组合式食品双螺杆挤出机的设计

双螺杆挤出机的螺杆设计（实用精典）杆分区：
双螺杆沿程压力分布和功能分区：
1加料段设计原则
加料器设计：
加料口形式：
加料口尺寸：
粉体加料：
挤出机输送能力：
2熔融段设计原则
挤出机越大，外加热所占比越小熔融区螺杆组合设计：
3排气段设计原则：
特种工程塑料需要侧排气口：4计量段设计原则：
计量段中熔体的流动：
熔体的输送与螺纹导程的关系：螺杆头的影响：
混合型螺杆头：
5螺杆组合设计的注意事项：防止损坏或磨损：
同向双螺杆的分离力：
不同元件产生的分离力比较：内向挤压力的产生：
螺杆组合-芯轴变形的补偿：芯轴的变形及磨损：
（来源：韧科技）。

对称啮合双螺杆式3D食品挤出机构的设计QIN Jia-jin;LIN Zhi【摘要】为解决3D食品打印机存在打印容量小、不能连续加料和挤出效率低等问题,提出一种新型对称啮合双螺杆式3D食品挤出机构.该机构采用双螺杆对称放置的结构方案,通过啮合双螺杆异向旋转的挤压作用力输送物料;利用ABAQUS有限元分析软件对部分关键挤出流道进行流动应力分析,验证方案设计的合理性;并搭建3D打印实验平台进行实验测试,实验结果表明该新型对称啮合双螺杆式3D食品挤出机构具有可连续打印、挤出量大和运行平稳等优点.【期刊名称】《装备制造技术》【年(卷),期】2018(000)010【总页数】4页(P48-50,84)【关键词】3D食品打印;对称啮合双螺杆挤出机构;ABAQUS有限元分析【作者】QIN Jia-jin;LIN Zhi【作者单位】;【正文语种】中文【中图分类】TH1223D食品打印技术是在3D打印技术发展的同时而产生的一种新兴食品制作加工技术[1]。

因堆积成型技术在食品打印行业中应用最广[2]，所以国内外基于堆积成型技术对3D食品打印机进行不同类型的研发。

全球第一款3D食品打印机“Foodini[3]”，由西班牙一家名为Natural Machines的创业公司研发[4]。

世界首台3D巧克力打印机由英国埃克塞特大学研究人员于2011年开发[5]，该打印机包含冷却系统和温控系统，每一层巧克力经过打印后再经历凝固过程。

美国宇航局于2013年研究开发了一款适合飞行携带的3D食品打印机[6]，此3D食品打印机设备占用空间非常小。

2015年，我国浙江大学等研究机构开发了一种活塞注射式3D食品打印笔，可打印巧克力等液态食材[7]。

以上3D食品打印机存在打印容量小（中途停机加料），挤出效率不高等问题。

为此，本文提出一种对称啮合双螺杆挤出机构，该机构可实现连续打印，无需中途停机加料；且通过采用双螺杆挤出方式，使其运行工作效率更高。

双螺杆挤出机螺杆组合原则
1.将螺杆的中心线设置在同一水平线上，以保持塑料柔软、挤出更容易。

2.螺杆的转速与头部的大小、材料厚度、减压比、抗拉强度、抗张强度和温度等有关。

3.螺杆箱体外面的尺寸要设计好，以便保持完整的紧密性和最佳的填充状态。

4.最大限度地节约颗粒粘性的材料。

5.螺杆尺寸应与箱体尺寸相符。

6.塑料挤出前，应对螺杆表面进行润滑。

7.对于塑料熔体粘性较大的挤出机，应尽量减小螺杆转速，减小螺杆头的大小，减小温度，并保持螺杆和箱体之间的紧密性。

8.加入黏性物质的挤出机应尽量减小挤出温度，以降低其粘性。

9.螺杆挤压构造应尽量减小挤出机的工作温度，以减小塑料的失重。

10.多个螺杆排列时，应考虑螺杆间的间距，设计出尽量紧密的结构和尽量大的填充度。

二、两支螺杆的组合原则
1.两支螺杆的螺距和外径相同。

2.尽量选择相同的料芯和外径，以降低机器受力的变化。

3.两杆之间的温度尽量均匀，以保证它们的转速相同，减少不需要的受力。

4.两支螺杆应以同样的长度设置，以保持塑料的平均性。

5.应保持螺杆的中心距离，以减少填料的压力，使挤出机的挤出更准确，更安全可靠。

6.尽量使两支螺杆的料芯相同，以减少塑料的挤压比例。

双螺杆挤出机的设计流程Designing a twin-screw extruder is a complex process that requires a deep understanding of materials, processing requirements, and mechanical engineering principles. 双螺杆挤出机的设计是一个复杂的过程，需要深刻理解材料、加工要求和机械工程原理。

