反向旋转型双螺杆挤压机及挤压部件的设计--本科毕业设计论文.doc

无锡太湖学院学士学位论文毕业设计（论文）题目： 反向旋转型双螺杆挤压机 及挤压部件设计 无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚 信 承 诺 书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 反向旋转型双螺杆挤压机及挤压部件设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械94 学 号： 0923168 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日无锡太湖学院信 机系 机械工程及自动化 专业毕 业 设 计论 文 任 务 书一、题目及专题：1、题目 反向旋转型双螺杆挤压机及挤压部件设计 2、专题 二、课题来源及选题依据 螺杆挤压机能将一系列的化工基本单元过程集中在挤压机中进行，螺杆挤出已连续生产代替间歇生产，必然有较高的生产率和较低的能耗，也已实现自动化，同时螺杆的搅拌作用业提高了混合质量这些因数加在一起，避让降低生产成本。挤压加工技术作为一种经济实用的新型加工方法广泛应用于食品生产中，并得到迅速的发展。 反向旋转型双螺杆挤出机因其具有突出的高效工作性能, 受到了食品行业的广泛重视。根据收集的相关文献, 对反向双螺杆挤压机在食品工业中的应用、发展前景、主要组成部分，以及挤压机的各项参数等进行综合的分析和论述,希望对我国反向型双螺杆食品挤压的研究与发展有益。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 了解挤压机的工作原理； I 了解挤压机的内结构； 熟练掌握反向旋转型双螺杆机压机的优缺点； 熟练绘制双螺杆挤压机的装备图，挤压部件装配图，挤压机零件图。 四、接受任务学生： 机械94 班 姓名 沈杰 五、开始及完成日期：自2012年11月12日 至2013年5月25日六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师签名 签名 签名教研室主任学科组组长研究所所长签名 系主任 签名2012年11月12日I摘 要本文先分析了膨化食品的市场需求和生产现状，并初步探讨了挤压机生产膨化食品的工艺可行性；提出了用双螺杆挤压机生产膨化食品的工艺流程。在现有挤压机的基础上，并参考了国内外比较成熟的挤压机设计方法，根据膨化食品的特性和生产膨化食品的特殊工艺要求，对挤压机的关键部位进行了相应的设计。本文详细的介绍了挤压机的主要零部件传动箱、螺杆、机筒等的结构设计，并进行了相应的校核计算；对主要传动零部件如传动箱大小齿轮，带轮，从动轴，键等进行了设计和强度校核，并对轴承承载能力进行了校核计算;本文还涉及了挤压机一些辅助元件如加料系统，加热冷却装置，模头的选择要求,并进行了简单的设计。最后，本文介绍了一些关于挤压机的安装，操作，控制和维护等方面的内容。关键词：膨化食品；挤压混炼；反向旋转双螺杆挤压机IABSTRACTIn this page, the market need of the Puffed food and the condition of the production is analyzed first. And from theoretically, we studied the technique possibility to produce the Puffed food. We expounded the specialty and working elements of the twin-screw extruder and pointed working flow to produce the Puffed food with twin-screw extruder. In the base of the extruders in existence, we referenced the mature means of extruder