RU2071914C1

RU2071914C1 - Planetary gear extruder

Info

Publication number: RU2071914C1
Application number: RU9393025502A
Authority: RU
Inventors: Станислав Николаевич Ким; Борис Иванович Корнилов; Борис Александрович Пименов; Владислав Михайлович Севастьянов; Вячеслав Викторович Захаров
Original assignee: Станислав Николаевич Ким; Борис Иванович Корнилов; Борис Александрович Пименов; Владислав Михайлович Севастьянов; Вячеслав Викторович Захаров
Priority date: 1993-04-27
Filing date: 1993-04-27
Publication date: 1997-01-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; plastics production; planetary gear extruders designed to feed calender in production of sheet and film thermoplasts. SUBSTANCE: in planetary gear extruder clearance between working surfaces of planet pinion teeth and central shaft teeth at engagement on extreme section of second toothed pair rim farthest from extruder decreases according to linear dependence. At least on part of toothed rim behind the extreme section, working surface of each tooth of central shaft is made convex to additionally decrease size of clearance between working surfaces of planet pinion and central shaft teeth. Moreover, minimum l of extreme section of rim of second toothed pair at side of extruder input is found from relationship given in description of invention. Clearance between working surfaces of teeth of planet pinion and central shaft at their engagement on extreme section of rim of second toothed pair relative to extruder output decreases according to the same linear dependence as that at extruder input. Summary length of extreme sections at input and output of extruder is equal to double minimum length of extreme section at extruder input. Length L₁ of extreme section of rim of second toothed pair at extruder input is greater than length L₂ of extreme section at extruder output, being equal 1,5L≅ L₁≅ 2L. Lengths of extreme sections of rim of second toothed pair at extruder input and output are equal. EFFECT: enlarged operating capabilities. 5 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области переработки пластмасс, в частности к планетарным зубчатым экструдерам, применяемым для питания каландров при выпуске листовых и пленочных термопластов. The invention relates to the field of plastics processing, in particular to planetary gear extruders used to power calendars in the production of sheet and film thermoplastics.

Известен планетарный зубчатый экструдер, содержащий зубчатый цилиндр с внутренними косыми зубьями, соосный с ним центральный вал с наружными косыми зубьями и сателлиты, каждый из которых образует зубчатую пару с зубчатым цилиндром и центральным валом (патент ФРГ N 3815061, кл. B 29 C 47/42, 1989). Known planetary gear extruder containing a gear cylinder with internal oblique teeth, a central shaft aligned therewith with external oblique teeth and satellites, each of which forms a gear pair with a gear cylinder and a central shaft (German patent N 3815061, class B 29 C 47 / 42, 1989).

Однако известный экструдер имеет относительно низкую износостойкость зубьев валов (зубчатого цилиндра, центрального вала и сателлитов), обусловленную деформацией кручения центрального вала, возникающей при приложении крутящего момента к центральному валу экструдера, загруженного полимером. However, the known extruder has a relatively low wear resistance of the teeth of the shafts (gear cylinder, central shaft and satellites) due to torsion deformation of the central shaft that occurs when torque is applied to the central shaft of the extruder loaded with polymer.

Перегрузка зубьев зубчатой пары центральный вал-сателлит на крайнем участке венца со стороны входа экструдера является причиной преждевременного контактного разрушения зубьев экструдера, что подтверждается опытом эксплуатации планетарных экструдеров. The overload of the teeth of the gear pair of the central shaft-satellite at the extreme part of the crown from the inlet side of the extruder is the cause of premature contact destruction of the teeth of the extruder, which is confirmed by the experience of operating planetary extruders.

Кроме того, прилегание рабочих поверхностей зубьев центрального вала и сателлита по всей ширине венца указанной зубчатой пары не обеспечивает благоприятного течения полимера вдоль экструдера, т.к. на входе экструдера, как правило, полимер, недостаточно разогретый, имеет более высокие механические характеристики, чем на выходе. При этом, для продавливания полимера между зубьями на входе экструдера требуется прикладывать к центральному валу повышенный крутящий момент. In addition, the fit of the working surfaces of the teeth of the Central shaft and satellite along the entire width of the crown of the specified gear pair does not provide a favorable polymer flow along the extruder, because at the inlet of the extruder, as a rule, a polymer that is not sufficiently warmed up has higher mechanical characteristics than at the outlet. At the same time, to push the polymer between the teeth at the inlet of the extruder, it is necessary to apply increased torque to the central shaft.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является планетарный зубчатый экструдер, содержащий зубчатый цилиндр с внутренними косыми зубьями, соосный с ним центральный зубчатый вал с наружными косыми зубьями и сателлиты, каждый из которых образует первую зубчатую пару с зубчатым цилиндром и вторую зубчатую пару с центральным валом, в которой при зацеплении зубьев сателлита и центрального вала между их рабочими поверхностями образован зазор, уменьшающийся по ширине венца второй зубчатой пары от входа экструдера к его выходу (патент ФРГ N 3839621, кл. B 29 C 47/42, 1989). The closest in technical essence to the invention is a planetary gear extruder containing a gear cylinder with internal oblique teeth, a central gear shaft coaxial with external oblique teeth and satellites, each of which forms a first gear pair with a gear cylinder and a second gear pair with a central shaft in which, when the teeth of the satellite and the central shaft are engaged between their working surfaces, a gap is formed that decreases along the width of the crown of the second gear pair from the input of the extruder to its output (DE patent N 3839621, cl. B 29 C 47/42, 1989).

