物料如同带翅的螺母套在螺杆上，螺杆转动，物料螺母轴向转动，其效果相当于提高了，而减小了打滑和回流，进而提高了固体输送率锥孔的内孔沟槽的斜度，使物料尽快压实，尽早建立压力隔热层可以防止高温往后传冷却系统将高压高摩擦产生的热量带走，防止过早出现熔膜而破坏固体输送机理此外,普通挤出机在加料段建立的压力是极小的,其产量在很大程度上要依赖于背压，而在开槽衬套挤出机中,物料能在加料段末端建立起比背压高的压力,这样,其产量受背压的影响很小甚至没有影响,在加料段就完成了输送物料的任务。总的来说，加料段机筒开槽，可提高物料的输送率，进而提高挤出机的产量，此外，挤出机的性能更加稳定。但是它也有缺陷如下由于摩擦力正比于正压力和摩擦系数，螺杆和机筒的寿命又直接与摩擦副的相对运动速度有关，而系统的加料区正好具备高压高摩擦和高速工作的条件，因此，系统的螺杆和机筒磨损比较严重，需要采用耐磨性较高的螺杆材料和机筒材料由于高压高摩擦和高速的工作条件，加料区产生了大量的热量。为了保证高的输送率和挤出质量，必须对加料区进行强制冷却。物料出衬套后，需要对物料进行重新加热，冷却又加热，浪费了能源冷却水结垢后，使冷却效率降低，甚至堵塞冷却水压水温变化使冷却效果不，使输送效率产生波动冷却水耗量大螺杆承受扭矩大，功耗大，需要提高螺杆的强度，增加了成本在加料段末端可能产生极高的压力，有损坏带有沟槽的薄壁机筒危险系统是建立在固体摩擦理论基础上的，因此这种系统显然不适于熔料挤出机，如造粒出机中的后处理挤出机和些混炼机在机筒需要排气的场合，使用系统时比较困难的。这时第二计量段的生产率得不得不由机头压力来确定，而第计量段生产率过大将造成排气口的冒料。系统加大了第阶螺杆的生产率，为此排气式挤出机使用系统时困难的。为了解决加料段机筒开槽挤出机的这些问题，美国发明专利专利号披露了种新技术，与常规开槽机筒不同，机筒沟槽上设置有键，键的径向高度小于沟槽的径向深度，用的控制机构来调节键在沟槽中的径向高度位置，槽深可从零变为全深度。这样就能够依据塑料颗粒的形状大小来精确调节沟槽的深度，形成适宜的摩擦，获得最佳的输送效率。槽深可调节的加料段开槽挤出机的优点有较高的产量，加工过程更加稳定，可以加工高分子量聚乙烯，比如。此外，开槽部分的输送效率可以和聚合物及螺杆的特性相匹配。由于槽和键的这种组合式沟槽流道，当更换物料时，可以轻易地清洗料筒，单有沟槽的加料段机筒不具备这种特性。在实际的工艺条件下，可以通过调节沟槽的深度使得加工过程得到优化。此外，通过机头压力波动的反馈机制，可以对沟槽深度进行自动优化。沟槽深度可调节的加料段机筒开槽挤出机的主要优势在于能够更加精确的控制挤出系统的输送效率压力温度等，从而实现高效稳定挤出。螺杆机筒键控制机构图槽深可改变的加料段结构美国的这发明技术的另种结构形式是沟槽倾斜，即槽深全长不等，而键的全长厚度相同或者沟槽全长深度致，而键全长厚度不等，上游端薄，下游端厚下游端厚度略小于沟槽深度，放在沟槽里形成了上游槽深，下游槽浅。两种形式都构成了渐变形槽深。每条沟槽上也设置有执行机构来与键连接，用来调节沟槽中键的径向深度，这样就能够控制所形成的沟槽的深度和机筒的中心孔的尺寸。通过监测工艺参数，比如用传感器来监测机筒压力，形成控制环。