差速雙螺杆捏合機的製作方法

2023-05-30 00:56:56 1

專利名稱：差速雙螺杆捏合機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種捏合設備，尤其是用於石油、化工、橡膠、塑料、製藥、食品等 行業可對高黏度物料進行攪拌、捏合、塑化、自清理作用的差速雙螺杆轉子及包含這種轉 子的捏合混煉裝置。
背景技術：
石油、化工、橡膠、塑料、製藥、食品等工業中經常涉及到對高黏度流體進行混合、 剪切及塑化等混煉作用，捏合機是對高黏度流體進行混合、剪切及塑化作用的一種重要設 備。傳統的捏合設備是利用一密閉的反應釜，反應釜外接物料輸入輸出設備。這種捏合機 不僅體積笨重、佔用空間多、效率低，且不能連續作業。1997年《合成纖維工業》登載的 《雙螺杆捏合機及其捏合段設計》，採用等速等外圓的一對螺杆轉子螺旋副進行工作，該 捏合機工作時物料必須填充在有效的容積內物料才能推進，加工易結塊的物料時螺旋軸功 率會大幅度增加。中國專利文獻CN00244986.2中提供一種差速雙螺杆捏合機，該捏合機的雙螺杆螺旋 軸上的螺旋副頭數比為4:1，差速雙螺杆螺旋副由多個螺旋葉片單元連貫而成，葉片單元 與葉片單元間留有間隙，在每個螺旋軸上的葉片單元間隙的相應位置上有伸入另一螺旋軸 上的葉片單元間隙的切刀，在每一個螺旋副葉片單元上有數個矩形空腔，從而實現對加工 物料的剪切、混合作用；該機構主要用於粉體工程。由於在每個葉片單元上存在數個矩形 空腔，很難實現對物料的完全自清理作用，用於熔融的高黏度聚合物流體時輸送、塑化效 果也不理想。2006年12月由楊濤等人發表在《重慶大學(自然科學版)》第29巻12期上的《差速窄間 隙捏合機螺杆齒形及刀具設計》對差速雙螺杆進行研究，該文設計的捏合機陰陽轉子螺旋 副端面型線曲線由圓弧及圓弧包絡線組成，利用圓弧及圓弧包絡線作為捏合機陰陽轉子螺 旋副端面型線曲線其輸送、剪切效果不理想。實用新型內容本實用新型目的是針對上述現有技術不足，提供一種差速雙螺杆捏合機，該捏合機可 對高黏度物料進行捏合、塑化、混合、輸送、自清理於一體，可連續工作，具有良好的性 能效果。
為實現上述實用新型目的，其技術方案是本實用新型包括電機1、聯軸器2、差速齒輪箱3、加料器4、加熱裝置7、端蓋9 和ll、軸承8和12、 "~"字形套筒6、支架10以及一對軸線平行、逆向旋轉、外圓直徑 相等、頭數不等的陰陽轉子5;陰陽轉子5端面上分別建立螺旋副型線直角坐標系^0/>7以 及&Om、，兩個直角坐標系坐標原點o,、 分別建立在對應軸線迴轉中心位置，陰陽轉 子的橫軸^、 ^方向相反，陰陽轉子坐標系的縱軸:v,、人同向；^軸與^軸平行，距離 為^;陰陽轉子螺旋副中陽轉子5-2頭數^=1，陰轉子5-l頭數Z,與陽轉子5-2頭數Zm存在如下關係Z,/^-W， M為自然數；陰轉子5-l每個頭的端面型線由若干段曲線依次連接而成，陽轉子5-2的端面型線由其對應的若干段曲線依次連接而成，陰陽轉子5每個頭 的端面型線的曲線均由圓弧、點、擺線組成。陰陽轉子螺旋副參數方程如下 -jc/0cosr, -力oSinT,力=xo/ sin it, + y0/ cosr, (0 s /丄,) (1) 'y加=^ 0sinrm +:VmoCOSrm(0"^M/ZJ (2)~加 ,m 加 。、力。為陰轉子5-l端面型線曲線坐標；^為參變數，表示陰轉子端面型線曲線從起始位置繞Z,軸轉過的角度；^為陰轉子螺旋副導程；L為陰轉子螺旋副長度；^為陰轉子螺旋副螺旋參數，力-^/2^r; &。