DL65雙螺桿玉米擠壓膨化機(jī)的設(shè)計DL65雙螺桿玉米擠壓膨化機(jī)的設(shè)計摘要為了推動國內(nèi)畜牧業(yè)的向前進(jìn)步，加快膨化飼料行業(yè)的發(fā)展，研制出一種能夠大規(guī)模應(yīng)用于中小型企業(yè)的膨化設(shè)備是尤為迫切的。如今市場上出現(xiàn)的玉米膨化機(jī)因其體積較大、功率高，價格高的缺陷，使其難以滿足實際的生產(chǎn)需求，因此想要實現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用是十分困難的。所以研制一種結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉的小型玉米膨化設(shè)備，對我國飼料行業(yè)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。本文以現(xiàn)存在的擠壓膨化機(jī)為基礎(chǔ)，同時結(jié)合以往總結(jié)的生產(chǎn)實踐，制定了一套既縮減了成本又簡化機(jī)構(gòu)的雙通擠壓膨化機(jī)。此雙通擠壓膨化機(jī)與以前的擠壓膨化機(jī)在結(jié)構(gòu)上有所區(qū)別，主要添加了一組擠壓設(shè)置，從而形成雙通結(jié)構(gòu)。除此之外，對傳動裝置進(jìn)行了相應(yīng)的簡化，利用主傳動電機(jī)來驅(qū)動上述的雙通擠壓設(shè)置。在此過程中主要涉及類比與模塊化的方法，對擠壓膨化機(jī)的總體動力傳輸路徑進(jìn)行了初步的計算，并對擠壓系統(tǒng)的工作效率進(jìn)行了初步的分析采用現(xiàn)物觀察與三維模型相結(jié)合的方式，對設(shè)備的零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了解析，并對此裝配布置中的相關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。根據(jù)分析及計算確定了關(guān)鍵部件（傳動主軸、傳動皮帶、主傳動電動機(jī)等結(jié)構(gòu)）的構(gòu)造以及選型，最終研制了一種具有結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)成本低廉的雙筒擠壓膨化設(shè)備的三維模型及整體布置方案。該設(shè)備克服了擠壓膨化機(jī)設(shè)計過程復(fù)雜、設(shè)計費用高、開發(fā)周期長等問題，同時也為雙螺桿擠壓膨化機(jī)研制和開發(fā)提供了一種切實可行的方案。關(guān)鍵詞；螺桿；膨化機(jī)；擠壓AbstractInordertopromotetheprogressofdomesticanimalhusbandryandspeedupthedevelopmentofexpandedfeedindustry,itisparticularlyurgenttodevelopakindofexpandedequipmentthatcanbeusedinsmallandmedium-sizedenterprisesonalargescale.Becauseofitslargevolume,highpowerandhighprice,thecornexpanderonthemarkettodayisdifficulttomeettheactualproductiondemand,soitisverydifficulttoachievelarge-scaleapplication.Therefore,itisofgreatpracticalsignificancetodevelopasmallcornpuffingequipmentwithsimplestructureandlowpriceforthedevelopmentoffeedindustryinChina.Thispaperisbasedontheexistingextrudingandpuffingmachine,combinedwiththepreviousproductionpractice,developedasetofdoubleextrusionandpuffingmachinewhichreducesthecostandsimplifiesthemechanism.Thisdouble-passextrusionpuffingmachineisdifferentfromthepreviousextrusionpuffingmachineinstructure,themainadditionofasetofextrusionSettings,soastoformadouble-passstructure.Inaddition,acorrespondingsimplificationofthetransmissionismadetousethemaindrivemotortodrivetheabovedual-passextrusionsetup.Mainlyinvolvedintheprocessofanalogyandmodularmethod,overallpowertransmissionpathofextrusionmachinehascarriedonthepreliminarycalculation,andtheefficiencyofextrusionsystemhascarriedonthepreliminaryanalysisbyusingtheformsofobservationandthree-dimensionalmodelofthewayofcombiningpartsofequipmentstructure,andrelatedstructureswasimprovedinassemblyarrangements.Accordingtotheanalysisandcalculationtodeterminethekeycomponents(drivespindle,drivebelt,maindrivemotorandotherstructures)ofthestructureandselection,andfinallydevelopedasimplestructure,lowproductioncostofthethree-dimensionalmodelofdoublebarrelextrusionequipmentandtheoveralllayoutscheme.Theequipmentovercomestheproblemssuchascomplicateddesignprocess,highdesigncostandlongdevelopmentcycleofextruder,andprovidesafeasibleschemefortheresearchanddevelopmentoftwinscrewextruder.keyword：Screw;Extruder;extrusion1引言1.1課題來源自從世界上第一臺膨化機(jī)發(fā)明投產(chǎn)以來,膨化機(jī)提供了許多獨特的加工手段，產(chǎn)生了意想不到的效果，并逐漸被人們所認(rèn)識。