design in our country and abroad and based the characteristic of Puffed food and the special working craftwork requires, then, we Designed the key structure of extruder. In this text, we introduced the structure design of extruder in detail, particular to the major parts: assignment tank, screw, barrel and systems analysis and calculating. To those important transmission parts: the big gear and the small gears in assignment tank, strip wheel, driving spindle, key, we made a design and check the intensity. And we calculate and check the carrying capacity of the bearing particularly. We also refer to the choosing requirements of the accessories: heating and cooling system, die, knife equipment, and made a simple design. In the end of the text, the installing, operation, controlling and repairing of the extruder were also introduced.Key words: Puffed food, extrusion mixing and shaping, Counter-rotation twin -screw extruder I目 录摘 要IIIABSTRACTIV目 录VI1 绪论11.1 挤压技术介绍11.1.1 挤压技术在食品生产中的应用11.1.2 挤压技术在食品生产中的发展状况11.1.3 挤压机生产膨化食品11.1.4 挤压膨化原理21.2 挤压机的发展21.2.1 国内外挤压机的发展状况21.2.2 双螺杆挤压机的前景和未来21.3 本课题应达到的要求32 反向旋转型双螺杆挤压机的简介42.1 反向旋转型双螺杆挤压机的特点及应用42.1.1 反向旋转型双螺杆挤压机的特点42.1.2 双螺杆挤压机在食品工业中的应用42.2 双螺杆挤压机的工作原理52.2.1 挤压原理52.2.2 挤压加工系统62.3 总体结构设计63 反向旋转型双螺杆挤压机的设计83.1 螺杆的设计及计算83.1.1 螺杆结构设计83.1.2 双螺杆的有关计算93.1.3 螺杆的强度校核133.2 机筒的设计及计算163.2.1 机筒结构形式163.2.2 料口结构设计163.2.3 机筒材料的选择163.2.4 机筒的连接方式173.3 传动系统的简单设计173.3.1 传动系统设计183.3.2 电动机的选用183.3.3 螺杆推力的传递和拉杆强度校核183.4 辅助零部件设计计算193.4.1 加料系统设计计算193.4.2 加热与冷却系统的设计223.4.3 模头装置的设计243.4.4 润滑油的选用253.5 双螺杆挤出机辅助系统的设计253.5.1 定量给料系统253.5.2 恒温系统263.5.3 冷却系统263.5.4 真空排气系统263.5.5 电气控制系统264 挤压加工系统的安装、操作与维护284.1 挤压加工系统的安装284.1.1 挤压机的安装基础284.1.2 调整挤压机水平284.1.3 机筒的安装284.1.4 螺秆的装拆284.1.5 模头的安装284.2 挤压加工系统的操作284.2.1 挤压机的开车284.2.2 开车操作注意事项284.3 挤压机的维护保养284.3.1 螺杆的保养284.3.2 机筒的保养284.3.3 挤压机其它部分的保养294.4 设计中的几个问题295 总结与展望305.1 总结305.2 展望30致 谢31参考文献32附 录33VII反向旋转型双螺杆挤压机及挤压部件的设计1 绪论1.1 挤压技术介绍 1.1.1 挤压技术在食品生产中的应用20世纪30年代，食品加工中开始应用挤压技术，它的特点有具有集混炼、输送、加热、剪切、加压时间短等特点，从而广泛应用于食品工业中。