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1、(10)申请公布号 CN 102896759 A (43)申请公布日 2013.01.30 CN 102896759 A *CN102896759A* (21)申请号 201210397651.X (22)申请日 2012.10.18 B29C 47/38(2006.01) B29C 47/58(2006.01) (71)申请人 华南理工大学 地址 510640 广东省广州市天河区五山路 381 号 申请人 广州华新科实业有限公司 (72)发明人 瞿金平 何和智 晋刚 殷小春 杨智涛 (74)专利代理机构 广州市华学知识产权代理有 限公司 44245 代理人 蔡茂略 (54) 发明名称 直驱动。
2、态挤出机螺杆转动与轴向振动协同驱 动方法及装置 (57) 摘要 本发明涉及一种直驱动态挤出机塑化输运螺 杆转动与轴向振动协同驱动方法及装置。该装置 的摇摆驱动套通过直线滚动轴承与电机空心轴连 接 ； 摇摆驱动套还通过对称布置于摇动环两侧的 调心推力滚子轴承与摇动环连接， 摇摆驱动套与 塑化输运螺杆固定连接， 摇摆驱动套内孔中心线 与电机空心轴的中心线重合 ； 同时摇动环与关节 轴承连接， 摇动环受关节轴承的约束并以关节轴 承为支点摆动 ； 摇摆驱动套为圆柱体结构， 圆柱 体中部设有圆柱形通孔， 摇摆驱动套的外圆柱面 的中心线与内孔圆柱面的中心线交叉成角度 。 摇摆驱动套运动时带动塑化输运螺杆做。
3、旋转运动 的同时做轴向振动， 实现螺杆转动与轴向振动由 驱动电机同源协同驱动， 具有塑化输运螺杆轴向 振动振幅大、 稳定性好、 可靠性高等特点。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 1/1 页 2 1. 一种直驱动态挤出机螺杆转动与轴向振动协同驱动方法， 其特征在于 ： 由同一台电 机驱动塑化输运螺杆旋转运动的同时轴向振动， 实现螺杆周相转动与轴向振动协同作用的 直驱动态塑化挤出方法。 2. 一种实现权利要求 1 所述方法的装置， 其特征在于 ： 。
4、摇摆驱动套通过直线滚动轴承 与电机空心轴连接 ； 摇摆驱动套还通过对称布置于摇动环两侧的调心推力滚子轴承与摇动 环连接， 摇动环与摇摆驱动套的外圆柱面同心安装 ； 摇摆驱动套与塑化输运螺杆固定连接， 摇摆驱动套内孔中心线与电机空心轴的中心线重合 ； 同时摇动环与关节轴承连接， 摇动环 受关节轴承的约束并以关节轴承为支点摆动 ； 摇摆驱动套为圆柱体结构， 圆柱体中部设有 圆柱形通孔， 摇摆驱动套的外圆柱面的中心线与内孔圆柱面的中心线交叉成角度 。 3. 根据权利要求 2 所述的装置， 其特征在于 ： 摇摆驱动套内孔中心线与关节轴承的中 心之间的距离为 H， 摇摆驱动套的轴向振幅 A=Hsin ；。
5、 所述摇摆驱动套的轴向振动频率与 驱动电机角频率一致。 4. 根据权利要求 2 所述的装置， 其特征在于 ： 所述角度 的大小为 0.1 -2。 5. 根据权利要求 2 所述的装置， 其特征在于 ： 所述摇摆驱动套与塑化输运螺杆通过螺 钉或销钉固定连接。 6. 根据权利要求 2 所述的装置， 其特征在于 ： 所述电机空心轴固定在驱动电机的转子 上， 送料螺套为中空的螺杆， 送料螺套固定于驱动电机的端盖上并安装在电机空心轴内， 塑 化输运螺杆安装在送料螺套的内孔中。 权 利 要 求 书 CN 102896759 A 2 1/4 页 3 直驱动态挤出机螺杆转动与轴向振动协同驱动方法及装置 技术领域。
