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目 錄
前 言 1
一、文獻綜述 2
二 、主要參數的確定 9
2.1 橫壓力的確定 9
2.1.1 臨界角 9
2.1.2 橫壓力的計算 9
2.2 驅動效率 10
2.3 生產能力 10
三、傳動系統(tǒng) 13
3.1 電動機 13
3.2 減速器 13
3.3 驅動齒輪 13
3.3.1 確定公式中各計算數值 14
3.3.2 計算許用接觸應力 14
3.3.3 計算： 15
3.3.4 齒輪主要幾何參數的確定 16
3.4 速比齒輪 17
3.4.1 按齒面接觸疲勞強度進行初步設計 18
3.4.2 齒輪主要幾何參數 21
四、主要零部件的設計 22
4.1 輥筒 22
4.1.1 輥筒材料 22
4.1.2 機構形狀與各部分尺寸 22
4.1.3 輥筒的受力分析 23
4.1.4 輥筒的強度計算 25
4.2 輥筒軸承 29
4.2.1 滑動軸承的結構 29
4.2.2 軸承強度計算 30
4.3 機架與壓蓋 32
4.3.1 機架與壓蓋的強度計算 32
4.4 調距裝置 38
4.4.1 調距裝置的計算 38
4.4.2 螺桿螺紋的自鎖條件 39
4.5 輥溫調節(jié)裝置 39
4.5.1 實際冷卻水消耗的功率 41
4.5.2 冷卻水管進水總管直徑的計算 41
前 言
開放式煉膠機的發(fā)展回顧和展望
已有100多年歷史的開煉機，目前仍然是國內外橡膠企業(yè)使用的主要煉膠設備之一，雖然其主機結構無多少變化，但其附屬結構卻在日新月異地不斷改變更新，例如橡膠設置的使用和不斷改進，是開煉機逐漸像自動化程方向發(fā)展，這些變化，使其在技術水平和性能方面均得到了改進和提高。這樣開煉機不但沒有被密煉機所取代或淘汰，相反還在不斷發(fā)展。開煉機不但在一般橡膠企業(yè)里大有市場，就是在輪胎生產中也還占有相當的份額。由于輪胎制造的需要，目前開煉機的規(guī)格已經達到了710*2200（2540），前輥線速度達40m/min，只惦記驅動功率增至280kw，而且有單電機驅動，雙單機驅動和直流電機無限調速等多種驅動方式，另有單機和雙機聯動兩種結構形式。輥筒表面形狀有光面和溝槽面兩種類型。溝槽面輥筒的溝槽斷面形狀、大小、分布形式和與軸線的角度有多種多樣，可根據工藝需要而定。對于輥面溫度控制要求較高者，多采用鉆孔結構。輥筒的支承用滾動軸承取代銅瓦滑動軸承和尼龍滑動軸承。利用滾動軸承作為輥筒支承，具有高效、節(jié)能的優(yōu)點。輥筒調距由手動、電動發(fā)展到液壓調距。液壓調距的控制系統(tǒng)由壓力傳感器、位移傳感器、PLC和觸摸屏等組成，可用它作精確調距，設定值與實際值的誤差在0.2mm以內。
一、文獻綜述
煉膠設備是橡膠工業(yè)中的通用設備，在所有橡膠制品加工中都必須經過煉膠加工工序。因此，煉膠設備是橡膠機械中重要的設備之一。目前的煉膠設備主要有開煉機、密煉機（間歇式生產，目前通用），連續(xù)混煉擠出機（連續(xù)式生產，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，混煉車間是整個行業(yè)的核心，是橡膠工廠最重要的部門，也是能源消耗大戶，占全廠40%，也是目前重點節(jié)能的部門或工序之一。它包括烘箱、切膠機、開煉機、密煉機及其輔機。近年來，國外橡膠工業(yè)有了迅速的發(fā)展，不僅在各個加工技術方面有相當的進步，而且設備方面有很大的發(fā)展，廣泛地應用電子計算機管理和控制煉膠作業(yè)，大大地提高了煉膠系統(tǒng)地自動化水平，同時也引起了煉膠系統(tǒng)的變化。
???多年來，國外對煉膠系統(tǒng)的技術改革實踐證明：首先改革煉膠機及其裝置，并使之現代化，以取得較高的勞動生產率、較高的效率和煉膠作業(yè)最佳化，才能真正實現煉膠系統(tǒng)技
術創(chuàng)新。經過多年的改革，當代煉膠系統(tǒng)尤其是輪胎廠的煉膠系統(tǒng)已發(fā)展成自動化水平較高的工程系統(tǒng)。
一、用途
開煉機主要用于：
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，它還廣泛應用于塑料加工和油漆顏料工業(yè)生產中。
從目前來看，開煉機的用途還是很廣泛的，現在在許多方面用密煉機可以代替，但開煉機仍有實際意義。
1.在中、小型廠是必備的設備。因為密煉機的投資大，而且密煉機的用途不如開煉機的廣泛。
2.某些對熱敏性強的混煉膠可避免早期硫化，而便于散熱，必須用開煉機混煉。
3.某些生產廠家混煉各種不同顏色的膠料，只用開煉機便于清洗。
4.特殊用途橡膠，如丁腈加強膠
開煉機基本結構
???開煉機主要由輥筒、軸承、機架、壓蓋、傳動裝置、調距裝置、潤滑系統(tǒng)、輥溫調節(jié)裝置和緊急制動裝置等組成（見下圖）。開煉機雖然大小不同，但其基本結構都是大同小異的。
下面我們要了解幾種不同結構的開煉機
1、 老 式傳 動 開 煉 機???????? ?2、新 型 傳 動
3、雙電機傳動式開煉機???????????????4、帶翻膠裝置開煉機
開煉機的工作原理
開煉機為什么能夠把高彈性的生膠轉變?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？這是因為開煉機在煉膠過程中主要是依靠兩個相對回轉的輥筒對膠料產生擠壓、剪切作用，經過多次捏煉，以及捏煉過程中伴隨的化學作用，將橡膠內部的大分子鏈打斷，使膠料內部的各種成分摻和均勻，而最后達到煉膠的目的。從輥筒間隙中排除的膠片，由于兩個輥筒表面速度和溫度的差異而包覆在一個輥筒上，重新返回兩輥間，這樣多次往復，完成煉膠作用。在塑煉時促使橡膠的分子鏈由長變短。彈性由大變?。辉诨鞜挄r促使膠料各組分表面不斷更新，均勻混合。在間歇操作的開煉機上，加料后膠料反復通過輥距數次，最后切割下片。如圖2－2所示。在用作連續(xù)操作的開煉機上，膠料從輥筒的一端連續(xù)的加入，按煉膠工藝規(guī)定的時間反復通過輥筒數次，從輥筒的另一端連續(xù)切割所要求膠條。
圖2－2?間歇煉膠過程圖
三、強化煉膠效果，必須具備四個條件
經過上面分析討論可知，要想完成煉膠操作及得到較好的煉膠效果，應實現下面四點：
