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深度剖析螺杆挤出机优化设计展开态势

做为高聚物生产加工成形关键机器设备之一的螺杆挤出机，在高聚物生产加工领域获得愈来愈普遍的运用，并且在别的行业也将获得大量的运用。标示螺杆挤出机工作中特性的关键性能参数有：螺杆直徑、螺杆的高径、螺杆的转速比范畴、拖拽主螺杆的电机输出功率、机械设备的生产量、料筒的加温输出功率和按段数、设备的管理中心高宽比和尺寸等，这种主要参数是考量和采用挤塑机的关键根据，也是设计方案螺杆挤出机最先需明确的性能参数。

依据高聚物在螺杆挤出机中的三种物理学情况的转变全过程，及其对螺杆各位置的工作标准，一般 将螺杆挤出机的螺杆分成投料段、熔化段和计量检定段。因为螺杆的几何图形构造比较复杂，因此 无法创建一个能全方位体现螺杆挤出机优化设计的数学分析模型。就算能创建起理想化的螺杆挤出机优化设计的数学分析模型,因为影响因素繁杂，设计方案自变量多，其求得也十分艰难，因此 按螺杆的作用段模型并开展优化设计，比较切合实际规定。

螺杆挤出机优化设计的基础理论与方式

现阶段，常见的螺杆挤出机优化设计方式有：解析法、图解法和电子计算机仿真模拟法。依据挤压全过程的状况创建概念模型，依据概念模型创建数学分析模型，选用Pro/E、ANSYS、Polyflow、Matlab等手机软件撰写优化设计程序流程，将程序流程键入电子计算机并根据更改优化总体目标的赋值开展优化测算，根据对电子计算机輸出的优化結果开展剖析和认证，得到挤塑机优化设计的主要参数。

针对函数解析式的数学分析模型，除开在于预订的优化总体目标之外，仍在相当程度上取决于对构件的工作情况及基础理论的了解。一个方案设计能用一组主要参数的标值来表明。在其中，必须甄选的单独主要参数称作设计方案自变量。因为挤塑机螺杆直徑、高径、外螺纹升角和螺杆槽深等主要参数立即关联到螺杆的承载力、生产量、驱动力耗费、挤压物质量，及其螺杆的机工艺性能等，故一般 挑选为设计方案自变量。螺杆挤出机优化设计的特性是：设计方案自变量多;多总体目标与单总体目标优化设计共存;数学分析模型的多维性和离散系统;设计方案自变量中多种多样量纲共存。

螺杆挤出机优化设计

单螺杆挤出机优化设计

田普建从单螺杆挤出机的挤压全过程及挤压基础理论考虑，剖析螺杆构造以及几何图形主要参数对螺杆熔融特性的危害，明确提出考量螺杆熔融特性好坏的规范，并为此为优化总体目标，以聚丙稀(PP)/竹粉为例子，对螺杆的有关几何图形主要参数开展优化。优化结果显示：木塑复合原材料专用型螺杆较一般塑胶用螺杆更有利于木塑复合原材料溶体的运输，防止了由于木塑复合原材料溶体粘度提升而出現一系列难题。对原材料熔融计量检定段工作压力场危害的要素尺寸先后为：计量检定段螺槽深层、外螺纹升角、螺棱总宽。若扩大螺槽深层，减少外螺纹升角，可合理减少计量检定段所必须的耗能。这是由于螺槽深层越大，外螺纹升角越小，溶体前行摩擦阻力越小，计量检定段运输溶体耗费的动能就越低。螺棱总宽提升，计量检定段运输溶体所耗费的动能有提升的发展趋势，但提升发展趋势较为轻缓;若太多提升螺棱总宽，则螺棱上的驱动力耗费也会提升，而且会出現部分超温的风险，螺棱总宽应操纵在某一个适合的范畴。利用Pro/E分析系统，最后明确了最适合的挤塑机螺杆要素，进而做到提升生产率的目地。

黄志刚根据正交实验法与Matlab仿真模拟紧密结合的方式对单螺杆挤出机的固态运输段开展有限元分析，根据对总体目标开展各个方面的优化剖析获得最优化結果，得到固态运输段的单螺杆几何图形主要参数对固态运输速度和固态运输高效率的危害，及其最优化的螺杆主要参数组成。优化全过程：最先，选用数值模拟与正交试验法紧密结合，能够迅速、高效率地对单螺杆挤出机的螺杆开展优化;次之，因为螺槽总宽对固态运输速度和固态运输高效率的危害很大，牙距对固态运输速度的危害较大 ，故利用Matlab手机软件对单螺杆挤出机的构造开展优化设计，以确保所述两要素对原材料在挤压全过程中的危害操纵在有效范畴。结果显示：根据优化设计获得的結果不但有较高的靠谱度，并且还能减少单螺杆的设计方案周期时间，减少产品研发成本费。

