一种螺杆支撑装置及具有该装置的双螺杆挤出机的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种螺杆支撑装置，特别是一种用于双螺杆挤出机的螺杆支撑装置，以及具有该装置的双螺杆挤出机。
【背景技术】
[0002]双螺杆挤出机以其积木式结构带来的多变性和适应性以及优异的混合性能，在成型、共混、改性、反应挤出等聚合物加工过程中得到了广泛应用。双螺杆挤出机主要包括传动系统、加料系统、挤压系统、加热冷却系统、控制系统，其中挤压系统是双螺杆挤出机的核心部分，主要包括螺杆和机筒。物料由加料系统加入机筒，机筒内螺杆的旋转对物料产生螺旋输送和混合等作用，使物料经历固体输送、熔融、排气、混合和熔体输送等挤出过程，最后由机头挤出，造成粒子或成型为制品。
[0003]螺杆是双螺杆挤出机的“心脏”，大部分螺杆为积木式结构，包括芯轴、螺杆元件和螺杆头，螺杆元件组合安装在芯轴上，通过螺杆头拧紧。螺杆元件包括输送元件、剪切元件、混合元件等功能元件，不同的螺杆元件可以组合成不同构型的螺杆。
[0004]螺杆的支撑方式通常采用悬臂式结构，支撑位置在螺杆根部，螺杆根部通过连接套与齿轮箱的输出轴相连，螺杆主体和头部都悬空在机筒内。为确保螺杆的输送能力和建压能力，螺杆的螺棱和机筒之间的间隙控制在很小的范围内(间隙一般为机筒内径的0.002倍至0.05倍)。当螺杆的长径比很大或所加工的物料粘度较低或机筒内物料不够时，机筒内的物料不足以浮起螺杆，螺杆在自身重力和离心力等的作用下发生挠性变形，当螺杆的挠性变形大于螺杆的螺棱与机筒内壁之间的间隙时，螺杆的螺棱与机筒内壁之间会产生较严重的磨损，使螺杆的螺棱和机筒内壁之间的间隙增大。若磨损发生在熔融段，则导致熔融能力下降，并导致温度不均匀和压力波动；若磨损发生在熔体输送段，会使熔体输送能力下降；螺杆的螺棱和机筒内壁之间的间隙增大，也会降低机筒和物料间的热传递效率。同时，两根螺杆所处的环境并不完全相同，两根螺杆的挠性变形也会不一致，引起两根螺杆上的螺杆元件彼此接触，从而引起磨损、切削，导致物料流不均匀。
【实用新型内容】
[0005]有鉴于此，本实用新型提供一种用于双螺杆挤出机的螺杆支撑装置，该装置包括一对或多对螺杆支撑元件，所述螺杆支撑元件成对使用，与其它螺杆元件(如输送元件、剪切元件、混合元件等)一起安装在螺杆芯轴上，并可以自由组合，一对螺杆支撑元件在两根螺杆上的轴向位置相同，一台双螺杆挤出机的螺杆上可以安装一对或多对螺杆支撑元件，对螺杆的一个或多个不同位置进行支撑，从而消除螺杆和机筒之间及螺杆和螺杆之间的磨损。
[0006]所述螺杆支撑装置包括成对使用的两个螺杆支撑元件，所述的两个螺杆支撑元件分别安装在两根螺杆的芯轴上，且在两根螺杆上的轴向位置相同。所述螺杆支撑元件由三部分组成:一是内圈，内圈安装在螺杆的芯轴上，随螺杆一起转动；二是外圈，外圈与所述机筒的内壁配合；三是滚动体，滚动体位于所述内圈和所述外圈之间，实现所述内圈与所述外圈的相对转动，滚动体可以是球体、圆柱体、凸球面滚子、滚针等，其中圆柱体、凸球面滚子、滚针的结构相似，以下只以球体和圆柱体为例进行说明，为使所述螺杆支撑元件工作时保持稳定，所述滚动体的数量多3个。所述的两个螺杆支撑元件上所述的外圈相互限位。所述外圈的轴向长度小于所述内圈的轴向长度。所述外圈在径向方向上与所述机筒内壁之间的间隙小于所述螺杆的螺棱与所述机筒内壁之间的间隙。所述的两个外圈之间的径向间隙小于所述两根螺杆之间的径向间隙。所述螺杆支撑元件上设有使所述滚动体之间保持一定的距离且限制所述滚动体相对所述内圈或所述外圈轴向移动的结构。
[0007]—对螺杆支撑元件的外圈相互限位，从而使所述外圈不会在机筒内转动，外圈相互限位的方式可以有多种。
[0008]优选地，两个外圈相互接触的平面相互贴合，相互限制外圈转动，使外圈不会在机筒内转动。这种限位方式加工方便，装配简单。
[0009]可选择地，两个外圈相互接触的部分设有相互啮合的结构，相互限制外圈转动，使外圈不会在机筒内转动。这种限位方式限位精度高。
[0010]可选择地，将两个外圈设为一个整体，使外圈不会在机筒内转动。这种限位方式可靠性高。
[0011]所述外圈的轴向长度小于所述内圈的轴向长度，所述内圈与其它螺杆元件的端面相互贴紧并以相同方式安装在所述螺杆芯轴上，所述外圈不与其它螺杆元件接触，所述内圈和所述外圈相对转动。
[0012]所述外圈在径向方向上与所述机筒内壁之间的间隙小于所述螺杆的螺棱与所述机筒内壁之间的间隙，所述螺杆在自身重力和离心力等的作用下发生挠性变形时，所述外圈首先被压在所述机筒内壁上，对所述螺杆起到支撑作用，其它螺杆元件不会与所述机筒内壁接触，从而消除螺杆和机筒之间的磨损。