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（線速度）不想等，以便對輥隙中的膠料進行強烈的擠壓和剪切；
3、煉膠時，需要切割翻膠，以破壞膠料的封閉回流線，加強物料的分散效果；
4、煉膠過程中不斷調整輥距，以改變速度梯度，提高煉膠效果。
技術特征
一、規(guī)格表示
開煉機的規(guī)格用“輥筒工作部分直徑×輥筒工作部分長度”來表示，如Φ550×1500，單位是毫米。我國部頒標準規(guī)定的表示方法是在輥筒直徑數字之前冠以漢語拼音符合，以表示機臺的用途。由于國產密煉機以成系列，且絕大部分前后輥筒直徑相同，因此，國家標準規(guī)定了長徑比，一般只用輥筒直徑表示。如
XK－400：X表示橡膠，K表示開煉機，400表示輥筒直徑；SK－400：S表示塑料，K表示開煉機，400表示輥筒直徑；X（S）K－400：X（S）表示橡膠塑料通用，K表示開煉機，400表示輥筒直徑。
對于一些特殊用途的專用開煉機，還要增加一個符合，如
XKP－400：其中P表示破膠機；XKA－400：其中A表示熱煉機。
二、技術特征
機臺的技術特征是我們比較關心的，因為我們在進行廠房設計時，機臺的技術特征就顯得比較重要，技術特征主要表明機器的性能參數，有些可在產品總目錄及樣本上查到，較詳細的應找說明書。
對開煉機來講，技術特征應包括：輥速、速比、功率、煉膠容量、輥距調整范圍以及外形安裝尺寸和傳動方式等。國產煉膠機的規(guī)格與技術特征見下表。
煉膠機規(guī)格
（mm）
速比
前輥線速度?（m/min）
主電機功率?（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
32
28
26
24
19
17
10
可調
115
95
75
55
40
28
5.5
5.5
150
45～70
2000公斤/時
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
實驗用
實驗用
主要技術參數
開煉機的主要技術參數確定是進行該設備設計的重要工作，有必要對開煉機的幾個重要參數進行認真地討論。
輥筒工作表面的直徑與長度
輥筒是開煉機的主要工作零件。它的工作表面直徑和長度是表示設備規(guī)格和生產能力的重要參數之一。
目前，開煉機的輥筒工作表面直徑和長度已由國家進行了標準化。
D???，L???,加工能力???，產量?Q??，
當D一定，L??，輥筒變形???，撓度??，安全性??。
對開煉機來講，主要用于膠料的粗加工，橫壓力變大，因此，在輥筒設計時，必須保證足夠的強度和剛度。
輥筒的輥距
定義:兩輥筒表面的最小距離稱之為輥距。單位用mm,me表示。
一、輥筒回轉速度
1、定義：輥筒回轉速度，常以輥筒表面的線速度V（m/min）來表示，或以輥筒的轉速（1/rad)來表示。
二、速比f
1、定義：開煉機輥筒的速比即是主動輥（后輥）與其被動（前輥）筒的線速度之比。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速度，單位m/min。
從實踐中知道，增加速度梯度，膠料所受的剪切作用加強，能夠強化煉膠，提高煉膠效果，對提高質量是有利的，但速度梯度增加過大，由于剪切作用強，摩擦生熱快，膠料溫度T也隨之上升，這樣，膠料粘度下降，對提高煉膠質量不利。所以速度梯度不能取很大，也不能取的過小，據一般資料介紹，對于膠料的塑煉、混煉一般取=7500/min左右為最佳。
實際操作可根據工藝要求，在不致產生焦燒的情況下，可短時間內減小輥距。開煉機的速度梯度規(guī)定如下：
用途
計算速度梯度的輥距e
梯度值
塑煉、混煉、熱煉、壓片
3mm
1500~2200/min
?
試驗用小規(guī)格開煉機用
1500/min
?
生產用大規(guī)格開煉機用
2200/min
破碎、粉碎
1.5(破碎)、2（粉碎）
7500/min
傳動功率
傳動電機功率是開煉機傳動設計的一個主要依據。
1、要求：
（1）啟動力矩要大；
（2）轉速要恒定；
（3）可以正反轉；
（4）有耐超負荷的特性；
（5）封閉性能要好。
2、電機選擇：
根據上述要求，一般選用Y、YR三相異步電動機。
生產能力
定義：單位時間內開煉機的產量稱為開煉機的生產能力。以公斤/小時表示。
?傳動系統(tǒng)
一、傳動型式
開煉機的傳動系統(tǒng)的設計主要包括電動機、減速器、驅動齒輪和速比齒輪的選擇與布置。傳動系統(tǒng)設計直接影響開煉機的整體布置、結構型式、占地面積、加工制造和使用維護。為此，設計時要給予充分的重視。
開煉機的傳動型式頗多，大體上按下述方法分類：
開煉機工作時負荷變動較大，又考慮到有時需要負載啟動?；鞜捙c壓片時粉狀配合劑飛揚易引起電動機短路，故對開煉機用電動機的要求是：
1．啟動扭矩要大；
2．具有超負荷特性，要求Mmax/M額定為2～2.5倍以上；
3．能夠正反轉動；
4．轉速要恒定；
5．制動性能要好；
6．混煉、壓片機電動機應采用封閉型。
近年來，國外開煉機有采用低速同步電動機直接驅動的。它的優(yōu)點是：功率因數高，不需配置減速器。它的缺點是：電動機成本高、體積大，操作與維護都不方便，故在國內產品中尚未采用。
參 考 文 獻
[1] 機械工程師手冊 第二版［S］ 機械工業(yè)出版社 288~305
[2] 成大先主編，機械設計手冊 第四版 第四卷［M］ 化學工業(yè)出版社出版2004：53~150，192~206．
[3] 楊順根主編，橡膠機械安裝 維護 保養(yǎng)和檢修［M］ 1999.1，化學工業(yè)出版社
[4] 濮良貴，紀名剛主編，機械設計（第七版）［M］ 2002.1，高等教育出版社
[5] 張美麟，閻華，張莉彥編，機械基礎課程設計［M］ 2001.12，化學工業(yè)出版社
二 、主要參數的確定
開煉機規(guī)格：
主要參數：1、輥距 取4mm
2、前后輥速比 f=1:1.27
3、前輥筒線速度 24.3m/min
4、主機功率 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
合力作用線與水平作用線的夾角 取
2.1.2 橫壓力的計算
a、 建立在經驗統(tǒng)計基礎上的橫壓力的計算
式中：
——總橫壓力，；
——計算系數，開煉機，=1.3—1.5；
——速比；
——后輥線速度，，，因此；
——兩輥筒的平均直徑，cm；
——輥筒指數，其值為；
——輥距，cm；
