專利名稱：直驅(qū)動態(tài)擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)動與軸向振動協(xié)同驅(qū)動方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高分子材料塑化擠出設(shè)備，具體是指一種塑化輸運(yùn)螺桿轉(zhuǎn)動與軸向振動協(xié)同作用的電機(jī)直接驅(qū)動動態(tài)擠出方法及實(shí)現(xiàn)該方法的設(shè)備。
背景技術(shù)：
擠出成型是高分子材料成型加工最重要的方法之一，最常用的加工設(shè)備是螺桿擠出機(jī)。常用的螺桿擠出機(jī)其傳動部分主要由電機(jī)、聯(lián)軸器、減速箱等組成，存在低轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)矩波動、運(yùn)行不穩(wěn)定，運(yùn)行效率低下，傳動鏈長，能量損耗高等問題。另外螺桿擠出機(jī)其塑化輸運(yùn)機(jī)理是建立在剪切流變的基礎(chǔ)之上的，其塑化輸運(yùn)能力強(qiáng)烈依賴于物料與金屬料筒表面之間的摩擦力以及物料之間的內(nèi)摩擦力。采取對料筒的固體輸送段開槽以增加與物料的摩擦力、增大螺桿長徑比、優(yōu)化螺桿結(jié)構(gòu)等措施可以在一定程度上減緩上述問題，但同時又造成物料塑化輸運(yùn)所經(jīng)歷的熱機(jī)械歷程加長、能耗增加、設(shè)備結(jié)構(gòu)體積大等缺陷。 電磁動態(tài)擠出成型技術(shù)通過將擠出機(jī)的擠壓部分置入電機(jī)轉(zhuǎn)子的內(nèi)腔中，通過適當(dāng)?shù)睦@組布置和適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)子材料及結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計引起轉(zhuǎn)矩的脈動和處于懸浮狀態(tài)轉(zhuǎn)子的軸向振動，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)直接驅(qū)動的動態(tài)擠出過程，在一定程度上縮短了成型加工過程中物料所經(jīng)歷的熱機(jī)械歷程，降低了成型加工過程中物料的流動阻力，從而使得塑化輸運(yùn)能耗降低、塑化能力提高。但振動振幅小，同時螺桿的軸向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動與軸向振動的協(xié)同效果差，因此其降低塑化輸運(yùn)能耗與提高塑化輸運(yùn)能力的空間也很有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種塑化輸運(yùn)螺桿轉(zhuǎn)動與軸向振動協(xié)同作用的電機(jī)直接驅(qū)動塑化擠出方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中擠出機(jī)體積和占地面積大、運(yùn)行穩(wěn)定性差、能量利用率低等缺點(diǎn)。本發(fā)明還提供一種由電機(jī)直接驅(qū)動的塑化輸運(yùn)螺桿轉(zhuǎn)動與軸向振動協(xié)同作用的動態(tài)擠方法。驅(qū)動電機(jī)帶動電機(jī)空心軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，通過螺桿組合驅(qū)動器使得塑化輸運(yùn)螺桿旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的同時軸向周期性振動。物料從料斗通過送料螺套進(jìn)入到塑化輸運(yùn)螺桿的螺槽中，在由送料螺套內(nèi)腔以及塑化輸運(yùn)螺桿組成的擠壓系統(tǒng)作用下實(shí)現(xiàn)直驅(qū)動態(tài)塑化擠出。本發(fā)明目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種直驅(qū)動態(tài)擠出機(jī)塑化輸運(yùn)螺桿轉(zhuǎn)動與軸向振動協(xié)同驅(qū)動方法，由同一臺電機(jī)驅(qū)動塑化輸運(yùn)螺桿旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的同時軸向振動，實(shí)現(xiàn)螺桿周相轉(zhuǎn)動與軸向振動協(xié)同作用的直驅(qū)動態(tài)塑化擠出方法。