CN101694236A - 一种用于异向平行双螺杆挤出机的高转速齿轮箱 - Google Patents
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Abstract
一种用于异向平行双螺杆挤出机的高转速齿轮箱包括输入轴、输出轴一、上传动轴一、上传动轴二、下传动轴一、下传动轴二、中间传动轴以及输出轴二；输入轴的输入齿轮与输出轴一齿轮啮合，同时与中间传动轴齿轮一啮合，中间传动轴通过齿轮二同时与上传动轴二齿轮和下传动轴二齿轮啮合，上传动轴二齿轮和下传动轴二齿轮分别与上传动轴一齿轮和下传动轴一齿轮啮合，上传动轴一齿轮和下传动轴一齿轮同时与输出轴二齿轮啮合，输出轴一上设置有推力轴承，输出轴二上设置有串列推力轴承。该齿轮箱具有输出转速高、输出扭矩大的特点，上下传动抵消了输出轴的径向力，从而使输出轴轴承处于最佳受力状态，最大限度提高了输出轴及其轴承的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种齿轮箱，特别是一种用于异向平行双螺杆挤出机的高转速齿轮箱。
背景技术
目前，双螺杆挤出机已经广泛应用于塑料、橡胶领域，特别是异向平行双螺杆挤出机应用于共混改性加工领域，能实现良好的物料拉伸变形，从而使得物料的混炼分散效果优良。除了用于通用工程塑料的加工，异向平行双螺杆挤出机在PVC大口径管材、PVC片板材、高速型材挤出及木塑挤出加工中也得到了有效的应用。
长期以来，作为挤出成型装备主要性能指标的“高扭矩、高转速、高产量”，一直是挤出成型机发展的主要方向，高的产出与价格比不仅是企业家最为关心的，也是科技工作者钻研的目标。挤出机高速、高产固然可使投资者以较低的投入获得较大的产出和高额的回报，但从技术角度看，为确保挤出机的高产量，必须有为螺杆提供高扭矩的传动系统，同时保证螺杆高的转速，这必将为传动系统(扭矩分配箱)带来了一系列需要克服的技术难点，其中齿轮箱的齿轮和轴承在高负荷、高速运转的情况下如何保证其使用寿命，即是在传动方面需要解决的首要问题。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述现有技术的缺点，提供一种适用于异向平行双螺杆挤出机的高转速高扭矩齿轮箱，使其中受力状态最弱的齿轮受力降低一倍，薄弱环节轴承具有最佳受力状态，解决异向平行双螺杆挤出机提高螺杆扭矩和转速后带来的齿轮、轴承寿命降低、不能满足使用要求的难题。
本发明的目的是通过实施下述技术方案来实现的：
一种用于异向平行双螺杆挤出机的高转速齿轮箱，包括输入轴、输出轴一、上传动轴一、上传动轴二、下传动轴一、下传动轴二、中间传动轴以及输出轴二；所述输入轴上设置有输入齿轮，所述输入齿轮与所述输出轴一上的齿轮啮合，所述输出轴一上设置有推力轴承；所述输入轴齿轮同时与所述中间传动轴上的齿轮一啮合，所述中间传动轴通过齿轮二同时与所述上传动轴二上的齿轮和所述下传动轴二上的齿轮啮合，所述上传动轴二齿轮和所述下传动轴二齿轮分别与所述上传动轴一上的齿轮和所述下传动轴一上的齿轮啮合，所述上传动轴一上的齿轮和所述下传动轴一齿轮同时与所述输出轴二上的齿轮啮合，所述输出轴二上设置有串列推力轴承。
附加技术特征是：
①所述输出轴二的轴心线与所述输出轴二齿轮相啮合的所述上传动轴一齿轮的轴心线所构成的平面与竖直平面形成的夹角在25°～0°～25°范围内；
所述输出轴二的轴心线与所述输出轴二齿轮相啮合的所述下传动轴一齿轮的轴心线所构成的平面与竖直平面形成的夹角在25°～0°～25°范围内。
②所述输出轴二的轴心线与所述输出轴二齿轮相啮合的所述上传动轴一齿轮和所述下传动轴一齿轮或齿轮轴的轴心线在同一平面上。
③所述输出轴一、输出轴二的中心距在15～270mm之间，适用的异向双螺杆挤出机的螺杆直径范围在19～320mm之间。
④所述输出轴一、输出轴二的输出转速为200～1000rpm。
