专利名称：差速双螺杆捏合机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种捏合设备，尤其是用于石油、化工、橡胶、塑料、制药、食品等 行业可对高黏度物料进行搅拌、捏合、塑化、自清理作用的差速双螺杆转子及包含这种转 子的捏合混炼装置。
背景技术：
石油、化工、橡胶、塑料、制药、食品等工业中经常涉及到对高黏度流体进行混合、 剪切及塑化等混炼作用，捏合机是对高黏度流体进行混合、剪切及塑化作用的一种重要设 备。传统的捏合设备是利用一密闭的反应釜，反应釜外接物料输入输出设备。这种捏合机 不仅体积笨重、占用空间多、效率低，且不能连续作业。1997年《合成纤维工业》登载的 《双螺杆捏合机及其捏合段设计》，采用等速等外圆的一对螺杆转子螺旋副进行工作，该 捏合机工作时物料必须填充在有效的容积内物料才能推进，加工易结块的物料时螺旋轴功 率会大幅度增加。中国专利文献CN00244986.2中提供一种差速双螺杆捏合机，该捏合机的双螺杆螺旋 轴上的螺旋副头数比为4:1，差速双螺杆螺旋副由多个螺旋叶片单元连贯而成，叶片单元 与叶片单元间留有间隙，在每个螺旋轴上的叶片单元间隙的相应位置上有伸入另一螺旋轴 上的叶片单元间隙的切刀，在每一个螺旋副叶片单元上有数个矩形空腔，从而实现对加工 物料的剪切、混合作用；该机构主要用于粉体工程。由于在每个叶片单元上存在数个矩形 空腔，很难实现对物料的完全自清理作用，用于熔融的高黏度聚合物流体时输送、塑化效 果也不理想。2006年12月由杨涛等人发表在《重庆大学(自然科学版)》第29巻12期上的《差速窄间 隙捏合机螺杆齿形及刀具设计》对差速双螺杆进行研究，该文设计的捏合机阴阳转子螺旋 副端面型线曲线由圆弧及圆弧包络线组成，利用圆弧及圆弧包络线作为捏合机阴阳转子螺 旋副端面型线曲线其输送、剪切效果不理想。实用新型内容本实用新型目的是针对上述现有技术不足，提供一种差速双螺杆捏合机，该捏合机可 对高黏度物料进行捏合、塑化、混合、输送、自清理于一体，可连续工作，具有良好的性 能效果。
为实现上述实用新型目的，其技术方案是本实用新型包括电机1、联轴器2、差速齿轮箱3、加料器4、加热装置7、端盖9 和ll、轴承8和12、 "~"字形套筒6、支架10以及一对轴线平行、逆向旋转、外圆直径 相等、头数不等的阴阳转子5;阴阳转子5端面上分别建立螺旋副型线直角坐标系^0/>7以 及&Om、，两个直角坐标系坐标原点o,、 分别建立在对应轴线回转中心位置，阴阳转 子的横轴^、 ^方向相反，阴阳转子坐标系的纵轴:v,、人同向；^轴与^轴平行，距离 为^;阴阳转子螺旋副中阳转子5-2头数^=1，阴转子5-l头数Z,与阳转子5-2头数Zm存在如下关系Z,/^-W， M为自然数；阴转子5-l每个头的端面型线由若干段曲线依次连接而成，阳转子5-2的端面型线由其对应的若干段曲线依次连接而成，阴阳转子5每个头 的端面型线的曲线均由圆弧、点、摆线组成。阴阳转子螺旋副参数方程如下 -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。为阴转子5-l端面型线曲线坐标；^为参变数，表示阴转子端面型线曲线从起始位置绕Z,轴转过的角度；^为阴转子螺旋副导程；L为阴转子螺旋副长度；^为阴转子螺旋副螺旋参数，力-^/2^r; &。、 3U为阳转子5-2端面型线曲线坐标；;为参变数，表示阳转子端面型线曲线从起始位置绕Zm轴转过的角度；^为阴转子螺旋副导程；;^为阴转子螺旋副螺旋参数，/^-i^/h;经理论分析与结构分析，本实用新型与现有技术相比，具有以下技术效果 在相同的阴阳转子头数Z,、 Z ，顶圆半径i u,螺杆导程^、 ^以及阴阳转子长度L 条件下，单位时间内输送高黏度物料产量较高，同时具有良好的混合效果以及很强的剪切 及捏合能力；阴转子(5-l)螺顶部分与阳转子(5-2)螺槽底部由于差速的存在使得阴阳转子5可获得较高的辊压能力。
