专利名称：一种相互啮合的同向双螺杆螺纹元件的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种同向啮合双螺杆挤出机的螺杆螺纹元件，是一对具有不完全相同的几何形状的相互啮合的螺纹元件。
背景技术：
现有的同向啮合双螺杆挤出机的螺杆螺纹元件(以下称其为常规螺纹元件)是一对具有相同的外径、螺纹头数和螺纹导程以及相同的几何形状的螺纹元件，它们分别套装在两根芯轴上组成组合式的同向双螺杆。工作时，两根螺杆互相啮合并同方向旋转。两螺纹元件的外廓几何形状遵循一定的设计原则，由两根螺杆的相对运动关系和几何关系所决定。通常认为几何形状和尺寸的完全一致性是两者能够正确啮合的必要条件。在常规螺纹元件的设计中，相互啮合的元件的几何形状是完全相同的。如图3和图4所示，螺纹元件3和螺纹元件4是一对同向啮合双螺杆挤出机的螺杆螺纹元件(螺纹头数为2)，a3、b3、w3分别表示螺纹元件3的螺棱顶角、螺槽底角、螺棱宽度，a4、b4、w4分别表示螺纹元件4的螺棱顶角、螺槽底角、螺棱宽度，e表示螺槽侧面所对应的圆心角，a3＝a4，b3＝b4，w3＝w4。为使两螺纹元件啮合，一个螺纹元件的螺棱顶角必须等于另一螺纹元件的螺槽底角，在常规螺纹元件的设计中，每个螺纹元件的螺棱顶角等于自身的螺槽底角。即a3＝b3＝a4＝b4(1)1978年，M.L.BOOYP.E.S发表了“Geometry of Fully Wiped Twin-ScrewEquipment”(Polymer Engineering and Science，SEPTEMBER，1978，Vol.18，No.12，973～984)，在这篇论文中，根据双螺杆螺纹元件的啮合原理，提出如下两关系式e＝2×cos-1(C/D) (2)N(2a0+2e)＝2π (3)式中π-圆周率；C-两根螺杆的中心距；D-螺纹元件的外径；N-螺纹头数；a0-常规螺纹元件的螺棱顶角。
当螺纹元件的外径D、螺纹头数N、两根螺杆的中心距C及螺纹导程L确定后，它们的外廓几何形状就确定了。这样设计的螺纹元件在正确安装后具有良好的啮合关系。在双螺杆运行过程中，螺纹元件与被加工物料互相摩擦，经过一段时间后，螺纹元件被磨损，螺棱宽度变窄、螺棱顶角变小，螺杆间隙变大，导致啮合特性发生变化，双螺杆工作性能下降。此时通常的做法是将相啮合的两螺纹元件同时更换。
发明内容
本实用新型提出具一种有不同的几何形状的一对螺纹元件仍然能够很好啮合。可以用于磨损螺纹元件的配对修配，延长螺纹元件的使用寿命。
相互啮合的同向双螺杆螺纹元件由具有相同的外径、螺纹头数、螺纹导程和螺棱顶角的两个常规螺纹元件构成，经过运行磨损后，被磨损螺纹元件的螺棱宽度变窄、螺棱顶角变小。本实用新型的技术方案是由一个替换螺纹元件与其中一个被磨损螺纹元件组成一对新的、几何形状不完全相同的螺纹元件组件，替换螺纹元件与被磨损螺纹元件具有相同的外径D、螺纹头数N和螺纹导程L，替换螺纹元件的螺棱顶角a2与被磨损螺纹元件的螺棱顶角a1不相等，替换螺纹元件的螺棱顶角a2与被磨损螺纹元件的螺棱顶角a1之和等于2倍常规螺纹元件螺棱顶角a0；根据被磨损元件螺棱顶角a1所对应的螺纹元件端面外圆的弦长A1的值，由下列关系式得到替换螺纹元件螺棱顶角a2和替换螺纹元件的螺槽底角b2；a2＝(2π/N)-4cos-1(C/D)-2sin-1(A1/D)；b2＝a1；式中a1-被磨损螺纹元件的螺棱顶角；N-螺纹头数；π-圆周率；A1-被磨损元件螺棱顶角a1所对应的螺纹元件端面外圆的弦长；C-两根螺杆的中心距；D-螺纹元件外径。