隨著人們對膨化技術(shù)認(rèn)識和研究的不斷深入，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大，自從1992年米糠保鮮、成型工藝被列為國家科技成果重點推廣計劃項目以來、膨化技術(shù)及相關(guān)的膨化設(shè)備，在油脂、飼料、食品等行業(yè)中已經(jīng)取得了長足的發(fā)展。近幾年，國際上已在蔬菜水果的脫水保鮮、混合產(chǎn)品的穩(wěn)定性處理等領(lǐng)域中掀起了擠壓膨化的熱潮。但是目前市場上所見膨化機(jī)都是大型膨化機(jī)，功率大、售價高，功率一般在幾十千瓦左右，最高可達(dá)340千瓦,售價由幾萬元到幾百萬元不等，因此很難在中小型企業(yè)中推廣，因此設(shè)計一種結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、適于中小型企業(yè)和個體戶、專業(yè)戶使用的小型膨化機(jī)，這對于我國畜牧業(yè)的發(fā)展，具有重要的意義，本次設(shè)計的目的正是基于以上指導(dǎo)思想并根據(jù)膨化機(jī)的設(shè)計經(jīng)驗設(shè)計出符合以上要求的小型螺桿膨化機(jī)，用來加工玉米等農(nóng)作物，促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)資源的開發(fā)利用。1.2研究意義隨著世界各國的畜牧業(yè)如火如荼地發(fā)展，膨化設(shè)備已在國外形成了一系列的產(chǎn)品，在飼料行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。但是國內(nèi)的相關(guān)技術(shù)，如飼料生產(chǎn)及技術(shù)發(fā)展水平，一直未有重大的突破，甚至與國外的技術(shù)表現(xiàn)出明顯的差距。近年來，我國也在逐步加大畜牧業(yè)的發(fā)展步伐，對飼料質(zhì)量的把控也越來越嚴(yán)苛，相信在未來，隨著我國飼料行業(yè)的進(jìn)步，膨化機(jī)將很快占據(jù)廣闊的市場。此次的研究中以小型膨化機(jī)為對象、以個體工商戶及中小企業(yè)為主要目標(biāo)人群。整個研究過程是建立在技術(shù)達(dá)標(biāo)以及結(jié)構(gòu)合理的基礎(chǔ)上，簡化了對整體結(jié)構(gòu)影響較小的附屬件，簡化結(jié)構(gòu)的好處顯而易見，不僅降低設(shè)備的重量，縮減開發(fā)的成本，且操作更方便、維護(hù)更容易。根據(jù)上述構(gòu)想，此次設(shè)計的膨化機(jī)由四個主要裝置構(gòu)成：傳動、膨化、進(jìn)料和成型。膨化機(jī)的膨化機(jī)理十分復(fù)雜，目前尚無一套成熟的理論。因此，本文將根據(jù)已有的實驗資料和記錄資料，將兩者結(jié)合起來，以確定膨化機(jī)各項參數(shù)，使之達(dá)到設(shè)計要求。本次設(shè)計的膨化設(shè)備的預(yù)計生產(chǎn)率為50kg/h~80kg/h，完全可以滿足客戶對膨化設(shè)備的需求。經(jīng)改進(jìn)設(shè)計后，采用環(huán)形模頭，有效的解決了模頭容易被堵塞，膨化效果差的問題，因此本課題的研究對推廣膨化飼料、促進(jìn)我國的畜牧業(yè)的發(fā)展具有現(xiàn)實意義。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.3.1國外研究現(xiàn)狀膨化機(jī)在國外還有一個名稱：EP機(jī)，在1797年，JosephBrahma使用活塞傳動設(shè)備生產(chǎn)無縫鉛管，這也是擠壓加工史的開端。隨之技術(shù)不斷的改革與發(fā)展，這個設(shè)備在通心面的生產(chǎn)過程中得到廣泛地應(yīng)用。1856年美國沃德就發(fā)表了有關(guān)食品的第一份專利，1959年出現(xiàn)了第一臺擠壓式膨化機(jī)。20世紀(jì)30年代中期，有人用成型擠壓機(jī)將粗面粉與水回合制作面條。1936年第一臺應(yīng)用與谷物加工的單螺桿擠壓蒸煮機(jī)問世，并取得成功。在1930s的末期，RobertColombo和CarloParquets對雙螺桿的嚙合同向旋轉(zhuǎn)擠壓機(jī)進(jìn)行了研究。在1940s的中期和晚期，最早的擠壓食物-玉米片是由單螺旋擠壓機(jī)批量生產(chǎn)出來的。美國早在上個世紀(jì)50年代就將膨化技術(shù)引入了飼料行業(yè)，主要是為了寵物食品的加工和飼料的預(yù)處理，目前美國已經(jīng)擁有了數(shù)百項技術(shù)和設(shè)備的專利。而日本在這一領(lǐng)域發(fā)展比美國推遲了十年。如今，以德國、英國為代表的歐洲國家都對此進(jìn)行了廣泛的關(guān)注。而膨化設(shè)備的生產(chǎn)制造基地更是遍布世界各國，如美國的CPM公司，日本的上田鐵工所等。西德的蘭明公司所制造的擠壓膨化設(shè)備可以處理高含水量的飼料，壓力達(dá)30~100kg/cm2,10~20秒即噴出成形。20世紀(jì)70年代前期CruetLoire為食品加工飼料加工新技術(shù)。目前，膨化技術(shù)在食品行業(yè)中的應(yīng)用已經(jīng)可以制造出豐富多彩的食物，例如各種甜點、餅干等。同時，膨化技術(shù)的發(fā)展道路也越來越廣闊，在飼料行業(yè)中也受到前所未有的青睞。日本在膨化技術(shù)方面也取得了重大的進(jìn)步，二戰(zhàn)時期，大米和小麥都是用膨化技術(shù)生產(chǎn)的，然后被擠壓成特定的形狀，可以存放一年而不腐。作為備用的軍糧。日本1968年開始生產(chǎn)膨化食品，1975年膨化食品銷售額為1050億日元，1978年超過2200億日元，巧克力銷售額為2000億日元，比巧克力的銷售額還大，說明膨化食品的發(fā)展是相當(dāng)迅速的。根據(jù)1977年的統(tǒng)計，日本生產(chǎn)膨化食品量為14.62萬噸，折合人民幣10億元，1970年以后日本開始生產(chǎn)膨化飼料用于飼養(yǎng)家畜和魚蝦，膨化飼料成品比一般的顆粒飼料成本高二倍，因此只用于魚類迅速生長的階段。1.3.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國從1950年代起，膨化處理開始在食品工業(yè)中的應(yīng)用中占有一席之地，在往后的十年中已在飼料工業(yè)中得到了一定的應(yīng)用。在相關(guān)技術(shù)人員的不懈努力之下，膨化設(shè)備的生產(chǎn)技術(shù)有了明顯的突破，且加工技術(shù)與之前比較有了較大的改善，因此所生產(chǎn)的膨化制品的品質(zhì)也有了顯著地提高，且生產(chǎn)的成本也在逐漸地降低。