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摘 要
垃圾再生煤是一種新型綠色能源，它具有容易燃燒，火力猛，燃燒完全和排污少的特點。是一種很好的燃料。中國現(xiàn)在能源利用中，煤占有很大一部分比例。垃圾再生煤可以運用到居民日常生活，工業(yè)領域，運用前景廣泛。
本文根據(jù)垃圾煤生產線上對垃圾煤成型擠出機的工作要求，設計出一種可行的擠出機結構，主要工作包括：
進行擠出機的結構方案論證，設計可行擠出結構方案。繪制擠出機部件的機構裝配圖，主要零件的零件圖。進行有關理論分析和計算，以滿足強度和使用要求。
分析工作動力要求，選擇合適的原動機及減速機。
編制關鍵零件的加工工藝卡。對擠出機機中關鍵部位的零件編制加工工藝卡，可以了解其加工工藝過程，方便加工制造。用三圍軟件UG完成部件的結構設計。
本次擠出機采用了葉輪擠壓式原理，包含有減速箱的設計，擠出機頭的設計，箱體和機筒的設計。擠壓部采用螺旋結構，擠壓部螺旋軸采用懸臂式設計結構，機筒的結構采用組合式結構并內裝襯套減少物料對機筒摩擦。并在結構設計的基礎上進行重要零件的校核，確保其的可行性。
關鍵詞：擠出機；葉輪；機頭；三維建模
ABSTRACT
Regeneration of waste coal is a new type of green energy, it has easy burning, fire, and combustion characteristics of full and less emissions. Is a good fuel. Energy use in China now, coal accounts for a large proportion. Waste recycling coal use to the residents ' daily life, industrial areas, use Outlook extensively.
According to this article on waste coal briquetting waste coal production line extruders working requirements, design a feasible structure of extruder, major work includes:
Structural plan of the extruder, design feasible extrusion structure. Draw out the body assembly drawings of machine parts, parts of the main part. Theoretical analysis and calculation to meet strength and usage requirements.
Analysis of power requirements, select the right prime mover and gearbox.
Processing technology of preparation of key parts of the card. On key parts in extruder machine parts processing technology of preparation of cards, you can understand the process, facilitate the processing and manufacturing. Measurements software UG structure design of the finished part.
Impeller in the extruder adopts the principle of pressure-, containing the gearbox design, design of the extrusion die, tank and barrel design. Extrusion using spiral structure, extrusion screw design of axis-cantilever structure, structure using the modular structure and the contents of the cylinder lining reduces friction material on the barrel. And important parts on the basis of structural design of checking to ensure its feasibility
Keywords: extrusion machin；impelle；the nose；Three-dimensional modeling
目 錄
第1章 緒論 1
1.1垃圾再生煤的發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.2垃圾再生煤發(fā)展中存在的問題 1
1.3垃圾煤成型擠出機的發(fā)展前景 1
1.4 畢業(yè)設計任務和要求 1
第2章垃圾煤成型擠出機的方案設計 2
2.1 工作原理 2
2.2 垃圾成型擠出機的方案選擇 2
2.3 方案確定 4
第3章 主要零部件的設計 5
3.1 螺旋葉輪的設計 5
3.1.1 工作特性分析與結構設計 5
3.1.2 參數(shù)設計 6
3.2 垃圾煤成型擠出機機頭的設計 8
3.3 機頭卡環(huán)的設計 10
