螺杆

螺杆(拼音:luógǎn，英文:screw):外表面切有螺旋槽的圆柱或者切有锥面螺旋槽的圆锥。螺杆具有不同的头，像图片中的头叫外六角螺杆。还有其他，例如大扁螺杆、内六角螺丝等等。

公制螺纹外径是以毫米为单位，如6，8，10，12，18，20毫米等等螺距也是以毫米为单位，如0.5,0.75,1,1.5,2,3,等等

英制螺纹外径是以英寸为单位，(每英寸等于25.4毫米)如3/16,5/8,1/4,1/2,等等所以用公制卡尺量外径读数常带不规则的小数。

英制螺距是用每英寸含多少个牙表示。把卡尺定在25.4毫米，把一个尺尖对齐螺纹牙尖，另一个尺尖如对齐螺纹牙尖就是英制螺纹，如对不齐螺纹牙尖应该是公制螺纹。

测量螺距时最好把螺纹的牙尖倒印在白粉笔上，粉笔上的印比较清晰，便于测量。测公制螺距应该测量一段长度，如10，15，20，毫米等等，数一下含多少牙，算出螺距。

用英寸为单位规定螺纹规格的为英制螺纹，如:G1"。 用公制单位毫米规定螺纹规格的为公制螺纹，如:M30。

英制是一英寸(2.54厘米)内有多少牙来定的,一般是55度角。公制是两牙尖的间距是多少MM来定的螺距,一般是60度角。

1)自重G;

2)克服物料阻力所需的扭矩 M;

3)物料压力产生的轴向力P。 螺杆一般是因长期磨损，螺杆与料筒的间隙过大不能正常挤出而报废，但也有因设计或操作不当产生的工作应力超过强度极限而破坏的例子。因此，螺杆也应满足一定的强度要求。

4)螺杆的危险断面一般在加料段螺纹根径最小处。

根据材料力学可知，对塑性材料，复合应力用第三强度理论计算，其强度条件为:

多用于塑料成型设备，如塑料型材挤出机，注塑机等。螺杆和机筒是塑料成型设备的核心部件。是加热挤出塑化的部分。是塑料机械的核心。

螺杆广泛应用于加工中心,CNC机器,数控车床,注塑机,线切割,磨床,铣床，慢走丝,快走丝,PCB钻孔机,精雕机,雕铣机,火花放电机,咬齿机,刨床,大型立车龙门铣等等

挤出机螺杆的作用是使胶料随螺杆旋转运动逐渐变为直线运动，向机头方向推移，并与机身相配合，压缩生热、软化搅拌，混合胶料。

螺杆是由螺纹和圆柱体组成的。螺杆沿中心线有长孔，可通冷却水。螺杆的尾部装在止推轴承内，避免挤橡时产生反作用力把螺杆推出。

螺杆的直径比机身的钢套内径稍小，即螺杆的直径与钢套内表面要有间隙，其间隙一般控制在螺杆直径的0.002~0.004倍。间隙太小会造成螺杆"扫膛"，产生磨损，甚至产生卡死螺杆的现象;间隙太大胶料回流影响挤出量，生产效率低，还会影响产品品质。

螺杆的螺纹特性

螺纹深度与设备生产能力有直接关系，螺纹深度大，在一定压力下，挤出胶料多。但胶料塑化困难，螺杆强度也差。螺杆螺纹深度一般控制在螺杆直径的0.18~0.25倍。螺纹的推进面应该垂直于螺杆的轴线，而推进面的相对面应该有一定的斜度。相邻螺纹的轴向距离称为螺距，橡胶挤出机螺杆一般为等距不等深双头螺纹螺杆。螺距之间的容积计算如下:

tgФ=L/πD

F=h(πD tgФ-e)式中:Ф--螺杆推进面的相对面的斜度

L--螺距

D--螺杆直径

e--螺纹顶峰宽度

F--螺距之间的容积

螺纹顶峰宽度一般取0.07~0.1倍螺杆直径，其中小规格挤橡机的螺杆可取较大值，而大规格挤橡机的螺杆可取较小值，螺纹顶峰宽度不能取得太小，取得太小顶峰处强度太小;取得太大，将减小螺纹容积。影响产量，并因摩擦生热引起胶料焦烧。螺纹的距离一般等于或稍大于螺杆直径。

