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1、猕猴桃籽分离机的设计、建模与分析摘要猕猴桃籽油具有辅助降低血脂、软化血管和延缓衰老等功效，在医学、保健食品和美容护肤品等领域具有非常广泛的应用前景。我国作为猕猴桃的产出大国，大量的猕猴桃籽在榨汁后和果渣一起废弃。本文研究了猕猴桃籽肉分离的处理工艺，设计一种搓揉机和配套的搅拌机，能够从猕猴桃果渣中实现猕猴桃籽的分离。首先查阅了食品分离设备的相关文献，确定了搓揉机和搅拌机的工作方案。然后对搓揉机和搅拌机的传动和执行结构进行详细设计计算，给出结构选型、确定结构参数、校核设计结果。接着使用SolidWorks实现了零部件的三维建模和整机装配。最后对其中的关键零件螺杆进行了强度和刚度分析，分析结果显示结
2、构合理。设计结构可以用于猕猴桃籽的再利用加工。 关键词： 搓揉机 搅拌机 方案设计 三维建模Kiwi seeds of design, centrifuge modeling and analysisABSTRACTKiwi seed oil has auxiliary lowering blood fat, softening vessels and delaying senility, in medicine, health care food and cosmetics and skincare etc is very broad prospect of application. Chi
3、na is a country, the output of kiwifruit juice the kiwi seeds in fruit dreg together after and abandoned. This paper studies the kiwi seeds meat separation process, design a kind of rub machine and matching blender, from kiwi fruit dreg can realize the separation of kiwifruit seeds. First consult th
4、e relevant literature food separation equipment, determined the rub is kneaded machine and blender work plan. Then on to rub machine and blender transmission and implement structure of detailed design calculation, this structure selection, determine the structure parameters, checking the design resu
5、lts. Then use SolidWorks realized parts of 3d modeling and the machine assembly. Finally the key parts screw the intensity and stiffness analysis, the results show that the structure is reasonable. Design structure can be used to kiwi seeds recycle processing. Keywords: rub machine blender scheme de