該方法中，物料由料斗進(jìn)入送料螺套的外圓與電機(jī)空心軸內(nèi)孔形成的空隙中；在由送料螺套與電機(jī)空心軸組成的螺旋輸運(yùn)系統(tǒng)推動物料由料斗向搖擺驅(qū)動套方向運(yùn)動；從送料螺套與搖擺驅(qū)動套的軸向縫隙進(jìn)入到由送料螺套的內(nèi)孔及塑化輸運(yùn)螺桿組成的空隙中往模頭方向運(yùn)動；驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動時通過搖擺驅(qū)動套帶動塑化輸運(yùn)螺桿旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并與固定的送料螺套的內(nèi)孔產(chǎn)生相對運(yùn)動，形成塑化擠壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對物料的塑化輸運(yùn)；同時驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動時搖擺驅(qū)動套帶動塑化輸運(yùn)螺桿旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時塑化輸運(yùn)螺桿軸向振動，實(shí)現(xiàn)電機(jī)直接驅(qū)動的塑化輸運(yùn)螺桿轉(zhuǎn)動與軸向振動協(xié)同作用的動態(tài)塑化擠出過程。實(shí)現(xiàn)上述方法的設(shè)備搖擺驅(qū)動套通過直線滾動軸承與電機(jī)空心軸連接；搖擺驅(qū)動套還通過對稱布置于搖動環(huán)兩側(cè)的調(diào)心推力滾子軸承與搖動環(huán)連接，搖動環(huán)與搖擺驅(qū)動套的外圓柱面同心安裝；搖擺驅(qū)動套與塑化輸運(yùn)螺桿固定連接，搖擺驅(qū)動套內(nèi)孔中心線與電機(jī)空心軸的中心線重合；同時搖動環(huán)與關(guān)節(jié)軸承連接，搖動環(huán)受關(guān)節(jié)軸承的約束并可繞關(guān)節(jié)軸承為支點(diǎn)擺動；搖擺驅(qū)動套為圓柱體結(jié)構(gòu)，圓柱體中部設(shè)有圓柱形通孔，搖擺驅(qū)動套的外圓柱面的中心線與內(nèi)孔圓柱面的中心線交叉成角度α。進(jìn)一步地，搖擺驅(qū)動套內(nèi)孔中心線與關(guān)節(jié)軸承的中心之間的距離為H，搖擺驅(qū)動套I的軸向振幅A=Hsin α ;所述搖擺驅(qū)動套的軸向振動頻率與驅(qū)動電機(jī)角頻率一致。 所述角度α的大小可為O. 1-8°，優(yōu)選為O. 1°至2°。所述搖擺驅(qū)動套與塑化輸運(yùn)螺桿優(yōu)選通過螺釘或銷釘?shù)裙潭ㄟB接。所述電機(jī)空心軸固定在驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)子上，送料螺套為中空的螺桿，送料螺套固定于驅(qū)動電機(jī)的端蓋上并安裝在電機(jī)空心軸內(nèi)，塑化輸運(yùn)螺桿安裝在送料螺套的內(nèi)孔中。具體而言，本發(fā)明直驅(qū)動態(tài)擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)動與軸向振動協(xié)同驅(qū)動的裝置包括搖擺驅(qū)動套、推力滾子軸承、搖動環(huán)、直線滾動軸承、關(guān)節(jié)軸承、驅(qū)動電機(jī)、電機(jī)空心軸、送料螺套和塑化輸運(yùn)螺桿；電機(jī)空心軸固定在驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)子上，送料螺套為中空的螺桿，送料螺套固定于驅(qū)動電機(jī)的端蓋上并安裝在電機(jī)空心軸內(nèi)，塑化輸運(yùn)螺桿安裝在送料螺套的內(nèi)孔中；搖擺驅(qū)動套通過直線滾動軸承與電機(jī)空心軸連接；搖擺驅(qū)動套還通過對稱布置于搖動環(huán)兩側(cè)的調(diào)心推力滾子軸承與搖動環(huán)連接，搖動環(huán)與搖擺驅(qū)動套的外圓柱面同心安裝；搖擺驅(qū)動套與塑化輸運(yùn)螺桿固定連接，搖擺驅(qū)動套內(nèi)孔中心線與電機(jī)空心軸的中心線重合；同時搖動環(huán)與關(guān)節(jié)軸承連接，搖動環(huán)受關(guān)節(jié)軸承的約束并可繞關(guān)節(jié)軸承為支點(diǎn)擺動；搖擺驅(qū)動套為圓柱體結(jié)構(gòu)，圓柱體中部設(shè)有圓柱形通孔，搖擺驅(qū)動套的外圓柱面的中心線與內(nèi)孔圓柱面的中心線交叉成角度α ;搖擺驅(qū)動套內(nèi)孔中心線與關(guān)節(jié)軸承的中心之間的距離為H，搖擺驅(qū)動套I的軸向振幅A=Hsin α。本發(fā)明與現(xiàn)有擠出裝置相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)I、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了塑化輸運(yùn)螺桿旋轉(zhuǎn)運(yùn)動與軸向振動協(xié)同作用的塑化擠出方法，有利于提聞制品質(zhì)量；2、本發(fā)明通過電機(jī)直接驅(qū)動有利于實(shí)現(xiàn)低轉(zhuǎn)速大扭矩的特性，避免采用普通交流電機(jī)在低轉(zhuǎn)速下扭矩波動、運(yùn)行不穩(wěn)定的問題，提高了擠出穩(wěn)定性。3、本發(fā)明由電機(jī)通過聯(lián)軸器與螺桿直接相連，省略了變速機(jī)構(gòu)，縮短了常規(guī)擠出設(shè)備傳動鏈的長度，避免了常規(guī)傳動系統(tǒng)的多級傳動，提高了傳動效率，降低能耗。


圖I為本發(fā)明直驅(qū)動態(tài)擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)動與軸向振動協(xié)同驅(qū)動的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I中搖擺驅(qū)動套的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施例表述的范圍。如圖I所示，直驅(qū)動態(tài)擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)動與軸向振動協(xié)同驅(qū)動的裝置包括搖擺驅(qū)動套I、推力滾子軸承2、搖動環(huán)3、直線滾動軸承4、關(guān)節(jié)軸承5、驅(qū)動電機(jī)6、電機(jī)空心軸7、送料螺套8和塑化輸運(yùn)螺桿9 ;電機(jī)空心軸7固定在驅(qū)動電機(jī)6的轉(zhuǎn)子上，送料螺套8為中空的螺桿，送料螺套8固定于驅(qū)動電機(jī)6的端蓋上并安裝在電機(jī)空心軸7內(nèi)，塑化輸運(yùn)螺桿9安裝在送料螺套8的內(nèi)孔中；搖擺驅(qū)動套I通過直線滾動軸承4與電機(jī)空心軸7連接；搖擺驅(qū)動套還通過對稱布置于搖動環(huán)3兩側(cè)的調(diào)心推力滾子軸承2與搖動環(huán)3連接，搖動環(huán)3與搖擺驅(qū)動套I的外圓柱面同心安裝；搖擺驅(qū)動套I與塑化輸運(yùn)螺桿9通過螺釘固定連接，搖擺驅(qū)動套內(nèi)孔中心線L2與電機(jī)空心軸7的中心線L3重合；搖擺驅(qū)動套I可繞中心線L3做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；同時搖動環(huán)3與關(guān)節(jié)軸承5連接，搖動環(huán)3受關(guān)節(jié)軸承5的約束并可繞關(guān)節(jié)軸承5為支點(diǎn)擺動。
如圖2所示，搖擺驅(qū)動套I為圓柱體結(jié)構(gòu)，圓柱體中部設(shè)有圓柱形通孔，搖擺驅(qū)動套I的外圓柱面的中心線LI與內(nèi)孔圓柱面的中心線L2交叉成角度α，搖擺環(huán)通過推力滾子軸承2與搖擺驅(qū)動套I的外圓柱面同心安裝，搖擺驅(qū)動套I左右端面與內(nèi)孔圓柱面的中心線L2垂直；搖擺驅(qū)動套I內(nèi)孔圓柱面的中心線L2與電機(jī)空心軸旋轉(zhuǎn)中心線L3重合，從而使得搖擺驅(qū)動套I外圓柱面的中心線LI始終與驅(qū)動電機(jī)空心軸旋轉(zhuǎn)中心線L3以角度α交叉，角度α的大小在0.1°至2°之間。