本发明涉及同向双螺杆挤出机，特别涉及适用于同向双螺杆挤出机的一种全光滑锥形螺杆转子。
背景技术：
双螺杆挤出机是加工机械中的一种重要设备，因其具有良好的加料性能、混炼塑化性能及排气性能等，目前已经广泛应用于挤出制品的成型加工；同向双螺杆挤出机通过两个螺杆转子的同步同向双回转运动，完成聚合物的输送、塑化、混合与混炼；双螺杆挤出机的核心部件为一对相互啮合的螺杆转子，螺杆转子的形式及啮合精度直接影响挤出产品的质量。
专利cn107139424公开的一种全光滑的双螺杆挤出机螺杆转子，螺杆转子的截面型线由6段曲线组成，采用4段圆弧连接齿顶圆弧及齿根圆弧，在光滑连接处对加工精度要求较高；两个螺杆转子在任意轴向位置处的截面型线均相同，以此螺杆转子为核心部件的平行双螺杆挤出机由于受到两个螺杆中心距尺寸的限制，输出扭距小、抗负荷能力差。
技术实现要素：
针对以上问题，同时为了丰富双螺杆挤出机螺杆转子的种类，本发明提出了一种双螺杆挤出机的全光滑锥形螺杆转子：包括左螺杆转子(1)和右螺杆转子(2)，螺杆转子呈锥形；螺杆转子的螺距p保持不变；在任意轴向位置处螺杆转子的截面型线的组成曲线类型和数目都相同；通过保持螺杆转子的齿顶圆弧的圆心角α不变，使得螺杆转子的齿顶厚度δ1和齿根厚度δ2始终不变且相等；左螺杆转子(1)和右螺杆转子(2)完全相同，且两螺杆转子的轴线平行；螺杆转子呈锥形，使得螺杆转子具有良好的挤出性能，两个螺杆转子又作同向转动，啮合处存在相切作用，有效提高了物料混合性及分散性，使得双螺杆挤出机具有分散性好、产量高及节能等优势；同时因为两个螺杆转子的轴线平行，对安装精度的要求大大降低；在螺杆转子任意轴向位置的截面型线上，采用一段偏心圆渐开线及一段偏心圆渐开线的包络线光滑连接齿顶圆弧和齿根圆弧，截面型线的组成曲线简单，便于加工制造；螺杆转子所采用的截面型线是全光滑的并且能够实现完全正确的啮合，减少了螺杆转子的摩擦磨损，提高了螺杆转子的使用寿命；所提出的一种双螺杆挤出机的全光滑锥形螺杆转子对于提高双螺杆挤出机的性能具有重要的意义。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提出的一种双螺杆挤出机的全光滑锥形螺杆转子，包括左螺杆转子(1)和右螺杆转子(2)，其特征是：左螺杆转子(1)呈锥形，左螺杆转子(1)的螺距p保持不变；在任意轴向位置处左螺杆转子(1)的左截面型线(101)的组成曲线类型和数目都相同；从左螺杆转子(1)的吸入端(ⅰ-ⅰ)到排出端(ⅸ-ⅸ)，左螺杆转子(1)的左截面型线(101)的齿顶圆弧半径r1逐渐减小，齿根圆弧半径r3逐渐增大，节圆半径r2保持不变；左螺杆转子(1)的齿顶厚度δ1和齿根厚度δ2始终不变且相等，即δ1＝δ2；左螺杆转子(1)和右螺杆转子(2)完全相同，且两螺杆转子的轴线平行；