、 3U為陽轉子5-2端面型線曲線坐標；;為參變數，表示陽轉子端面型線曲線從起始位置繞Zm軸轉過的角度；^為陰轉子螺旋副導程；;^為陰轉子螺旋副螺旋參數，/^-i^/h;經理論分析與結構分析，本實用新型與現有技術相比，具有以下技術效果 在相同的陰陽轉子頭數Z,、 Z ，頂圓半徑i u,螺杆導程^、 ^以及陰陽轉子長度L 條件下，單位時間內輸送高黏度物料產量較高，同時具有良好的混合效果以及很強的剪切 及捏合能力；陰轉子(5-l)螺頂部分與陽轉子(5-2)螺槽底部由於差速的存在使得陰陽轉子5可獲得較高的輥壓能力。

圖1是差速雙螺杆捏合機結構示意圖；圖2是差速雙螺杆捏合機頭數比為4:1雙螺杆轉子螺旋副型線設計圖； 圖3是實施例1中頭數比為4:1的雙螺杆轉子螺旋副；圖4是實施例1中安裝於"~"字形套筒頭數比為4:1的雙螺杆轉子螺旋副前視圖； 圖5是實施例1中安裝於字形套筒頭數比為4:1的雙螺杆轉子螺旋副俯視圖； 圖6是圖5中A-A向剖視圖； 圖7是圖6中B-B向剖視圖。圖8是差速雙螺杆捏合機頭數比為5:1雙螺杆轉子螺旋副型線設計圖； 圖9是實施例2中頭數比為5:1的差速雙螺杆轉子螺旋副；圖IO是實施例2中安裝於"co"字形套筒頭數比為5:1的雙螺杆轉子螺旋副前視圖； 圖11是實施例2中安裝於"~"字形套筒頭數比為5:1的雙螺杆轉子螺旋副俯視圖； 圖12是圖11中C-C向剖視圖； 圖13是圖12中D-D向剖視圖。圖中l.電機，2.聯軸器，3.差速齒輪箱，4.加料器，5.陰陽轉子螺旋副，6."8"字形套 筒，7.加熱裝置，8.軸承，9.端蓋，IO.支架，11.端蓋，12.軸承。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。圖1是差速雙螺杆捏合機整機結構示意圖。電機1通過聯軸器2與差速齒輪箱3聯接， 差速齒輪箱3具有兩根輸出軸，輸出軸的轉速比等於陰陽轉子齒數比，同步差速齒輪箱3 通過聯軸器與差速雙螺杆捏合機的陰陽轉子螺旋副聯接，從而實現陰陽轉子螺旋副的差速 運動；4為差速雙螺杆捏合機的加料器，物料通過加料器4進入捏合機後通過裝入 字形套筒6的差速雙螺杆螺旋副5實現混合、剪切、塑化以及輸送作用；"m"字形套筒 6的外圍安裝有加熱裝置7;電機1、差速齒輪箱3、 "~"字形套筒6安裝於支架10上， 陰陽轉子兩端分別通過軸承8、 12及端蓋9、 11與套筒6相聯。實施例1為採用陰陽轉子頭數比為4:1的雙螺杆轉子螺旋副的差速雙螺杆捏合機。差 速雙螺杆捏合機陰陽轉子螺旋副中陰轉子5-l每個頭的端面型線由W、 6c、 a/、 &、 e/五 段曲線依次連接而成，陽轉子5-2端面型線由fl7 '、 6'c'、 c'd'、 d'e'、 e'/'五段曲線依次 連接而成，陰陽轉子螺旋副端面型線參數方程如下 ①陰轉子5-l端面型線參數方程a) .陰轉子5-lfl&、 e/段曲線參數方程陰轉子5-lflfc段曲線為陰轉子5-1頂圓半徑i 。的一段圓弧，參數方程為formula see original document page 6&ft、 ^為陰轉子5-l端面型線W段曲線坐標； W。為陰轉子5-l頂圓半徑；^為陰轉子5-l端面型線fl6段曲線坐標與橫軸 夾角，單位弧度； ",為陰轉子5-l端面型線W段曲線參數區間右端點，按(7)式求得； 陰轉子5-le/段曲線為陰轉子5-1頂圓半徑i 。