橡胶传递式螺杆的研究设计

李　壮（颐中（潍坊）实业有限公司，山东　青州　262500）



橡胶传递式螺杆的研究设计

李壮
（颐中（潍坊）实业有限公司，山东青州262500）

摘要：橡胶传递式螺杆除了具备挤出的传统的功能之外，还兼具有强烈的混合和均化功能。本文介绍了橡胶传递式螺杆的成型原理、结构组成、主要性能参数和指标并且在讲述橡胶传递式螺杆的挤出原理、基本结构和有关专业知识的基础上，进行理论与实际相结合的深入分析，挑选出最优的设计方案，来提高橡胶传递式螺杆的设计水平，从而获得更好的经济和社会效益。

关键词：传递式螺杆；挤出机；设计

1　绪论

橡胶传递式螺杆 这类螺杆具备了普通螺杆传递、压缩、均化、挤出等传统功能外，还兼具有比普通螺杆更强的混合和均化功能。混合性能要比常规的橡胶挤出机螺杆略胜一筹，结构形式可根据不同材料进行变化和选择，优越性很明显，新型橡胶传递式螺杆将越来越实用和普遍。

2　橡胶传递式螺杆的设计

2.1橡胶传递式螺杆

橡胶传递式螺杆是橡胶挤出机挤压系统中的主要零件。它的各部分几何形状的变化，直接影响螺杆的工作性能效果。对橡胶制品的产量和质量，都有非常重大的影响。

2.1.1橡胶传递式螺杆的工作性能指标评定

（1）比流量 这个比值大，说明这根螺杆的塑化能力强，比流量得单位为（kg/h）/（r/min）。

（2）通用性指螺杆能否适应不同的橡胶，能在不同橡胶制品机头阻力下正常工作。

（3）经济性制造机械加工比较容易和简单，价格低廉，工作寿命较其他的挤出机长。

图2-1　传递式挤出机螺杆图2-2　螺纹断面

2.1.2传递式螺杆方案的确定

介于本设计的加工的材料是橡胶，再加上螺杆的形状为传递式螺杆，承受较大的压力和扭矩，因此选用螺杆的制造材料为38CrMoAlA。

2.1.3传递式螺杆直径的确定

螺杆直径是螺杆结构的基本参数，螺杆直径的选择应综合考虑挤出半制品的形状、挤出断面的大小、产量等。螺杆工作部分长度取决于挤出机的类别、用途、螺纹的结构和功率消耗。

2.1.4传递式螺杆长径比和长度的确定

传递式螺杆直径的确定：螺杆长径比10:1。螺杆的长径比L/D指的是螺杆的有效长度L和螺杆的直径D之比。

我国通常采用长径比为10、15、（18）、20、（24）、25、28的挤出机，括号中的一般不在实际中使用。

本设计中螺杆的有效长度为：L=10D=600mm（D=60mm ）

橡胶传递式螺杆全长分为三部分，即加料段L1 、压缩段L2和计量段L3，计量段有时也叫均化段。而从H1到H3那段长度。通常由我们来设计决定。

2.1.5螺槽深度的确定

热喂料挤出机的长径比一般为4-5，螺纹沟槽深度一般为0.25D。冷喂料挤出机螺杆的长径比较大，有时高达20，螺纹沟槽深度较浅，一般为0.125～0.2D左右。

由于D=60mm，且H=0.125～0.2D则螺槽深度H=10mm。

2.1.6螺杆导程和升角的相关计算

螺纹导程设为S，当S增大时，进料容易，输送胶料效率高，产量也高。S减小时，挤出机轴向压力变大，那么，螺纹导程S=D×（0.6～1.5），为了保证加工螺杆的加工方便，对与等距螺杆可选择取S=D。

螺纹导程和升角的有关公式 ：

小快递企业只凭一台车几个人就成立了，这种小快递一般接件后，由于没有自己的快递网络仍要借助正规邮政快递来解决，还有的干脆让长途客车捎带，可想而知这样的服务对于快递安全是没有保障的，往往会在送件过程中发生问题。较正规的快递企业均有“保价”业务，能够履行合同，依法出具发票和提供详细的账单，也能够明码标价，但收费和赔偿标准各不相同。而一些小的快递公司虽然有工商执照，但大都不悬挂，只是依靠电话联系上门服务；收费标准低，但大多没有必要的硬件设施，经营过程不规范，致使快件积压的现象时有发生，快递物品的安全和时限都很难保正。