3.4 支撐部分的設計 11
3.5各部分箱體的設計 12
3.5.1 支撐端箱體材料的選擇 12
3.5.2 軸承的潤滑和密封 14
3.5.3 葉輪軸筒的設計 15
3.5.4 葉輪軸筒體內襯套的設計 16
第4章 擠出機的動力系統(tǒng)選擇 17
4.1擠出機的電機選擇 17
4.2減速器的選擇 18
4.3聯(lián)軸器的選擇 18
第5章 擠出機的受力分析及校核 18
5.1 擠出機的受力分析 19
5.1.1 螺旋葉輪的受力分析 19
5.1.2 擠壓成型力的分析計算 19
5.1.3 主軸的力分析 20
5.2 強度校核 21
5.2.1 軸承強度校核 21
5.2.2 機頭卡環(huán)連接螺栓的強度校核 23
5.2.3 擠出機地腳螺栓的強度校核 24
5.2.4 葉輪強度的校核 25
第6章 主軸加工工藝文件的制定 26
6.1 零件的工藝分析 26
6.2 毛坯的選擇 26
6.3 工藝卡的制定 27
結論 27
致 謝 29
參考文獻 30
附錄 材料清單 31
第1章 緒論
1.1垃圾再生煤的發(fā)展現(xiàn)狀
我國現(xiàn)階段很多垃圾的處理仍然是按傳統(tǒng)的方式，焚燒，填埋，只有少部分進行了回收處理。在垃圾回收處理中，發(fā)達國家的技術已比較成熟，比如日本在垃圾分類回收方面是很多國家的榜樣。而我國在垃圾處理技術上還比較滯后，大多沿用傳統(tǒng)方式。近幾年國家大力提倡新能源的開發(fā)利用，在政策和資金上對企業(yè)進行扶持，也有很多企業(yè)投入到再生煤的開發(fā)中來，雖然，技術在一點點積累，但任處于初步階段，垃圾再生煤技術有待進一步完善。
1.2垃圾再生煤發(fā)展中存在的問題
市場保障機制還不夠完善。長期以來，我國可再生能源發(fā)展缺乏明確的發(fā)展目標，沒有形成連續(xù)穩(wěn)定的市場需求。雖然國家逐步加大了對可再生能源發(fā)展的支持力度，但由于沒有建立起強制性的市場保障政策，無法形成穩(wěn)定的市場需求，可再生能源發(fā)展缺少持續(xù)的市場拉動，致使我國可再生能源新技術發(fā)展緩慢。
技術開發(fā)能力和產業(yè)體系薄弱。除水力發(fā)電、太陽能熱利用和沼氣外，其它可再生能源的技術水平較低，缺乏技術研發(fā)能力，設備制造能力弱，技術和設備生產較多依靠進口，技術水平和生產能力與國外先進水平差距較大。同時，可再生能源資源評價、技術標準、產品檢測和認證等體系不完善，人才培養(yǎng)不能滿足市場快速發(fā)展的要求，沒有形成支撐可再生能源產業(yè)發(fā)展的技術服務體系。
1.3垃圾煤成型擠出機的發(fā)展前景
我國每年近2億噸垃圾生產量，按每噸垃圾再生煤成本300元、市場銷售價600元計算，每年可獲利潤600億元，節(jié)省原煤近2億噸，減排碳、硫等化合物3.862億噸；按每噸垃圾填埋占地0. 01畝計算，節(jié)省農、林業(yè)用地200萬畝；按傳統(tǒng)填埋法處理每噸垃圾270元計算，每年能降低處理費用540億元。我國現(xiàn)有技術設備已能徹底解決傳統(tǒng)填埋、焚燒所帶來的二次污染問題。而垃圾煤成型擠出機的在垃圾煤成型過程中扮演重要一環(huán)，它的成功設計將使得垃圾煤能夠大規(guī)模的組織生產，將產生良好的經濟效益和極大的社會效益，是一項利國利民，造福子孫后代及發(fā)展前景廣闊的工程。
1.4 畢業(yè)設計任務和要求
本文根據(jù)垃圾煤生產線中對擠出機的工作要求，設計一種可行的擠出結構，進行了垃圾煤成型擠出機的設計，滿足生活垃圾煤生產線的生產要求。主要完成的工作內容如下：
（1）完成不少于4萬字符的機械類相關外文翻譯；
（2）進行擠出機結構方案論證；
（3）繪制擠出機部件機構的裝配圖和主要零件圖，并進行有關的理論分析和計算，繪圖工作量折合A0圖紙3張以上，其中包含兩張A3以上的圖紙；
（4）根據(jù)動力要求，選擇合適的原動機；
（5）編制關鍵零件的加工工藝卡；
（6）使用三維軟件對部件進行建模；
（7）按照格式要求編寫設計說明書。
第2章垃圾煤成型擠出機的方案設計
2.1 工作原理
垃圾煤成型擠出機是利用直流電機輸出轉速和扭矩，傳遞給減速箱，聯(lián)軸器，及轉動軸和擠出設備，將垃圾顆粒擠壓，揉搓前進，并在這個過程中摩擦生熱，升高原料的溫度，提高其塑性，再通過擠出機頭的作用，產生具有一定形狀和強度的垃圾再生型煤。
2.2 垃圾成型擠出機的方案選擇
目前成型機比較成熟的方案有一下幾種：
方案一：環(huán)式擠出機
如圖2.1所示，環(huán)式成型機可分為固定外環(huán)和旋轉外環(huán)兩種形式。固定外環(huán)成型機主要依靠壓輥的旋轉擠壓，將原料從下端的口磨擠出成型。而旋轉外環(huán)式則是外環(huán)和壓輥共同旋轉作用將型煤從圓周側擠出。
圖2.1 環(huán)式擠出機
方案二：對輥式擠出機
如圖2.2所示，對輥式擠出機，有兩個相同的壓輥做相切的轉動，兩輥上有相同形狀的磨口，煤料進入磨口后，在壓輥的作用下形成一個整體型煤。型煤的整體變形量小。
圖2.2對輥式擠出機
方案三：螺旋式擠出機
如下圖2.3所示，螺旋式成型機是利用螺旋葉輪的旋轉作用，使原料受到軸向力和徑向力的作用而向前運動及揉搓和擠壓，通過機頭磨口時產生一定壓力，從而從機口產生一定形狀可具有一定強度的型煤。
2.3螺旋式擠出機
方案四、沖壓式擠出機
