行星齒輪塑料擠出機

馬娜娜

摘要：隨著技術經濟的發展，塑料的應用日趨廣泛，據資料介紹目前世界塑料的產量按體積計算已超過鋼材，制造塑料產品的設備也在日趨先進，制造塑料產品的設備大體分為兩大類：一是塑料擠出機，通常簡單稱擠塑機，主要制造斷面相同長度延伸的產品，如塑料管材，型材和片材等;二是注塑機，是生產單件成型的產品，如盆、碗和瓶罐等。這兩種設備各占半壁江山。

關鍵詞：行星齒輪工作原理特點

前言：本文是研究行星齒輪塑料擠出機，而行星齒輪塑料擠出機是當前塑料擠出機中最先進的機型。近年來廣泛應用世界塑料加工業，由于行星齒輪塑料擠出機的出現，從而使長期存在于塑料擠出工序中的質量問題得到解決，在行星齒輪塑料擠出機問世之前，塑料的擠出工序都用螺桿式塑料擠出機，包括單螺桿和雙螺桿，都沒有自潔性能，物流存在于死角區域，混煉均勻效果比較差，會出現：焦料和生料，對于要求光亮較高的塑料制造品是不允許的，螺桿擠出機為了達到一定混煉均化效果，物料在高溫機筒內停留的時間較長，因而塑料會產生降解，力學和使用壽命等機械性能會有所降低，這對于強度要求高的塑料制品也是不允許的。當行星齒輪塑料擠出機問世之后，螺桿塑料擠出機這些不可解決的質量問題得到迎刃而解，塑料制品的質量得到保證，正逐漸替代部分雙螺桿塑料擠出機。

一、行星齒輪塑料擠出機的工作原理

行星塑料擠出機齒輪在嚙合過程中，物料被擠進嚙合點的齒側間隙中被碾壓成薄片，同時被齒輪的齒頂剪切在內齒輪的內部產生劇烈的攪動物料，這是行星齒輪塑料擠出機對物料的混煉均化的工作原理。

二、行星齒輪塑料擠出機的特點

行星齒輪塑料擠出機能在短時期內得到廣泛應用這是因其具有以下顯著特點：

1、物料在機內停留時間短

螺桿塑料擠出機在理想狀態下，物料相當于螺桿的螺母，螺桿轉一轉物料移動一個導程T，一般情況下螺桿直徑D=T，直徑長度比例是20—30，螺桿塑料擠出機理想狀態的物料停留時間：t=L/D/n=25/60=0.41分=25秒，n是螺桿轉速，取n=60轉/分，L/D取中間值為25，則t=25/60分，即25秒

行星齒輪塑料擠出機的物料停留時間，理想狀態下是嚙合點從內齒輪的一端到另一端的時間，因螺旋角等于45度，內齒筒齒紋導程與內齒筒圓周長相等T=πD，D是內齒筒的直徑，n是中心輪轉速，設n=60導程與內齒筒長度比b/T，是齒槽在內齒筒的圈數，物料停留時間t=b/T/n=b/πdn。

行星齒輪塑料擠出機的物料停留時間是2.1秒，相當于螺桿塑料擠出機的物料停留時間的十二分之一，在如此短時間塑料來不及降解。

2、優異的混煉均化性能

在螺桿塑料擠出工作過程中，靠螺紋撥著物料走，螺桿在轉動，理想狀態下的物料象螺母，螺桿轉過一轉物料移動一個螺桿導程，物料在螺紋槽中流動，基本是層流狀態，所混煉效果很差。而行星齒輪塑料擠出機工作過程是靠齒輪的嚙合，行星齒輪同時與中心輪和內齒輪嚙合，齒面產生強烈的碾壓，而行星齒輪與其相鄰行星齒輪齒頂之間產生強烈的剪切。因而產生優異的混煉均化。

3、自潔性能好

因為行星齒輪塑料擠出機是靠齒輪嚙合工作的，對于漸開線斜齒輪的嚙合點不僅是有軸向移動，而且在齒高方向從齒根到齒頂也在移動，實際嚙合不是一個點而是一條斜線，所以齒面所有地方都嚙合到了，沒有死角盲區，沒有殘留物，把所有的料都走趕走了，正常情況下沒有焦料產生，也沒有殘留料被降解。

4.無壓送料

因為行星齒輪塑料擠出是靠齒輪嚙合移動無壓送料的，機頭的壓力很低，目前的結構在機頭不能直接安裝模具。

三、行星齒輪塑料擠出機的現狀與前景

行星齒輪塑料擠出機，因為具有上述特點，一經出現就很快被采用，首先用在新設計產量下的片材生產線，代替了雙螺桿塑料擠出機，目前規格從140至300都有產品，如下表

同時行星齒輪塑料擠出機也應用在已有的生產線的改造上，且已有的舊生產線都用雙螺桿擠出機，尤其用80雙螺桿很多，希望提高產品質量以提高竟爭力，業戶希望將80雙螺桿塑料擠出機換成行星齒輪塑料擠出機，但是目前沒有相匹配機型，只能用現有最小140或150，然而140或150的產量比80雙螺桿塑料擠出機的產量大30%-40%，這樣配伍成套不僅是生產能力的浪費，而且塑料重復利用會有降解，影響到塑料制品的質量，解決這個問題就得有相應產量的行星齒輪塑料擠出機，擠出機的產量與料筒直徑平方成比例，希望新機型開型產量是150型行星齒輪塑料擠出機產量的60%-70%。即

