高扭矩深槽啮合同向双螺杆设计及受力分析

论文摘要

同向双螺杆挤出机在塑料改性与加工方面的应用越来越广泛。同向双螺杆挤出机作为塑料挤出造粒的核心装备,正在向着高扭矩、高产量、高转速方向发展。但上述特征的双螺杆挤出机挤压系统设计却受到螺杆中心距、螺杆元件的啮合和传动系统中轴承齿轮的布置和承载的制约。本课题旨在对高扭矩、高产量的啮合同向双螺杆挤出机的螺杆芯轴和常规螺纹元件受力与变形进行研究,对提高现有国内挤出机的设计与应用水平具有较高的工程应用价值。本课题首先分析了芯轴和螺纹元件在实际工况下的载荷及边界条件,利用有限元软件ANSYS对影响双螺杆挤出机的螺杆芯轴和常规螺纹元件的受力与变形的因素进行分析和研究。首先六方型芯轴和渐开线花键芯轴的承载和抵抗变形的能力进行分析和对比。其次,对不同导程、不同槽深、不同内孔直径、不同啮合比螺纹元件的应力分布和抵抗变形进行分析研究。最后,研究在中心距一定情况下,在可以承受的最大载荷的范围内,寻找深槽螺杆合理的芯轴连接形式,合理的芯轴直径(螺纹元件内孔径)、元件导程等几何参数,根据分析研究得出的规律,为开展深槽高扭矩啮合同向双螺杆挤压系统设计提供依据,并探讨了实现高扭矩深槽螺杆设计的方法。本课题对实验室的现有机型进行了改造,并在此基础上对高扭矩深槽螺杆设计的可行性作进一步得的研究并提出合理的设计参数,为挤出机挤压系统的设计提供依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题相关领域的研究现状
• 1.1.1 国内相关情况
• 1.1.2 国外相关情况
• 1.2 有限元技术简介
• 1.3 表征双螺杆整机水平的几个性能指标
• 1.4 本课题的研究目的及意义
• 1.5 研究内容
• 第二章 同向双螺杆挤压系统关键部件的设计要点和难点分析
• 2.1 螺纹元件设计
• 2.2 螺杆芯轴的设计
• 2.2.1 渐开线花键螺杆芯轴
• 2.2.2 六方型螺杆芯轴
• 2.3 螺杆的材质及热处理
• 2.4 设计难点分析
• 第三章 有限元模型的建立
• 3.1 几何模型
• 3.1.1 六方形芯轴几何模型
• 3.1.2 渐开线芯轴几何模型
• 3.1.3 螺纹元件模型
• 3.2 网格划分
• 3.3 螺杆芯轴和元件的受力及边界条件
• 3.3.1 载荷加载的简化
• 3.3.2 扭矩加载
• 3.3.2.1 六方形芯轴扭矩加载
• 3.3.2.2 渐开线花键（GB）芯轴扭矩加载
• 3.3.2.3 螺纹元件扭矩加载
• 3.3.3 轴向力加载
• 3.3.4 位移约束条件
• 3.4 小结
• 第四章 螺杆芯轴和螺纹元件有限元分析结果及讨论
• 4.1 单个芯轴和螺纹元件的有限元分析
• 4.1.1 六方形芯轴的有限元模拟结果
• 4.1.2 渐开线花键（GB）芯轴的有限元模拟结果
• 4.1.3 二十四边内孔螺纹元件的有限元模拟结果
• 4.1.4 渐开线花键螺纹元件的有限元模拟结果
• 4.2 不同参数芯轴、螺纹元件对受力状态的影响
• 4.2.1 直径对六方形芯轴受力影响
• 4.2.2 模数、齿数对渐开线花键（GB）芯轴的受力影响
• 4.2.3 六方形芯轴和渐开线花键（GB）芯轴受力比较
• 4.2.4 啮合比、导程对二十四边形内孔螺纹元件受力的影响
• 4.3 螺杆芯轴和元件变形对啮合及轴向力的影响
• 4.4 对现有设备的改造及高扭矩螺杆芯轴、深槽螺纹元件设计可行性分析
• 4.5 小结
• 第五章 深槽高扭矩螺纹元件设计
• 5.1 螺杆芯轴及元件参数的确定
• 5.2 电机最高转速及功率的确定
• 5.3 小结
• 第六章 总结
• 6.1 本文的主要结论
• 6.2 本课题研究的创新之处
• 6.3 本研究有待进一步研究、认识的问题
• 参考文献
• 致谢
• 作者及导师简介
• 附件