橡膠傳遞式螺桿的研究設(shè)計(jì)

李　壯（頤中（濰坊）實(shí)業(yè)有限公司，山東　青州　262500）

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橡膠傳遞式螺桿的研究設(shè)計(jì)

李壯
（頤中（濰坊）實(shí)業(yè)有限公司，山東青州262500）

摘要：橡膠傳遞式螺桿除了具備擠出的傳統(tǒng)的功能之外，還兼具有強(qiáng)烈的混合和均化功能。本文介紹了橡膠傳遞式螺桿的成型原理、結(jié)構(gòu)組成、主要性能參數(shù)和指標(biāo)并且在講述橡膠傳遞式螺桿的擠出原理、基本結(jié)構(gòu)和有關(guān)專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行理論與實(shí)際相結(jié)合的深入分析，挑選出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，來提高橡膠傳遞式螺桿的設(shè)計(jì)水平，從而獲得更好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：傳遞式螺桿；擠出機(jī)；設(shè)計(jì)

1　緒論

橡膠傳遞式螺桿 這類螺桿具備了普通螺桿傳遞、壓縮、均化、擠出等傳統(tǒng)功能外，還兼具有比普通螺桿更強(qiáng)的混合和均化功能。混合性能要比常規(guī)的橡膠擠出機(jī)螺桿略勝一籌，結(jié)構(gòu)形式可根據(jù)不同材料進(jìn)行變化和選擇，優(yōu)越性很明顯，新型橡膠傳遞式螺桿將越來越實(shí)用和普遍。

2　橡膠傳遞式螺桿的設(shè)計(jì)

2.1橡膠傳遞式螺桿

橡膠傳遞式螺桿是橡膠擠出機(jī)擠壓系統(tǒng)中的主要零件。它的各部分幾何形狀的變化，直接影響螺桿的工作性能效果。對(duì)橡膠制品的產(chǎn)量和質(zhì)量，都有非常重大的影響。

2.1.1橡膠傳遞式螺桿的工作性能指標(biāo)評(píng)定

（1）比流量 這個(gè)比值大，說明這根螺桿的塑化能力強(qiáng)，比流量得單位為（kg/h）/（r/min）。

（2）通用性指螺桿能否適應(yīng)不同的橡膠，能在不同橡膠制品機(jī)頭阻力下正常工作。

（3）經(jīng)濟(jì)性制造機(jī)械加工比較容易和簡單，價(jià)格低廉，工作壽命較其他的擠出機(jī)長。

圖2-1　傳遞式擠出機(jī)螺桿圖2-2　螺紋斷面

2.1.2傳遞式螺桿方案的確定

介于本設(shè)計(jì)的加工的材料是橡膠，再加上螺桿的形狀為傳遞式螺桿，承受較大的壓力和扭矩，因此選用螺桿的制造材料為38CrMoAlA。

2.1.3傳遞式螺桿直徑的確定

螺桿直徑是螺桿結(jié)構(gòu)的基本參數(shù)，螺桿直徑的選擇應(yīng)綜合考慮擠出半制品的形狀、擠出斷面的大小、產(chǎn)量等。螺桿工作部分長度取決于擠出機(jī)的類別、用途、螺紋的結(jié)構(gòu)和功率消耗。

2.1.4傳遞式螺桿長徑比和長度的確定

傳遞式螺桿直徑的確定：螺桿長徑比10:1。螺桿的長徑比L/D指的是螺桿的有效長度L和螺桿的直徑D之比。

我國通常采用長徑比為10、15、（18）、20、（24）、25、28的擠出機(jī)，括號(hào)中的一般不在實(shí)際中使用。

本設(shè)計(jì)中螺桿的有效長度為：L=10D=600mm（D=60mm ）

橡膠傳遞式螺桿全長分為三部分，即加料段L1 、壓縮段L2和計(jì)量段L3，計(jì)量段有時(shí)也叫均化段。而從H1到H3那段長度。通常由我們來設(shè)計(jì)決定。

2.1.5螺槽深度的確定

熱喂料擠出機(jī)的長徑比一般為4-5，螺紋溝槽深度一般為0.25D。冷喂料擠出機(jī)螺桿的長徑比較大，有時(shí)高達(dá)20，螺紋溝槽深度較淺，一般為0.125～0.2D左右。

由于D=60mm，且H=0.125～0.2D則螺槽深度H=10mm。

2.1.6螺桿導(dǎo)程和升角的相關(guān)計(jì)算

螺紋導(dǎo)程設(shè)為S，當(dāng)S增大時(shí)，進(jìn)料容易，輸送膠料效率高，產(chǎn)量也高。S減小時(shí)，擠出機(jī)軸向壓力變大，那么，螺紋導(dǎo)程S=D×（0.6～1.5），為了保證加工螺桿的加工方便，對(duì)與等距螺桿可選擇取S=D。