1975年擠壓式膨化技術(shù)傳入我國，食品與水產(chǎn)兩個行業(yè)開始研制，上海中國水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所先后與有關(guān)單位協(xié)作研制了多種外加溫長螺桿型膨化機(jī)，寧夏水產(chǎn)試驗廠和寧夏柴油機(jī)廠合作，開發(fā)出各種自熱長螺旋膨化機(jī)，70年代也有少數(shù)單位開發(fā)出了膨化顆粒飼料機(jī)，其中以添加溫長螺桿為主。例如上海新涇農(nóng)業(yè)機(jī)械廠、吳縣漁具機(jī)械廠等。由于其力學(xué)性能不穩(wěn)定，不夠安全，無法在實際生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。關(guān)于畜牧業(yè)的膨化，80年代以來，國內(nèi)逐步開展了相關(guān)的研究工作。內(nèi)蒙農(nóng)牧業(yè)研究所于1986年將飼料麥桿進(jìn)行罐式膨化，并通過了部級鑒定，沈陽市的相關(guān)農(nóng)業(yè)研究所和農(nóng)業(yè)大學(xué)對稻殼膨化機(jī)進(jìn)行了分析和試制，前者為大型后者為小型，都初步進(jìn)行了推廣和應(yīng)用。為了開發(fā)新飼料來源，1980s初期，全國各地都在開發(fā)一種能夠處理家禽混和飼料的膨化機(jī)，除了能夠正常的膨化精料，還可以處理較粗的混合料。一次殺菌、造粒、局部脫水，為擠出膨化設(shè)備開辟了新的領(lǐng)域。近十年來，膨化飼料也受到了家禽、魚類和觀賞動物等產(chǎn)業(yè)的追捧。部分大型中外合資的飼料加工企業(yè)，因采用膨脹機(jī)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的改變，有些公司的飼料產(chǎn)量超過60%。1.4主要內(nèi)容本課題的研究對象是小型膨化機(jī)，其用戶群體為中小企業(yè)和個體戶?？傮w設(shè)想是在滿足技術(shù)要求及結(jié)構(gòu)合理的條件下，減少膨化機(jī)的附屬件，降低生產(chǎn)成本，使其結(jié)構(gòu)簡單，使用和維修方便。所以，在此次的設(shè)計說明書當(dāng)中，第一步就是對該產(chǎn)品的功能進(jìn)行基本的概述，之后對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計，并對其傳動系統(tǒng)、擠壓系統(tǒng)、外形等進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并利用經(jīng)驗方法設(shè)計了相關(guān)的參數(shù)，從而得出相關(guān)的計算。整個過程對膨化設(shè)備的設(shè)計和計算的基本原理和方法進(jìn)行了實踐。此外，使用sw軟件具體進(jìn)行設(shè)計，主要內(nèi)容有電機(jī)的選擇、V帶傳動的設(shè)計、擠壓系統(tǒng)的設(shè)計傳動系統(tǒng)二維繪圖及三維建模等等，以期設(shè)計出系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，裝卸方便，便于維修、調(diào)整的小型膨化機(jī)。第2章總體方案擬定2.1總體方案的擬定整體方案的制定主要是對不同的設(shè)計方案進(jìn)行了比較、論證，分析其優(yōu)劣，最終確定比較合理的方案。該方法是進(jìn)行后續(xù)設(shè)計工作的先決條件，其制定原則通常取決于設(shè)計需求，而本設(shè)計的整體規(guī)劃原則是盡量減少輔助部件，降低制造費用，簡化結(jié)構(gòu)，同時保證工藝要求和結(jié)構(gòu)合理，使用方便。本文的總體設(shè)計思路是在傳統(tǒng)擠壓膨化機(jī)的基礎(chǔ)上，通過使用雙螺桿結(jié)構(gòu)，來提高膨化機(jī)的工作效率。總體的設(shè)計方案包括傳動系統(tǒng)和擠壓系統(tǒng)兩大部分組成。其中傳動系統(tǒng)中又包括電動機(jī)-小帶輪-大帶輪-傳動軸四個關(guān)鍵零部件，實現(xiàn)把電機(jī)的動力分別傳遞給兩組擠壓膨化系統(tǒng)。而擠壓系統(tǒng)部分中又包含螺桿、機(jī)筒、噴嘴、成型口模等零部件，并且兩套擠壓系統(tǒng)是各自獨立工作的。2.2傳動系統(tǒng)方案的擬定V帶傳動、齒輪傳動和液壓傳動是當(dāng)前常用的傳動形式，其優(yōu)點和不足如下表2-1所示：表2-1三種傳動方式的優(yōu)缺點傳動方式優(yōu)點缺點V帶傳動兩個軸心距大的傳動容易實現(xiàn)；具有彈性，可減震，因此傳動平穩(wěn)，無噪聲；結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、造價低廉；摩擦式皮帶在過載時，皮帶會在皮帶上滑動，能有效地防止其它零件的損傷，起到過載保護(hù)的作用。外廓尺寸大，不緊湊；傳動效率低，平帶傳動一般為0.95，V帶傳動一般為0.92；帶的壽命較短，一般僅為2000~3000h;摩擦型帶傳動因帶與帶輪間存在相對滑動，不能保證準(zhǔn)確的傳動比。齒輪傳動1.傳動比恒定，傳動效率高，使用壽命長，使用范圍廣及承載能力高。制造和安裝精度較高；成本較高。液壓傳動重量輕、體積小、運(yùn)動慣性小、反應(yīng)速度快；操縱控制方便，可實現(xiàn)大范圍的無級調(diào)速。傳動效率低；制造精度要求較高，價格較貴；得不到嚴(yán)格的傳動比。膨化機(jī)傳動系統(tǒng)的設(shè)計原則要求原動機(jī)的選用應(yīng)滿足能源供應(yīng)普遍，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，效率高，以便于控制和使用。為了達(dá)到以上目的，電動機(jī)是一種理想的動力源，故選擇了電動機(jī)作為驅(qū)動裝置。動力傳動采用V型皮帶驅(qū)動，具有結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、造價低廉的優(yōu)點；傳動穩(wěn)定，沒有噪聲，在超負(fù)荷時，皮帶會打滑，對防止電動機(jī)燒毀。2.3擠壓系統(tǒng)方案的擬定膨化機(jī)的螺桿、機(jī)筒、噴嘴、成型口模等零部件形成了擠壓系統(tǒng)，該系統(tǒng)是整個膨化設(shè)備中的最核心部分。根據(jù)螺桿的數(shù)量，可將其分成單、雙、多螺旋三種。由于多螺旋擠壓系統(tǒng)的生產(chǎn)條件和安裝精度比較嚴(yán)苛，在此被忽略。雙螺桿擠壓系統(tǒng)進(jìn)給率和擠出率都比較高，且還具有良好的混煉、排氣、自潔性，除此之外憑借較低的塑化溫度，還降低了分解的可能性。螺桿是擠壓系統(tǒng)中的關(guān)鍵元件，其作用不僅直接影響到膨化機(jī)的熟化、糊化作用，也影響著最終產(chǎn)品的品質(zhì)。不同的螺旋具有不同的擠出和膨脹作用，因此此部分的設(shè)計需要著重考慮。螺桿的主要設(shè)計參數(shù)是螺桿和螺棱的幾何尺寸。為了在膨化過程中具備高壓、高溫的條件，物料在輸送過程中被充分?jǐn)D壓、剪切，為了達(dá)到最佳的膨化效果，本次設(shè)計選用了等螺桿。