差速雙螺桿捏合機型線設計理論及螺旋面高效高精度加工研究.pdf

1、由于雙螺桿嚙合幾何學以及物料輸送行為的復雜性，造成雙螺桿捏合擠出過程研究的困難。因此研究具有集輸送、捏合、建壓及自清潔功能于一體，且能對被加工物料產(chǎn)生高剪切力的新型捏合機具有重要意義。差速雙螺桿捏合機是一種新型的可對高粘度物料進行輸送、混合、捏合及塑化等操作的雙螺桿擠出混煉機構。差速雙螺桿捏合機核心部件是一對相互嚙合的陰、陽轉(zhuǎn)子，如何有效地設計和加工陰、陽轉(zhuǎn)子螺旋副是提高差速雙螺桿捏合機性能的關鍵。論文從捏合機關鍵技術出發(fā)，系統(tǒng)地研究差

2、速雙螺桿捏合機陰、陽螺桿轉(zhuǎn)子螺旋副型線設計、優(yōu)化，模擬及高效高精度加工等原理與技術。
　　利用齒輪嚙合理論和雙螺桿泵設計原理建立差速雙螺桿捏合機螺桿轉(zhuǎn)子型線設計數(shù)學模型；研究了差速雙螺桿捏合機陰、陽螺桿轉(zhuǎn)子嚙合幾何學。對陰、陽螺桿轉(zhuǎn)子型線參數(shù)進行分析及優(yōu)化，利用優(yōu)化設計方法建立陰、陽螺桿轉(zhuǎn)子型線參數(shù)優(yōu)化模型，給出輸送效率最高、剪切捏合能力最強的陰、陽螺桿轉(zhuǎn)子螺旋副組成齒曲線及其設計參數(shù)，并利用型線設計理論對設計實例進行分析和評價。

3、對剪切捏合性能進行研究，推導出剪切性能最優(yōu)的安裝中心距的計算式。給出組合性能最優(yōu)的陰、陽轉(zhuǎn)子螺旋副組成齒曲線參數(shù)方程及設計結(jié)果。
　　以差速雙螺桿捏合機中輸送的非牛頓流體為研究對象，利用有限元分析軟件，對輸送物料的速度場、壓力場等流場特性進行模擬和分析。從螺旋曲面的參數(shù)方程出發(fā)，利用空間解析幾何理論將差速雙螺桿捏合機陰、陽轉(zhuǎn)子三維螺旋面坐標轉(zhuǎn)化為對應不同壓力腔的二維積分區(qū)域，利用數(shù)值積分求解作用在轉(zhuǎn)子上的軸向、徑向受力以及力矩，為

4、螺桿轉(zhuǎn)子強度計算及捏合機軸承選取提供理論依據(jù)。
　　陰、陽轉(zhuǎn)子高效精度加工是差速雙螺桿捏合機關鍵技術。論文在分析螺桿轉(zhuǎn)子加工技術現(xiàn)狀及加工特點基礎上，提出利用基于CBN等超硬刀具材料的螺桿轉(zhuǎn)子高效高精度成形磨削加工方法。根據(jù)齒輪空間嚙合原理及微分幾何理論建立成形加工刀具求解計算理論；利用等距齒面法對成形刀具的實際廓形進行設計以及利用雙圓弧樣條理論對成形刀具廓形進行光順處理。建立螺桿轉(zhuǎn)子螺旋面成形磨削加工誤差分析數(shù)學模型，研究分析安

5、裝角誤差、安裝中心距誤差、軸向位置上砂輪半徑誤差等因素對螺桿轉(zhuǎn)子齒形誤差的影響。對螺桿轉(zhuǎn)子成形磨削CBN砂輪修整進行研究，分析利用金剛石修整輪進行CBN砂輪修整設計及修整特性。
　　結(jié)合當前CBN、PCD等硬質(zhì)合金刀具材料發(fā)展起來的干切削、硬切削等加工方式對螺桿轉(zhuǎn)子螺旋面進行切削加工研究。建立利用指狀成形刀具加工螺桿轉(zhuǎn)子數(shù)學模型。建立基于多自由度法和空間齒面法線法的精確滾刀軸向截形，揭示出利用滾削法加工螺桿轉(zhuǎn)子螺旋面滾刀基本蝸桿與

6、螺桿轉(zhuǎn)子螺旋面的嚙合規(guī)律。為實現(xiàn)基于CBN、PCD等硬質(zhì)合金刀具的螺桿轉(zhuǎn)子高效高精度切削加工奠定基礎。
　　提出差速雙螺桿捏合機 CAD/CAM系統(tǒng)需求分析及體系結(jié)構、設計流程和加工控制流程；分析 CAD/CAM系統(tǒng)設計關鍵技術；基于以上設計及加工理論，利用C＃語言和.NET平臺開發(fā)出一套可用于差速雙螺桿捏合機設計、分析與陰、陽螺桿轉(zhuǎn)子高效高精度加工的CAD/CAM系統(tǒng)。根據(jù)差速雙螺桿捏合機CAD/CAM系統(tǒng)，利用指狀成形銑刀以及