Наличие зазоров между рабочими поверхностями зубьев центрального вала и сателлитов, уменьшающихся от входа экструдера к его выходу, облегчает продавление более вязкого полимера на входе экструдера, что позволяет снизить прикладываемый к центральному валу крутящий момент. The presence of gaps between the working surfaces of the teeth of the central shaft and the satellites, decreasing from the inlet of the extruder to its outlet, facilitates the forcing of a more viscous polymer at the inlet of the extruder, which reduces the torque applied to the central shaft.

Однако и в данном экструдере концентрация рабочей нагрузки на зубьях на крайних участках венцов зубчатых пар со стороны входа экструдера остается достаточно высокой и, соответственно, снижается износостойкость зубьев экструдера. However, in this extruder, the concentration of the working load on the teeth in the extreme parts of the gear pairs from the inlet side of the extruder remains quite high and, accordingly, the wear resistance of the teeth of the extruder decreases.

Это обусловлено тем, что изменение зазора между рабочими поверхностями зубьев центрального вала и сателлита от входа к выходу экструдера осуществляется из условия благоприятного течения полимера вдоль экструдера. При этом не учитывается распределение рабочей нагрузки по ширине венца зубчатой пары, обусловленное деформацией кручения центрального вала загруженного полимером экструдера, которое имеет большую неравномерность со значительным увеличением концентрации рабочей нагрузки на зубьях на крайнем участке венца со стороны входа экструдера. This is due to the fact that the change in the gap between the working surfaces of the teeth of the Central shaft and the satellite from the entrance to the exit of the extruder is carried out from the conditions of favorable flow of the polymer along the extruder. This does not take into account the distribution of the working load across the width of the crown of the gear pair due to torsion deformation of the central shaft of the extruder loaded with polymer, which has a large unevenness with a significant increase in the concentration of the working load on the teeth at the end of the crown from the extruder inlet side.

Техническим результатом изобретения является снижение концентрации рабочей нагрузки на зубьях экструдера и повышение их износостойкости. The technical result of the invention is to reduce the concentration of the workload on the teeth of the extruder and increase their wear resistance.

Для достижения технического результата в планетарном зубчатом экструдере, содержащем зубчатый цилиндр с внутренними косыми зубьями, соосный с ним центральный вал с наружными косыми зубьями и сателлиты, каждый из которых образует первую зубчатую пару с цилиндром и вторую зубчатую пару с центральным валом, в которой при зацеплении зубьев сателлита и центрального вала между их рабочими поверхностями образован зазор, уменьшающийся по ширине венца второй зубчатой пары от входа экструдера к его выходу, согласно изобретению уменьшение зазора между рабочими поверхностями зубьев сателлита и центрального вала при их зацеплении на крайнем от входа экструдера участке венца второй зубчатой пары имеет линейную зависимость, а по меньшей мере на части венца за указанным крайним участком рабочая поверхность каждого зуба центрального вала выполнена выпуклой для дополнительного уменьшения величины указанного зазора между рабочими поверхностями зубьев сателлита и центрального вала. To achieve a technical result in a planetary gear extruder containing a gear cylinder with internal oblique teeth, a central shaft coaxial with the external oblique teeth and satellites, each of which forms a first gear pair with a cylinder and a second gear pair with a central shaft, in which when engaged the teeth of the satellite and the Central shaft between their working surfaces, a gap is formed, decreasing along the width of the crown of the second gear pair from the inlet of the extruder to its output, according to the invention, a decrease in the gap between the working surfaces of the teeth of the satellite and the central shaft when they are engaged at the outermost part of the crown of the second gear pair has a linear relationship, and at least on the part of the crown beyond the specified extreme section, the working surface of each tooth of the central shaft is made convex to further reduce the specified gap between the working surfaces of the teeth of the satellite and the central shaft.