——輥筒工作部分長度，cm；
b、 建立膠料捏煉流體動力理論上的橫壓力計算
單位橫壓力
式中，——剪切計算系數 =17.0；
因此
c、 利用推薦值
橫壓力
2.2 驅動效率
由經驗公式計算：
式中：92——計算系數（天然橡膠）：
——輥筒工作部分長度，米
——輥筒的半徑，米
因此選擇的電機功率為55千瓦
選擇電機為Y280M-6 n=980轉分 電壓=380V
2.3 生產能力
一次容膠量升
生產能力
三、傳動系統(tǒng)
傳動系統(tǒng)的設計包括：電動機、減速器、驅動齒輪和速比齒輪的選擇與布置。
3.1 電動機
Y280M-6 n=980轉分
3.2 減速器
選擇標準減速器：ZLY160-9 I=12.64
3.3 驅動齒輪
齒輪材料的選額：
小齒輪材料為40鋼，經調質及表面淬火，齒面硬度為48—55HRC
大齒輪材料調質硬度為217—255HBS
后輥速度為24.3×1.27=30.86 m/min
選取小齒輪齒數為
按齒面接觸疲勞強度進行初步設計
設計公式：
3.3.1 確定公式中各計算數值
① 初選
② 計算小齒輪傳遞的轉矩
③ 齒寬系數
④ 查得
⑤ 查得材料的彈性影響系數
3.3.2 計算許用接觸應力
①
② 計算應力循環(huán)次數
③ 查得接觸疲勞壽命系數為
④ 計算接觸疲勞許用應力 取安全系數
，故取
3.3.3 計算：
取標準模數
(a) 按接觸強度校核
驗算公式：
(1) 計算小齒輪分度圓直徑
(2) 確定齒寬
取
(3) 計算圓周速度
(4) 計算
(5) 確定
(6) 驗算
因為與比較接近，故參數不用修正。
(b) 按齒根彎曲疲勞強度校核
校核公式：
(1) 確定公式中各數值
①
②
③ 計算
(2) 計算彎曲疲勞許用應力
取安全系數
(3) 校核齒根彎曲疲勞強度
所以，滿足強度要求
3.3.4 齒輪主要幾何參數的確定
(1) 基本參數：
(2) 分度圓直徑計算：
(3) 中心距計算：
(4) 齒寬：
3.4 速比齒輪
速比齒輪的速比。兩齒輪中心距，傳遞扭矩是再通過速比齒輪傳動的，當速比很小時，可以近似的認為：量輥筒扭矩相同。速比齒輪的扭矩之和即為大驅動齒輪扭矩
選：小齒輪：鋼調質及表面淬火。
大齒輪： 調質
?。?
取：
為滿足輥筒調整要求，大輥筒的開煉機速比齒輪應采用漸開線長齒輪其全高，齒頂高，齒根高。齒寬。否則，會由于輥距過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 按齒面接觸疲勞強度進行初步設計
設計公式：
(1) 確定公式中的各計算數值
初選
計算小齒輪傳遞的轉矩
選齒寬系數
查得
查得材料的彈性影響系數
(2) 計算許用接觸應力
①
② 計算應力循環(huán)次數
④ 查得接觸疲勞許用應力
取安全系數
因為 故取
(4) 計算
取標準模數
(a) 按接觸強度校核
驗算公式：
(1) 計算小齒輪分度圓直徑
(2) 確定齒寬取 取
(3) 計算圓周速度
(4) 計算
(5) 確定
(6) 驗算
因比較接近，故參數不用修正，滿足強度要求
(b) 按齒根彎曲疲勞強度計算中心
校核公式：
(1) 確定公式中的數值
①
②
③ 計算
(2) 計算彎曲疲勞許用應力
計算彎曲疲勞許用應力
取安全系數
(3) 校核齒根彎曲疲勞強度
所以滿足強度要求
3.4.2 齒輪主要幾何參數
(1) 基本參數
(2) 分度圓直接計算
(3) 中心距計算
(4) 齒寬
四、主要零部件的設計
4.1 輥筒
4.1.1 輥筒材料
輥筒是開煉機的主要工作零件，必須具有足夠的強度、硬度和導熱性能，其材料一般采用冷硬鑄鐵，這種鑄鐵表面堅硬，耐磨耐腐蝕，內部韌性好，強度大，易導熱，制造容易，造價低。
4.1.2 機構形狀與各部分尺寸
輥筒結構有兩種：一種為中空結構，另一種為圓周鉆孔結構。本設計采用中空結構。
輥筒各部分尺寸為：
輥筒工作部分長度：
輥筒內徑：
輥筒直徑：
輥筒長度：
輥筒傳動部分直徑：
輥筒傳動部分長度：
輥筒肩部直接：
圓角：
4.1.3 輥筒的受力分析
開煉機的輥筒工作時受較大的橫壓力、摩擦力、溫度應力、大小驅動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，輥筒要承受扭轉應力，可見輥筒實際上是受有彎曲和扭轉的復合應力。此外，輥筒的自重作用都必須給予考慮。由于輥筒內外溫度差而引起的溫度應力和冷硬鑄造產生的內應力都對輥筒強度有影響，在精確計算時都應考慮。但內應力計算困難，一般可在安全系數中考慮即可。
(1) 膠料對輥筒的橫壓力
式中： ——總橫壓力，
，——橫壓力的水平分力、垂直分力，
(2) 驅動齒輪的作用力
a. 大驅動齒輪的圓周作用力
式中：——作用在大驅動齒輪上的扭矩，
——大驅動齒輪的節(jié)圓直徑，
經電機、減速器、大驅動齒輪傳動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。
即 ，
但在煉膠過程中可初略認為：
圓周作用力的水平分力和垂直分力為：
式中： ——大小驅動齒輪軸線與垂直線偏移角 一般
取
b．徑向力：
式中： 為壓力角，取
(3) 速比齒輪的作用力
在煉膠時前輥筒的扭矩是通過速比齒輪傳動的，當速比很小時，可以近似認為兩輥筒的扭矩相等，速比齒輪的扭矩之和即為大驅動齒輪的扭矩
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 大驅動齒輪重
4.1.4 輥筒的強度計算
(1) 輥筒支反力的計算
a． 水平方向支反力
b． 垂直方向
c． 合成支反力
(2) 彎矩的計算
輥筒的受力分析情況如上圖：
輥筒的總橫壓力：
支點反力和為：
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，
，——軸承支點反力；
——輥筒工作部分長度；
——輥筒支點間的距離；
(3) 扭矩的計算：由后輥筒傳遞的全部扭矩
式中：——電機額定功率，
——后輥筒轉速，
——從電機至后滾筒的總傳動效率，
取
(4) 強度計算
輥筒工作時受有彎曲和扭矩聯合作用下的復合應力，根據力學中的強度理論，可按修正后的第二強度理論計算工作應力。
a．
式中：——泊松比，對鑄鐵；
——最大彎曲應力，；
——最大扭矩剪應力，；
b．
式中：——輥筒計算斷面最大彎應力，；
——輥筒計算斷面最大彎矩；
——抗彎斷面系數，；
式中：——輥筒工作部分外徑；
——輥筒工作部分內徑；
——內外徑比，；
c．