图1是差速双螺杆捏合机结构示意图；图2是差速双螺杆捏合机头数比为4:1双螺杆转子螺旋副型线设计图； 图3是实施例1中头数比为4:1的双螺杆转子螺旋副；图4是实施例1中安装于"~"字形套筒头数比为4:1的双螺杆转子螺旋副前视图； 图5是实施例1中安装于字形套筒头数比为4:1的双螺杆转子螺旋副俯视图； 图6是图5中A-A向剖视图； 图7是图6中B-B向剖视图。图8是差速双螺杆捏合机头数比为5:1双螺杆转子螺旋副型线设计图； 图9是实施例2中头数比为5:1的差速双螺杆转子螺旋副；图IO是实施例2中安装于"co"字形套筒头数比为5:1的双螺杆转子螺旋副前视图； 图11是实施例2中安装于"~"字形套筒头数比为5:1的双螺杆转子螺旋副俯视图； 图12是图11中C-C向剖视图； 图13是图12中D-D向剖视图。图中l.电机，2.联轴器，3.差速齿轮箱，4.加料器，5.阴阳转子螺旋副，6."8"字形套 筒，7.加热装置，8.轴承，9.端盖，IO.支架，11.端盖，12.轴承。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。图1是差速双螺杆捏合机整机结构示意图。电机1通过联轴器2与差速齿轮箱3联接， 差速齿轮箱3具有两根输出轴，输出轴的转速比等于阴阳转子齿数比，同步差速齿轮箱3 通过联轴器与差速双螺杆捏合机的阴阳转子螺旋副联接，从而实现阴阳转子螺旋副的差速 运动；4为差速双螺杆捏合机的加料器，物料通过加料器4进入捏合机后通过装入 字形套筒6的差速双螺杆螺旋副5实现混合、剪切、塑化以及输送作用；"m"字形套筒 6的外围安装有加热装置7;电机1、差速齿轮箱3、 "~"字形套筒6安装于支架10上， 阴阳转子两端分别通过轴承8、 12及端盖9、 11与套筒6相联。实施例1为采用阴阳转子头数比为4:1的双螺杆转子螺旋副的差速双螺杆捏合机。差 速双螺杆捏合机阴阳转子螺旋副中阴转子5-l每个头的端面型线由W、 6c、 a/、 &、 e/五 段曲线依次连接而成，阳转子5-2端面型线由fl7 '、 6'c'、 c'd'、 d'e'、 e'/'五段曲线依次 连接而成，阴阳转子螺旋副端面型线参数方程如下 ①阴转子5-l端面型线参数方程a) .阴转子5-lfl&、 e/段曲线参数方程阴转子5-lflfc段曲线为阴转子5-1顶圆半径i 。的一段圆弧，参数方程为<formula>formula see original document page 6</formula>&ft、 ^为阴转子5-l端面型线W段曲线坐标； W。为阴转子5-l顶圆半径；^为阴转子5-l端面型线fl6段曲线坐标与横轴 夹角，单位弧度； ",为阴转子5-l端面型线W段曲线参数区间右端点，按(7)式求得； 阴转子5-le/段曲线为阴转子5-1顶圆半径i 。的一段圆弧曲线，参数方程为 ~=i aCOSMe/ , "、 "、<formula>formula see original document page 6</formula>~、 3V为阴转子5-l端面型线e/段曲线坐标； 为阴转子5-l端面型线e/段曲线坐标与横轴;c,夹角，单位弧度； "2为阴转子5-1端面型线e/段曲线参数区间左端点，按C7)式求得；b) .阴转子5-l&c、 ^段曲线为两点，&点坐标为(&0 111，/ 。511110， de点坐标为 (i a cosK2，i a sinw2);c) .阴转子5-lcrf段曲线为一段摆线，由阳转子5-2顶圆半径c'rf'点的运动轨迹形成，参数方程为<formula>formula see original document page 6</formula>阴转子5-1转角-与参数"w的关系式少= cd - arcsin(6)式(5)(6)中^d、 3^为阴转子5-l端面型线e/段曲线坐标； ^为阴阳转子5安装中心距；;为阴转子5-l与阳转子5-2角速度之比，；-^/Z,， Z,为阴转子5-l头数，Z^为 阳转子5-2头数，系数克加-/加+1;
为阳转子5-2顶圆半径c点运动时与横轴、夹角； M/1、 "/2分别为阴转子5-10/段曲线参数区间左右端点，按如下方法求得-d段曲线的首尾端点c点及d点在阴转子5-1顶圆上，c点及d点到阴转子5-1圆心o,的距离为i 。，由此得到关于"^的一个超越方程，解此方程得到关于"。,的两个根""、"/2; 解得""、"/2后代入^段曲线参数方程(5)，求得该段曲线首尾端点c点及d点坐标<formula>formula see original document page 7</formula>按下式求得<formula>formula see original document page 7</formula>②阳转子5-2端面型线参数方程<formula>formula see original document page 7</formula>阳转子5-2fl'6'段曲线是一段以/l-i 。