沖壓式擠出機有多種不同的型式，目前應用最廣的是液壓沖壓缸和曲柄連桿沖壓缸成型機，沖壓式成型機的工作原理如圖2.4所示。沖壓式擠出機的生產過程如下：給料機構將一定數(shù)量的原料煤送入擠出機內；沖桿前移，原料煤被逐步壓實，成為型煤；在沖桿前移的同時，已成型的型煤被向前推動一定的距離，而最前端的型煤被推出了型模；沖桿回程，返回到起始位置。沖壓式成型機的優(yōu)點是成型壓力大，型煤在成型過程中多次受壓而易產生塑性變形。其缺點是耗能大、單產低。
圖2.4 擠出機工作原理
2.3 方案確定
垃圾煤成型擠出機的作用對象是破碎的垃圾顆粒，其性質類似于煤粉，而且要能適用于組織大規(guī)模生產。對輥式擠出機適用于使用粘結劑的型煤，環(huán)式擠出機在實際生產中容易出現(xiàn)卡料的情。螺旋式擠出機，在物料進入機筒后，原料受到軸向和徑向的力，原料向前運動過程中伴隨著翻滾揉戳，原料的溫度上升，可塑性加強，并在擠出頭的作用下，形成性能較好的型煤，總之螺旋式擠出機有：成型效果好，易于拆裝更換損壞的零件等特點，綜合前面所敘，選擇第3中方案，確定擠出機為螺旋式擠出機。
在螺旋式擠出機的設計中，將重點對葉輪進行設計，并對其進行功率計算強度校核，此外，還將進行匹配的電機減速機的計算選擇。
最終確定方案3的三維結構如圖2.5所示。
圖2.5：螺旋式擠出機的三維結構圖
第3章 主要零部件的設計
3.1 螺旋葉輪的設計
3.1.1 工作特性分析與結構設計
本設計采用螺旋式擠出機，其工作原理是其工作原理是粉煤進入封閉的筒內后，在螺旋葉輪的擠壓下，一方面往前運動，一方面交替搓揉，并發(fā)生塑性變形，最后壓縮成具有一定強度的預定形狀的煤棒。也就是靠螺旋葉輪進行工作的，在較大的擠壓力的作用下，螺旋葉輪可能會被磨損，從加工方便和成本低的方面考慮，將三片螺旋葉輪依次套裝在機身內擠壓端的六方軸上，其作用是利用螺旋葉輪旋轉輸送的力量逐步將煤向前輸送，并加壓到所需要的力。
但在螺旋的設計過程中單純靠普通的螺旋輸送機的結構是不能達到上述優(yōu)點的質量要求的，根據(jù)壓縮特性分析；在壓縮過程中物料的壓縮分為三個階段：松軟階段，過渡階段和壓緊階段，所以可以采用將擠壓部分的螺旋結構分成三部分，輸送段，初步壓縮和攪拌段，主要壓縮受力段。輸送段起到計量和喂料的作用，它的設計確定了進料的能力。煤料首先從料斗以一定的供料量進入機內，物料被輸送段強行推進到初步壓縮和攪拌段進行初步壓縮并將煤攪拌均勻，物料再向前進入主要壓縮受力段，物料在此段進一步受到均勻壓縮，最后將料定壓、定量地由出口擠出，整體的螺旋葉輪軸部設計成定外徑、定根徑和變螺距的結構，因此整個螺旋段起到輸送、壓縮物料進行脫水、形成料塞和增加料塞密度的作用。I，II，III三段的螺旋斷開一定距離可以改變物料混運傳輸過程中的規(guī)律性，可以進一步提高物料混和均勻的效果。整體采用的逐步擠壓結構可以使物料在擠出過程中主軸受力均勻，使反作用力更趨近軸線，減小了主軸撓曲彎形的可能性。也可提高煤棒的質量和合格律，避免一次性擠壓成型造成的不必要的損失。
通過以上分析可以初步確定擠壓螺旋部的結構，具體為三段螺旋輥組成，每段螺旋輥有一個整體鑄造的螺旋葉輪，和上述的為了達到功能的螺旋連接之間的適當階段，焊接在螺旋管上的螺旋葉 對螺旋葉作垂直的切面將其相對于螺旋管的位置簡化下來可分為螺旋葉垂直于螺旋管螺旋葉前傾于螺旋管，螺旋葉后仰于螺旋管三種擠出機螺旋葉片相對于螺旋管應嚴格保持垂直擠煤機螺旋葉片相對于螺旋管前傾及后仰都會導致減產動力消耗增加物料內摩擦加強煤料溫度物料中的水分溫度進一步升高形成蒸氣進一步升高壓力物料密實度下降嚴重時造成擠出的物條開裂在制作時螺旋葉的前傾及后仰都應控制在較小的范圍內[6]。綜上選擇螺旋葉垂直螺旋管。擠壓部的結構圖如下圖3.1所示，具體的每一節(jié)螺旋的設計在下面的設計中詳細敘述。
圖3.1 螺旋葉輪的結構示意圖
3.1.2 參數(shù)設計
1、葉輪基本參數(shù)
根據(jù)前面提供的設計參數(shù)：步確定葉輪基本參數(shù)為：外徑D=280mm，內徑d=120mm，與軸相配合的六方軸為邊長為100mm，葉片厚度24mm。
2、原料壓縮比
壓縮比是壓縮比一般由物料而定，物料不同要求的壓縮比也不同。對于垃圾顆粒類似于煤粉，一般為1∶1.15～4。
3、葉輪螺距
對于一定直徑的螺旋來說，螺旋升角的大小可由下式計算得到[4]：
(3.1)
式中，t——螺距；
R——分度圓半徑；
螺距大小可由下式計算得到[4]：
(3.2)
式中，k——各節(jié)螺距相對D的比例；
D——螺旋葉輪的外徑；
整個螺旋輥的長度可由下式計算得到[4]：
(3.3)
式中，t——螺距；
s——葉輪厚度；
——葉輪所占的間距；
采用較小的螺距則漿料受到的軸向分力增加，周向分力減小，有利于物料的推進 ，但動力消耗有些增加設螺旋總長不變。一般進料端的第一個螺距約取0.8D左右 ，逐步減小到最后一個螺距取0.5D作用，D為螺旋葉輪的外徑[4]。
由以上參考數(shù)據(jù)，現(xiàn)取輸送段螺距為0.8D，主要壓縮受力段螺距取0.5D，則壓縮比大概是1.6。將總的壓縮比分擔到個壓縮階段，粗略取初步壓縮和攪拌段螺距為0.66D左右，有螺距的概念我們知道每個螺旋輥的長度等于整個螺旋葉輪所占的長度加上前面所述的螺旋連接間的距離，而整個螺旋葉輪的長度等于自己的螺距加上葉輪厚度，螺旋間距取8mm[4]。現(xiàn)分配如下：第一個間斷分第一個葉輪6mm，第二個葉輪分2mm，第二個間距分第二個葉輪2mm，第三個葉輪6mm。
由此可得
第一個葉輪的k為0.8，s為6mm，代入上述公式得其螺距為224mm，螺旋輥長度等于254mm，螺旋角等于。
第二個葉輪的k為0.66，s為4 mm ，代入上述公式得其螺距為為185mm，螺旋輥長度等于213 mm，螺旋角。
第三個葉輪的k為0.5，s為6mm，代入上述公式得其螺距為140mm，螺旋輥長度等于170 mm，螺旋角，則整體葉輪軸的長度。因為不同節(jié)的葉輪基本結構相同，最后得到整體螺旋結構圖如圖3.2所示。
