一种旋转斜盘驱动的螺杆轴向振动装置的制作方法

本发明涉及高分子材料加工技术领域，特别涉及一种旋转斜盘驱动的螺杆轴向振动装置。

背景技术：

目前已有研究表明，聚合物成型加工过程中引入振动力场可以使聚合物分子链更容易取向、显著提高制品性能，并且能有效降低加工能耗。其中，直驱动态转动与轴向协同驱动技术是通过摇摆运动套的运动带动塑化运输螺杆做旋转运动的同时做轴向振动，从而实现螺杆转动与轴向振动由驱动马达同源协同驱动，将振动力场引入聚合物加工过程，一定程度上提高了制品质量。

然而，在实际生产应用中，仍存在以下不足之处：振动可调节性差、摇摆套结构运行稳定性不足等因素限制了振动力场的引入，导致协同作用效果不理想。为此，目前已有的注塑机螺杆轴向脉动位移方法及装置利用液压激振力为驱动动力的运动机构使螺杆轴向位移，使得熔融、塑化、注射、持压过程均在周期性振动状态下进行，但是该装置使用时需要外加液压装置，因而有设备体积大、维护不方便、控制系统复杂等明显缺点。而广东精创机械制造有限公司开发的一种振动式螺杆挤出成型设备，利用激振式半联轴器机构实现螺杆轴向振动，但是其结构比较复杂且不能调节振动幅度和振动频率，加工装配不方便，设备体积大且维护困难。由此可见，螺杆振动装置在高分子材料加工领域的应用并不成熟，其进一步开发的空间较大。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种旋转斜盘驱动的螺杆轴向振动装置，以克服现有技术中协同振动幅度小、可调节性差、稳定性不足、设备体积大、结构复杂等缺点。

本发明的技术方案为：一种旋转斜盘驱动的螺杆轴向振动装置，包括马达转子空心轴、输出驱动轴、主动力输入轴、驱动马达、斜盘、滚动靴座和轴承，输出驱动轴一端与主动力输入轴连接，输出驱动轴的另一端与挤出机的螺杆连接，马达转子空心轴设于输出驱动轴与主动力输入轴的连接处外周，驱动马达设于马达转子空心轴外周，马达转子空心轴上靠近螺杆的端面设有斜盘，斜盘外侧设置滚动靴座，滚动靴座外侧通过轴承与输出驱动轴连接；输出驱动轴与螺杆的连接处设有复位弹簧(滚动靴座在复位弹簧的作用下受到斜盘的约束并沿着斜盘表面做相对滚动)，主动力输入轴与输出驱动轴的连接处设有钢珠(主动力输入轴通过这些沿输出驱动轴圆周均匀轴向分布的钢珠向螺杆传递扭矩的同时实现螺杆轴向振动)。

所述马达转子空心轴和主动力输入轴偏心设置，主动力输入轴、输出驱动轴、螺杆、滚动靴座和轴承同轴设置，马达转子空心轴、驱动马达和斜盘同轴设置。其中，假设马达转子空心轴和主动力输入轴之间的偏心距为e，即斜盘内孔中心线与马达转子空心轴的中心之间的偏心距离为e，输出驱动轴的轴向振幅A＝e tanα，α为斜盘外侧斜面的中心线与内孔的中心线交叉形成的夹角，带有空心轴的马达直接驱动旋转斜盘激振装置(即斜盘、滚动靴座及调心推力滚子轴承等部件所组成的装置结构)激振，当马达转子空心轴和斜盘转动时，与之相对滚动的滚动靴座受到调心推力滚子轴承和复位弹簧的约束从而迫使输出驱动轴轴向左右振动，输出驱动轴的轴向振动频率与驱动马达角频率一致。

