提出一(yi)種利用三維(wei)CAD軟(ruan)件(jian)(jian)進行(xing)(xing)螺旋(xuan)榨(zha)(zha)(zha)(zha)(zha)油機(ji)(ji)理論(lun)壓(ya)榨(zha)(zha)(zha)(zha)(zha)比的(de)計(ji)算(suan)(suan)方法。應用三維(wei)CAD軟(ruan)件(jian)(jian)創建(jian)螺旋(xuan)榨(zha)(zha)(zha)(zha)(zha)油機(ji)(ji)的(de)三維(wei)實(shi)體(ti)模型,并由此快速準確地求出螺旋(xuan)榨(zha)(zha)(zha)(zha)(zha)油機(ji)(ji)的(de)理論(lun)壓(ya)榨(zha)(zha)(zha)(zha)(zha)比，從而使(shi)螺旋(xuan)榨(zha)(zha)(zha)(zha)(zha)油機(ji)(ji)的(de)理論(lun)壓(ya)榨(zha)(zha)(zha)(zha)(zha)比計(ji)算(suan)(suan)變(bian)得更(geng)加快捷，而且(qie)更(geng)加準確。以ZX18A型螺旋(xuan)榨(zha)(zha)(zha)(zha)(zha)油機(ji)(ji)為例，通(tong)過計(ji)算(suan)(suan)實(shi)例證明,使(shi)用該方法計(ji)算(suan)(suan)理論(lun)壓(ya)榨(zha)(zha)(zha)(zha)(zha)比切實(shi)可行(xing)(xing)，且(qie)精確快速。
現代(dai)機械產品已離不開(kai)三維建模(mo)、裝配(pei)仿真技術(shu)，如何******效益發揮三維CAD軟件(jian)的(de)功(gong)能(neng)，快速完成產品設(she)計(ji)(ji)，是每個(ge)設(she)計(ji)(ji)人(ren)員追求的(de)目(mu)標。三維CAD軟件(jian)都具(ju)備計(ji)(ji)算截面(mian)面(mian)積(ji)、物體體積(ji)等功(gong)能(neng)，巧妙利用(yong)此(ci)功(gong)能(neng)可減輕計(ji)(ji)算強(qiang)度，提高設(she)計(ji)(ji)效率。目(mu)前(qian)，針對螺(luo)旋(xuan)榨(zha)(zha)(zha)油機的(de)理(li)論壓(ya)榨(zha)(zha)(zha)比計(ji)(ji)算，采(cai)用(yong)的(de)是簡(jian)化(hua)(hua)估算方法，此(ci)方法不僅計(ji)(ji)算煩瑣(suo)，而且不夠精確。本文以ZX18A型螺(luo)旋(xuan)榨(zha)(zha)(zha)油機為例，基(ji)于三維CAD軟件(jian)計(ji)(ji)算榨(zha)(zha)(zha)膛體積(ji)代(dai)替傳(chuan)統(tong)簡(jian)化(hua)(hua)估算榨(zha)(zha)(zha)膛體積(ji)的(de)方法，精確快速計(ji)(ji)算出螺(luo)旋(xuan)榨(zha)(zha)(zha)油機的(de)理(li)論壓(ya)榨(zha)(zha)(zha)比，為三維CAD技術(shu)在油脂設(she)備設(she)計(ji)(ji)中(zhong)的(de)應用(yong)作進一步探索。
1螺(luo)旋榨油機理論(lun)壓榨比的計(ji)算原(yuan)理
螺旋榨油機的理論總壓榨比，指設計中的壓榨比，即在理想的情況下（榨膛充滿系數為1，榨料沒有隨軸回轉和回料），榨膛內第一級榨螺對應的榨膛體積V1和最后一級榨螺所對應的榨膛體積Ve之比值；理論第n級壓榨比，即第n級榨螺對應的榨膛體積和第（n-1）級榨螺對應的榨膛體積之比值，二者計算公式：
計算理論(lun)壓榨比，需(xu)要(yao)每級榨螺對應的榨膛體積參(can)數，因此要(yao)先計算出榨膛的體積。