The first step in the design process is to clearly define the specific requirements of the extrusion process. 设计的第一步是清晰地定义挤出过程的具体要求。

This involves understanding the properties of the material to be extruded, the desired output specifications, and any special processing needs.这涉及理解要挤出的材料的性质、所需的输出规格以及任何特殊的加工需求。

For example, different materials require different screw designs and configurations to achieve the desired extrusion results. 例如，不同的材料需要不同的螺杆设计和配置来实现所需的挤出结果。

Once the process requirements are clearly defined, the next step is to determine the specific design parameters for the twin-screw extruder. 一旦确定了工艺要求，下一步就是确定双螺杆挤出机的具体设计参数。

螺杆局部构型设计根据捏合同向双螺杆挤出过程一般由固体输送、熔融、熔体输送、混合、排气等区段组成，以及同向双螺杆是组合式，即整根螺杆是由完成不同功能的螺杆区段组合而成的特点，因而整根螺杆的组合应包括两方面：一是完成不同局部功能的各种螺杆区段（即局部构型）设计，二是针对整个挤出过程完成的任务，整根螺杆的组合设计。

这里先讨论螺杆的局部构型设计。

1.加料段：此处所指的加料段，是指第一（或主）加料口下方对着的螺杆区段。

对这一段的主要要求是能顺利地、多适应性地加入物料，包括能适应各种形状的粒料、低松密度的粉料、含有纤维状添加组分的物料的加入。

据此，大螺距、正向螺纹输送元件用在此处可获得最大的加料能力。

有资料推荐这一段也可采用加大螺槽深度的螺纹元件，可使其容积输送能力超过一般标准螺纹元件，因而也可获得较大的加料能力。

下图表示的为Berstorff公司的加料段螺杆槽深度的变化情况。

对于ZE-A系列，在给定的中心距下，果敢外径D 于螺杆的根径d的比值由ZE系列的D/d=1.24加大到1.43，其后来的ZE-R 系列其D/d=1.74，这比ZE型的体积增加了2.3倍。

2.用于压缩物料的螺杆局部结构：像单螺杆挤出过程一样，在固体输送段要将松散的粉状物料压实或提高粒状料在螺槽中的充满程度。

以利于促进物料的熔融、塑化，就要设置能实现这一要求的螺杆局部结构。

分段改变螺距，使螺距由大到小，这是当前流行的组合式双螺杆通常采用的方法。

应当指出，加工低松密度的粉状物料，在组合不同导程螺纹元件时一般不会出现什么问题；但若加入的是颗粒料，则相接螺纹元件导程的变化有时会导致挤出机过载，为此在设计相邻导程变化的程度时要考虑到这点阶跃式导程变化对充满度的影响3.用于熔融塑化的螺杆局部构型：熔融塑化给定聚合物的最佳螺杆构型取决于物料的比热容、熔点、熔体粘度以及聚合物在固体状态时粒子的大小。