6、sign of 3d modeling.Key Words: Rub machine mixer scheme design 3d modeling目录第1章 绪论11.1前言11.2猕猴桃籽的应用113 提炼猕猴桃籽油的工艺流程21.4本章小结3第2章 猕猴桃籽分离机的设计的方案设计42.1设计方案的提出与选择42.1.1搓揉机的选择42.1.2搅拌机的设计方案92.3本章小结12第3章 猕猴桃籽分离机的设计数据133.1猕猴桃籽设计要求133.1.1 双螺杆搓揉机的设计133.1.2食品搅拌机设备的设计253.2标准件313.3本章小结31第4章 猕猴桃籽搓揉机的三维建模324.1三维建模
7、软件的介绍324.2主要结构的建模334.2.1 轴的三维建模334.2.3 螺杆的建模344.2.4双螺杆搓揉机的动力流344.3 标准件的三维建模354.4 双螺杆搓揉机的爆炸视图364.5本章小结36第5章 有限元分析375.1 有限元分软件简介375.2 ANSYS有限元分析375.3本章小结39第6章 毕业设计总结40谢辞41参考文献42第1章 绪论1.1前言在如今的工业生产中，猕猴桃主要用于榨汁。而榨汁后的果渣被工厂当作垃圾扔掉了，其中猕猴桃籽就包含在内。由于榨汁后，猕猴桃籽与果肉结合的依然非常紧密，再加上猕猴桃籽又格外的小，到目前为止还没有成熟的关于猕猴桃籽肉分离的设备。为了提高
8、猕猴桃的综合利用程度，增加猕猴桃加工中的附加值，本文决定设计一种用于猕猴桃籽肉分离的设备。1.2猕猴桃籽的应用中国是猕猴桃的故乡,陕西省的猕猴桃产量在全国名列前茅。研究表明,猕猴桃籽中含有多种对人体有益的功能因子。它可以降低血脂、防止血栓发生、抗凝、健脑、并且有抗癌抗肿瘤作用。近年来，虽然抗衰老的药物研究发展很快，但由于化学药物的广泛使用及毒副作用，世界研究抗衰老药物的方向已瞩目于中药。采用超临界CO 萃取技术从猕猴桃籽中提取的猕猴桃籽油的主要成分是 一亚麻酸和亚油酸。此外还含有一定量的维生素E及微量元素硒等物质。经有关科研、医疗和卫生部门检测，猕猴桃籽油具有辅助降低血脂、软化血管和延缓衰老等
9、功效，在医学、保健食品和美容护肤品领域具有非常广泛的用途”。1、在护肤品中的应用采用高压均质方法将磷脂和猕猴桃籽油分散在多元醇或碳水化合物的水溶液中，形成蜜状至-哩状的透明至半透明溶液(Nano ve) ，从而制得以Nanosolve包裹而成的护肤品。老年斑、皱纹的产生是体内产生过多的活性氧自由基作用的结果。 亚麻酸能有效清除体内过多的自由基，进而有效祛除色斑、嫩化肌肤。亚麻酸、亚油酸能作为过脂剂补充皮肤必要的脂肪酸，提供肌肤营养，起到润滑和保护作用。另外，根据相似相溶原理，能清洁皮肤油性污垢。维生素E是一种有效的自由基清除剂，能保护机体细胞膜及生命大分子免遭自由基的攻击。猕猴桃籽油中富含维生
10、素E，有利于黑色素的排泄，防止在细胞内堆积沉着形成褐斑，美白皮肤，延缓衰老，也有利于皮肤健康红润，充满活力 。硒是一种多功能的生命营养素，有清除自由基、抗氧化、强力抑制过氧化脂质的产生、保护生物细胞膜、防止皮肤老化等作用。具有减肥美容之功效，洁面后涂上猕猴桃籽油按摩，待猕猴桃颗粒充分熔解吸收，可改善毛孔粗大，美白肌肤。猕猴桃籽油中就含有特别多的果酸，它内含的果酸能抑制角质细胞内聚力及黑色素沉淀，有效地去除或淡化黑斑，并在改善干性或油性肌肤组织上也有显著的功效，可洗脚、手等身体的各个有皮肤病的部位。 2、猕猴桃籽的药疗作用早在唐代名医陈藏器所著本草拾遗中记有：“猕猴桃味咸温无毒，可供药用，主治骨