挤压机可以进行谷物植物组织蛋白食品的生产，奶酪的风味开发，宠物饲料的生产等。螺杆挤压机能将一系列的化工基本单元过程集中在挤压机中进行，螺杆挤出已连续生产代替间歇生产，必然有较高的生产率和较低的能耗，也已实现自动化，同时螺杆的搅拌作用业提高了混合质量这些因数加在一起，避让降低生产成本。作为一种经济实用的新型加工方法从而被应用于食品生产中的挤压技术得到了迅速的发展。在没有挤压技术之前，谷物食品的加工工序一般须经破碎、混合、成型、烘烤或油炸、杀菌干燥等，每道工序都要有不同的设备，较长的生产线，较大的占地面积，高强度的劳动力，所需设备较多。随着挤压技术的发展和成熟，初步混合原料后，就可用一台挤压机完成以上繁琐的食品生产工序，制成各式各样、品种繁多、味道独特的产品，这些产品在再经油炸或微波、烘干、调味后就可以在市场上销售了，只要简单根据更换挤压模板，就可以很方便的改变产品的造型。相对于传统工艺，挤压技术有很多的有点，它改变了谷物食品的加工工艺，大大减短了过程，丰富了食品的样式，减低了产品的生产成本，减少了设备的占地面积，降低了生产劳动强度，同时改变了产品的形态和味道，使得产品质量得到了提高。 1.1.2 挤压技术在食品生产中的发展状况上世纪30年代，人们首次把挤压机用于方便食品谷物的生产中;到四十年代末期挤压机的应用在食品领域进一步扩大;50年代初的蒸煮挤压机已经基本上取代了当时的饼干赔烤60年代至今挤压机的技术以及理论得到了飞速发展，对挤压机的结构设计、工艺参数、挤压过程机理进行研究，通过对挤压机理的探讨，进一步研究各种谷物以及蛋白类食物在挤压过程中发生的一系列变化，以及挤压食品的营养与吸收问题;现阶段随着控制技术的发展、新材料的发现与应用挤压技术得到更大的发展，生产能力越来越大，通过对挤压过程的精确控制，生产出的产品愈加符合人们的期望。采用挤压技术加工食品在我国已有悠久的历史，但直到70年代还停留在爆米花的手工业状态从70年代中期开始，尤其是近十几年来，我国用挤压方法生产食品得到了很大的发展，随着任命生活水平的提高以及饮食结构的变化，挤压食品的品种和产量日益增多。 1.1.3 挤压机生产膨化食品 现在国内外的各大生产膨化食品的公司企业一般都是用挤压法生产食品，挤压加工概括的说是将食品物料置于挤压机的高压和适当的温度的状态下，然后突然释放到常压，使物料和各种调味料、香料达到充分渗透、混合和输出的过程。所以用蒸煮挤压法生产可以取得更好的混合效果，原料利用率高，营养损失小，生产出的食品口感，香味的持久力都比传统的加工方法好。总的来说，用挤压法生产膨化食品是现今的发展趋势。 1.1.4 挤压膨化原理物料在挤压机套筒内受到螺杆的推力作用和加热作用以及卸料模板和反向推力的作用。在3 8MPa和200 e 左右的高温高压下。物料中的水分不会沸腾蒸发,出现熔融状态下的物料。模头出料过成中, 压力迅速降为常压,水分迅速蒸发, 温度降到80 e 左右, 从而使物料变成多孔结构形状的膨胀食品。1.2 挤压机的发展 1.2.1 国内外挤压机的发展状况挤压机作为挤压加工技术的关键得到了广泛应用。挤压加工主要由一台挤压机一步完成,包括:原料的混炼、熟化、粉碎、成型等工艺。只需简单地更换挤压模板，就能生产不同样式的产品。1879 年英国人得到了螺杆挤压机的第一个专利，从此挤压机开始进行生产。到本世纪30年代,用于谷物加工的单螺杆挤压机问世,开始用于生产膨化玉米。60 年代, 渐渐出现用于食品加工领域的双螺杆挤压机。70 年代开始，食品挤压技术和挤压加工机械在中国开始研究。吸收了国外的思想和技术，国内许多生产厂家为了提高生产效益从世界各大公司引进了先进的挤压设备。