機(jī)筒是由螺桿外部包裹的，屬于易磨件。此次設(shè)計的對象是一臺小型膨化設(shè)備，其體積小，整體結(jié)構(gòu)簡單，因此選用整體式結(jié)構(gòu)。在襯套的內(nèi)壁上設(shè)計出直線形的溝槽，以提高擠壓系統(tǒng)在工作時的剪切和摩擦作用。為了實現(xiàn)對物料的擠壓和剪切，并且盡可能地減小泄漏，使螺桿和套筒之間的距離最小。根據(jù)整體設(shè)計，充分考慮了各種因素對膨化效果的影響，進(jìn)行了膨化機(jī)的設(shè)計。本機(jī)由四個主要部件構(gòu)成：傳動裝置、膨化裝置、進(jìn)料裝置和成型裝置，見圖2-1所示。傳動裝1.傳動裝置2.膨化裝置3.喂料裝置4.成型裝置圖2-1膨化機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖置選用V帶傳動系統(tǒng)，電動機(jī)經(jīng)過對比選型后，確定使用三相異步電動機(jī)，該電動機(jī)具有諸多優(yōu)勢，首先結(jié)構(gòu)簡單且易于維護(hù)，其次成本低，性價比較高。該裝置還使用了單螺桿擠壓系統(tǒng)，其中機(jī)架使用了焊接工藝，焊接的原材料則是熱軋板。通過上面的描述可知，膨化機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要分為這幾大部分，且具有結(jié)構(gòu)簡單、維修方便等特點，符合本次設(shè)計的要求。該機(jī)器在工作時，螺桿位于套筒的內(nèi)部，其頂部呈錐形，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時，它會在套筒內(nèi)部旋轉(zhuǎn)。該螺桿與噴嘴之間存在一定的空隙，在轉(zhuǎn)動過程中，機(jī)器的噴嘴不發(fā)生變化，起到了阻斷物料的作用，同時使腔內(nèi)的壓力進(jìn)一步變大。而該設(shè)備的喂料裝置是由料斗組成，這是物料進(jìn)入機(jī)器的通道。通常情況下，物料會經(jīng)過該口進(jìn)入到套筒內(nèi)部，而套筒中的螺桿會旋轉(zhuǎn)，給物料增加動力，使其源源不斷的進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部。在該過程中，物料、螺桿及套筒之間會產(chǎn)生摩擦及剪切力，隨著時間的推移，其溫度會變得很高，而周圍得的高溫環(huán)境會使物料內(nèi)部水分流失，全部變成水蒸氣，該過程時間很短，同時，隨著水分蒸發(fā)，加上溫度的升高，其腔內(nèi)會形成高壓，而高溫高壓的環(huán)境則會改變物料形態(tài)，使其發(fā)生糊化作用，最后由噴嘴噴出，噴出的物質(zhì)是原料高溫后形成的膨化物。整個流程主要分為三大部分，第一部分則是輸送過程，在該過程中，物料較為松散，比較自由，而套筒與螺桿之間的間隙很大，對于物料來說，基本上不會受到剪切力，僅僅起到了攪拌物料的作用，其內(nèi)部的溫度上升幅度較小，物料不會發(fā)生較大的變化，特性不改變。第二個部分則是真正起到作用的部分，稱之為擠壓過程。當(dāng)物料進(jìn)入了擠壓階段，原本寬敞的空間會瞬間變得狹小，且都位于螺旋槽內(nèi)，此時的物料受到了較大的剪切力，被壓縮的很厲害，同時摩擦力等作用下，內(nèi)部壓力及溫度改變的很大，使物料開發(fā)進(jìn)入糊化階段。而最后一階段則是物料徹底糊化階段，稱之為增壓過程，物料進(jìn)一步移動，進(jìn)入到壓力室，該地方的溫度及壓力劇烈變化，使物料快速糊化，借著壓力由噴嘴向外噴出，噴出后物料的壓力變小，水分在該階段汽化，使其膨大，變?yōu)榕蚧铩１敬卧O(shè)計的膨化機(jī)的主要參數(shù)為長×寬×高mm560mm×550mm×1008mm生產(chǎn)率kg/h150-180KG/h螺桿轉(zhuǎn)速r/min450r/min~550r/min膨化壓力Mpa1.12Mpa膨化溫度oC110oC第3章傳動系統(tǒng)的設(shè)計及校核3.1傳動部電機(jī)的選擇玉米膨化機(jī)的工作需要使用電機(jī)來提供動力，本文設(shè)計的雙螺桿膨化機(jī)，為了降低制造成本，使用一臺主電動機(jī)來帶動兩組擠壓系統(tǒng)的工作。電動機(jī)的動力通過兩組帶傳動的大小帶輪來傳遞。電動機(jī)通過螺栓安裝在設(shè)備底座上（見裝配圖零件3），通過條形螺栓孔來微調(diào)電動機(jī)的安裝位置，以實現(xiàn)皮帶輪的傳動的張緊功能。調(diào)整時，松開安裝螺栓，主傳動電機(jī)就可以沿著設(shè)備底座平移一定距離，直到傳動皮帶張緊；調(diào)整到位后把螺栓緊固。本次設(shè)計的玉米膨化機(jī)，該機(jī)器每小時生產(chǎn)膨化物的質(zhì)量最大可達(dá)到180KG，因此為了滿足該需求，螺桿的轉(zhuǎn)速應(yīng)當(dāng)保持在一定的范圍內(nèi)，當(dāng)螺桿的轉(zhuǎn)速超出該范圍，那么物料的膨化時間就變得很短，熟化的不徹底，使其膨化物不符合使用標(biāo)準(zhǔn)。而當(dāng)螺桿的速度低于該范圍，那么玉米在該設(shè)備內(nèi)部停留的時間過長，使其熟化程度過高，會使膨化物變焦，影響產(chǎn)品品質(zhì)。經(jīng)過詳細(xì)的考證，最終確定了轉(zhuǎn)速為時，該設(shè)備生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)秀。另外，在不考慮其它能量變化的情況下，功率的計算如下：（3-1）式中N表示電機(jī)功率；K表通常為常數(shù)，值為0.1，代表電機(jī)儲備系數(shù)；而C也為常數(shù)，其值為1.67，代表物料比熱；ΔT通常表示溫度差值；E代表生產(chǎn)率；而η則是傳動效率，通常取值為0.96。經(jīng)計算可知N為3.19~4.93kw根據(jù)主電機(jī)功率,選用Y132S-4型Y系列三相交流異步電動機(jī),主要參數(shù)如下表3-1電動機(jī)的主要參數(shù)額定功率5.5kw轉(zhuǎn)速1440r∕min中心高132mm軸伸尺寸80mm鍵槽尺寸10mm×5mm3.2V帶傳動的設(shè)計在電機(jī)與第一組擠壓系統(tǒng)之間采用帶傳動，第一組擠壓系統(tǒng)即距離主傳動電機(jī)較近的擠壓裝置，另一組距離電機(jī)較遠(yuǎn)的擠壓系統(tǒng)的傳動，采用大小相等的兩個帶輪進(jìn)行傳動，因此工作載荷情況比電機(jī)和第一組擠壓系統(tǒng)的工況更好。所以，文章僅考慮了前部分的擠壓系統(tǒng)，即第一組擠壓系統(tǒng)帶傳動，該裝置成本低且結(jié)構(gòu)簡單，使用時較為平穩(wěn)。3.2.1確定計算功率PcaPca與傳遞功率P相關(guān)，且荷載即運(yùn)轉(zhuǎn)時間對其具有顯著的影響：（3-2）式中Pca——計算功率kwP——傳遞的額定功率kwKα——數(shù)值是1，為固定系數(shù)計算得=1.0×5.5=5.5kw3.2.2選擇帶型本文參照了Pca及轉(zhuǎn)速n2等參數(shù)，最終確定了其帶型，為SPZ型窄V帶。