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目 錄
前 言 1
一、文獻(xiàn)綜述 2
二 、主要參數(shù)的確定 9
2.1 橫壓力的確定 9
2.1.1 臨界角 9
2.1.2 橫壓力的計(jì)算 9
2.2 驅(qū)動(dòng)效率 10
2.3 生產(chǎn)能力 10
三、傳動(dòng)系統(tǒng) 13
3.1 電動(dòng)機(jī) 13
3.2 減速器 13
3.3 驅(qū)動(dòng)齒輪 13
3.3.1 確定公式中各計(jì)算數(shù)值 14
3.3.2 計(jì)算許用接觸應(yīng)力 14
3.3.3 計(jì)算： 15
3.3.4 齒輪主要幾何參數(shù)的確定 16
3.4 速比齒輪 17
3.4.1 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行初步設(shè)計(jì) 18
3.4.2 齒輪主要幾何參數(shù) 21
四、主要零部件的設(shè)計(jì) 22
4.1 輥筒 22
4.1.1 輥筒材料 22
4.1.2 機(jī)構(gòu)形狀與各部分尺寸 22
4.1.3 輥筒的受力分析 23
4.1.4 輥筒的強(qiáng)度計(jì)算 25
4.2 輥筒軸承 29
4.2.1 滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu) 29
4.2.2 軸承強(qiáng)度計(jì)算 30
4.3 機(jī)架與壓蓋 32
4.3.1 機(jī)架與壓蓋的強(qiáng)度計(jì)算 32
4.4 調(diào)距裝置 38
4.4.1 調(diào)距裝置的計(jì)算 38
4.4.2 螺桿螺紋的自鎖條件 39
4.5 輥溫調(diào)節(jié)裝置 39
4.5.1 實(shí)際冷卻水消耗的功率 41
4.5.2 冷卻水管進(jìn)水總管直徑的計(jì)算 41
前 言
開(kāi)放式煉膠機(jī)的發(fā)展回顧和展望
已有100多年歷史的開(kāi)煉機(jī)，目前仍然是國(guó)內(nèi)外橡膠企業(yè)使用的主要煉膠設(shè)備之一，雖然其主機(jī)結(jié)構(gòu)無(wú)多少變化，但其附屬結(jié)構(gòu)卻在日新月異地不斷改變更新，例如橡膠設(shè)置的使用和不斷改進(jìn)，是開(kāi)煉機(jī)逐漸像自動(dòng)化程方向發(fā)展，這些變化，使其在技術(shù)水平和性能方面均得到了改進(jìn)和提高。這樣開(kāi)煉機(jī)不但沒(méi)有被密煉機(jī)所取代或淘汰，相反還在不斷發(fā)展。開(kāi)煉機(jī)不但在一般橡膠企業(yè)里大有市場(chǎng)，就是在輪胎生產(chǎn)中也還占有相當(dāng)?shù)姆蓊~。由于輪胎制造的需要，目前開(kāi)煉機(jī)的規(guī)格已經(jīng)達(dá)到了710*2200（2540），前輥線(xiàn)速度達(dá)40m/min，只惦記驅(qū)動(dòng)功率增至280kw，而且有單電機(jī)驅(qū)動(dòng)，雙單機(jī)驅(qū)動(dòng)和直流電機(jī)無(wú)限調(diào)速等多種驅(qū)動(dòng)方式，另有單機(jī)和雙機(jī)聯(lián)動(dòng)兩種結(jié)構(gòu)形式。輥筒表面形狀有光面和溝槽面兩種類(lèi)型。溝槽面輥筒的溝槽斷面形狀、大小、分布形式和與軸線(xiàn)的角度有多種多樣，可根據(jù)工藝需要而定。對(duì)于輥面溫度控制要求較高者，多采用鉆孔結(jié)構(gòu)。輥筒的支承用滾動(dòng)軸承取代銅瓦滑動(dòng)軸承和尼龍滑動(dòng)軸承。利用滾動(dòng)軸承作為輥筒支承，具有高效、節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。輥筒調(diào)距由手動(dòng)、電動(dòng)發(fā)展到液壓調(diào)距。液壓調(diào)距的控制系統(tǒng)由壓力傳感器、位移傳感器、PLC和觸摸屏等組成，可用它作精確調(diào)距，設(shè)定值與實(shí)際值的誤差在0.2mm以?xún)?nèi)。
一、文獻(xiàn)綜述
煉膠設(shè)備是橡膠工業(yè)中的通用設(shè)備，在所有橡膠制品加工中都必須經(jīng)過(guò)煉膠加工工序。因此，煉膠設(shè)備是橡膠機(jī)械中重要的設(shè)備之一。目前的煉膠設(shè)備主要有開(kāi)煉機(jī)、密煉機(jī)（間歇式生產(chǎn)，目前通用），連續(xù)混煉擠出機(jī)（連續(xù)式生產(chǎn)，橡膠方面正在研究之中，塑料方面已工業(yè)化）。
???在橡膠工業(yè)中，混煉車(chē)間是整個(gè)行業(yè)的核心，是橡膠工廠最重要的部門(mén)，也是能源消耗大戶(hù)，占全廠40%，也是目前重點(diǎn)節(jié)能的部門(mén)或工序之一。它包括烘箱、切膠機(jī)、開(kāi)煉機(jī)、密煉機(jī)及其輔機(jī)。近年來(lái)，國(guó)外橡膠工業(yè)有了迅速的發(fā)展，不僅在各個(gè)加工技術(shù)方面有相當(dāng)?shù)倪M(jìn)步，而且設(shè)備方面有很大的發(fā)展，廣泛地應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)管理和控制煉膠作業(yè)，大大地提高了煉膠系統(tǒng)地自動(dòng)化水平，同時(shí)也引起了煉膠系統(tǒng)的變化。
???多年來(lái)，國(guó)外對(duì)煉膠系統(tǒng)的技術(shù)改革實(shí)踐證明：首先改革煉膠機(jī)及其裝置，并使之現(xiàn)代化，以取得較高的勞動(dòng)生產(chǎn)率、較高的效率和煉膠作業(yè)最佳化，才能真正實(shí)現(xiàn)煉膠系統(tǒng)技
術(shù)創(chuàng)新。經(jīng)過(guò)多年的改革，當(dāng)代煉膠系統(tǒng)尤其是輪胎廠的煉膠系統(tǒng)已發(fā)展成自動(dòng)化水平較高的工程系統(tǒng)。
一、用途
開(kāi)煉機(jī)主要用于：
1.生膠的塑煉、破碎、洗滌、壓片；
2.膠料的混煉、壓片以及膠料中的雜質(zhì)清除；
3.混煉膠的熱煉、供膠；
4.再生膠的粉碎、混煉、壓片。
此外，它還廣泛應(yīng)用于塑料加工和油漆顏料工業(yè)生產(chǎn)中。
從目前來(lái)看，開(kāi)煉機(jī)的用途還是很廣泛的，現(xiàn)在在許多方面用密煉機(jī)可以代替，但開(kāi)煉機(jī)仍有實(shí)際意義。
1.在中、小型廠是必備的設(shè)備。因?yàn)槊軣挋C(jī)的投資大，而且密煉機(jī)的用途不如開(kāi)煉機(jī)的廣泛。
2.某些對(duì)熱敏性強(qiáng)的混煉膠可避免早期硫化，而便于散熱，必須用開(kāi)煉機(jī)混煉。
3.某些生產(chǎn)廠家混煉各種不同顏色的膠料，只用開(kāi)煉機(jī)便于清洗。
4.特殊用途橡膠，如丁腈加強(qiáng)膠
開(kāi)煉機(jī)基本結(jié)構(gòu)
???開(kāi)煉機(jī)主要由輥筒、軸承、機(jī)架、壓蓋、傳動(dòng)裝置、調(diào)距裝置、潤(rùn)滑系統(tǒng)、輥溫調(diào)節(jié)裝置和緊急制動(dòng)裝置等組成（見(jiàn)下圖）。開(kāi)煉機(jī)雖然大小不同，但其基本結(jié)構(gòu)都是大同小異的。
下面我們要了解幾種不同結(jié)構(gòu)的開(kāi)煉機(jī)
1、 老 式傳 動(dòng) 開(kāi) 煉 機(jī)???????? ?2、新 型 傳 動(dòng)
3、雙電機(jī)傳動(dòng)式開(kāi)煉機(jī)???????????????4、帶翻膠裝置開(kāi)煉機(jī)
開(kāi)煉機(jī)的工作原理
開(kāi)煉機(jī)為什么能夠把高彈性的生膠轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂锌伤苄誀顟B(tài)的塑煉膠呢？如何把橡膠與各種配合劑均勻混合在一起？這是因?yàn)殚_(kāi)煉機(jī)在煉膠過(guò)程中主要是依靠?jī)蓚€(gè)相對(duì)回轉(zhuǎn)的輥筒對(duì)膠料產(chǎn)生擠壓、剪切作用，經(jīng)過(guò)多次捏煉，以及捏煉過(guò)程中伴隨的化學(xué)作用，將橡膠內(nèi)部的大分子鏈打斷，使膠料內(nèi)部的各種成分摻和均勻，而最后達(dá)到煉膠的目的。從輥筒間隙中排除的膠片，由于兩個(gè)輥筒表面速度和溫度的差異而包覆在一個(gè)輥筒上，重新返回兩輥間，這樣多次往復(fù)，完成煉膠作用。在塑煉時(shí)促使橡膠的分子鏈由長(zhǎng)變短。彈性由大變小；在混煉時(shí)促使膠料各組分表面不斷更新，均勻混合。在間歇操作的開(kāi)煉機(jī)上，加料后膠料反復(fù)通過(guò)輥距數(shù)次，最后切割下片。如圖2－2所示。在用作連續(xù)操作的開(kāi)煉機(jī)上，膠料從輥筒的一端連續(xù)的加入，按煉膠工藝規(guī)定的時(shí)間反復(fù)通過(guò)輥筒數(shù)次，從輥筒的另一端連續(xù)切割所要求膠條。
圖2－2?間歇煉膠過(guò)程圖
三、強(qiáng)化煉膠效果，必須具備四個(gè)條件
經(jīng)過(guò)上面分析討論可知，要想完成煉膠操作及得到較好的煉膠效果，應(yīng)實(shí)現(xiàn)下面四點(diǎn)：
1、使膠料摩擦角大于接觸角（φ>α）以便把膠料帶入輥距；
2、使前后輥速（線(xiàn)速度）不想等，以便對(duì)輥隙中的膠料進(jìn)行強(qiáng)烈的擠壓和剪切；
3、煉膠時(shí)，需要切割翻膠，以破壞膠料的封閉回流線(xiàn)，加強(qiáng)物料的分散效果；
4、煉膠過(guò)程中不斷調(diào)整輥距，以改變速度梯度，提高煉膠效果。