Кроме того, минимальная длина L крайнего участка венца второй зубчатой пары со стороны входа экструдера определена из соотношения

а величина зазора на этом участке из соотношения

при этом величина зазора между рабочей поверхностью каждого зуба сателлита и выпуклой рабочей поверхностью каждого зуба центрального вала определена из соотношения

где

коэффициент,
С коэффициент удельной жесткости зубьев, Н/мм²;
a_p число сателлитов,
sh гиперболический синус,
ch гиперболический косинус,
r_b радиус основной окружности центрального зубчатого вала, мм;
G модуль сдвига, Н/мм²;
I_k полярный момент инерции сечения центрального вала, мм⁴;
b ширина зубчатого венца сателлита;

полное нормальное усилие между зубьями центрального вала и сателлита, Н;
M крутящий момент, прикладываемый к центральному валу, Н.мм;
d диаметр начальной окружности центрального зубчатого вала, мм;
α_t угол зацепления между зубьями центрального вала и сателлита, град.In addition, the minimum length L of the extreme portion of the crown of the second gear pair from the input side of the extruder is determined from the ratio

and the gap in this section from the ratio

the gap between the working surface of each tooth of the satellite and the convex working surface of each tooth of the central shaft is determined from the ratio

Where

coefficient,
With the coefficient of specific stiffness of the teeth, N / mm ² ;
a _{p the} number of satellites,
sh hyperbolic sine,
ch hyperbolic cosine,
r _b radius of the main circumference of the Central gear shaft, mm;
G shear modulus, N / mm ² ;
I _k polar moment of inertia of the central shaft section, mm ⁴ ;
b the width of the ring gear of the satellite;

total normal force between the teeth of the central shaft and satellite, N;
M torque applied to the central shaft, N.mm;
d the diameter of the initial circumference of the Central gear shaft, mm;
α _{t the} angle of engagement between the teeth of the Central shaft and satellite, deg.

угол перекоса зубьев сателлита и центрального вала в плоскости зацепления, рад.

skew angle of the teeth of the satellite and the central shaft in the plane of engagement, rad.

x расстояние от торца сателлита со стороны выхода экструдера, мм;
K<1 эмпирический коэффициент.x distance from the end of the satellite from the exit side of the extruder, mm;
K <1 is an empirical coefficient.

Уменьшение зазора между рабочими поверхностями зубьев сателлита и центрального вала при их зацеплении на крайнем от выхода экструдера участке венца второй зубчатой пары имеет ту же линейную зависимость, что и на входе экструдера, при этом суммарная длина крайних участков на входе и выходе экструдера равна удвоенной минимальной длине крайнего участка на входе экструдера. Длина L₁ крайнего участка венца второй зубчатой пары на входе экструдера больше длины L₂ крайнего участка на выходе экструдера и равна: 1,5L≅L₁≅2L
Длины крайних участков венца второй зубчатой пары на входе и на выходе экструдера равны между собой.The reduction of the gap between the working surfaces of the teeth of the satellite and the central shaft when they mesh on the outermost part of the crown of the second gear pair has the same linear dependence as on the extruder inlet, while the total length of the outermost sections at the inlet and outlet of the extruder is twice the minimum length extreme section at the inlet of the extruder. The length L _{1 of the} extreme portion of the crown of the second gear pair at the inlet of the extruder is greater than the length L _{2 of the} extreme portion at the outlet of the extruder and is equal to: 1.5L≅L ₁ ≅2L
The lengths of the extreme sections of the crown of the second gear pair at the inlet and outlet of the extruder are equal to each other.

В описываемом экструдере введение зазора между рабочими поверхностями зубьев центрального вала и сателлита, меняющегося от торца сателлита со стороны подвода крутящего момента до противоположного торца по линейному закону, позволяет снизить коэффициент неравномерности и концентрацию рабочей нагрузки на крайнем участке венца планетарной передачи со стороны подвода крутящего момента практически в 2 раза. Это достигается перераспределением рабочей нагрузки между крайними участками венца планетарной передачи. Однако и в этом случае распределение рабочей нагрузки по ширине венца планетарной передачи будет крайне неравномерным. В частности, на крайних участках концентрация рабочей нагрузки на зубьях будет значительно выше, чем в средней части венца, что говорит о нерациональном использовании участков зубьев в средней части венца. In the described extruder, the introduction of a gap between the working surfaces of the teeth of the central shaft and the satellite, varying from the end of the satellite from the supply side of the torque to the opposite end according to the linear law, allows to reduce the unevenness and concentration of the workload at the extreme portion of the crown of the planetary gear from the side of the supply of torque practically 2 times. This is achieved by redistributing the workload between the extreme parts of the crown of the planetary gear. However, in this case, the distribution of the workload across the width of the crown of the planetary gear will be extremely uneven. In particular, in the extreme sections, the concentration of the working load on the teeth will be significantly higher than in the middle part of the crown, which indicates the irrational use of the tooth sections in the middle part of the crown.