3.2.3確定帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1和dd2（1）初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1通過文獻(xiàn)[1]可知dd1≥dmin，通常為了保障設(shè)備穩(wěn)定，取最大直徑dd1=90mm（2）驗算帶的速度v根據(jù)公式 （3-3）來計算帶的速度，此時應(yīng)當(dāng)符合v≤vmax的要求，而vmax的數(shù)值在35~40m/s之間。當(dāng)帶速大于最大速度，則會使設(shè)備產(chǎn)生較大的離心力，皮帶打滑，同理，帶速過小，則產(chǎn)生的拉力便很大，造成了帶根數(shù)目變多，而為了保障穩(wěn)定運(yùn)行，其帶寬、軸徑等參數(shù)都要相應(yīng)的變大。計算得6.79帶的速度合適。3.2.4計算從動輪的基準(zhǔn)直徑dd2通過查閱資料可知，螺桿轉(zhuǎn)速為450r/min，電機(jī)轉(zhuǎn)速為1440r/min，而傳動比i（3-4）式中n1——電機(jī)轉(zhuǎn)速r/minn2——螺桿轉(zhuǎn)速r/min計算得于是并按V帶輪的基準(zhǔn)直徑系列圓整后選取所以標(biāo)準(zhǔn)傳動比故主軸實際轉(zhuǎn)數(shù)3.2.5確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長度Ld根據(jù)傳動結(jié)構(gòu)需要初定中心距a0，?。?）<<(+)（3-5）a0＝500mm根據(jù)帶傳動的幾何關(guān)系，按下式計算所需帶的基準(zhǔn)長度L'd（3-6）計算得根據(jù)L'd由參考文獻(xiàn)[1]選取和L'd相近的Ld為1600mm，V帶中心距：（3-7）計算得3.2.6驗算小帶輪上的包角由式（3-8）計算得所以主動輪上的包角合適。3.2.7計算V帶的根數(shù)z（3-9）其中kα為固定值，數(shù)值為.95，代表包角系數(shù)kl為固定常數(shù)，其值為1，代表長度系數(shù)P0為固定值，其值為1.98，代表額定功率ΔP0表示功率增量，通常取值為0.22因此：=2.63取3.2.8計算預(yù)緊力F0（3-10）由參考文獻(xiàn)[1]得=0.07故=3.2.9計算作用在軸上的壓軸力Fp（3-11）計算得3.3帶輪的設(shè)計3.3.1帶輪材料的選擇帶輪材料通常與帶速具有相關(guān)性，當(dāng)帶速較小，小于30m/s時，可選擇鑄鐵材料制作，而帶速較大，大于該值時，需要采用鑄鋼件，而本次的帶速為6.79m/s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)值，因此，鑄鐵件可滿足需求，選擇HT200。3.3.2帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸主動輪采用實心式（因為相應(yīng)電機(jī)軸=38mm，dd1≤2.5d）從動輪采用孔板式（dd2－dd1≥10mm）由參考文獻(xiàn)[1]可知，輪槽大小與帶的截型相關(guān)，其它結(jié)構(gòu)可經(jīng)過相關(guān)的公式計算，具體的結(jié)構(gòu)圖3-1標(biāo)注出來。圖3-1電機(jī)輪3.4軸的設(shè)計在機(jī)械設(shè)計中，軸是一種重要的零件，起到了較為重要的作用，通常來說，它可以制支撐設(shè)備進(jìn)行回轉(zhuǎn)，傳遞動力。本文中的傳動軸連接帶帶輪和螺桿，電動機(jī)的動力通過小，大帶輪傳遞到傳動主軸上，最終傳送給螺桿，實現(xiàn)擠壓工作。下文所校核的傳動主軸是第一組擠壓系統(tǒng)中連接大帶輪和螺桿的傳動軸。另外一組擠壓裝置中的主軸相同，不需另外校核。該膨化機(jī)采用階梯軸的方式設(shè)計傳動軸，設(shè)計成該模式的優(yōu)勢是便于裝卸，同時零件的位置都是由軸肩確定，而零件的安裝、定位等都可以決定該軸的徑向尺寸，而軸的長度則是根據(jù)軸承組合及箱體來確定。3.4.1求主軸上的功率P2及轉(zhuǎn)矩T2（3-12）計算得kw（3-13）計算得3.4.2初步確定軸的最小直徑選取軸的材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，由參考文獻(xiàn)[1]取A0于是（3-14）計算得取軸的最小直徑為26mm。3.4.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計（1）軸上零件的裝配方案此設(shè)備采用了六段階梯軸，具體的裝置可以通過圖3-2看到。在該方案中，一段軸與螺桿相連，三段軸上含有密封圈及滾子軸承，五段軸則含有軸承及后蓋，最后一段則是與大帶輪相連。（2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度其中各段軸承的長度與直徑分別為135mm、77mm、50mm、82mm、70mm、40mm，而軸承的直徑為26mm、32mm、35mm、40mm、35mm、30mm等，各軸長度的設(shè)計通常都與設(shè)備結(jié)構(gòu)相關(guān)。圖3-2傳動軸結(jié)構(gòu)圖3.5軸的受力分析3.5.1確定軸的軸向力除了皮帶輪對軸的壓力=外，還有兩處軸承對軸產(chǎn)生分別為和的徑向力。（3-15）（3-16）計算得NN畫出軸的受力簡圖，見圖3-3(a)3.5.2確定軸的彎矩（3-17）計算得畫出軸的彎矩圖，見圖3-3(b)所示3.5.3確定軸的扭矩（3-18）計算得畫出軸的扭矩圖，見圖3-3(c)3.5.4確定當(dāng)量彎矩（3-19）式中通常為固定值，取0.3，代表校正系數(shù)。計算得圖3-3軸的受力分析3.6軸的強(qiáng)度校核從上圖的受力分析我們可知，圖A截面不符合預(yù)期，需要進(jìn)行校核：（3-20）式中——軸的抗彎剖面系數(shù)；——軸的許用彎曲應(yīng)力，；滿足條件，所設(shè)計的軸合乎要求。3.7軸的疲勞強(qiáng)度校核按照疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核計算A剖面的安全系數(shù)為（3-21）式中——疲勞強(qiáng)度計算的許用安全系數(shù)；——僅受彎矩作用時的安全系數(shù)；（3-22）——僅受轉(zhuǎn)矩作用時的安全系數(shù)：（3-23）由于取材為調(diào)質(zhì)45鋼，查參考文獻(xiàn)[1]可知：、——軸的彎曲和扭轉(zhuǎn)疲勞極限、——彎曲應(yīng)力的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力、——扭應(yīng)力的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力、——軸的危險截面上的彎矩和扭矩、——軸在危險截面的抗彎、抗扭截面模量對于膨化機(jī)的傳動軸計算得、——彎、扭時有效應(yīng)力集中系數(shù)——表面質(zhì)量系數(shù)、——尺寸影響系數(shù)、——彎曲和扭轉(zhuǎn)時平均應(yīng)力折算為應(yīng)力幅的等效系數(shù)由以上的數(shù)據(jù)可得所以合乎要求。