技術(shù)特征
一、規(guī)格表示
開(kāi)煉機(jī)的規(guī)格用“輥筒工作部分直徑×輥筒工作部分長(zhǎng)度”來(lái)表示，如Φ550×1500，單位是毫米。我國(guó)部頒標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的表示方法是在輥筒直徑數(shù)字之前冠以漢語(yǔ)拼音符合，以表示機(jī)臺(tái)的用途。由于國(guó)產(chǎn)密煉機(jī)以成系列，且絕大部分前后輥筒直徑相同，因此，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了長(zhǎng)徑比，一般只用輥筒直徑表示。如
XK－400：X表示橡膠，K表示開(kāi)煉機(jī)，400表示輥筒直徑；SK－400：S表示塑料，K表示開(kāi)煉機(jī)，400表示輥筒直徑；X（S）K－400：X（S）表示橡膠塑料通用，K表示開(kāi)煉機(jī)，400表示輥筒直徑。
對(duì)于一些特殊用途的專(zhuān)用開(kāi)煉機(jī)，還要增加一個(gè)符合，如
XKP－400：其中P表示破膠機(jī)；XKA－400：其中A表示熱煉機(jī)。
二、技術(shù)特征
機(jī)臺(tái)的技術(shù)特征是我們比較關(guān)心的，因?yàn)槲覀冊(cè)谶M(jìn)行廠房設(shè)計(jì)時(shí)，機(jī)臺(tái)的技術(shù)特征就顯得比較重要，技術(shù)特征主要表明機(jī)器的性能參數(shù)，有些可在產(chǎn)品總目錄及樣本上查到，較詳細(xì)的應(yīng)找說(shuō)明書(shū)。
對(duì)開(kāi)煉機(jī)來(lái)講，技術(shù)特征應(yīng)包括：輥速、速比、功率、煉膠容量、輥距調(diào)整范圍以及外形安裝尺寸和傳動(dòng)方式等。國(guó)產(chǎn)煉膠機(jī)的規(guī)格與技術(shù)特征見(jiàn)下表。
煉膠機(jī)規(guī)格
（mm）
速比
前輥線(xiàn)速度?（m/min）
主電機(jī)功率?（kw）
一次加料
（kg）
用途
φ650×2100
φ550×1500
φ550×800
φ450×1200
φ400×1000
φ350×900
φ160×320
φ160×320
1～1.1
1.2～1.3
1.25～1.35
1.2～1.3
1.2～1.3
1.2～1.3
1.25～1.35
速比可調(diào)
32
28
26
24
19
17
10
可調(diào)
115
95
75
55
40
28
5.5
5.5
150
45～70
2000公斤/時(shí)
30～50
20～35
15～25
2
壓片
塑煉、混煉、熱煉
破膠
塑煉、混煉、熱煉
塑煉、混煉、熱煉
塑煉、混煉、熱煉
實(shí)驗(yàn)用
實(shí)驗(yàn)用
主要技術(shù)參數(shù)
開(kāi)煉機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)確定是進(jìn)行該設(shè)備設(shè)計(jì)的重要工作，有必要對(duì)開(kāi)煉機(jī)的幾個(gè)重要參數(shù)進(jìn)行認(rèn)真地討論。
輥筒工作表面的直徑與長(zhǎng)度
輥筒是開(kāi)煉機(jī)的主要工作零件。它的工作表面直徑和長(zhǎng)度是表示設(shè)備規(guī)格和生產(chǎn)能力的重要參數(shù)之一。
目前，開(kāi)煉機(jī)的輥筒工作表面直徑和長(zhǎng)度已由國(guó)家進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。
D???，L???,加工能力???，產(chǎn)量?Q??，
當(dāng)D一定，L??，輥筒變形???，撓度??，安全性??。
對(duì)開(kāi)煉機(jī)來(lái)講，主要用于膠料的粗加工，橫壓力變大，因此，在輥筒設(shè)計(jì)時(shí)，必須保證足夠的強(qiáng)度和剛度。
輥筒的輥距
定義:兩輥筒表面的最小距離稱(chēng)之為輥距。單位用mm,me表示。
一、輥筒回轉(zhuǎn)速度
1、定義：輥筒回轉(zhuǎn)速度，常以輥筒表面的線(xiàn)速度V（m/min）來(lái)表示，或以輥筒的轉(zhuǎn)速（1/rad)來(lái)表示。
二、速比f(wàn)
1、定義：開(kāi)煉機(jī)輥筒的速比即是主動(dòng)輥（后輥）與其被動(dòng)（前輥）筒的線(xiàn)速度之比。一般用f表示，即
?
?????????????????
?式中：?f-兩輥筒的速比
v1、v2-分別表示后輥筒和前輥筒的線(xiàn)速度，單位m/min。
從實(shí)踐中知道，增加速度梯度，膠料所受的剪切作用加強(qiáng)，能夠強(qiáng)化煉膠，提高煉膠效果，對(duì)提高質(zhì)量是有利的，但速度梯度增加過(guò)大，由于剪切作用強(qiáng)，摩擦生熱快，膠料溫度T也隨之上升，這樣，膠料粘度下降，對(duì)提高煉膠質(zhì)量不利。所以速度梯度不能取很大，也不能取的過(guò)小，據(jù)一般資料介紹，對(duì)于膠料的塑煉、混煉一般取=7500/min左右為最佳。
實(shí)際操作可根據(jù)工藝要求，在不致產(chǎn)生焦燒的情況下，可短時(shí)間內(nèi)減小輥距。開(kāi)煉機(jī)的速度梯度規(guī)定如下：
用途
計(jì)算速度梯度的輥距e
梯度值
塑煉、混煉、熱煉、壓片
3mm
1500~2200/min
?
試驗(yàn)用小規(guī)格開(kāi)煉機(jī)用
1500/min
?
生產(chǎn)用大規(guī)格開(kāi)煉機(jī)用
2200/min
破碎、粉碎
1.5(破碎)、2（粉碎）
7500/min
傳動(dòng)功率
傳動(dòng)電機(jī)功率是開(kāi)煉機(jī)傳動(dòng)設(shè)計(jì)的一個(gè)主要依據(jù)。
1、要求：
（1）啟動(dòng)力矩要大；
（2）轉(zhuǎn)速要恒定；
（3）可以正反轉(zhuǎn)；
（4）有耐超負(fù)荷的特性；
（5）封閉性能要好。
2、電機(jī)選擇：
根據(jù)上述要求，一般選用Y、YR三相異步電動(dòng)機(jī)。
生產(chǎn)能力
定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)開(kāi)煉機(jī)的產(chǎn)量稱(chēng)為開(kāi)煉機(jī)的生產(chǎn)能力。以公斤/小時(shí)表示。
?傳動(dòng)系統(tǒng)
一、傳動(dòng)型式
開(kāi)煉機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括電動(dòng)機(jī)、減速器、驅(qū)動(dòng)齒輪和速比齒輪的選擇與布置。傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)直接影響開(kāi)煉機(jī)的整體布置、結(jié)構(gòu)型式、占地面積、加工制造和使用維護(hù)。為此，設(shè)計(jì)時(shí)要給予充分的重視。
開(kāi)煉機(jī)的傳動(dòng)型式頗多，大體上按下述方法分類(lèi)：
開(kāi)煉機(jī)工作時(shí)負(fù)荷變動(dòng)較大，又考慮到有時(shí)需要負(fù)載啟動(dòng)?；鞜捙c壓片時(shí)粉狀配合劑飛揚(yáng)易引起電動(dòng)機(jī)短路，故對(duì)開(kāi)煉機(jī)用電動(dòng)機(jī)的要求是：
1．啟動(dòng)扭矩要大；
2．具有超負(fù)荷特性，要求Mmax/M額定為2～2.5倍以上；
3．能夠正反轉(zhuǎn)動(dòng)；
4．轉(zhuǎn)速要恒定；
5．制動(dòng)性能要好；
6．混煉、壓片機(jī)電動(dòng)機(jī)應(yīng)采用封閉型。
近年來(lái)，國(guó)外開(kāi)煉機(jī)有采用低速同步電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的。它的優(yōu)點(diǎn)是：功率因數(shù)高，不需配置減速器。它的缺點(diǎn)是：電動(dòng)機(jī)成本高、體積大，操作與維護(hù)都不方便，故在國(guó)內(nèi)產(chǎn)品中尚未采用。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 機(jī)械工程師手冊(cè) 第二版［S］ 機(jī)械工業(yè)出版社 288~305
[2] 成大先主編，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 第四版 第四卷［M］ 化學(xué)工業(yè)出版社出版2004：53~150，192~206．
[3] 楊順根主編，橡膠機(jī)械安裝 維護(hù) 保養(yǎng)和檢修［M］ 1999.1，化學(xué)工業(yè)出版社
[4] 濮良貴，紀(jì)名剛主編，機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）［M］ 2002.1，高等教育出版社
[5] 張美麟，閻華，張莉彥編，機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)［M］ 2001.12，化學(xué)工業(yè)出版社
二 、主要參數(shù)的確定
開(kāi)煉機(jī)規(guī)格：
主要參數(shù)：1、輥距 取4mm
2、前后輥速比 f=1:1.27
3、前輥筒線(xiàn)速度 24.3m/min
4、主機(jī)功率 55千瓦
5、一次加料量 30-50公斤
2.1 橫壓力的確定
2.1.1 臨界角
取
合力作用線(xiàn)與水平作用線(xiàn)的夾角 取
2.1.2 橫壓力的計(jì)算