的一段圓弧曲線，參數方程為 ~=i aCOSMe/ , "、 "、formula see original document page 6~、 3V為陰轉子5-l端面型線e/段曲線坐標； 為陰轉子5-l端面型線e/段曲線坐標與橫軸;c,夾角，單位弧度； "2為陰轉子5-1端面型線e/段曲線參數區間左端點，按C7)式求得；b) .陰轉子5-l&c、 ^段曲線為兩點，&點坐標為(&0 111，/ 。511110， de點坐標為 (i a cosK2，i a sinw2);c) .陰轉子5-lcrf段曲線為一段擺線，由陽轉子5-2頂圓半徑c'rf'點的運動軌跡形成，參數方程為formula see original document page 6陰轉子5-1轉角-與參數"w的關係式少= cd - arcsin(6)式(5)(6)中^d、 3^為陰轉子5-l端面型線e/段曲線坐標； ^為陰陽轉子5安裝中心距；;為陰轉子5-l與陽轉子5-2角速度之比，；-^/Z,， Z,為陰轉子5-l頭數，Z^為 陽轉子5-2頭數，係數克加-/加+1;
為陽轉子5-2頂圓半徑c點運動時與橫軸、夾角； M/1、 "/2分別為陰轉子5-10/段曲線參數區間左右端點，按如下方法求得-d段曲線的首尾端點c點及d點在陰轉子5-1頂圓上，c點及d點到陰轉子5-1圓心o,的距離為i 。，由此得到關於"^的一個超越方程，解此方程得到關於"。,的兩個根""、"/2; 解得""、"/2後代入^段曲線參數方程(5)，求得該段曲線首尾端點c點及d點坐標formula see original document page 7按下式求得formula see original document page 7②陽轉子5-2端面型線參數方程formula see original document page 7陽轉子5-2fl'6'段曲線是一段以/l-i 。為半徑的一段圓弧，參數方程為 formula see original document page 7式(8)中、凡v為陽轉子5-2端面型線a '&'段曲線坐標； "",為陽轉子5-2端面型線fl'6'段曲線坐標與橫軸&夾角，單位弧度； ^為陽轉子5-2與陰轉子5-l角速度之比，,m/b) .陽轉子5-2e'廠段曲線是一段以^-i a為半徑的一段圓弧，參數方程為式(9)中formula see original document page 7為陽轉子5-2端面型線e'/'段曲線坐標； "^,為陽轉子5-2端面型線e'/'段曲線坐標與橫軸;^夾角，單位弧度；c) .陽轉子5-2c'tT為一點，坐標為(i 。,0);d) .陽轉子5-26'c'段曲線為一段擺線，由陰轉子5-l&c點在陽轉子5-l上的運動軌跡 形成，參數方程為formula see original document page 7陽轉角5-2-與參數^,￡,的關係式formula see original document page 7W為陽轉子5-2端面型線'C'段曲線坐標；
