螺桿設(shè)計(jì)原理

多用于塑料成型設(shè)備，如塑料型材擠出機(jī)，注塑機(jī)等。螺桿和機(jī)筒是塑料成型設(shè)備的核心部件。是加熱擠出塑化的部分。是塑料機(jī)械的核心。

螺桿廣泛應(yīng)用于加工中心,CNC機(jī)器,數(shù)控車床,注塑機(jī),線切割,磨床,銑床，慢走絲,快走絲,PCB鉆孔機(jī),精雕機(jī),雕銑機(jī),火花放電機(jī),咬齒機(jī),刨床,大型立車龍門(mén)銑等等

1)自重G;

2)克服物料阻力所需的扭矩 M;

3)物料壓力產(chǎn)生的軸向力P。 螺桿一般是因長(zhǎng)期磨損，螺桿與料筒的間隙過(guò)大不能正常擠出而報(bào)廢，但也有因設(shè)計(jì)或操作不當(dāng)產(chǎn)生的工作應(yīng)力超過(guò)強(qiáng)度極限而破壞的例子。因此，螺桿也應(yīng)滿足一定的強(qiáng)度要求。

4)螺桿的危險(xiǎn)斷面一般在加料段螺紋根徑最小處。

根據(jù)材料力學(xué)可知，對(duì)塑性材料，復(fù)合應(yīng)力用第三強(qiáng)度理論計(jì)算，其強(qiáng)度條件為:

公制螺紋外徑是以毫米為單位，如6，8，10，12，18，20毫米等等螺距也是以毫米為單位，如0.5,0.75,1,1.5,2,3,等等

英制螺紋外徑是以英寸為單位，(每英寸等于25.4毫米)如3/16,5/8,1/4,1/2,等等所以用公制卡尺量外徑讀數(shù)常帶不規(guī)則的小數(shù)。

英制螺距是用每英寸含多少個(gè)牙表示。把卡尺定在25.4毫米，把一個(gè)尺尖對(duì)齊螺紋牙尖，另一個(gè)尺尖如對(duì)齊螺紋牙尖就是英制螺紋，如對(duì)不齊螺紋牙尖應(yīng)該是公制螺紋。

測(cè)量螺距時(shí)最好把螺紋的牙尖倒印在白粉筆上，粉筆上的印比較清晰，便于測(cè)量。測(cè)公制螺距應(yīng)該測(cè)量一段長(zhǎng)度，如10，15，20，毫米等等，數(shù)一下含多少牙，算出螺距。

用英寸為單位規(guī)定螺紋規(guī)格的為英制螺紋，如:G1"。 用公制單位毫米規(guī)定螺紋規(guī)格的為公制螺紋，如:M30。

英制是一英寸(2.54厘米)內(nèi)有多少牙來(lái)定的,一般是55度角。公制是兩牙尖的間距是多少M(fèi)M來(lái)定的螺距,一般是60度角。

螺桿(拼音:luógǎn，英文:screw):外表面切有螺旋槽的圓柱或者切有錐面螺旋槽的圓錐。螺桿具有不同的頭，像圖片中的頭叫外六角螺桿。還有其他，例如大扁螺桿、內(nèi)六角螺絲等等。

擠出機(jī)螺桿的作用是使膠料隨螺桿旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)逐漸變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，向機(jī)頭方向推移，并與機(jī)身相配合，壓縮生熱、軟化攪拌，混合膠料。

螺桿是由螺紋和圓柱體組成的。螺桿沿中心線有長(zhǎng)孔，可通冷卻水。螺桿的尾部裝在止推軸承內(nèi)，避免擠橡時(shí)產(chǎn)生反作用力把螺桿推出。

螺桿的直徑比機(jī)身的鋼套內(nèi)徑稍小，即螺桿的直徑與鋼套內(nèi)表面要有間隙，其間隙一般控制在螺桿直徑的0.002~0.004倍。間隙太小會(huì)造成螺桿"掃膛"，產(chǎn)生磨損，甚至產(chǎn)生卡死螺桿的現(xiàn)象;間隙太大膠料回流影響擠出量，生產(chǎn)效率低，還會(huì)影響產(chǎn)品品質(zhì)。