11、节风、长年白发、内痔病”。宋代开宝本草一书中记有“猕猴桃味酸、甘、寒无毒，主治消渴、接烦热、冷脾胃动、泄辟、压丹石、下石淋、热雍等症”。同时医学研究表明，猕猴桃果和汁液，有降低胆固醇及甘油三酯的作用，亦可一直致癌物质的产生，对高血压、高血脂、肝炎、冠心病、尿道结石有预防和辅助治疗作用。 3、调节糖代谢猕猴桃籽油中的肌醇作为天然糖醇类物质，对调节糖代谢有正效应，对糖尿病、抑郁症有疗效。 4、猕猴桃籽的明目作用猕猴桃籽油富含植物化学成分叶黄素，叶黄素可在人的视网膜上堆积，这些化合物可以防止斑点恶化及其导致的永久失明，对成年人白内障有一直作用。 5、猕猴桃籽的保健作用猕猴桃籽油含有精氨酸，是一种有效
12、的血管扩张剂被用来改善男性的阳痿。种子中含有亚油酸，有疏通血液的功效。感冒的发病率也明显减少。另外猕猴桃籽油还可以预防老年骨质疏松，抑制胆固醇的沉积，从而防治动脉硬化，可以改善心肌功能，防治心脏病等，也能对抗癌起到一点作用，还能阻止体内产生过多的过氧化物，防治老年斑的形成，延缓人体衰老。13 提炼猕猴桃籽油的工艺流程经过多方了解,查阅资料获知现阶段的猕猴桃主要用于榨汁。猕猴桃籽肉分离就是用榨汁后的果渣。其中包括果皮、果肉及猕猴桃籽。由于果胶的存在，使得籽结合的比非常紧密。但通过加热可使其中果胶水解，从而使籽肉松弛。但具体的分离工艺流程还得经过查阅资料比较才能确定。查阅结果表明：将果渣加热到45
13、左右后经过搓揉，然后再放入水中稍加搅拌，即可发现盛装果渣的烧杯内分为三层：其中少量籽浮于水面，几乎所有果肉（搓揉后呈丝状）悬浮于水中，而大部分猕猴桃籽则沉于杯底。若再经过过滤即可彻底分离。本文设计了以下流程来实现猕猴桃籽肉分离： 加热搓揉搅拌分离籽干燥籽收集图1-1 工艺流程注解如下：加热：在本次设计中我将采用将果渣与热水混合的方法来给果渣预热，为了使果渣快速、充分的预热，所以在要用到搅拌机。搓揉：主要使籽从果肉中游离出来，即使籽肉不再粘连。因而需要反复拖曳，和高的剪切能力。经过比较选择，我最终选定了挤出机，依据它设计出了适合于猕猴桃籽肉分离的搓揉机。搅拌分离：搓揉后的果渣是挤成块状的，尽管搓
14、后果渣不再粘连，但还需放入水中，经过搅拌、过滤，才能彻底分离。故此处还要用到搅拌机使物料分散。干燥：干燥工艺是对分离出的湿籽进行干燥，以便收集后榨油。1.4本章小结在本章中大概介绍了设计产品衍生物的应用及所需设计产品在实际中的运用流程。经过比较和理论分析，最后确定了如下工艺流程：加热（降解果胶）搓揉分离干燥。要用到的设备有：搅拌机、搓揉机、干燥器。除此之外，在设计中还考虑了水的回用及设备费用的经济性问题，从而使设计出的设备能经济高效。第2章 猕猴桃籽分离机的设计方案2.1设计方案的提出与选择作为一个课题的研究，首先是方案的选择，其应满足所设计的功能和要求，其次要满足经济适用性，在生产运行中机械
15、损耗也是必须要考虑的一个因素。猕猴桃籽分离机顾名思义是要从猕猴桃渣中分离猕猴桃籽，参阅各类食品类加工书籍，要实现该功能需要设计一款搓揉机与配套的搅拌机。2.1.1搓揉机的选择（一）搓揉机分单螺杆搓揉机和双螺杆搓揉机。（1）单螺杆搓揉机的优点：结构简单，价格便宜。单螺杆搓揉机的局限性：主要靠摩擦输送，表面更新小，停留时间长，单螺杆不适应猕猴桃籽这种热原料。（2）双螺杆搓揉机的特点是：1）强制输送2）停留时间短3）排气性好4）混合均匀5）比功率底双螺杆搓揉机主要是在一个“8”字形筒体内，由两根互相啮合的螺杆所组成的装置。与单螺杆搓揉机完全不同。单杆搓揉机中的输送主要是依靠物料与料筒之间所产生的摩擦