(11)"^為陰轉子5-l頂圓半徑6c點運動時與橫軸 夾角；單位弧度； /m/為陰轉子5-1與陽轉子5-2角速度比Q = Z, /Z^ ，係數^ =/m/ +1;(fl力)是陰轉子5-l端面型線fcc點的坐標，其中a-i 。cos"p 6=i 。sinMl; "ml為陽轉子5-2端面型線參數區間右端點，按如下方法求得&'(:'段曲線端點^點在陽轉子5-2頂圓半徑上，c'點到陽轉子5-2坐標系中心 的距 離為i 。，由此得到關於參數"^方程，解此方程求得方程的根"^ ;e).陽轉子5-2rfV段曲線為一擺線，由陰轉子5-l端面型線上de點在陽轉子5-2上的 運動軌跡形成，參數方程為陽轉子5-2轉角^與參數"a,的關係式formula see original document page 8 (12)formula see original document page 8(13)式(12)(13)中&v 、 >W為陽轉子5-2端面型線d 'e'段曲線坐標； ""為陰轉子5-l頂圓半徑&點運動時與橫軸;c,夾角；單位弧度； (c^)是陰轉子5-l&段曲線點的坐標，其中c-i 。cosrv rf=/ asinM2。 " 2按如下方法求得t/V段曲線端點rf'點在陽轉子5-2頂圓半徑上，d'點到陽轉子5-2坐標系中心 的距 離為i 。，得到關於參數" 2的方程，解此方程得到方程的根" 2;陽轉子5-2a7)'段與6'c'段曲線、rf'e'段與e'/'段曲線要求光滑連續。實施例l中設計參數為陰陽轉子5的頭數分別為陰轉子5-l為Z,-4，陽轉子5-2為A = 1 ，頂圓半徑尺。=60/W/M ，安裝中心距^ - 95mm ，陰轉子5-1螺旋副導程~ - 400/n/n ，陽轉子5-2螺旋副導程^ =100附附及陰陽轉子螺旋副長度￡ =800/nm ，根據圖2陰陽轉子螺旋副端面型線設計圖，得到圖3至圖7所示頭數比為4:1的陰陽轉子螺旋副。圖3中，陰轉子5-l&c段、^段曲線為兩點，fcc段點與陽轉子5-2&'c'段曲線相對應， 由此實現對加工物料進行較好的剪切、捏合作用，在6c點處除了實現對物料的剪切、捏合 功能外，&段形成的螺旋線還擔負著對陽轉子5-2上6'￡:'段曲線形成的螺旋面上物料的自 清理作用。陽轉子5-2cW'點形成的螺旋線與陰轉子5-loi段曲線形成的螺旋曲面發揮同 樣的作用。圖6中，陰轉子5-l與陽轉子5-2在嚙合區存在較大的開放區域5-3，在此區域，物料 可得到較為充分的混合作用。 圖7中，在工作時，陰轉子5-l"段曲線形成的螺旋面與陽轉子5-2aV段曲線形成 的螺旋面相配合，陰轉子5-le/段曲線形成的螺旋面與陽轉子5-2e'廠段曲線形成的螺旋 面相配合，陰轉子5-l&段、e/段以及陽轉子5-2fl'&'段、e'/'段端面型線為一段圓弧， 輥壓功能主要通過陰轉子5-1稜頂部與陽轉子5-2螺槽底部輥壓作用實現，工作時等同於 兩段不等速的圓柱對物料進行輥壓作用。實施例2為採用陰陽轉子頭數比為5:1的雙螺杆轉子螺旋副的差速雙螺杆捏合機。實 施例2中採用與實施例1相同的端面型線，其不同的設計參數為陰陽轉子5的頭數分別 為陰轉子5-1為Z, = 5 ，陽轉子5-2為Z^ =1,頂圓半徑i 。 =60m/n ，安裝中心距X = 95m/n ， 陰轉子5-1螺旋副導程L, ，陽轉子5-2螺旋副導程Z^ =100附附及陰陽轉子螺旋副長度Z^1000m/n，根據圖8陰陽轉子端面型線設計圖，得到圖9至圖13所示頭數比為5:1 的陰陽轉子螺旋副。圖9中，陰轉子5-16c段、rfe段曲線為兩點，foc段點與陽轉子5-2&'c'段曲線相對應， 由此實現對加工物料進行較好的剪切、捏合作用，在&點處除了實現對物料的剪切、捏合 功能外，&段形成的螺旋線還擔負著對陽轉子5-2上6'￡:'段曲線形成的螺旋面上物料的自 清理作用。