CN104985712A

CN104985712A - 六棱变间隙同步转子

Info

Publication number: CN104985712A
Application number: CN201510389968.2A
Authority: CN
Inventors: 朱志松; 孙召永; 刘静; 成亚云; 朱龙彪
Original assignee: Nantong University
Current assignee: Nantong University
Priority date: 2015-07-03
Filing date: 2015-07-03
Publication date: 2015-10-21

Abstract

本发明涉及密炼机领域，特别是涉及一种工作性能高、混炼效率高、易于加工的六棱变间隙同步转子，包括转子体、内腔和三组棱，所述内腔为贯通式内腔，所述内腔的中心设有基轴，所述每组棱由一条长棱和一条短棱组成，所述三组棱均布于转子体的基圆上，并沿转子体的一端螺旋延伸，本发明的六棱变间隙同步转子的设计，基圆与转子棱峰后面的过度圆是凹的，这样可以减少阻力，增加部分有效容积，从而提高了密炼机的生产效率。棱和基轴为空心，可作为强制冷却系统的水道，防止橡胶温度过高。

Description

六棱变间隙同步转子

技术领域

本发明涉及密炼机领域，特别是涉及一种六棱变间隙同步转子。

背景技术

众所周知，密炼机是橡胶工业中广泛使用的一种高强度间隙性的混炼设备，它在工作时，两个转子相对回转，对胶料进行剪切，使其成为混炼所允许的最小颗粒，其中，转子的形状直接影响着混炼的质量和效率。

20世纪80年代发明了四棱同步转子密炼机，其长凸棱的螺旋角为25-40°，凸棱与转子长度比为0.2-0.85，短凸棱的螺旋角为35-55°，凸棱与转子的设计在速度同步、剪切同步、温度和粘度同步下，达到了混炼均匀。

2002年，我国研发出六棱变间隙同步转子，其截面图如图1所示，转子由三条相同的圆弧与三个不同半径的圆相交组成，半径的大小决定棱顶间隙的大小，另外两个角有两个相交的圆弧围成，这种转子虽然在吃料能力，剪切、撕裂及拉伸等作用上均得以增强，但是形状不规则，不易于加工，影响其推广应用和工作性能的提高，而且该转子排胶温度高，容积小，影响混炼效率。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种工作性能高、混炼效率高、易于加工的六棱变间隙同步转子。

本发明的六棱变间隙同步转子，包括转子体、内腔和三组棱，所述内腔为贯通式内腔，所述内腔的中心设有基轴，所述每组棱由一条长棱和一条短棱组成，所述三组棱均布于转子体的基圆上，并沿转子体的一端螺旋延伸，所述转子体和三组棱组成的转子截面的轮廓为九条型线首尾依次连接而成，所述九条型线分别为三条第一型线、三条第二型线和三条第三型线，所述每组棱包括一条第一型线、一条第二型线和一条第三型线，所述每组棱的第三型线与下一组棱的第一型线相交；