螺杆的头部有三种形状:平形、半圆形及圆锥形。现常用的是圆锥形螺杆。

螺杆的长径比

螺杆的长径比是螺杆的长度L与螺杆的直径D之比。螺杆长径比大，也就是螺杆工作部分长，胶料塑化好，混合均匀，胶料受压力大，产品质量好。但螺杆长易引起胶料焦烧，螺杆加工困难，增加挤出功率。用于热喂料挤橡机的螺杆一般取长径比4~6倍，用于冷喂料挤橡机的螺杆一般取长径比8~12倍。

螺杆的压缩比

螺杆进料端第一个螺距的容积与出料端最后一个螺距的容积之比，称为螺杆压缩比。压缩比计算公式如下:

(S1-e)(D-h1)h1

I = ---------

(S2-e)(D-h2)h2

式中:S1--螺杆进料端第一个螺距mm

S2--螺杆出料端最后一个螺距mm

h1--螺杆进料端螺槽深度mm

h2--螺杆出料端螺槽深度mm

D--螺杆直径mm

e--螺纹顶峰宽度mm

螺杆压缩比可以用以下几种方法得到:

1、 螺距变化，螺槽深度不变;

2、 螺槽深度化，螺距不变;

3、 螺距和螺槽深度都变化。

电线电缆厂大都采用等距不等深螺杆。其压缩比计算公式如下:

I = h1/h2

压缩比大小对产品的质量有很大的影响，压缩比大，胶料紧密度高，表面光滑。压缩比太大则胶料对螺杆的反作用也大，螺杆容易被折断。挤橡机螺杆压缩比一般控制在

1.3:1到1.6:1。

还有一种螺杆是分离型螺杆。这种螺杆是在螺杆的中段增加一条附加螺纹。螺杆共分三段:加料段、熔融段、计量段。有附加螺纹的中段是熔融段，加料段是指螺杆进料处到附加螺纹的起点部分，计量段是指螺杆头部到附加螺纹的终点的部分。

螺杆的材料

螺杆必须耐热、耐磨、耐磨蚀。因此在加工螺杆时要进行热处理，表面镀铬或渗氮。常用的材料有45#钢或铬钼铝合金钢等。

物料在挤出机螺杆中的运动是分为三段研究的，因而螺杆的设计也往往分段进行。由于各段是连续通道，所以在实际生产中，只要能满足要求，并不是非把螺杆分成三段不可，实际上有的螺杆只有两段，有的还不分段。例如挤出尼龙这一类结晶性好的材料时，只有加料段和均化段，一般的螺杆挤出软聚氯乙烯塑料的螺杆，可以采用全部压缩段，而不必分成加料段和均化段。

螺杆的分段式从经验得到的，主要决定于物料的性质。加料段长度可以从0至占螺杆全长的75%，大体说来挤出结晶性聚合物时最长，硬性无定型聚合物次之，软性无定型聚合物最短。压缩段长度通常占螺杆全长的50%，当然象上述尼龙和软聚氯乙烯塑料例外。挤出聚乙烯时均化段长度可取全长的20一25%。但对某些热敏性材料(如聚氯乙烯)，物料在这一段不宜停留过长，可以不要均化段。有些高速挤出机均化段长度竟取50%。

各种塑料所要求的挤出机压缩比并不是固定不变的，可以有一个范围。原料不同，要求的压缩比也不一样。例如挤出软聚氯乙烯塑料时，如果是粒状料，螺杆压缩比常取2.5-3，如果是粉状混合料，压缩比可取4 ~ 5。螺杆压缩比的选择，可参考表4。

压缩比的取得，可以用以下几种方法得到:

(1)螺距变化(等深不等距)。这种结构的优点在于压缩比较大时不影响螺杆强度，缺点是螺杆加工困难，接近螺杆端部时螺旋角太小使料流不能畅通，容易产生窝料。

(2)螺槽深度变化(等距不等深)。它的优点是加工制造容易，物料与机筒接触面积大，传热效果好。缺点是强度削弱大，在使用长螺杆和大压缩比时特别要注意。

(3)螺距和螺槽深度都变化(不等距不等深)。如果设计得当，这种螺杆可以获得最大的优点和最小的缺点。 实际生产中主要从加工制造方便考虑，等距不等深螺杆应用最多。

塑料挤出机挤出成型用塑料品种较多，一根螺杆不可能成型所有的塑料。应根据原料特性，并尽可能考虑各种原料的共性来设计螺杆，使一根螺杆能同时挤出几种塑料，这在工业生产上是有经济意义的。螺杆后端的反螺纹起防止漏料的作用。