6、 0001 本发明涉及一种高分子材料塑化挤出设备， 具体是指一种塑化输运螺杆转动与轴 向振动协同作用的电机直接驱动动态挤出方法及实现该方法的设备。 技术背景 0002 挤出成型是高分子材料成型加工最重要的方法之一， 最常用的加工设备是螺杆挤 出机。常用的螺杆挤出机其传动部分主要由电机、 联轴器、 减速箱等组成， 存在低转速下转 矩波动、 运行不稳定， 运行效率低下， 传动链长， 能量损耗高等问题。 另外螺杆挤出机其塑化 输运机理是建立在剪切流变的基础之上的， 其塑化输运能力强烈依赖于物料与金属料筒表 面之间的摩擦力以及物料之间的内摩擦力。 采取对料筒的固体输送段开槽以增加与物料的 摩擦力、 增。
7、大螺杆长径比、 优化螺杆结构等措施可以在一定程度上减缓上述问题， 但同时又 造成物料塑化输运所经历的热机械历程加长、 能耗增加、 设备结构体积大等缺陷。 0003 电磁动态挤出成型技术通过将挤出机的挤压部分置入电机转子的内腔中， 通过适 当的绕组布置和适当的转子材料及结构参数设计引起转矩的脉动和处于悬浮状态转子的 轴向振动， 实现了电机直接驱动的动态挤出过程， 在一定程度上缩短了成型加工过程中物 料所经历的热机械历程， 降低了成型加工过程中物料的流动阻力， 从而使得塑化输运能耗 降低、 塑化能力提高。但振动振幅小， 同时螺杆的轴向旋转运动与轴向振动的协同效果差， 因此其降低塑化输运能耗与提高塑。
8、化输运能力的空间也很有限。 发明内容 0004 本发明的目的在于提供一种塑化输运螺杆转动与轴向振动协同作用的电机直接 驱动塑化挤出方法， 以克服现有技术中挤出机体积和占地面积大、 运行稳定性差、 能量利用 率低等缺点。 0005 本发明还提供一种由电机直接驱动的塑化输运螺杆转动与轴向振动协同作用的 动态挤方法。 0006 驱动电机带动电机空心轴旋转运动， 通过螺杆组合驱动器使得塑化输运螺杆旋转 运动的同时轴向周期性振动。物料从料斗通过送料螺套进入到塑化输运螺杆的螺槽中， 在 由送料螺套内腔以及塑化输运螺杆组成的挤压系统作用下实现直驱动态塑化挤出。 0007 本发明目的通过如下技术方案实现 ： 。
9、0008 一种直驱动态挤出机塑化输运螺杆转动与轴向振动协同驱动方法， 由同一台电机 驱动塑化输运螺杆旋转运动的同时轴向振动， 实现螺杆周相转动与轴向振动协同作用的直 驱动态塑化挤出方法。 0009 该方法中， 物料由料斗进入送料螺套的外圆与电机空心轴内孔形成的空隙中 ； 在 由送料螺套与电机空心轴组成的螺旋输运系统推动物料由料斗向摇摆驱动套方向运动 ； 从 送料螺套与摇摆驱动套的轴向缝隙进入到由送料螺套的内孔及塑化输运螺杆组成的空隙 中往模头方向运动 ； 驱动电机转动时通过摇摆驱动套带动塑化输运螺杆旋转运动， 并与固 说 明 书 CN 102896759 A 3 2/4 页 4 定的送料螺套的。
10、内孔产生相对运动， 形成塑化挤压系统实现对物料的塑化输运 ； 同时驱动 电机转动时摇摆驱动套带动塑化输运螺杆旋转运动时塑化输运螺杆轴向振动， 实现电机直 接驱动的塑化输运螺杆转动与轴向振动协同作用的动态塑化挤出过程。 0010 实现上述方法的设备 ： 摇摆驱动套通过直线滚动轴承与电机空心轴连接 ； 摇摆驱 动套还通过对称布置于摇动环两侧的调心推力滚子轴承与摇动环连接， 摇动环与摇摆驱动 套的外圆柱面同心安装 ； 摇摆驱动套与塑化输运螺杆固定连接， 摇摆驱动套内孔中心线与 电机空心轴的中心线重合 ； 同时摇动环与关节轴承连接， 摇动环受关节轴承的约束并可绕 关节轴承为支点摆动 ； 摇摆驱动套为圆。