16、力，双螺杆搓揉机则为正向位移输送，有强制将物料推向前进的作用。另一方面，双螺杆搓揉机在两根螺杆的啮合处还对物料产生剪切作用。 图2-1 双螺杆搓揉机（3）单双螺杆主要参数1）螺杆直径2）长径比3）转向4）功率5）扭距6）推力轴承的承载能力7）转数范围8）加热功率及段数9）产量（4）单双螺杆输送机理：所谓输送机理，对于搓揉机来说，是指物料本质上靠什么原理或何种方式由加料段向螺杆末端输送。1）单螺杆搓揉机的输送机理对于单螺杆挤出机，不管他们在螺杆形式上、机筒结构上以及整体结构有什么不同从根本原理上讲，凡是全螺纹螺杆其输送机理都是一样的。即物料是从加料段到计量段，在固体输送区是靠摩擦输送，即靠物料与
17、机筒、物料与螺杆间摩擦系数的差值而形成的摩擦力输送物料；在熔体输送区（连同熔融区），则是靠物料与螺杆，机筒间的粘性拖曳力输送物料（在非螺纹区是靠沿螺杆轴线方向的压差输送物料，但非螺纹区在单螺杆中只是在局部螺杆段上设置，因而不占主导地位）。由于这一输送过程高度的依赖于物料与机筒和螺杆的摩擦力和粘性力，故在相同条件下，不同（形状、摩擦因素、温度）的固体物料的输送量不同，不同粘度熔体的输送量也不同。图2-2 单螺杆搓揉机2）双螺杆搓揉机的输送机理双螺杆搓揉机的输送机理要比单螺杆挤出机复杂，它与很多因素有关，如螺杆的啮合与否、啮合区螺槽是封闭还是开放，螺杆的旋转方向加入物料的性质以及加入量的多少等。因
18、而不能把不同类型、不同运转条件下的所有双螺杆搓揉机的工作机理简单的说成是正位移输送，或把啮合 同向旋转双螺杆搓揉机的工作机理简单的说成和单螺杆搓揉机一样应分别讨论。双螺杆搓揉机类型表2-1(a) 非啮合双螺杆搓揉机：一般认为因其两根螺杆不能形成封闭的或半封闭的腔室，无正位移输送条件，故其物料不是靠正位移输送。但在加料量大、充满度高于临充满度的条件下，可以将其输送机理看做类似于单螺杆搓揉机，物料对金属的摩擦力和粘性力是控制搓揉机输送量的主要因素，摩擦是主要的推动力。(b) 啮合异向旋转双螺杆搓揉机（包括锥形双螺杆搓揉机和平行双螺杆搓揉机）：通过设计可以是这种双螺杆实现不同的正位移输送，但必须使物
19、料不同程度的封闭在由两根螺杆和机筒形成的腔室中。啮合区纵横向封闭性越好，正位移输送能力越强。由此可以说，只有全啮合、螺槽纵横相接完全闭合，才能实现完全的正位移输送。若在啮合区螺槽纵向或横向有一定的程度的开放，就会丧失一定的正位移输送能力，因为在压力梯度的作用下物料会流经这些开放通道，即会产生漏流。正位移输送能力的丧失，换来了混合能力和其他能力的提高。自然，若在螺杆某部位设置非螺纹段或反螺纹段，在这些段物料是靠沿螺杆轴线方向的压差输送的。(c) 啮合同向旋转双螺杆搓揉机：从理论上，他可以设计成在啮合区横向封闭，但纵向不能完全封闭，必须有一定程度的开放，否则两根螺杆装不到一起。换言之必须将螺槽宽度
20、设计大于螺棱宽度，在纵向留下一定的通道。通道大小由使用目的决定。纵向开放的越大，正位移输送能力的丧失就越大。因此一般认为啮合同向旋转双螺杆搓揉机既具有一定的正位移输送能力，也有摩擦、粘性拖曳输送能力，其输送机理介于单螺杆搓揉机和啮合异向的纵横向皆开放的双螺杆搓揉机之间。（d）啮合同向旋转双螺杆搓揉机：从理论上，他可以设计成在啮合区横向封闭，但纵向不能完全封闭，必须有一定程度的开放，否则两根螺杆装不到一起。换言之必须将螺槽宽度设计大于螺棱宽度，在纵向留下一定的通道。通道大小由使用目的决定。纵向开放的越大，正位移输送能力的丧失就越大。因此一般认为啮合同向旋转双螺杆搓揉机既具有一定的正位移输送能力，
21、也有摩擦、粘性拖曳输送能力，其输送机理介于单螺杆搓揉机和啮合异向的纵横向皆开放的双螺杆搓揉机之间。图2-3 双螺杆搓揉类型以上介绍了、啮合异向旋转、啮合同向旋转非啮合异向旋转双螺杆搓揉机的工作机理。作为一个小节，下表列出了单螺杆搓揉机、啮合同向旋转及啮合异向旋转双螺杆挤的性能比较。表2-2 单螺杆搓揉机、啮合异向旋转和啮合同向旋转双螺杆搓揉机性能比较型 式单 螺 杆同向旋转（啮合）异向旋转（啮合）低速型高速型输送机理靠物料与螺杆机筒间的粘性拖曳与单螺杆搓揉机相同之处是主要靠物料与螺杆、机筒间的粘性拖曳，不同之处是具有一定的正位移输送能力正位移输送输送效率分散混合效率剪切效率自洁作用能量利用率低