式中：——輥筒計算斷面最大扭矩，；
——抗扭斷面系數，；
所以
(5) 應力計算
開煉機煉膠過程中通過冷卻水冷卻時，對輥筒內表面的影響較大，需要進行溫度應力驗算。輥筒外表面受熱伸張打，產生壓應力，但輥筒承受能力大，對溫度的影響不大。輥筒內表面冷卻后，熱伸張少，產生拉應力，與彎矩產生的拉應力跌加，影響強度。
內層拉應力為：：
式中：——熱應力，
——由彎矩產生的應力，，；
；
式中：——輥筒工作部分外半徑，；
——輥筒工作部分內半徑，；
——膨脹系數，對于鑄鐵；
——彈性模量，對于鑄鐵；
——輥筒工作部分外表面的溫度，℃；
——輥筒工作部分內表面的溫度，℃；；
——泊松系數，對于鑄鐵，一般為℃，溫度太大時，熱應力也大，易引起輥筒斷裂，故冷卻時，必須在運轉中緩慢進行。
(6) 許用應力與安全系數
a． 輥筒的安全系數
式中：——安全因數系數，取(按停車事故考慮)；
——計算系數，取(按輥筒初略計算考慮)；
——載荷性質系數，；
——應力集中系數，鑄鐵輥筒??；
——截面系數，??；
——工藝系數，考慮冷硬層的影響，；
——質量驗收系數，單位檢查??；
從而得：
b. 許用應力
式中：——取。
4.2 輥筒軸承
開煉機輥筒軸承承受的負荷大，速度低，速度較高，本設計采用滑動軸承，其特點是結構簡單，制造方便，成本低。尼龍軸瓦用材料為填充MC尼龍。
本設計采用HT200。
4.2.1 滑動軸承的結構
軸承體的內孔直徑：
軸承體高度：
軸襯長度： ——輥徑長度
壁厚：
軸襯外徑： 取
——過盈系數，取
間隙選擇時應考慮：
軸頸與軸承的間隙要適當，間隙過大，影響精度和使用壽命。間隙過小，易卡住和發(fā)燒。設計時，間隙的選取在保證具有良好的潤滑條件下選擇小值。
(1) 軸頸的熱膨化
式中：——軸頸線膨脹系數；
——軸承最大工作溫度 ；
——室內溫度 ；
(2) 保證回轉間隙
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，由于溫度不高，該項可以不考慮。
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，應考慮輥筒的熱膨脹，制造商的長度公差，軸承間隙配合公差，輥筒轉時的必要間隙和輥筒端面的不垂直度等。
軸向間隙，
4.2.2 軸承強度計算
按最大單位壓力驗算：
式中： ——軸承上最大壓力，；
——軸承上的最大支反力，；
——輥徑直徑，；
——輥徑支撐部分長度，；
——軸襯的許用壓力，；
取
4.3 機架與壓蓋
開煉機機架承受工作時的全部作用力，要求具有足夠的強度與剛度，耐中期振動。其材料要求具有良好的鑄造性能，價格低廉以吸震抗壓能力，通過選用鑄鐵HT250或HT300。
4.3.1 機架與壓蓋的強度計算
(1) 機架的強度計算
機架的主要受力情況如圖：
為了簡化計算，這里吧機架分離成立梁和橫梁兩部分。
① 立柱部分 受力如圖
為了簡化計算，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，在作用下產生反作用力，與方向相反。
b. 立柱與橫梁是一個整體，將端視為固定端，當作用后產生反力,
與方向相反。為保證不變形，引起一個反彎矩,為順時針方向。
c. 計算支反力和。
d. 計算彎矩
對于立柱A點的彎矩：
——截面處的彎矩：
——截面處的彎矩:
e. 計算應力
式中：——截面模量：
——立柱的彎矩，或
——許用應力，；
；
合格
② 機架底梁應力計算 受力情況如圖
③
③ 底梁的彎矩：
④ 求合成彎矩：
在彎矩作用下產生的應力為：
式中：——根據上訴計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，底梁同時受到拉力，其拉應力為：
式中：——拉力，；
——截面面積，；
；
機架底梁的總應力為：
合格
(2) 壓蓋的強度計算
壓蓋的危險截面 如下圖的v-v所示，其應力為：
；
式中；
；
；
；
；
；
；
；
(2) 安全系數與許用應力
許用應力
式中：——安全系數
① 機架安全系數：
；??；
式中：——安全因素系數，；
——計算系數，；
——載荷性質系數，；
——應力集中系數，；
所以
② 壓蓋的安全系數：
式中：——安全因素系數，
其余與機架相同：壓蓋HT20~40
4.4 調距裝置
開煉機的調距范圍一般在之間，常用的調距裝置分為：手動調距裝置、液壓調距裝置、電動調距裝置。本設計采用手動調距裝置，其特點是結構簡單，工作可靠，操作方便。
4.4.1 調距裝置的計算
(1) 螺桿強度的計算
機械式調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，螺紋工作圈數一般不大于10圈。
調距螺桿主要承受橫壓力的水平分力，其次是扭矩作用，因為本設計采用手動調距，故扭矩可忽略。
在驗算調距螺桿的積壓強度時，其應力為：
設計螺桿時，其直徑為：
式中：——個軸承上的最大橫壓力，；
——許用擠壓應力，；
——螺桿材料的剪切系數，梯形或矩形螺紋的，取1.25；
——螺桿的螺紋內徑，；
螺桿與螺母的受力均為變載荷，其許用積壓應力為：
式中：——脈動積壓疲勞極限；
鋼材的脈動拉亞疲勞極限為：
而螺桿材料一般用，此時為：
(2) 安全系數：
式中：——安全因素系數，；
——計算系數，；
——載荷性質系數，；
——應力集中系數，；
；
許用擠壓應力為：
4.4.2 螺桿螺紋的自鎖條件
其自鎖條件必須滿足；即，摩擦角要大于螺紋升角。通常：，為摩擦系數。鋼對青銅的，。螺紋升角一般取。
4.4.3 螺母臺肩的計算
螺母臺肩高度
式中：——一個軸承上的最大橫壓力，；
——螺母外胎直徑，；
——螺母外徑，；
——許用應力，；
——脈動彎曲疲勞極限，
鑄鐵HT200的
式中：——安全系數
——安全系數，??；
——計算系數，??；
——與的比值，??；
式中：——應力集中系數，??；
取
4.5 輥溫調節(jié)裝置
開煉機的平均功率一部分小號在傳動裝置的摩擦損失上，約占平均功率的20%，向周圍空氣散失的熱量及膠料帶走的熱量約占平均功率的10%，其余70%平均功率轉化為熱量，由冷卻水道走。
4.5.1 實際冷卻水消耗的功率
由于一般取 (進、出冷卻水溫差)，故冷卻水消耗量可近似計算為：
式中：——電機功率，
——冷卻水耗水量。
查表取 取
4.5.2 冷卻水管進水總管直徑的計算
進水總管的直徑
式中：——冷卻水耗水量；
——水的流速，?。?