a、 建立在經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上的橫壓力的計(jì)算
式中：
——總橫壓力，；
——計(jì)算系數(shù)，開(kāi)煉機(jī)，=1.3—1.5；
——速比；
——后輥線(xiàn)速度，，，因此；
——兩輥筒的平均直徑，cm；
——輥筒指數(shù)，其值為；
——輥距，cm；
——輥筒工作部分長(zhǎng)度，cm；
b、 建立膠料捏煉流體動(dòng)力理論上的橫壓力計(jì)算
單位橫壓力
式中，——剪切計(jì)算系數(shù) =17.0；
因此
c、 利用推薦值
橫壓力
2.2 驅(qū)動(dòng)效率
由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：
式中：92——計(jì)算系數(shù)（天然橡膠）：
——輥筒工作部分長(zhǎng)度，米
——輥筒的半徑，米
因此選擇的電機(jī)功率為55千瓦
選擇電機(jī)為Y280M-6 n=980轉(zhuǎn)分 電壓=380V
2.3 生產(chǎn)能力
一次容膠量升
生產(chǎn)能力
三、傳動(dòng)系統(tǒng)
傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括：電動(dòng)機(jī)、減速器、驅(qū)動(dòng)齒輪和速比齒輪的選擇與布置。
3.1 電動(dòng)機(jī)
Y280M-6 n=980轉(zhuǎn)分
3.2 減速器
選擇標(biāo)準(zhǔn)減速器：ZLY160-9 I=12.64
3.3 驅(qū)動(dòng)齒輪
齒輪材料的選額：
小齒輪材料為40鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火，齒面硬度為48—55HRC
大齒輪材料調(diào)質(zhì)硬度為217—255HBS
后輥速度為24.3×1.27=30.86 m/min
選取小齒輪齒數(shù)為
按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行初步設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)公式：
3.3.1 確定公式中各計(jì)算數(shù)值
① 初選
② 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
③ 齒寬系數(shù)
④ 查得
⑤ 查得材料的彈性影響系數(shù)
3.3.2 計(jì)算許用接觸應(yīng)力
①
② 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
③ 查得接觸疲勞壽命系數(shù)為
④ 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取安全系數(shù)
，故取
3.3.3 計(jì)算：
取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)
(a) 按接觸強(qiáng)度校核
驗(yàn)算公式：
(1) 計(jì)算小齒輪分度圓直徑
(2) 確定齒寬
取
(3) 計(jì)算圓周速度
(4) 計(jì)算
(5) 確定
(6) 驗(yàn)算
因?yàn)榕c比較接近，故參數(shù)不用修正。
(b) 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核
校核公式：
(1) 確定公式中各數(shù)值
①
②
③ 計(jì)算
(2) 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取安全系數(shù)
(3) 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
所以，滿(mǎn)足強(qiáng)度要求
3.3.4 齒輪主要幾何參數(shù)的確定
(1) 基本參數(shù)：
(2) 分度圓直徑計(jì)算：
(3) 中心距計(jì)算：
(4) 齒寬：
3.4 速比齒輪
速比齒輪的速比。兩齒輪中心距，傳遞扭矩是再通過(guò)速比齒輪傳動(dòng)的，當(dāng)速比很小時(shí)，可以近似的認(rèn)為：量輥筒扭矩相同。速比齒輪的扭矩之和即為大驅(qū)動(dòng)齒輪扭矩
選：小齒輪：鋼調(diào)質(zhì)及表面淬火。
大齒輪： 調(diào)質(zhì)
取：
取：
為滿(mǎn)足輥筒調(diào)整要求，大輥筒的開(kāi)煉機(jī)速比齒輪應(yīng)采用漸開(kāi)線(xiàn)長(zhǎng)齒輪其全高，齒頂高，齒根高。齒寬。否則，會(huì)由于輥距過(guò)大造成齒的嚙合條件惡化，影響齒輪的使用壽命。
所以全齒高
取
則
齒寬
3.4.1 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行初步設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)公式：
(1) 確定公式中的各計(jì)算數(shù)值
初選
計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
選齒寬系數(shù)
查得
查得材料的彈性影響系數(shù)
(2) 計(jì)算許用接觸應(yīng)力
①
② 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
④ 查得接觸疲勞許用應(yīng)力
取安全系數(shù)
因?yàn)? 故取
(4) 計(jì)算
取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)
(a) 按接觸強(qiáng)度校核
驗(yàn)算公式：
(1) 計(jì)算小齒輪分度圓直徑
(2) 確定齒寬取 取
(3) 計(jì)算圓周速度
(4) 計(jì)算
(5) 確定
(6) 驗(yàn)算
因比較接近，故參數(shù)不用修正，滿(mǎn)足強(qiáng)度要求
(b) 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算中心
校核公式：
(1) 確定公式中的數(shù)值
①
②
③ 計(jì)算
(2) 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取安全系數(shù)
(3) 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
所以滿(mǎn)足強(qiáng)度要求
3.4.2 齒輪主要幾何參數(shù)
(1) 基本參數(shù)
(2) 分度圓直接計(jì)算
(3) 中心距計(jì)算
(4) 齒寬
四、主要零部件的設(shè)計(jì)
4.1 輥筒
4.1.1 輥筒材料
輥筒是開(kāi)煉機(jī)的主要工作零件，必須具有足夠的強(qiáng)度、硬度和導(dǎo)熱性能，其材料一般采用冷硬鑄鐵，這種鑄鐵表面堅(jiān)硬，耐磨耐腐蝕，內(nèi)部韌性好，強(qiáng)度大，易導(dǎo)熱，制造容易，造價(jià)低。
4.1.2 機(jī)構(gòu)形狀與各部分尺寸
輥筒結(jié)構(gòu)有兩種：一種為中空結(jié)構(gòu)，另一種為圓周鉆孔結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)采用中空結(jié)構(gòu)。
輥筒各部分尺寸為：
輥筒工作部分長(zhǎng)度：
輥筒內(nèi)徑：
輥筒直徑：
輥筒長(zhǎng)度：
輥筒傳動(dòng)部分直徑：
輥筒傳動(dòng)部分長(zhǎng)度：
輥筒肩部直接：
圓角：
4.1.3 輥筒的受力分析
開(kāi)煉機(jī)的輥筒工作時(shí)受較大的橫壓力、摩擦力、溫度應(yīng)力、大小驅(qū)動(dòng)齒輪和速比齒輪的作用力。由于膠料橫壓
力的作用，輥筒要承受彎曲應(yīng)力，由于膠料的摩擦力和軸承的摩擦力作用，輥筒要承受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，可見(jiàn)輥筒實(shí)際上是受有彎曲和扭轉(zhuǎn)的復(fù)合應(yīng)力。此外，輥筒的自重作用都必須給予考慮。由于輥筒內(nèi)外溫度差而引起的溫度應(yīng)力和冷硬鑄造產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力都對(duì)輥筒強(qiáng)度有影響，在精確計(jì)算時(shí)都應(yīng)考慮。但內(nèi)應(yīng)力計(jì)算困難，一般可在安全系數(shù)中考慮即可。
(1) 膠料對(duì)輥筒的橫壓力
式中： ——總橫壓力，
，——橫壓力的水平分力、垂直分力，
(2) 驅(qū)動(dòng)齒輪的作用力
a. 大驅(qū)動(dòng)齒輪的圓周作用力
式中：——作用在大驅(qū)動(dòng)齒輪上的扭矩，
——大驅(qū)動(dòng)齒輪的節(jié)圓直徑，
經(jīng)電機(jī)、減速器、大驅(qū)動(dòng)齒輪傳動(dòng)的扭矩是提供前后輥筒前后輥筒加工膠料的需要，故由前、后輥共同承擔(dān)。
即 ，
但在煉膠過(guò)程中可初略認(rèn)為：
圓周作用力的水平分力和垂直分力為：
式中： ——大小驅(qū)動(dòng)齒輪軸線(xiàn)與垂直線(xiàn)偏移角 一般
取
b．徑向力：
式中： 為壓力角，取
(3) 速比齒輪的作用力
在煉膠時(shí)前輥筒的扭矩是通過(guò)速比齒輪傳動(dòng)的，當(dāng)速比很小時(shí)，可以近似認(rèn)為兩輥筒的扭矩相等，速比齒輪的扭矩之和即為大驅(qū)動(dòng)齒輪的扭矩
式中 ——后輥筒速比齒輪的扭矩，
——前輥筒速比齒輪的扭矩，
圓周作用力
徑向力
(4) 重力
① 后輥筒
② 速比齒輪重
③ 大驅(qū)動(dòng)齒輪重