将这些数据传送给加工控制器，然后控制器调节执行机构控制沟槽的槽深，同时也就能够控制工艺参数。综上所述，为了提高加料段的固体输送效率，通常的做法是在加料机筒内设置开槽衬套，槽的形式主要是直槽式，但是正如前面所述，这种形式的挤出机的输送效率还是不够高，且存在诸如剪切热过大的问题。因此，这课题的目的是通过研究单螺杆挤出机的固体输送理论，设计种可以实现类似于双螺杆挤出机的正位移输送的单螺杆挤出机，这种挤出机的加料段的衬套是螺旋型的，而不是直槽型的，可以通过设计螺旋沟槽式衬套，使其与挤出机螺杆有定的几何参数的相匹配关系，从而提高固体输送效率，提高挤出机的产量。研究目标及内容研究高产量的单螺杆挤出机是当前挤出机发展的主要方向，它能很大程度地提高企业的生产效率，进而有助于提高企业效益。本文的目标就是在总结借鉴前人研究的基础上，通过研究高产量挤出机的机理，试图设计单螺杆挤出机的传动系统，加料系统和挤压系统的设计，使其能够完成较高的产量挤出机的工作。主要机构及零部件的方案对比选择单螺杆挤出机的结构单螺杆挤出机组成传动系统由驱动电机减速器止推轴承等构成，作用是驱动螺杆旋转，提供螺杆转动所需的扭矩和转速，并承受螺杆的轴向力加料系统由料斗料斗座等组成，料斗座的作用是储料，料斗由料斗座支撑，机筒和减速器通过加料座连接挤压系统由螺杆机筒等组成，它是挤出机的心脏，对塑料进行连续输送塑化均化定压定量地挤出加热冷却系统由加热器冷却器冷却通道等组成，保证挤出机工艺温度要求控制系统有电控柜检测元件仪表电气元件等组成，作用是对挤出机的运转及工艺条件进行控制。传动方案的设计和选择传动系统是挤出机的主要组成部分之，它的作用是驱动螺杆，并使螺杆能在段的长度螺杆各段的长度主要与物料性能和工艺条件相关。由于本设计的挤出机的加料段配置了螺旋式加料套，加料套的长度，因此，根据加料套的长度取加料段长度为。无定形物料随着温度的升高，物料会逐渐软化，当温度超过粘流温度后，物料变成粘流态，这个过程是在个相当大的范围内完成的，在此过程中，物料的密度变化平缓，因此压缩段开始要早，长度要长，根据经验，取压缩段长度为。由于挤出机的固体输送率较大，导致物料停留的时间变短，因此就需要考虑物料的塑化均匀度问题，为了使物料能在计量段中更好地均匀化，计量段的长度应取长些，甚至需要在计量段设置混炼段，因此本设计取螺杆的计量段长度为。则螺杆的长度为。螺槽深度及压缩比对于挤出机来说，其压缩比较小，因此计量段的螺槽深度要比普通挤出机的小，而当计量段的螺槽深度较浅时，压力波动和温度波动都较小。，取。加料段的螺槽深度由于加料段有开螺旋沟槽的加料套，因此与常规的螺杆相比，螺杆加料段的螺槽深度要小些，虽然表面上螺杆的压缩比因此而变小了，但是由于有螺旋沟槽的存在，其实际压缩比还是比较大的。本设计取几何压缩比ε，则加料段的螺槽深度为ε螺旋角和螺距为了设计和方便加工，取螺旋角螺杆螺棱法向宽度和轴向宽度由理论知道，螺杆的螺棱宽度影响固体输送率，其值过大，则固体输送率就会降低，因此我们希望螺杆螺棱的宽度小些，根据经验，计算其大小螺纹头数，单头螺纹螺纹的断面形状常见螺杆螺纹的断面形状有两种，种是矩形，另种是锯齿形，如图所示。前者在螺槽根部有个很小的圆角半径，它有最大的装填体积，而且机械加工比较容易，适用于加料段后者能改善塑料流动情况，有利于搅拌塑化，也避免了物料的滞留适用于压缩段和均化段。