取。
50
目 錄
前 言 1
一、文獻綜述 2
二 、主要參數的確定 9
2.1 橫壓力的確定 9
2.1.1 臨界角 9
2.1.2 橫壓力的計算 9
2.2 驅動效率 10
2.3 生產能力 10
三、傳動系統(tǒng) 13
3.1 電動機 13
3.2 減速器 13
3.3 驅動齒輪 13
3.3.1 確定公式中各計算數值 14
3.3.2 計算許用接觸應力 14
3.3.3 計算： 15
3.3.4 齒輪主要幾何參數的確定 16
3.4 速比齒輪 17
3.4.1 按齒面接觸疲勞強度進行初步設計 18
3.4.2 齒輪主要幾何參數 21
四、主要零部件的設計 22
4.1 輥筒 22
4.1.1 輥筒材料 22
4.1.2 機構形狀與各部分尺寸 22
4.1.3 輥筒的受力分析 23
4.1.4 輥筒的強度計算 25
4.2 輥筒軸承 29
4.2.1 滑動軸承的結構 29
4.2.2 軸承強度計算 30
4.3 機架與壓蓋 32
4.3.1 機架與壓蓋的強度計算 32
4.4 調距裝置 38
4.4.1 調距裝置的計算 38
4.4.2 螺桿螺紋的自鎖條件 39
4.5 輥溫調節(jié)裝置 39
4.5.1 實際冷卻水消耗的功率 41
4.5.2 冷卻水管進水總管直徑的計算 41
前 言
開放式煉膠機的發(fā)展回顧和展望
已有100多年歷史的開煉機，目前仍然是國內外橡膠企業(yè)使用的主要煉膠設備之一，雖然其主機結構無多少變化，但其附屬結構卻在日新月異地不斷改變更新，例如橡膠設置的使用和不斷改進，是開煉機逐漸像自動化程方向發(fā)展，這些變化，使其在技術水平和性能方面均得到了改進和提高。這樣開煉機不但沒有被密煉機所取代或淘汰，相反還在不斷發(fā)展。開煉機不但在一般橡膠企業(yè)里大有市場，就是在輪胎生產中也還占有相當的份額。由于輪胎制造的需要，目前開煉機的規(guī)格已經達到了710*2200（2540），前輥線速度達40m/min，只惦記驅動功率增至280kw，而且有單電機驅動，雙單機驅動和直流電機無限調速等多種驅動方式，另有單機和雙機聯動兩種結構形式。輥筒表面形狀有光面和溝槽面兩種類型。溝槽面輥筒的溝槽斷面形狀、大小、分布形式和與軸線的角度有多種多樣，可根據工藝需要而定。對于輥面溫度控制要求較高者，多采用鉆孔結構。輥筒的支承用滾動軸承取代銅瓦滑動軸承和尼龍滑動軸承。利用滾動軸承作為輥筒支承，具有高效、節(jié)能的優(yōu)點。輥筒調距由手動、電動發(fā)展到液壓調距。液壓調距的控制系統(tǒng)由壓力傳感器、位移傳感器、PLC和觸摸屏等組成，可用它作精確調距，設定值與實際值的誤差在0.2mm以內。
一、文獻綜述
煉膠設備是橡膠工業(yè)中的通用設備，在所有橡膠制品加工中都必須經過煉膠加工工序。因此，煉膠設備是橡膠機械中重要的設備之一。目前的煉膠設備主要有開煉機、密煉機（間歇式生產，目前通用），連續(xù)混煉擠出機（連續(xù)式生產，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，混煉車間是整個行業(yè)的核心，是橡膠工廠最重要的部門，也是能源消耗大戶，占全廠40%，也是目前重點節(jié)能的部門或工序之一。它包括烘箱、切膠機、開煉機、密煉機及其輔機。近年來，國外橡膠工業(yè)有了迅速的發(fā)展，不僅在各個加工技術方面有相當的進步，而且設備方面有很大的發(fā)展，廣泛地應用電子計算機管理和控制煉膠作業(yè)，大大地提高了煉膠系統(tǒng)地自動化水平，同時也引起了煉膠系統(tǒng)的變化。
???多年來，國外對煉膠系統(tǒng)的技術改革實踐證明：首先改革煉膠機及其裝置，并使之現代化，以取得較高的勞動生產率、較高的效率和煉膠作業(yè)最佳化，才能真正實現煉膠系統(tǒng)技
術創(chuàng)新。經過多年的改革，當代煉膠系統(tǒng)尤其是輪胎廠的煉膠系統(tǒng)已發(fā)展成自動化水平較高的工程系統(tǒng)。
一、用途
開煉機主要用于：
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，它還廣泛應用于塑料加工和油漆顏料工業(yè)生產中。
從目前來看，開煉機的用途還是很廣泛的，現在在許多方面用密煉機可以代替，但開煉機仍有實際意義。
1.在中、小型廠是必備的設備。因為密煉機的投資大，而且密煉機的用途不如開煉機的廣泛。
2.某些對熱敏性強的混煉膠可避免早期硫化，而便于散熱，必須用開煉機混煉。
3.某些生產廠家混煉各種不同顏色的膠料，只用開煉機便于清洗。
4.特殊用途橡膠，如丁腈加強膠
開煉機基本結構
???開煉機主要由輥筒、軸承、機架、壓蓋、傳動裝置、調距裝置、潤滑系統(tǒng)、輥溫調節(jié)裝置和緊急制動裝置等組成（見下圖）。開煉機雖然大小不同，但其基本結構都是大同小異的。
下面我們要了解幾種不同結構的開煉機
1、 老 式傳 動 開 煉 機???????? ?2、新 型 傳 動
3、雙電機傳動式開煉機???????????????4、帶翻膠裝置開煉機
開煉機的工作原理
開煉機為什么能夠把高彈性的生膠轉變?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？這是因為開煉機在煉膠過程中主要是依靠兩個相對回轉的輥筒對膠料產生擠壓、剪切作用，經過多次捏煉，以及捏煉過程中伴隨的化學作用，將橡膠內部的大分子鏈打斷，使膠料內部的各種成分摻和均勻，而最后達到煉膠的目的。從輥筒間隙中排除的膠片，由于兩個輥筒表面速度和溫度的差異而包覆在一個輥筒上，重新返回兩輥間，這樣多次往復，完成煉膠作用。在塑煉時促使橡膠的分子鏈由長變短。彈性由大變小；在混煉時促使膠料各組分表面不斷更新，均勻混合。在間歇操作的開煉機上，加料后膠料反復通過輥距數次，最后切割下片。如圖2－2所示。在用作連續(xù)操作的開煉機上，膠料從輥筒的一端連續(xù)的加入，按煉膠工藝規(guī)定的時間反復通過輥筒數次，從輥筒的另一端連續(xù)切割所要求膠條。
圖2－2?間歇煉膠過程圖
三、強化煉膠效果，必須具備四個條件
經過上面分析討論可知，要想完成煉膠操作及得到較好的煉膠效果，應實現下面四點：
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（線速度）不想等，以便對輥隙中的膠料進行強烈的擠壓和剪切；
3、煉膠時，需要切割翻膠，以破壞膠料的封閉回流線，加強物料的分散效果；
4、煉膠過程中不斷調整輥距，以改變速度梯度，提高煉膠效果。
技術特征
一、規(guī)格表示