4.1.4 輥筒的強(qiáng)度計(jì)算
(1) 輥筒支反力的計(jì)算
a． 水平方向支反力
b． 垂直方向
c． 合成支反力
(2) 彎矩的計(jì)算
輥筒的受力分析情況如上圖：
輥筒的總橫壓力：
支點(diǎn)反力和為：
中間截面的彎矩：：
其最大彎矩
式中：F——總橫壓力，；
——單位橫壓力，
——水平單位橫壓力，
——中間截面的彎矩，
，——軸承支點(diǎn)反力；
——輥筒工作部分長(zhǎng)度；
——輥筒支點(diǎn)間的距離；
(3) 扭矩的計(jì)算：由后輥筒傳遞的全部扭矩
式中：——電機(jī)額定功率，
——后輥筒轉(zhuǎn)速，
——從電機(jī)至后滾筒的總傳動(dòng)效率，
取
(4) 強(qiáng)度計(jì)算
輥筒工作時(shí)受有彎曲和扭矩聯(lián)合作用下的復(fù)合應(yīng)力，根據(jù)力學(xué)中的強(qiáng)度理論，可按修正后的第二強(qiáng)度理論計(jì)算工作應(yīng)力。
a．
式中：——泊松比，對(duì)鑄鐵；
——最大彎曲應(yīng)力，；
——最大扭矩剪應(yīng)力，；
b．
式中：——輥筒計(jì)算斷面最大彎應(yīng)力，；
——輥筒計(jì)算斷面最大彎矩；
——抗彎斷面系數(shù)，；
式中：——輥筒工作部分外徑；
——輥筒工作部分內(nèi)徑；
——內(nèi)外徑比，；
c．
式中：——輥筒計(jì)算斷面最大扭矩，；
——抗扭斷面系數(shù)，；
所以
(5) 應(yīng)力計(jì)算
開(kāi)煉機(jī)煉膠過(guò)程中通過(guò)冷卻水冷卻時(shí)，對(duì)輥筒內(nèi)表面的影響較大，需要進(jìn)行溫度應(yīng)力驗(yàn)算。輥筒外表面受熱伸張打，產(chǎn)生壓應(yīng)力，但輥筒承受能力大，對(duì)溫度的影響不大。輥筒內(nèi)表面冷卻后，熱伸張少，產(chǎn)生拉應(yīng)力，與彎矩產(chǎn)生的拉應(yīng)力跌加，影響強(qiáng)度。
內(nèi)層拉應(yīng)力為：：
式中：——熱應(yīng)力，
——由彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力，，；
；
式中：——輥筒工作部分外半徑，；
——輥筒工作部分內(nèi)半徑，；
——膨脹系數(shù)，對(duì)于鑄鐵；
——彈性模量，對(duì)于鑄鐵；
——輥筒工作部分外表面的溫度，℃；
——輥筒工作部分內(nèi)表面的溫度，℃；；
——泊松系數(shù)，對(duì)于鑄鐵，一般為℃，溫度太大時(shí)，熱應(yīng)力也大，易引起輥筒斷裂，故冷卻時(shí)，必須在運(yùn)轉(zhuǎn)中緩慢進(jìn)行。
(6) 許用應(yīng)力與安全系數(shù)
a． 輥筒的安全系數(shù)
式中：——安全因數(shù)系數(shù)，取(按停車(chē)事故考慮)；
——計(jì)算系數(shù)，取(按輥筒初略計(jì)算考慮)；
——載荷性質(zhì)系數(shù)，；
——應(yīng)力集中系數(shù)，鑄鐵輥筒??；
——截面系數(shù)，取；
——工藝系數(shù)，考慮冷硬層的影響，；
——質(zhì)量驗(yàn)收系數(shù)，單位檢查??；
從而得：
b. 許用應(yīng)力
式中：——取。
4.2 輥筒軸承
開(kāi)煉機(jī)輥筒軸承承受的負(fù)荷大，速度低，速度較高，本設(shè)計(jì)采用滑動(dòng)軸承，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，成本低。尼龍軸瓦用材料為填充MC尼龍。
本設(shè)計(jì)采用HT200。
4.2.1 滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)
軸承體的內(nèi)孔直徑：
軸承體高度：
軸襯長(zhǎng)度： ——輥徑長(zhǎng)度
壁厚：
軸襯外徑： 取
——過(guò)盈系數(shù)，取
間隙選擇時(shí)應(yīng)考慮：
軸頸與軸承的間隙要適當(dāng)，間隙過(guò)大，影響精度和使用壽命。間隙過(guò)小，易卡住和發(fā)燒。設(shè)計(jì)時(shí)，間隙的選取在保證具有良好的潤(rùn)滑條件下選擇小值。
(1) 軸頸的熱膨化
式中：——軸頸線(xiàn)膨脹系數(shù)；
——軸承最大工作溫度 ；
——室內(nèi)溫度 ；
(2) 保證回轉(zhuǎn)間隙
按配合的最小間隙選取。取
(3) 制造公差和安裝精度，
(4) 軸承體熱膨脹系數(shù)，由于溫度不高，該項(xiàng)可以不考慮。
由此：最小間隙：
最大間隙：
輥筒工作面上的兩端面與軸承端面的軸向間隙，應(yīng)考慮輥筒的熱膨脹，制造商的長(zhǎng)度公差，軸承間隙配合公差，輥筒轉(zhuǎn)時(shí)的必要間隙和輥筒端面的不垂直度等。
軸向間隙，
4.2.2 軸承強(qiáng)度計(jì)算
按最大單位壓力驗(yàn)算：
式中： ——軸承上最大壓力，；
——軸承上的最大支反力，；
——輥徑直徑，；
——輥徑支撐部分長(zhǎng)度，；
——軸襯的許用壓力，；
取
4.3 機(jī)架與壓蓋
開(kāi)煉機(jī)機(jī)架承受工作時(shí)的全部作用力，要求具有足夠的強(qiáng)度與剛度，耐中期振動(dòng)。其材料要求具有良好的鑄造性能，價(jià)格低廉以吸震抗壓能力，通過(guò)選用鑄鐵HT250或HT300。
4.3.1 機(jī)架與壓蓋的強(qiáng)度計(jì)算
(1) 機(jī)架的強(qiáng)度計(jì)算
機(jī)架的主要受力情況如圖：
為了簡(jiǎn)化計(jì)算，這里吧機(jī)架分離成立梁和橫梁兩部分。
① 立柱部分 受力如圖
為了簡(jiǎn)化計(jì)算，忽略輥筒的重量和齒輪等的作用
a. 立柱與壓蓋呈鉸鏈連接，在作用下產(chǎn)生反作用力，與方向相反。
b. 立柱與橫梁是一個(gè)整體，將端視為固定端，當(dāng)作用后產(chǎn)生反力,
與方向相反。為保證不變形，引起一個(gè)反彎矩,為順時(shí)針?lè)较颉?
c. 計(jì)算支反力和。
d. 計(jì)算彎矩
對(duì)于立柱A點(diǎn)的彎矩：
——截面處的彎矩：
——截面處的彎矩:
e. 計(jì)算應(yīng)力
式中：——截面模量：
——立柱的彎矩，或
——許用應(yīng)力，；
；
合格
② 機(jī)架底梁應(yīng)力計(jì)算 受力情況如圖
③
③ 底梁的彎矩：
④ 求合成彎矩：
在彎矩作用下產(chǎn)生的應(yīng)力為：
式中：——根據(jù)上訴計(jì)算彎矩后繪出彎矩圖，求得最大彎矩；
——截面模量；
；
所以
在立柱受力作用下，底梁同時(shí)受到拉力，其拉應(yīng)力為：
式中：——拉力，；
——截面面積，；
；
機(jī)架底梁的總應(yīng)力為：
合格
(2) 壓蓋的強(qiáng)度計(jì)算
壓蓋的危險(xiǎn)截面 如下圖的v-v所示，其應(yīng)力為：
；
式中；
；
；
；
；
；
；
；
(2) 安全系數(shù)與許用應(yīng)力
許用應(yīng)力
式中：——安全系數(shù)
① 機(jī)架安全系數(shù)：
；??；
式中：——安全因素系數(shù)，；
——計(jì)算系數(shù)，；
——載荷性質(zhì)系數(shù)，；
——應(yīng)力集中系數(shù)，；
所以
② 壓蓋的安全系數(shù)：
式中：——安全因素系數(shù)，
其余與機(jī)架相同：壓蓋HT20~40
4.4 調(diào)距裝置
開(kāi)煉機(jī)的調(diào)距范圍一般在之間，常用的調(diào)距裝置分為：手動(dòng)調(diào)距裝置、液壓調(diào)距裝置、電動(dòng)調(diào)距裝置。本設(shè)計(jì)采用手動(dòng)調(diào)距裝置，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，操作方便。
4.4.1 調(diào)距裝置的計(jì)算
(1) 螺桿強(qiáng)度的計(jì)算
機(jī)械式調(diào)距裝置的螺桿和螺母一般采用矩形或梯形單頭螺紋，為了是嚙合螺紋各圈受力均勻，螺紋工作圈數(shù)一般不大于10圈。
調(diào)距螺桿主要承受橫壓力的水平分力，其次是扭矩作用，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)采用手動(dòng)調(diào)距，故扭矩可忽略。
在驗(yàn)算調(diào)距螺桿的積壓強(qiáng)度時(shí)，其應(yīng)力為：
設(shè)計(jì)螺桿時(shí)，其直徑為：
式中：——個(gè)軸承上的最大橫壓力，；
——許用擠壓應(yīng)力，；
——螺桿材料的剪切系數(shù)，梯形或矩形螺紋的，取1.25；
——螺桿的螺紋內(nèi)徑，；
螺桿與螺母的受力均為變載荷，其許用積壓應(yīng)力為：
式中：——脈動(dòng)積壓疲勞極限；
鋼材的脈動(dòng)拉亞疲勞極限為：
而螺桿材料一般用，此時(shí)為：
(2) 安全系數(shù)：
式中：——安全因素系數(shù)，；
——計(jì)算系數(shù)，；
——載荷性質(zhì)系數(shù)，；
——應(yīng)力集中系數(shù)，；
；
許用擠壓應(yīng)力為：
4.4.2 螺桿螺紋的自鎖條件
其自鎖條件必須滿(mǎn)足；即，摩擦角要大于螺紋升角。通常：，為摩擦系數(shù)。鋼對(duì)青銅的，。螺紋升角一般取。
4.4.3 螺母臺(tái)肩的計(jì)算
螺母臺(tái)肩高度
式中：——一個(gè)軸承上的最大橫壓力，；
——螺母外胎直徑，；
——螺母外徑，；
——許用應(yīng)力，；
——脈動(dòng)彎曲疲勞極限，
鑄鐵HT200的
式中：——安全系數(shù)
——安全系數(shù)，取；
——計(jì)算系數(shù)，?。?
——與的比值，取；
式中：——應(yīng)力集中系數(shù)，?。?