圖3.2 螺旋葉輪的結構參數(shù)
3.2 垃圾煤成型擠出機機頭的設計
在螺套的終端，通常配裝具有各種形狀孔眼的模壓盤，一般被稱之謂機頭。機頭具有雙重功能：（1）將擠壓料模壓成所要求的形狀；（2）用作為阻流器，以增大擠壓機熟化作用區(qū)段內的壓力。確定機頭孔眼的幾何形狀，對于擠壓產品外形及質量有很重要的作用。目前，已開發(fā)應用多種孔眼形式的單程模壓機頭，例如圓筒形孔眼模，本設計要求煤棒截面是圓形的，則機頭孔眼是圓型的，并均步在機頭端，根據(jù)生產能力等要求設計孔的個數(shù)和長度，從壓縮特性分析機頭孔眼的設計可參考螺旋軸的設計，逐步壓縮，設計成截面直徑逐步減少的結構[7]。機頭的結構如下圖（3.3）。
圖3.3 機頭
機頭設計成如圖3.3所示，從結構圖可以看出擠出部分也是逐步擠壓，因設計要求成型規(guī)格：煤棒斷面為圓形，直徑?30mm，則機頭擠出部直壁部分直徑是30。整個機頭均布16個相同規(guī)格的孔，同時出煤提高產量和保證要求的規(guī)格。從機頭結構圖可看出， 旋壓力均勻分布在內徑為，外徑為的圓環(huán)上。
其應力可由下式計算得到[8]：
(3.4)
式中，——擠壓軸向力；
A——橫截面面積。
由公式3.4知道作用在單個孔內的作用力為
擠壓過程中產生過熱蒸汽，根據(jù)相關資料可知這種摩擦屬于混合摩擦，其值一般為0.1~1.0，根據(jù)參考資料及結合實際情況取。
壁摩擦角可由下式計算得到：
(3.5)
式中，——動態(tài)摩擦系數(shù)。
直壁段圓孔側壓系數(shù)公式為：
(3.6)
式中，——有效內摩擦角；
——側壓壁角。
(3.7)
式中，——壁摩擦角；
——直壁段圓孔側壓系數(shù)。
斜壁面的側壓系數(shù)公式為[7]：
(3.8)
式中，——側壓壁角；
——有效內摩擦角；
——錐形孔的斜面傾角。
由文獻取直壁段圓孔側壓系數(shù)。通過數(shù)值迭代法可求的，代入公式(3.6)得。
由機頭的結構圖可以知道為，將上述已知數(shù)據(jù)代入公式3.8得到斜壁面的側壓系數(shù)值為0.46。
可以看出斜壁面的側壓系數(shù)值與直壁面的側壓系數(shù)值相關不大， 故可把整個煤棒孔視為直壁孔長度設為L，取側壓系數(shù)，通過數(shù)學方法分析可知: 摩擦力沿孔的軸向分布非線性， 垂直方向應力沿軸向呈指數(shù)分布。
根據(jù)文獻取垂直方向的平均應力為，。
得到摩擦力阻力可由下式計算得到[10]：
(3.9)
式中，——側向壓應力；
r——煤棒孔半徑；
L——煤棒孔長度；
——動態(tài)摩擦系數(shù)；
式中，——垂直方向的平均應力為；
——側壓系數(shù)；
在設計時，我們按摩擦力和擠壓力相等，代入數(shù)據(jù)得到L=143mm。
在實際中擠壓力應該略大于摩擦力，則取L=140mm。其他的外部尺寸要根據(jù)與之相連接的箱體尺寸，綜合得到具體的機頭尺寸。
3.3 機頭卡環(huán)的設計
機頭卡環(huán)設計成如圖3.4所示結構，包括組合式機頭和鎖緊裝置，它是有兩個半圓式的卡環(huán)組成，兩端由螺栓連接固定，機頭卡環(huán)用來固定機頭，保障工作的正常進行，這種結構簡單、成本較低，易拆的煤棒成型機組合式機頭裝置，以克服現(xiàn)有機頭被磨損后需整體更換導致材料浪費成本高的弊端。
1-螺栓 2-卡環(huán)
圖3.4 機頭卡環(huán)
3.4 支撐部分的設計
擠壓部螺旋軸多采用懸臂式設計結構這種結構避免了出料端支撐結構的復雜設計，并且提高了出料端的面積，使生產能力進一步得到提高主軸的受力狀態(tài)好消除了附加徑向力對主軸的影響結構合理解決了剛性主軸的不足克服了因長軸調質和必須有加長車床設備的困難，加工費用及軸料價格也有所降低。由于采用懸臂式結構 ，所以對支撐懸臂的支撐部結構設計要求較高。
一般來說，一根軸需要兩個支點，每個支點由一個或一個一上的軸承組成。合理的軸承配置應考慮軸在機器中的正確位置.防止軸向竄動以及軸受熱膨脹后不致將軸承卡死等因素，為了保證螺旋軸的正常工作，兩支點之間的距離要求比較大，對于跨距較大，當軸向載荷較大時，作為固定的一個支點可以采用兩個角接觸球軸承（或圓錐滾子軸承）‘面對面’或‘背對背’組合在一起的結構[11]。由于本設備主要承受軸向擠壓力，所以選擇圓錐滾子軸承組合在一起的結構，因懸臂式的結構要求比較高，為了避免在加工過程中的軸的偏動，故另一個支點采用雙列調心滾子軸承，其結構圖如圖3.5。
1.左端蓋，2.圓錐滾子軸承，3.箱蓋，4.油杯，5.雙列調心軸承，6.右端蓋
圖3.5 支撐部分
整體的支撐端結構如圖3.5所示。同時也展示了軸承的定位和相互位置，它的密封和潤滑方式也有所體現(xiàn)，但對它們的具體選擇和設計將在下面的章節(jié)具體敘述。3.5 各部分箱體的設計
3.5各部分箱體的設計
3.5.1 支撐端箱體材料的選擇
支撐端箱體除了用來支撐的作用之外，還要對軸承進行定位。HT250灰鑄鐵具有較高的強度和耐磨性，鑄件性較好，強度較高[，選擇它作為支撐端箱體材料。該零件的具體結構是根據(jù)機器內部的相關結構及其對軸承的定位作用來確定的，共分為上下兩部分，毛坯采用鑄造工藝獲得。圖3.6和圖3.7分別為該箱體的箱蓋和箱座結構示意圖。
1-螺紋孔 2-油杯孔 3-油杯孔 4-通孔 5-螺栓孔 6-雙列調心滾子軸承安裝處
7，8-圓錐滾子軸承安裝處
圖3.6 箱蓋