螺杆长径比L/D，螺杆直径D指螺杆螺纹的外径。螺杆有效长度L指螺杆工作部分长度，如图3-14所示。有效长度和螺杆总长不同。长径比就是螺杆有效长与直径的比值。早期的拚出机螺杆的一长径比较小，只有12-16。随着塑料成型加工工业的发展，挤出机螺杆的长径比逐渐增大，目前常用的为15、20、25，最大可达43。

增加长径比有如下好处，

1.螺杆加压充分，制品的物理机械性能均可提高。

2.物料塑化好，制品外观质量较好。

3.挤出量提高20-40%。同时，长径比大的螺杆特性曲线斜率小，较平坦，挤出量稳定。

4.有利于粉料成型，如聚氯乙烯粉料挤管。

但增加长径比使螺杆的制造和螺杆与机筒的装配变得困难。因此，长径比不能无限制增大。

下面以三螺杆为例

它主要是由固定在泵体中的衬套(泵缸)以及安插在泵缸中的主动螺杆和与其啮合的两根从动螺杆所组成。三根互相啮合的螺杆，在泵缸内按每个导程形成为一个密封腔，造成吸排口之间的密封。

泵工作时，由于两从动螺杆与主动螺杆左右对称啮合，故作用在主动螺杆上的径向力完全平衡，主动螺杆不承受弯 曲负荷。从动螺杆所受径向力沿其整个长度都由泵缸衬套来支承，因此，不需要在外端另设 轴承，基本上也不承受弯曲负荷。在运行中，螺杆外圆表面和 泵缸内壁之间形成的一层油膜，可防止金属之间的直接接触，使螺杆齿面的磨损大大减少。

螺杆泵工作时，两端分别作用着液体的吸排压力，因此对螺杆要产生轴向推力。对于压差小于10千克力/cm2 的小型泵，可以采用止推轴承。此外，还通过主动螺杆的中央油孔将 高压油引入各螺杆轴套的底部，从而在螺杆下端产生一个与轴向推力方向相反的平衡推力。

螺杆泵和其它容积泵一样，当泵的排出口完全封闭时，泵内的压力就会上升到使泵损坏或使电动机过载的危险程度。所以，在泵的吸排口处，就必须设置安全阀。

螺杆泵的轴封，通常采用机械轴封，并可根据工作压力的高低采取不同的形式。

2 三螺杆泵的结构

3 螺杆泵的性能

3.1 排量

螺杆泵的理论排量可由下式计算:

Qt=60Ftn m3/h

式中:F-泵缸的有效截面积，cm2;t-螺杆螺纹的导程， m;n-主动螺杆的每分钟转数。

螺杆泵的内部泄漏量Qs:

Qs=αp/σm

式中:p-泵的工作压力;σ-所排送的液体的粘度;α-与 螺杆直径和有效长度有关的系数;m=0.3-0.5。

泵在压送不同粘度的液体时，其排量会发生变化。排量和 粘度的关系可由下式表示:

Q2=Qt-(Qt-Q1)(σ1/σ2)m

式中:Q1-粘度为σ1时的排量;Q2-粘度为σ2时的排量。

3.2 功率

泵的轴功率一般为水功率、摩擦功率和泄漏损失功率这三部分的总和。

水功率Nc是指单位时间内泵传给液体的能量，也称输出 功率，可用下式计算:

Nc=PQ×10-3 千瓦

式中:P-泵的排出压力和吸入压力之差，帕;Q-泵的实 际排量，m3/s。

摩擦功率是指液体粘性阻力产生的摩擦损失，可由下式表示:

Nf=Kn1.5D2 σm 千瓦

式中:n-转速;D-主动螺杆的外径;-粘度;K-与螺杆长度有关的系数;m=0.3-0.5。

由上可见，当泵运送的液体粘度不同时，泵的轴功率也将不同。

泄漏损失是指液体从高压处漏回低压处所造成的功率损失。

所以，当计算泵的轴功率时，如采用理论排量，则泵的轴功率由下式表示:

N=NfPQt10-3 千瓦

螺杆泵按螺杆数量分为。

单螺杆泵--单根螺杆在泵体的内螺纹槽中啮合转动的泵。

双螺杆泵--由两个螺杆相互啮合输送液体的泵。

三螺杆泵--由多个螺杆相互啮合输送液体的泵。