螺紋導(dǎo)程和升角的有關(guān)公式 ：

小快遞企業(yè)只憑一臺(tái)車幾個(gè)人就成立了，這種小快遞一般接件后，由于沒有自己的快遞網(wǎng)絡(luò)仍要借助正規(guī)郵政快遞來解決，還有的干脆讓長途客車捎帶，可想而知這樣的服務(wù)對(duì)于快遞安全是沒有保障的，往往會(huì)在送件過程中發(fā)生問題。較正規(guī)的快遞企業(yè)均有“保價(jià)”業(yè)務(wù)，能夠履行合同，依法出具發(fā)票和提供詳細(xì)的賬單，也能夠明碼標(biāo)價(jià)，但收費(fèi)和賠償標(biāo)準(zhǔn)各不相同。而一些小的快遞公司雖然有工商執(zhí)照，但大都不懸掛，只是依靠電話聯(lián)系上門服務(wù)；收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)低，但大多沒有必要的硬件設(shè)施，經(jīng)營過程不規(guī)范，致使快件積壓的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，快遞物品的安全和時(shí)限都很難保正。

從理論生產(chǎn)率公式中可以得出結(jié)論：生產(chǎn)率和螺紋升角有一定的關(guān)系。將有關(guān)公式經(jīng)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，并對(duì)φ角求導(dǎo)數(shù)，并讓導(dǎo)數(shù)等于零，求得最佳螺紋升角為30。。而目前為了設(shè)計(jì)加工的方便，大多選取螺桿直徑等于螺距的方法，這時(shí)螺紋升角就等于。

2.1.7傳遞式螺桿螺峰的軸向?qū)挾鹊拇_定

在保證強(qiáng)度的前提下，螺峰的軸向?qū)挾冗x擇較小是有利于擠出機(jī)工作的。e=（0.06～0.15）D=8mm。

2.1.8傳遞式螺桿斷面形狀的確定

常見的螺紋斷面形狀圖 。在壓型擠出機(jī)中，多采用，螺紋斷面是矩形的。螺紋的推料表面與螺桿的根徑表面垂直，用小圓弧r1=（0.06～0.12）D這有利于膠料在螺紋溝槽內(nèi)產(chǎn)生橫流，促進(jìn)膠料均勻的混合與塑化，以防局部焦燒。

圖2-1　傳遞式擠出機(jī)螺桿圖2-2　螺紋斷面

鋸齒形螺紋多用于大型造粒機(jī)和螺桿塑煉機(jī)的螺桿上。螺紋背后面與螺桿軸所垂直的平面形成的夾角θ≤36°。

2.2傳遞式螺桿頭部形狀的確定

常見的螺桿頭部形狀如圖2-3平頭螺桿在螺桿端頭易產(chǎn)生死區(qū)，以很少采用。圖為國產(chǎn)擠出機(jī)螺桿頭部。

圖2-3　螺桿頭部形狀

2.2.1傳遞式螺桿轉(zhuǎn)速和喂料方式的確定

在無喂料輥?zhàn)杂晌沽系那闆r下，過高的轉(zhuǎn)速會(huì)使往進(jìn)料口時(shí)發(fā)生問題或困難，甚至膠料根本不能進(jìn)入機(jī)筒內(nèi)部。傳遞式螺桿不能進(jìn)料的臨界轉(zhuǎn)速，如下式：

式中 D----螺桿直徑，cm；

N-----傳遞式螺桿的臨界轉(zhuǎn)速，r/min；

螺桿的工作轉(zhuǎn)速n可在一定的范圍選取。

D---螺桿直徑，cm；

c----系數(shù)，熱喂料擠出機(jī)c=820，冷喂料機(jī)c=550，則N=70r/min。

冷喂料擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速與螺桿的長徑比有一定的關(guān)系。例如：φ200熱喂料擠出機(jī)，L/D=4.35，轉(zhuǎn)速n=20～30r/min； 冷喂料擠出機(jī)，L/D=12，轉(zhuǎn)速n=15.5～46.5r/min 。

圖2-4　傳遞式螺桿形狀

2.3橡膠傳遞式螺桿的強(qiáng)度校核

橡膠傳遞式螺桿在工作時(shí)承受來自膠料和其他部件的扭、壓、彎的聯(lián)合作用影響。傳遞式螺桿工作部分強(qiáng)度計(jì)算如下。

2.3.1螺桿工作時(shí)所受剪切應(yīng)力的校核

剪切應(yīng)力按下式計(jì)算：

式中 Nmax-電機(jī)的最大功率，—螺桿的最大轉(zhuǎn)速，r/min；

η—機(jī)械傳動(dòng)功率，取0.7～0.8。如圖2-5

圖2-5　螺桿受力分析

抗扭截面模量Wn（mm3）：

式中d1-螺桿螺紋小徑，mm；

α-直徑與螺紋根徑之比值。

抗扭截面模量Wn（mm3）：

Mn=9550000= 89.564MPa＜［τt］=240MPa故滿足切應(yīng)力的要求。

2.3.2螺桿工作時(shí)所受壓應(yīng)力的校核

有軸向反壓力引起的壓應(yīng)力σy在截面A-A處為最大，則；

式中σy—壓應(yīng)力，；P—軸向作用力，N；F—截面A-A處的截面積σ，mm2。直徑mm，螺桿的最小面積F=1256mm2，由于螺桿所用材料σB= 640MPa 由于＜ 640MPa，故螺桿滿足壓應(yīng)力的要求。

2.3.3螺桿工作時(shí)所受彎曲應(yīng)力的校核

Wmax—抗彎截面模量，

故螺桿的彎曲應(yīng)力滿足要求。

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DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.11.016