低導熱性，致使膠料難以下降。
目前已有的方法有：
在強度允許的范圍內(nèi)，盡量減薄輥筒的壁厚。
對輥筒內(nèi)表面機型加工，去除沙皮。
往輥內(nèi)壁注入稀鹽酸，以去除碳酸鈣積垢，提高傳熱效率。
往輥內(nèi)腔投入小石頭，利用石頭的攪拌加速水的循環(huán)。
目前正采取的方法有：
采用強制循環(huán)，使冷卻水受迫流動，以加速導熱，降低膠溫。
將冷卻水更換成冷凍水由一臺冷凍機向幾臺煉膠機供水，從而穩(wěn)定煉膠質(zhì)量，節(jié)約用水。
將中空輥筒改成周邊鉆孔輥筒，提高冷卻效率。
加熱：
煤氣加熱、蒸汽加熱、電加熱
以上看出開練在冷卻加熱發(fā)那個面雖然有一些改進，但與其他橡膠、塑料加工設(shè)備相比較仍然很落后。面對突飛猛進的科學技術(shù)的發(fā)展，木料及配合劑等材料的不斷更新、橡膠并用的開發(fā)和應(yīng)用，開煉機的改造以成為一種趨勢。相信不久，開煉機將以嶄新的面貌展現(xiàn)在橡膠、塑料加工設(shè)備的先進行列中。
（6）新型開煉機對老式開煉機的改造：
① 調(diào)距裝置，調(diào)距裝置采用了手動—蝸桿—絲杠—絲母的調(diào)距裝置，用指針進行顯示。但規(guī)格大的開煉機用手動來進行調(diào)距不方便。后來，在開煉機上采用了電動一行星擺線減速器—蝸桿—渦輪—絲杠傳動的調(diào)距裝置，到達了調(diào)距速度快、減輕強度的目的
② 潤滑系統(tǒng)，老式開煉機用油來潤滑。80年代在開煉機上采用稀有潤滑，用齒輪泵對輥筒進行強制潤滑并且在管路上安裝了油指示器，便于觀察和調(diào)節(jié)油量。后來，對開煉機的油箱進行了統(tǒng)一的規(guī)定。
各種類型的開煉機的構(gòu)造是大同小異的，主要有輥筒、滾珠軸承、輥距調(diào)整裝置、上橫梁、機架和底座等幾部分組成。并且很多部件是標準件，其規(guī)格是一定的，這對開煉機在傳統(tǒng)意義上的改進提供了有效的根據(jù)。
采用無地腳螺栓底座，開煉機始于大功率，低速轉(zhuǎn)動的機械設(shè)備，扭矩大震動也大，整體尺寸大。以前為了保證開煉機的穩(wěn)定性采用了深基礎(chǔ)，大地腳螺栓的辦法，安裝費時、費力、費物。80年代初在開煉機上采用了整體機座，去掉地腳螺栓。整體機座抵消了電機—減速器—驅(qū)動齒輪間的內(nèi)扭矩，底座下墊入橡膠減少震動的辦法是可行的。它節(jié)省了基本的使用費用，加快了安裝速度。
1.2開煉機的未來展望
開煉機在技術(shù)上經(jīng)過100年的發(fā)展歷史，在結(jié)構(gòu)上和性能上取得了很大的進展和提高，但這些改造和提高不可能改進開煉機對橡膠的加工，根據(jù)特性和加工的要求目前只能對撕裂和涅煉的方式進行加工，而這種方式進行加工的最好設(shè)備
除了密煉機就是開煉機了，因此，根據(jù)物料加工的特點，相信開煉機在今后橡膠行業(yè)中不但不會退出其應(yīng)有的地位，而且將到達進一步的發(fā)展。其結(jié)構(gòu)和性能將越來越完善，越來越好。回顧幾十年的歷史，開煉機的生產(chǎn)基本上經(jīng)歷了從單一規(guī)格型號到多種規(guī)格型號的過程；從老式開煉機到現(xiàn)在的生產(chǎn)過程，把比較先進的技術(shù)，工藝一級新材料應(yīng)用到開煉機上。開煉機在今后相當長的歷史時期內(nèi)仍然是橡塑業(yè)最主要的加工設(shè)備之一。
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沈陽化工大學科亞學院畢業(yè)設(shè)計說明書 第二章開煉機工作原理
第二章開煉機的工作原理
2.1 用途
開煉機是橡膠工業(yè)中的主要加工設(shè)備之一。它主要用于生膠的塑煉；膠料的混煉、烘膠；膠料的壓片；膠料中雜質(zhì)的清除；生膠的破碎、洗滌；再生膠的粉碎、混煉、壓片等。此外，還廣泛地用于塑料加工和油漆顏料工業(yè)生產(chǎn)中。開煉機能夠大規(guī)模穩(wěn)定地生產(chǎn)出質(zhì)量較好的混煉膠料，來滿足不同廠家的不同要求，為橡膠產(chǎn)品的生產(chǎn)帶來了方便。