22、低高轻度低中等中中中中中等高高高高高高低低高受热史和热产生温度分布停留时间分布高宽宽中中中高窄窄低窄窄最大转速最大有效螺杆长度高100300高3032低2535低718高250300高3040低3545低1021综上所述，通过单双螺杆搓揉机的比较，应该选取双螺杆搓揉机。继而由双螺杆搓揉机工作原理的研究及对各种类型搓揉机工作特点的分析，可以看出同向旋转部分啮合的双螺杆搓揉机不仅有着高的剪切力并同时能够适用猕猴桃籽肉混合起来的浆状态物料。故本设计将以同向部分啮合双螺杆为模型进行设计。2.1.2搅拌机的设计方案搅拌可以是两种或多种不同的物质在彼此之中互相分散，从而达到均匀混合；也可以加速传热和传质过
23、程。搅拌操作是从化学工业开始的，围绕食品、纤维、造纸、石油、处理等作为工艺过程的一部分而被广泛应用。它分为机械搅拌和气流搅拌。由于气流对液体的搅拌作用比较弱，所以在工业生产中大多采用机械搅拌。本设计即采用机械搅拌。机械搅拌的搅拌设备主要有搅拌装置、轴封和搅拌罐三大部分组成。图2-4搅拌机 图2-5 搅拌机构成下面对各元件分别进行设计。1）搅拌罐搅拌罐包括罐体和装焊在其上的附件。常用的罐体是立式圆筒形容器，他有顶盖、筒体和罐底，通过支座安装在基础或平台上。罐体在规定的操作温度和操作压力下为物料完成其搅拌过程提供了一定空间。本次设计中均采用平地平盖的立式圆筒形罐。罐体的尺寸确定及结构选型：罐体的尺
24、寸主要是筒体的内径和高度。选择时要考虑三个主要因素，即搅拌功率、传热、物料搅拌反映特性对长径比()的要求。在固定的搅拌周转速下，搅拌功率增加很多，这对于需要较大搅拌作业功率的搅拌过程是适宜的。否则，减小长径比只能无谓的损耗一些搅拌机功率，长径比则可以考虑选得大些。而且长径比大些有利于传热。而某些物料的搅拌反应过程对长径比有着特殊的要求。例如发酵罐之类，为了使通入罐内的空气与发酵液有充分的接触时间，需要有足够的液位高度，就希望长径比取得大些。由于搓揉前的物料搅拌属固液搅拌，其目的是通过固液两相的充分接触混合近而传热。所以需要有足够的时间，又考虑到经济性，仅此选用较大的长径比搅拌罐系列。依据GB9
25、845-1988钢制机械搅拌容器型式及主要参数选得筒体内径=800,筒高=1300的平底平盖搅拌罐。2 ）搅拌机搅拌机型式有涡轮式、桨式、推进式、折叶开启涡轮式、布鲁马金式、锚式、螺杆式、螺带式。尽管型式多种多样，但他们各有其使用范围。下面是搅拌机型式使用条件表：表2-3搅拌机型式使用条件表表2-3 搅拌机型式使用条件表搅拌机型式流动状态搅拌目的罐容积范围m3转速范围r/min最高黏度Pas对流循环湍流扩散剪切流低黏度液混合高黏度液混合传热反 应分散溶解固体悬浮气体吸收结晶传热液相反应涡轮式11001030050桨式12001030050推进式110001005002折叶开启涡轮式110001
26、030050螺杆式1500.550100参照上表根据搅拌物料的特性选桨式搅拌机。对于固相浓度较高、沉降速度低的固体悬浮搅拌桨式搅拌机效果好且设备简单。3）叶轮搅拌机的搅拌作用由运动着的叶轮产生的，因此叶轮的形状、尺寸、数量以及转速就影响搅拌机的功能。各种搅拌叶轮形状按搅拌机的运动方向与叶轮表面的角度可分为三类，即平叶、折叶和螺旋叶面。平叶的叶面与运动方向垂直，运动方向与桨面法相方向一致。折叶的桨面与运动方向成一个倾斜角A；一般A为45或60等。螺旋面是连续的螺旋面或其中的一部分，叶片曲面与运动方向的角度不断变化。由于平叶的运动方向与桨面垂直，液体的流动主要为水平环向流动。折叶由于桨面与运动方向
