在螺旋轴的设计计算中,计算螺旋轴压缩比是一项重要内容。榨油机压缩比又称理论压缩比或空余体积比,即螺旋轴相邻两导程所对应的空余体积比。计算榨油机压缩比实际上就是计算榨膛空余容积,一般将螺旋轴外表面与榨笼内表面之间所包含的容积作为空余容积。榨笼结构简单,其容积计算容易,因此计算榨油机压缩比的关键是计算榨螺的体积。
计算模型
螺旋榨油机的榨螺类似于蜗杆传动中的普通圆柱蜗杆,为榨螺结构示意,采用阿基米德蜗杆齿廓曲线形状以方便加工。在垂直阿基米德蜗杆〔5]轴线的截面内齿廓曲线为阿基米德螺旋线,在通过其轴线的截面内齿廓为直边梯形。阿基米德蜗杆通常在车床上加工,刀具切削刃顶面通过蜗杆轴线,这与加工普通梯形螺纹情形完全相同。
由于榨螺螺纹轴截面为梯形,推料面倾角a和背面倾角数值不同,同时由于每节榨螺的长度和每节榨螺上螺纹的头数和螺距不同,使得计算螺纹体积的过程显得复杂。
如微段d。为处于圆心角0处对应于微小角度dO的计算单元,当0角从螺纹起始点到终止点时,计算每个微段d。的体积并累加即可得到螺纹的体积。在计算时将螺纹对应的圆心角M等分,得到微小圆心角.
在计算螺纹对应的圆心角时,要考虑螺纹的实际长度和实际包围角。若螺纹沿榨螺全长分布,在榨螺两端螺纹被截掉一部分,两端被截的部分正好相互补充,构成一段完整的螺纹。
为微段d。的放大。微段d。是对应于微小圆心角de的,平面ABCD和平面EFGH是两个过轴线的截面,其间的夹角为d9。榨螺螺纹的推料面和背面都是螺旋面,严格地描述。中所示AE,DH为螺旋线,分别是推料面、背面与榨螺螺纹根圆表面的交线,若将其视为直线,他们与直线AD不垂直(由于螺旋升角的存在),同理BF, CG分别是推料面、背面与榨螺螺纹外圆表面的交线,他们与直线BC不垂直。此时,在微段dv的6个外表面中,ABCD,EFGH为平面,AEHD, BFGC为圆柱面,AEFB,CGHD为螺旋面。
计算榨螺螺纹的体积,实际上就是计算微段dv的体积。由于微段dv的6个外表面的性质不同,不能直接计算其体积,需要使用微分的办法来进行计算。
计算微段d。的体积时,将微段dv的径向尺寸等分N等分,得到N+1个截面(曲面片段,是圆柱面的一部分),相邻两个截面间的螺纹体积计算可视为薄壁管曲面片段体积的计算。求得N个圆柱薄壁管曲面片段体积后,将其累加即可得到整个微段d。的体积。
在设圆柱曲面片段aehd为对应等分点J一1的截面,bfgc为对应等分点J的截面。要计算这两个截面之间的圆柱薄壁管曲面片段材料的体积,就需要计算两个截面的面积Aj一和人。计算截面面积时,要明确圆柱面片段的特征,以aehd为例,ae, dh为螺旋线,ad, eh为一对平行直线。当dO足够小时,假设ae, dh为直线,则ae, dh与ad的夹角是不同的。当j =0时,ae与AE重合;当j=N时,ae与BF重合。假设当j变化时ae与ad间的夹角按线性变化,角度大小取决于截面aehd到截面AEHD的径向距离。同理也可确定dh与ad的夹角。