榨(zha)(zha)膛主(zhu)(zhu)要由榨(zha)(zha)籠(long)和(he)榨(zha)(zha)螺(luo)軸(zhou)組(zu)成。榨(zha)(zha)籠(long)是一個由榨(zha)(zha)條(tiao)(tiao)、間隙(xi)片圍成的帶有縫隙(xi)的內圈(quan)和(he)用(yong)于固定(ding)榨(zha)(zha)條(tiao)(tiao)內圈(quan)的榨(zha)(zha)籠(long)固定(ding)板組(zu)成的裝(zhuang)配體(ti)。榨(zha)(zha)螺(luo)軸(zhou)主(zhu)(zhu)要包括七(qi)級榨(zha)(zha)螺(luo)和(he)主(zhu)(zhu)軸(zhou)。七(qi)級榨(zha)(zha)螺(luo)安裝(zhuang)在主(zhu)(zhu)軸(zhou)上，主(zhu)(zhu)軸(zhou)驅動(dong)七(qi)級榨(zha)(zha)螺(luo)轉(zhuan)動(dong)，使(shi)油料和(he)榨(zha)(zha)籠(long)發生擠壓，使(shi)油從榨(zha)(zha)條(tiao)(tiao)縫隙(xi)滲出。
榨(zha)膛的體積(ji)是用榨(zha)籠部分(fen)的內(nei)腔(qiang)體積(ji)減去(qu)榨(zha)螺軸在榨(zha)籠部分(fen)的體積(ji)。
2傳統(tong)計算方法
2.1榨籠內腔(qiang)體積的(de)計算
單螺旋(xuan)榨(zha)(zha)(zha)油機榨(zha)(zha)(zha)籠內(nei)腔簡化(hua)模型如(ru)圖1所示，其結構(gou)參數(shu)主要有榨(zha)(zha)(zha)籠內(nei)徑D和(he)長(chang)度L，由圓柱體體積計算公(gong)式(shi)可知，單螺旋(xuan)榨(zha)(zha)(zha)油機榨(zha)(zha)(zha)籠內(nei)腔體積為[3-4]：
2.2榨螺體積計算(suan)
2.2.1圓柱形榨(zha)螺體(ti)積計算
圓(yuan)(yuan)柱形榨(zha)(zha)螺的(de)(de)結構如圖2所示，其結構參數(shu)主(zhu)要有榨(zha)(zha)螺的(de)(de)根圓(yuan)(yuan)直(zhi)徑(jing)D1、外圓(yuan)(yuan)直(zhi)徑(jing)D2、榨(zha)(zha)螺螺距(ju)P、榨(zha)(zha)螺長度(du)(du)L、螺旋(xuan)(xuan)槽寬(kuan)f、螺紋(wen)頭(tou)數(shu)m、以及過榨(zha)(zha)螺軸心且平行于XOZ面(mian)的(de)(de)平面(mian)所截得榨(zha)(zha)螺螺旋(xuan)(xuan)的(de)(de)梯形截面(mian)基本(ben)尺寸（即梯形的(de)(de)上底(di)長度(du)(du)b1、下底(di)長度(du)(du)b2）。
單根榨(zha)螺的(de)體積V2:
2.2.2圓錐形榨螺體(ti)積計算:
圓(yuan)錐(zhui)形(xing)(xing)榨(zha)(zha)螺(luo)(luo)(luo)(luo)(luo)結構(gou)如圖3所(suo)示(shi)，其結構(gou)參數(shu)主要有(you)榨(zha)(zha)螺(luo)(luo)(luo)(luo)(luo)根圓(yuan)圓(yuan)錐(zhui)體及基本(ben)尺寸（包括小(xiao)端直(zhi)(zhi)徑(jing)D11、大端直(zhi)(zhi)徑(jing)D12、圓(yuan)錐(zhui)角θ）、外(wai)圓(yuan)直(zhi)(zhi)徑(jing)D2、榨(zha)(zha)螺(luo)(luo)(luo)(luo)(luo)螺(luo)(luo)(luo)(luo)(luo)距P、榨(zha)(zha)螺(luo)(luo)(luo)(luo)(luo)長(chang)度(du)L、螺(luo)(luo)(luo)(luo)(luo)紋頭數(shu)m、螺(luo)(luo)(luo)(luo)(luo)旋槽寬f、以及過榨(zha)(zha)螺(luo)(luo)(luo)(luo)(luo)軸(zhou)心且平(ping)行(xing)于(yu)XOZ面的平(ping)面所(suo)截(jie)得的榨(zha)(zha)螺(luo)(luo)(luo)(luo)(luo)螺(luo)(luo)(luo)(luo)(luo)旋的梯形(xing)(xing)截(jie)面基本(ben)尺寸（即梯形(xing)(xing)的上(shang)底(di)長(chang)度(du)b1、下底(di)長(chang)度(du)b2）。
單根榨螺的體積V3:
2.3榨膛的(de)體積計算
（1）單螺(luo)旋榨(zha)油機(ji)圓(yuan)(yuan)柱(zhu)(zhu)形根(gen)圓(yuan)(yuan)圓(yuan)(yuan)柱(zhu)(zhu)形外圓(yuan)(yuan)榨(zha)螺(luo)和圓(yuan)(yuan)柱(zhu)(zhu)形榨(zha)籠組成的(de)榨(zha)膛體(ti)積的(de)數學模型為：