取
4.5 輥溫調(diào)節(jié)裝置
開(kāi)煉機(jī)的平均功率一部分小號(hào)在傳動(dòng)裝置的摩擦損失上，約占平均功率的20%，向周?chē)諝馍⑹У臒崃考澳z料帶走的熱量約占平均功率的10%，其余70%平均功率轉(zhuǎn)化為熱量，由冷卻水道走。
4.5.1 實(shí)際冷卻水消耗的功率
由于一般取 (進(jìn)、出冷卻水溫差)，故冷卻水消耗量可近似計(jì)算為：
式中：——電機(jī)功率，
——冷卻水耗水量。
查表取 取
4.5.2 冷卻水管進(jìn)水總管直徑的計(jì)算
進(jìn)水總管的直徑
式中：——冷卻水耗水量；
——水的流速，取；
取。
50
目 錄
前 言 1
一、文獻(xiàn)綜述 2
二 、主要參數(shù)的確定 9
2.1 橫壓力的確定 9
2.1.1 臨界角 9
2.1.2 橫壓力的計(jì)算 9
2.2 驅(qū)動(dòng)效率 10
2.3 生產(chǎn)能力 10
三、傳動(dòng)系統(tǒng) 13
3.1 電動(dòng)機(jī) 13
3.2 減速器 13
3.3 驅(qū)動(dòng)齒輪 13
3.3.1 確定公式中各計(jì)算數(shù)值 14
3.3.2 計(jì)算許用接觸應(yīng)力 14
3.3.3 計(jì)算： 15
3.3.4 齒輪主要幾何參數(shù)的確定 16
3.4 速比齒輪 17
3.4.1 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行初步設(shè)計(jì) 18
3.4.2 齒輪主要幾何參數(shù) 21
四、主要零部件的設(shè)計(jì) 22
4.1 輥筒 22
4.1.1 輥筒材料 22
4.1.2 機(jī)構(gòu)形狀與各部分尺寸 22
4.1.3 輥筒的受力分析 23
4.1.4 輥筒的強(qiáng)度計(jì)算 25
4.2 輥筒軸承 29
4.2.1 滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu) 29
4.2.2 軸承強(qiáng)度計(jì)算 30
4.3 機(jī)架與壓蓋 32
4.3.1 機(jī)架與壓蓋的強(qiáng)度計(jì)算 32
4.4 調(diào)距裝置 38
4.4.1 調(diào)距裝置的計(jì)算 38
4.4.2 螺桿螺紋的自鎖條件 39
4.5 輥溫調(diào)節(jié)裝置 39
4.5.1 實(shí)際冷卻水消耗的功率 41
4.5.2 冷卻水管進(jìn)水總管直徑的計(jì)算 41
前 言
開(kāi)放式煉膠機(jī)的發(fā)展回顧和展望
已有100多年歷史的開(kāi)煉機(jī)，目前仍然是國(guó)內(nèi)外橡膠企業(yè)使用的主要煉膠設(shè)備之一，雖然其主機(jī)結(jié)構(gòu)無(wú)多少變化，但其附屬結(jié)構(gòu)卻在日新月異地不斷改變更新，例如橡膠設(shè)置的使用和不斷改進(jìn)，是開(kāi)煉機(jī)逐漸像自動(dòng)化程方向發(fā)展，這些變化，使其在技術(shù)水平和性能方面均得到了改進(jìn)和提高。這樣開(kāi)煉機(jī)不但沒(méi)有被密煉機(jī)所取代或淘汰，相反還在不斷發(fā)展。開(kāi)煉機(jī)不但在一般橡膠企業(yè)里大有市場(chǎng)，就是在輪胎生產(chǎn)中也還占有相當(dāng)?shù)姆蓊~。由于輪胎制造的需要，目前開(kāi)煉機(jī)的規(guī)格已經(jīng)達(dá)到了710*2200（2540），前輥線(xiàn)速度達(dá)40m/min，只惦記驅(qū)動(dòng)功率增至280kw，而且有單電機(jī)驅(qū)動(dòng)，雙單機(jī)驅(qū)動(dòng)和直流電機(jī)無(wú)限調(diào)速等多種驅(qū)動(dòng)方式，另有單機(jī)和雙機(jī)聯(lián)動(dòng)兩種結(jié)構(gòu)形式。輥筒表面形狀有光面和溝槽面兩種類(lèi)型。溝槽面輥筒的溝槽斷面形狀、大小、分布形式和與軸線(xiàn)的角度有多種多樣，可根據(jù)工藝需要而定。對(duì)于輥面溫度控制要求較高者，多采用鉆孔結(jié)構(gòu)。輥筒的支承用滾動(dòng)軸承取代銅瓦滑動(dòng)軸承和尼龍滑動(dòng)軸承。利用滾動(dòng)軸承作為輥筒支承，具有高效、節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。輥筒調(diào)距由手動(dòng)、電動(dòng)發(fā)展到液壓調(diào)距。液壓調(diào)距的控制系統(tǒng)由壓力傳感器、位移傳感器、PLC和觸摸屏等組成，可用它作精確調(diào)距，設(shè)定值與實(shí)際值的誤差在0.2mm以?xún)?nèi)。
一、文獻(xiàn)綜述
煉膠設(shè)備是橡膠工業(yè)中的通用設(shè)備，在所有橡膠制品加工中都必須經(jīng)過(guò)煉膠加工工序。因此，煉膠設(shè)備是橡膠機(jī)械中重要的設(shè)備之一。目前的煉膠設(shè)備主要有開(kāi)煉機(jī)、密煉機(jī)（間歇式生產(chǎn)，目前通用），連續(xù)混煉擠出機(jī)（連續(xù)式生產(chǎn)，橡膠方面正在研究之中，塑料方面已工業(yè)化）。
???在橡膠工業(yè)中，混煉車(chē)間是整個(gè)行業(yè)的核心，是橡膠工廠最重要的部門(mén)，也是能源消耗大戶(hù)，占全廠40%，也是目前重點(diǎn)節(jié)能的部門(mén)或工序之一。它包括烘箱、切膠機(jī)、開(kāi)煉機(jī)、密煉機(jī)及其輔機(jī)。近年來(lái)，國(guó)外橡膠工業(yè)有了迅速的發(fā)展，不僅在各個(gè)加工技術(shù)方面有相當(dāng)?shù)倪M(jìn)步，而且設(shè)備方面有很大的發(fā)展，廣泛地應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)管理和控制煉膠作業(yè)，大大地提高了煉膠系統(tǒng)地自動(dòng)化水平，同時(shí)也引起了煉膠系統(tǒng)的變化。
???多年來(lái)，國(guó)外對(duì)煉膠系統(tǒng)的技術(shù)改革實(shí)踐證明：首先改革煉膠機(jī)及其裝置，并使之現(xiàn)代化，以取得較高的勞動(dòng)生產(chǎn)率、較高的效率和煉膠作業(yè)最佳化，才能真正實(shí)現(xiàn)煉膠系統(tǒng)技
術(shù)創(chuàng)新。經(jīng)過(guò)多年的改革，當(dāng)代煉膠系統(tǒng)尤其是輪胎廠的煉膠系統(tǒng)已發(fā)展成自動(dòng)化水平較高的工程系統(tǒng)。
一、用途
開(kāi)煉機(jī)主要用于：
1.生膠的塑煉、破碎、洗滌、壓片；
2.膠料的混煉、壓片以及膠料中的雜質(zhì)清除；
3.混煉膠的熱煉、供膠；
4.再生膠的粉碎、混煉、壓片。
此外，它還廣泛應(yīng)用于塑料加工和油漆顏料工業(yè)生產(chǎn)中。
從目前來(lái)看，開(kāi)煉機(jī)的用途還是很廣泛的，現(xiàn)在在許多方面用密煉機(jī)可以代替，但開(kāi)煉機(jī)仍有實(shí)際意義。
1.在中、小型廠是必備的設(shè)備。因?yàn)槊軣挋C(jī)的投資大，而且密煉機(jī)的用途不如開(kāi)煉機(jī)的廣泛。
2.某些對(duì)熱敏性強(qiáng)的混煉膠可避免早期硫化，而便于散熱，必須用開(kāi)煉機(jī)混煉。
3.某些生產(chǎn)廠家混煉各種不同顏色的膠料，只用開(kāi)煉機(jī)便于清洗。
4.特殊用途橡膠，如丁腈加強(qiáng)膠
開(kāi)煉機(jī)基本結(jié)構(gòu)
???開(kāi)煉機(jī)主要由輥筒、軸承、機(jī)架、壓蓋、傳動(dòng)裝置、調(diào)距裝置、潤(rùn)滑系統(tǒng)、輥溫調(diào)節(jié)裝置和緊急制動(dòng)裝置等組成（見(jiàn)下圖）。開(kāi)煉機(jī)雖然大小不同，但其基本結(jié)構(gòu)都是大同小異的。
下面我們要了解幾種不同結(jié)構(gòu)的開(kāi)煉機(jī)
1、 老 式傳 動(dòng) 開(kāi) 煉 機(jī)???????? ?2、新 型 傳 動(dòng)
3、雙電機(jī)傳動(dòng)式開(kāi)煉機(jī)???????????????4、帶翻膠裝置開(kāi)煉機(jī)
開(kāi)煉機(jī)的工作原理
開(kāi)煉機(jī)為什么能夠把高彈性的生膠轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂锌伤苄誀顟B(tài)的塑煉膠呢？如何把橡膠與各種配合劑均勻混合在一起？這是因?yàn)殚_(kāi)煉機(jī)在煉膠過(guò)程中主要是依靠?jī)蓚€(gè)相對(duì)回轉(zhuǎn)的輥筒對(duì)膠料產(chǎn)生擠壓、剪切作用，經(jīng)過(guò)多次捏煉，以及捏煉過(guò)程中伴隨的化學(xué)作用，將橡膠內(nèi)部的大分子鏈打斷，使膠料內(nèi)部的各種成分摻和均勻，而最后達(dá)到煉膠的目的。從輥筒間隙中排除的膠片，由于兩個(gè)輥筒表面速度和溫度的差異而包覆在一個(gè)輥筒上，重新返回兩輥間，這樣多次往復(fù)，完成煉膠作用。在塑煉時(shí)促使橡膠的分子鏈由長(zhǎng)變短。彈性由大變??；在混煉時(shí)促使膠料各組分表面不斷更新，均勻混合。在間歇操作的開(kāi)煉機(jī)上，加料后膠料反復(fù)通過(guò)輥距數(shù)次，最后切割下片。如圖2－2所示。在用作連續(xù)操作的開(kāi)煉機(jī)上，膠料從輥筒的一端連續(xù)的加入，按煉膠工藝規(guī)定的時(shí)間反復(fù)通過(guò)輥筒數(shù)次，從輥筒的另一端連續(xù)切割所要求膠條。
圖2－2?間歇煉膠過(guò)程圖
三、強(qiáng)化煉膠效果，必須具備四個(gè)條件
經(jīng)過(guò)上面分析討論可知，要想完成煉膠操作及得到較好的煉膠效果，應(yīng)實(shí)現(xiàn)下面四點(diǎn)：