27、成一个倾斜角A，所以在叶轮运动时，除有水平环流外，还有轴向分流，在叶轮转速增大时，还有渐渐增大的径向流。螺旋面可以看成是许多折叶的组合，这些折叶的角度逐渐变化，所叶螺旋面的流向也有水平环向流、径向流和轴向流，其中以轴向流最大。由于折叶运动时水平环向流、径向流和轴向流均有，这能使本设计中猕猴桃渣与热水在各个方向接触，达到更好的传热；所以选用折叶叶轮，折叶角为45。其结构如下图2-6所示。图2-6 桨式折叶图2-7 折叶类型桨式折叶搅拌机的常用尺寸为： =0.350.8 ， =0.10.25 ， 叶片数为22.3本章小结本章对课题所要设计的机构提出了各种不同的方案，以及思考了其可行性和各方面的性价
28、比的参考。在周详考虑其成本，工作原理，工作稳定性等各个可能性以后，确定最终的设计方案，并且为以后的工作有了很好的铺垫和指向性。让接着的设计工作有方向有计划的进行，并且不断完善，在最初的计划方案上做到更成熟和周全。第3章 猕猴桃籽分离机的设计数据3.1猕猴桃籽设计要求猕猴桃籽分离设备的设计原始量： 要求年出产猕猴桃籽 25吨，由参考书取得猕猴桃果渣出籽率 ，工作时间按半年8小时工作制，进行双螺杆搓揉机处理能力的计算，求得年处理果渣量。3.1.1 双螺杆搓揉机的设计1) 猕猴桃的分离， 取每分钟处理果渣量 , , 取每小时的处理量, 2) 果渣热处理设备由实验得，果渣在4050之间保稳35分钟可使
29、猕猴桃籽易于从果渣纤维中分离出来，且利于后续工作中的漂洗。由于果渣含水量约为，所以可以按水的比热容进行热量的衡算：取果渣温度=20，处理后果渣温度为45 ， 取 故总处理量为： 3) 双螺杆搓揉机的参数确定基本参数：由于果渣中含水量约为80%，假设搓揉挤出后的为不含水的果渣，则挤出量为：而一般挤出果渣含水量约为50%，则挤出量为故要求最小生产能力应大于。据以上要求并按同向双螺杆搓揉机行业标准（JB/T5420=1991）,选取双螺杆搓揉机的基本参数：采取错开式部分啮合双螺杆，螺纹截面选梯形。选取螺杆公称直径D=60mm, 螺槽深度h=8mm中心距工程尺寸I=56mm 牙型角a=28径向间隙=4
30、mm由于完美啮合的螺棱宽度,为螺距。部分啮合则为eE最大理论挤出量：等于无机头压力下，单位时间内螺杆转速与一个C型小室体积的二倍的乘积再乘上螺纹头数，即 式中 螺纹头数 螺杆转数 一个C型小室体积对于不同类型的双螺杆搓揉机，对于不同螺纹形式的双螺杆，C型小室体积的精准计算方法是不同的对于本设计中的C型小室体积的计算见下： B A C 螺顶槽底 B A C 螺顶 槽底 图3-1 C型小室模型简C型区面积 （一）搓揉段设计取螺旋升角=6，螺距P=0.33D,P=19.8E=9.9, eE，以梯形中位线处为基准，可取e=5,剩余宽度e=4.9牙型角a=28，故有牙顶宽a=3, 牙根宽b=7, =52
31、螺槽横截面面积：，h=8搓揉段一个C型式体积=(3+5) 4/2=16=(14.8-2+14.8) 4/2=55.2=118.4-16-55.2=157.6=25732.93mm3， （二）加料段设计取加料段螺旋升角=10,P=33mm,牙型不变与搓揉段相同，E=P/2=16.5mm求加料段一个C型式体积Vc加一个螺槽的面积2 求螺杆的最小转速: ，为充满度此处为果渣与热水的混合体积量（以水计算混合料的密度）即=46.3转/分要是处理量能够满足需要，必须使工作转速大于或等于最低转速即 N=,取N=50转/分续（一）搓揉段计算搓揉段长度L搓,据试验知需使果渣被搓揉一分钟，所以有下式： （三） 压