梁斌、薛公平对新式螺杆挤出机的螺杆创建了切合实际规格与样子的有限元分析实体模型，利用ANSYS有限元软件对其开展了应力分析并与传统式方式开展较为，证实有效地利用有限元方法开展数值模拟，可对挤压加工工艺主要参数和总体设计开展优化调节，得到有效的最好计划方案。

梁基照探讨了单螺杆挤出机螺杆投料段的优化设计难题。以企业生产量的耗能最少为优化总体目标，创建简单化的挤塑机投料段螺杆优化设计的数学分析模型，运用管束座标交替法求得，螺槽总宽、螺槽深层和外螺纹升角的相对值均坐落于或贴近参考文献中所提议的最好取值范围。梁基照还探讨了单螺杆挤出机螺杆熔化段的优化设计难题。科学研究中提及螺槽深层、螺棱顶总宽和外螺纹升角立即关联到挤塑机的生产量、熔融品质和耗能，并以这种几何图形主要参数为设计方案自变量，以企业生产量耗能最少为优化总体目标，创建了简单化的挤塑机熔化段螺杆优化设计的数学分析模型。运用管束复合型形法求得。进而获得了螺杆熔化段起、尾端的螺槽深层，螺棱顶总宽和外螺纹升角的相对值，使螺杆熔化段获得了优化。

除此之外，梁基照还探讨了挤塑机螺杆计量检定段的优化设计难题。运用粘性流体力学基础方程组，剖析了高聚物原材料在螺槽中的流动性。以企业生产量耗能最少为优化总体目标，创建简单化的挤塑机计量检定段螺杆优化设计的数学分析模型，运用管束任意方位法求得。结果显示：螺槽深层、外螺纹棱顶总宽、外螺纹棱顶与料筒空隙和外螺纹升角均坐落于或贴近于参考文献中所提议的最好取值范围。

高岗选用三维造型设计手机软件UG对不一样构造的三角槽天然屏障混炼胶元器件开展三维建模，随后利用有限元手机软件Polyflow对混炼胶元器件势流开展三维非等温过程有限元分析，并依靠势流的工作压力、速率、溫度、剪切速率、混和指数值和平均酸解功等主要参数对其势流特点和混炼胶实际效果开展剖析定性分析。最终，凭借线形密度低高压聚乙烯(LLDPE)/CaCO3共混物试验对有限元分析的結果开展了认证。

根据有限元分析和试验剖析，获得以下结果：(1)三角槽样子是危害混炼胶元器件势流混炼胶实际效果的关键要素。在所科学研究的4种三角槽天然屏障混炼胶元器件中，等腰反方向三角槽天然屏障混炼胶元器件势流的最大工作压力、裁切棱两边的较大 压力差及高剪切区占比均高过别的构造混炼胶元器件，势流的升温高些，裁切棱对原材料的粉碎和浸蚀功效最強，共混物中CaCO3顆粒的均值粒度最少，原材料拉申物理性能最好是;(2)裁切棱总宽和裁切棱轴向空隙也对混炼胶元器件势流的混炼胶实际效果有关键危害。在其中裁切棱总宽为5毫米、裁切棱轴向空隙为2毫米的三角槽天然屏障混炼胶元器件对原材料的裁切功效和分散化混和功效最好是，共混物中CaCO3顆粒的均值粒度最少，原材料拉申物理性能最好是;(3)适度提升螺杆转速比可合理减少共混物中CaCO3顆粒的均值粒度，提升混炼胶元器件的整体混炼胶实际效果。

双螺杆挤出机优化设计

李锦伟为处理SJ-150双螺杆挤出机料筒因热形变而造成的磨坏难题，明确提出了新的构造方案设计，并利用Pro/E和ANSYSWorkbench搭建的协作模拟仿真优化服务平台，对新计划方案的料筒构造开展了优化剖析，明确了料筒流道最佳位置、流道直径及其料筒壁厚的最优化值。根据与原计划方案的比照，获得下列結果：改进措施的料筒总体热形变减少了15.4%，合理地缓解了料筒与螺杆间的磨坏。