所述驱动马达外侧还设有调节马达转子空心轴相对于主动力输入轴的偏心距用的调节手轮，通过调节手轮调整驱动马达的位置可以得到不同偏心距。

所述马达转子空心轴相对于主动力输入轴的偏心距不超过10mm。

所述主动力输入轴与输出驱动轴的连接方式为嵌入式连接，主动力输入轴的端部设有内凹部，输出驱动轴的端部对应设有凸出部，凸出部嵌入内凹部且钢珠分布于凸出部与内凹部的接触面上。主动力输入轴通过沿输出驱动轴圆周均匀轴向分布的钢珠向螺杆传递扭矩的同时实现螺杆轴向振动。

所述斜盘与马达转子空心轴之间通过螺钉固定连接。

所述滚动靴座与斜盘相接的侧面上均匀分布有若干滚珠，斜盘的侧面与各滚珠相接触。

所述斜盘为倾斜的盘状结构，斜盘的外侧面为斜面，斜盘中部设有圆柱形的内孔，斜盘外侧斜面的中心线与内孔的中心线交叉形成夹角。

上述旋转斜盘驱动的螺杆轴向振动装置使用时，其原理是：带有空心轴的马达(即驱动马达和马达转子空心轴)直接驱动旋转斜盘激振装置(即斜盘、滚动靴座和调心推力滚子轴承)激振，马达转子空心轴和斜盘转动时，与之相对滚动的滚动靴座受到调心推力滚子轴承和复位弹簧的约束，从而迫使输出驱动轴轴向左右振动，实现螺杆旋转运动与轴向振动协同作用的动态驱动装置。其中，驱动马达直接驱动马达转子空心轴和斜盘做旋转运动，并与固定的滚动靴座产生相对运动，形成斜盘激振系统实现滚动靴座的机械激振；同时滚动靴座带动调心推力滚子轴承激振，从而使输出驱动轴轴向振动，实现螺杆旋转运动与轴向振动协同作用的动态驱动。马达转子空心轴安装在马达转子上，斜盘通过螺钉与马达转子空心轴紧固连接，斜盘内孔中心线与马达转子空心轴的中心线重合；斜盘与滚动靴座上均匀分布的钢珠相接触，滚动靴座通过调心推力滚子轴承与输出驱动轴连接，滚动靴座与输出驱动轴同心安装；滚动靴座在复位弹簧的作用下受到斜盘的约束并沿着斜盘表面做相对滚动；斜盘为盘状结构，斜盘中部设有圆柱形通孔，斜盘的外斜面的中心线与内孔圆柱面的中心线交叉成角度α。进一步地，斜盘内孔中心线与主动力输入轴中心线之间的偏心距离为e，输出驱动轴的轴向振幅A＝e tanα；带有空心轴的马达直接驱动旋转斜盘激振装置激振，当马达转子空心轴和斜盘转动时与之相对滚动的滚动靴座受到调心推力滚子轴承和复位弹簧的约束从而迫使输出驱动轴轴向左右振动；所述输出驱动轴的轴向振动频率与驱动马达角频率一致。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

本旋转斜盘驱动的螺杆轴向振动装置结构紧凑、容易加工装配，利用旋转斜盘直接实现了螺杆旋转运动和轴向振动的协同驱动，克服了现有技术中协同振动幅度小、可调节性差、稳定性不足、设备体积大、结构复杂等缺点。

本旋转斜盘驱动的螺杆轴向振动装置利用驱动马达的转子空间放置主动力输入轴并直接驱动斜盘旋转，螺杆的轴向振动频率与驱动马达角频率一致，并且可通过调节驱动马达的位置来调节螺杆振动幅度A，其可调节性较佳，设备稳定性也较高。

本旋转斜盘驱动的螺杆轴向振动装置利用沿输出驱动轴圆周均匀轴向分布的钢球向螺杆传递扭矩，同时实现螺杆轴向振动，并利用斜盘与滚动靴座之间的相对运动，减少了不必要的摩擦，提高了机器使用效率以及稳定性。