當(dāng)驅(qū)動電機(jī)6帶動電機(jī)空心軸7旋轉(zhuǎn)時，電機(jī)空心軸7帶動搖擺驅(qū)動套I旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，由于搖擺驅(qū)動套I外圓柱面的中心線LI與內(nèi)孔圓柱面的中心線L2交叉成角度α，同時搖動環(huán)3受到關(guān)節(jié)軸承5的約束迫使搖擺驅(qū)動套I以關(guān)節(jié)軸承5的中心點(diǎn)軸向左右振動，而搖擺驅(qū)動套I與塑化輸運(yùn)螺桿9固定連接，當(dāng)搖擺驅(qū)動套I左右振動時帶動螺桿軸向振動。搖擺驅(qū)動套I的軸向振幅A由搖擺驅(qū)動套I外圓柱面的中心線LI與內(nèi)孔圓柱面的中心線L2交叉成角度α以及搖擺驅(qū)動套I內(nèi)孔中心線L2與關(guān)節(jié)軸承5的中心之間的距離H決定，亦即A=Hsin α ;搖擺驅(qū)動套I的軸向振動頻率與驅(qū)動電機(jī)6角頻率一致。改變搖擺驅(qū)動套I與關(guān)節(jié)軸承5之間的中心距H或者搖擺驅(qū)動套I的外圓柱面的中心線LI與內(nèi)孔圓柱面的中心線L2交叉成α可得到不同的軸向振幅A。參考圖1，物料由料斗10進(jìn)入送料螺套8的外圓與電機(jī)空心軸7內(nèi)孔形成的空隙中；由于送料螺套8固定，而電機(jī)空心軸7隨電機(jī)6的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，從而形成了由送料螺套8與電機(jī)空心軸7組成的螺旋輸運(yùn)系統(tǒng)，推動物料由料斗10向搖擺驅(qū)動套I方向運(yùn)動；物料從送料螺套8與搖擺驅(qū)動套I的軸向縫隙進(jìn)入到由送料螺套8的內(nèi)孔及塑化輸運(yùn)螺桿9組成的空隙中往模頭方向運(yùn)動；驅(qū)動電機(jī)6轉(zhuǎn)動時，通過搖擺驅(qū)動套I帶動塑化輸運(yùn)螺桿9旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并與固定的送料螺套8的內(nèi)孔產(chǎn)生相對運(yùn)動，形成塑化擠壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對物料的塑化輸運(yùn)。由于驅(qū)動電機(jī)6轉(zhuǎn)動時搖擺驅(qū)動套I帶動塑化輸運(yùn)螺桿9旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時塑化輸運(yùn)螺桿9軸向振動，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)直接驅(qū)動的塑化輸運(yùn)螺桿轉(zhuǎn)動與軸向振動協(xié)同作用的動態(tài)塑化擠出過程。本發(fā)明由同一臺電機(jī)驅(qū)動塑化輸運(yùn)螺桿旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的同時軸向振動，實(shí)現(xiàn)螺桿周相轉(zhuǎn)動與軸向振動協(xié)同作用的直驅(qū)動態(tài)塑化擠出。塑化輸運(yùn)螺桿9旋轉(zhuǎn)運(yùn)動同時軸向振動使得物料受到周期性變化的剪切應(yīng)力作用，有利于高分子材料的解纏結(jié)，使得塑化輸運(yùn)過程中高分子熔體的粘度降低，實(shí)現(xiàn)低溫塑化；同時周期性變化的軸向振動有利于高分子材料沿流動方向的取向，實(shí)現(xiàn)高分子材料的自增強(qiáng)，提高制品質(zhì)量。本發(fā)明采用電機(jī)直接驅(qū)動螺桿，擠壓系統(tǒng)具有恒扭矩輸出特性，從而實(shí)現(xiàn)傳動系統(tǒng)在電機(jī)低轉(zhuǎn)速條件下輸出大扭矩的特性。另外螺桿由電機(jī)直接驅(qū)動，避免了由于減速機(jī)構(gòu)的存在造成的速度波動及扭矩波動，有效克服了常規(guī)傳動系統(tǒng)運(yùn)行低轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩波動、運(yùn)行不穩(wěn)定的問題?！?br> 權(quán)利要求
