【摘要】： 由于雙螺桿嚙合幾何學(xué)以及物料輸送行為的復(fù)雜性,造成雙螺桿捏合擠出過程研究的困難。因此研究具有集輸送、捏合、建壓及自清潔功能于一體,且能對(duì)被加工物料產(chǎn)生高剪切力的新型捏合機(jī)具有重要意義。差速雙螺桿捏合機(jī)是一種新型的可對(duì)高粘度物料進(jìn)行輸送、混合、捏合及塑化等操作的雙螺桿擠出混煉機(jī)構(gòu)。差速雙螺桿捏合機(jī)核心部件是一對(duì)相互嚙合的陰、陽轉(zhuǎn)子,如何有效地設(shè)計(jì)和加工陰、陽轉(zhuǎn)子螺旋副是提高差速雙螺桿捏合機(jī)性能的關(guān)鍵。論文從捏合機(jī)關(guān)鍵技術(shù)出發(fā),系統(tǒng)地研究差速雙螺桿捏合機(jī)陰、陽螺桿轉(zhuǎn)子螺旋副型線設(shè)計(jì)、優(yōu)化,模擬及高效高精度加工等原理與技術(shù)。 利用齒輪嚙合理論和雙螺桿泵設(shè)計(jì)原理建立差速雙螺桿捏合機(jī)螺桿轉(zhuǎn)子型線設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型;研究了差速雙螺桿捏合機(jī)陰、陽螺桿轉(zhuǎn)子嚙合幾何學(xué)。對(duì)陰、陽螺桿轉(zhuǎn)子型線參數(shù)進(jìn)行分析及優(yōu)化,利用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法建立陰、陽螺桿轉(zhuǎn)子型線參數(shù)優(yōu)化模型,給出輸送效率最高、剪切捏合能力最強(qiáng)的陰、陽螺桿轉(zhuǎn)子螺旋副組成齒曲線及其設(shè)計(jì)參數(shù),并利用型線設(shè)計(jì)理論對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)例進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。對(duì)剪切捏合性能進(jìn)行研究,推導(dǎo)出剪切性能最優(yōu)的安裝中心距的計(jì)算式。給出組合性能最優(yōu)的陰、陽轉(zhuǎn)子螺旋副組成齒曲線參數(shù)方程及設(shè)計(jì)結(jié)果。 以差速雙螺桿捏合機(jī)中輸送的非牛頓流體為研究對(duì)象,利用有限元分析軟件,對(duì)輸送物料的速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)等流場(chǎng)特性進(jìn)行模擬和分析。從螺旋曲面的參數(shù)方程出發(fā),利用空間解析幾何理論將差速雙螺桿捏合機(jī)陰、陽轉(zhuǎn)子三維螺旋面坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)不同壓力腔的二維積分區(qū)域,利用數(shù)值積分求解作用在轉(zhuǎn)子上的軸向、徑向受力以及力矩,為螺桿轉(zhuǎn)子強(qiáng)度計(jì)算及捏合機(jī)軸承選取提供理論依據(jù)。 陰、陽轉(zhuǎn)子高效精度加工是差速雙螺桿捏合機(jī)關(guān)鍵技術(shù)。論文在分析螺桿轉(zhuǎn)子加工技術(shù)現(xiàn)狀及加工特點(diǎn)基礎(chǔ)上,提出利用基于CBN等超硬刀具材料的螺桿轉(zhuǎn)子高效高精度成形磨削加工方法。根據(jù)齒輪空間嚙合原理及微分幾何理論建立成形加工刀具求解計(jì)算理論;利用等距齒面法對(duì)成形刀具的實(shí)際廓形進(jìn)行設(shè)計(jì)以及利用雙圓弧樣條理論對(duì)成形刀具廓形進(jìn)行光順處理。建立螺桿轉(zhuǎn)子螺旋面成形磨削加工誤差分析數(shù)學(xué)模型,研究分析安裝角誤差、安裝中心距誤差、軸向位置上砂輪半徑誤差等因素對(duì)螺桿轉(zhuǎn)子齒形誤差的影響。對(duì)螺桿轉(zhuǎn)子成形磨削CBN砂輪修整進(jìn)行研究,分析利用金剛石修整輪進(jìn)行CBN砂輪修整設(shè)計(jì)及修整特性。 結(jié)合當(dāng)前CBN、PCD等硬質(zhì)合金刀具材料發(fā)展起來的干切削、硬切削等加工方式對(duì)螺桿轉(zhuǎn)子螺旋面進(jìn)行切削加工研究。建立利用指狀成形刀具加工螺桿轉(zhuǎn)子數(shù)學(xué)模型。建立基于多自由度法和空間齒面法線法的精確滾刀軸向截形,揭示出利用滾削法加工螺桿轉(zhuǎn)子螺旋面滾刀基本蝸桿與螺桿轉(zhuǎn)子螺旋面的嚙合規(guī)律。為實(shí)現(xiàn)基于CBN、PCD等硬質(zhì)合金刀具的螺桿轉(zhuǎn)子高效高精度切削加工奠定基礎(chǔ)。 提出差速雙螺桿捏合機(jī)CAD/CAM系統(tǒng)需求分析及體系結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)流程和加工控制流程;分析CAD/CAM系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù);基于以上設(shè)計(jì)及加工理論,利用C#語言和.NET平臺(tái)開發(fā)出一套可用于差速雙螺桿捏合機(jī)設(shè)計(jì)、分析與陰、陽螺桿轉(zhuǎn)子高效高精度加工的CAD/CAM系統(tǒng)。根據(jù)差速雙螺桿捏合機(jī)CAD/CAM系統(tǒng),利用指狀成形銑刀以及基于CBN刀具材料的成形砂輪對(duì)差速雙螺桿捏合機(jī)陰、陽螺桿轉(zhuǎn)子進(jìn)行加工實(shí)驗(yàn)。利用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x對(duì)螺桿轉(zhuǎn)子精度進(jìn)行測(cè)量,檢測(cè)結(jié)果表明本文方法可以滿足螺桿轉(zhuǎn)子高效高精度加工要求。論文中螺桿轉(zhuǎn)子加工方法可以推廣應(yīng)用于其它類型螺桿轉(zhuǎn)子、圓柱蝸桿、斜齒輪等螺旋曲面高效高精度加工。
【圖文】：