開煉機的規(guī)格用“輥筒工作部分直徑×輥筒工作部分長度”來表示，如Φ550×1500，單位是毫米。我國部頒標準規(guī)定的表示方法是在輥筒直徑數字之前冠以漢語拼音符合，以表示機臺的用途。由于國產密煉機以成系列，且絕大部分前后輥筒直徑相同，因此，國家標準規(guī)定了長徑比，一般只用輥筒直徑表示。如
XK－400：X表示橡膠，K表示開煉機，400表示輥筒直徑；SK－400：S表示塑料，K表示開煉機，400表示輥筒直徑；X（S）K－400：X（S）表示橡膠塑料通用，K表示開煉機，400表示輥筒直徑。
對于一些特殊用途的專用開煉機，還要增加一個符合，如
XKP－400：其中P表示破膠機；XKA－400：其中A表示熱煉機。
二、技術特征
機臺的技術特征是我們比較關心的，因為我們在進行廠房設計時，機臺的技術特征就顯得比較重要，技術特征主要表明機器的性能參數，有些可在產品總目錄及樣本上查到，較詳細的應找說明書。
對開煉機來講，技術特征應包括：輥速、速比、功率、煉膠容量、輥距調整范圍以及外形安裝尺寸和傳動方式等。國產煉膠機的規(guī)格與技術特征見下表。
煉膠機規(guī)格
（mm）
速比
前輥線速度?（m/min）
主電機功率?（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
32
28
26
24
19
17
10
可調
115
95
75
55
40
28
5.5
5.5
150
45～70
2000公斤/時
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
實驗用
實驗用
主要技術參數
開煉機的主要技術參數確定是進行該設備設計的重要工作，有必要對開煉機的幾個重要參數進行認真地討論。
輥筒工作表面的直徑與長度
輥筒是開煉機的主要工作零件。它的工作表面直徑和長度是表示設備規(guī)格和生產能力的重要參數之一。
目前，開煉機的輥筒工作表面直徑和長度已由國家進行了標準化。
D???，L???,加工能力???，產量?Q??，
當D一定，L??，輥筒變形???，撓度??，安全性??。
對開煉機來講，主要用于膠料的粗加工，橫壓力變大，因此，在輥筒設計時，必須保證足夠的強度和剛度。
輥筒的輥距
定義:兩輥筒表面的最小距離稱之為輥距。單位用mm,me表示。
一、輥筒回轉速度
1、定義：輥筒回轉速度，常以輥筒表面的線速度V（m/min）來表示，或以輥筒的轉速（1/rad)來表示。
二、速比f
1、定義：開煉機輥筒的速比即是主動輥（后輥）與其被動（前輥）筒的線速度之比。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速度，單位m/min。
從實踐中知道，增加速度梯度，膠料所受的剪切作用加強，能夠強化煉膠，提高煉膠效果，對提高質量是有利的，但速度梯度增加過大，由于剪切作用強，摩擦生熱快，膠料溫度T也隨之上升，這樣，膠料粘度下降，對提高煉膠質量不利。所以速度梯度不能取很大，也不能取的過小，據一般資料介紹，對于膠料的塑煉、混煉一般取=7500/min左右為最佳。
實際操作可根據工藝要求，在不致產生焦燒的情況下，可短時間內減小輥距。開煉機的速度梯度規(guī)定如下：
用途
計算速度梯度的輥距e
梯度值
塑煉、混煉、熱煉、壓片
3mm
1500~2200/min
?
試驗用小規(guī)格開煉機用
1500/min
?
生產用大規(guī)格開煉機用
2200/min
破碎、粉碎
1.5(破碎)、2（粉碎）
7500/min
傳動功率
傳動電機功率是開煉機傳動設計的一個主要依據。
1、要求：
（1）啟動力矩要大；
（2）轉速要恒定；
（3）可以正反轉；
（4）有耐超負荷的特性；
（5）封閉性能要好。
2、電機選擇：
根據上述要求，一般選用Y、YR三相異步電動機。
生產能力
定義：單位時間內開煉機的產量稱為開煉機的生產能力。以公斤/小時表示。
?傳動系統(tǒng)
一、傳動型式
開煉機的傳動系統(tǒng)的設計主要包括電動機、減速器、驅動齒輪和速比齒輪的選擇與布置。傳動系統(tǒng)設計直接影響開煉機的整體布置、結構型式、占地面積、加工制造和使用維護。為此，設計時要給予充分的重視。
開煉機的傳動型式頗多，大體上按下述方法分類：
開煉機工作時負荷變動較大，又考慮到有時需要負載啟動?；鞜捙c壓片時粉狀配合劑飛揚易引起電動機短路，故對開煉機用電動機的要求是：
1．啟動扭矩要大；
2．具有超負荷特性，要求Mmax/M額定為2～2.5倍以上；
3．能夠正反轉動；
4．轉速要恒定；
5．制動性能要好；
6．混煉、壓片機電動機應采用封閉型。
近年來，國外開煉機有采用低速同步電動機直接驅動的。它的優(yōu)點是：功率因數高，不需配置減速器。它的缺點是：電動機成本高、體積大，操作與維護都不方便，故在國內產品中尚未采用。
參 考 文 獻
[1] 機械工程師手冊 第二版［S］ 機械工業(yè)出版社 288~305
[2] 成大先主編，機械設計手冊 第四版 第四卷［M］ 化學工業(yè)出版社出版2004：53~150，192~206．
[3] 楊順根主編，橡膠機械安裝 維護 保養(yǎng)和檢修［M］ 1999.1，化學工業(yè)出版社
[4] 濮良貴，紀名剛主編，機械設計（第七版）［M］ 2002.1，高等教育出版社
[5] 張美麟，閻華，張莉彥編，機械基礎課程設計［M］ 2001.12，化學工業(yè)出版社
二 、主要參數的確定
開煉機規(guī)格：
主要參數：1、輥距 取4mm
2、前后輥速比 f=1:1.27
3、前輥筒線速度 24.3m/min
4、主機功率 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
合力作用線與水平作用線的夾角 取
2.1.2 橫壓力的計算
a、 建立在經驗統(tǒng)計基礎上的橫壓力的計算
式中：
——總橫壓力，；
——計算系數，開煉機，=1.3—1.5；
——速比；
——后輥線速度，，，因此；
——兩輥筒的平均直徑，cm；
——輥筒指數，其值為；
——輥距，cm；
——輥筒工作部分長度，cm；
b、 建立膠料捏煉流體動力理論上的橫壓力計算
單位橫壓力
式中，——剪切計算系數 =17.0；
因此
c、 利用推薦值
橫壓力
2.2 驅動效率
由經驗公式計算：
2.3 生產能力
一次容膠量升
生產能力
三、傳動系統(tǒng)
傳動系統(tǒng)的設計包括：電動機、減速器、驅動齒輪和速比齒輪的選擇與布置。
3.1 電動機
Y280M-6 n=980轉分
3.2 減速器
選擇標準減速器：ZLY160-9 I=12.64
3.3 驅動齒輪