在本发明的技术方案中，电动机传递给输入轴的动力从输入齿轮传至输出轴一齿轮，由输出轴一直接输出50％的动力。同时输入轴上的输入齿轮将其余50％的动力传递给中间传动轴齿轮一，中间传动轴齿轮二将动力传递到上传动轴二齿轮和下传动轴二齿轮，通过上传动轴二齿轮与上传动轴一齿轮、下传动轴二齿轮与下传动轴一齿轮的啮合，分别将动力F1和F2传递至输出轴二齿轮。每根传动轴上配有相应的轴承，由螺杆传至输出轴的轴向力方向由输出轴指向输入轴由推力轴承承受，专用的串列推力轴承承受输出轴二的轴向力，推力轴承承受输出轴一的轴向力。如图2所示，上传动轴一齿轮、下传动轴一齿轮、输出轴二齿轮的轴心线在垂直于水平面的同一平面上，所以上传动轴一齿轮和下传动轴一齿轮驱动输出轴二齿轮时所产生的轴向分力Fa1和Fa2也在该平面上，并且大小相等、方向相反，该作用在输出轴二上的轴向合力由专用的串列推力轴承承担，上传动轴一齿轮和下传动轴一齿轮驱动输出轴二齿轮时所产生的径向力Fr1和Fr2大小相等、方向相反，所以作用在输出轴二上的分力相互抵消，可见输出轴二仅受到上下啮合点上的切向分力Ft1和Ft2产生的扭矩，垂直于轴线方向的径向力为零，从而实现纯扭矩输出。
另一方面，如图3所示，上传动轴一齿轮和下传动轴一齿轮将动力F3和F4传递至输出轴二齿轮时，上传动轴一齿轮和输出轴二齿轮轴心线所形成的平面以及下传动轴一齿轮和输出轴二齿轮轴心线所形成的平面也可以不重合，两平面与竖直平面的夹角在-25°～0°～25°范围内，如图4所示。此时，F3、F4所产生的分力分别为径向力Fr3、Fr4，轴向力Fa3、Fa4和切向力Ft3、Ft4见图4，轴向力Fa3和Fa4方向相同，其轴向合力Fa3+Fa4由专用的串列推力轴承承担，由于受力角度的存在，使径向力Fr3和Fr4方向相同，径向力Fr3+Fr4形成的合力会作用在输出轴二上，使输出轴二的受力不仅是切向分力Ft3和Ft4产生的扭矩，还有少量的径向力，所以输出轴二的受力状态变为近似纯扭矩输出。
因此，本发明提供的用于异向平行双螺杆挤出机的齿轮箱提供了纯扭矩或近似纯扭矩的高扭矩输出。
另外，改变输入轴的旋转方向，可使输出轴的旋转方向呈现向内异向旋转和向外异向旋转两种状态，见图6。
由于输出轴二在空间上受到螺杆中心距的限制，从而成为提高双螺杆挤出机承载能力的一大难点，而本发明上述的这种传动结构使输出轴二的受力处于最佳状态，最大限度地提高了输出轴二的承载能力，也即是解决了提高双螺杆挤出机承载能力的瓶颈问题。所以，该齿轮箱具有输出转速高，输出扭矩大的特点，上下传动抵消了输出轴的径向力，使输出轴达到最佳受力状态，极大地改善了输出轴的受力状态，也使输出轴轴承处于最佳受力状态，能够有效提高输出轴的轴承使用寿命，最大限度提高了输出轴及其轴承的使用寿命，特别在高转速情况下，由于输出轴二所受的径向力抵消为零，使输出轴二轴承理论寿命为无限大，而输出轴一及其他传动轴在空间上不受限制，提高输出转速后相应加大轴承，不会对齿轮箱的承载能力产生束缚，所以本发明所提供的齿轮箱适用于高扭矩、高转速输出的异向平行双螺杆挤出机的驱动系统。
附图说明
图1为本发明的结构示意图
图2为本发明的输出轴二纯扭矩输出受力分析图
图3为本发明的输出轴二近似纯扭矩输出受力分析图
图4为本发明的带夹角的传动结构受力分析图
图5为本发明的带夹角的传动结构平面受力示意图
图6为本发明的输出轴向外旋转的传动结构示意图
图中标记：1为输入轴，2为输出轴一，3为上传动轴一，4为上传动轴二，5为下传动轴一，6为下传动轴二，7为输出轴二，8为中间传动轴，9为输入齿轮，10为输出轴一的齿轮，11为中间传动轴的齿轮一，12为上传动轴一的齿轮，13为下传动轴一的齿轮，14为上传动轴二的齿轮，15为中间传动轴的齿轮二，16为下传动轴二的齿轮，17为输出轴二齿轮，18为串列推力轴承，19为推力轴承。