（2）單(dan)螺旋(xuan)榨油機圓錐形根圓圓柱(zhu)形外圓榨螺和圓柱(zhu)形榨籠組(zu)成的(de)榨膛體積的(de)數學模(mo)型為：
2.4理論(lun)壓榨比(bi)計算：
用榨(zha)(zha)籠(long)的內腔體(ti)(ti)積(ji)減去榨(zha)(zha)螺(luo)(luo)軸在(zai)榨(zha)(zha)籠(long)內的體(ti)(ti)積(ji)，以計(ji)算出榨(zha)(zha)膛體(ti)(ti)積(ji)，由此計(ji)算出每(mei)級榨(zha)(zha)螺(luo)(luo)對應的榨(zha)(zha)膛體(ti)(ti)積(ji)，根據(ju)每(mei)級榨(zha)(zha)螺(luo)(luo)對應的榨(zha)(zha)膛體(ti)(ti)積(ji)，使用公(gong)式（1）、（2）計(ji)算理論壓榨(zha)(zha)比。
2.5傳統(tong)計算方法的不足
用(yong)(yong)圓代替多邊形截面，會使計(ji)算出的截面面積(ji)小于實(shi)際截面面積(ji)，而且(qie)不同(tong)級的榨籠的截面不同(tong)，用(yong)(yong)同(tong)一(yi)圓代替會進一(yi)步增大誤差。
榨(zha)籠(long)內側安裝有打散(san)用(yong)刮刀，使用(yong)圓柱(zhu)簡化模(mo)型(xing)代(dai)替(ti)榨(zha)籠(long)內腔(qiang)，并沒有去掉(diao)刮刀的體(ti)積，導致榨(zha)籠(long)內腔(qiang)體(ti)積計算不準(zhun)確。
對(dui)于ZX18A型螺旋榨油機榨籠(long)(long)部分內腔需要用兩個圓柱分別代替(ti)Ⅰ級(ji)榨籠(long)(long)和Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級(ji)榨籠(long)(long)，將導(dao)致Ⅰ級(ji)榨籠(long)(long)和Ⅱ級(ji)榨籠(long)(long)間出現(xian)沒(mei)有計算到的空隙(xi)，將導(dao)致第Ⅱ級(ji)榨螺對(dui)應的榨膛體(ti)積計算不(bu)準確。
計(ji)算榨螺體(ti)積(ji)時(shi)，將(jiang)(jiang)螺紋部分(fen)進行簡(jian)化時(shi)，將(jiang)(jiang)會(hui)把螺紋兩端為(wei)方便(bian)進料(liao)出(chu)料(liao)而(er)設計(ji)圓角切角簡(jian)化掉，會(hui)導致計(ji)算出(chu)的(de)每級榨螺體(ti)積(ji)大于實際值。
3三維(wei)CAD軟件計算螺(luo)旋榨油(you)機理(li)論壓榨比
3.1調用(yong)榨膛相(xiang)關部件的三維模型
在現代產(chan)品設(she)計中，已(yi)經(jing)廣泛采用三維CAD軟件(jian)進(jin)行(xing)設(she)計，用其繪制設(she)備的三維設(she)計圖紙，因此運用本方法計算(suan)螺旋榨(zha)油機(ji)理論壓榨(zha)比時，不需要(yao)重新(xin)創建榨(zha)膛相關部件(jian)的三維模型(xing)，直接調用原始(shi)設(she)計圖紙即可，這大(da)(da)大(da)(da)地提高了計算(suan)螺旋榨(zha)油機(ji)理論壓榨(zha)比的速度。
3.2創建榨膛實體填(tian)充模(mo)型
根據螺旋(xuan)榨(zha)油(you)機設計圖(tu)紙(zhi)中榨(zha)螺和(he)榨(zha)籠(long)的(de)位(wei)置要求，將榨(zha)螺軸裝配到榨(zha)籠(long)內。
使用自上而下的(de)設計方法，在(zai)裝配體(ti)里新建零部件，先分(fen)別以4級(ji)(ji)榨(zha)籠(long)(long)的(de)內腔多(duo)邊形輪(lun)廓作(zuo)為截面，對4級(ji)(ji)榨(zha)籠(long)(long)內腔進(jin)行(xing)實體(ti)填(tian)充(chong)，然后將第(di)Ⅰ級(ji)(ji)和第(di)Ⅱ級(ji)(ji)榨(zha)籠(long)(long)之間的(de)空隙以及第(di)Ⅰ級(ji)(ji)榨(zha)螺所對應的(de)腔體(ti)進(jin)行(xing)實體(ti)填(tian)充(chong)，然后運用布爾運算(suan)的(de)求并集功能，將各部分(fen)的(de)填(tian)充(chong)實體(ti)合并成一個實體(ti)。