Зависимость изменения коэффициента неравномерности распределения удельной контактной нагрузки по ширине венца планетарной передачи имеет криволинейный характер с максимальными значениями на крайних участках венца, примыкающих к торцам сателлита, и минимальным значением посередине венца. Дополнительное нелинейное уменьшение величины зазора на части венца, расположенной со стороны подвода крутящего момента за крайним участком с линейно изменяющимся зазором, обеспечивает выравнивание распределения рабочей нагрузки по ширине венца с уменьшением ее значения на крайних участках венца. The dependence of the variation in the coefficient of uneven distribution of the specific contact load along the width of the crown of the planetary gear has a curvilinear character with maximum values at the extreme parts of the crown adjacent to the ends of the satellite and a minimum value in the middle of the crown. An additional nonlinear decrease in the gap on the part of the crown located on the side of the supply of torque behind the extreme section with a linearly varying gap ensures alignment of the distribution of the work load across the width of the crown with a decrease in its value at the extreme sections of the crown.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид экструдера, продольный разрез; на фиг.2 вид по стрелке А на фиг.1; на фиг. 3 график значений коэффициентов неравномерности распределения удельных контактных нагрузок на зубьях центрального вала и сателлита по ширине венца зубчатой пары; на фиг.4 зубчатые пары, образованные сателлитом с зубчатым цилиндром и центральным валом, продольный разрез; на фиг.5 вид на зубья цилиндра, центрального вала и сателлита со стороны входа экструдера. The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a General view of the extruder, a longitudinal section; figure 2 is a view along arrow A in figure 1; in FIG. 3 is a graph of the values of the uneven distribution of specific contact loads on the teeth of the central shaft and satellite along the width of the rim of the gear pair; figure 4 gear pairs formed by a satellite with a gear cylinder and a Central shaft, a longitudinal section; figure 5 is a view of the teeth of the cylinder, the Central shaft and the satellite from the input side of the extruder.

Планетарный зубчатый экструдер содержит корпус 1 (фиг.1) с закрепленным на нем торцевым упором 2 и зубчатым цилиндром 3 с внутренними косыми зубьями 4 (фиг.5). Соосно зубчатому цилиндру 3 расположен центральный зубчатый вал 5 с косыми зубьями 6. Внутри зубчатого цилиндра 3 (фиг.2) вокруг зубчатого вала 5 расположены сателлиты 7, зубья 8 которых находятся в зацеплении с зубьями 4 цилиндра 3 и зубьями 6 центрального вала 5, образуя зубчатые пары 9 и 10, соответственно. The planetary gear extruder comprises a housing 1 (FIG. 1) with an end stop 2 fixed thereon and a gear cylinder 3 with internal oblique teeth 4 (FIG. 5). Coaxially to the toothed cylinder 3, a central toothed shaft 5 with oblique teeths 6 is located. Inside the toothed cylinder 3 (FIG. 2), satellites 7 are located around the toothed shaft 5, whose teeth 8 are meshed with the teeth 4 of the cylinder 3 and the teeth 6 of the central shaft 5, forming gear pairs 9 and 10, respectively.

На фиг.2 изображен экструдер с 10 сателлитами. В общем случае количество сателлитов ограничивается возможностью уменьшения их диаметров, поскольку с уменьшением диаметра сателлита возрастают контактные напряжения на зубьях. Зубья 6,4,8 центрального вала 5, цилиндра 3 и сателлитов 7 соответственно выполнены косыми для обеспечения осевой подачи полимера, а валы 5,3,7 - цельными. Каждая зубчатая пара 10 выполнена таким образом, что при прилегании рабочих поверхностей 11 и 12 зубьев 6,8 центрального вала 5 и сателлита 7 соответственно друг к другу на выходе 13 экструдера, на его входе 14 между указанными рабочими поверхностями 11 и 12 образуется зазор 15, уменьшающийся по ширине венца зубчатой пары 10 от входа 14 экструдера к его выходу 13. На крайнем участке 16 венца зубчатой пары 10 на входе экструдера зазор 15 меняется по линейному закону. При этом минимальная длина L этого крайнего участка 16 определяется из соотношения:

(1)
a величина зазора 15:

(2)
где

коэффициент;
C коэффициент удельной жесткости зубьев, Н/мм²;
a_p число сателлитов;
r_b радиус основной окружности центрального зубчатого вала, мм;
G модуль сдвига, Н/мм²;
sh гиперболический синус;
ch гиперболический косинус;
I_k полярный момент инерции сечения центрального вала, мм⁴;
b ширина зубчатого венца сателлита, мм;

полное нормальное усилие между зубьями центрального вала и сателлита, Н;
M крутящий момент, прикладываемый к центральному валу, Н.мм;
d диаметр начальной окружности центрального зубчатого вала, мм;
α_t угол зацепления между зубьями центрального вала и сателлита, град.Figure 2 shows an extruder with 10 satellites. In the general case, the number of satellites is limited by the possibility of reducing their diameters, since contact stresses on the teeth increase with a decrease in the diameter of the satellite. The teeth of 6.4.8 of the central shaft 5, cylinder 3 and satellites 7, respectively, are oblique to provide axial polymer feed, and the shafts 5.3.7 are solid. Each gear pair 10 is made in such a way that when the

working surfaces

11 and 12 of the teeth 6.8 of the central shaft 5 and the satellite 7 are adjacent to each other at the exit 13 of the extruder, a gap 15 is formed at the inlet 14 between these

working surfaces

11 and 12, decreasing in width of the crown of the gear pair 10 from the inlet 14 of the extruder to its exit 13. At the extreme portion 16 of the crown of the gear pair 10 at the inlet of the extruder, the gap 15 varies linearly. Moreover, the minimum length L of this extreme section 16 is determined from the relation:

(one)
a gap value of 15:

(2)
Where

coefficient;
C coefficient of specific stiffness of the teeth, N / mm ² ;
a _{p the} number of satellites;
r _b radius of the main circumference of the Central gear shaft, mm;
G shear modulus, N / mm ² ;
sh hyperbolic sinus;
ch hyperbolic cosine;
I _k polar moment of inertia of the central shaft section, mm ⁴ ;
b width of the gear ring of the satellite, mm;

γ угол перекоса зубьев сателлита и центрального вала в плоскости зацепления, рад. γ skew angle of the teeth of the satellite and the central shaft in the plane of engagement, rad.

x расстояние от торца сателлита со стороны выхода экструдера. x distance from the end of the satellite from the exit side of the extruder.

В зубчатой паре 10, изображенной на фиг.4, на крайнем участке 17 венца со стороны выхода 13 экструдера зазор 15 меняется по той же линейной зависимости, что и на участке 16. Длины указанных крайних участков 16 и 17 равны между собой и равны L. В средней части 18 венца зубчатой пары 10 величина зазора 15, соответствующая указанной линейной зависимости, дополнительно уменьшена выполнением рабочей поверхности 11 каждого зуба 6 центрального вала 5 в указанной части 18 венца выпуклой. Следует отметить, что для упрощения изображения зубья на фиг.4 показаны прямыми. In the gear pair 10 shown in FIG. 4, in the end portion 17 of the crown from the exit side 13 of the extruder, the gap 15 varies in the same linear relationship as in section 16. The lengths of these extreme sections 16 and 17 are equal to each other and equal to L. In the middle part 18 of the crown of the gear pair 10, the size of the gap 15 corresponding to the specified linear relationship is further reduced by the execution of the working surface 11 of each tooth 6 of the central shaft 5 in the specified portion 18 of the crown is convex. It should be noted that to simplify the image, the teeth in Fig. 4 are shown as straight.

Возможен вариант выполнения экструдера, в котором указанные крайние участки с зазором 15, меняющимся по линейной зависимости, имеют разные длины L₁ и L₂. В частности, длина L₁ участка 16 на входе экструдера больше длины L₂ участка 17 на выходе 13 и равна -(1,5-2)L. При этом суммарная длина этих участков 16 и 17 равна 2L. Такой вариант выполнения экструдера используется в линиях, в которых на вход 14 экструдера подаются холодные гранулы полимера, и, соответственно, механические характеристики полимера меняются по мере его перемещения вдоль экструдера. Обработка холодного полимера отрицательно сказывается на условиях смазки рабочих поверхностей зубьев на входе 14 экструдера увеличивают длину L₁ крайнего участка 16 со стороны входа 14 экструдера по сравнению с длиной L₂ участка 17 на выходе экструдера с тем, чтобы уменьшить величины удельных контактных нагрузок на зубьях на входе 14 экструдера относительно указанных нагрузок на его выходе 13.A possible embodiment of the extruder, in which these extreme sections with a gap of 15, varying linearly, have different lengths L ₁ and L ₂ . In particular, the length L _{1 of the} portion 16 at the inlet of the extruder is greater than the length L _{2 of the} portion 17 at the outlet 13 and is equal to - (1.5-2) L. Moreover, the total length of these sections 16 and 17 is 2L. This embodiment of the extruder is used in lines in which cold polymer granules are fed to the inlet 14 of the extruder, and, accordingly, the mechanical characteristics of the polymer change as it moves along the extruder. Processing of cold polymer negatively affects the lubrication conditions of the working surfaces of the teeth at the inlet 14 of the extruder increase the length L _{1 of the} extreme portion 16 from the inlet 14 of the extruder as compared with the length L _{2 of the} section 17 at the exit of the extruder in order to reduce the specific contact loads on the teeth by the inlet 14 of the extruder relative to the specified loads at its exit 13.

