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      雙合金螺桿的強度計算

    2. 發布日期:2016-06-23
    3. 摘要:

      螺桿強度計算的原始數據是作用在雙合金螺桿上的扭矩M和軸向力P,在一般情況下作用在螺桿上的扭矩可以由式(12-1)求的:

       雙合金螺桿強度計算的原始數據1

       

      式中 n---螺桿的轉速;
           N---在該轉速下電動機輸出功率;
           η---從電動機到螺桿的機械效率
       在計算扭矩式必須注意下列問題:在大多數情況下是用整流子電機、直流電動機、滑差電機和液壓馬達來傳動,其傳動特征是恒扭矩傳動,因此式(12-1)中的N/n可以用Mmax/nmax或Nmin/nmin來進行計算,他們的效果是一樣的(圖12-9b)。nmax和nmin。為螺桿的最高轉速和最低轉速,Nmax和Nmin是該轉速下相應的電動機輸出功率。
       但是目前 有些由只留電動機或液壓馬達拖動的擠出機的傳動特性設計成采用恒功率調速(圖12-9a曲線KB段)和恒轉矩調速(圖12-9a曲線AK段)想結合的調速方式,這樣可以降低選用電動機的額定功率。這個情況下用式(12-1)計算扭矩時N/n應用Nmax/nk或Nmin/nmin代入,而不能用Nmax/Nmax代入,否則計算出來的扭矩偏小.
       雙合金螺桿強度計算的原始數據2

       

       這里必須明確地指出兩個問題,一是由于存在著電機的銅損、鐵損以及傳動系統的能量,實際上傳到螺桿上的功率并沒有額定功率那樣大,扭矩也不像式(12-1)計算出來的那樣大,按式(12-1)的扭矩來設計螺桿是偏保守的.
       第二個問題是如前所述,我們將擠出機的傳動看成恒扭矩傳動,即功率隨轉速的增加而正比地增加,扭矩則保持恒定不變,反映在公式(12-2)和(12-3)中的指數x=1。
       
        

      雙合金螺桿強度計算的原始數據3

       

       但是實際上并不全是這樣,我們曾在ф45擠出機上對不同塑料進行過測試,測出對硬聚氯乙烯和碳砜,指數x=1,而對聚乙烯x=1.35,軟聚氯乙烯x=1.4,聚碳酸酯x=1.6.這說明在這種工藝條件下,擠出硬聚氯乙烯和聚砜時看成是恒扭矩傳動是可以的;而對另幾種塑料只能近似的堪稱是恒扭矩傳動,這是扭矩隨轉速的增加而有所增加。根據流體力學理論也可證明這點:
       消耗在螺桿上的功率:
       

      雙合金螺桿強度計算的原始數據4

       
          由于黏度η是剪切速率γ和料溫T的函數,當剪切速率γ增加(即轉速n增加)和溫度T增加時,黏度η都會下降。試驗表明,對聚乙烯來說,黏度η和螺桿轉速之間有式(12-5)所示的關系:
       
       式12-6中的指數與我們實測的指數正好相等。
       作用在螺桿上的軸向力P由兩部分組成。第一部分是由機頭壓力P作用在螺桿端面所產生的“靜”壓力P1;第二部分是在擠出時由于動載產生的“動”壓力P2,這一部分包括了加料段和計量段中沿螺桿軸向壓力梯度產生的附加軸向力,例如固體輸送過程推進面作用在微元上的正推力(式3-18),流體輸送過程αp/ αx和αp/αz產生的軸向力(圖5-2)等等.動載力的計算是比較復雜的,目前還沒有一個準確而使用的理論公式來計算這一部分.在大多數情況下都是根據實驗的數據來考慮動載部分的影響,令P2=KP1,系數K表示了動載部分與靜載部分的比值.K=0.125-0.25,即動載部分大約是靜載部分的1/8-1/4.
       
       根據我們的實驗,證明系數K的數值變化幅度很大,從0.48-0.06都有。當螺桿轉速增加時,動載部分數值一般都減小,螺桿參數對動載部分也有明顯的影響,例如隨著螺旋升角ф的減小,動載部分也會增大。
       
      圖12-10 加工LDPE時動載系數K和轉速,料溫T以及黏度的關系
       目前在設計時一般取K=0.25,因此:
       P=1.25π/4D2p≈D2p   (12-9)
       根據流體動力學理論,當機頭關閉時機頭壓力達到最大值,即:
      Pmax=6πη1L8n/Htgф   (12-10)
       由式(12-11)可知:機頭壓力正比于熔料黏度η1,計量段長度L3,螺桿直徑D和轉速n,反比 于螺紋深度H3的平方以及螺紋升角ф的正切.當然,式(12-10)表達的是在斷流狀態下的非正常情況,用它來計算是不合適的.根據實測對不同的機頭由于熔料的不同機頭壓力總是在一個范圍內變化(表12-6)

      標簽: 雙合金螺桿(18) 螺桿制造(21)

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