32、缩段长径比是一个重要参量，在一定程度上反映出双螺杆搓揉机的规格机器性能。我国行业标准推荐的用于一般配料作业的同向双螺杆的长径比为2133，但最大也可达70左右。在此我取26，加料段长度一般取全场的10%25%。现取 =1560-990-165=405压缩段采用渐变式的改变螺距用以对物料的压缩，螺旋升角由10变化到6其它参数同搓揉段（四） 螺杆的轴向推力F1位螺杆端部受到物料静压后对螺杆产生的轴向推力，它应等于螺杆排料端在垂直于轴线平面内一根螺杆端部的投影面与螺杆端部物料压力的乘积，即 螺杆端部物料压力其中式中 啮合区所对的中心角螺杆直径槽深啮合区的中心角见下面图所示：图3-2 啮合区的中心角图
33、若以表示啮合区半角啮合区对应的中心角则为，所以可计算得a=423157.2取8MPa, =25300（五）螺杆头和机筒的设计 对轴进行校核轴的材料为 2Cr13 ，。，功率取各部分的总效率为，减速器效率为，故：所以，电机的功率选，同步转速为1000,型号为Y90S-6转矩按扭转强度校核，对于实心轴有如下公式； -轴的直径-轴传递的转距-轴传递的额定功率,0.54KW. -轴材料许用切应力，55MP.-系数,取=97.-轴的转速，50r/min.对第一根轴进行较核：21.4,而周最小处的直径为。故满足强度要求。由于第三根轴和第二根轴的最小直径均大于第一根轴的最小直径，且它们的转速分别大于、等于第
34、一根轴的转速，所以，它们的强度同样满足要求。（六）螺杆头和机筒的设计当选好的螺杆原件装到芯轴上后，要用螺杆头将它们拧紧。螺杆头的设计包括其形状的选择和它与螺杆元件的压紧与芯轴的连接。螺杆头的形状又锥形的（标准型）、偏心锥形的、还有特殊形状的。在本设计中由于螺杆分段比较简单股无需设计芯轴，同时也就无需设计单独的螺杆头，只将螺杆端部设计为锥形即可。由于啮合同向双杆搓揉机的挤压系统采用组合式，螺杆是组合的，机筒也是组合的（即机筒也是由若干段机筒原件组成的）。机筒元件的结构形式有：带有加料口的机筒元件、带有侧加料口的机筒元件、带有安装测量熔体压力和熔体温度传感器孔的机筒元件、带有排气口的机筒元件、带有
35、加入液体添加剂注入孔的机筒元件、封闭式机筒元件以及装有玻璃视窗的用于可视化试验的机筒元件。关于机筒元件之间的连接与定位。不管机筒元件为何种外形，当两机筒连接起来的时候，它们之间的相对位置的确定及定位非常重要，既要保证各段机筒上两孔之间的同轴度；也要防止相邻机筒段在圆周方向相互转动；还要保证连接端面严密接触，以防止物料从端面泄露出来。这些都是靠设计机筒元件时确定的尺寸精度和行为公差以及机械工来保证的。通常采用的定位方法是在两个机筒元件之间设两个定位销。（七）螺杆头和机筒的设计由于啮合同向双杆搓揉机的挤压系统采用组合式，螺杆是组合的，机筒也是组合的（即机筒也是由若干段机筒原件组成的）。机筒元件的结
36、构形式有：带有加料口的机筒元件、带有侧加料口的机筒元件、带有安装测量熔体压力和熔体温度传感器孔的机筒元件、带有排气口的机筒元件、带有加入液体添加剂注入孔的机筒元件、封闭式机筒元件以及装有玻璃视窗的用于可视化试验的机筒元件。关于机筒元件之间的连接与定位。不管机筒元件为何种外形，当两机筒连接起来的时候，它们之间的相对位置的确定及定位非常重要，既要保证各段机筒上两孔之间的同轴度；也要防止相邻机筒段在圆周方向相互转动；还要保证连接端面严密接触，以防止物料从端面泄露出来。这些都是靠设计机筒元件时确定的尺寸精度和行为公差以及机械工来保证的。通常采用的定位方法是在两个机筒元件之间设两个定位销。双螺杆搓揉机的