所述第一型线为基圆与棱的一侧的过渡圆形成的凸形型线，所述第一型线的半径为R1的圆弧，并与基圆相内切；

所述第三型线为基圆与棱的另一侧的过渡圆形成的凹形型线，所述第二型线的半径为R2的圆弧；

所述第二型线的两端分别与第一型线和第三型线相交，所述第二型线与第一型线、第三型线相交形成棱顶间隙。

进一步的，所述第二型线的半径大小决定棱顶间隙的大小，所述棱顶间隙包括小间隙h1、中等间隙h2和大间隙h3；

所述第二型线的弧长决定棱顶宽度，所述棱顶宽度包括小宽度S1、中等宽度S2和大宽度S3。

进一步的，所述棱的长度为L、长棱的长度为L1、短棱的长度为L2，其中L1+L2＝L。

进一步的，所述内腔和棱之间设有冷却水道。

进一步的，所述棱和基轴均为中空结构。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：采用前后曲率不同的结构，基圆与转子棱峰前面的过度圆是凸形的，与转子棱峰后面的过度圆是凹形的。该六棱转子的棱顶和室壁之间采用三种不同的间隙：小间隙h1，中等间隙h2和大间隙h3，每个截面各转子的棱顶间隙和每个转子的棱顶间隙都是变化的：沿转子的径向，长棱有三种不同的棱顶间隙；沿转子的轴向，其同样也有三种不同的棱顶间隙；而转子的短棱只有径向的棱顶间隙有变化，而轴向没有变化。转子的棱长为L，长棱L1，短棱L2，L1+L2＝L，其长棱和短棱螺旋角的取值相同；

基圆与转子棱峰后面的过度圆是凹的，这样可以减少阻力，增加部分有效容积，从而提高了密炼机的生产效率。棱和基轴为空心，可作为强制冷却系统的水道，防止橡胶温度过高。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是现有的六棱变间隙同步转子的结构示意图；

图2是本发明的六棱变间隙同步转子的截面示意图；

图3是图2所示的六棱变间隙同步转子的截面的主要几何参数示意图；

图4是图2所示的六棱变间隙同步转子的主要几何参数示意图；

图5是图2所示的六棱变间隙同步转子的受力图；

图6是图2所示的六棱变间隙同步转子的结构示意图；

图7是图2所示的六棱变间隙同步转子的截面展开示意图。

参数说明：

S-棱顶宽度；h-棱顶间隙；θ-楔入角；δ-拖曳角；d-基圆直径；D-外径；α-螺旋角；L-棱长；1-长棱；2-短棱；3-基轴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参见图2-7所示，六棱变间隙同步转子，包括转子体、内腔和三组棱，内腔为贯通式内腔，内腔的中心设有基轴3，每组棱由一条长棱1和一条短棱2组成，三组棱均布于转子体的基圆上，并沿转子体的一端螺旋延伸，转子体和三组棱组成的转子截面的轮廓为九条型线首尾依次连接而成，九条型线分别为三条第一型线、三条第二型线和三条第三型线，每组棱包括一条第一型线、一条第二型线和一条第三型线，每组棱的第三型线与下一组棱的第一型线相交；第一型线为基圆与棱的一侧的过渡圆形成的凸形型线，第一型线的半径为R1的圆弧，并与基圆相内切；第三型线为基圆与棱的另一侧的过渡圆形成的凹形型线，第二型线的半径为R2的圆弧；第二型线的两端分别与第一型线和第三型线相交，第二型线与第一型线、第三型线相交形成棱顶间隙。第二型线的半径大小决定棱顶间隙的大小，棱顶间隙包括小间隙h1、中等间隙h2和大间隙h3；第二型线的弧长决定棱顶宽度，棱顶宽度包括小宽度S1、中等宽度S2和大宽度S3。棱的长度为L、长棱1的长度为L1、短棱2的长度为L2，其中L1+L2＝L。内腔和棱之间设有冷却水道。棱和基轴3均为中空结构。

本发明转子截面由九条型线组成，其截面如图2所示由三组棱(I、II、III)组成，每组棱由三段圆弧组成。第I棱棱顶间隙为小间隙h1，以a1为起点，由a1b1、b1c1、c1a2三条圆弧组成，其中该棱的第一型线a1b1是半径R1的圆弧，它与基圆d相切，其圆心与切点和中心点在同一直线上，为凸起过度圆弧；第二型线b1c1是直径为D的圆弧，其圆心就在该转子的中心，棱顶宽度为小宽度S1；第三型线是c1a2半径R2的凹圆弧，a1、a2所占的圆心角φ1为120°，a2为第II棱的起点。

第II棱棱顶间隙为中等间隙h2，也是由三条型线组成，分别为a2b2、b2c2、c2a3，该棱与第I棱的主要区别在于棱顶宽度b2c2段，b2c2段是圆点在转子中心、直径D’的圆弧，棱顶宽度为中等宽度S2，而a2b2、c2a3形状和尺寸与a1b1、c1a2一致，a2、a3所占的圆心角φ2为120°，a3为第III棱的起点。