国际上有代表性的挤压机生产企业如：德国的WP 公司,日本的卡尼奥食品有限公司, dafsal机械 公司， dswrfr 食品机械公司, MAP 机械制造公司,瑞士的dafsfa食品机械公司等。国内的许多机械厂也先后生产了不同型号的挤压设备,单螺杆设备较多。用于食品生产的螺杆挤压机具有工艺简单、一机多用、连续性好、效率高、能耗低、成本少、收益高的特点。生产出来的食品口感好、易吸收、营养损失少、保质期较长、易食用。目前,挤压技术已经发展成为最常用的膨化食品生产技术之一。我们对挤压机的研究与开发也势在必行。 1.2.2 双螺杆挤压机的前景和未来近几年双螺杆挤压技术得到了迅速地发展。通过研究表明, 双螺杆挤压技术与单螺杆挤出技术相比更具有无法比拟的优越性,物料能更加充分、彻底混合揉捏。机器运行时, 由于双螺杆互相啮合而具有自行擦净的功能, 所以不会出现单螺杆挤出机中螺杆堵塞的物料在套筒内表面结焦。同时双螺杆挤压机还有的优点就是可以适应更多的原料, 解决了单螺杆挤压机无法对高水分和高脂肪物料进行加工的难题。双螺杆挤出机因其工作性能高、工作效率大, 受到了食品行业和橡塑行业的较高重视。根据相关文献的阐释, 对双螺杆挤压机在国内外的发展前景、双螺杆挤压机在食品橡胶生产中的应用、双螺杆挤压机的重要构造，挤压机的各项参数等进行综合的分析和论述,希望对我国双螺杆食品挤压的研究与发展有益。1.3 本课题应达到的要求 了解螺杆挤压机的挤压膨化原理和结构特点，了解反向旋转型双螺杆挤压机的工作原理，进行反向旋转型双螺杆挤压机主要结构参数研究，进行反向旋转型双螺杆挤压机的设计，反向旋转型双螺杆挤压机挤压部件的设计。了解双螺杆挤压机的维护维修，及其使用时的注意事项。 2 反向旋转型双螺杆挤压机的简介2.1 反向旋转型双螺杆挤压机的特点及应用 2.1.1 反向旋转型双螺杆挤压机的特点反向旋转式双螺杆挤压机一般采用两根尺寸完全相同的螺杆,但是其螺纹方向相反。反向旋转可分为向内反向旋转和向外反向旋转两种形式,两者的的主要区别在于压力区位置的不同。向内反向旋转式双螺杆在上部进入啮合，建立高压区，在下部双螺杆脱离啮合，形成低压区。物料在通过双螺杆时受到挤压，但螺杆啮合紧密，就会造成入口压力极大，导致进料困难。因此，目前这种向内反向旋转式很少采用，仅用于非啮合双螺杆挤压机上。向外反向旋转式特别适用于干粉料的加工，也曾被广为采用。这种旋转式建立的高压区在下部，低压区在上部，有利于喂入物料。挤压中，物料受到类似辗轮产生的挤压捏合作用。和同向旋转不同的是物料在螺杆内会形成的C形段，由于两根螺杆旋向相反，只能在一根螺杆内向排料口作轴向平移，而不可能从一根螺杆移向另一根螺杆，直至从排料口挤出。牵引产生的正流和反压产生的逆流只能在C型腔室内进行，被阻挡在啮合区的物料经受一根螺杆螺纹顶面和另一根螺杆螺纹根部及啮合螺纹侧面的辗压和捏合。因此，同向旋转所产生其物料产生的混合程度比反向旋转式双螺杆挤压机的混合程度要大。 2.1.2 双螺杆挤压机在食品工业中的应用 2.1.2.1 在组织化蛋白质生产上的应用 在一定的高温高压下,植物蛋白质会变成组织化。在双螺杆挤压机螺槽与筒壁之间剪切力的作用下,物料中的蛋白被强烈地展开, 出现了相对地直线形状。分子链展开后变得自由，能够重新定向和再组合形成纤维状态。类似瘦肉维组织结构, 吸收水分后具有一定的弹性, 口感较好。 2.1.2.2 在膳食纤维加工中的应用 膳食纤维可以清理肠胃、解毒等功能，还能降低体内胆固醇水平和降低血糖。但是纤维素比较难溶,人体很难吸收, 口感不好,它的开发和利用被限制了。然而, 利用双螺杆挤压技术可以提高膳食纤维的溶解度,生产味道更好的膳食纤维。 2.1.2.3 在浸油中的应用 双螺杆挤压技术利用于浸油原料进行膨化预处理,可得到更佳的效果。当物料被输送到挤压腔后,通过挤压、摩擦和加热作用产生高温高压效果,物料被剪切、熔融,使物料的组织结构发生了变化。物料从高温高压下被挤出降到常压状态时,物料中的水蒸发产生巨大的压力,就会膨化成型，产生许多带细微的孔状。此时的物料非常有利于油料的浸出。目前研究较多的是从葵花籽、花生、芝麻中提取油。 2.1.2.4 在休闲即食食品加工中的应用 现在市场上利用双螺杆挤压机生产的食品的主要原料是谷物,例如水稻、大豆、麦子等。