本实用新型是两个几何形状不完全相同的螺纹元件，具有良好的啮合关系，可用于磨损螺纹元件的配对修配，延长螺纹元件使用寿命。
图1-本实用新型同向双螺杆螺纹元件结构图(螺纹头数N＝2)。
图2-是图1的双螺杆螺纹元件的端面图。
图3-常规双螺杆螺纹元件结构图(螺纹头数N＝2)。
图4-是图3的双螺杆螺纹元件的端面图。
图5-是常规螺纹元件与磨损螺纹元件的端面图的比较图(螺纹头数N＝2)如图1和图2所示，本实用新型一种相互啮合的同向双螺杆螺纹元件由被磨损螺纹元件1和替换螺纹元件2组成的一对螺纹元件(图1和图2是以螺纹头数N＝2为例)，在图中D为螺纹外径、L为螺纹导程、C为两螺杆的中心距、a1为被磨损螺纹元件螺棱顶角、a2为替换螺纹元件的螺棱顶角、b1为被磨损螺纹元件的螺槽底角、b2为替换螺纹元件的螺槽底角。两螺纹元件具有相同的螺纹外径D、螺纹导程L、中心距C和螺纹头数N。本实用新型与常规螺纹元件的区别在于两个相互啮合的被磨损螺纹元件1和磨损螺纹元件2的端面形状不同，其中被磨损螺纹元件1的螺棱顶角a1小于常规螺纹元件的螺棱顶角a0。如图5所示，粗实线为本实用新型磨损螺纹元件1的端面图，细虚线为磨损前的常规螺纹元件0的端面图，a0是螺纹元件磨损前的螺棱顶角，a1是螺纹元件磨损后的螺棱顶角；A0和A1分别为a0和a1所对应的螺纹元件端面外圆的弦长。被磨损螺纹元件1的螺棱宽度W1也比常规螺纹元件窄；替换螺纹元件2的螺棱顶角a2大于常规螺纹元件的螺棱顶角a0，替换螺纹元件2的螺棱宽度W2比常规螺纹元件的螺棱宽度大。
本实用新型提出被磨损螺纹元件1的螺棱顶角a1与替换螺纹元件2的螺棱顶角a2之和等于常规设计中两常规螺纹元件的螺棱顶角之和，再由式(3)可以得到a1+a2＝2a0＝(2π/N)-2e (4)把式(2)代入式(4)中得到a2＝(2π/N)-4×cos-1(C/D)-a1(5)根据几何关系，可以得出a1＝2sin-1(A1/D) (6)将式(6)代入式(5)中得到a2＝(2π/N)-4cos-1(C/D)-2sin-1(A1/D)(7)
根据啮合原理b2＝a1(8)于是在螺纹元件外径D、螺纹头数N、螺纹导程L和两根螺杆的中心距C已知的前提下，根据被磨损元件螺棱顶角a1所对应的螺纹元件端面外圆的弦长A1可以确定替换螺纹元件2的形状和尺寸。尽管被磨损螺纹元件1和替换螺纹元件2的形状不同，但两者仍能够很好啮合，仍然能够形成均匀的螺杆间隙。运用三维制图几何造型软件进行三维模拟干涉检查证明，本实用新型的两个形状不同的螺纹元件能很好地啮合。
本实用新型可应用于磨损螺纹元件的配对修配。根据被磨损的螺纹元件磨损量的大小，只需要测量被磨损螺纹元件1端面外圆上螺棱周向尺寸(弧长)所对应的弦长A1，由此来设计加工替换螺纹元件1，并用替换螺纹元件2与其中之一磨损的被磨损螺纹元件1匹配。从几何关系的角度来看，只要被磨损螺纹元件1的螺棱顶角a1大于零，都可以得到与之对应的替换元件2的螺棱顶角a2及螺槽底角b2。也就是理论上，只要被磨损螺纹元件1的螺棱顶角a1大于零，都可以有相应的替换螺纹元件与它相配对使用。但是，在实际使用中，螺纹元件的螺棱顶角小到何值时需要使用替换元件，及何时更换被磨损螺纹元件，取决于具体的加工生产过程以及替换螺纹元件所带来的成本问题。