[0013]所述的两个外圈之间的径向间隙小于所述两根螺杆之间的径向间隙，所述的两根螺杆挠性变形不一致时，所述的两个外圈首先彼此接触，对所述螺杆起到支撑作用，使一根螺杆上的其它螺杆元件不会与另一根螺杆上的其它螺杆元件接触，从而消除螺杆和螺杆之间的磨损。
[0014]所述螺杆支撑元件上设有使所述滚动体之间保持一定的距离且限制所述滚动体相对所述内圈或所述外圈轴向移动的结构，该结构形式可以有多种。
[0015]优选地，所述外圈的内表面设有与所述滚动体配合的限位凹坑，如滚动体为球体则设有球面限位凹坑，滚动体为圆柱体则设有圆柱体状限位凹坑，对所述滚动体具有限位作用，所述限位凹坑的数量与所述滚动体的数量相等。
[0016]可选择地，所述内圈的外表面设有与所述滚动体配合的限位凹坑，如滚动体为球体则设有球面限位凹坑，滚动体为圆柱体则设有圆柱体状限位凹坑，对所述滚动体具有限位作用，所述限位凹坑的数量与所述滚动体的数量相等。
[0017]可选择地，所述螺杆支撑元件还包括保持架，所述保持架部分地包裹所述滚动体，并随所述滚动体运动，使所述滚动体之间保持一定的距离，在所述内圈的外表面或所述外圈的内表面设置圆周凹槽滚道，所述圆周凹槽滚道限制所述滚动体的轴向移动。
[0018]双螺杆挤出机工作时，螺杆连续旋转，物料在螺杆的螺旋输送作用下连续向机头方向流动，物料从所述螺杆支撑元件的所述内圈、所述外圈和所述滚动体之间的空隙流过，物料的连续流动会对所述螺杆支撑元件产生单方向的轴向压力。所述内圈与相邻螺杆元件的端面相互贴紧并以相同方式安装在所述芯轴上，所述内圈相对所述螺杆被完全限位，包括轴向和径向。所述滚动体之间保持一定的距离并在轴向上被限位在所述内圈或所述外圈上。所述的两个外圈相互限位，不会在所述机筒内发生旋转，径向与所述机筒配合，对所述螺杆起到支撑作用。
[0019]进一步地，为了平衡流体对所述螺杆支撑元件产生的单方向轴向压力，提高所述螺杆支撑元件工作的稳定性，可以对所述外圈单方向轴向限位，限位方向与物料流动方向相同，即阻止所述外圈随物料轴向移动。实现对所述外圈单方向轴向限位的方式可以有多种。
[0020]优选地，在所述内圈或所述外圈上单侧设置挡边，所述挡边紧挨所述滚动体的一侧端面，与所述滚动体的外表面相接触，若所述滚动体为球体，则所述挡边的横截面为圆弧，若所述滚动体为圆柱体，则所述挡边的横截面为凸台形状。当所述外圈上设有与所述滚动体配合的限位凹坑或圆周凹槽滚道时，在所述内圈上单侧设置挡边，所述挡边面向流体来的方向，阻挡所述滚动体随物料轴向移动，而所述滚动体在轴向被限位在所述外圈的限位凹坑或圆周凹槽滚道内，从而实现了对所述外圈单方向轴向限位；当所述内圈上设有与所述滚动体配合的限位凹坑或圆周凹槽滚道时，在所述外圈上单侧设置挡边，所述挡边背向流体来的方向，阻挡所述外圈随物料轴向移动，从面实现对所述外圈单方向轴向限位。
[0021]可选择地，所述外圈由外圈本体、限位挡圈和连接件组成，所述限位挡圈通过所述连接件安装在所述外圈本体上。所述内圈上设有挡边与所述限位挡圈接触，所述挡边面向流体来的方向，阻挡所述限位挡圈随物料轴向移动，从而实现了对所述外圈单方向轴向限位。所述限位挡圈上设有流体通道，流体可连续通过所述流体通道。进一步地，所述限位挡圈上还设有润滑槽，具体地，所述润滑槽设在所述限位挡圈与所述内圈上所设挡边接触的部位，流体连续通过所述润滑槽时对所述限位挡圈和所述内圈上所设挡边之间的相对转动起润滑作用。
[0022]进一步地，为了进一步提高所述螺杆支撑元件工作的稳定性，使所述外圈在任何情况下(包括机筒内无物料时)都不会发生轴向移动，可以对所述外圈双向轴向限位，即所述螺杆支撑元件上设有使所述滚动体之间保持一定的距离且限制所述滚动体相对所述内圈和所述外圈轴向移动的结构。实现对所述外圈双向轴向限位的方式可以有多种。
[0023]优选地，所述外圈的内表面上设有与所述滚动体配合的限位凹坑，所述限位凹坑的数量与所述滚动体的数量相等，所述内圈的外表面设有圆周凹槽滚道；或在所述内圈的外表面上设有与所述滚动体配合的限位凹坑，所述限位凹坑的数量与所述滚动体的数量相等，所述外圈的内表面设有圆周凹槽滚道。为了将所述螺杆支撑元件顺利装配起来，将所述外圈设置为对开式，即将所述外圈剖分为两部分通过连接件装配而成；或所述内圈为组合结构，包括内圈本体和安装在所述内圈本体上的限位挡圈，所述内圈本体上设有半面圆周凹槽滚道或半面限位凹坑，所述限位挡圈上也设有半面圆周凹槽滚道或半面限位凹坑，所述内圈本体与所述限位挡圈装配在一起后，所述内圈中间形成圆周凹槽滚道或限位凹坑。进一步地，为了安装定位，将所述外圈的