2.2 基本結(jié)構(gòu)
各種類型的開煉機的基本構(gòu)造是一樣的差別很小。主要由輥筒、輥筒軸承、輥距調(diào)距裝置、機架、傳動裝置、安全制動裝置、機座組成。開煉機的基本結(jié)構(gòu)如圖2—1所示。
圖 2—1開煉機的基本結(jié)構(gòu)
2.3 工作原理
開煉機之所以能夠把高彈態(tài)的生膠轉(zhuǎn)換成具有可塑性的塑煉膠或者把塑煉膠與各種配合劑均勻混合。是因為開煉機的兩個輥筒以不同的表面速度相對回轉(zhuǎn)，膠料在被輥筒擠壓的同時，在剪切力和粘附力的作用下被拉入輥隙中，形成楔形斷面的膠條。在輥隙中由于機械力的作用，致使膠料受到強烈的碾壓、剪切和撕裂。同時伴隨著橡膠分子鏈的氧化與斷裂。從輥隙中排出膠片，由于兩個輥筒表面速度和溫度的差異，膠料包裹在一個輥筒上，并且重新返回到兩個輥筒之間，這樣多次往復完成煉膠作用。在塑煉時促使橡膠分子由長變短，彈性由大變??；在混煉時促使各組分表面不斷更新，均勻混合。
開練的工作條件：再煉膠過程中，當膠料包裹一個輥筒后，兩輥筒之間還有一定數(shù)量的堆積膠，這些堆積膠不斷被轉(zhuǎn)動的輥筒拉入輥隙中去，而新的堆積膠又不斷形成。這些堆積膠對煉膠效果的影響非常大的。若堆積膠過多，過多的堆積膠便不能進入輥隙，只能原地的抖動，此時煉膠效果明顯下降，若堆積膠過少便不能形成穩(wěn)定地操作。由此可見，確定適量的堆積膠是必要的。
實踐證明要使膠料進入輥隙，膠料與滾筒之間的接觸角α必須小于摩擦角ρ，如圖2—2受力分析的角度看，煉膠是膠料對輥筒產(chǎn)生徑向作用，于是輥筒亦對膠料產(chǎn)生一個大小相等方向相反的反作用力Q(正壓力) ；又由于輥筒相對回轉(zhuǎn)，輥筒表面與膠料接觸時，輥筒對膠料產(chǎn)生切向力T（摩擦力）。把徑向力Q分為Qx和Qy；切向力T分解為Tx和Ty?？梢娝椒譃镼x、Tx用來擠壓膠料，稱為擠壓力；垂直分為Ty則將膠料拉近輥隙中。為了保證膠料能被拉入輥隙中必須是Ty>Qy.否則膠料只能在輥筒上抖動，不會通過輥距。
圖 2—2 開煉機的工作條件
切向力（摩擦力）T為： T=Q
式中 Q—正壓力 μ—膠料與輥筒的摩擦系數(shù)。
因 μ=tgρ, 故T=Q·tgρ ρ—摩擦角
切向分力： Ty= Q·tgρ·cosα
垂直分力： Qy=Q·sinα
為使煉膠機正常操作必須：Ty≥Qy，
即Q·tgρ·cosα≥Q·sinα 所以 tgρ≥t
即 ρ≥α
沈陽化工大學科亞學院畢業(yè)設(shè)計說明書 第三章主要參數(shù)選擇與計算
第三章主要參數(shù)的選擇與計算
開放式煉膠機的規(guī)格用“輥筒工作部分直徑×輥筒工作部分長度”來表示，單位為毫米。國產(chǎn)開煉機的規(guī)格系列：Φ650×2100mm，Φ450×1200mm，Φ160×320mm。我國頒布標準規(guī)定的表示方法是在輥筒直徑數(shù)字前冠以漢語拼音符號，以表示機臺的用途，如XK-160，其中X表示橡膠用，K表示開煉機，160表示輥筒工作部分直徑為160mm。又如XKP-450表示工作部分直徑為450mm的破膠機。
根據(jù)《橡膠工業(yè)手冊》第九冊（上冊）11頁，可以確定Φ160×320開煉機，速比為1:1.35，前輥筒線速度8m/min，主電機的功率為7.5kw，一次投膠量為2—4kg。
3.1 輥筒直徑與輥距
輥筒直徑指輥筒工作部分直徑。在設(shè)計時一般符合標準系列的規(guī)定。如有特殊需要可根據(jù)機臺的用途參照有關(guān)資料確定。
兩輥筒表面間的最小距離為輥距。輥距的大小對電能的消耗、一次容量、煉膠效果均有影響。應(yīng)指出的是，輥距的變化對功率的消耗的影響是復雜的，一般認為；在一定范圍內(nèi)輥距增大，膠料通過輥距的變形功減小，功率消耗亦小。