陽轉子5-2cVT點形成的螺旋線與陰轉子5-lcrf段曲線形成的螺旋曲面發揮同 樣的作用圖12中，陰轉子5-l與陽轉子5-2在嚙合區存在較大的開放區域5-3，在此區域，物 料可得到較為充分的混合作用。圖13中，在工作時，陰轉子5-la6段曲線形成的螺旋面與陽轉子5-2a'6'段曲線形成 的螺旋面相配合，陰轉子5-le/段曲線形成的螺旋面與陽轉子5-2e'/'段曲線形成的螺旋 面相配合，陰轉子5-lW段、e/段以及陽轉子5-2fl'&'段、e'/'段端面型線為一段圓弧， 輥壓功能主要通過陰轉子5-1稜頂部與陽轉子5-2螺槽底部輥壓作用實現，工作時等同於 兩段不等速的圓柱對物料進行輥壓作用。
權利要求1. 一種差速雙螺杆捏合機，包括電機(1)、聯軸器(2)、差速齒輪箱(3)、加料器(4)、加熱裝置(7)、端蓋(8，11)、軸承(9，12)、「∞」字形套筒(6)、支架(10)以及一對軸線平行、逆向旋轉、外圓直徑相等、頭數不等的陰陽轉子(5)，其特徵在於所述的陰陽轉子(5)中陰轉子(5-1)每個頭的端面型線由若干段曲線依次連接而成，陽轉子(5-2)端面型線由對應的若干段曲線依次連接而成，陰陽轉子螺旋副每個頭的端面型線曲線均由圓弧、點、擺線組成。
2. 根據權利要求1所述的差速雙螺杆捏合機，其特徵在於在陰陽轉子(5)端面上分別建 立螺旋副型線的直角坐標系^ y,以及^^:^，兩個直角坐標系的坐標原點0/、 ^分別 建立在對應軸線的迴轉中心位置，陰陽袖子(5)的橫軸 、；^方向相反，陰陽轉子(5)的縱 軸"、L同向；^軸與^軸平行，距離為^4;陰陽轉子螺旋副的參數方程如下formula see original document page 2式(1)(2)中 。、"。為陰轉子(5-l)端面型線曲線坐標；r,為參變數，表示陰轉子(5-l)端面型線曲線從起始位置繞Z,軸轉過的角度；^為陰轉子螺旋副導程；L為陰轉子螺旋副長度；^為陰轉子螺旋副螺旋參數，力-^/2^; &fl、 ^。為陽轉子(5-2)端面型線曲線坐標；^為參變數，表示陽轉子(5-2)端面型線曲線從起始位置繞^軸轉過的角度；^為陰轉子螺旋副導程；&為陰轉子螺旋副螺旋參數，；7m /2/r 。
3. 根據權利要求1和2所述的差速雙螺杆捏合機，其特徵在於陰陽轉子螺旋副中的 陽轉子(5-2)頭數Z^1，陰轉子(5-l)頭數Z,與陽轉子(5-2)頭數Z^存在如下關係 Z,/Z^-"， w為自然數。
專利摘要差速雙螺杆捏合機，包括電機(1)、聯軸器(2)、差速齒輪箱(3)、加料器(4)、加熱裝置(7)、端蓋(8，11)、軸承(9，12)、「∞」字形套筒(6)、支架(10)以及一對軸線平行、逆向旋轉、外圓直徑相等、頭數不等的陰陽轉子(5)，其特徵在於所述的陰陽轉子(5)中陰轉子(5-1)每個頭的端面型線由若干段曲線依次連接而成，陽轉子(5-2)端面型線由對應若干段曲線依次連接而成，陰陽轉子螺旋副每個頭端面型線曲線均由圓弧、點、擺線組成。陽轉子(5-2)頭數Zm＝1，陰轉子(5-1)頭數Zf與陽轉子(5-2)頭數Zm存在如下關係Zf/Zm＝n，n為自然數；本捏合機在對高黏度物料具有較高的輸送、混合、塑化效果以及很強的剪切捏合能力。
文檔編號B01F7/08GK201079735SQ20072012482
公開日2008年7月2日 申請日期2007年7月27日 優先權日2007年7月27日
發明者張光輝, 靜 魏 申請人:重慶大學