1.一種直驅(qū)動態(tài)擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)動與軸向振動協(xié)同驅(qū)動方法，其特征在于由同一臺電機(jī)驅(qū)動塑化輸運(yùn)螺桿旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的同時軸向振動，實(shí)現(xiàn)螺桿周相轉(zhuǎn)動與軸向振動協(xié)同作用的直驅(qū)動態(tài)塑化擠出方法。
2.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求I所述方法的裝置，其特征在于搖擺驅(qū)動套通過直線滾動軸承與電機(jī)空心軸連接；搖擺驅(qū)動套還通過對稱布置于搖動環(huán)兩側(cè)的調(diào)心推力滾子軸承與搖動環(huán)連接，搖動環(huán)與搖擺驅(qū)動套的外圓柱面同心安裝；搖擺驅(qū)動套與塑化輸運(yùn)螺桿固定連接，搖擺驅(qū)動套內(nèi)孔中心線與電機(jī)空心軸的中心線重合；同時搖動環(huán)與關(guān)節(jié)軸承連接，搖動環(huán)受關(guān)節(jié)軸承的約束并以關(guān)節(jié)軸承為支點(diǎn)擺動；搖擺驅(qū)動套為圓柱體結(jié)構(gòu)，圓柱體中部設(shè)有圓柱形通孔，搖擺驅(qū)動套的外圓柱面的中心線與內(nèi)孔圓柱面的中心線交叉成角度α。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于搖擺驅(qū)動套內(nèi)孔中心線與關(guān)節(jié)軸承的中心之間的距離為H，搖擺驅(qū)動套的軸向振幅A=Hsina ;所述搖擺驅(qū)動套的軸向振動頻率與驅(qū)動電機(jī)角頻率一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述角度α的大小為0.1°-2°。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述搖擺驅(qū)動套與塑化輸運(yùn)螺桿通過螺釘或銷釘固定連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述電機(jī)空心軸固定在驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)子上，送料螺套為中空的螺桿，送料螺套固定于驅(qū)動電機(jī)的端蓋上并安裝在電機(jī)空心軸內(nèi)，塑化輸運(yùn)螺桿安裝在送料螺套的內(nèi)孔中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種直驅(qū)動態(tài)擠出機(jī)塑化輸運(yùn)螺桿轉(zhuǎn)動與軸向振動協(xié)同驅(qū)動方法及裝置。該裝置的搖擺驅(qū)動套通過直線滾動軸承與電機(jī)空心軸連接；搖擺驅(qū)動套還通過對稱布置于搖動環(huán)兩側(cè)的調(diào)心推力滾子軸承與搖動環(huán)連接，搖擺驅(qū)動套與塑化輸運(yùn)螺桿固定連接，搖擺驅(qū)動套內(nèi)孔中心線與電機(jī)空心軸的中心線重合；同時搖動環(huán)與關(guān)節(jié)軸承連接，搖動環(huán)受關(guān)節(jié)軸承的約束并以關(guān)節(jié)軸承為支點(diǎn)擺動；搖擺驅(qū)動套為圓柱體結(jié)構(gòu)，圓柱體中部設(shè)有圓柱形通孔，搖擺驅(qū)動套的外圓柱面的中心線與內(nèi)孔圓柱面的中心線交叉成角度α。搖擺驅(qū)動套運(yùn)動時帶動塑化輸運(yùn)螺桿做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的同時做軸向振動，實(shí)現(xiàn)螺桿轉(zhuǎn)動與軸向振動由驅(qū)動電機(jī)同源協(xié)同驅(qū)動，具有塑化輸運(yùn)螺桿軸向振動振幅大、穩(wěn)定性好、可靠性高等特點(diǎn)。
文檔編號B29C47/38GK102896759SQ20121039765
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月18日
發(fā)明者瞿金平, 何和智, 晉剛, 殷小春, 楊智濤 申請人:華南理工大學(xué), 廣州華新科實(shí)業(yè)有限公司