采用双螺杆挤压机一是能运用少量能量加工谷物食品,，二是可以加入更多的配料加工,所以可以生产出不同口味的食品,从而能不断地创新,更好地满足市场需求和创造更大的经济价值。 2.1.2.5 在高蛋白质谷物类食品加工中的应用 用谷物生产的高蛋白质类产品主要是通过蒸煮、脱水加工而成，更易于食用和消化。目前, 挤压技术已成功地应用于高蛋白质谷物类食品的生产中。 2.2 双螺杆挤压机的工作原理 2.2.1 挤压原理 强制输送 根据螺杆旋转的方向不同，双螺杆挤压机可分为同向旋转和反向旋转两大类。根据双螺杆的旋转方向，啮合程度和螺纹参数的不同，双螺杆的啮合部分可构成在横向和长度方向是全开的全闭的，或半开半闭，因而形成的C形小室可以是相互连通的，也可以是完全封闭的。理想的全啮合反向旋转的双螺杆的C形小室是完全封闭的，小室中的物料跟着小室一起前移，输送过程中不会产生倒流或滞流，因此具有最大的强力输送。由于口香糖胶基的粘性大，为了减少物料和螺杆、机筒的摩擦力，使物料更容易螺旋输送，本设计采用向外反向旋转式双螺杆。 混合作用图2.1 反向旋转，物料在双螺杆螺槽中的流动情况因为反向旋转双螺杆在啮合处螺棱和螺槽的速度方向相同，但是存在速度差，所以被螺纹带入啮合间隙的无聊将受到螺棱和螺槽间的挤压和研磨，使物料得到混合和混炼。 自洁性能反向旋转的双螺杆，在啮合处螺纹和螺槽间，存在速度差，在相互擦离的过程中，相互剥离粘附在螺杆上的无聊，使螺杆得到自洁。 压延效应 向外反向旋转的螺杆挤压机，由于有使物料向上运动的趋势，因此没有明显的压延效应。 2.2.2 挤压加工系统机筒挤压成型料 仓喂料装置 加热与冷却图2.2 典型食品挤压加工系统链图如图1.2所示,典型的挤压加工系统支链图,其中包括喂料装置、预调质装置、传动、挤压、加热与冷却、成型、切割、控制等部分组成。2.3 总体结构设计螺杆挤压机总体结构对整机的性能有很大的影响，总体结构包括挤压系统，传动系统和驱动源的相互位置关系。由于这些关系的不同，构成了种种不同差别：（见表2-1）表2-1 总体结构设计分析表总体类型不同类型优点缺点外观形式卧式螺杆挤压机螺杆在空间呈水平放置，尺寸大小影响占地面积，对空间高度影响不大计量部分的螺杆和机筒易于磨损立式螺杆挤压机螺杆在空间呈竖直减速箱选型和结构设计受限制，空间高度要求高联接形式整体式螺杆挤压机结构紧凑不便于加工和装拆、维修动力源和传动装置位置电机置于机器旁侧便于电机及机器维修占地面积大电机置于减速箱前部，挤压系统下部机器结构紧凑，外观整齐要求设计带等传动系统，传动效率低电机置于减速箱后部，与机器成一体与机器构成整体，有利于选用标准减速器，有利于互换性和满足加工要求轴向长度较长，占地面积相应增大电机置于减速器上部占地面积小由于振动问题，要求支架有足够刚度结论：通过以上分析，结合本课题的实际情况，拟采用卧式分段式结构形式，动力源和传动装置位置选用电机置于减速箱前部，挤压系统下部。3 反向旋转型双螺杆挤压机的设计3.1 螺杆的设计及计算 3.1.1 螺杆结构设计螺杆是挤压机最重要的关键部件之一,其结构及其几何参数的设计合理与否之间关系到挤压过程。 3.1.1.1 螺杆结构设计要点 生产能力：生产能力是设计螺杆的主要指标之一，不同规格的螺杆生产能力是不同的，同一规格的螺杆，由于结构和几何尺寸的差异或由于螺杆转速的差异也不同。通常我们取生产能力Q与螺杆转速n的比值，称之为“比流量”。同规格的螺杆在加工同一种物料时的比流量，在一定程度上说明了螺杆的结构及几何参数的合理与否。对于85机来说，一般认为Q/n1（kg/h/r/min）是同规格机台中比较好的比流量值。本设计中，生产能力定为Q150kg/h,螺杆转速根据生产口香糖的工艺要求取为n40min，则比流量Q/n150/403.75，较合理。 功率消耗：从能量平衡来看，物料所消耗的能量应等于物料在挤压系统中的加热能量和对螺杆输入功率的总和。习惯上为衡量螺杆加工不同物料所消耗的机械功率大小，如果机筒外加热功率相同时，以螺杆每单位生产能力所消耗的机械功率作为衡量的标准，称为螺杆的单耗N/Q。在保证物料胶体化的前提下，螺杆的单耗较低比较好。 