用于熔融、塑化的局部螺杆构型设计的目标是在设定的温度下将固体物料均匀、快速熔融。

双螺杆挤出机球形食品原理
双螺杆挤出机是一种常用于食品加工领域的设备，它利用双螺杆的旋转来实现食品的挤出和成型。

与传统的单螺杆挤出机相比，双螺杆挤出机具有更高的挤出效率和更好的食品质量。

双螺杆挤出机的工作原理是通过两个相互啮合的螺杆将食品原料从进料口输送到出料口，并在输送过程中进行挤压和加热，最终将食品原料挤出成所需的球形形状。

食品原料被投放到双螺杆挤出机的进料口。

当螺杆开始旋转时，食品原料被螺杆的螺纹推送向前方。

由于双螺杆的螺距和螺纹角度设计合理，螺杆的旋转会使食品原料受到挤压和剪切力，从而使其逐渐变得柔软。

双螺杆挤出机还会对食品原料进行加热。

通过在机器内部设置的加热器，食品原料的温度逐渐升高，使其更易于挤出和成型。

加热还可以促进食品原料中的化学反应，改善食品的口感和营养价值。

随着螺杆的旋转，食品原料被推送到机器的出料口。

在出料口处，双螺杆挤出机通常配备有特殊的模具，可以将食品原料挤出成球形的形状。

模具的形状和大小可以根据需要进行调整，以生产不同规格和口感的食品产品。

双螺杆挤出机的球形食品制作过程中，还可以添加各种调味料、色素等辅助材料，以增加食品的口感和美观度。

这些辅助材料可以通
过特殊的装置加入到食品原料中，并在挤出过程中均匀分布，使得最终的球形食品具有丰富的口味和吸引人的外观。

总的来说，双螺杆挤出机通过双螺杆的旋转和挤压作用，将食品原料挤出成球形的形状。

它的工作原理简单而高效，可以广泛应用于食品加工行业，生产出各种美味可口的球形食品。

毕业设计-双螺杆挤出机开题报告（含全套CAD图纸）本科毕业设计(论文)开题报告学院,部,: 机械工程学院专业: 机械工程及自动化学生姓名: 班级: 学号指导教师姓名: 职称- 3 -题目:双螺杆塑料挤出机1. 双螺杆塑料挤出机设计概述1.1双螺杆塑料挤出机概述塑料挤出成型是在挤出机中通过加热、加压而使塑料以及熔融流动状态连续通过口模成型的方法，或简称为挤塑。

挤出成型是聚合物加工中出现较早的一门技术,在19世纪初已有使用。

挤出成型可加工的聚合物种类很多,制品更是多种多样,成型过程也有许多差异，比较常见的是以固体块状加料挤出制品的过程。

双螺杆塑料挤出机有主机，机头和辅机组成。

其中主机是核心部分，由传动系统，挤压系统，加热冷却系统，控制系统组成。

其挤出成型过程为:将颗粒状或粉状的固体物料加入到挤出机的料斗中,挤出机的料筒外面有加热器,通过热传导将加热器产生的热量传给料筒内的物料,温度上升,达到熔融温度。

机器运转,料筒内的螺杆转动,将物料向前输送,物料在运动过程中与料筒、螺杆以及物料与物料之间相互摩擦、剪切,产生大量的热,与热传导共同作用使加入的物料不断熔融,熔融的物料被连续、稳定地输送到具有一定形状的机头(或称口模)中。

通过口模后,处于流动状态的物料取近似口型的形状,再进入冷却定型装置,使物料一面固化,一面保持既定的形状,在牵引装置的作用下,使制品连续地前进,并获得最终的制品尺寸。

最后用切割的方法截断制品,以便储存和运输。

加料挤出系统整体方案设计- 4 -双螺杆挤出机有啮合型的，也有非啮合型的;啮合型的又分同向旋转的和异向旋转的;异向旋转啮合型双螺杆又有平行双螺杆挤出机和锥形双螺杆挤出机之分。

主要考虑的参数是双螺杆直径(Φ72MM)、中心距、长径比、螺杆转数范围、功耗、挤出量、螺杆轴向推力。

1.2 挤出系统设计1.2.1 螺杆设计(1)螺杆元件的设计根据实现功能的不同，可将螺杆元件分为输送元件(它由螺纹元件组成，可有不同的螺纹头数和导程)，剪切元件(主要是捏合盘及其组成)，混合元件(主要是齿形元件等)。

本科学生毕业设计双螺杆挤出机的结构设计系部名称：机电工程学院专业班级：学生姓名：指导教师：职称：The Graduation Design for Bachelor's Degree The structure design of twin screwextruderCandidate：Specialty：Class：Supervisor：摘要本篇毕业设计论文主要是双螺杆挤出机进行研究，从传动系统，挤出机的机构，加热冷却系统，控制系统方面进行研究。

