橡膠傳遞式螺桿的研究設計

李　壯（頤中（濰坊）實業有限公司，山東　青州　262500）

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橡膠傳遞式螺桿的研究設計

李壯
（頤中（濰坊）實業有限公司，山東青州262500）

摘要：橡膠傳遞式螺桿除了具備擠出的傳統的功能之外，還兼具有強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、結構組成、主要性能參數和指標并且在講述橡膠傳遞式螺桿的擠出原理、基本結構和有關專業知識的基礎上，進行理論與實際相結合的深入分析，挑選出最優的設計方案，來提高橡膠傳遞式螺桿的設計水平，從而獲得更好的經濟和社會效益。

關鍵詞：傳遞式螺桿；擠出機；設計

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、擠出等傳統功能外，還兼具有比普通螺桿更強的混合和均化功能。混合性能要比常規的橡膠擠出機螺桿略勝一籌，結構形式可根據不同材料進行變化和選擇，優越性很明顯，新型橡膠傳遞式螺桿將越來越實用和普遍。

2　橡膠傳遞式螺桿的設計

2.1橡膠傳遞式螺桿

橡膠傳遞式螺桿是橡膠擠出機擠壓系統中的主要零件。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。對橡膠制品的產量和質量，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評定

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

（2）通用性指螺桿能否適應不同的橡膠，能在不同橡膠制品機頭阻力下正常工作。

（3）經濟性制造機械加工比較容易和簡單，價格低廉，工作壽命較其他的擠出機長。

圖2-1　傳遞式擠出機螺桿圖2-2　螺紋斷面

2.1.2傳遞式螺桿方案的確定

介于本設計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

螺桿直徑是螺桿結構的基本參數，螺桿直徑的選擇應綜合考慮擠出半制品的形狀、擠出斷面的大小、產量等。螺桿工作部分長度取決于擠出機的類別、用途、螺紋的結構和功率消耗。

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，括號中的一般不在實際中使用。

本設計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和計量段L3，計量段有時也叫均化段。而從H1到H3那段長度。通常由我們來設計決定。

2.1.5螺槽深度的確定

熱喂料擠出機的長徑比一般為4-5，螺紋溝槽深度一般為0.25D。冷喂料擠出機螺桿的長徑比較大，有時高達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螺桿導程和升角的相關計算

螺紋導程設為S，當S增大時，進料容易，輸送膠料效率高，產量也高。S減小時，擠出機軸向壓力變大，那么，螺紋導程S=D×（0.6～1.5），為了保證加工螺桿的加工方便，對與等距螺桿可選擇取S=D。

螺紋導程和升角的有關公式 ：

小快遞企業只憑一臺車幾個人就成立了，這種小快遞一般接件后，由于沒有自己的快遞網絡仍要借助正規郵政快遞來解決，還有的干脆讓長途客車捎帶，可想而知這樣的服務對于快遞安全是沒有保障的，往往會在送件過程中發生問題。較正規的快遞企業均有“保價”業務，能夠履行合同，依法出具發票和提供詳細的賬單，也能夠明碼標價，但收費和賠償標準各不相同。而一些小的快遞公司雖然有工商執照，但大都不懸掛，只是依靠電話聯系上門服務；收費標準低，但大多沒有必要的硬件設施，經營過程不規范，致使快件積壓的現象時有發生，快遞物品的安全和時限都很難保正。

從理論生產率公式中可以得出結論：生產率和螺紋升角有一定的關系。將有關公式經數學推導，并對φ角求導數，并讓導數等于零，求得最佳螺紋升角為30。。而目前為了設計加工的方便，大多選取螺桿直徑等于螺距的方法，這時螺紋升角就等于。

2.1.7傳遞式螺桿螺峰的軸向寬度的確定

在保證強度的前提下，螺峰的軸向寬度選擇較小是有利于擠出機工作的。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產生橫流，促進膠料均勻的混合與塑化，以防局部焦燒。

圖2-1　傳遞式擠出機螺桿圖2-2　螺紋斷面

鋸齒形螺紋多用于大型造粒機和螺桿塑煉機的螺桿上。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生死區，以很少采用。圖為國產擠出機螺桿頭部。

圖2-3　螺桿頭部形狀

2.2.1傳遞式螺桿轉速和喂料方式的確定

在無喂料輥自由喂料的情況下，過高的轉速會使往進料口時發生問題或困難，甚至膠料根本不能進入機筒內部。傳遞式螺桿不能進料的臨界轉速，如下式：

式中 D----螺桿直徑，cm；

N-----傳遞式螺桿的臨界轉速，r/min；

螺桿的工作轉速n可在一定的范圍選取。

D---螺桿直徑，cm；

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

冷喂料擠出機螺桿轉速與螺桿的長徑比有一定的關系。例如：φ200熱喂料擠出機，L/D=4.35，轉速n=20～30r/min； 冷喂料擠出機，L/D=12，轉速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度校核

橡膠傳遞式螺桿在工作時承受來自膠料和其他部件的扭、壓、彎的聯合作用影響。傳遞式螺桿工作部分強度計算如下。

2.3.1螺桿工作時所受剪切應力的校核

剪切應力按下式計算：

式中 Nmax-電機的最大功率，—螺桿的最大轉速，r/min；

η—機械傳動功率，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故滿足切應力的要求。

2.3.2螺桿工作時所受壓應力的校核

有軸向反壓力引起的壓應力σy在截面A-A處為最大，則；

式中σy—壓應力，；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，故螺桿滿足壓應力的要求。

2.3.3螺桿工作時所受彎曲應力的校核

Wmax—抗彎截面模量，

故螺桿的彎曲應力滿足要求。

參考文獻：

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