圖3.6 所示的支撐端箱蓋結構，1、5處是與兩邊端蓋連接的螺紋孔，螺栓的規(guī)格為M12X40[，整個連接箱體共有12套（螺栓、螺母、彈簧墊片和平墊）。具體連接請見圖4.3左端蓋和圖4.4右端蓋。 7、8處是安放作為一個支點的成對出現(xiàn)的圓錐滾子軸承。6處是安放另外一個支點的雙列調心滾子軸承。2、3處裝油杯用于軸承的潤滑。4處是螺栓連接，用于連接支撐端箱體和筒體I的螺栓規(guī)格為，根據(jù)箱體的厚度等設計，擬采用6套螺栓連接。
箱座的具體結構如圖3.7所示。圖中1、2、3處如上面所述是安裝軸承的地方，4、5、10處的安裝也在上面已經提到，6、7、8、9處就連接箱體和下面機架的螺栓連接處，具體的規(guī)格由傳動系統(tǒng)中的設計得到，在此只引用起規(guī)格是。
在支撐端箱體的設計中提到了螺釘和螺栓的連接，左右的端蓋結構圖如下圖，在其結構中可以看到具體的連接位置安排。
兩端端蓋的材料選Q235，該材料其主要應用于金屬結構件輪軸，端蓋及焊接件[12]圖3.8所示為左端蓋的結構示意圖，其具體尺寸是根據(jù)相關配合連接確定的，由鋼板加工而成。
1，2-安放圓錐滾子軸承處 3-安放雙列調心滾子軸承處
4，10-螺栓孔 5-通孔 6，7，8，9-與機架連接通孔
圖3.7 箱座
圖3.8 左端蓋
圖3.9所示是右端蓋的具體結構，其的材料和具體的安裝方式在總裝圖中有詳細的展示，在此就不祥加論述。
圖3.9 右端蓋
3.5.2 軸承的潤滑和密封
此設計中選用的是滾動軸承，滾動軸承在運轉過程中，元件間會產生摩擦，潤滑的作用是利用是利用潤滑劑在摩擦面間形成潤滑油膜，以減少摩擦，同時防止軸承銹蝕，降低軸承振動噪聲以及用于軸承的冷卻等，因此。為使軸承正常運轉，減少軸承的摩擦和磨損，提高軸承工作性能，延長其使用壽命，必須對軸承進行合理的潤滑。選擇合適的潤滑劑.潤滑方式及潤滑用量十分重要。
滾動軸承用的潤滑劑主要有潤滑脂、潤滑油和固體潤滑劑。結合工作載荷和工作原理?，F(xiàn)選擇油潤，由文獻潤滑裝置選用旋蓋式油杯（JB/T 7940.3-1995），型號為A100，，圖3.10為其結構示意圖。
圖3.10 油杯
密封的作用是防止?jié)櫥瑒┑男孤┖屯饨缢⒒覊m、切屑或其他雜物等進入軸承內，充分發(fā)揮軸承工作效能和延長其壽命，采用毛氈式潤滑中的單氈圈。
3.5.3 葉輪軸筒的設計
葉輪軸部分采用組合式結構（兩節(jié)筒體相連接的結構），因為整個葉輪軸比較長，采用兩節(jié)方便加工和安裝拆卸，方便清洗和更換內孔嚴重磨損的區(qū)段內裝襯套，用螺栓、夾板將機筒和整體機架固定，使軸在軸向和轉動方向均定位，在葉輪軸機筒的下面整體鑄造出小型機架用于與整體機架相連接，這樣的結構檢修方便[16]，兩節(jié)分別用4套螺栓連接（螺栓的型號由傳動系統(tǒng)設計中知道是）。在葉輪前端部分設置進料斗，進料斗的結構如下圖3.11所示。
圖3.11 進料斗
圖3.11 所示進料斗的具體尺寸是根據(jù)螺旋段筒體的結構參數(shù)及生產能力計算得到。在入料口和筒體后壁之間應有1/4左右螺距長度的螺旋葉片，以防煤料竄入軸承。由文獻[12]并根據(jù)材料的性能和工作要求，選擇進料斗為Q235，兩節(jié)筒體選用HT250，結合支撐端箱體的厚度等參數(shù)，其第二節(jié)筒體的結構還要與機頭結構相配合，在結構設計時要參照前面機頭的結構設計，則葉輪軸筒體的結構如下圖3.12。圖中1、2部分是兩節(jié)筒體，在下圖中充分的展示了它們之間的連接關系及內部結構。
1-筒體I 2-筒體II
圖3.12 組合式筒體
3.5.4 葉輪軸筒體內襯套的設計
物料在擠出過程中會與機筒內壁接觸，之間產生摩擦，長時間的摩擦會磨損機筒，機筒的鑄造加工和更換麻煩。為此，可在葉輪和機筒之間增加襯套，由分析可知，增加對物料的攪拌和剪切作用對生產有利?，F(xiàn)設計襯套結構為內壁開設若干條淺的溝漕，采用整體鑄造，這樣可以減少對機筒的磨損并增加對物料的攪拌和剪切，還有就是更換襯套比較合適方便[]，選擇襯套的材料為QT600-3。圖3.13所示為葉輪軸第一節(jié)筒體處的襯套I。1處是與進料斗相配合的地方，2處就是為了減少對機筒的磨損并增加對物料的攪拌和剪切而加工出來的淺的溝漕。
1-與進料斗配合處 2-溝槽
圖3.13 襯套I
如圖3.14是襯套II的結構，它的結構分析和襯套I基本相同，在這就不在重復。
圖3.14 襯套II
第4章 擠出機的動力系統(tǒng)選擇
4.1擠出機的電機選擇
擠出機葉輪的功率計算：
P葉輪=D3(L/D)nk10-5 KW
式中 D——為葉輪螺桿直徑
L ——螺桿長度
n——葉輪轉速
K——0.005-0.067
所以：D為110mm, L為610mm, n取120r/min,K取0.06
葉輪功率：
P葉輪 =74.65KW
電機功率選擇：
P葉輪=P電機η1η2η3
P電機=90KW
式中 皮帶輪效率η1 取96%
減速器效率η2 取86%
聯(lián)軸器效率η3 取97%
所以查機械設計手冊，選取的電機的型號為型號: Z2-101
額定功率/kW: 90.0
額定電壓/V: 230
額定轉速/(r/min): 1450
4.2減速器的選擇
擠出機最容易產生振動的環(huán)節(jié)是電機軸和減速器的高速軸，減速器的正確選擇對于整個擠出機的性能影響是十分重要的。查機械設計手冊得知，二級減速器的傳動比范圍是6.3~56，滿足本次擠出機的設計要求。
所以本次擠出機設計選用的減速器為二級圓柱齒輪減速器，型號為：
機座號355
傳動比i 12.65
輸入轉速n1/(r/min): 1500
輸入功率p 99.83KW
4.3聯(lián)軸器的選擇