双螺杆挤出机是通过电机将动力传给带轮，经过两级减速器减速，通过双联齿轮的变速传给螺杆。

为了满足变速范围的要求，采用的是普通电机变频无机调速。

此设计在传动比的分配，齿轮和轴的选择，带轮的选择，螺杆选择等方面进行了计算和研究。

从技术经济学的角度保证了造价的便宜。

关键词：双螺杆挤出机；控制系统；挤压系统；传动系统；加热冷却系统AbstractTwin-screw extruder is researched in this graduation paper ,from which is mainly about the transmission system, the organization of extruding machine, the heating and cooling system and the control system .The power of the twin-screw extruder is transferred to the screw rod by the band pulley first from the electrical machinery, then by two decelerating gears, and finally by the twin speed changing gear In order to meet the requirement of speed changing scope, the ordinary electrical machinery is used to change the frequency and speed. For the ease of disassembling, the cylinder is arranged in half type structure and divided into three sections to heat and cool. The solenoid valve and the sensor is applied to control the speed of the cooling water, which keeps the temperature in the working range. The paper has done some research and calculation in the velocity ratio assignment, the selection of gears, axes, band pulley, and screw rod, which makes the cost of the construction least from the point view of technical economics.Keywords：twin-screw extruder; control system; extrusion system; drive system; heating and cooling system目录摘要 (I)Abstract .................................................... I I 第1章绪论 (1)1.1挤出机的介绍 (1)1.2挤出机的现状及发展趋势 (1)1.3双螺杆挤出机的组成 (2)1.4双螺杆挤出机的主要技术参数 (2)第2章方案确定 (3)2.1设计的任务 (3)2.2方案的拟定及确定 (3)2.2.1整体方案的拟定 (3)2.2.2机筒和螺杆的材料 (4)2.2.3加热系统 (5)2.2.4冷却系统 (5)2.2.5传动系统 (5)第3章设计计算 (6)3.1电机选择及传动系统的设计 (6)3.1.1 设计参数 (6)3.1.2选取电机 (6)3.1.3传动系统设计 (6)3.1.4传动比的分配 (6)3.2各级齿轮齿数确定及校核 (7)3.2.1确定齿数时应注意的问题 (7)3.2.2输入轴上齿轮的设计 (7)3.2.3Ⅱ轴Ⅲ轴上一对齿轮的设计 (11)3.2.4计算输出轴上的小齿轮 (14)3.3轴的设计及校核 (18)3.3.1轴径的计算 (18)3.3.2轴的校核 (18)3.4V带传动设计 (21)3.5挤压系统设计 (23)3.5.1螺杆设计 (24)3.6冷却装置 (25)第4章电气控制 (26)第5章技术经济分析 (30)5.1技术经济分析的必要性 (30)5.2双螺杆挤出机的总体设计 (30)5.3双螺杆挤出机的使用要求与性能指标分析 (30)5.3.1总论 (30)5.3.2功能性要求 (31)5.3.3经济性要求 (31)总结 (34)参考文献 (35)致谢 (36)附录1 (37)附录2 (38)第1章绪论1.1挤出机的介绍视频挤压概括的说就是将食品物料置于挤压机的高温高压状态下，然后突然释放至常温常压，使物料内部结构和性质发生变化的过程。

任务书学院（部）：专业：中期报告开题报告说明：开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，此报告应在导师指导下，由学生填写，将作为毕业设计（论文）成绩考查的重要依据，经导师审查后签署意见生效。

摘要本文是关于工业用塑料聚合物双螺杆挤出机的设计。

在工业上和实验室中，单螺杆和双螺杆挤出机都应用极其普遍，是塑料加工设备的重要元部件之一。

作为工业中使用的双螺杆挤出机，在设计过程中，除了要求能够完成固体输送、增压、熔融、熔体输送和泵压等一系列通用过程以外，还要求涉及到复合塑料与聚合物颗粒之间的混合，以及物料喂料量的控制。