3.2 輥筒回轉(zhuǎn)速度與速比
輥筒的回轉(zhuǎn)速度，常以輥筒表面回轉(zhuǎn)的線速度（米/分）或輥筒的轉(zhuǎn)數(shù)（轉(zhuǎn)/分）來表示。
輥筒線速度的大小取決于開煉機的規(guī)格和設(shè)備的機械化水平。由表3-1可得出Φ400×1000mm開煉機的線速度為10-12m/min。
表3-2 滾筒直徑與線速度
輥筒直徑（mm）
輥筒線速度（m/min）
輥筒直徑（mm）
輥筒線速度（m/min）
150—200
300—400
400—600
10—12
12—20
20—28
600—660
750—810
25—32
34—40
兩輥筒速度之比稱之為速比（參見圖3-1），其式為： f=v1/v2 （3-1）
式中： f—速比；
v2—后滾筒（快速輥筒）線速度，米/分
v1 —前滾筒（慢速滾筒）線速度，米/分
通過計算得出速比f=1.35.
圖3-1 輥筒速比
3.3 驅(qū)動功率的確定
根據(jù)《橡膠機械設(shè)計手冊》第二章中的經(jīng)驗公式：
N=2.7vLD0.4千瓦 （3-2）
式中：
V—前后輥平均線速度，米/分
L—輥筒工作部分長度（米）
D—輥筒的直徑（米）。
經(jīng)計算得N=3.32 kw。
3.4 橫壓力的確定
橫壓力是橡膠在輥筒間距對輥筒作用的徑向壓力，是開煉機的重要原始數(shù)據(jù)之一。橫壓力的大小主要取決于被加工膠料的性質(zhì)，溫度，輥距，輥筒規(guī)格和速比等多種因素，一次要精確計算橫壓力很困難，通常是以測定值計算輥筒1cm長度上的橫壓力作為設(shè)計依據(jù)。橫壓力的計算如圖3-2所示。
圖3-2 橫壓力的計算
3.4.1根據(jù)膠料涅煉的流體動力學理論基礎(chǔ)
p （3-3）
式中：
D— 輥筒直徑，即為400mm
Kp—剪切計算系數(shù)，由于是實驗用開煉機，故Kp=176N/cm2。
經(jīng)計算有：P=7990N/cm
取推薦值：P=500 kg/cm
故總橫壓力Pp=PL=799000N
式中： L=100cm。
3.4.2 利用推薦值來計算橫壓力
Px=Ppcosβ （3-4）
β=10° 故Px=Ppcos10°=7.8710N Py=sin10°=1.39×105N
3.5 生產(chǎn)能力的確定
有經(jīng)驗公式
Q—生產(chǎn)能力，千克/小時
γ—膠料的重量，千克/升；取0.9-1.2kg/dm3
q—一次容膠量，升；
t—一次煉膠時間，分；取t=40min
α—設(shè)備利用系數(shù)，取α=0.85-1.90
其中q=KDL=（0.0065-0.0085）×16×32
經(jīng)計算得： Q=6.12kg/h
故該類型的開煉機的產(chǎn)量為6.12kg/h
沈陽化工大學科亞學院畢業(yè)設(shè)計說明書 第四章傳動系統(tǒng)設(shè)計計算
第四章傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算
4.1 傳動形式
開煉機的傳動系統(tǒng)的設(shè)計主要包括電機、減速器、大驅(qū)動齒輪、小區(qū)動齒輪和速比齒輪的選擇與布置。傳動系統(tǒng)的設(shè)計直接影響開煉機的整體布置、結(jié)構(gòu)形式、占地面積、加工制造和使用維護，它是開煉機設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，不容忽視。
圖 4-1傳動系統(tǒng)
1-速比齒輪；2-軸承；3-輥筒； 4-聯(lián)軸器； 5-傳動系統(tǒng)；6-電機
4.2電動機的選擇
常用的電動機為三相異步電機，一般選用鼠籠式轉(zhuǎn)子封閉自扇冷式異步電機，也有選用繞線式異步電機的，后者啟動性能比前者啟動性能好，但可靠性差，價格高，前者結(jié)構(gòu)簡單，防塵啟動性能雖然不如繞顯示異步電機來的大，單由于開煉機多是空車啟動，故啟動性能可以滿足開煉機的要求。