聯(lián)軸器用于連接不同構件的兩根軸，使之共同旋轉。聯(lián)軸器主要分為剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器兩大類，本次擠出機的設計選用了十字滑塊聯(lián)軸器，因其具有撓性，可補償兩軸的相對位移，且連接處振動并不劇烈。聯(lián)軸器的型號為SL240
第5章 擠出機的受力分析及校核
5.1 擠出機的受力分析
5.1.1 螺旋葉輪的受力分析
螺旋葉片垂直于螺旋管，即螺旋葉和螺旋管之間的夾角為（也即螺旋葉面前傾或后仰角），螺旋葉片對煤粉的推力分解為兩個分力，即沿螺旋管軸線的軸向力（軸向分力 ）和垂直于螺旋管的切向分力（圓周分力）。，與的交角等于（螺旋角）。
軸向分力 推動泥料沿螺旋管的軸線前進，圓周分力 使泥料沿圓周回轉。在制作螺旋時，一般。故軸向力遠大于圓周力。也就是說，螺旋葉面垂直于螺旋管時螺旋葉片在旋轉時，主要是將泥料沿螺旋管軸線向前推進適當減小圓周分力，減輕泥料的旋轉，利于減少螺旋紋的危害[6]。
5.1.2 擠壓成型力的分析計算
軸向力為作用在所有螺旋葉片上的軸向分力之和，由于作用在每個螺旋葉片上的軸向分力不一樣因此計算過程較為復雜，工程上為了計算的簡便，通常采用簡化的計算方法。
螺旋輥所受的軸向力看作最后一圈螺旋葉片所受的軸向推力，對于運轉中的螺旋輥可按下式計算[4]：
（5.1）
式中，N ——電機功率 kw；
n ——螺旋輥工作轉速 r/ min；
r ——螺旋輥最后一圈螺葉的平均半徑 mm；
β——螺旋輥最后一圈螺葉的螺旋角；
——摩擦角， ，f為物料與螺旋葉片間的動態(tài)摩擦系數(shù)，f = 0. 2～0.5。
由前面的葉輪設計可以知道，，，由文獻取。
對于電動機取安全系數(shù)1.5即。
將已知數(shù)代入公式得到，有葉輪的受力分析可知。
在整個的功率消耗中，由文獻知道電動機的實際消耗功率分三部分：
1、皮帶輪的損耗，其效率取96%；減速器的消耗，其效率取85%；聯(lián)軸器的消耗，其效率取97%。
2、螺旋輸送消耗功率可由下式計算得到[：
(5.2)
式中，Q--螺旋輸送能力；
H——為螺旋輸送機傾斜布置時在垂直平面上的投影高度（H=0）；
L——為螺旋輸送機水平投影長度；
——阻力系數(shù)（由文獻得）；
3、擠壓作功消耗的功率可由下式計算得到：
傳遞擠壓作功的是螺旋葉輪，是一種扭轉和壓縮情況，擠壓中螺旋的阻力力矩與輸入功率產生的力矩相平衡[18]。
(5.3)
式中，P——擠壓作功消耗的功率kw；
N——主軸工作轉速；
螺旋阻力力矩為螺旋最前端一個螺距的葉片產生的合力矩， 按微積分計算相當復雜， 為了簡化計算，采用一種近似算法，設阻力矩由一個近似切向合力產生。取其作用點在葉片的中部，可得其力矩半徑 ，，由前面的分析可以知道這個合力矩就是最后一個葉輪的切力矩。由資料查得：
(5.4)
式中，——輸入力矩；
r——力臂。
代入數(shù)據(jù)，得：
，擠壓作功的功率。
5.1.3 主軸的力分析
（1） 軸的受力分析
首先選出受力支點，根據(jù)軸的結構，可得一對圓錐滾子軸承對軸產生的力的作用點取在他們的中間位置，調心滾子軸承對軸產生的作用點取在它本身對軸的中心上，對螺旋葉輪取第二節(jié)葉輪的中心作為受力點，這些受力支點是抽象化了的作用點?？梢援嫵鲋鬏S受力簡圖，如下圖所示：
圖5.1 主軸受力分析
（2）＝53.47KN ＝20.53KN
在水平方向對軸進行受力分析得：＝478㎜，＝410㎜
＋= (5.5)
= (＋) (5.6)
由上兩式可得：
=38.1KN， =-17.57KN。
5.2 強度校核
5.2.1 軸承強度校核
根據(jù)擠壓煤棒成型機傳動系統(tǒng)的設計數(shù)據(jù)，可知：主軸上第一個支點處成對安裝的一對圓錐滾子軸承的型號是30324，它的受力是.。雙列調心滾子軸承的型號是22324.它的受力是，。
另一個兩套相同的單列角接觸型軸承或圓錐滾子軸承并排安裝在同一軸上，“背對背”或“面對面”組成一個整體（成對安裝），這一軸承組的X .Y等系數(shù)按一套雙列角接觸軸承或雙列圓錐滾子軸承計算，基本額定動載荷等于單列軸承的基本動載荷的1.71倍，由文獻得到：
對于該軸承組，，
雙列調心滾子軸承
（1）求兩軸承受到的徑向載荷和
（2）求兩軸承的計算軸向力和
派生軸向力可由下式計算得到[10]：
(5.7)
式中，——徑向載荷，單位KN；
Y——軸向動載荷系數(shù)。
由文獻得到，對于圓錐滾子軸承Y=1.2，調心滾子軸承Y=2.9，代入數(shù)據(jù)得到，，從前面的計算知道軸向力等于53.47KN。因為則左端軸承組為“壓緊端”。
由文獻當時，軸有向左的竄動的趨勢，相當于軸承I被“壓緊”，軸承II被“放松”但實際上軸必須處于平衡狀態(tài)，所以被“壓緊”的軸承I所受的總軸向力必須與相平衡，即
（5.8）
（5.9）
由以上分析，并代入數(shù)據(jù)得到，。
得到以下公式[10]：
時X=1，Y=；時X=0.67，Y= （5.10）
式中，——軸向載荷；
——徑向載荷；
e——判斷系數(shù)；
X——徑向動載荷系數(shù)；
Y——軸向動載荷系數(shù)；
（5.11）
式中，——載荷系數(shù)；
——軸向載荷；
——徑向載荷；
e——判斷系數(shù)；
X——徑向動載荷系數(shù)；
Y——軸向動載荷系數(shù)；
（5.12）
式中，——基本額定動載荷；
——軸承的載荷；
——轉速；
——指數(shù)，對于球軸承取3；對于滾子軸承取。
（3）圓錐滾子軸承的校核：
由公式4.8并代入數(shù)據(jù)得到，則取X=0.67，Y==1.2，因軸承運轉過程中有中等沖擊載荷，由文獻 取=1.5。則由公式4.11得到，由公式4.12軸承的壽命：為111987.9h.