第4章擠壓系統(tǒng)的設(shè)計4.1膨化機(jī)的擠壓系統(tǒng)該膨化機(jī)的結(jié)構(gòu)較為簡單，其中關(guān)鍵核心為擠壓系統(tǒng)，該系統(tǒng)零件構(gòu)成較少，通常由機(jī)筒、噴嘴及螺桿等三大部件組成，該結(jié)構(gòu)也可稱為機(jī)膛，主要履行擠壓膨化物料的功能，而產(chǎn)品質(zhì)量的好壞與該系統(tǒng)有關(guān)，通過它可評判膨化機(jī)性能。在加工物料的過程中，物料會受到外界壓力及環(huán)境的影響，發(fā)生狀態(tài)變化，而處在機(jī)膛內(nèi)部的物料最終會經(jīng)過機(jī)頭被擠壓出去，而該過程中，壓力及溫度等外界條件發(fā)生劇烈變化，熔融狀態(tài)下的物料則會被膨化，完成加工標(biāo)準(zhǔn)。從上面的加工過程中來看，必須保障物料能夠持續(xù)穩(wěn)定的輸出，因此，該結(jié)構(gòu)設(shè)計的是否合理將決定該設(shè)備的性能是否滿足物料持續(xù)輸出的要求。而在該擠壓系統(tǒng)中，使物料能夠膨化的裝置主要是螺桿及套筒，兩者直接影響膨化形狀，因此，良好的擠壓系統(tǒng)，其螺桿及套筒的設(shè)計一定是合理的。4.2螺桿的設(shè)計從物料膨化過程可知，螺桿是整個膨化系統(tǒng)中最重要的元件，因此設(shè)計螺桿時，需要充分考慮各項標(biāo)準(zhǔn)。一般來說，螺桿的結(jié)構(gòu)簡單，主要分為三大部分，分別是主軸、鍵及壓螺。該結(jié)構(gòu)在鵬華設(shè)備中扮演者重要的角色，其主要是輸送原料，并對其進(jìn)行擠壓剪切，輸出膨化物料，是整個系統(tǒng)的傳輸裝置。該裝置的動力則是由電機(jī)提供，在運(yùn)動過程中，會產(chǎn)生熱能及勢能，是機(jī)腔內(nèi)部的壓力變大，原料產(chǎn)生糊化反應(yīng)，其內(nèi)部的蛋白質(zhì)會變性，組織膨大，最終實現(xiàn)了膨化產(chǎn)品。因此，膨化機(jī)的膨化效果與各種因素相關(guān)，其中包括工作的溫度、原料的質(zhì)量、停留的時間及螺桿的設(shè)計性能等。因此，設(shè)計人員對于上述的因素研究的比較深入，是他們一直關(guān)注的重點領(lǐng)域。從上面的闡述可知，螺桿的長度及直徑對其產(chǎn)品質(zhì)量有著較為嚴(yán)重的影響，決定了擠壓料熟化比，也決定了其產(chǎn)品膨化程度。螺桿的形狀合理，可使物料能夠輕松的被送入螺槽，并繼續(xù)向前推進(jìn)。同時在物料向前推進(jìn)，進(jìn)入到螺紋槽中，內(nèi)部的環(huán)境較為惡劣，不僅溫度高，壓力也大，而螺桿也同樣會受到這些環(huán)境因素的影響，因此在設(shè)計時，需要考慮其使用強(qiáng)度，避免出現(xiàn)因強(qiáng)度不夠而產(chǎn)生斷裂的情況，但是通過合理的設(shè)計可避免產(chǎn)生該種狀況，另外，膨化性能不僅僅受到螺桿的影響，還與多種因素有關(guān)，而參數(shù)之間互為矛盾，因此對螺桿的設(shè)計理論,采用傳統(tǒng)的設(shè)計方法，也就是根據(jù)經(jīng)驗或采用類比法確定螺桿的參數(shù)4.2.1螺桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計螺桿的分類方式有很多種，其中按照根莖可分為等根莖及變根莖螺桿；而按照螺距則可分為兩部分，分別為等螺距及變螺距；同理，螺桿還可以通過其螺紋形狀進(jìn)行分類，分為矩形及鋸齒形。根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，可知本系統(tǒng)采用的是等螺距的變根莖方式，其具有較大的優(yōu)勢，成本低加工簡單，滿足經(jīng)濟(jì)需求，見圖4-1。圖4-1螺桿的結(jié)構(gòu)4.2.2螺桿的基本參數(shù)確定螺桿的參數(shù)有很多，其中最主要的參數(shù)之一則是螺桿直徑，可用Ds來表示。通常情況下，在設(shè)計螺桿時，都需要確定該設(shè)備的生產(chǎn)能力，根據(jù)這個指標(biāo)來確定相應(yīng)的螺桿直徑。除此之外，轉(zhuǎn)速及壓力也會影響其生產(chǎn)能力，需要綜合進(jìn)行考慮，因此，沒有公式能夠精確計算出具體的螺桿長度，但是，螺桿長度的選擇也是有跡可循，可通過以下方式進(jìn)行估計：在確定該設(shè)備的生產(chǎn)能力之后，可根據(jù)以下公式，確定螺桿直徑：（4-1）式中——生產(chǎn)能力——螺桿直徑——螺桿轉(zhuǎn)速——經(jīng)驗出料系數(shù)計算得選取螺桿外直徑為65mm螺桿的長度按公式（4-2）其他條件不變的情況下，螺桿長度增大，則會增加物料在設(shè)備內(nèi)部的停留時間，使物料可以進(jìn)行充分反應(yīng)。同時，螺桿的長度也不能過度變長，否則會使物料停留時間過長，充分反應(yīng)而導(dǎo)致變形。玉米膨化機(jī)的長徑比通常為3~12，根據(jù)經(jīng)驗，選取螺桿長徑比為k＝4.25所以螺桿長度螺桿前端設(shè)計成錐形結(jié)構(gòu)，長度取。螺桿的前端設(shè)計為圓柱形，可與噴嘴充分配套。物料在螺桿中會受到擠壓，反應(yīng)過程主要經(jīng)歷了三個階段，分別為輸送、熔融及均化，為了配合這三個階段，通常將螺桿也分為三部分一一對應(yīng)，分別為輸送段、熔融段及加料段。加料段主要進(jìn)行輸送任務(wù)，因此保障輸送量其槽深較大。另外，螺桿的機(jī)械強(qiáng)度與壓縮比具有相關(guān)性，因此綜合考慮后，本設(shè)計在加料段的槽深為15mm，長度為L的20%，而玉米膨化機(jī)，加料段要求長一些，因此長度為40mm；同樣，熔融段的主要作用是壓縮固態(tài)物料，因此槽深要比6mm大，熔融段螺桿長度一般根據(jù)經(jīng)驗為L2＝(50%~60%)L，取L2＝120mm；均化段的主要參數(shù)是螺桿的槽深H3和長度L3，在設(shè)計時要考慮這兩個參數(shù)與一些因素的關(guān)系，槽深越小，其產(chǎn)生的剪切力越大，塑化及均化反應(yīng)明顯，但是，這也會導(dǎo)致物料產(chǎn)生熱分解，因此，權(quán)衡該因素具有一定的難度，通常其值的選定靠經(jīng)驗來完成，因此槽H3的深度為12mm。同時，螺桿長度對設(shè)備的生產(chǎn)能力及產(chǎn)出質(zhì)量有較大的影響，其長度增加，而倒流的流量就會相應(yīng)的減小，在其它條件不變時，該設(shè)備的產(chǎn)出質(zhì)量得到提升，生產(chǎn)能力變大，同時，增大L3的長度，可使物料在設(shè)備內(nèi)停留的時間變長，均化反應(yīng)時間也變長，使其能夠充分的被剪切，使物料能夠充分的混合，但是停留時間過程會導(dǎo)致產(chǎn)生熱分解現(xiàn)象，因此，根據(jù)相關(guān)的經(jīng)驗，其長度取值為40mm。