有經(jīng)驗公式得： （4-1）
由于Φ400×1000mm以下規(guī)格的開煉機的計算結(jié)果是偏高的，因此取N=7.5kw。
查《機械設(shè)計手冊》第五卷，第23篇常用電動機、電器及其它查得，電機的類型為Y系列減速異步電動機減速器。電動機的型號YCJ-225，其主要參數(shù)為：額定功率：7.5kw；轉(zhuǎn)數(shù)：54r/min；額定轉(zhuǎn)矩；1128N·m。
4.3 速比齒輪組
根據(jù)前后輥筒速比確定速比齒輪的速比為；1:1.27，中心距a=410mm。
選擇直齒圓柱齒輪傳動，為一般工作及其選用七級精度（GB1095-88）.
材料選擇；
查《機械設(shè)計手冊》選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)）硬度為280HBS，大齒輪材料為45#鋼硬度為240HBS，二者相差40HBS.
選取齒輪模數(shù)為m=8
由于 a=m()/2 =1.27
得出z1=45 z2=57 則d1=mz1=360mm d2=mz2=456mm
齒頂高 ha=ha*m=8mm 齒根高 hf=（ha*+c*）=10mm
齒全高 h= hf+ ha=18mm
齒寬b=（12~15）m=96~120mm 取值b1=120mm b2=110mm
按照接觸強度校核
KA=1.5 KV=1.1 Kα=1
K= KA KV KαKβ=2.23
查表得： KHN1=0.98 KHN2=0.85
σHlim1=600MPa σHlim2=500 MPa
[]=K*=510MPa。
其中：S=1
取兩者最小值為許用應(yīng)力，即許用應(yīng)力為632.5 MPa
齒頂圓壓力角
查表得：ZE=189.8MPa 區(qū)域系數(shù)ZH=2.5
＜632.5 MPa
經(jīng)校核安全，校核齒根彎曲疲勞強度 查表得：
YFa1=2.97 ， YFa2=2.69 ，YSa1=1.52，YSa2=1.575，
?σFE1=500 MPa σFE2=380 MPa 另取 KFN1=0.95 KFN2=0.97
求得： []=0.85*500/1.4=304MPa。
其中：S=1.4 則：
＜[σF]1
＜[σF]2
經(jīng)校核安全
4.4傳動齒輪組
選擇直齒圓柱齒輪傳動，為一般工作機器選用七級精度（GB10095-88） 材料選擇：查《機械設(shè)計手冊》；
選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)）硬度HBS=280MPa，
大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度HBS=240 MPa
驅(qū)動齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度HBS=240 MPa
傳動比： i=i1·i2=0.4
初步確定：z1=37，z2=42，z3=15
推出： d1=mz1=295mm，d2=mz2=335mm，d3=mz3=120mm
推出：da1=d1+2ha*m=312mm da2=d2+2ha*m=352mm
da3=d3+2ha*m=135mm
推出：db1=d1cosα=278mm db2=d2cosα=316mm
db3=d3cosα=112mm
圓周速度：
校核齒面接觸疲勞強度：
選齒輪精度等級為8級，按點擊驅(qū)動載荷平穩(wěn)面取KA=1.0
另有 取Kv=1.02
齒寬計算 取φα=0.4
求得各齒寬： b1=φα·α1=126.4mm b2=φα·α2=91.2mm
推出 Kβ1=1.1 Kβ2=1.03
取Kα=1.1
計算載荷系數(shù)：
K1=KAKVKβ1Kα=1.0×1.02×1.1×1.1=1.23
K2=KAKVKβ2Kα=1.0×1.02×1.03×1.1=1.16
齒頂圓壓力角：
推出 ： tan =0.51 tan =0.49 tan =0.69