矩形断面锯齿形断面图常见螺纹断面形状本设计采用矩形螺纹，螺纹根径表面与螺棱推进面成夹角，用小圆弧过渡，螺槽的容积较大。螺纹根径处的圆角半径推力面背面图螺纹断面形状螺杆的头部形状当塑料熔体从螺旋槽进入机头流道时，其料流形态急剧改变。即由螺旋带状其实物料流动很复杂的流动变为直线运动。为了得到较好的挤出质量，要求物料尽可能平稳地从螺杆进入机头，使其改变流动形态，同时要避免物料局部受热时间长而产生热分解等现象也称滞料现象。这与螺杆头部形状螺杆末端螺纹形状以及机头体中的流道和分流的流道和分流板的设计有关。目前国内外常用的螺杆头部结构形式如图所示。图常见螺杆头部的结构本设计采用圆头形螺杆头，螺杆头的球半径为,结构如图图螺杆头部结构螺杆尾部的密封结构目的为了防止从料斗加入的物往螺杆尾部即传动方向漏出，在螺杆尾部的无螺纹部分往往设计有密封部分。措施采用与螺杆螺纹旋向相同的螺纹进行密封，由于旋向相同，这种结构不仅能起密封作用，而且还能将已漏入密封内的物料推回到螺杆的工作部分。图螺纹尾部密封结构螺杆整体结构图螺杆的整体结构图螺杆的强度计算及校核与常规的挤出机的机头压力不同，挤出机的压力峰值般出现在加料段末端，而且该压力数值较大，因此校核时所取的压力也应该是加料段处的压力，根据经验取螺杆的受到的压力图螺杆受力分析图螺杆的轴向力螺杆的强度计算螺杆与主轴的连接方式浮动式连接，配合较松，挤出时螺杆可被物料浮起，可以近似为端固定的悬臂梁，危险断面在加料段螺杆的根径处。轴向力产生的压应力−螺杆无冷却孔，故其中为螺杆最小断面的根径，重力产生的弯应力−螺杆的材料比重，钢材取−扭矩产生的剪应力η−④合成应力材料屈服极限安全系数许用应力因为，故螺杆强度足够。螺杆推力面上的挤压应力螺杆推力面上承受全部轴向力，故需校核其挤压力−−许用挤压压力因为，故安全。机筒的设计及强度校核机筒壁厚的选择表我国些挤出机的机筒壁厚螺杆直径机筒壁厚选择机筒的壁厚∆，机筒的内径，机筒的外径螺杆与机筒的配合间隙表螺杆与机筒之间的间隙值螺杆直径偏差上下螺杆直径偏差上下机筒的强度校核由于机筒外径与内径之比，因此可用厚壁圆筒理论进行强度计算。根据厚壁圆筒理论，机筒内壁受物料的压力作用时，机筒壁上每点都处于三向应力状态，即径向应力∙切向应力∙和轴向应力。径向应力∙−−切向应力∙−−轴向应力−−按第四强度理论最大变形能量理论计算，其强度条件为−−−−−−因为许用应力，故安全。螺杆尾部平键的强度计算螺杆尾部与减速箱通过平键连接，平键的载荷性质属于轻微冲击，其许用挤压应力为。平键传递的扭矩η∙选择型平键键的宽度键的高度键的长度键与轮毂键槽的接触高度键的工作长度−螺杆尾部轴的直径由此可知，单个平键的挤压强度不够，考虑到相差较大，故采用双键，两个平键布置在沿周向的方向上。双键的工作长度，因此合适。所选用的平键为键表键连接的许用挤压应力许用压力许用挤压应力许用压力连接工作方式键或毂轴的材料载荷性质静载荷轻微冲击冲击静连接钢铸铁动连接钢结论本设计完成了单螺杆挤出机的主要构件的设计，这些构件与常规的挤出它的加料套开设的是螺旋沟槽，而传统的挤出机的加料套开设的是轴向沟槽，螺旋沟槽的优势在于能够克服轴向沟槽剪切力大而导致物料温升高进而影响挤出机的产量的问题。通过系列的分析和计算，提高了加料段的