张慧为相互配合性能卓越同方向双螺杆挤出机的开发设计，在比照了几类小型服务器传动齿轮方案设计的基本上，充分考虑同方向双螺杆两輸出轴轴向室内空间比较严重受到限制及其传动齿轮触碰抗压强度、疲劳极限等层面的规定，以管理中心距最少为优化总体目标，创建了三牙嵌式传动装置俩对扭距分派传动齿轮优化数学分析模型，并选用混和处罚涵数法程序编写开展了优化测算。在优化测算中，以Φ35同方向转动双螺杆挤出机降速设备为例子开展全方位论述，测算结果显示，创建的分派传动齿轮优化设计实体模型能为中小型同方向双螺杆挤出机降速分派箱的开发设计出示甄选的设计方案主要参数。

何亮系统化详细介绍了锥型双螺杆挤出机螺杆的主要参数及其各作用段主要参数的设计方案根据，并对于SJSZ-35锥型双螺杆挤出机的螺杆开展了优化设计，从螺杆的主要参数、各作用段主要参数及其内孔曲线图调整等层面开展剖析测算，各主要参数明确后利用三维造型设计手机软件得到优化后的锥型双螺杆构造。针对调整螺杆空隙的方式，一般 有下列三种：最先，变小基础理论管理中心距;次之，将基础理论轴径曲线图顺着轴向和径向2次平移变换，获得新的外螺纹曲线图;最终，将螺杆斜面上各点沿法向方位等间距平移变换，清除轴模型等空隙法的调整不够，创建调整方程组。

刘艳层参照某工厂双螺杆挤出机传动装置为例子，依据传动装置有关数据信息和已经知道标准，剖析其优点和缺点，最终开展优化设计，进而做到高些的规定。挤塑机减速机构造示意图如图所示1所显示。

小编最先对双螺杆挤出机传动装置开展了剖析，把握了齿轮箱的布局方法和各种各样传动系统计划方案，并将其与已经知道传动装置开展了数据分析，得到其优点和缺点;随后应用Matlab手机软件以及优化辅助工具对传动装置中的传动齿轮干了优化设计。优化全过程中，先创建数学分析模型，包含建立目标函数、选择设计方案自变量和管束涵数;随后根据Matlab程序编写对传动齿轮开展优化;最终对两螺杆转动轴和輔助轴上的传动齿轮开展了设计方案。优化数据显示，輸出轴传动比优化前提升了43%，进而提升了双螺杆挤出机的生产率;同时对比原始主要参数和优化主要参数发觉，传动齿轮的变位系数和齿数均减少，进而使传动装置的容积和品质随着减少，节省了制造成本。

徐阔以双螺杆挤出机齿轮箱为研究对象，以Pro/E、ANSYS为关键系统软件，在Pro/E中建立齿轮箱零部件并进行全部壳体的安装，在ANSYS中对壳体开展有限元;以有限元的結果为基本对双螺杆挤出机传动系统壳体开展了构造优化剖析。实际的科学研究工作中和成效包含：进行齿轮箱应力分析并创建齿轮箱的三维数字模型;对齿合的传动齿轮副及其齿轮箱壳体开展了基桩有限元;对齿轮箱壳体及其传动齿轮安装体开展了多形式有限元;对双螺杆挤出机传动系统壳体开展了构造优化剖析。

优化全过程中，依据电机额定功率及其最大功率对齿轮箱内的轴套开展应力分析，求出了齿轮啮合处的传动及其各轴套支撑点处的支撑轴力，利用三维设计手机软件Pro/E3.0对齿轮箱关键的零部件开展了模型;依据安装标准，完成了齿轮箱整个机械的安装，经查验，零件无干预，安装实际效果优良。

在ANSYSworkbench页面对传动齿轮副开展触碰剖析，获得两齿与三齿齿合时的基桩触碰剖析結果。根据与传统式接触压力公式计算的测算值相对性比，认证了有限元的准确性;利用ANSYS手机软件对齿轮箱壳体及其传动齿轮安装体开展多形式有限元，根据模态分析获得齿轮箱壳体和传动齿轮安装体的共振频率及其所相匹配的振型图，与齿轮箱的鼓励頻率相较为，认证了壳体的安全系数及其传动齿轮安装体构造布局的合理化。

总结：利用参数化设计手机软件Pro/E和通用性有限元软件ANSYS搭建的协作模拟仿真优化服务平台，剖析螺杆挤出机的基本主要参数和螺杆构造，对螺杆挤出机开展参数化设计，得到最优设计计划方案。与工作经验设计方案法对比，该设计方法产品研发周期时间更短且成本费更低，对关键主要参数的明确也更为靠谱，能为类似螺杆的设计方案出示参照。

来源于：我国塑料机械网

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