齒輪材料的選額：
小齒輪材料為40鋼，經調質及表面淬火，齒面硬度為48—55HRC
大齒輪材料調質硬度為217—255HBS
后輥速度為24.3×1.27=30.86 m/min
選取小齒輪齒數為
按齒面接觸疲勞強度進行初步設計
設計公式：
3.3.1 確定公式中各計算數值
① 初選
② 計算小齒輪傳遞的轉矩
③ 齒寬系數
④ 查得
⑤ 查得材料的彈性影響系數
3.3.2 計算許用接觸應力
①
② 計算應力循環(huán)次數
③ 查得接觸疲勞壽命系數為
④ 計算接觸疲勞許用應力 取安全系數
，故取
3.3.3 計算：
取標準模數
(a) 按接觸強度校核
驗算公式：
(1) 計算小齒輪分度圓直徑
(2) 確定齒寬
取
(3) 計算圓周速度
(4) 計算
(5) 確定
(6) 驗算
因為與比較接近，故參數不用修正。
(b) 按齒根彎曲疲勞強度校核
校核公式：
(1) 確定公式中各數值
①
②
③ 計算
(2) 計算彎曲疲勞許用應力
取安全系數
(3) 強度
3.3.4 齒輪主要幾何參數的確定
(1) 基本參數：
(2) 分度圓直徑計算：
(3) 中心距計算：
(4) 齒寬：
3.4 速比齒輪
速比齒輪的速比。兩齒輪中心距，傳遞扭矩是再通過速比齒輪傳動的，當速比很小時，可以近似的認為：量輥筒扭矩相同。速比齒輪的扭矩之和即為大驅動齒輪扭矩
選：小齒輪：鋼調質及表面淬火。
大齒輪： 調質
?。?
取：
為滿足輥筒調整要求，大輥筒的開煉機速比齒輪應采用漸開線長齒輪其全高，齒頂高，齒根高。齒寬。否則，會由于輥距過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 按齒面接觸疲勞強度進行初步設計
設計公式：
(1) 確定公式中的各計算數值
初選
計算小齒輪傳遞的轉矩
選齒寬系數
查得
查得材料的彈性影響系數
(2) 計算許用接觸應力
①
② 計算應力循環(huán)次數
④ 查得接觸疲勞許用應力
取安全系數
因為 故取
(4) 計算
取標準模數
(a) 按接觸強度校核
驗算公式：
(1) 計算小齒輪分度圓直徑
(2) 確定齒寬取 取
(3) 計算圓周速度
(4) 計算
(5) 確定
(6) 驗算
因比較接近，故參數不用修正，滿足強度要求
(b) 按齒根彎曲疲勞強度計算中心
校核公式：
(1) 確定公式中的數值
①
②
③ 計算
(2) 計算彎曲疲勞許用應力
計算彎曲疲勞許用應力
取安全系數
(3) 校核齒根彎曲疲勞強度
所以滿足強度要求
3.4.2 齒輪主要幾何參數
(1) 基本參數
(2) 分度圓直接計算
(3) 中心距計算
(4) 齒寬
四、主要零部件的設計
4.1 輥筒
4.1.1 輥筒材料
輥筒是開煉機的主要工作零件，必須具有足夠的強度、硬度和導熱性能，其材料一般采用冷硬鑄鐵，這種鑄鐵表面堅硬，耐磨耐腐蝕，內部韌性好，強度大，易導熱，制造容易，造價低。
4.1.2 機構形狀與各部分尺寸
輥筒結構有兩種：一種為中空結構，另一種為圓周鉆孔結構。本設計采用中空結構。
輥筒各部分尺寸為：
輥筒工作部分長度：
輥筒內徑：
輥筒直徑：
輥筒長度：
輥筒傳動部分直徑：
輥筒傳動部分長度：
輥筒肩部直接：
圓角：
4.1.3 輥筒的受力分析
開煉機的輥筒工作時受較大的橫壓力、摩擦力、溫度應力、大小驅動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，輥筒要承受扭轉應力，可見輥筒實際上是受有彎曲和扭轉的復合應力。此外，輥筒的自重作用都必須給予考慮。由于輥筒內外溫度差而引起的溫度應力和冷硬鑄造產生的內應力都對輥筒強度有影響，在精確計算時都應考慮。但內應力計算困難，一般可在安全系數中考慮即可。
(1) 膠料對輥筒的橫壓力
式中： ——總橫壓力，
，——橫壓力的水平分力、垂直分力，
(2) 驅動齒輪的作用力
a. 大驅動齒輪的圓周作用力
式中：——作用在大驅動齒輪上的扭矩，
——大驅動齒輪的節(jié)圓直徑，
經電機、減速器、大驅動齒輪傳動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。
即 ，
但在煉膠過程中可初略認為：
圓周作用力的水平分力和垂直分力為：
式中：——大小驅動齒輪軸線與垂直線偏移角 一般
取
b．徑向力：
式中： 為壓力角，取
(3) 速比齒輪的作用力
在煉膠時前輥筒的扭矩是通過速比齒輪傳動的，當速比很小時，可以近似認為兩輥筒的扭矩相等，速比齒輪的扭矩之和即為大驅動齒輪的扭矩
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 輥筒的強度計算
(1) 輥筒支反力的計算
a． 水平方向支反力
b． 垂直方向
c． 合成支反力
(2) 彎矩的計算
輥筒的受力分析情況如上圖：
輥筒的總橫壓力：
支點反力和為：
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，
，——軸承支點反力；
——輥筒工作部分長度；
——輥筒支點間的距離；
(3) 扭矩的計算：由后輥筒傳遞的全部扭矩
式中：——電機額定功率，
——后輥筒轉速，
——從電機至后滾筒的總傳動效率，
取
(4) 強度計算
輥筒工作時受有彎曲和扭矩聯合作用下的復合應力，根據力學中的強度理論，可按修正后的第二強度理論計算工作應力。
a．
式中：——泊松比，對鑄鐵；
——最大彎曲應力，；
——最大扭矩剪應力，；
b．
式中：——輥筒計算斷面最大彎應力，；
——輥筒計算斷面最大彎矩；
——抗彎斷面系數，；
式中：——輥筒工作部分外徑；
——輥筒工作部分內徑；
——內外徑比，；
c．
式中：——輥筒計算斷面最大扭矩，；
——抗扭斷面系數，；
所以
(5) 應力計算
開煉機煉膠過程中通過冷卻水冷卻時，對輥筒內表面的影響較大，需要進行溫度應力驗算。輥筒外表面受熱伸張打，產生壓應力，但輥筒承受能力大，對溫度的影響不大。輥筒內表面冷卻后，熱伸張少，產生拉應力，與彎矩產生的拉應力跌加，影響強度。
內層拉應力為：：
式中：——熱應力，
——由彎矩產生的應力，，；
；
式中：——輥筒工作部分外半徑，；
——輥筒工作部分內半徑，；
——膨脹系數，對于鑄鐵；
——彈性模量，對于鑄鐵；
——輥筒工作部分外表面的溫度，℃；
——輥筒工作部分內表面的溫度，℃；；
——泊松系數，對于鑄鐵，一般為℃，溫度太大時，熱應力也大，易引起輥筒斷裂，故冷卻時，必須在運轉中緩慢進行。
(6) 許用應力與安全系數
a． 輥筒的安全系數
式中：——安全因數系數，取(按停車事故考慮)；
——計算系數，取(按輥筒初略計算考慮)；
——載荷性質系數，；
——應力集中系數，鑄鐵輥筒?。?