左螺杆转子(1)的左截面型线(101)由4段曲线组成：左偏心圆渐开线ab、左齿根圆弧bc、左偏心圆渐开线的共轭曲线cd和左齿顶圆弧da，相邻组成曲线之间完全光滑连接；右螺杆转子(2)的右截面型线(201)由4段曲线组成：右偏心圆渐开线ab、右齿根圆弧bc、右偏心圆渐开线的共轭曲线cd和右齿顶圆弧da；在同步同向双回转运动中，左螺杆转子(1)和右螺杆转子(2)能够实现完全正确的啮合；左螺杆转子(1)的左截面型线(101)与右螺杆转子(2)的右截面型线(201)能够实现正确的啮合；左螺杆转子(1)的左截面型线(101)上的左偏心圆渐开线ab、左齿根圆弧bc、左偏心圆渐开线的共轭曲线cd和左齿顶圆弧da，分别与右螺杆转子(2)的右截面型线(201)上的右偏心圆渐开线的共轭曲线cd、右齿顶圆弧da、右偏心圆渐开线ab和右齿根圆弧bc能够实现正确的啮合。
一种双螺杆挤出机的全光滑锥形螺杆转子，左螺杆转子(1)的左截面型线(101)上的6个几何参数：齿顶圆弧半径r1、齿根圆弧半径r3、偏心圆渐开线的基圆半径rb、偏心圆渐开线的中心角γ、圆弧的圆心角α和偏心圆渐开线的发生角β之间满足以下方程：
式中：r2为节圆半径。
一种双螺杆挤出机的全光滑锥形螺杆转子，在任意轴向位置处，左螺杆转子(1)的左截面型线(101)上的齿顶圆弧半径r1和齿根圆弧半径r3随截面型线距吸入端(ⅰ-ⅰ)的轴向距离z的变化而变化；
齿顶圆弧半径r1随轴向距离z的变化关系为：
齿根圆弧半径r3随轴向距离z的变化关系为：
式中：rs1、rd1分别为吸入端(ⅰ-ⅰ)和排出端(ⅸ-ⅸ)处的齿顶圆弧半径；rs3、rd3分别为吸入端(ⅰ-ⅰ)和排出端(ⅸ-ⅸ)处的齿根圆弧半径；zm为排出端(ⅸ-ⅸ)到吸入端(ⅰ-ⅰ)的轴向距离。
一种双螺杆挤出机的全光滑锥形螺杆转子，左螺杆转子(1)的左截面型线(101)上的各段曲线的方程如下：
①左偏心圆渐开线ab：
②左齿根圆弧bc：
③左齿顶圆弧da：
④左偏心圆渐开线ab的共轭曲线cd：
取
将上述方程确定的初始曲线，绕回转中心点o顺时针旋转
令
将解得的
本发明的有益效果为：
①所提出的一种双螺杆挤出机的全光滑锥形螺杆转子，从螺杆转子的吸入端(ⅰ-ⅰ)到排出端(ⅸ-ⅸ)，螺杆转子的截面型线沿螺旋线展开的同时，螺杆转子截面型线的齿顶圆弧半径r1逐渐减小，齿根圆弧半径r3逐渐增大，能充分增大吸入端的工作腔容积，减小排出端的工作腔容积，使得螺杆转子具有良好的挤出功能，提高了双螺杆挤出机的挤出效率；
②所提出的两个螺杆转子的轴线平行，大大降低了对安装精度的要求；
③所提出的螺杆转子的截面型线组成曲线简单，便于加工制造；
④所提出的螺杆转子的截面型线，相邻组成曲线之间完全光滑连接，由螺杆转子的截面型线沿螺旋线展开生成的螺杆转子能够实现完全正确的啮合，改善了螺杆转子的受力情况，减少了螺杆转子的摩擦磨损，提高了螺杆转子的使用寿命；
⑤丰富了双螺杆挤出机的螺杆转子类型及螺杆转子的截面型线类型。
附图说明
图1为双螺杆挤出机的全光滑锥形螺杆转子的截面型线图。
图2为两个螺杆转子的截面型线的啮合图。
图3为双螺杆挤出机的全光滑锥形螺杆转子图。
图4为工作时两个全光滑的锥形螺杆转子的啮合图。
图5为两个螺杆转子在(ⅰ-ⅰ)位置处的截面型线的瞬时啮合图；
图6为两个螺杆转子在(ⅴ-ⅴ)位置处的截面型线的瞬时啮合图；
图7为两个螺杆转子在(ⅸ-ⅸ)位置处的截面型线的瞬时啮合图；