物料喂料量的控制则是通过控制主螺杆及其辅助喂料螺杆的转速来完成的。

同时，双螺杆挤出机具有分布混合和分散混合效果良好、自洁作用较强、可实现高速运转、产量高等特点，特别适合聚合物的改性，如共混、填料、增强及反应挤出。

有利于增加挤出机的挤出产量，提高塑化质量。

关键词：双螺杆挤出机；塑料；同向啮合ABSTRACTThis paper is about the design of plastic polymer single-screw extruder that used in industry.The single-screw extruder is extensively used in the fields of industry and experiment,and it is one of the important units of polymer processing equipment.As a single-screw extruder used in industry,it requires to complete a series of general process such as transportation of solid,increase of pressure,melt,transportation of melt.Besides,it refers to mix the composite plastics and polymer grain,and the control of the material feed quantity.These are the innovations in this design.On the base of the design of common single-screw extruder,i increased two auxiliary feed screws which are used to transportate materials of composite plastics and used it to mix kinds of plastics.The control of the quantity of material feed is done by the control of the chief screw and the speed of auxiliary feed screws.Meanwhile,i used twin wedge-shaped thread section in the design of screw thread section.This is good to increase the outcome of the extruder, and to improve the quality of plasticity comparing with common tectangular thread section.Keyword: Single-screw Extruder; plastics; Industry目录第1章绪论 (1)1.1 塑料挤出成型概述 (1)1.2 塑料挤出成型设备的组成 (1)1.3 挤出机的分类 (2)1.3.1 分类方法 (2)1.3.2 各挤出机的结构特点及用途 (2)1.4 设计类型的确定 (3)第2章同向啮合双螺杆挤出机 (4)2.1 同向啮合双螺杆挤出机工作原理及其特性 (4)2.2 同向啮合双螺杆挤出机的主要技术参数和规格 (4)第3章同向啮合双螺杆挤出机主要零部件的设计 (7)3.1 主螺杆的设计 (7)3.1.1 螺杆的基本尺寸初步确定 (7)3.1.2 螺杆材料的选择 (8)3.1.3 螺杆设计计算 (8)3.1.4 螺杆的强度校核与计算 (11)3.1.5 螺杆的技术要求 (13)3.1.6 螺杆传动系统及止推轴承布置设计 (13)3.2 机筒的设计 (14)3.2.1 机筒的结构类型选择及特性 (14)3.2.2 机筒的结构尺寸设计 (15)3.2.3 机筒的材料选择 (15)3.3 螺杆与机筒的配合要求 (16)3.3.1 螺杆与机筒的配合间隙 (16)3.3.2 螺杆与机筒的对中性 (17)3.4 送料螺杆的设计 (17)3.5 分流板及过滤网 (18)3.5.1 分流板 (18)3.5.2过滤网 (18)3.6 料斗的设计 (19)3.7 挤出机电机的选择 (19)3.8 传动系统的设计 (19)3.8.1 传动方案的确定 (19)3.8.2 齿轮参数 (20)3.8.3 齿轮轴的确定 (26)3.8.4 轴承寿命校核 (38)3.8.5 键的校核 (39)3.8.6 箱体的设计 (41)第4章双螺杆挤出机辅助系统设计 (43)4.1 定量给料系统 (43)4.2 恒温系统 (43)4.3 真空排气系统 (43)4.4 电气控制系统 (43)4.4.1 直流调速系统 (44)4.4.2 加热控制系统 (44)结论 (46)参考文献 (47)致谢 (48)充值后就可以下载此设计说明书（不包含CAD图纸）。

螺杆局部构型设计依据捏合同向双螺杆挤出过程一般由固体输送、熔融、熔体输送、混淆、排气等区段构成，以及同向双螺杆是组合式，即整根螺杆是由达成不一样功能的螺杆区段组合而成的特色，因此整根螺杆的组合应包含双方面：一是达成不一样局部功能的各样螺杆区段（即局部构型）设计，二是针对整个挤出过程达成的任务，整根螺杆的组合设计。

这里先议论螺杆的局部构型设计。

1.加料段：此地方指的加料段，是指第一（或主）加料口下方对着的螺杆区段。

对这一段的主要要求是能顺利地、多适应性地加入物料，包含能适应各样形状的粒料、低松密度的粉料、含有纤维状增添组分的物料的加入。

据此，大螺距、正向螺纹输送元件用在此处可获取最大的加料能力。

有资料介绍这一段也可采纳加大螺槽深度的螺纹元件，可使其容积输送能力超出一般标准螺纹元件，因此也可获取较大的加料能力。

下列图表示的为 Berstorff 企业的加料段螺杆槽深度的变化状况。

关于 ZE-A 系列，在给定的中心距下，勇敢外径 D 于螺杆的根径 d 的比值由 ZE 系列的 D/d=1.24 加大到 1.43，以后来的 ZE-R 系列其 D/d=1.74，这比ZE 型的体积增添了 2.3 倍。

2.用于压缩物料的螺杆局部构造：像单螺杆挤出过程同样，在固体输送段要将松懈的粉状物料压实或提升粒状料在螺槽中的充满程度。

以利于促使物料的熔融、塑化，就要设置能实现这一要求的螺杆局部构造。

分段改变螺距，使螺距由大到小，这是目前流行的组合式双螺杆往常采纳的方法。

应当指出，加工低松密度的粉状物料，在组合不一样导程螺纹元件时一般不会出现什么问题；但若加入的是颗粒料，则相接螺纹元件导程的变化有时会致使挤出机过载，为此在设计相邻导程变化的程度时要考虑到这点阶跃式导程变化对充满度的影响3.用于熔融塑化的螺杆局部构型：熔融塑化给定聚合物的最正确螺杆构型取决于物料的比热容、熔点、熔体粘度以及聚合物在固体状态时粒子的大小。

用于熔融、塑化的局部螺杆构型设计的目标是在设定的温度下将固体物料平均、迅速熔融。