第III棱棱顶间隙为大间隙h3，也是由三条型线组成，分别为a3b3、b3c3、c3a1，该棱与第II棱的主要区别在于棱顶宽度b3c3段，b3c3段是圆点在转子中心、直径D”的圆弧，棱顶宽度为大宽度S3，而a3b3、c3a1形状和尺寸与a2b2、c2a3一致，a3、a1所占的圆心角φ3为120°，φ1+φ2+φ3＝360°。

本发明转子为中空结构，如附图2，不仅每个棱为空棱，而且基轴3也为空心轴，这样的中空结构可作为强制冷却系统的水道，防止橡胶温度过高，提高散热能力。

转子的主要几何参数如附图3和附图4所示，不同参数在混炼过程中有不同的作用和影响：

棱顶宽度S、棱顶间隙h影响分散、剪切作用和混炼温度；

楔入角θ影响堆积胶量和棱顶出的吃料效果；

拖曳角δ调节分布混炼、对胶料流动导向；

基圆直径d影响混炼强度、填充系数和胶料流动；

螺旋角α影响分布混炼和胶料轴向环流；

棱长L支配内部流动的分散混炼，使胶料从密炼室一端传送到另一端；

重叠率λ控制内部胶料流型(分布)，使胶料沿转子轴向移动；

长径比L/D影响容量；

本发明转子的受力情况如图5所示。转子的最大回转直径为D；基圆与转子棱峰前后面的过度圆半径分别为R1、R2；基圆直径d；棱顶为圆弧，其直径分别为D、D’、D”；基圆与转子棱峰前面的过度圆是凸形的，与转子棱峰后面的过度圆是凹形的；六棱转子的六条棱峰为中空，基轴3也为空心轴。

P_{n} = \frac{P}{\sin θ} - - - (1)

P_{r} = \frac{P}{\tan θ} - - - (2)

由此可以推出：

θ = \arccos [\frac{R^{2} + {R_{1}}^{2} - {(R_{1} - R_{4})}^{2}}{{2 RR}_{1}}] - - - (3)

式中

R——转子的最大回转半径(m)；

R3——转子的基圆半径(m)；

nr——转子转速(rpm)；

P——转子圆周力(N)；

Mn——一个转子的扭矩(N·m)；

Pn——转子对胶料的法向作用力(N)；

Pr——转子对胶料的径向作用力N)；

K——传动系数；

ζ——传动效率。

从上述可以看出，当转子最大回转半径和基圆半径确定的条件下，θ角的大小取决于转子基圆半径R3和转子棱峰前工作面的过渡圆半径R1。减少R1时，可以使θ适当地减少，这样在转子圆周力一定的条件下，可以增大转子对胶料的法向力和径向力，从而达到提高转子的剪切能力的目的。据公式(1)、(2)，楔入角θ的理想范围在15～20°之间。

本发明转子为六棱转子，其中包括三条长棱1和三条短棱2，总棱长为L，其转子示意图如图6，每条长棱有三段同样长度的大、中、小三种棱顶间隙，使得转子径向间隙规律变化；而每条短棱只有一个间隙且无径向间隙变化。长棱与短棱的螺旋角一致，两个转子工作时的截面展开图如图7所示，两转子相对回转，一转子的长棱与另一转子的短棱形成切割作用，该转子另一端短棱与另一转子的长棱进行切割作用，转子长棱靠近端头的间隙与进行切割作用的短棱顶间隙一致，且与本转子另一端短棱顶间隙也一致，附图7中长棱的粗细表示棱顶间隙，数字h1表示小间隙，数字h2表示中等间隙，数字h3表示大间隙，每个转子三条长棱的轴向间隙分别为h1、h3、h2；h3、h2、h1；h2、h1、h3，这样使得长棱径向和轴向都有三种间隙变化，每条长棱对应的另一端短棱的间隙分别为h1；h3；h2，这样使得短棱径向有三种不同的间隙变化，转子的长棱端部和短棱端部一一对应，在端面圆的相同位置。转子棱数设计为六棱，这样可以在单位时间内增加胶料的剪切次数，提高剪切速率，从而大大地缩短混炼时间，从理论上加强密炼机的混炼效能。