1、使膠料摩擦角大于接觸角（φ>α）以便把膠料帶入輥距；
2、使前后輥速（線(xiàn)速度）不想等，以便對(duì)輥隙中的膠料進(jìn)行強(qiáng)烈的擠壓和剪切；
3、煉膠時(shí)，需要切割翻膠，以破壞膠料的封閉回流線(xiàn)，加強(qiáng)物料的分散效果；
4、煉膠過(guò)程中不斷調(diào)整輥距，以改變速度梯度，提高煉膠效果。
技術(shù)特征
一、規(guī)格表示
開(kāi)煉機(jī)的規(guī)格用“輥筒工作部分直徑×輥筒工作部分長(zhǎng)度”來(lái)表示，如Φ550×1500，單位是毫米。我國(guó)部頒標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的表示方法是在輥筒直徑數(shù)字之前冠以漢語(yǔ)拼音符合，以表示機(jī)臺(tái)的用途。由于國(guó)產(chǎn)密煉機(jī)以成系列，且絕大部分前后輥筒直徑相同，因此，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了長(zhǎng)徑比，一般只用輥筒直徑表示。如
XK－400：X表示橡膠，K表示開(kāi)煉機(jī)，400表示輥筒直徑；SK－400：S表示塑料，K表示開(kāi)煉機(jī)，400表示輥筒直徑；X（S）K－400：X（S）表示橡膠塑料通用，K表示開(kāi)煉機(jī)，400表示輥筒直徑。
對(duì)于一些特殊用途的專(zhuān)用開(kāi)煉機(jī)，還要增加一個(gè)符合，如
XKP－400：其中P表示破膠機(jī)；XKA－400：其中A表示熱煉機(jī)。
二、技術(shù)特征
機(jī)臺(tái)的技術(shù)特征是我們比較關(guān)心的，因?yàn)槲覀冊(cè)谶M(jìn)行廠房設(shè)計(jì)時(shí)，機(jī)臺(tái)的技術(shù)特征就顯得比較重要，技術(shù)特征主要表明機(jī)器的性能參數(shù)，有些可在產(chǎn)品總目錄及樣本上查到，較詳細(xì)的應(yīng)找說(shuō)明書(shū)。
對(duì)開(kāi)煉機(jī)來(lái)講，技術(shù)特征應(yīng)包括：輥速、速比、功率、煉膠容量、輥距調(diào)整范圍以及外形安裝尺寸和傳動(dòng)方式等。國(guó)產(chǎn)煉膠機(jī)的規(guī)格與技術(shù)特征見(jiàn)下表。
煉膠機(jī)規(guī)格
（mm）
速比
前輥線(xiàn)速度?（m/min）
主電機(jī)功率?（kw）
一次加料
（kg）
用途
φ650×2100
φ550×1500
φ550×800
φ450×1200
φ400×1000
φ350×900
φ160×320
φ160×320
1～1.1
1.2～1.3
1.25～1.35
1.2～1.3
1.2～1.3
1.2～1.3
1.25～1.35
速比可調(diào)
32
28
26
24
19
17
10
可調(diào)
115
95
75
55
40
28
5.5
5.5
150
45～70
2000公斤/時(shí)
30～50
20～35
15～25
2
壓片
塑煉、混煉、熱煉
破膠
塑煉、混煉、熱煉
塑煉、混煉、熱煉
塑煉、混煉、熱煉
實(shí)驗(yàn)用
實(shí)驗(yàn)用
主要技術(shù)參數(shù)
開(kāi)煉機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)確定是進(jìn)行該設(shè)備設(shè)計(jì)的重要工作，有必要對(duì)開(kāi)煉機(jī)的幾個(gè)重要參數(shù)進(jìn)行認(rèn)真地討論。
輥筒工作表面的直徑與長(zhǎng)度
輥筒是開(kāi)煉機(jī)的主要工作零件。它的工作表面直徑和長(zhǎng)度是表示設(shè)備規(guī)格和生產(chǎn)能力的重要參數(shù)之一。
目前，開(kāi)煉機(jī)的輥筒工作表面直徑和長(zhǎng)度已由國(guó)家進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。
D???，L???,加工能力???，產(chǎn)量?Q??，
當(dāng)D一定，L??，輥筒變形???，撓度??，安全性??。
對(duì)開(kāi)煉機(jī)來(lái)講，主要用于膠料的粗加工，橫壓力變大，因此，在輥筒設(shè)計(jì)時(shí)，必須保證足夠的強(qiáng)度和剛度。
輥筒的輥距
定義:兩輥筒表面的最小距離稱(chēng)之為輥距。單位用mm,me表示。
一、輥筒回轉(zhuǎn)速度
1、定義：輥筒回轉(zhuǎn)速度，常以輥筒表面的線(xiàn)速度V（m/min）來(lái)表示，或以輥筒的轉(zhuǎn)速（1/rad)來(lái)表示。
二、速比f(wàn)
1、定義：開(kāi)煉機(jī)輥筒的速比即是主動(dòng)輥（后輥）與其被動(dòng)（前輥）筒的線(xiàn)速度之比。一般用f表示，即
?
?????????????????
?式中：?f-兩輥筒的速比
v1、v2-分別表示后輥筒和前輥筒的線(xiàn)速度，單位m/min。
從實(shí)踐中知道，增加速度梯度，膠料所受的剪切作用加強(qiáng)，能夠強(qiáng)化煉膠，提高煉膠效果，對(duì)提高質(zhì)量是有利的，但速度梯度增加過(guò)大，由于剪切作用強(qiáng)，摩擦生熱快，膠料溫度T也隨之上升，這樣，膠料粘度下降，對(duì)提高煉膠質(zhì)量不利。所以速度梯度不能取很大，也不能取的過(guò)小，據(jù)一般資料介紹，對(duì)于膠料的塑煉、混煉一般取=7500/min左右為最佳。
實(shí)際操作可根據(jù)工藝要求，在不致產(chǎn)生焦燒的情況下，可短時(shí)間內(nèi)減小輥距。開(kāi)煉機(jī)的速度梯度規(guī)定如下：
用途
計(jì)算速度梯度的輥距e
梯度值
塑煉、混煉、熱煉、壓片
3mm
1500~2200/min
?
試驗(yàn)用小規(guī)格開(kāi)煉機(jī)用
1500/min
?
生產(chǎn)用大規(guī)格開(kāi)煉機(jī)用
2200/min
破碎、粉碎
1.5(破碎)、2（粉碎）
7500/min
傳動(dòng)功率
傳動(dòng)電機(jī)功率是開(kāi)煉機(jī)傳動(dòng)設(shè)計(jì)的一個(gè)主要依據(jù)。
1、要求：
（1）啟動(dòng)力矩要大；
（2）轉(zhuǎn)速要恒定；
（3）可以正反轉(zhuǎn)；
（4）有耐超負(fù)荷的特性；
（5）封閉性能要好。
2、電機(jī)選擇：
根據(jù)上述要求，一般選用Y、YR三相異步電動(dòng)機(jī)。
生產(chǎn)能力
定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)開(kāi)煉機(jī)的產(chǎn)量稱(chēng)為開(kāi)煉機(jī)的生產(chǎn)能力。以公斤/小時(shí)表示。
?傳動(dòng)系統(tǒng)
一、傳動(dòng)型式
開(kāi)煉機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括電動(dòng)機(jī)、減速器、驅(qū)動(dòng)齒輪和速比齒輪的選擇與布置。傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)直接影響開(kāi)煉機(jī)的整體布置、結(jié)構(gòu)型式、占地面積、加工制造和使用維護(hù)。為此，設(shè)計(jì)時(shí)要給予充分的重視。
開(kāi)煉機(jī)的傳動(dòng)型式頗多，大體上按下述方法分類(lèi)：
開(kāi)煉機(jī)工作時(shí)負(fù)荷變動(dòng)較大，又考慮到有時(shí)需要負(fù)載啟動(dòng)。混煉與壓片時(shí)粉狀配合劑飛揚(yáng)易引起電動(dòng)機(jī)短路，故對(duì)開(kāi)煉機(jī)用電動(dòng)機(jī)的要求是：
1．啟動(dòng)扭矩要大；
2．具有超負(fù)荷特性，要求Mmax/M額定為2～2.5倍以上；
3．能夠正反轉(zhuǎn)動(dòng)；
4．轉(zhuǎn)速要恒定；
5．制動(dòng)性能要好；
6．混煉、壓片機(jī)電動(dòng)機(jī)應(yīng)采用封閉型。
近年來(lái)，國(guó)外開(kāi)煉機(jī)有采用低速同步電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的。它的優(yōu)點(diǎn)是：功率因數(shù)高，不需配置減速器。它的缺點(diǎn)是：電動(dòng)機(jī)成本高、體積大，操作與維護(hù)都不方便，故在國(guó)內(nèi)產(chǎn)品中尚未采用。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 機(jī)械工程師手冊(cè) 第二版［S］ 機(jī)械工業(yè)出版社 288~305
[2] 成大先主編，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 第四版 第四卷［M］ 化學(xué)工業(yè)出版社出版2004：53~150，192~206．
[3] 楊順根主編，橡膠機(jī)械安裝 維護(hù) 保養(yǎng)和檢修［M］ 1999.1，化學(xué)工業(yè)出版社
[4] 濮良貴，紀(jì)名剛主編，機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）［M］ 2002.1，高等教育出版社
[5] 張美麟，閻華，張莉彥編，機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)［M］ 2001.12，化學(xué)工業(yè)出版社
二 、主要參數(shù)的確定
開(kāi)煉機(jī)規(guī)格：
主要參數(shù)：1、輥距 取4mm
2、前后輥速比 f=1:1.27