为半径的一段圆弧，参数方程为 <formula>formula see original document page 7</formula>式(8)中、凡v为阳转子5-2端面型线a '&'段曲线坐标； "",为阳转子5-2端面型线fl'6'段曲线坐标与横轴&夹角，单位弧度； ^为阳转子5-2与阴转子5-l角速度之比，,m/b) .阳转子5-2e'厂段曲线是一段以^-i a为半径的一段圆弧，参数方程为式(9)中<formula>formula see original document page 7</formula>为阳转子5-2端面型线e'/'段曲线坐标； "^,为阳转子5-2端面型线e'/'段曲线坐标与横轴;^夹角，单位弧度；c) .阳转子5-2c'tT为一点，坐标为(i 。,0);d) .阳转子5-26'c'段曲线为一段摆线，由阴转子5-l&c点在阳转子5-l上的运动轨迹 形成，参数方程为<formula>formula see original document page 7</formula>阳转角5-2-与参数^,￡,的关系式<formula>formula see original document page 7</formula>W为阳转子5-2端面型线'C'段曲线坐标；
(11)"^为阴转子5-l顶圆半径6c点运动时与横轴 夹角；单位弧度； /m/为阴转子5-1与阳转子5-2角速度比Q = Z, /Z^ ，系数^ =/m/ +1;(fl力)是阴转子5-l端面型线fcc点的坐标，其中a-i 。cos"p 6=i 。sinMl; "ml为阳转子5-2端面型线参数区间右端点，按如下方法求得&'(:'段曲线端点^点在阳转子5-2顶圆半径上，c'点到阳转子5-2坐标系中心 的距 离为i 。，由此得到关于参数"^方程，解此方程求得方程的根"^ ;e).阳转子5-2rfV段曲线为一摆线，由阴转子5-l端面型线上de点在阳转子5-2上的 运动轨迹形成，参数方程为阳转子5-2转角^与参数"a,的关系式<formula>formula see original document page 8</formula> (12)<formula>formula see original document page 8</formula>(13)式(12)(13)中&v 、 >W为阳转子5-2端面型线d 'e'段曲线坐标； ""为阴转子5-l顶圆半径&点运动时与横轴;c,夹角；单位弧度； (c^)是阴转子5-l&段曲线点的坐标，其中c-i 。cosrv rf=/ asinM2。 " 2按如下方法求得t/V段曲线端点rf'点在阳转子5-2顶圆半径上，d'点到阳转子5-2坐标系中心 的距 离为i 。，得到关于参数" 2的方程，解此方程得到方程的根" 2;阳转子5-2a7)'段与6'c'段曲线、rf'e'段与e'/'段曲线要求光滑连续。实施例l中设计参数为阴阳转子5的头数分别为阴转子5-l为Z,-4，阳转子5-2为A = 1 ，顶圆半径尺。=60/W/M ，安装中心距^ - 95mm ，阴转子5-1螺旋副导程~ - 400/n/n ，阳转子5-2螺旋副导程^ =100附附及阴阳转子螺旋副长度￡ =800/nm ，根据图2阴阳转子螺旋副端面型线设计图，得到图3至图7所示头数比为4:1的阴阳转子螺旋副。图3中，阴转子5-l&c段、^段曲线为两点，fcc段点与阳转子5-2&'c'段曲线相对应， 由此实现对加工物料进行较好的剪切、捏合作用，在6c点处除了实现对物料的剪切、捏合 功能外，&段形成的螺旋线还担负着对阳转子5-2上6'￡:'段曲线形成的螺旋面上物料的自 清理作用。阳转子5-2cW'点形成的螺旋线与阴转子5-loi段曲线形成的螺旋曲面发挥同 样的作用。图6中，阴转子5-l与阳转子5-2在啮合区存在较大的开放区域5-3，在此区域，物料 可得到较为充分的混合作用。 图7中，在工作时，阴转子5-l"段曲线形成的螺旋面与阳转子5-2aV段曲线形成 的螺旋面相配合，阴转子5-le/段曲线形成的螺旋面与阳转子5-2e'厂段曲线形成的螺旋 面相配合，阴转子5-l&段、e/段以及阳转子5-2fl'&'段、e'/'段端面型线为一段圆弧， 辊压功能主要通过阴转子5-1棱顶部与阳转子5-2螺槽底部辊压作用实现，工作时等同于 两段不等速的圆柱对物料进行辊压作用。实施例2为采用阴阳转子头数比为5:1的双螺杆转子螺旋副的差速双螺杆捏合机。