本实用新型可应用于磨损螺纹元件的配对修配。使原本要被更换的被磨损螺纹元件1还可以继续使用一段时间，而替换螺纹元件2也因其具有较大的螺棱顶角和较大的螺棱宽度，因而具有比常规螺纹规元件更长的使用寿命。
具体实施方式
实施例1以相互啮合螺杆外径为72mm的同向双螺杆挤出机(72机)用的螺纹元件为例。常规螺纹元件的参数如下外径D＝72mm，螺纹头数N＝2，螺纹导程L＝48mm，两根螺杆的中心距C＝60mm，螺纹元件的螺棱顶角a0＝0.400，螺棱顶角a0所对应的弦A0＝14.304mm。挤出机经使用一段时间后螺杆磨损，测量被磨损元件螺棱顶角a1所对应的螺纹元件端面外圆的弦长A1＝14.000mm，由a1＝2sin-1(A1/D)和a2＝(2π/N)-4cos-1(C/D)-2sin-1(A1/D)以及b2＝a1，计算得到被磨损螺纹元件螺棱顶角a1＝0.391，替换螺纹元件螺棱顶角a2＝0.409，b2＝0.391。螺纹元件的各参数列于表中。根据a2和b2即可设计加工出替换螺纹元件，用替换螺纹元件与其中一个被磨损元件组成新的螺纹元件对，用于原双螺杆挤出机。
实施例2、4、5、6分别是72机的螺纹元件，设计方法同实施例1，常规螺纹元件、被磨损螺纹元件以及替换螺纹元件的参数列于表中。实施例3是30机的螺纹元件，设计方法同实施例1，常规螺纹元件、被磨损螺纹元件以及替换螺纹元件的参数列于表中。
表
权利要求1.一种相互啮合的同向双螺杆螺纹元件，由具有相同的外径、螺纹头数、螺纹导程和螺棱顶角的两个常规螺纹元件构成，经过运行磨损后，被磨损螺纹元件的螺棱宽度变窄、螺棱顶角变小，其特征在于由一个替换螺纹元件与其中一个被磨损螺纹元件组成一对新的、几何形状不完全相同的螺纹元件组件，替换螺纹元件与被磨损螺纹元件具有相同的外径D、螺纹头数N和螺纹导程L，替换螺纹元件的螺棱顶角a2与被磨损螺纹元件的螺棱顶角a1不相等，替换螺纹元件的螺棱顶角a2与被磨损螺纹元件的螺棱顶角a1之和等于2倍常规螺纹元件的螺棱顶角a0；根据被磨损元件的螺棱顶角a1所对应的螺纹元件端面外圆的弦长A1的值，由下列关系式得到替换螺纹元件的螺棱顶角a2和替换螺纹元件的螺槽底角b2a2＝(2π/N)-4cos-1(C/D)-2sin-1(A1/D)；b2＝a1；式中ai-被磨损螺纹元件的螺棱顶角；N-螺纹头数；π-圆周率；A1-被磨损元件螺棱顶角a1所对应的螺纹元件端面外圆的弦长；C-两根螺杆的中心距；D-螺纹元件外径。
专利摘要本实用新型一种相互啮合的同向双螺杆螺纹元件是由一个替换螺纹元件与一个被磨损螺纹元件组成一对新的、几何形状不完全相同的螺纹元件组件，替换螺纹元件与被磨损螺纹元件具有相同的外径D、螺纹头数N和螺纹导程L，替换螺纹元件的螺棱顶角a
文档编号F04C2/16GK2639566SQ0326189
公开日2004年9月8日 申请日期2003年6月3日 优先权日2003年6月3日
发明者郭奕崇, 刘华玲 申请人:北京化工大学