3、前輥筒線(xiàn)速度 24.3m/min
4、主機(jī)功率 55千瓦
5、一次加料量 30-50公斤
2.1 橫壓力的確定
2.1.1 臨界角
取
合力作用線(xiàn)與水平作用線(xiàn)的夾角 取
2.1.2 橫壓力的計(jì)算
a、 建立在經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上的橫壓力的計(jì)算
式中：
——總橫壓力，；
——計(jì)算系數(shù)，開(kāi)煉機(jī)，=1.3—1.5；
——速比；
——后輥線(xiàn)速度，，，因此；
——兩輥筒的平均直徑，cm；
——輥筒指數(shù)，其值為；
——輥距，cm；
——輥筒工作部分長(zhǎng)度，cm；
b、 建立膠料捏煉流體動(dòng)力理論上的橫壓力計(jì)算
單位橫壓力
式中，——剪切計(jì)算系數(shù) =17.0；
因此
c、 利用推薦值
橫壓力
2.2 驅(qū)動(dòng)效率
由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：
2.3 生產(chǎn)能力
一次容膠量升
生產(chǎn)能力
三、傳動(dòng)系統(tǒng)
傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括：電動(dòng)機(jī)、減速器、驅(qū)動(dòng)齒輪和速比齒輪的選擇與布置。
3.1 電動(dòng)機(jī)
Y280M-6 n=980轉(zhuǎn)分
3.2 減速器
選擇標(biāo)準(zhǔn)減速器：ZLY160-9 I=12.64
3.3 驅(qū)動(dòng)齒輪
齒輪材料的選額：
小齒輪材料為40鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火，齒面硬度為48—55HRC
大齒輪材料調(diào)質(zhì)硬度為217—255HBS
后輥速度為24.3×1.27=30.86 m/min
選取小齒輪齒數(shù)為
按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行初步設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)公式：
3.3.1 確定公式中各計(jì)算數(shù)值
① 初選
② 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
③ 齒寬系數(shù)
④ 查得
⑤ 查得材料的彈性影響系數(shù)
3.3.2 計(jì)算許用接觸應(yīng)力
①
② 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
③ 查得接觸疲勞壽命系數(shù)為
④ 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取安全系數(shù)
，故取
3.3.3 計(jì)算：
取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)
(a) 按接觸強(qiáng)度校核
驗(yàn)算公式：
(1) 計(jì)算小齒輪分度圓直徑
(2) 確定齒寬
取
(3) 計(jì)算圓周速度
(4) 計(jì)算
(5) 確定
(6) 驗(yàn)算
因?yàn)榕c比較接近，故參數(shù)不用修正。
(b) 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核
校核公式：
(1) 確定公式中各數(shù)值
①
②
③ 計(jì)算
(2) 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取安全系數(shù)
(3) 強(qiáng)度
3.3.4 齒輪主要幾何參數(shù)的確定
(1) 基本參數(shù)：
(2) 分度圓直徑計(jì)算：
(3) 中心距計(jì)算：
(4) 齒寬：
3.4 速比齒輪
速比齒輪的速比。兩齒輪中心距，傳遞扭矩是再通過(guò)速比齒輪傳動(dòng)的，當(dāng)速比很小時(shí)，可以近似的認(rèn)為：量輥筒扭矩相同。速比齒輪的扭矩之和即為大驅(qū)動(dòng)齒輪扭矩
選：小齒輪：鋼調(diào)質(zhì)及表面淬火。
大齒輪： 調(diào)質(zhì)
?。?
?。?
為滿(mǎn)足輥筒調(diào)整要求，大輥筒的開(kāi)煉機(jī)速比齒輪應(yīng)采用漸開(kāi)線(xiàn)長(zhǎng)齒輪其全高，齒頂高，齒根高。齒寬。否則，會(huì)由于輥距過(guò)大造成齒的嚙合條件惡化，影響齒輪的使用壽命。
所以全齒高
取
則
齒寬
3.4.1 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行初步設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)公式：
(1) 確定公式中的各計(jì)算數(shù)值
初選
計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
選齒寬系數(shù)
查得
查得材料的彈性影響系數(shù)
(2) 計(jì)算許用接觸應(yīng)力
①
② 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
④ 查得接觸疲勞許用應(yīng)力
取安全系數(shù)
因?yàn)? 故取
(4) 計(jì)算
取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)
(a) 按接觸強(qiáng)度校核
驗(yàn)算公式：
(1) 計(jì)算小齒輪分度圓直徑
(2) 確定齒寬取 取
(3) 計(jì)算圓周速度
(4) 計(jì)算
(5) 確定
(6) 驗(yàn)算
因比較接近，故參數(shù)不用修正，滿(mǎn)足強(qiáng)度要求
(b) 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算中心
校核公式：
(1) 確定公式中的數(shù)值
①
②
③ 計(jì)算
(2) 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取安全系數(shù)
(3) 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
所以滿(mǎn)足強(qiáng)度要求
3.4.2 齒輪主要幾何參數(shù)
(1) 基本參數(shù)
(2) 分度圓直接計(jì)算
(3) 中心距計(jì)算
(4) 齒寬
四、主要零部件的設(shè)計(jì)
4.1 輥筒
4.1.1 輥筒材料
輥筒是開(kāi)煉機(jī)的主要工作零件，必須具有足夠的強(qiáng)度、硬度和導(dǎo)熱性能，其材料一般采用冷硬鑄鐵，這種鑄鐵表面堅(jiān)硬，耐磨耐腐蝕，內(nèi)部韌性好，強(qiáng)度大，易導(dǎo)熱，制造容易，造價(jià)低。
4.1.2 機(jī)構(gòu)形狀與各部分尺寸
輥筒結(jié)構(gòu)有兩種：一種為中空結(jié)構(gòu)，另一種為圓周鉆孔結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)采用中空結(jié)構(gòu)。
輥筒各部分尺寸為：
輥筒工作部分長(zhǎng)度：
輥筒內(nèi)徑：
輥筒直徑：
輥筒長(zhǎng)度：
輥筒傳動(dòng)部分直徑：
輥筒傳動(dòng)部分長(zhǎng)度：
輥筒肩部直接：
圓角：
4.1.3 輥筒的受力分析
開(kāi)煉機(jī)的輥筒工作時(shí)受較大的橫壓力、摩擦力、溫度應(yīng)力、大小驅(qū)動(dòng)齒輪和速比齒輪的作用力。由于膠料橫壓
力的作用，輥筒要承受彎曲應(yīng)力，由于膠料的摩擦力和軸承的摩擦力作用，輥筒要承受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，可見(jiàn)輥筒實(shí)際上是受有彎曲和扭轉(zhuǎn)的復(fù)合應(yīng)力。此外，輥筒的自重作用都必須給予考慮。由于輥筒內(nèi)外溫度差而引起的溫度應(yīng)力和冷硬鑄造產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力都對(duì)輥筒強(qiáng)度有影響，在精確計(jì)算時(shí)都應(yīng)考慮。但內(nèi)應(yīng)力計(jì)算困難，一般可在安全系數(shù)中考慮即可。
(1) 膠料對(duì)輥筒的橫壓力
式中： ——總橫壓力，
，——橫壓力的水平分力、垂直分力，
(2) 驅(qū)動(dòng)齒輪的作用力
a. 大驅(qū)動(dòng)齒輪的圓周作用力
式中：——作用在大驅(qū)動(dòng)齒輪上的扭矩，
——大驅(qū)動(dòng)齒輪的節(jié)圓直徑，
經(jīng)電機(jī)、減速器、大驅(qū)動(dòng)齒輪傳動(dòng)的扭矩是提供前后輥筒前后輥筒加工膠料的需要，故由前、后輥共同承擔(dān)。
即 ，
但在煉膠過(guò)程中可初略認(rèn)為：
圓周作用力的水平分力和垂直分力為：
式中：——大小驅(qū)動(dòng)齒輪軸線(xiàn)與垂直線(xiàn)偏移角 一般
取
b．徑向力：
式中： 為壓力角，取
(3) 速比齒輪的作用力
在煉膠時(shí)前輥筒的扭矩是通過(guò)速比齒輪傳動(dòng)的，當(dāng)速比很小時(shí)，可以近似認(rèn)為兩輥筒的扭矩相等，速比齒輪的扭矩之和即為大驅(qū)動(dòng)齒輪的扭矩
式中 ——后輥筒速比齒輪的扭矩，
——前輥筒速比齒輪的扭矩，
圓周作用力
徑向力
(4) 重力
① 后輥筒
② 速比齒輪重
4.1.4 輥筒的強(qiáng)度計(jì)算
(1) 輥筒支反力的計(jì)算
a． 水平方向支反力
b． 垂直方向
c． 合成支反力
(2) 彎矩的計(jì)算
輥筒的受力分析情況如上圖：
輥筒的總橫壓力：
支點(diǎn)反力和為：
中間截面的彎矩：：