端面重合度：
推出：
查表得：KHN1=1.07，KHN2=1.19, KHN3=1.03;
σHlim1=600MPa，σHlim2=550MPa，σHlim3=600MPa；
推出：
取三者最小值為許用應(yīng)力，即許用應(yīng)力為618MPa。
齒面接觸應(yīng)力：
經(jīng)校核安全
校核齒根彎曲應(yīng)力 查表得：
z1=37， z2=42， z3=15
YFα1=2.43， YFα2=2.38, YFα3=2.98
YSα1=1.66, YSα2=1.67, YSα3=1.50,
σFE1=380MPa， σFE2=380MPa， σFE3=380MPa，
另取KFN1=1.98， KFN2=0.97， KFN3=0.95，
其中，疲勞強度安全系數(shù)S=1.0 第五章主要零部件的設(shè)計
5.1輥筒的設(shè)計
開煉機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，它對開煉機性能的影響很大，因此，對開煉機輥筒的設(shè)計，制造和使用非常重要。
5.1.1輥筒的材料和基本要求
輥筒必須具有足夠的強度，硬度和導熱性能。輥筒的材料一般采用冷硬鑄鐵，他的特點是內(nèi)部韌性好、強度大、表面的組織硬、耐磨損。冷硬鑄鐵輥筒分為普通冷硬鑄鐵和合金冷硬鑄鐵。本設(shè)計采用普通冷硬鑄鐵。輥筒的結(jié)構(gòu)有兩種：中空結(jié)構(gòu)和圓周鉆孔結(jié)構(gòu)，本設(shè)計采用中空結(jié)構(gòu)。
5.1.2輥筒的結(jié)構(gòu)圖和各部分尺寸
查《橡膠工業(yè)手冊》，輥筒內(nèi)各個部分尺寸關(guān)系如表所示
輥筒工作不分長度 L=（1.3~3.2）D 輥筒軸頸長度l=（1.05~1.35）d1
輥筒軸頸直徑 d1=（0.63~0.7）D 連接部分長度l1 =（0.85~1.0）d1
輥筒內(nèi)徑 D1=(0.55~0.62)D 油溝尺寸A=（0.07~0.12）D
輥筒連接部分直徑d4=（0.83~0.87）d1 圓角 R=(0.06~0.08)d1
輥筒肩部直徑d2=（1.15~1.2）d1 圓角 r1=（0.05~0.08）d1
圖 5-1 輥筒
經(jīng)計算得：
輥筒工作長度為：L=1000mm
輥筒內(nèi)徑：d=0.6D=0.6400=240mm
輥頸直徑：=0.66D=0.66400=260mm
輥頸長度：=1.1=1.1260=286mm
輥筒傳動部分直徑： =0.8=0.8300=240mm
輥筒傳動部分長度：=1.1=1.1240=264mm
5.2輥筒的計算
彎矩的計算：輥筒的受力情況如下圖
支點反力RB和RC為 :RB=RC=F／2=8000N
中間截面的彎矩M彎為： M彎=RBL1／2－PL2／8=1.48×107N·mm
強度計算：
計算：
σ合=41MPa
溫度應(yīng)力計算：
開煉機煉膠過程中通冷卻水時對輥筒內(nèi)表面的影響較大，需進行溫度應(yīng)力驗算，輥筒外表面受熱伸張大，產(chǎn)生壓應(yīng)力，但輥筒承壓能力大，對溫度影響不大，輥筒內(nèi)表面冷卻后，熱伸張少，產(chǎn)生拉應(yīng)力，與彎矩產(chǎn)生的拉應(yīng)力疊加影響強度，內(nèi)層拉應(yīng)力σ為：
式中σz內(nèi)為熱應(yīng)力： σ彎內(nèi)由彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力。
σ彎內(nèi)= σ彎·d／D=22.6N／mm2
則σ=22.6+14=36.66N／mm2
許用應(yīng)力與安全系數(shù)n1=K1K2K3K4K5K6K7
K為安全因數(shù)，取1.2（按停車事故）；
K為計算系數(shù)，取1.1；
為載荷性質(zhì)系數(shù)，為1.5；
為應(yīng)力集中系數(shù)，為1；