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种用于异向平行双螺杆挤出机的高转速齿轮箱，包括输入轴1、输出轴一2、上传动轴一3、上传动轴二4、下传动轴一5、下传动轴二6、中间传动轴8以及输出轴二7；所述输入轴1上设置有输入齿轮9，所述输入齿轮9与所述输出轴一2上的齿轮10啮合，所述输出轴一2上设置有推力轴承19；所述输入轴1齿轮9同时与所述中间传动轴8上的齿轮一11啮合，所述中间传动轴8通过齿轮二15同时与所述上传动轴二4上的齿轮14和所述下传动轴二6上的齿轮16啮合，所述上传动轴二齿轮14和所述下传动轴二齿轮16分别与所述上传动轴一3上的齿轮12和所述下传动轴一5上的齿轮13啮合，所述上传动轴一3上的齿轮12和所述下传动轴一5齿轮13同时与所述输出轴二7上的齿轮17啮合，所述输出轴二7上设置有串列推力轴承18。
作为本发明的一个优选实施例，所述输出轴二7的轴心线与所述输出轴二7齿轮17相啮合的所述上传动轴一3齿轮12的轴心线所构成的平面与竖直平面形成的夹角在-25°～0°～25°范围内；所述输出轴二7的轴心线与所述输出轴二7齿轮17相啮合的所述下传动轴一5齿轮13的轴心线所构成的平面与竖直平面形成的夹角在-25°～0°～25°范围内。
针对上述优选实施例的更佳优选实施例，所述输出轴二7的轴心线与所述输出轴二7齿轮17相啮合的所述上传动轴一3齿轮12和所述下传动轴一5齿轮13或齿轮轴的轴心线在同一平面上。
作为本发明的另一优选实施例，所述输出轴一2、输出轴二7的中心距为15～270mm，螺杆直径19～320mm。
本发明还有一个优选实施例，所述输出轴一2、输出轴二7的输出转速为200～1000rpm。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种用于异向平行双螺杆挤出机的高转速齿轮箱，包含输入轴、输出轴、传动轴和多组齿轮，其特征在于：包括输入轴(1)、输出轴一(2)、上传动轴一(3)、上传动轴二(4)、下传动轴一(5)、下传动轴二(6)、中间传动轴(8)以及输出轴二(7)；所述输入轴(1)上设置有输入齿轮(9)，所述输入齿轮(9)与所述输出轴一(2)上的齿轮(10)啮合，所述输出轴一(2)上设置有推力轴承(19)；所述输入轴(1)齿轮(9)同时与所述中间传动轴(8)上的齿轮一(11)啮合，所述中间传动轴(8)通过齿轮二(15)同时与所述上传动轴二(4)上的齿轮(14)和所述下传动轴二(6)上的齿轮(16)啮合，所述上传动轴二齿轮(14)和所述下传动轴二齿轮(16)分别与所述上传动轴一(3)上的齿轮(12)和所述下传动轴一(5)上的齿轮(13)啮合，所述上传动轴一(3)上的齿轮(12)和所述下传动轴一(5)齿轮(13)同时与所述输出轴二(7)上的齿轮(17)啮合，所述输出轴二(7)上设置有串列推力轴承(18)。
2.根据权利要求1所述的用于异向平行双螺杆挤出机的高转速齿轮箱，其特征在于：所述输出轴二(7)的轴心线与所述输出轴二(7)齿轮(17)相啮合的所述上传动轴一(3)齿轮(12)的轴心线所构成的平面与竖直平面形成的夹角在-25°～0°～25°范围内；所述输出轴二(7)的轴心线与所述输出轴二(7)齿轮(17)相啮合的所述下传动轴一(5)齿轮(13)的轴心线所构成的平面与竖直平面形成的夹角在-25°～0°～25°范围内。
3.根据权利要求2所述的用于异向平行双螺杆挤出机的高转速齿轮箱，其特征在于：所述输出轴二(7)的轴心线与所述输出轴二(7)齿轮(17)相啮合的所述上传动轴一(3)齿轮(12)和所述下传动轴一(5)齿轮(13)或齿轮轴的轴心线在同一平面上。
4.根据权利要求1或2或3所述的用于异向平行双螺杆挤出机的高转速齿轮箱，其特征在于：所述输出轴一(2)、输出轴二(7)的中心距在15～270mm之间，适用的异向双螺杆挤出机的螺杆直径范围在19～320mm之间。
5.根据权利要求1或2或3所述的用于异向平行双螺杆挤出机的高转速齿轮箱，其特征在于：所述输出轴一(2)、输出轴二(7)的输出转速为200～1000rpm。
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