為了滿足膨化要求，螺桿的有效根徑應(yīng)當(dāng)在50-58mm之間。和螺桿的長度類似，目前還未有公式能夠精確計算螺紋寬度，因此設(shè)計螺紋寬度也是根據(jù)相關(guān)的經(jīng)驗進(jìn)行設(shè)計，同樣，螺紋寬度與物料輸送能力具有相關(guān)性，寬度小，其螺棱的體積也小，輸送能力變大，但是螺紋小，則會使接觸面積變小，套筒內(nèi)部空間變大，使其漏流增加。相反，螺紋大，則會使接觸面積變大，套筒內(nèi)部空間變小，使其漏流減小。因此，兩者需要進(jìn)行均衡設(shè)計，通常情況下，直徑為80mm的螺桿，其寬度為0.1Ds。螺紋寬度不能取太大，太大的化會使螺槽溶劑變小，僅為增加了功率消耗，產(chǎn)生的熱量增加，同樣，螺紋寬度不能取太小，否則的話會使強(qiáng)度不高，漏流增大，生產(chǎn)力降低，根據(jù)經(jīng)驗取e＝6.4mm，螺距為35mm牙形采用矩形斷面的螺紋，螺旋角取。4.2.3螺桿材料的選擇螺桿在工作時長期受到物料的磨擦作用，磨損較大，為了提高膨化機(jī)的膨化質(zhì)量和延長螺桿的使用壽命，應(yīng)選用具有耐磨性能的材料來制造螺桿。本設(shè)計方案中，螺桿選擇鑄鐵，滿足要求，保障了經(jīng)濟(jì)性。4.3螺桿的受力分析及確定進(jìn)行擠壓力計算時，其機(jī)頭壓力及軸向力是不可缺少的參數(shù)，在設(shè)備運(yùn)行過程中，機(jī)構(gòu)壓力是由螺桿旋轉(zhuǎn)推動物料前進(jìn)產(chǎn)生的。而軸向力的大小則受到了多個因素的制約，其中最主要的因素為壓力、螺桿結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)速和溫度等。該軸向力主要由兩部分組成，一部分是軸向壓力，該力位于機(jī)頭處，作用在螺桿上。另一部分則是附加壓力，該壓力由動載荷產(chǎn)生，表現(xiàn)形式為擠壓。其典型的代表則是剪切阻力、摩擦阻力等。而影響該軸向力的原因較多，因此計算其精確值較為困難，但是可通過下列算式進(jìn)行估算：（4-3）式中Pz表示軸向推力，而P1表示軸向總壓力；P2表示附加壓力（4-4）式中Ds——螺桿外直徑m；P——物料壓力經(jīng)過查詢相關(guān)資料可知，物料糊化的壓力要大于。因此本設(shè)計中壓力取。計算得根據(jù)實驗測定（4-5）計算得為了使螺桿更安全取于是4.4螺桿強(qiáng)度校核螺桿的受力狀態(tài)見圖4.2所示，從下圖可知，該螺桿受到的力主要為物料壓力、扭矩力及自重，分別用字母P、Mt和G來表示。另外，螺桿受到的徑向壓力相互抵消，因此估算壓力僅需要考慮其軸向壓力，在計算當(dāng)中，我們假設(shè)螺桿不存在彎曲現(xiàn)象，因此，在計算螺桿的強(qiáng)度時，一般是復(fù)合計算，其中受到了擠壓、重力等影響，且螺桿受力不均勻，在其根徑處承載能力小，因此，可以忽略這部分，總而言之，計算該強(qiáng)度，總結(jié)為復(fù)合力作用下的根徑強(qiáng)度。圖4.2螺桿的受力分析壓縮應(yīng)力可由下式求出（4-6）式中——螺桿軸向最大壓力取——螺桿最小斷面根徑計算得扭矩產(chǎn)生的剪應(yīng)力由下式求出（4-7）式中——抗扭斷面模量——膨化機(jī)主軸功率——螺桿轉(zhuǎn)速——膨化機(jī)傳動效率取計算得螺桿自重產(chǎn)生的彎應(yīng)力由下式求出（4-8）式中——螺桿自重產(chǎn)生的彎矩——抗彎斷面模量——螺桿有效螺紋長度——螺桿自重螺桿自重按下式計算（4-9）式中——螺桿材料密度鋼材取計算得所以螺桿的合成應(yīng)力根據(jù)材料力學(xué)可知，對塑性材料合成應(yīng)力用第三強(qiáng)度理論計算，其強(qiáng)度條件為（4-10）式中計算得由此可見，所設(shè)計的螺桿在滿足生產(chǎn)率的同時也滿足強(qiáng)度要求。4.5機(jī)筒的設(shè)計在該膨化設(shè)備的機(jī)膛中，機(jī)筒是構(gòu)成該設(shè)備的主要組成部件，可根據(jù)長度進(jìn)行分類，可分為整體式和分段式。同理，機(jī)筒的分類方式也較多，根據(jù)其徑向結(jié)構(gòu)，可分為單一及組合機(jī)筒，通常情況下，前者是由一種材料構(gòu)成，而后者是由多種材料組成，差異性較大。而組合機(jī)筒外部會有一層結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)通常是由鑄鋼工藝制造，在其內(nèi)部鑲嵌一個較為耐磨的合金內(nèi)襯，便組成了套筒。同時，在設(shè)計機(jī)筒時，可以在進(jìn)料段使用縱向直槽設(shè)計來加大其物料運(yùn)輸能力，同時，設(shè)計還需要考慮可替代性，各個襯套之間可相互替換，因此，直槽的標(biāo)準(zhǔn)要一直，方便替換，同時直槽的數(shù)量則與螺桿的直徑相關(guān)。圖4-3整體式套筒4.5.1機(jī)筒最大壓力的確定在設(shè)計機(jī)筒過程中，還需要確定其壁厚，該參數(shù)會對機(jī)筒造成影響，需要重視。通常情況下，壁厚也無法通過理論進(jìn)行計算出來，因此，在設(shè)計時，需要憑借其經(jīng)驗進(jìn)行確定，而確定其壁厚時，需要確定其最大壓力值。物料經(jīng)過機(jī)筒時，在擠出過程時，機(jī)膛內(nèi)部環(huán)境并不穩(wěn)定，其壓力及溫度是不斷變化的，其變化的趨勢可從圖4-4看出，機(jī)膛內(nèi)壓力的最大值出現(xiàn)在均化階段，該階段的末尾時，壓力最大，一直持續(xù)到機(jī)頭。而溫度則與壓力不同，他的最大值出現(xiàn)在加料段中間，且持續(xù)過程較為平坦，一直持續(xù)到機(jī)頭。通過流體力學(xué)的相關(guān)知識可知均化段流率：（4-11）圖4.4擠出過程溫度和壓力變化圖式中——膨化機(jī)生產(chǎn)率——螺桿外徑cm——螺桿轉(zhuǎn)速——均化段螺槽深度cm——螺桿的螺旋升角——螺桿的軸向螺棱寬度cm——螺桿均化段長度cm——螺桿與機(jī)筒之間徑向間隙cm——螺桿偏心校正系數(shù)通常取1.2——均化段末端壓力MPa——落槽中熔融物料的粘度——螺桿與機(jī)筒間隙中物料粘度上式右端三項，自左至右分別為正流、壓力流及漏流流率。