為截面系數(shù)，取1.2；
為工藝因數(shù)，取1.25；
為質(zhì)量驗收因數(shù)，取1.05。
所以n1=2.5
許用應(yīng)力：是作用在輥筒上的載荷，屬對稱循環(huán)載荷，計算時以疲勞強度極限為基礎(chǔ)。所以輥筒安全。
5.3 輥筒軸承
選用調(diào)心滾子軸承。型號為：13517.對于滾動軸承通常根據(jù)載荷和轉(zhuǎn)數(shù)來選擇再驗算其耐久性，開煉機軸承耐久性不小于5000小時。
滾動軸承壽命計算公式：Lh=106／60n（c／p）ε=135100h﹥5000h
故所選軸承滿足壽命要求。
5.4 機架與壓蓋
輥筒軸承支反力：RB=RC=80000N
其水平分力： RBX=RCX=RB·COSα合=78780N
其垂直分力：RBY=RCY=RB·SINα合=13890N
為了方便把機架分為支柱和橫梁兩部分分別計算：
立柱部分
圖5-3 立柱分析
立柱與壓蓋呈鉸鏈連接，在Rcx作用下沉聲反作用力Rbx，與Rcx方向相反；
立柱與橫梁是一個整體，將a端面視為固定端。
計算支點力Ra和Rbx：
Ra=11／16Rcx=54165N RB=5／16Rcx=24620N
(4)計算彎矩；對立柱A點的彎矩Ma=3／16Rcx·L=3／16×78780×300=4432656
計算應(yīng)力
σ==29.4N／mm2
5.5機架底梁的應(yīng)力計算
機架底梁的受力情況如下圖所示
支點反力RA1，RB1，RA2，RB2的計算如下：
RA1=RCY(b+c)2(L+2a)／L3=13892×(160×132)2×(400+215)／4003=11421
RB1=RCYα2[L+2(b+c)]／L3=2471N
RA2=1524N RB2=10329N
合彎矩MA=MA1+MA2120631N·mm MB=111670N·mm
M=1643830N·mm
機架和底梁的綜合力為9.0N／mm2
5.6壓蓋的強度計算
壓蓋的危險面如圖所示
圖5-5 壓蓋危險面截面分析
其應(yīng)力為：σ=σB+σm 其中σm=0.2N／mm2
σB=RB／A=0.46N／mm2 ( RB=24620N A=235×60=14100mm2)
所以σ=0.65N·mm2
安全系數(shù)與許用應(yīng)力：
機架受力屬于變載荷，許用應(yīng)力應(yīng)按脈動彎曲疲勞極限σ0為基礎(chǔ)
許用應(yīng)力σ0為[σ0]=σb／n 式中σ0=61σbN／mm2
n為安全系數(shù) n=3.5—4.5
當機架的材料為HT250，其許用應(yīng)力為：[σ0]=σb／n=34—44 N／mm2
所以機架的橫梁的總應(yīng)力σ＜[σ0]，因此是安全的。
當壓蓋的材料為HT20-40時，其許用應(yīng)力為[σ0]=30—40 N／mm2
壓蓋的應(yīng)力σ＜[σ0]，因此是安全的。
5.7調(diào)矩裝置
開煉機的調(diào)距范圍一般在0.1-15mm，常用的調(diào)矩裝置動力形式分為；手動式，電動式和液壓式。本設(shè)計采用手動裝置，其特點是操作方便，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠。其基本結(jié)果如圖所示
1- 手輪；2-螺桿；3-渦輪；4-螺桿；5-機架；6-螺母；
2- 7-安全片；8-安全墊片；9-前輥筒軸承
圖5-6 手動調(diào)距裝置
5.7.1調(diào)距螺紋的計算
調(diào)距螺紋主要承受橫壓力的水平壓力，其次是扭矩作用。因本設(shè)計采用手動調(diào)距，故扭矩可以忽略不計。調(diào)矩裝置的螺桿和螺母一般采用矩形或梯形半透螺紋，為了使嚙合螺紋各圈受力均勻，螺紋工作圈數(shù)不大于10圈。
計算調(diào)距螺桿的擠壓強度時，其應(yīng)力為σiy=4P／πd12ξ
式中：P一個軸承的最大橫壓力；ξ螺桿材料的剪切系數(shù)，梯形或矩形螺紋的為ξ=1.2-1.3，這里取1.25.