图中：r1和r3分别为螺杆转子截面型线上的齿顶圆弧半径和齿根圆弧半径，r2为节圆半径，且2r2＝r1+r3；α为齿顶圆弧的圆心角，齿根圆弧的圆心角与齿顶圆弧的圆心角大小相等；β为偏心圆渐开线的发生角；rb为偏心圆渐开线的基圆半径；γ为偏心圆渐开线的中心角；δ1为螺杆转子的齿顶厚度；δ2为螺杆转子的齿根厚度；p为螺杆转子的螺距；1为左螺杆转子；2为右螺杆转子；101为左螺杆转子(1)的左截面型线；201为右螺杆转子(2)的右截面型线；点o、o分别为两个螺杆转子截面型线的回转中心点，所在的轴线分别为两个螺杆转子的回转中心线；点n、n分别为两个螺杆转子截面型线上的偏心圆渐开线的基圆的圆心。
具体实施方式
下面结合附图与实例对本发明作进一步说明。
如图1所示，为所提出的双螺杆挤出机的全光滑锥形螺杆转子的截面型线图；左螺杆转子(1)的左截面型线(101)由4段曲线组成，包括两段圆弧及两段偏心圆渐开线，按逆时针依次为：左偏心圆渐开线ab、左齿根圆弧bc、左偏心圆渐开线的共轭曲线cd和左齿顶圆弧da，相邻组成曲线之间完全光滑连接；左螺杆转子(1)的左截面型线(101)与右螺杆转子(2)的右截面型线(201)的形状完全相同。
如图2所示，为两个螺杆转子的截面型线的啮合图；左螺杆转子(1)的左截面型线(101)与右螺杆转子(2)的右截面型线(201)能够实现正确的啮合；左螺杆转子(1)的左截面型线(101)上的左偏心圆渐开线ab、左齿根圆弧bc、左偏心圆渐开线的共轭曲线cd和左齿顶圆弧da，分别与右螺杆转子(2)的右截面型线(201)上的右偏心圆渐开线的共轭曲线cd、右齿顶圆弧da、右偏心圆渐开线ab和右齿根圆弧bc能够实现正确的啮合。
如图3所示，为双螺杆挤出机的全光滑锥形螺杆转子图；ⅰ-ⅰ和ⅸ-ⅸ分别为两个螺杆转子吸入端和排出端对应的轴向位置；左螺杆转子(1)由左截面型线(101)从吸入端(ⅰ-ⅰ)向排出端(ⅸ-ⅸ)沿螺旋线展开，在螺旋展开的同时，左螺杆转子(1)的左截面型线(101)上的齿顶圆弧半径r1逐渐减小，齿根圆弧半径r3逐渐增大，使得螺杆转子整体呈锥形；左螺杆转子(1)和右螺杆转子(2)完全相同，且两螺杆转子的轴线平行；
如图4所示，为工作时两个全光滑的锥形螺杆转子的啮合图；螺杆转子的螺距p保持不变；螺杆转子的齿顶厚度δ1和齿根厚度δ2沿轴向始终不变且相等；在截面型线沿螺旋线展开生成螺杆转子的过程中，截面型线距吸入端(ⅰ-ⅰ)的轴向距离z取0，p/2，p，3p/2，2p，5p/2，3p，7p/2，4p时，对应的轴向位置分别用ⅰ-ⅰ、ⅱ-ⅱ、ⅲ-ⅲ、ⅳ-ⅳ、ⅴ-ⅴ、ⅵ-ⅵ、ⅶ-ⅶ、ⅷ-ⅷ、ⅸ-ⅸ表示。
如图5所示，为两个螺杆转子在(ⅰ-ⅰ)位置处的截面型线的瞬时啮合图；
如图6所示，为两个螺杆转子在(ⅴ-ⅴ)位置处的截面型线的瞬时啮合图；
如图7所示，为两个螺杆转子在(ⅸ-ⅸ)位置处的截面型线的瞬时啮合图；
由图5、图6及图7可知在任意轴向位置处两个螺杆转子的截面型线是完全啮合的，因此能说明，在同步同向双回转运动中，两螺杆转子能够实现完全正确的啮合；同时可见从螺杆转子的吸入端(ⅰ-ⅰ)到排出端(ⅸ-ⅸ)，螺杆转子的截面型线的齿顶圆弧半径r1逐渐减小，齿根圆弧半径r3逐渐增大，节圆半径r2保持不变；由截面型线沿螺旋线展开生成的两个螺杆转子，由吸入端(ⅰ-ⅰ)到排出端(ⅸ-ⅸ)，工作腔容积逐渐减小，使得螺杆转子具有良好的挤出功能，提高了双螺杆挤出机的挤出效率。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。