Наиболее предпочтительно в данном случае, чтобы длина L₁ крайнего участка 16 венца со стороны входа 14 экструдера выбиралась из вышеуказанного соотношения: 1,5L≅L₁≅L. Увеличение длины этого участка 16 в пределах L₁≅1,5L приводит к незначительным изменениям контактных нагрузок и поэтому не эффективно. При особо явном выраженном абразивном воздействии полимера на рабочие поверхности зубьев, крайний участок 16 венца с линейно изменяющимся зазором 15 выполняют длиной, равной 2L, а рабочую поверхность 11 каждого зуба центрального вала 5 на оставшейся части венца выполняют выпуклой. Величина зазора 15 между рабочей поверхностью 12 каждого зуба 8 сателлита 7 и выпуклой рабочей поверхностью 11 каждого зуба 6 центрального вала 5 определяют соотношением:

(3)
где: K эмпирический коэффициент, зависящий от отношения ширины венца центрального вала 5 к его диаметру. При этом К<1. Если К равен 1, то зубчатая пара 10 сателлит 7 центральный вал 5 будет иметь две точки контакта, одна из которых расположена в центральной части ширины венца зубчатой пары 10. В этом случае часть ширины венца за указанной точкой контакта исключается из работы. По мнению авторов наиболее предпочтительны значения К, равные 0,4-0,6, при которых коэффициент неравномерности распределения удельных контактных нагрузок по ширине венца близок к единице.Most preferably, in this case, the length L _{1 of the} end portion 16 of the crown from the input side 14 of the extruder is selected from the above ratio: 1.5L :L ₁ ≅L. The increase in the length of this section 16 within L ₁ ≅1.5L leads to minor changes in contact loads and therefore is not effective. With a particularly pronounced abrasive effect of the polymer on the working surfaces of the teeth, the end section 16 of the crown with a linearly varying gap 15 is 2L, and the working surface 11 of each tooth of the central shaft 5 is convex on the remaining part of the crown. The size of the gap 15 between the working surface 12 of each tooth 8 of the satellite 7 and the convex working surface 11 of each tooth 6 of the Central shaft 5 is determined by the ratio:

(3)
where: K is an empirical coefficient depending on the ratio of the width of the crown of the central shaft 5 to its diameter. Moreover, K <1. If K is 1, then the gear pair 10 of the satellite 7, the central shaft 5 will have two points of contact, one of which is located in the central part of the width of the rim of the gear pair 10. In this case, part of the width of the rim beyond the specified point of contact is excluded from work. According to the authors, the values of K are most preferable, equal to 0.4-0.6, at which the coefficient of uneven distribution of specific contact loads across the width of the crown is close to unity.

В корпусе 1 выполнены канавки 19, а центральный зубчатый вал 5 имеет отверстия 20, через которые подается масло для обогрева полимера. Grooves 19 are made in the housing 1, and the central gear shaft 5 has openings 20 through which oil is supplied to heat the polymer.

Планетарный зубчатый экструдер работает следующим образом. Planetary gear extruder operates as follows.

Гранулированный полимер шнековым питателем (на чертеже не показан) подается на вход 14 экструдера. От электродвигателя (на чертеже не показан) через шнек питателя на центральный зубчатый вал 5 передается крутящий момент. В канавки 19 корпуса 1 и в отверстие 20 центрального вала 5 подается горячее масло для обогрева зубьев экструдера. Продавливаясь между разогретыми зубьями 4,6,8 полимер пластифицируется и гомогенизируется. Переработанная смесь выдавливается в зазоры между сателлитами и торцевым упором. Осевые усилия, возникающие в зацеплении сателлитов 7 с центральным валом 5, воспринимаются торцевым упором 2. The granular polymer with a screw feeder (not shown in the drawing) is fed to the input 14 of the extruder. From the electric motor (not shown) through the feeder screw to the Central gear shaft 5 is transmitted torque. Hot oil is supplied to the grooves 19 of the housing 1 and to the hole 20 of the central shaft 5 to heat the teeth of the extruder. Squeezing between heated teeth 4,6,8 the polymer is plasticized and homogenized. The processed mixture is squeezed into the gaps between the satellites and the end stop. Axial forces arising in the engagement of the satellites 7 with the Central shaft 5 are perceived by the end stop 2.