本旋转斜盘驱动的螺杆轴向振动装置中，螺杆旋转运动的同时进行轴向振动，使得物料受到周期性变化的剪切应力作用，有利于高分子材料的解缠结，使得塑化输运过程中高分子熔体的粘度降低，实现低温塑化；同时周期性变化的轴向振动有利于高分子材料沿流动方向的取向，实现高分子材料的自增强，提高制品质量。

附图说明

图1为本旋转斜盘驱动的螺杆轴向振动装置的结构示意图。

图2为图1中斜盘的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

本实施例一种旋转斜盘驱动的螺杆轴向振动装置，如图1所示，包括马达转子空心轴1、斜盘2、滚动靴座3、调心推力滚子轴承4、输出驱动轴5、螺杆6、复位弹簧7、主动力输入轴8、钢珠9、驱动马达10、机架11和调节手轮12；马达转子空心轴固定在驱动马达的转子上，主动力输入轴通过轴承连接在基座(图中未示出)上并安装在马达转子空心轴内，输出驱动轴安装在主动力输入轴的内孔中；主动力输入轴和输出驱动轴通过轴承固定在机架上。斜盘通过螺钉与马达转子空心轴连接，斜盘的内孔中心线L₂与马达转子空心轴的中心线L₃重合；斜盘可绕中心线L₃做旋转运动；斜盘与滚动靴座上均匀分布的滚珠相接触，滚动靴座通过调心推力滚子轴承与输出驱动轴连接，滚动靴座与输出驱动轴同心安装；滚动靴座在复位弹簧的作用下受到斜盘的约束并沿着斜盘表面做相对滚动。

如图2所示，斜盘为盘状结构，斜盘中部设有圆柱形通孔，斜盘的外斜面的中心线L₄与内孔圆柱面的中心线L₃交叉成角度α。滚动靴座通过调心推力滚子轴承与输出驱动轴同心安装；斜盘中，其内孔圆柱面的中心线L₂与马达转子空心轴旋转中心线L₃重合，从而使得斜盘外侧斜面13的中心线L₁始终与驱动马达转子空心轴旋转中心线L₃以角度α交叉。

当驱动马达直接驱动马达转子空心轴和斜盘旋转运动时，由于斜盘外侧斜面的中心线L₁与内孔圆柱面的中心线L₂交叉成角度α，同时滚动靴座受到调心推力滚子轴承和复位弹簧的约束迫，使输出驱动轴以调心推力滚子轴承的中心点轴向左右振动，而输出驱动轴与螺杆固定连接，当输出驱动轴左右振动时带动螺杆轴向振动。输出驱动轴的轴向振幅A由斜盘外侧斜面的中心线L₁与内孔圆柱面的中心线L₂交叉成角度α以及主动力输入轴内孔中心线L₂与马达转子空心轴的中心线L₃之间的偏心距离e决定，亦即输出驱动轴的轴向振幅A＝e tanα；输出驱动轴的轴向振动频率与驱动马达角频率一致。通过调节手轮调节驱动马达的位置可以改变主动力输入轴内孔中心线L₂与马达转子空心轴的中心线L₃之间的偏心距离e，从而得到不同的轴向振幅A。

螺杆旋转运动的同时进行轴向振动，使得物料受到周期性变化的剪切应力作用，有利于高分子材料的解缠结，使得塑化输运过程中高分子熔体的粘度降低，实现低温塑化；同时周期性变化的轴向振动有利于高分子材料沿流动方向的取向，实现高分子材料的自增强，提高制品质量。

旋转斜盘激振装置通过马达直接驱动，其结构简单紧凑、容易加工装配，螺杆的轴向振动频率与驱动马达角频率一致，并且可通过调节马达转子空心轴的位置来调节螺杆振动幅度。

该装置的主动力输入轴通过沿输出驱动轴圆周均匀轴向分布的钢球向螺杆传递扭矩的同时实现螺杆轴向振动，实现旋转运动与轴向振动的协同作用。

本旋转斜盘驱动的螺杆轴向振动装置可以用于挤出机、注塑机等塑料加工机械，也可以应用于其他需要旋转运动和轴向振动协同作用的场合。

如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。