螺桿的螺紋特性

螺紋深度與設(shè)備生產(chǎn)能力有直接關(guān)系，螺紋深度大，在一定壓力下，擠出膠料多。但膠料塑化困難，螺桿強(qiáng)度也差。螺桿螺紋深度一般控制在螺桿直徑的0.18~0.25倍。螺紋的推進(jìn)面應(yīng)該垂直于螺桿的軸線，而推進(jìn)面的相對(duì)面應(yīng)該有一定的斜度。相鄰螺紋的軸向距離稱為螺距，橡膠擠出機(jī)螺桿一般為等距不等深雙頭螺紋螺桿。螺距之間的容積計(jì)算如下:

tgФ=L/πD

F=h(πD tgФ-e)式中:Ф--螺桿推進(jìn)面的相對(duì)面的斜度

L--螺距

D--螺桿直徑

e--螺紋頂峰寬度

F--螺距之間的容積

螺紋頂峰寬度一般取0.07~0.1倍螺桿直徑，其中小規(guī)格擠橡機(jī)的螺桿可取較大值，而大規(guī)格擠橡機(jī)的螺桿可取較小值，螺紋頂峰寬度不能取得太小，取得太小頂峰處強(qiáng)度太小;取得太大，將減小螺紋容積。影響產(chǎn)量，并因摩擦生熱引起膠料焦燒。螺紋的距離一般等于或稍大于螺桿直徑。

螺桿的頭部有三種形狀:平形、半圓形及圓錐形?，F(xiàn)常用的是圓錐形螺桿。

螺桿的長(zhǎng)徑比

螺桿的長(zhǎng)徑比是螺桿的長(zhǎng)度L與螺桿的直徑D之比。螺桿長(zhǎng)徑比大，也就是螺桿工作部分長(zhǎng)，膠料塑化好，混合均勻，膠料受壓力大，產(chǎn)品質(zhì)量好。但螺桿長(zhǎng)易引起膠料焦燒，螺桿加工困難，增加擠出功率。用于熱喂料擠橡機(jī)的螺桿一般取長(zhǎng)徑比4~6倍，用于冷喂料擠橡機(jī)的螺桿一般取長(zhǎng)徑比8~12倍。

螺桿的壓縮比

螺桿進(jìn)料端第一個(gè)螺距的容積與出料端最后一個(gè)螺距的容積之比，稱為螺桿壓縮比。壓縮比計(jì)算公式如下:

(S1-e)(D-h1)h1

I = ---------

(S2-e)(D-h2)h2

式中:S1--螺桿進(jìn)料端第一個(gè)螺距mm

S2--螺桿出料端最后一個(gè)螺距mm

h1--螺桿進(jìn)料端螺槽深度mm

h2--螺桿出料端螺槽深度mm

D--螺桿直徑mm

e--螺紋頂峰寬度mm

螺桿壓縮比可以用以下幾種方法得到:

1、 螺距變化，螺槽深度不變;

2、 螺槽深度化，螺距不變;

3、 螺距和螺槽深度都變化。

電線電纜廠大都采用等距不等深螺桿。其壓縮比計(jì)算公式如下:

I = h1/h2

壓縮比大小對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量有很大的影響，壓縮比大，膠料緊密度高，表面光滑。壓縮比太大則膠料對(duì)螺桿的反作用也大，螺桿容易被折斷。擠橡機(jī)螺桿壓縮比一般控制在

1.3:1到1.6:1。

還有一種螺桿是分離型螺桿。這種螺桿是在螺桿的中段增加一條附加螺紋。螺桿共分三段:加料段、熔融段、計(jì)量段。有附加螺紋的中段是熔融段，加料段是指螺桿進(jìn)料處到附加螺紋的起點(diǎn)部分，計(jì)量段是指螺桿頭部到附加螺紋的終點(diǎn)的部分。

螺桿的材料

螺桿必須耐熱、耐磨、耐磨蝕。因此在加工螺桿時(shí)要進(jìn)行熱處理，表面鍍鉻或滲氮。常用的材料有45#鋼或鉻鉬鋁合金鋼等。

物料在擠出機(jī)螺桿中的運(yùn)動(dòng)是分為三段研究的，因而螺桿的設(shè)計(jì)也往往分段進(jìn)行。由于各段是連續(xù)通道，所以在實(shí)際生產(chǎn)中，只要能滿足要求，并不是非把螺桿分成三段不可，實(shí)際上有的螺桿只有兩段，有的還不分段。例如擠出尼龍這一類結(jié)晶性好的材料時(shí)，只有加料段和均化段，一般的螺桿擠出軟聚氯乙烯塑料的螺桿，可以采用全部壓縮段，而不必分成加料段和均化段。