由文獻推薦的軸承預期計算壽命。故所選軸承滿足強度要求。
（4）雙列調心滾子軸承的校核：
由公式4.1并代入數(shù)據(jù)知道，則取X=1，Y==2.0，因軸承運轉過程中有中等沖擊載荷，取=1.5。則由公式4.9得到，則軸承的壽命，推薦的軸承預期計算壽命，故所選軸承滿足強度要求。
5.2.2 機頭卡環(huán)連接螺栓的強度校核
在前面的設計中已經給出，機頭卡環(huán)通過兩套螺栓、螺母、彈簧墊片和平墊而連接，螺栓型號，其主要承受煤成型時的擠壓成型力。因為兩套對稱安裝，則每個螺栓承受的力為：
螺栓的危險截面的拉應力可由下式計算得到[11]：
(5.13)
式中，F(xiàn)—工作拉力；
—螺栓危險截面的直徑；
將已知數(shù)據(jù)，代入式(4.13)中，得：
選擇螺栓材料為Q235，根據(jù)文獻[12]，其性能等級為4~6，材料屈服極限，安全系數(shù)s=1.5。材料的許用應力。
因為，則所選擇的螺栓滿足要求。
5.2.3 擠出機地腳螺栓的強度校核
地腳螺栓用來連接機器機身和機架，用來承受載荷，保障工作正常進行，在前面的設計中已經知道與機架相連接的有16套螺栓，它們有序均勻的分布，有兩種規(guī)格，軸向載荷的作用線與螺栓軸線垂直。并通過螺栓的對稱中心在計算時可以近似的認為，在軸向總載荷的作用下，個螺栓承受的工作載荷是均等的，因此每個螺栓所受的軸向工作剪力為。
對于普通螺栓連接，應保證連接預緊后，接合面間所產生的最大摩擦力必須大于或等于軸向載荷設個螺栓所需要的預緊力均為，螺栓數(shù)目是，則其平衡條件為：
（5.14）
式中：—防滑系數(shù)；
—結合面數(shù)（=2）；
f—結合面的摩擦系數(shù)（0.08）；
將數(shù)據(jù)代入上面的計算公式，得
根據(jù)螺旋危險截面的拉伸強度條件[11]：
(5.15)
由機頭卡環(huán)接連螺栓的校核，可知材料的許用應力。
對于M24螺栓
對于M20螺栓
所以，所有的地腳螺栓的強度滿足條件。
5.2.4 葉輪強度的校核
螺旋軸在工作時是由電機的驅動而轉動 ，從而對物料進行推進、擠壓作用而物料會企圖阻螺旋輥的旋轉和擠壓 ，所以只有電機產生的轉矩，大于物料的摩擦力矩 ，螺旋輥產生的軸向推力大于物料的反壓力時，物料的壓出才能不斷進行 ，因而對螺旋輥既受扭又受壓 ，對懸臂式螺旋輥又有受彎的聯(lián)合作用。由于在一般情況下螺旋輥根徑處的承載能力最差。所以 ，對螺旋輥的強度計算 ，可進一步歸納為在上述復合應力作用下最后一個螺旋葉片根徑斷面的強度計算[4]。擠壓軸向力也就是最后一個葉輪的承受的力。
扭矩 T產生的剪應力：
(5.16)
式中，W—抗扭斷面模量 mm；T—是擠壓作功消耗的功率；
由文獻查得對于實心軸。結合前面的分析得到：
對塑性材料合成應σ力用第三強度理論計算，其強度條件為：
(5.17)
式中，；
— 螺旋輥材質的屈服極限；
n —安全系數(shù)，n =3。
實際上重力引起的彎曲應很小 ，一般可以忽略不計。σ是由軸向力產生的軸向壓應力。
由公式3.1得到，
式中，D—是葉輪的外直徑；d—-是葉輪的內徑。
將已知數(shù)據(jù)代入上面的公式中，得到
由文獻得到。
則
所以，螺旋葉輪強度滿足要求。
第6章 主軸加工工藝文件的制定
6.1 零件的工藝分析
如圖所示，所要加工的軸是擠出機的傳動軸，屬于階梯軸，是小批量生產零件。該軸由圓柱面，軸肩，六方軸，鍵槽組成。該軸的關鍵工序在于精確車外圓，以及銑鍵槽和六方軸。
6.2 毛坯的選擇
該軸是一般的傳動軸，45號鋼滿足要求，且各外圓的直徑尺寸相近，選φ150mm的熱軋圓鋼作毛坯。
6.3 工藝卡的制定
傳動軸機械加工工藝過程卡
桂林電子科技大學
機械加工工藝過程卡
產品名稱
擠出機
圖 號
零件名稱
傳動軸
共 1頁
第 1 頁
毛坯種類
圓 鋼
材料牌號
45鋼
毛坯尺寸
￠150mm×1600m
序號
工種
工步
工 序 內 容
設備
工 具
夾 具
刃 具
量 具
1
下料
Φ150mm×1600mm
2
車
三爪自定心卡盤夾持工件毛坯外圓
1
車端面見平
2
鉆中心孔
用尾座頂尖頂住中心孔
3
粗車φ134mm外圓至φ136mm，長781mm
4
粗車φ120mm外圓至φ122mm，長470mm
5
粗車φ114mm外圓至φ116mm，長255mm
6
粗車φ100mm外圓至φ102mm, 長224mm
調頭，三爪自定心卡盤夾持φ136mm處
(φ134mm外圓)
7
車另一端面，保證總長1569mm
8
鉆中心孔
用尾座頂尖頂住中心孔