С начала приложения крутящего момента к центральному зубчатому валу 5 на нем возникает деформация кручения, вследствие которой выбирается зазор 15 между рабочими поверхностями 12 и 11 сателлитов 7 и центрального вала 5. Прочность обрабатываемого полимера недостаточна для нарушения контакта между рабочими поверхностями 12 и 11 зубьев сателлитов 7 и центрального вала 5, поэтому величина контактных напряжений на этих зубьях 6 и 7 практически сохраняется такой же, какой она была бы в случае отсутствия полимера. После прилегания рабочих поверхностей 12 и 11 зубьев 8 и 6 сателлитов 7 и центрального вала 5 друг к другу зазор между нерабочими поверхностями указанных зубьев 8 и 6 у торца каждой зубчатой пары 10 на входе 14 экструдера будет на величину больше, чем в средней части 18 венца. Тем самым обеспечиваются благоприятные условия течения полимера на входе 14 экструдера. При нарастании крутящего момента, прикладываемого к центральному валу 5, больше нагружаются зубья 6 и 8 средней части венца каждой зубчатой пары 10 центральный вал 5 сателлит 7 и соответственно разгружаются зубья на крайних участках 16 и 17 венца этих зубчатых пар 10. В результате, распределение рабочей нагрузки по ширине венца каждой зубчатой пары 10 будет близким к равномерному, чем существенно повышается долговечность зубьев в зацеплениях экструдера. From the beginning of the application of torque to the central gear shaft 5, torsional deformation occurs on it, as a result of which a gap 15 is selected between the working surfaces 12 and 11 of the satellites 7 and the central shaft 5. The strength of the polymer being processed is insufficient to break the contact between the working surfaces 12 and 11 of the teeth of the satellites 7 and the central shaft 5, therefore, the magnitude of the contact stresses on these teeth 6 and 7 practically remains the same as it would be if there were no polymer. After the contact of the working surfaces 12 and 11 of the teeth 8 and 6 of the satellites 7 and the central shaft 5 to each other, the gap between the non-working surfaces of these teeth 8 and 6 at the end of each gear pair 10 at the inlet 14 of the extruder will be larger than in the middle part 18 of the crown . This ensures favorable conditions for the flow of the polymer at the inlet 14 of the extruder. With increasing torque applied to the central shaft 5, the teeth 6 and 8 of the middle part of the crown of each gear pair 10 are loaded more, the central shaft 5 of the satellite 7 and, accordingly, the teeth are unloaded on the extreme sections 16 and 17 of the crown of these gear pairs 10. As a result, the distribution of the working load across the width of the rim of each gear pair 10 will be close to uniform, which significantly increases the durability of the teeth in the gears of the extruder.

На фиг. 3 приведен график значений коэффициентов неравномерности распределения удельных контактных нагрузок на зубьях 8 и 6 сателлитов 7 и центрального вала 5 по ширине венца, образованной ими зубчатой пары 10. Кривая 1 (фиг. 3а) соответствует экструдеру, в котором в отсутствии полимера, рабочие поверхности зубьев сателлитов и центрального вала прилегают друг к другу по всей ширине венца зубчатой пары. Кривая 2 (фиг.3в) для зубчатой пары, в которой при прилегании рабочих поверхностях зубьев сателлита и центрального вала на выходе экструдера, на его входе между указанными поверхностями образуется зазор, величина которого меняется по линейному закону [2] Прямая 3 (фиг. 3в) равномерное распределение удельной контактной нагрузки по ширине венца зубчатой пары. Кривые, приведенные на граф.3 получены авторами по известной методике расчета планетарных передач на прочность. Расчеты проводились для планетарных передач, конструктивные параметры которых соответствуют параметрам применяемых экструдеров. Поскольку механические характеристики полимера практически не влияют на распределение контактной нагрузки на зубьях центрального вала и сателлитов экструдера, расчеты, приведенные для планетарных передач, справедливы для планетарных зубчатых экструдеров. Расчеты проводились для экструдера, имеющего следующие конструктивные параметры: диаметр начальной окружности центрального вала (d) - 114 мм, ширина зубчатого венца сателлитов (b) 980 мм, число сателлитов (a_p) 10, крутящий момент, прикладываемый к центральному валу (М) - 2000000 Н.мм.In FIG. Figure 3 shows a graph of the uneven distribution coefficients of the specific contact loads on the teeth 8 and 6 of the satellites 7 and the central shaft 5 along the width of the rim formed by the gear pair 10. Curve 1 (Fig. 3a) corresponds to the extruder, in which, in the absence of polymer, the working surfaces of the teeth the satellites and the central shaft are adjacent to each other over the entire width of the ring gear. Curve 2 (Fig.3c) for the gear pair, in which, when the working surfaces of the teeth of the satellite and the central shaft at the exit of the extruder abut, at the entrance between these surfaces, a gap is formed, the value of which varies according to the linear law [2] Direct 3 (Fig. 3c) ) uniform distribution of the specific contact load across the width of the rim of the gear pair. The curves shown in graph 3 were obtained by the authors according to the well-known method for calculating planetary gears for strength. The calculations were carried out for planetary gears, the design parameters of which correspond to the parameters of the extruders used. Since the mechanical characteristics of the polymer practically do not affect the distribution of the contact load on the teeth of the central shaft and the extruder satellites, the calculations presented for planetary gears are valid for planetary gear extruders. The calculations were carried out for an extruder having the following design parameters: the diameter of the initial circumference of the central shaft (d) - 114 mm, the width of the gear ring of the satellites (b) 980 mm, the number of satellites (a _p ) 10, the torque applied to the central shaft (M) - 2,000,000 N.mm