螺桿的分段式從經(jīng)驗(yàn)得到的，主要決定于物料的性質(zhì)。加料段長(zhǎng)度可以從0至占螺桿全長(zhǎng)的75%，大體說(shuō)來(lái)擠出結(jié)晶性聚合物時(shí)最長(zhǎng)，硬性無(wú)定型聚合物次之，軟性無(wú)定型聚合物最短。壓縮段長(zhǎng)度通常占螺桿全長(zhǎng)的50%，當(dāng)然象上述尼龍和軟聚氯乙烯塑料例外。擠出聚乙烯時(shí)均化段長(zhǎng)度可取全長(zhǎng)的20一25%。但對(duì)某些熱敏性材料(如聚氯乙烯)，物料在這一段不宜停留過(guò)長(zhǎng)，可以不要均化段。有些高速擠出機(jī)均化段長(zhǎng)度竟取50%。

各種塑料所要求的擠出機(jī)壓縮比并不是固定不變的，可以有一個(gè)范圍。原料不同，要求的壓縮比也不一樣。例如擠出軟聚氯乙烯塑料時(shí)，如果是粒狀料，螺桿壓縮比常取2.5-3，如果是粉狀混合料，壓縮比可取4 ~ 5。螺桿壓縮比的選擇，可參考表4。

壓縮比的取得，可以用以下幾種方法得到:

(1)螺距變化(等深不等距)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于壓縮比較大時(shí)不影響螺桿強(qiáng)度，缺點(diǎn)是螺桿加工困難，接近螺桿端部時(shí)螺旋角太小使料流不能暢通，容易產(chǎn)生窩料。

(2)螺槽深度變化(等距不等深)。它的優(yōu)點(diǎn)是加工制造容易，物料與機(jī)筒接觸面積大，傳熱效果好。缺點(diǎn)是強(qiáng)度削弱大，在使用長(zhǎng)螺桿和大壓縮比時(shí)特別要注意。

(3)螺距和螺槽深度都變化(不等距不等深)。如果設(shè)計(jì)得當(dāng)，這種螺桿可以獲得最大的優(yōu)點(diǎn)和最小的缺點(diǎn)。 實(shí)際生產(chǎn)中主要從加工制造方便考慮，等距不等深螺桿應(yīng)用最多。

塑料擠出機(jī)擠出成型用塑料品種較多，一根螺桿不可能成型所有的塑料。應(yīng)根據(jù)原料特性，并盡可能考慮各種原料的共性來(lái)設(shè)計(jì)螺桿，使一根螺桿能同時(shí)擠出幾種塑料，這在工業(yè)生產(chǎn)上是有經(jīng)濟(jì)意義的。螺桿后端的反螺紋起防止漏料的作用。

螺桿長(zhǎng)徑比L/D，螺桿直徑D指螺桿螺紋的外徑。螺桿有效長(zhǎng)度L指螺桿工作部分長(zhǎng)度，如圖3-14所示。有效長(zhǎng)度和螺桿總長(zhǎng)不同。長(zhǎng)徑比就是螺桿有效長(zhǎng)與直徑的比值。早期的拚出機(jī)螺桿的一長(zhǎng)徑比較小，只有12-16。隨著塑料成型加工工業(yè)的發(fā)展，擠出機(jī)螺桿的長(zhǎng)徑比逐漸增大，目前常用的為15、20、25，最大可達(dá)43。

增加長(zhǎng)徑比有如下好處，

1.螺桿加壓充分，制品的物理機(jī)械性能均可提高。

2.物料塑化好，制品外觀質(zhì)量較好。

3.擠出量提高20-40%。同時(shí)，長(zhǎng)徑比大的螺桿特性曲線斜率小，較平坦，擠出量穩(wěn)定。

4.有利于粉料成型，如聚氯乙烯粉料擠管。

但增加長(zhǎng)徑比使螺桿的制造和螺桿與機(jī)筒的裝配變得困難。因此，長(zhǎng)徑比不能無(wú)限制增大。

下面以三螺桿為例

它主要是由固定在泵體中的襯套(泵缸)以及安插在泵缸中的主動(dòng)螺桿和與其嚙合的兩根從動(dòng)螺桿所組成。三根互相嚙合的螺桿，在泵缸內(nèi)按每個(gè)導(dǎo)程形成為一個(gè)密封腔，造成吸排口之間的密封。