當(dāng)物料被擠出時，機(jī)頭被堵塞，而螺桿責(zé)被熔融狀態(tài)的物料固定住，因此，機(jī)頭會出現(xiàn)斷流現(xiàn)象，產(chǎn)生該現(xiàn)象時，其流速為0，那機(jī)頭的壓力為：（4-12）式中——機(jī)筒內(nèi)的最大壓力——螺槽中熔融物料的粘度——螺桿均化段長度——螺桿外徑——螺桿轉(zhuǎn)速——螺桿均化段螺槽深度——計算得4.5.2確定機(jī)筒理論厚度機(jī)筒的理論厚度按下式計算（4-13）式中——機(jī)筒理論厚度——機(jī)筒內(nèi)圓半徑——機(jī)筒內(nèi)的最大壓力——考慮到高溫因數(shù)材料的許用應(yīng)力計算得取4.5.3計算機(jī)筒內(nèi)溫度在膨化機(jī)中，螺桿做功產(chǎn)生熱量，按照能量守恒可知：（4-14）式中——主電機(jī)功率ww——機(jī)械傳動效率——主軸阻力矩——主軸轉(zhuǎn)速——物料比熱——物料溫升——機(jī)筒內(nèi)物料的質(zhì)量流率kg/skg/s——機(jī)筒外表面?zhèn)鳠崮は禂?shù)——機(jī)筒外表面面積——機(jī)筒表面溫度與空氣溫度差——機(jī)筒內(nèi)物料壓力PaPa——機(jī)筒內(nèi)某一點物料體積微元——單位質(zhì)量物料化學(xué)變化所消耗的能量在忽略單位質(zhì)量物料化學(xué)變化所消耗的能量的前提下，為（4-15）計算得4.6噴嘴設(shè)計為了與錐形螺桿相配套，噴嘴的設(shè)計形狀為錐體，該裝置較為重要，其作用主要分為兩部分，第一部分則是產(chǎn)生一定的阻力，進(jìn)而形成壓力，而另一部分則是使膨化后的物料成型。通常情況下，膨化壓力與螺桿和噴頭間的距離有關(guān)，當(dāng)兩者距離很近，產(chǎn)生的壓縮比較大，進(jìn)而提高了膨化壓力，造成噴頭堵塞現(xiàn)象，使其無法穩(wěn)定的輸出膨化成品。相反的，當(dāng)兩者距離很遠(yuǎn)，產(chǎn)生的壓縮比較小，進(jìn)而減小了膨化壓力，雖然會產(chǎn)生穩(wěn)定持續(xù)的噴射，但是噴頭的力度較低，無法滿足需求。同樣噴嘴使用螺紋與套筒連接，該螺紋可根據(jù)需求進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而形成不同的壓力及間隙，達(dá)到穩(wěn)定且有力的噴射。噴嘴也能影響膨化效果，其具體如圖4.5，力P可以分解為沿噴嘴壁的力和垂直于噴嘴壁的力，使物料向前運(yùn)動，為正壓力，產(chǎn)生摩擦力，欲使物料沿噴嘴向前運(yùn)動，必須大于摩擦力。即>（4-19）（4-20）（4-21）（4-22）為正壓力，為滯留系數(shù)，可用表示，以上，為滯留角，將各參數(shù)帶入，則得>即由此可推斷，也就是說，可得根據(jù)經(jīng)驗得知一般φ角取值均在以上所以角必小于，而在玉米膨化過程中角選左右，因此在本設(shè)計中選為。如果過大，則物料不能前進(jìn)，無法使物料膨化，另一方面，若角過大，會使機(jī)械效率降低，影響產(chǎn)量。圖4.5噴嘴受力分析圖4.6加料口斷面形狀4.7加料口的設(shè)計加工不同形態(tài)的物料應(yīng)采用相應(yīng)結(jié)構(gòu)的喂料口，以利于物料連續(xù)喂入旋轉(zhuǎn)。加料口的設(shè)計方案有多種，所有的設(shè)計方案如上圖所示。從上圖可知，(a)口加工帶狀料具有一定的優(yōu)勢，但是不適用較小規(guī)模的粒料及粉料。(c)和(e)的制造工藝簡單，加工也較為方便，擅長顆粒物，因此用在檢疫式擠壓機(jī)中。(b)、(d)、(f)在工業(yè)生產(chǎn)中運(yùn)用的較多，三者之間具有一定的區(qū)別，其傾斜角度不同，(b)類右口壁為。(d)和(f)類左壁垂直，沿中心線偏移。這兩類進(jìn)料口具有通用性，可加工任何種類的物料，因此本方案的加料口采用(d)類，該加料口為矩形，長度為，寬度為。4.8滾動軸承選型設(shè)計本文設(shè)計機(jī)械設(shè)備承受較輕的載荷作用，但其連接螺桿和傳動主軸。因此需要承受軸向力的作用。下文所校核的軸承是安裝在第一組擠壓系統(tǒng)中，安裝在螺桿上的一組軸承。綜合各項因素，本設(shè)計選擇角接觸球軸承裝置，既要滿足其經(jīng)濟(jì)性，又需要滿足使用需求，經(jīng)過綜合考慮，選擇軸承的類型為7000C。該類軸承的動載荷系數(shù)是，該軸承裝置的靜載荷系數(shù)大小是,查表知該軸承部件的預(yù)期壽命長度是。圖4-1用7000C系列的角接觸球軸承裝置受力分析示意圖1.角接觸球軸承裝置徑向載荷,.設(shè)計計算取,，,，計算可得2.角接觸球軸承裝置軸向力,設(shè)計計算該軸承的派生軸向力為經(jīng)計算：由，，計算可得由，，，由,設(shè)計計算軸承裝置的壽命周期長度L10Lh

CP

n

ε，3.軸承裝置當(dāng)量動載荷、設(shè)計計算由利用插值計算，可求得該軸承的徑向及軸向的荷載系數(shù)：，，同時，經(jīng)過查閱相關(guān)資料，結(jié)合本方案的設(shè)計，我們可得到該軸承在繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生沖擊載荷：已知，結(jié)合本文設(shè)計的實際情況，綜合各項因素，最終選取，計算可得：軸承裝置壽命周期長度驗算由于，故對軸承A進(jìn)行受力分析，進(jìn)行軸承使用壽命的估算，而本裝置的軸承轉(zhuǎn)速為。由可知，本設(shè)計的軸承使用壽命滿足需求，本方案的軸承壽命設(shè)計的是五年，而該設(shè)備的時間，由于，與使用年限的差距較大，因此需要每年更換軸承，才能保障該設(shè)置正常運(yùn)行。結(jié)論本方案設(shè)計的玉米膨化機(jī)是結(jié)合了小型膨化機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的設(shè)計，該設(shè)備可完成物料的膨化功能，本設(shè)計充分結(jié)合了當(dāng)前機(jī)械設(shè)計理論及經(jīng)驗，具有一定的實用性，因此可推廣到中小企業(yè)中，提高其生產(chǎn)的效率，適應(yīng)我國畜牧業(yè)的發(fā)展，加速我國膨化飼料工業(yè)的前進(jìn)步伐，對我國的工業(yè)發(fā)展具有一定的積極意義。同時，該設(shè)備的擠壓系統(tǒng)進(jìn)行了充分考慮，使其選型及設(shè)計滿足一定的標(biāo)準(zhǔn)，體現(xiàn)出了經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性，具有廣泛的應(yīng)用場景。本文還詳細(xì)闡述了膨化機(jī)的工作原理，并對該設(shè)備傳動系統(tǒng)、擠壓系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)分析，通過一定的經(jīng)驗，確定了設(shè)計的參數(shù)，實現(xiàn)了該膨化機(jī)方案的整體設(shè)計。本文設(shè)計的膨化機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜，對我國的飼料工業(yè)的發(fā)展是非常有意義的。致謝經(jīng)過半年的努力我的畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，通過半年的學(xué)習(xí)我感悟很多，作為一個本科畢業(yè)生，我們將要學(xué)習(xí)的東西還很多，這次畢業(yè)設(shè)計增加了我