37、传动系统双螺杆搓揉机的传动系统是双螺杆搓揉机的重要组成部分。双螺杆搓揉机的传动系统的作用是在设定的工艺条件下，向两根螺杆提供合适的转速范围、稳定而均匀的转速、足够而且均匀相等的扭矩（功率），并能承受完成挤出过程产生的巨大的螺杆轴向力。双螺杆搓揉机的传动系统主要由:驱动电机（联轴器）、齿轮箱（包括扭矩分配系统和减速部分）等组成。电机的选择：双螺杆搓揉机中常用的电机有直流电机、交流变频调速电机、滑差电机、整流子电机等。其中以直流电机和交流变频调速电机用的最多。交流变频调速电机系统。所用电机有专用变频电机，也可用三相异步电机代替，在我们这个设计中就采用三相异步电机。，功率取各部分的总效率为，减速器效
38、率为，故：所以，电机的功率选，同步转速为1000,型号为Y90S-6双螺杆搓揉机的传动箱由两大部分组成及减速部分和扭矩分配部分组成。这两部分的扭矩虽然不同，但他们紧密联系，有时还相互制约。根据目前流行的结构看，其设计布置大致有两种方案，一种是将减速部分和扭矩分配部分很明显的分开，即所谓分离式；另一种是将二者和在一起。下面将重点讨论平行双螺杆搓揉机传动部分和扭矩分配部分的典型布置范例。图3-3所示为减速部分和扭矩分配部分明显分开的示意图。如图所示右边是减速部分，左边是扭矩分配部分，各自独立成体系，中间用连接套（花键）连接起来。这种布置方式有可能采用标准减速器，因而简化了扭矩分配部分的设计制造工作
39、量，但占用空间体积较大。图3-3 减速部分和扭矩分配示意图 实现传动系统设计目标的各种方案在双螺杆搓揉机传动系统的设计中，追求的目标总的说来是在实现规定的螺杆转速（范围）、螺杆旋转方向、扭矩均匀分配、轴承合理布置的前提下，通过传动方案的确定和结构设计，采取措施，降低齿轮载荷，抵消或减小传动齿轮的径向载荷，传递更大的功率（扭矩）和轴向力，提高轴承的寿命，装配维修方便。设计加工的难点螺杆中心距限定的狭小空间。因而必须调动一切可能的手段，寻找特殊的结构形式、材料和热处理工艺来实现上述目标。下面介绍部分传动方案和结构。 1. 采用内齿传动这种结构的优点是结构紧凑，啮合齿轮对的重叠系数大；又因是内齿啮合
40、，故相对承载能力大；如果设计合理，制造精度达到要求，能较好的保证两根螺杆同步运行。但内齿磨削比较困难，尤其是斜内齿就更难。 2. 采用双啮合齿轮传动所谓双啮合齿轮传动是指由一个齿轮带动两个齿轮或由两个齿轮同时带动一个齿轮如果传递的总扭矩不变，若双啮合齿轮传动，则各对啮合齿轮传递的扭矩，为单啮合齿轮传递的扭矩的一半，因而同时与两个齿轮啮合的那一个齿轮上每对啮合齿所受的圆周力可减少一半，径向力可部分抵消或全部抵消。这样就可以是齿轮、轴、轴承的受力大大减小，在两螺杆中心距较小的情况下，仍能满足强度需要，保证使用寿命。下图为双啮合齿轮传动简图：图3-4 双啮合齿轮传动简图（左，中）非对称布置的双啮合齿
41、轮传动简图3-4 （右）对称布置的双啮合齿轮传动简图1主动2从动本设计中将采用上图中的对称布置，下面将对传动系统中的传动齿轮进行设计： 传动部分齿轮设计小齿轮材料40Gr调制，硬度280HBS，精度等级7级，大齿轮45钢（调制），硬度240HBS。要使1轴和2轴同向旋转且转速相同则，选取螺旋角。初选，取则1. 按齿面接触强度计算确定公式内的各计算数值：（1）试选（2）选取区域系数=2.433（3）由图10-26查得，（4）许用接触应力（5）=1355 （6） 由表选取齿面宽系数（7）由表查的材料的强度影响系数（8）按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度大齿轮的接触疲劳强度（9）计算应力循环次数。寿命十年，每天工作8小时，每月30天，一年工作6个月。查得接触疲劳寿命系数 ，（10）计算接触疲劳许用应力，取失效概率1%安全系数 2）计算小齿轮分度圆直径，由计算公