d1螺紋的內(nèi)徑mm。
σiy許用壓應(yīng)力，螺桿與螺母為均勻變載荷，其許用壓力為：σiy=σ01／n
式中：σ01為脈動拉壓疲勞極限，鋼材的σ01=1.42×[0.23×（σs+σb）]
螺桿材料為45鋼，此時σ01為：
σ01=1.42×[0.23×（360+160）]=317N／mm2
安全系數(shù)n為：n=K1·K2·K3·K4=1.1×1.05×1.94×1=2.3
式中K1安全因素的系數(shù)，取1.1，K2計算系數(shù)，取1.05，
許用應(yīng)力σ01=137N/mm2
5.7.2螺紋自鎖條件
滿足摩擦角ρ大于螺紋升角α。通常tanρ=f=0.1-0.15,f為摩擦系數(shù)，鋼對銅的f=0.1—0.15，ρ=2-8°，α一般取4-5°。
5.7.3螺母臺肩的計算
螺母臺肩的厚度：δ=
螺母臺肩應(yīng)力按下式計算：σ=3p（D1-D）／2πDδ2≤[σ0]
[σ0]=σ0／n 其中σ0=0.6σb。
鑄鐵HT200的σ0=0.6×200=120N／mm2
安全系數(shù)n為：n=K1·K2·K3·K4=1.1×1.05×1.64×1=2.0
式中K1安全因素的系數(shù)，取1.1，K2計算系數(shù)，取1.05，K3=σb／σ0=1.64，
K4應(yīng)力集中系數(shù)，在D與D1連接處應(yīng)有圓角Y或45°補強角，否則會因尖角引起應(yīng)力集中，所以K4取1。
由此，許用應(yīng)力[σ0]=120／2=60N/mm2
δ==20mm
σ=3p（D1-D）／2πDδ2=56.6≤[σ0]=60N/mm2
5.8輥溫調(diào)節(jié)裝置
根據(jù)煉膠工藝要求，開煉機輥筒表面應(yīng)保持一定溫度，一般不超過55—60℃，因此，輥筒需要設(shè)有控溫裝置或冷卻裝置。
常用輥溫度調(diào)節(jié)裝置有開放式輥溫調(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。閉式的冷卻效果較差而耗水量少；鉆孔溫控裝置的冷卻效果好，但結(jié)構(gòu)復雜，成本較高；相對后兩種，開式的結(jié)構(gòu)簡單，冷卻效果好。此次設(shè)計采用開式調(diào)溫裝置，但耗水量大是主要特點。
5.8.1輥溫調(diào)節(jié)裝置
開煉機所消耗的功被轉(zhuǎn)化為熱量，主要消耗在三個方面：
1. 被膠料吸收的熱量Q1
2. 向周圍空氣散失的熱量Q2；
3. 被冷卻水帶走的熱量Q3.
這三個部分熱量之和的總熱量Q=量Q1＋Q2＋Q3=3600N平均η
式中：N平均=（0.7-0.75）N=0.7×0.75=5.25KW
N電動功率，kw N=7.5kw
η機械傳動效率，取0.8-0.9
Q=3600×5.25×0.85=16060千焦／h
被膠料吸收的熱量：Q1=G／(T2-T1)
式中；G生產(chǎn)能力，kg／h C 膠料比熱容，C=1.675千焦/(kg·k)
T1，T2分別為膠料的初始溫度，
向周圍空氣散失的熱量：Q2=Q對流＋Q輻射=3.6A(hk＋hp)（T輥－T空氣）
A 兩輥筒工作部分表面積，A=2πDL=2×3.14×0.16×0.32=0.32mm2
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
被冷卻帶走的熱量 Q3=Q-Q1-Q2
C水的比熱容，千焦／（kg·k）； ρ水的密度，kg／m3；
5.8.2實際冷卻水消耗的確定
q＝（0.08—0.13）N=0.56—0.91m3／h 取0.6m3／h N電機功率，kw
5.8.3冷卻水管進水管直徑計算
進水管直徑d（mm）的計算：d=14.6mm
q冷卻水耗水量； v冷卻水的速度，一般水壓情況下v取0.9—2m／s，分水管及噴水孔截面積的總和s不應(yīng)大于總進水管截面積A。即ns＞k，這里v取1m／s。
5.9潤滑系統(tǒng)
選用旋蓋式油杯潤滑，其型號為：油杯A200G／31154
5.10制動裝置
對制動裝置的要求是:控制為只要適合操作人員使用方便，要保證處于正常狀態(tài)?？者\轉(zhuǎn)制動后，前輥筒繼續(xù)回轉(zhuǎn)，不得超過輥筒圓周的1／4.