从理论生产率公式中可以得出结论：生产率和螺纹升角有一定的关系。将有关公式经数学推导，并对φ角求导数，并让导数等于零，求得最佳螺纹升角为30。。而目前为了设计加工的方便，大多选取螺杆直径等于螺距的方法，这时螺纹升角就等于。

2.1.7传递式螺杆螺峰的轴向宽度的确定

在保证强度的前提下，螺峰的轴向宽度选择较小是有利于挤出机工作的。e=（0.06～0.15）D=8mm。

2.1.8传递式螺杆断面形状的确定

常见的螺纹断面形状图 。在压型挤出机中，多采用，螺纹断面是矩形的。螺纹的推料表面与螺杆的根径表面垂直，用小圆弧r1=（0.06～0.12）D这有利于胶料在螺纹沟槽内产生横流，促进胶料均匀的混合与塑化，以防局部焦烧。

图2-1　传递式挤出机螺杆图2-2　螺纹断面

锯齿形螺纹多用于大型造粒机和螺杆塑炼机的螺杆上。螺纹背后面与螺杆轴所垂直的平面形成的夹角θ≤36°。

2.2传递式螺杆头部形状的确定

常见的螺杆头部形状如图2-3平头螺杆在螺杆端头易产生死区，以很少采用。图为国产挤出机螺杆头部。

图2-3　螺杆头部形状

2.2.1传递式螺杆转速和喂料方式的确定

在无喂料辊自由喂料的情况下，过高的转速会使往进料口时发生问题或困难，甚至胶料根本不能进入机筒内部。传递式螺杆不能进料的临界转速，如下式：

式中 D----螺杆直径，cm；

N-----传递式螺杆的临界转速，r/min；

螺杆的工作转速n可在一定的范围选取。

D---螺杆直径，cm；

c----系数，热喂料挤出机c=820，冷喂料机c=550，则N=70r/min。

冷喂料挤出机螺杆转速与螺杆的长径比有一定的关系。例如：φ200热喂料挤出机，L/D=4.35，转速n=20～30r/min； 冷喂料挤出机，L/D=12，转速n=15.5～46.5r/min 。

图2-4　传递式螺杆形状

2.3橡胶传递式螺杆的强度校核

橡胶传递式螺杆在工作时承受来自胶料和其他部件的扭、压、弯的联合作用影响。传递式螺杆工作部分强度计算如下。

2.3.1螺杆工作时所受剪切应力的校核

剪切应力按下式计算：

式中 Nmax-电机的最大功率，—螺杆的最大转速，r/min；

η—机械传动功率，取0.7～0.8。如图2-5

图2-5　螺杆受力分析

抗扭截面模量Wn（mm3）：

式中d1-螺杆螺纹小径，mm；

α-直径与螺纹根径之比值。

抗扭截面模量Wn（mm3）：

Mn=9550000= 89.564MPa＜［τt］=240MPa故满足切应力的要求。

2.3.2螺杆工作时所受压应力的校核

有轴向反压力引起的压应力σy在截面A-A处为最大，则；

式中σy—压应力，；P—轴向作用力，N；F—截面A-A处的截面积σ，mm2。直径mm，螺杆的最小面积F=1256mm2，由于螺杆所用材料σB= 640MPa 由于＜ 640MPa，故螺杆满足压应力的要求。

2.3.3螺杆工作时所受弯曲应力的校核

Wmax—抗弯截面模量，

故螺杆的弯曲应力满足要求。

参考文献：

［1］曹同坤，张卫峰，杨化林著.互换性与技术测量基础［M］.北京:国防工业出版社，2012（08）.

［2］陈国定，吴立言著.机械设计［M］.北京:高等教育出版社，2013（05）.

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［4］叶琳著.工程图学基础教程（第2版）［M］.北京:机械工业出版社，2004.

［5］机械设计手册编委会.机械设计手册［M］.北京:机械工业出版社，2004.

［6］吴宗泽.机械设计课程设计手册［M］.第三版.冶金工业出版社，2006.

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