挤压物的质量 挤出物的质量包括外观质量、混合质量、挤出温度、轴向与径向温差、温度随时间波动的轴向温差、挤出压力的波动等方面的内容。由于压力p的波动，直接影响生产能力的稳定性。温度的波动可以通过粘度的波动而影响Q的稳定性。根据与挤压法生产口香糖的比较，机筒温度和压力的大小对挤压生产口香糖的产品品质有着极大的影响，温度升高有利于提高物料混合的速度和程度，但也会降低模头处的压力。因此，应视温度和压力对口香糖的影响程度，合理选取控制，避免两者的较大波动。 螺杆的加工制造是否容易，使用寿命是否长。螺杆加工制造困难，影响螺杆的寿命。 3.1.1.2 螺杆传动系统反向旋转式双螺杆的传动系统相对来说比较复杂，一般采用外啮合传动。（如图3.1所示）图3.1 螺杆传动系统 3.1.2 双螺杆的有关计算螺杆主要结构参数有：螺杆直径，长径比，螺杆各段主要参数，螺纹形状，螺杆的螺纹头数。图3.2 等深变距螺杆 3.1.2.1 螺杆结构和啮合方式的确定本设计中螺杆的设计仍按普通螺杆的方法进行设计改进。普通螺杆按其螺纹升角和螺槽深度可分为三种形式：1.等距变深螺杆；2.等深变距螺杆；3.变深变距螺杆。考虑到螺杆的强度要求和设计较大的压缩比，我们拟采用等深变距螺杆。等深变距螺杆是指螺槽深度不变，螺距从加料段的第一个螺槽开始至均化段末端是从宽变窄，结构形式如图3.2所示。为使进料均匀，协调螺槽输送物料和熔融的能力，螺杆采用单头螺纹，并部分啮合，以使物料受到较大的剪切和混合，有利与生化反应的进行。 3.1.2.2 螺杆直径Ds的确定螺杆直径是螺杆主要的参数之一，在设计螺杆时，一般是根据生产能力和理论公式来计算螺杆直径，这种方法是比较是困难的，因此可选用下列计算方式进行计算，在初步确定螺杆的生产能力和转速后，根据经验的生产能力公式初步确定螺杆直径： (3.1) 式中 Q 生产能力，kg/h 螺杆直径，cm 螺杆转速，r/min 经验出料系数，一般取0.0030.007本设计中，（工作转速），由式（3.1）得取标准螺杆直径。 3.1.2.3 长径比L/Ds的确定在挤出理论的其他条件一定时，增大长径比，物料在螺杆中的停留时间变长，即保证了物料进行较好的融合，但过大的长径比会造成停留时间过长而使热敏性物料分解。因此，应根据被加工物料的物理性能和产品质量的要求来考虑。 为使物料和调味料的充分混合，延长熔体在机筒内的停留时间，保证其均一性，参考有关资料，初步选取长径比，则螺纹段总长取标准长L1200mm，修正 3.1.2.4 螺杆各段主要几何参数的确定物料在螺杆中的挤压经历固体输送、熔融和均化的过程。因此，整个螺杆的设计通常分为三部分。以下具体计算确定各段的几何参数。1 螺槽深H由于螺杆设计成等深变距形式，取统一螺槽深 取H15mm，则螺杆根径 。2 螺距S 沿输送段到均化段方向，将螺杆成阶梯形分成三段，螺距依次为54mm、48mm、36mm。3 各段长L根据经验数据，确定各段长如下：加料段 ，取螺距的整倍数， 熔融段 。取螺距的整倍数， 均化段 3实际螺纹段总长 m4 螺纹升角、 参考公式 螺杆外径处螺纹升角 螺杆根径处螺纹升角 分别计算出各段的螺纹升角、，列表如下：（表3-1）表3-1 各段螺纹升角表第一段第二段第三段11.43210.197.67817.35515.5311.77 3.1.2.5 其他参数的确定1 双螺杆中心距A和螺杆啮合间隙双螺杆的中心距主要取决于螺杆的直径和对间隙的要求，一般地单螺纹双螺杆，螺杆部分啮合，需要存在一定大的间隙，应满足，即，则取A80mm2 螺杆与机筒的配合间隙间隙的选择主要根据所加工物料的性能和机械加工条件来决定。参考，一般取挤压机的配合间隙。图3.3 梯形螺纹断面图3.4 开槽螺纹 3.1.2.6 螺纹断面形状的确定对于小直径螺杆，一般选用梯形螺纹，由于其前后缘有较大的倾角，有利于物料的流动，同时具有较好的混合和均化物料的作用。其断面形状如图3.3所示。本设计中，各段螺纹统一取 倾角 圆角半径 ，取R5mm 螺棱顶宽 ，取 为了使物料在机筒内流动顺畅，减少流动阻力，减轻模头压力，免发生堵塞现象，并维持其均一性和连续性，我们在均化段螺纹上开半圆槽，具体结构如图3.4所示。 