螺杆轴向振动挤出成型装置的设计及振动特性仿真.pdf

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1、华南理工大学学报(自然科学版)第43卷第2期JournalofSouthChinaUniversityofTechnologyVO1．43NO．22015年2月(NaturalScienceEdition)February2015文章编号：1000—565X(2015)02-0088-08螺杆轴向振动挤出成型装置的设计及振动特性仿真木吴上生胡安涛杜锦。(1．华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州510640；2．中国兵器装备集团公司861厂，湖南长沙410100)摘要：首先，提出了一种新型的机械式螺杆轴向振动挤出成型装

2、置，分析了螺杆轴向振动的工作原理；其次，基于包络线理论，导出了凹凸激振曲面的数学模型，据此建立了螺杆轴向振动挤出成型装置的三维模型；然后，基于受力分析，建立了螺杆轴向振动物理模型，并对关键参数的求解进行理论推导；最后，运用ADAMS软件对螺杆轴向振动挤出成型装置的振动特性进行动力学仿真．仿真结果表明，该振动挤出成型装置的振动波形符合规定的简谐振动规律，波形失真度小，振动较为稳定，说明该装置是可行和有效的．关键词：轴向振动；挤出成型；ADAMS；动力学仿真；振动特性中图分类号：TH122doi：10．3969／j．issn

3、．1000．565X．2015．02．013传统挤出成型设备的改进和发展主要集中于对出一种新型机械振动式挤出成型装置，采用机械滚螺杆结构的深入研究和不断改进．通过增加螺杆长子轴向激振的方式i”J，实现了挤出螺杆轴向周期性径比或改进螺杆的结构，以提高物料的混炼效振动，较明显地简化了螺杆轴向激振装置的结构；同果，最终达到提高制品质量的目的．这样的设计时应用ADAMS虚拟样机仿真技术对螺杆振动输出往往使设备体积增大，料筒和螺杆间的摩擦、磨损加波形进行仿真试验，对该机械式激振方式的可靠性、剧设备噪声增大，使用寿命大大缩短4；同时

4、螺杆稳定性进行验证，并对该新型轴向振动挤出成型装加工难度增大，往往难以达到预期要求．现代振动技置的可行性及有效性进行验证．术的发展，使得将振动力场引入挤出成型加工过程1振动挤出成型装置的工作原理成为可能．前人对挤出机局部施加振动曲，创造性地改善了挤出特性，显著提高了挤出制品的质量．与机械式振动挤出成型装置主要结构如图1所传统非振动挤出成型方式相比，振动式挤出设备的示．激振式半联轴器10作为激振和振动输出的核心制造成本、能耗降低近50％，噪声更低，对物料适应部件，其底面周向分布着光滑过渡的凹凸激振曲面．性更好，塑化温度低，

5、冷却时问短，制品质量显著激振式半联轴器与主动轴1之间通过滚动花键11提高引．连接，确保两者同步转动时，可实现轴向相对运动．当前使用的振动挤出机主要采用电磁动态激振滚子限位盘7与箱体6固定连接，其中心带孔，的方式，使螺杆产生轴向振动，这种激振装置结构较通过滚子轴承18与主动轴1连接．各激振滚子8镶为复杂，且振动可靠性、稳定性有待提高．文中提嵌安装在滚子限位盘7底面周向均匀分布的半圆锥收稿日期：2014—06—13基金项目：广东省科技计划项目(2012B011300006)Foundationitem：Suppoaedbyt

6、heScienceandTechnologyProjectItemofGuangdongPmVince(2012B0l1300006))作者简介：吴上生(1963一)，男，博士，教授，主要从事精密机械设计制造及机电一体化技术研究．E—mail：shshwu@scut．edu．cn第2期吴上生等：螺杆轴向振动挤出成型装置的设计及振动特性仿真89形滚子槽中，并用滚子保持架9将滚子轴向定位，防2凹凸激振曲面的设计止其从滚子槽中脱落；各滚子在滚子槽中可自由滚动．激振式半联轴器10和普通半联轴器12通过螺2．1振动规律的确定及二维

7、激振轮廓曲线栓固定连接；普通半联轴器12和螺杆17通过花键方程的推导连接；主动轴1和螺杆l7连接联轴器的轴端通过轴滚子和激振曲面接触运动的简化模型如图2所端挡圈分别与两个半联轴器固定，使得激振式半联示．图中，半径为R的基圆柱面与凹凸激振曲面相轴器、普通半联轴器和螺杆成为一体，同时转动，同交，其相交截面上的激振曲线与滚子圆截面啮合．时轴向振动．应特别注意的是，激振式半联轴器和轴端挡圈之间要预留一段大于A(A为轴向振幅)的轴向间隙．图2滚子与激振曲面啮合原理图1螺杆振动挤出成型装置核心结构Fig．2Meshingprinci

8、pleoftherollersandvibrationsurfaceFig．1Corestructureofextrusionequipmentwithscrewvibration若假设激振曲面固定不动，而滚子随轴旋转，则1一主动轴；2一传动齿轮；3-滚子轴承；4一轴套；5一推力轴承；6一滚子将沿着凹凸激振曲面周向滚