制動裝置一般裝在電動機和減速器的聯(lián)軸器上，而其操作裝置則裝在工人操作位置附近。常用的制動裝置有電磁抱閘塊式制動裝置兩種。
由于電磁抱閘塊式制動簡單可靠，故國內(nèi)外大部分煉膠機均采用它，本次設(shè)計采用電磁抱閘塊式制動裝置。
沈陽化工大學科亞學院畢業(yè)設(shè)計說明書 總結(jié)
總 結(jié)
我國規(guī)?；a(chǎn)機械設(shè)備起步較晚，到上世紀80年代，才得到交大的發(fā)展，開煉機的產(chǎn)品規(guī)格和結(jié)構(gòu)形式開式較多的出現(xiàn)。
隨著橡膠工業(yè)的不斷發(fā)展，開煉機在逐步的完善和不斷的發(fā)展。其發(fā)展方向是提高機械水平化，改善勞動條件，提高生產(chǎn)效率，縮小機臺占地面積，完善附屬裝置和延長使用壽命等方面。
目前，開煉機的使用狀況比較落后，仍有許多需要改進和完善的地方。比如：橡膠防震取消了龐大復雜的基礎(chǔ)施工，為重型設(shè)備移位提供了方便并消除了噪音，減少了機器運轉(zhuǎn)對房產(chǎn)和地基產(chǎn)生的震動外力和沖擊力。另外，調(diào)矩裝置安全墊片的選材及裝卸方式，還有幾家可以采用焊接件以降低其熱量，同時也可以改變其外觀形象。
在橡膠廠中速比齒輪的磨損和更新成為一個比較突出的問題。為了解決這一問題，有些橡膠廠考慮將開煉機的傳遞路線改為；電機-聯(lián)軸器-減速器-方向聯(lián)軸節(jié)-輥筒的傳動方式。減速箱內(nèi)有兩個低速輸出軸分別帶動兩個輥筒。由于輥筒和減速器輸出采用萬向聯(lián)軸器連接，能保證輥距調(diào)節(jié)的需要。這種形式改變了速比齒輪的工作條件，解決了由于輥距帶來受力嚙合位置的變化問題。這將有效的延長了速比齒輪的使用壽命，降低了維修成本，提高了開煉機的整體水平。
回顧幾十年的歷史，開煉機的生產(chǎn)基本上經(jīng)歷了從單一規(guī)格型號到多規(guī)格型號的過程：從老式開煉機到新老兩種開煉機并行成產(chǎn)的過程。還把比較先進的技術(shù)、工藝及新材料應(yīng)用在開煉機上。
總之，開煉機在日益發(fā)展的橡膠工業(yè)中，不僅不會被淘汰，而且會日益發(fā)展，尤其是橡塑并用的開煉機。
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沈陽化工大學科亞學院畢業(yè)設(shè)計說明書 致謝
致 謝
經(jīng)過近一個學期的努力，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，作為一個本科生的畢業(yè)設(shè)計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有指導老師的督促指導，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。
在這里首先要感謝我的指導老師王敬伊老師。王老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，從查閱資料，設(shè)計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設(shè)計，裝配草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導。我的設(shè)計較為煩瑣，但是王老師仍然細心地糾正圖紙中的錯誤。除了敬佩王老師的專業(yè)水平外，他的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。
然后還要感謝大學四年來所有的老師，為我們打下機械專業(yè)知識的基礎(chǔ)；同時還要感謝所有的同學們，正是因為有了你們的支持和鼓勵。此次畢業(yè)設(shè)計才會順利完成。
最后感謝沈陽化工大學科亞學院為我提供了學習的平臺以及對我的大力栽培！
沈陽化工大學科亞學院畢業(yè)設(shè)計說明書 參考文獻
參 考 文 獻
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