На фиг. 3 видно, что для зубчатой пары, в которой при отсутствии полимера рабочие поверхности зубьев центрального вала и сателлита прилегают друг к другу по всей ширине венца (кривая 1 на фиг.3а), максимальное значение коэффициента неравномерности распределения удельных контактных нагрузок приходится на крайний участок венца со стороны входа экструдера и его величина равна 15. Далее значение коэффициента неравномерности распределения удельных контактных нагрузок (Q) достаточно резко падает до значения 0,02. При введении между указанными рабочими поверхностями зубьев центрального вала и сателлита зазора, изменяющегося в соответствии с соотношением [2] коэффициент Q на крайнем участке венца зубчатой пары со стороны входа экструдера уменьшается вдвое за счет перераспределения удельной контактной нагрузки между крайними участками венца зубчатой пары на входе и выходе экструдера. При этом длина указанных крайних участков венца зубчатой пары, на которых значение удельной контактной нагрузки на зубьях еще достаточно велико, определяется уравнением [1] Дополнительное нелинейное уменьшение зазора на части венца между указанными крайними участками длиной L обеспечивает близкое к равномерному распределение удельной контактной нагрузки по ширине венца зубчатой пары сателлит центральный вал с одновременным уменьшением концентрации рабочей нагрузки на участках венца со стороны входа и выхода экструдера. In FIG. Figure 3 shows that for a gear pair, in which, in the absence of polymer, the working surfaces of the teeth of the central shaft and satellite abut against each other over the entire width of the crown (curve 1 in Fig. 3a), the maximum value of the coefficient of uneven distribution of specific contact loads falls on the extreme portion of the crown from the input side of the extruder and its value is 15. Further, the value of the coefficient of uneven distribution of specific contact loads (Q) drops sharply enough to the value of 0.02. With the introduction of a gap between the indicated working surfaces of the teeth of the central shaft and the satellite, which varies in accordance with the relation [2], the Q coefficient at the extreme section of the gear pair rim from the input side of the extruder is halved due to the redistribution of the specific contact load between the extreme sections of the gear pair rim at the input and extruder outlet. Moreover, the length of the indicated extreme sections of the rim of the gear pair, on which the value of the specific contact load on the teeth is still quite large, is determined by the equation [1] An additional non-linear decrease in the gap on the part of the crown between the specified extreme sections of length L provides a close to uniform distribution of the specific contact load across the width the crown of the gear pair of the satellites is the central shaft with a simultaneous decrease in the concentration of the workload in the parts of the crown from the input and output sides of the extruder.

Claims

1. A planetary gear extruder comprising a gear cylinder with internal oblique teeth, a central shaft aligned therewith with external oblique teeth and satellites, each of which forms a first gear pair with a gear cylinder and a second gear pair with a central shaft, in which, when the teeth of the satellite mesh and a central shaft between their working surfaces, a gap is formed that decreases along the width of the crown of the second gear pair from the inlet of the extruder to its output, characterized in that the reduction of the gap between the working surfaces the kills of the satellite and the central shaft when they are engaged in the crown section of the second gear pair, which is extreme from the extruder inlet, has a linear dependence, and at least on the crown part beyond the specified extreme section, the working surface of each tooth of the central shaft is convex to further reduce the specified gap between the working surfaces satellite teeth and central shaft.

2. The extruder according to claim 1, characterized in that the minimum length L of the extreme portion of the crown of the second gear pair from the input side of the extruder is determined from the ratio

and the gap in this section from the ratio

Where

coefficient;
With the coefficient of specific stiffness of the teeth;
a _{p the} number of satellites;
r _{in the} radius of the main circumference of the Central gear shaft, mm;
G shear modulus, H / mm ² ;
I _{to the} polar moment of inertia of the cross section of the central shaft, mm ² ;
b width of the gear ring of the satellite, mm;

total normal force between the teeth of the central shaft and satellite, N;
M torque applied to the central shaft, H • mm;
d the diameter of the initial circumference of the Central shaft, mm;
α _t - the angle of engagement between the teeth of the Central shaft and satellite, deg.

skew angle of the teeth of the satellite and the central shaft in the plane of engagement, rad;
x distance from the end of the satellite from the exit side of the extruder, mm;
Sh hyperbolic sinus;
ch is the hyperbolic cosine;
K <1 empirical coefficient.

3. The extruder according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the reduction of the gap between the working surfaces of the teeth of the satellite and the central shaft when they are engaged at the end of the second gear pair rim from the extruder exit has the same linear dependence as at the extruder inlet, with the total length of the end sections the inlet and outlet of the extruder is equal to twice the minimum length of the extreme section at the inlet of the extruder.

4. The extruder according to claim 3, characterized in that the length L _{1 of the} extreme portion of the crown of the second gear pair at the inlet of the extruder is greater than the length L _{2 of the} extreme portion at the exit of the extruder and is equal to 1.5L≅L ₁ ≅2L.

5. The extruder according to claim 3, characterized in that the lengths of the extreme sections of the crown of the second gear pair at the inlet and outlet of the extruder are equal to each other.