9
粗車φ120mm外圓至φ122mm
10
粗車φ114mm外圓至φ116mm，長686mm
11
粗車φ100mm外圓至φ102mm，長641mm
12
檢驗
3
熱
調質處理220～240HBS
4
鉗
修研兩端中心孔
5
車
雙頂尖裝夾
1
精車φ134mm外圓至φ134mm，長781mm
2
精車φ120mm外圓至φ120mm，長470mm
3
粗車φ114mm外圓至φ114mm，長255mm
4
粗車φ100mm外圓至φ100mm, 長224mm
5
精車3mm×2mm環(huán)槽
6
倒外角1mm×45°,
調頭，雙頂尖裝夾
7
精車φ114mm外圓至φ114mm，長686mm
8
精車φ30mm外圓至φ35.5mm長38mm
9
精車φ100mm外圓至φ102mm，長641mm
10
精車3 mm×2mm環(huán)槽
11
檢驗
7
鉗
劃鍵槽及六方軸加工線
8
銑
用V形虎鉗裝夾，按線找正
1
銑鍵槽12mm×28mm，
2
銑六方軸直徑90mm,長612mm
4
檢驗
結論
針對畢業(yè)設計任務書的設計要求，自己先對本次設計任務進行了充分深入的了解之后，我查閱了大量的資料，在此過程中，對垃圾再生煤技術的前景及發(fā)展有了更深一步的了解，這項技術對于整個社會的發(fā)展有著積極的意義。自己通過幾種不同擠出方案的對比，最終確定了螺旋擠出的總體方案，并進行了結構的優(yōu)化設計和原理分析，將內部構造表達出來，工作一步步走來，總結起來分為以下步驟：
1.總體方案的設計。了解到原料為處理后的垃圾顆粒，其性質類似于煤粉顆粒，結合煤粉的特性，知道，生活垃圾煤成型分為兩個階段：彈性變形階段和塑性變形階段。彈性變形是指垃圾顆粒在外力的作用下，產生壓縮變形，但是當外力撤銷時，其又可以恢復原來的形狀的變形。而塑性變形則相反，垃圾顆粒在外力作用下發(fā)生了壓縮變形，但其變形是不可逆的，當外力撤銷時，無法恢復到原來的狀態(tài)。由于螺旋式擠出機的工作原理是從料口加入垃圾顆粒后，隨著葉輪的轉動，產生軸向和徑向的兩個力作用于垃圾顆粒，將原料前推進的同時，并將原料逐漸壓縮，顆粒緊密靠攏同時又產生比較大的攪動和混合。此時垃圾顆粒之間、顆粒與葉片和筒體間產生強烈的摩擦和剪切，同時在產生熱量的作用下，垃圾顆粒的溫度上升，水分更加均勻，煤的可塑性也大為增加。再經過模具錐形體的節(jié)制作用，顆粒壓縮得更加緊密，接著壓入模具前的平直部位，擠出機頭孔而成型。同時了解到螺旋式擠出機?? 技術設備投資少、簡單、占地面積小、加工容易，深受廣大企業(yè)歡迎，所以總體方案確定為螺旋擠壓。
2、結構的設計。通過對物料的壓縮特性分析，并且綜合考慮成煤的質量及對機器的沖壓性，不采用簡單的螺旋輸送機結構，而采用了等徑變螺距的葉輪來逐步壓縮結構。同時為了安裝和更換方便，將螺旋葉輪和軸獨立加工在焊接在一起，而且這段結構里軸為六方軸。箱體結構采用了組合式結構內裝襯套，安裝清洗方便，也可以防止箱體得磨損，還有支撐部分的設計，一端采用一對軸承整體安裝作為一個支撐點，承受較大的軸向力和承擔懸臂結構。
3、參數(shù)的設計。通過擠出機傳動系統(tǒng)部分得到的數(shù)據(jù)對軸承和螺栓，葉輪等進行校核，查閱相關資料和數(shù)據(jù)，并分析計算得到了三個螺旋葉輪的具體參數(shù)，
設計的相關數(shù)據(jù)，都是根據(jù)設計要求的生產量和產品規(guī)格，所以設計滿足要求，但是欠缺實際生產的經驗，在設計中難免存在不足之處。
致 謝
畢業(yè)設計是大學生涯中十分重要的事，它是對四年學習所得知識的一個總結檢驗。是對我們大學四年所學知識的一次充分的整合運用，此次畢業(yè)設計，將是對我們的一次升華。不僅讓我們對以前所學的基礎知識掌握程度有一個充分了解，還讓我們將書本上的理論聯(lián)系到實際。畢業(yè)設計過程中，我充分利用了學校的資源，查閱資料，閱讀相關文獻書籍，自學到了很多知識，也吸收到了別人的設計經驗，這個歷程過來，感覺到自己的能力有了很大的提升。不僅在學習方面，獨立思考自學能力有了提升，查閱資料獲取有效信息的能力也得到提升。在處事方面，和老師同學溝通交流的能力也得到提升，還加強了我的團隊意識。
在黃美發(fā)老師的指導下，在自己的刻苦努力下，根據(jù)畢業(yè)設計任務書的要求，我設計出了螺旋式的擠出機。整個設計過程，幾乎容納本專業(yè)所學的全部核心課程，綜合運用了機械原理、金屬工藝學，機械工程材料，機械設計、理論力學、材料力學、液壓傳動、機械制圖等相關知識。經過本次