实 施例2中采用与实施例1相同的端面型线，其不同的设计参数为阴阳转子5的头数分别 为阴转子5-1为Z, = 5 ，阳转子5-2为Z^ =1,顶圆半径i 。 =60m/n ，安装中心距X = 95m/n ， 阴转子5-1螺旋副导程L, ，阳转子5-2螺旋副导程Z^ =100附附及阴阳转子螺旋副长度Z^1000m/n，根据图8阴阳转子端面型线设计图，得到图9至图13所示头数比为5:1 的阴阳转子螺旋副。图9中，阴转子5-16c段、rfe段曲线为两点，foc段点与阳转子5-2&'c'段曲线相对应， 由此实现对加工物料进行较好的剪切、捏合作用，在&点处除了实现对物料的剪切、捏合 功能外，&段形成的螺旋线还担负着对阳转子5-2上6'￡:'段曲线形成的螺旋面上物料的自 清理作用。阳转子5-2cVT点形成的螺旋线与阴转子5-lcrf段曲线形成的螺旋曲面发挥同 样的作用图12中，阴转子5-l与阳转子5-2在啮合区存在较大的开放区域5-3，在此区域，物 料可得到较为充分的混合作用。图13中，在工作时，阴转子5-la6段曲线形成的螺旋面与阳转子5-2a'6'段曲线形成 的螺旋面相配合，阴转子5-le/段曲线形成的螺旋面与阳转子5-2e'/'段曲线形成的螺旋 面相配合，阴转子5-lW段、e/段以及阳转子5-2fl'&'段、e'/'段端面型线为一段圆弧， 辊压功能主要通过阴转子5-1棱顶部与阳转子5-2螺槽底部辊压作用实现，工作时等同于 两段不等速的圆柱对物料进行辊压作用。
权利要求1. 一种差速双螺杆捏合机，包括电机(1)、联轴器(2)、差速齿轮箱(3)、加料器(4)、加热装置(7)、端盖(8，11)、轴承(9，12)、“∞”字形套筒(6)、支架(10)以及一对轴线平行、逆向旋转、外圆直径相等、头数不等的阴阳转子(5)，其特征在于所述的阴阳转子(5)中阴转子(5-1)每个头的端面型线由若干段曲线依次连接而成，阳转子(5-2)端面型线由对应的若干段曲线依次连接而成，阴阳转子螺旋副每个头的端面型线曲线均由圆弧、点、摆线组成。
2. 根据权利要求1所述的差速双螺杆捏合机，其特征在于在阴阳转子(5)端面上分别建 立螺旋副型线的直角坐标系^ y,以及^^:^，两个直角坐标系的坐标原点0/、 ^分别 建立在对应轴线的回转中心位置，阴阳袖子(5)的横轴 、；^方向相反，阴阳转子(5)的纵 轴"、L同向；^轴与^轴平行，距离为^4;阴阳转子螺旋副的参数方程如下<formula>formula see original document page 2</formula>式(1)(2)中 。、"。为阴转子(5-l)端面型线曲线坐标；r,为参变数，表示阴转子(5-l)端面型线曲线从起始位置绕Z,轴转过的角度；^为阴转子螺旋副导程；L为阴转子螺旋副长度；^为阴转子螺旋副螺旋参数，力-^/2^; &fl、 ^。为阳转子(5-2)端面型线曲线坐标；^为参变数，表示阳转子(5-2)端面型线曲线从起始位置绕^轴转过的角度；^为阴转子螺旋副导程；&为阴转子螺旋副螺旋参数，；7m /2/r 。
3. 根据权利要求1和2所述的差速双螺杆捏合机，其特征在于阴阳转子螺旋副中的 阳转子(5-2)头数Z^1，阴转子(5-l)头数Z,与阳转子(5-2)头数Z^存在如下关系 Z,/Z^-"， w为自然数。
专利摘要差速双螺杆捏合机，包括电机(1)、联轴器(2)、差速齿轮箱(3)、加料器(4)、加热装置(7)、端盖(8，11)、轴承(9，12)、“∞”字形套筒(6)、支架(10)以及一对轴线平行、逆向旋转、外圆直径相等、头数不等的阴阳转子(5)，其特征在于所述的阴阳转子(5)中阴转子(5-1)每个头的端面型线由若干段曲线依次连接而成，阳转子(5-2)端面型线由对应若干段曲线依次连接而成，阴阳转子螺旋副每个头端面型线曲线均由圆弧、点、摆线组成。阳转子(5-2)头数Z<sub>m</sub>＝1，阴转子(5-1)头数Z<sub>f</sub>与阳转子(5-2)头数Z<sub>m</sub>存在如下关系Z<sub>f</sub>/Z<sub>m</sub>＝n，n为自然数；本捏合机在对高黏度物料具有较高的输送、混合、塑化效果以及很强的剪切捏合能力。
文档编号B01F7/08GK201079735SQ20072012482
公开日2008年7月2日 申请日期2007年7月27日 优先权日2007年7月27日
发明者张光辉, 静 魏 申请人:重庆大学