3.1.2.7 压缩比i全螺纹双螺杆的压缩比等于加料段一个螺距的螺槽容积与挤出段一个螺距的螺槽积之比，不计过渡圆弧的影响，其计算式如下： （3.2） 式中 、分别为加料段、挤出段的螺距 、分别为加料段、挤出段的螺纹头数 、 分别为加料段、挤出段平均直径处的螺纹轴向厚度 D、d 分别为螺杆外径、根径 、分别为加料段、挤出段的啮合面积的一半因为螺杆等深，截面形状一样，且是单头螺纹，啮合面积、忽略，由式（3.2）初步估算压缩比 3.1.3 螺杆的强度校核 3.1.3.1 材料选取螺杆材料选用38CrMoAlA，氮化处理，其综合性能较好，使用广泛。主要性能参数详见表3-2。表3-2 我国螺杆和机筒的常用材料 材料类别 性 能45#40Cr钢镀铬38CrMoAlA屈服极限(Mpa)360800850最高使用温度()500500热处理硬度(HRC)基体45，镀铬层5565耐HCL腐蚀性不好较好中等热处理工艺简单较复杂复杂线膨胀系数（10-6/）12.1基体13.8，铬层8.29.214.8相对价格11.52.5 3.1.3.2 连接方式 螺杆的连接方式按照螺杆与减速箱中的传动轴固定方式不同，一般可分为紧固和浮动式。本设计中将采用浮动式，即螺杆与传动轴为两个不同的零件，并以较松的配合连接，在挤压时可在机筒内浮动，整个螺杆在实际计算中可近似地视为一悬臂梁。 3.1.3.3 受力分析图3.5 螺杆受力示意图螺杆的受力状态如图3.5所示。主要受到物料的压力p，克服物料的阻力所需的扭矩和自重G的作用。根据图3.5可知，螺杆径向所受的压力p大小相等方向相反，所以可以互相抵消，计算时只考虑p对螺杆轴向的影响（即轴向力）。由分析可得，对螺杆的强度计算，在弯、压、扭联合作用下进行复合计算，一般状况下因为螺杆根径处的承载能力较差，因此可归结于上面所提的复合应力的作用下螺杆根径断面强度的计算。 3.1.3.4 双螺杆的校核 对螺杆进行强度校核计算。(1) 由轴向力产生的压缩应力 （3.3）取螺杆轴向最大压力，螺杆外径，内径代入式（3.3），得 (2) 由扭矩产生的剪应力 （3.4）根据 （3.5）对于的挤出机，取K0.00354，另取n为螺杆最高转速，则计算所得挤压机驱动功率 取传动效率，则电机输出功率 选用YCT3154A电磁调速电机。通过电机调速，可方便地调节螺杆转速，继而柔性地改变操作参数，达到生产膨化食品的控制要求。YCT3154A电机的基本技术参数如下表3-3所示。表3-3 YCT2504B电机主要技术参数标称功率 （kW）输出转矩 （Nm）额定转速下调速范围（r/min）转速变化率不大于%3723213201322.5取挤压机主电机最大传动功率，由式（3.4）得 由螺杆自重G产生的弯应力 （3.6）将L1.5m，代入（3.6），得(3) 螺杆的复合应力 根据材料力学可知，对于塑性材料合成应力应用第三强度理论计算，即 （3.7）式（3.7）中 螺杆材料许用应力：，取，则所以复合应力 螺杆强度足够。3.2 机筒的设计及计算挤压机的挤压系统由螺杆和机筒共同组成，热量传递的稳定性和均匀性都与其结构形式有关，在进行机筒设计时，机筒结构形式的选择必须考虑，机筒上的加料口形式，机筒与机头的联接方式以及机筒的加工等问题都要进行研究。 3.2.1 机筒结构形式由于啮合异向平行双螺杆挤出机对机筒的要求很高有良好的密封性等，所以机筒一般采用整体式，整体式的缺点是机筒过长，难于加工和清洁。图3.6 喂料口断面图 3.2.2 料口结构设计加料口的结构必须适应物料的形状，使被加工的物料能够从料斗或加料器中不间断的自由流入螺杆，能很好的适应各种粉料粒和带状物料，如图3.6。 3.2.3 机筒材料的选择为节约贵重金属，在满足性能要求的前提下，机筒材料选用40Cr，内表面镀铬，以提高其抗磨性和耐腐蚀性。 图3.7 整体式机筒 3.2.4 机筒的连接方式机筒的结构有整体式、分段式等。本设计中机筒结构采用整体式，整体式机筒的特点是长度大，加工要求高；在加工精度和装配精度上容易的到保证，也可简化装配工作；在机筒上设置外加热器不易受到限制，机筒受热均匀；对于物料的输送更容易。参考，机筒壁厚取45mm。机筒强度校核略。3.3 传动系统的简单设计