泵工作時(shí)，由于兩從動(dòng)螺桿與主動(dòng)螺桿左右對(duì)稱嚙合，故作用在主動(dòng)螺桿上的徑向力完全平衡，主動(dòng)螺桿不承受彎 曲負(fù)荷。從動(dòng)螺桿所受徑向力沿其整個(gè)長(zhǎng)度都由泵缸襯套來(lái)支承，因此，不需要在外端另設(shè) 軸承，基本上也不承受彎曲負(fù)荷。在運(yùn)行中，螺桿外圓表面和 泵缸內(nèi)壁之間形成的一層油膜，可防止金屬之間的直接接觸，使螺桿齒面的磨損大大減少。

螺桿泵工作時(shí)，兩端分別作用著液體的吸排壓力，因此對(duì)螺桿要產(chǎn)生軸向推力。對(duì)于壓差小于10千克力/cm2 的小型泵，可以采用止推軸承。此外，還通過(guò)主動(dòng)螺桿的中央油孔將 高壓油引入各螺桿軸套的底部，從而在螺桿下端產(chǎn)生一個(gè)與軸向推力方向相反的平衡推力。

螺桿泵和其它容積泵一樣，當(dāng)泵的排出口完全封閉時(shí)，泵內(nèi)的壓力就會(huì)上升到使泵損壞或使電動(dòng)機(jī)過(guò)載的危險(xiǎn)程度。所以，在泵的吸排口處，就必須設(shè)置安全閥。

螺桿泵的軸封，通常采用機(jī)械軸封，并可根據(jù)工作壓力的高低采取不同的形式。

2 三螺桿泵的結(jié)構(gòu)

3 螺桿泵的性能

3.1 排量

螺桿泵的理論排量可由下式計(jì)算:

Qt=60Ftn m3/h

式中:F-泵缸的有效截面積，cm2;t-螺桿螺紋的導(dǎo)程， m;n-主動(dòng)螺桿的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)。

螺桿泵的內(nèi)部泄漏量Qs:

Qs=αp/σm

式中:p-泵的工作壓力;σ-所排送的液體的粘度;α-與 螺桿直徑和有效長(zhǎng)度有關(guān)的系數(shù);m=0.3-0.5。

泵在壓送不同粘度的液體時(shí)，其排量會(huì)發(fā)生變化。排量和 粘度的關(guān)系可由下式表示:

Q2=Qt-(Qt-Q1)(σ1/σ2)m

式中:Q1-粘度為σ1時(shí)的排量;Q2-粘度為σ2時(shí)的排量。

3.2 功率

泵的軸功率一般為水功率、摩擦功率和泄漏損失功率這三部分的總和。

水功率Nc是指單位時(shí)間內(nèi)泵傳給液體的能量，也稱輸出 功率，可用下式計(jì)算:

Nc=PQ×10-3 千瓦

式中:P-泵的排出壓力和吸入壓力之差，帕;Q-泵的實(shí) 際排量，m3/s。

摩擦功率是指液體粘性阻力產(chǎn)生的摩擦損失，可由下式表示:

Nf=Kn1.5D2 σm 千瓦

式中:n-轉(zhuǎn)速;D-主動(dòng)螺桿的外徑;-粘度;K-與螺桿長(zhǎng)度有關(guān)的系數(shù);m=0.3-0.5。

由上可見(jiàn)，當(dāng)泵運(yùn)送的液體粘度不同時(shí)，泵的軸功率也將不同。

泄漏損失是指液體從高壓處漏回低壓處所造成的功率損失。

所以，當(dāng)計(jì)算泵的軸功率時(shí)，如采用理論排量，則泵的軸功率由下式表示:

N=NfPQt10-3 千瓦

螺桿泵按螺桿數(shù)量分為。

單螺桿泵--單根螺桿在泵體的內(nèi)螺紋槽中嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)的泵。

雙螺桿泵--由兩個(gè)螺桿相互嚙合輸送液體的泵。

三螺桿泵--由多個(gè)螺桿相互嚙合輸送液體的泵。