本发明六棱变间隙转子采用变前后不同曲率圆弧、轴向和径向间隙变化以及空心棱、轴的结构，截面形状具有规律性，易于加工，而且增加了有效容积、降低排胶温度，同时降低了单位能耗，提高了生产效率。

下面通过具体实例来说明本发明的结构。

如图2表示变间隙六棱转子的截面图，该所选转子的楔入角θ为20°，转子基圆半径R3为35mm，转子的最大回转半径R＝70mm。最大回转半径R、棱峰前过度圆半径R1和基圆半径R3满足公式(3)，可得基圆与转子棱峰前过圆弧半径R1＝60mm，且它们都与基圆相切；该六棱转子三种棱顶长度：S1＝3mm、S2＝4mm、S3＝5mm；其棱顶和室壁之间采用三种不同的间隙：小间隙h1＝1mm，中等间隙h2＝2mm和大间隙h3＝3mm；转子棱峰后过度圆是凹形的，其圆弧半径R2＝50mm。转子的最大回转直径D＝140mm，与两圆弧相交形成b1c1段；转子中等间隙的回转直径D’＝138mm，形成b2c2段；转子大间隙的回转直径D”＝136mm，形成b3c3段，则围成转子的九条型线得以确定。

当所选转子的楔入角θ为15°时，最大回转半径R和基圆半径R3固定不变，改变棱峰前过度圆半径R1，由公式(3)得R1’＝56mm，其他尺寸保持不变。

该六棱转子形状具有规律性，便于加工成型。转子体表面型线是采用参数方程来生成的螺旋线，以数改型，过程简单方便。螺旋线的参数方程为：r＝40；theta＝35*t；z＝90*t。

为提高冷却系统，将六条棱和基轴都做成中空，作为冷却水道，。该设计不仅节省材料、减轻转子自重，而且其强制冷却系统可以有效降低排料温度。

六棱转子的棱长为L，三条长棱L1＝0.75L，三条短棱L2＝0.25L，L1+L2＝L，其长棱和短棱螺旋角的取值相同，即α1＝α2＝35°，转子工作时，两转子相对回转，在单位时间里增加剪切次数，提高工作效率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.六棱变间隙同步转子，包括转子体、内腔和三组棱，所述内腔为贯通式内腔，所述内腔的中心设有基轴(3)，所述每组棱由一条长棱(1)和一条短棱(2)组成，所述三组棱均布于转子体的基圆上，并沿转子体的一端螺旋延伸，其特征在于，所述转子体和三组棱组成的转子截面的轮廓为九条型线首尾依次连接而成，所述九条型线分别为三条第一型线、三条第二型线和三条第三型线，所述每组棱包括一条第一型线、一条第二型线和一条第三型线，所述每组棱的第三型线与下一组棱的第一型线相交；

2.如权利要求1所述的六棱变间隙同步转子，其特征在于，所述第二型线的半径大小决定棱顶间隙的大小，所述棱顶间隙包括小间隙h1、中等间隙h2和大间隙h3；

3.如权利要求1所述的六棱变间隙同步转子，其特征在于，所述棱的长度为L、长棱(1)的长度为L1、短棱(2)的长度为L2，其中L1+L2＝L。

4.如权利要求1所述的六棱变间隙同步转子，其特征在于，所述内腔和棱之间设有冷却水道。

5.如权利要求1所述的六棱变间隙同步转子，其特征在于，所述棱和基轴(3)均为中空结构。