差速雙螺桿捏合機(jī)型線設(shè)計(jì)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(xué)以及物料輸送行為的復(fù)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(jī)具有重要意義。差速雙螺桿捏合機(jī)是一種新型的可對高粘度物料進(jìn)行輸送、混合、捏合及塑化等操作的雙螺桿擠出混煉機(jī)構(gòu)。差速雙螺桿捏合機(jī)核心部件是一對相互嚙合的陰、陽轉(zhuǎn)子，如何有效地設(shè)計(jì)和加工陰、陽轉(zhuǎn)子螺旋副是提高差速雙螺桿捏合機(jī)性能的關(guān)鍵。論文從捏合機(jī)關(guān)鍵技術(shù)出發(fā)，系統(tǒng)地研究差

2、速雙螺桿捏合機(jī)陰、陽螺桿轉(zhuǎn)子螺旋副型線設(shè)計(jì)、優(yōu)化，模擬及高效高精度加工等原理與技術(shù)。
　　利用齒輪嚙合理論和雙螺桿泵設(shè)計(jì)原理建立差速雙螺桿捏合機(jī)螺桿轉(zhuǎn)子型線設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型；研究了差速雙螺桿捏合機(jī)陰、陽螺桿轉(zhuǎn)子嚙合幾何學(xué)。對陰、陽螺桿轉(zhuǎn)子型線參數(shù)進(jìn)行分析及優(yōu)化，利用優(yōu)化設(shè)計(jì)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(qiáng)的陰、陽螺桿轉(zhuǎn)子螺旋副組成齒曲線及其設(shè)計(jì)參數(shù)，并利用型線設(shè)計(jì)理論對設(shè)計(jì)實(shí)例進(jìn)行分析和評價(jià)。

3、對剪切捏合性能進(jìn)行研究，推導(dǎo)出剪切性能最優(yōu)的安裝中心距的計(jì)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(shè)計(jì)結(jié)果。
　　以差速雙螺桿捏合機(jī)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(jìn)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(jī)陰、陽轉(zhuǎn)子三維螺旋面坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為對應(yīng)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(qiáng)度計(jì)算及捏合機(jī)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(jī)關(guān)鍵技術(shù)。論文在分析螺桿轉(zhuǎn)子加工技術(shù)現(xiàn)狀及加工特點(diǎn)基礎(chǔ)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(jì)算理論；利用等距齒面法對成形刀具的實(shí)際廓形進(jìn)行設(shè)計(jì)以及利用雙圓弧樣條理論對成形刀具廓形進(jìn)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(xué)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(jìn)行研究，分析利用金剛石修整輪進(jìn)行CBN砂輪修整設(shè)計(jì)及修整特性。
　　結(jié)合當(dāng)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(jìn)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(xué)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(shí)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(chǔ)。
　　提出差速雙螺桿捏合機(jī) CAD/CAM系統(tǒng)需求分析及體系結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)流程和加工控制流程；分析 CAD/CAM系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)；基于以上設(shè)計(jì)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(jī)設(shè)計(jì)、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(jī)CAD/CAM系統(tǒng)，利用指狀成形銑刀以及