對上一(yi)步中(zhong)生(sheng)成的榨膛(tang)填充(chong)進行在位設計(ji)，運用布爾(er)運算的求差(cha)集功能，將其與(yu)刮(gua)刀、榨螺軸的交集部分切除掉，完成填充(chong)模(mo)型(xing)的創建。
3.3計算各級榨螺對應(ying)的榨膛體積
使(shi)(shi)用(yong)(yong)實(shi)體分割(ge)(ge)功能對(dui)(dui)創(chuang)建的(de)榨(zha)膛填充模型(xing)進行分割(ge)(ge)，將(jiang)按七級榨(zha)螺對(dui)(dui)應(ying)的(de)榨(zha)膛，分割(ge)(ge)成7個(ge)與榨(zha)螺相對(dui)(dui)應(ying)的(de)實(shi)體，使(shi)(shi)用(yong)(yong)軟(ruan)件的(de)測(ce)量分析功能計(ji)算(suan)出7個(ge)與榨(zha)螺相對(dui)(dui)應(ying)的(de)實(shi)體的(de)體積，結果如表(biao)1所示。
3.4螺旋榨油機理論壓榨比的計算
根據3.3中的(de)各級榨(zha)螺(luo)對應的(de)榨(zha)膛體積(ji)參數(shu)，運用公式（1）、（2）計算出的(de)理論(lun)壓榨(zha)比(bi)如表2所示(shi)。
3.5數據對比
運用公式（1）、（2）、（3）、（4）和(6)，使用傳統算法計算出的ZX18A型螺旋榨油機(ji)理論壓榨比，如(ru)表3所(suo)示。
通(tong)過(guo)對比(bi)表2和表3的(de)(de)數(shu)(shu)據，可知基(ji)于三(san)維CAD軟(ruan)(ruan)件計算(suan)(suan)的(de)(de)理(li)論(lun)總壓(ya)榨比(bi)，比(bi)傳統方(fang)(fang)法(fa)(fa)計算(suan)(suan)出(chu)(chu)的(de)(de)理(li)論(lun)總壓(ya)榨比(bi)大0.9%，且各級壓(ya)榨比(bi)數(shu)(shu)據存在差(cha)異。原因是基(ji)于三(san)維CAD軟(ruan)(ruan)件的(de)(de)計算(suan)(suan)方(fang)(fang)法(fa)(fa)中(zhong)沒有對模型進(jin)行(xing)簡化，充分考慮了刮(gua)刀、榨螺螺紋切角圓角、榨條間夾角部(bu)分占用的(de)(de)體積，誤差(cha)更小。兩種計算(suan)(suan)方(fang)(fang)法(fa)(fa)計算(suan)(suan)出(chu)(chu)的(de)(de)數(shu)(shu)據接近(jin)，但是基(ji)于三(san)維CAD軟(ruan)(ruan)件的(de)(de)計算(suan)(suan)方(fang)(fang)法(fa)(fa)更加精確，證(zheng)明了使用三(san)維CAD軟(ruan)(ruan)件計算(suan)(suan)螺旋榨油(you)機的(de)(de)理(li)論(lun)壓(ya)榨比(bi)的(de)(de)可行(xing)性、準確性。
4結(jie)論
直接(jie)利用三(san)維CAD參數(shu)化(hua)設計(ji)(ji)模(mo)型(xing)計(ji)(ji)算(suan)榨(zha)膛體積，不(bu)需要進行(xing)簡化(hua)估算(suan)，避免了復雜的體積計(ji)(ji)算(suan)過程(cheng)，實際誤差比(bi)傳統算(suan)法更小，而且當改(gai)變設計(ji)(ji)榨(zha)籠榨(zha)螺參數(shu)時，榨(zha)膛填充部分的數(shu)據能(neng)自動(dong)修改(gai)，不(bu)需要手動(dong)修改(gai)，提(ti)高了設計(ji)(ji)效(xiao)率。如果對軟件進行(xing)二次開發，利用所建(jian)模(mo)型(xing)直接(jie)計(ji)(ji)算(suan)出理論壓榨(zha)比(bi)，可以使螺旋榨(zha)油機的設計(ji)(ji)工作(zuo)更加順利、高效(xiao)。