其最大彎矩
式中：F——總橫壓力，；
——單位橫壓力，
——水平單位橫壓力，
——中間截面的彎矩，
，——軸承支點(diǎn)反力；
——輥筒工作部分長(zhǎng)度；
——輥筒支點(diǎn)間的距離；
(3) 扭矩的計(jì)算：由后輥筒傳遞的全部扭矩
式中：——電機(jī)額定功率，
——后輥筒轉(zhuǎn)速，
——從電機(jī)至后滾筒的總傳動(dòng)效率，
取
(4) 強(qiáng)度計(jì)算
輥筒工作時(shí)受有彎曲和扭矩聯(lián)合作用下的復(fù)合應(yīng)力，根據(jù)力學(xué)中的強(qiáng)度理論，可按修正后的第二強(qiáng)度理論計(jì)算工作應(yīng)力。
a．
式中：——泊松比，對(duì)鑄鐵；
——最大彎曲應(yīng)力，；
——最大扭矩剪應(yīng)力，；
b．
式中：——輥筒計(jì)算斷面最大彎應(yīng)力，；
——輥筒計(jì)算斷面最大彎矩；
——抗彎斷面系數(shù)，；
式中：——輥筒工作部分外徑；
——輥筒工作部分內(nèi)徑；
——內(nèi)外徑比，；
c．
式中：——輥筒計(jì)算斷面最大扭矩，；
——抗扭斷面系數(shù)，；
所以
(5) 應(yīng)力計(jì)算
開(kāi)煉機(jī)煉膠過(guò)程中通過(guò)冷卻水冷卻時(shí)，對(duì)輥筒內(nèi)表面的影響較大，需要進(jìn)行溫度應(yīng)力驗(yàn)算。輥筒外表面受熱伸張打，產(chǎn)生壓應(yīng)力，但輥筒承受能力大，對(duì)溫度的影響不大。輥筒內(nèi)表面冷卻后，熱伸張少，產(chǎn)生拉應(yīng)力，與彎矩產(chǎn)生的拉應(yīng)力跌加，影響強(qiáng)度。
內(nèi)層拉應(yīng)力為：：
式中：——熱應(yīng)力，
——由彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力，，；
；
式中：——輥筒工作部分外半徑，；
——輥筒工作部分內(nèi)半徑，；
——膨脹系數(shù)，對(duì)于鑄鐵；
——彈性模量，對(duì)于鑄鐵；
——輥筒工作部分外表面的溫度，℃；
——輥筒工作部分內(nèi)表面的溫度，℃；；
——泊松系數(shù)，對(duì)于鑄鐵，一般為℃，溫度太大時(shí)，熱應(yīng)力也大，易引起輥筒斷裂，故冷卻時(shí)，必須在運(yùn)轉(zhuǎn)中緩慢進(jìn)行。
(6) 許用應(yīng)力與安全系數(shù)
a． 輥筒的安全系數(shù)
式中：——安全因數(shù)系數(shù)，取(按停車(chē)事故考慮)；
——計(jì)算系數(shù)，取(按輥筒初略計(jì)算考慮)；
——載荷性質(zhì)系數(shù)，；
——應(yīng)力集中系數(shù)，鑄鐵輥筒??；
——截面系數(shù)，取；
——工藝系數(shù)，考慮冷硬層的影響，；
——質(zhì)量驗(yàn)收系數(shù)，單位檢查取；
從而得：
b. 許用應(yīng)力
式中：——取。
4.2 輥筒軸承
開(kāi)煉機(jī)輥筒軸承承受的負(fù)荷大，速度低，速度較高，本設(shè)計(jì)采用滑動(dòng)軸承，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，成本低。尼龍軸瓦用材料為填充MC尼龍。
本設(shè)計(jì)采用HT200。
4.2.1 滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)
軸承體的內(nèi)孔直徑：
軸承體高度：
軸襯長(zhǎng)度： ——輥徑長(zhǎng)度
壁厚：
軸襯外徑： 取
——過(guò)盈系數(shù)，取
間隙選擇時(shí)應(yīng)考慮：
軸頸與軸承的間隙要適當(dāng)，間隙過(guò)大，影響精度和使用壽命。間隙過(guò)小，易卡住和發(fā)燒。設(shè)計(jì)時(shí)，間隙的選取在保證具有良好的潤(rùn)滑條件下選擇小值。
(1) 軸頸的熱膨化
式中：——軸頸線(xiàn)膨脹系數(shù)；
——軸承最大工作溫度 ；
——室內(nèi)溫度 ；
(2) 保證回轉(zhuǎn)間隙
按配合的最小間隙選取。取
(3) 制造公差和安裝精度，
(4) 軸承體熱膨脹系數(shù)，由于溫度不高，該項(xiàng)可以不考慮。
由此：最小間隙：
最大間隙：
輥筒工作面上的兩端面與軸承端面的軸向間隙，應(yīng)考慮輥筒的熱膨脹，制造商的長(zhǎng)度公差，軸承間隙配合公差，輥筒轉(zhuǎn)時(shí)的必要間隙和輥筒端面的不垂直度等。
軸向間隙，
4.2.2 軸承強(qiáng)度計(jì)算
按最大單位壓力驗(yàn)算：
式中： ——軸承上最大壓力，；
——軸承上的最大支反力，；
——輥徑直徑，；
——輥徑支撐部分長(zhǎng)度，；
——軸襯的許用壓力，；
取
4.3 機(jī)架與壓蓋
開(kāi)煉機(jī)機(jī)架承受工作時(shí)的全部作用力，要求具有足夠的強(qiáng)度與剛度，耐中期振動(dòng)。其材料要求具有良好的鑄造性能，價(jià)格低廉以吸震抗壓能力，通過(guò)選用鑄鐵HT250或HT300。
4.3.1 機(jī)架與壓蓋的強(qiáng)度計(jì)算
(1) 機(jī)架的強(qiáng)度計(jì)算
機(jī)架的主要受力情況如圖：
為了簡(jiǎn)化計(jì)算，這里吧機(jī)架分離成立梁和橫梁兩部分。
① 立柱部分 受力如圖
為了簡(jiǎn)化計(jì)算，忽略輥筒的重量和齒輪等的作用
a. 立柱與壓蓋呈鉸鏈連接，在作用下產(chǎn)生反作用力，與方向相反。
b. 立柱與橫梁是一個(gè)整體，將端視為固定端，當(dāng)作用后產(chǎn)生反力,
與方向相反。為保證不變形，引起一個(gè)反彎矩,為順時(shí)針?lè)较颉?
c. 計(jì)算支反力和。
d. 計(jì)算彎矩
對(duì)于立柱A點(diǎn)的彎矩：
——截面處的彎矩：
——截面處的彎矩:
e. 計(jì)算應(yīng)力
式中：——截面模量：
——立柱的彎矩，或
——許用應(yīng)力，；
；
合格
② 機(jī)架底梁應(yīng)力計(jì)算 受力情況如圖
③
③ 底梁的彎矩：
③ 求合成彎矩：
在彎矩作用下產(chǎn)生的應(yīng)力為：
式中：——根據(jù)上訴計(jì)算彎矩后繪出彎矩圖，求得最大彎矩；
——截面模量；
；
所以
在立柱受力作用下，底梁同時(shí)受到拉力，其拉應(yīng)力為：
式中：——拉力，；
——截面面積，；
；
機(jī)架底梁的總應(yīng)力為：
合格
(2) 壓蓋的強(qiáng)度計(jì)算
壓蓋的危險(xiǎn)截面 如下圖的v-v所示，其應(yīng)力為：
；
式中；
；
；
；
；
；
；
；
(2) 安全系數(shù)與許用應(yīng)力
許用應(yīng)力
式中：——安全系數(shù)
① 機(jī)架安全系數(shù)：
；??；
式中：——安全因素系數(shù)，；
——計(jì)算系數(shù)，；
——載荷性質(zhì)系數(shù)，；
——應(yīng)力集中系數(shù)，；
所以
② 壓蓋的安全系數(shù)：
式中：——安全因素系數(shù)，
其余與機(jī)架相同：壓蓋HT20~40
4.4 調(diào)距裝置
開(kāi)煉機(jī)的調(diào)距范圍一般在之間，常用的調(diào)距裝置分為：手動(dòng)調(diào)距裝置、液壓調(diào)距裝置、電動(dòng)調(diào)距裝置。本設(shè)計(jì)采用手動(dòng)調(diào)距裝置，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，操作方便。
4.4.1 調(diào)距裝置的計(jì)算
(1) 螺桿強(qiáng)度的計(jì)算
機(jī)械式調(diào)距裝置的螺桿和螺母一般采用矩形或梯形單頭螺紋，為了是嚙合螺紋各圈受力均勻，螺紋工作圈數(shù)一般不大于10圈。
調(diào)距螺桿主要承受橫壓力的水平分力，其次是扭矩作用，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)采用手動(dòng)調(diào)距，故扭矩可忽略。
在驗(yàn)算調(diào)距螺桿的積壓強(qiáng)度時(shí)，其應(yīng)力為：
設(shè)計(jì)螺桿時(shí)，其直徑為：
式中：——個(gè)軸承上的最大橫壓力，；
——許用擠壓應(yīng)力，；
——螺桿材料的剪切系數(shù)，梯形或矩形螺紋的，取1.25；
——螺桿的螺紋內(nèi)徑，；
螺桿與螺母的受力均為變載荷，其許用積壓應(yīng)力為：
式中：——脈動(dòng)積壓疲勞極限；
鋼材的脈動(dòng)拉亞疲勞極限為：
而螺桿材料一般用，此時(shí)為：
(2) 安全系數(shù)：
4.4.2 螺桿螺紋的自鎖條件
其自鎖條件必須滿(mǎn)足；即，摩擦角要大于螺紋升角。通常：，為摩擦系數(shù)。鋼對(duì)青銅的，。螺紋升角一般取。
4.2.1 螺母臺(tái)肩的計(jì)算
螺母臺(tái)肩高度
式中：——一個(gè)軸承上的最大橫壓力，；
——螺母外胎直徑，；
——螺母外徑，；
——許用應(yīng)力，；
——脈動(dòng)彎曲疲勞極限，
鑄鐵HT200的
式中：——安全系數(shù)
——安全系數(shù)，取；
——計(jì)算系數(shù)，取；
——與的比值，??；
式中：——應(yīng)力集中系數(shù)，??；
4.5 輥溫調(diào)節(jié)裝置
開(kāi)煉機(jī)的平均功率一部分小號(hào)在傳動(dòng)裝置的摩擦損失上，約占平均功率的20%，向周?chē)諝馍⑹У臒崃考澳z料帶走的熱量約占平均功率的10%，其余70%平均功率轉(zhuǎn)化為熱量，由冷卻水道走。
4.5.1 實(shí)際冷卻水消耗的功率
由于一般取 (進(jìn)、出冷卻水溫差)，故冷卻水消耗量可近似計(jì)算為：
式中：——電機(jī)功率，
——冷卻水耗水量。
查表取 取
4.5.2 冷卻水管進(jìn)水總管直徑的計(jì)算
進(jìn)水總管的直徑
式中：——冷卻水耗水量；
——水的流速，取；
取。