11、柱体结构， 圆柱体中部设有圆柱形通孔， 摇摆驱动套 的外圆柱面的中心线与内孔圆柱面的中心线交叉成角度 。 0011 进一步地， 摇摆驱动套内孔中心线与关节轴承的中心之间的距离为 H， 摇摆驱动套 1 的轴向振幅 A=Hsin ； 所述摇摆驱动套的轴向振动频率与驱动电机角频率一致。 0012 所述角度 的大小可为 0.1-8， 优选为 0.1至 2。 0013 所述摇摆驱动套与塑化输运螺杆优选通过螺钉或销钉等固定连接。 0014 所述电机空心轴固定在驱动电机的转子上， 送料螺套为中空的螺杆， 送料螺套固 定于驱动电机的端盖上并安装在电机空心轴内， 塑化输运螺杆安装在送料螺套的内孔中。 0015 。
12、具体而言， 本发明直驱动态挤出机螺杆转动与轴向振动协同驱动的装置包括摇摆 驱动套、 推力滚子轴承、 摇动环、 直线滚动轴承、 关节轴承、 驱动电机、 电机空心轴、 送料螺套 和塑化输运螺杆 ； 电机空心轴固定在驱动电机的转子上， 送料螺套为中空的螺杆， 送料螺 套固定于驱动电机的端盖上并安装在电机空心轴内， 塑化输运螺杆安装在送料螺套的内孔 中 ； 摇摆驱动套通过直线滚动轴承与电机空心轴连接 ； 摇摆驱动套还通过对称布置于摇动 环两侧的调心推力滚子轴承与摇动环连接， 摇动环与摇摆驱动套的外圆柱面同心安装 ； 摇 摆驱动套与塑化输运螺杆固定连接， 摇摆驱动套内孔中心线与电机空心轴的中心线重合 ；。
13、 同时摇动环与关节轴承连接， 摇动环受关节轴承的约束并可绕关节轴承为支点摆动 ； 摇摆 驱动套为圆柱体结构， 圆柱体中部设有圆柱形通孔， 摇摆驱动套的外圆柱面的中心线与内 孔圆柱面的中心线交叉成角度 ； 摇摆驱动套内孔中心线与关节轴承的中心之间的距离 为 H， 摇摆驱动套 1 的轴向振幅 A=Hsin。 0016 本发明与现有挤出装置相比， 具有如下优点 ： 0017 1、 本发明实现了塑化输运螺杆旋转运动与轴向振动协同作用的塑化挤出方法， 有 利于提高制品质量 ； 0018 2、 本发明通过电机直接驱动有利于实现低转速大扭矩的特性， 避免采用普通交流 电机在低转速下扭矩波动、 运行不稳定的问。
14、题， 提高了挤出稳定性。 0019 3、 本发明由电机通过联轴器与螺杆直接相连， 省略了变速机构， 缩短了常规挤出 设备传动链的长度， 避免了常规传动系统的多级传动， 提高了传动效率， 降低能耗。 附图说明 0020 图 1 为本发明直驱动态挤出机螺杆转动与轴向振动协同驱动的装置结构示意图 ； 0021 图 2 为图 1 中摇摆驱动套的结构示意图。 具体实施方式 说 明 书 CN 102896759 A 4 3/4 页 5 0022 下面结合附图对本发明做进一步的说明， 但本发明要求保护的范围并不局限于实 施例表述的范围。 0023 如图 1 所示， 直驱动态挤出机螺杆转动与轴向振动协同驱动的。
15、装置包括摇摆驱动 套 1、 推力滚子轴承 2、 摇动环 3、 直线滚动轴承 4、 关节轴承 5、 驱动电机 6、 电机空心轴 7、 送 料螺套 8 和塑化输运螺杆 9 ； 电机空心轴 7 固定在驱动电机 6 的转子上， 送料螺套 8 为中空 的螺杆， 送料螺套 8 固定于驱动电机 6 的端盖上并安装在电机空心轴 7 内， 塑化输运螺杆 9 安装在送料螺套8的内孔中 ； 摇摆驱动套1通过直线滚动轴承4与电机空心轴7连接 ； 摇摆 驱动套还通过对称布置于摇动环 3 两侧的调心推力滚子轴承 2 与摇动环 3 连接， 摇动环 3 与摇摆驱动套1的外圆柱面同心安装 ； 摇摆驱动套1与塑化输运螺杆9通过螺。