合機(jī)在物料均一化、停留時(shí)間分布、表面更新等方面比以前的機(jī)型有很大優(yōu)越性，因而得到廣泛的應(yīng)用，但仍存在槽內(nèi)壁下部出現(xiàn)滯留物的問題。為消除以上問題，三菱重工公司開發(fā)了如圖1.1所示的新型HVR雙螺桿捏合機(jī)，其為帶特殊圓板的雙螺桿捏合設(shè)備。

圖1.2 BIVOLAV雙螺桿捏合機(jī)剖面圖Fig. 1.2 Cross section of BIVOLAV twin-screw，自清潔能力；加工物料流體流動(dòng)性能好。BIVOLAV的縮合聚合反應(yīng)�？蓪�(duì)以高粘度流體為對(duì)象的混合、操作等。司生產(chǎn)，螺桿有主從之分，主螺桿上有與捏合桿連螺旋傾斜，物料徑向混合的同時(shí)受到一個(gè)軸向的輸斜的捏合框，并以四倍于主螺桿的轉(zhuǎn)速回轉(zhuǎn)，捏合，可實(shí)現(xiàn)自清理作用。該設(shè)備主要用于生產(chǎn)氫氟酸、粘度化工材料。列雙螺桿捏合機(jī)及其不同形狀的捏合盤。由于該機(jī)設(shè)計(jì)，，使螺槽達(dá)到深槽化、高扭矩化，實(shí)現(xiàn)了螺桿筒組合的最佳化，可產(chǎn)生低溫條件下強(qiáng)烈的混煉作
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：TH122

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2631745