D12=（0.6-0.7）D22

D1是新機料筒直徑

D2是150型行星齒輪塑料擠出機的料筒直徑，比例系數取平均值0.65，則新機型料筒直徑

D12=√0.65D2=0.806*150=120

從上述計算可得，適合于80雙螺桿塑料擠出機的技術更新設備應該是120行星齒輪塑料擠出機，但是目前尚缺少此規格，因此需要重新設計來補充系列的空白.

四、120型行星齒輪塑料擠出機行星齒輪組設計與計算

1.參數的選擇

根據料筒直徑為120mm。計算得三個可用參數方案列于下表以供選擇：表中Mn是行星齒輪組的模數，Z1是中心輪的齒數，§1是中心輪的變位系數，De1是中心輪的外圓直徑，Mj是中心輪尾部花鍵的模數，Zj是花鍵齒數，Dej是花鍵外圓，Z2是行星輪齒數，§2是行星輪的變位系數，De2是行星輪的外徑，Z3是內齒輪的齒數，Dn3是內齒筒齒頂圓直徑，N是行星輪最大數量

當模數越小，內齒輪齒數也越大，行星齒數量越多也是N越大，工作嚙合的次數也多，行星齒輪塑料擠出機的混煉均化效果就越好，但產量也偏低，反之模數越大，Z齒數越小，N也越小，混煉均化效果也差，但產量偏高，本文希望的混煉效果按第1號方案設計

2.幾何計算

1）已定數據

Mn=2.5

中心輪齒數Z1=20

行星輪齒數Z2=7

內齒輪齒數Z3=32

中心輪變位系數§1=0.6

行星輪變位系數§2=0.27

齒輪螺旋角β=450

齒輪螺旋方向：內齒輪和行星輪為左旋，中心輪為右旋

2）中心輪幾何計算

分度圓直徑d1=MnZ/COSβ=67.18

外圓直徑De1=d1+2Mn+2§Mn=73.53

測量齒高Hc1=4

測量齒厚SC1==5

3）行星輪的幾何計算

分度圓直徑d2=MnZ2/cosβ=24.75

外圓直徑De2=d2=2h+2§2Mn=31.1

測量齒高Hc2=3.17

測量齒厚Sc2=4.41

4）內齒筒的幾何計算

分度圓直徑d3=MnZ3/COSβ=127.28

內齒筒直徑Dn3=d3-2h=122.28

測量齒高Hc3=Mnπ/2=3.92

測量齒厚SC3=πMn/2=3.92

3.設計說明

1）主電機的說明

120型行星齒輪塑料擠出機為150行星齒輪塑料擠出機的產量的65%，主電機功率為55KW，比150行星齒輪塑料擠出機電機功率減少40%，減少40KW，每年節約用電345600度，以一般工業電價計算，每年費用35萬元.由于行星齒輪塑料擠出的效率比較高，其功率仍有下調的空間.

2）溫控的說明

本設計用了WG1和WG2兩個溫度控制器，通過旋轉按頭將熱油導入中心輪從內部加溫，從料筒外面加溫，并與傳統設計不同而把回油出口設計在料筒的上部，將殘存油汽排出，使得加溫均勻，從而減少焦料，本設計的料筒外表設計有保溫外屑，避免操作環境高溫烤人和對人員的灼傷。這是已有機型所沒有的.

五、結束語

行星齒輪塑料擠出機是塑料機械技術的新生事物，具有其他擠出機所沒有的特點，在生產線上尤其是在塑料片材生產線上應用很多。是正在發展的技術。

本文對行星齒輪塑料擠出機的學習研究并作了發展，根據市場所需填補系列中的120型行星齒輪塑料擠出機的設計。新的機型經試制、試驗和試用后，達到預期效果，反映的結果是：混煉均化效果甚佳，節能效果顯著，只是有用戶反映產量偏少，希望產量有所提高，其解決辦法是放棄一點混煉均化功能，提高一點產量，具體方法是增大齒輪模數減少內齒輪齒數，減少行星齒輪的數量。

行星齒輪塑料擠出機是項塑料機械行業的新東西，現在只是開始，有待于完善和發展，對于螺桿擠出機的研究者甚多，對其機理的研究也較充分，但對行星齒輪塑料擠出機的機理研究還未見報道。

行星齒輪塑料擠出機的料筒很長，對直徑小而齒寬特大的且齒輪齒部加式難度很高，而且隨著直徑越小，其難度也越高，因此目前只有140以上行星齒輪塑料擠出機得到應用，而塑料擠出工業的生產規模每小時500公斤以下，設備規格螺桿直徑120以下者居大多數，因尚在一大半的市場未能滿足。一批直徑在120以下的行星齒輪塑料擠出機有待開發。