16、钉固定连接， 摇摆驱动套内孔中心线 L2 与电机空心轴 7 的中心线 L3 重合 ； 摇摆驱动套 1 可绕中心线 L3 做旋转运动 ； 同时摇动环 3 与关节轴承 5 连接， 摇动环 3 受关节轴承 5 的约束并可绕关节轴 承 5 为支点摆动。 0024 如图 2 所示， 摇摆驱动套 1 为圆柱体结构， 圆柱体中部设有圆柱形通孔， 摇摆驱动 套 1 的外圆柱面的中心线 L1 与内孔圆柱面的中心线 L2 交叉成角度 ， 摇摆环通过推力滚 子轴承 2 与摇摆驱动套 1 的外圆柱面同心安装， 摇摆驱动套 1 左右端面与内孔圆柱面的中 心线 L2 垂直 ； 摇摆驱动套 1 内孔圆柱面的中心线 L2 与。
17、电机空心轴旋转中心线 L3 重合， 从 而使得摇摆驱动套1外圆柱面的中心线L1始终与驱动电机空心轴旋转中心线L3以角度 交叉， 角度 的大小在 0.1至 2之间。 0025 当驱动电机 6 带动电机空心轴 7 旋转时 , 电机空心轴 7 带动摇摆驱动套 1 旋转运 动， 由于摇摆驱动套1外圆柱面的中心线L1与内孔圆柱面的中心线L2交叉成角度， 同时 摇动环 3 受到关节轴承 5 的约束迫使摇摆驱动套 1 以关节轴承 5 的中心点轴向左右振动， 而摇摆驱动套 1 与塑化输运螺杆 9 固定连接， 当摇摆驱动套 1 左右振动时带动螺杆轴向振 动。摇摆驱动套 1 的轴向振幅 A 由摇摆驱动套 1 外圆。
18、柱面的中心线 L1 与内孔圆柱面的中 心线 L2 交叉成角度 以及摇摆驱动套 1 内孔中心线 L2 与关节轴承 5 的中心之间的距离 H 决定， 亦即 A=Hsin ； 摇摆驱动套 1 的轴向振动频率与驱动电机 6 角频率一致。改变摇摆 驱动套 1 与关节轴承 5 之间的中心距 H 或者摇摆驱动套 1 的外圆柱面的中心线 L1 与内孔 圆柱面的中心线 L2 交叉成 可得到不同的轴向振幅 A。 0026 参考图 1， 物料由料斗 10 进入送料螺套 8 的外圆与电机空心轴 7 内孔形成的空隙 中 ； 由于送料螺套 8 固定， 而电机空心轴 7 随电机 6 的转子旋转运动， 从而形成了由送料螺 套。
19、 8 与电机空心轴 7 组成的螺旋输运系统， 推动物料由料斗 10 向摇摆驱动套 1 方向运动 ； 物料从送料螺套 8 与摇摆驱动套 1 的轴向缝隙进入到由送料螺套 8 的内孔及塑化输运螺杆 9 组成的空隙中往模头方向运动 ； 驱动电机 6 转动时， 通过摇摆驱动套 1 带动塑化输运螺杆 9 旋转运动， 并与固定的送料螺套 8 的内孔产生相对运动， 形成塑化挤压系统实现对物料的 塑化输运。由于驱动电机 6 转动时摇摆驱动套 1 带动塑化输运螺杆 9 旋转运动时塑化输运 螺杆 9 轴向振动， 从而实现电机直接驱动的塑化输运螺杆转动与轴向振动协同作用的动态 塑化挤出过程。本发明由同一台电机驱动塑化。
20、输运螺杆旋转运动的同时轴向振动， 实现螺 杆周相转动与轴向振动协同作用的直驱动态塑化挤出。 0027 塑化输运螺杆 9 旋转运动同时轴向振动使得物料受到周期性变化的剪切应力作 用， 有利于高分子材料的解缠结， 使得塑化输运过程中高分子熔体的粘度降低， 实现低温塑 说 明 书 CN 102896759 A 5 4/4 页 6 化 ； 同时周期性变化的轴向振动有利于高分子材料沿流动方向的取向， 实现高分子材料的 自增强， 提高制品质量。 0028 本发明采用电机直接驱动螺杆， 挤压系统具有恒扭矩输出特性， 从而实现传动系 统在电机低转速条件下输出大扭矩的特性。另外螺杆由电机直接驱动， 避免了由于减速 机构的存在造成的速度波动及扭矩波动， 有效克服了常规传动系统运行低转速下的转矩波 动、 运行不稳定的问题。 说 明 书 CN 102896759 A 6 1/1 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102896759 A 7 。