——截面系數，??；
——工藝系數，考慮冷硬層的影響，；
——質量驗收系數，單位檢查??；
從而得：
b. 許用應力
式中：——取。
4.2 輥筒軸承
開煉機輥筒軸承承受的負荷大，速度低，速度較高，本設計采用滑動軸承，其特點是結構簡單，制造方便，成本低。尼龍軸瓦用材料為填充MC尼龍。
本設計采用HT200。
4.2.1 滑動軸承的結構
軸承體的內孔直徑：
軸承體高度：
軸襯長度： ——輥徑長度
壁厚：
軸襯外徑： 取
——過盈系數，取
間隙選擇時應考慮：
軸頸與軸承的間隙要適當，間隙過大，影響精度和使用壽命。間隙過小，易卡住和發(fā)燒。設計時，間隙的選取在保證具有良好的潤滑條件下選擇小值。
(1) 軸頸的熱膨化
式中：——軸頸線膨脹系數；
——軸承最大工作溫度 ；
——室內溫度 ；
(2) 保證回轉間隙
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，由于溫度不高，該項可以不考慮。
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，應考慮輥筒的熱膨脹，制造商的長度公差，軸承間隙配合公差，輥筒轉時的必要間隙和輥筒端面的不垂直度等。
軸向間隙，
4.2.2 軸承強度計算
按最大單位壓力驗算：
式中： ——軸承上最大壓力，；
——軸承上的最大支反力，；
——輥徑直徑，；
——輥徑支撐部分長度，；
——軸襯的許用壓力，；
取
4.3 機架與壓蓋
開煉機機架承受工作時的全部作用力，要求具有足夠的強度與剛度，耐中期振動。其材料要求具有良好的鑄造性能，價格低廉以吸震抗壓能力，通過選用鑄鐵HT250或HT300。
4.3.1 機架與壓蓋的強度計算
(1) 機架的強度計算
機架的主要受力情況如圖：
為了簡化計算，這里吧機架分離成立梁和橫梁兩部分。
① 立柱部分 受力如圖
為了簡化計算，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，在作用下產生反作用力，與方向相反。
b. 立柱與橫梁是一個整體，將端視為固定端，當作用后產生反力,
與方向相反。為保證不變形，引起一個反彎矩,為順時針方向。
c. 計算支反力和。
d. 計算彎矩
對于立柱A點的彎矩：
——截面處的彎矩：
——截面處的彎矩:
e. 計算應力
式中：——截面模量：
——立柱的彎矩，或
——許用應力，；
；
合格
② 機架底梁應力計算 受力情況如圖
③
③ 底梁的彎矩：
③ 求合成彎矩：
在彎矩作用下產生的應力為：
式中：——根據上訴計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，底梁同時受到拉力，其拉應力為：
式中：——拉力，；
——截面面積，；
；
機架底梁的總應力為：
合格
(2) 壓蓋的強度計算
壓蓋的危險截面 如下圖的v-v所示，其應力為：
；
式中；
；
；
；
；
；
；
；
(2) 安全系數與許用應力
許用應力
式中：——安全系數
① 機架安全系數：
；取；
式中：——安全因素系數，；
——計算系數，；
——載荷性質系數，；
——應力集中系數，；
所以
② 壓蓋的安全系數：
式中：——安全因素系數，
其余與機架相同：壓蓋HT20~40
4.4 調距裝置
開煉機的調距范圍一般在之間，常用的調距裝置分為：手動調距裝置、液壓調距裝置、電動調距裝置。本設計采用手動調距裝置，其特點是結構簡單，工作可靠，操作方便。
4.4.1 調距裝置的計算
(1) 螺桿強度的計算
機械式調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，螺紋工作圈數一般不大于10圈。
調距螺桿主要承受橫壓力的水平分力，其次是扭矩作用，因為本設計采用手動調距，故扭矩可忽略。
在驗算調距螺桿的積壓強度時，其應力為：
設計螺桿時，其直徑為：
式中：——個軸承上的最大橫壓力，；
——許用擠壓應力，；
——螺桿材料的剪切系數，梯形或矩形螺紋的，取1.25；
——螺桿的螺紋內徑，；
螺桿與螺母的受力均為變載荷，其許用積壓應力為：
式中：——脈動積壓疲勞極限；
鋼材的脈動拉亞疲勞極限為：
而螺桿材料一般用，此時為：
(2) 安全系數：
4.4.2 螺桿螺紋的自鎖條件
其自鎖條件必須滿足；即，摩擦角要大于螺紋升角。通常：，為摩擦系數。鋼對青銅的，。螺紋升角一般取。
4.2.1 螺母臺肩的計算
螺母臺肩高度
式中：——一個軸承上的最大橫壓力，；
——螺母外胎直徑，；
——螺母外徑，；
——許用應力，；
——脈動彎曲疲勞極限，
鑄鐵HT200的
式中：——安全系數
——安全系數，?。?
——計算系數，??；
——與的比值，取；
式中：——應力集中系數，??；
4.5 輥溫調節(jié)裝置
開煉機的平均功率一部分小號在傳動裝置的摩擦損失上，約占平均功率的20%，向周圍空氣散失的熱量及膠料帶走的熱量約占平均功率的10%，其余70%平均功率轉化為熱量，由冷卻水道走。
4.5.1 實際冷卻水消耗的功率
由于一般取 (進、出冷卻水溫差)，故冷卻水消耗量可近似計算為：
式中：——電機功率，
——冷卻水耗水量。
查表取 取
4.5.2 冷卻水管進水總管直徑的計算
進水總管的直徑
式中：——冷卻水耗水量；
——水的流速，?。?
取。