提出一種利用三維CAD軟件進行螺旋榨油機理論壓榨比的計算方法。應用三維CAD軟件創(chuàng)建螺旋榨油機的三維實體模型,并由此快速準確地求出螺旋榨油機的理論壓榨比，從而使螺旋榨油機的理論壓榨比計算變得更加快捷，而且更加準確。以ZX18A型螺旋榨油機為例，通過計算實例證明,使用該方法計算理論壓榨比切實可行，且精確快速。

   現(xiàn)代機械產(chǎn)品已離不開三維建模、裝配仿真技術，如何效益發(fā)揮三維CAD軟件的功能，快速完成產(chǎn)品設計，是每個設計人員追求的目標。三維CAD軟件都具備計算截面面積、物體體積等功能，巧妙利用此功能可減輕計算強度，提高設計效率。目前，針對螺旋榨油機的理論壓榨比計算，采用的是簡化估算方法，此方法不僅計算煩瑣，而且不夠精確。本文以ZX18A型螺旋榨油機為例，基于三維CAD軟件計算榨膛體積代替?zhèn)鹘y(tǒng)簡化估算榨膛體積的方法，精確快速計算出螺旋榨油機的理論壓榨比，為三維CAD技術在油脂設備設計中的應用作進一步探索。

1螺旋榨油機理論壓榨比的計算原理

   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(shù)為1，榨料沒有隨軸回轉和回料），榨膛內(nèi)級榨螺對應的榨膛體積V1和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：

計算理論壓榨比，需要每級榨螺對應的榨膛體積參數(shù)，因此要先計算出榨膛的體積。

   榨膛主要由榨籠和榨螺軸組成。榨籠是一個由榨條、間隙片圍成的帶有縫隙的內(nèi)圈和用于固定榨條內(nèi)圈的榨籠固定板組成的裝配體。榨螺軸主要包括七級榨螺和主軸。七級榨螺安裝在主軸上，主軸驅動七級榨螺轉動，使油料和榨籠發(fā)生擠壓，使油從榨條縫隙滲出。

   榨膛的體積是用榨籠部分的內(nèi)腔體積減去榨螺軸在榨籠部分的體積。

2傳統(tǒng)計算方法

2.1榨籠內(nèi)腔體積的計算

   單螺旋榨油機榨籠內(nèi)腔簡化模型如圖1所示，其結構參數(shù)主要有榨籠內(nèi)徑D和長度L，由圓柱體體積計算公式可知，單螺旋榨油機榨籠內(nèi)腔體積為[3-4]：

2.2榨螺體積計算

2.2.1圓柱形榨螺體積計算

   圓柱形榨螺的結構如圖2所示，其結構參數(shù)主要有榨螺的根圓直徑D1、外圓直徑D2、榨螺螺距P、榨螺長度L、螺旋槽寬f、螺紋頭數(shù)m、以及過榨螺軸心且平行于XOZ面的平面所截得榨螺螺旋的梯形截面基本尺寸（即梯形的上底長度b1、下底長度b2）。

單根榨螺的體積V2:

2.2.2圓錐形榨螺體積計算:

   圓錐形榨螺結構如圖3所示，其結構參數(shù)主要有榨螺根圓圓錐體及基本尺寸（包括小端直徑D11、大端直徑D12、圓錐角θ）、外圓直徑D2、榨螺螺距P、榨螺長度L、螺紋頭數(shù)m、螺旋槽寬f、以及過榨螺軸心且平行于XOZ面的平面所截得的榨螺螺旋的梯形截面基本尺寸（即梯形的上底長度b1、下底長度b2）。

   單根榨螺的體積V3:

2.3榨膛的體積計算

（1）單螺旋榨油機圓柱形根圓圓柱形外圓榨螺和圓柱形榨籠組成的榨膛體積的數(shù)學模型為：

（2）單螺旋榨油機圓錐形根圓圓柱形外圓榨螺和圓柱形榨籠組成的榨膛體積的數(shù)學模型為：

2.4理論壓榨比計算：

   用榨籠的內(nèi)腔體積減去榨螺軸在榨籠內(nèi)的體積，以計算出榨膛體積，由此計算出每級榨螺對應的榨膛體積，根據(jù)每級榨螺對應的榨膛體積，使用公式（1）、（2）計算理論壓榨比。

2.5傳統(tǒng)計算方法的不足

   用圓代替多邊形截面，會使計算出的截面面積小于實際截面面積，而且不同級的榨籠的截面不同，用同一圓代替會進一步增大誤差。

   榨籠內(nèi)側安裝有打散用刮刀，使用圓柱簡化模型代替榨籠內(nèi)腔，并沒有去掉刮刀的體積，導致榨籠內(nèi)腔體積計算不準確。

   對于ZX18A型螺旋榨油機榨籠部分內(nèi)腔需要用兩個圓柱分別代替Ⅰ級榨籠和Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級榨籠，將導致Ⅰ級榨籠和Ⅱ級榨籠間出現(xiàn)沒有計算到的空隙，將導致第Ⅱ級榨螺對應的榨膛體積計算不準確。

   計算榨螺體積時，將螺紋部分進行簡化時，將會把螺紋兩端為方便進料出料而設計圓角切角簡化掉，會導致計算出的每級榨螺體積大于實際值。

   3三維CAD軟件計算螺旋榨油機理論壓榨比

   3.1調(diào)用榨膛相關部件的三維模型

   在現(xiàn)代產(chǎn)品設計中，已經(jīng)廣泛采用三維CAD軟件進行設計，用其繪制設備的三維設計圖紙，因此運用本方法計算螺旋榨油機理論壓榨比時，不需要重新創(chuàng)建榨膛相關部件的三維模型，直接調(diào)用原始設計圖紙即可，這大大地提高了計算螺旋榨油機理論壓榨比的速度。

   3.2創(chuàng)建榨膛實體填充模型

   根據(jù)螺旋榨油機設計圖紙中榨螺和榨籠的位置要求，將榨螺軸裝配到榨籠內(nèi)。

   使用自上而下的設計方法，在裝配體里新建零部件，先分別以4級榨籠的內(nèi)腔多邊形輪廓作為截面，對4級榨籠內(nèi)腔進行實體填充，然后將第Ⅰ級和第Ⅱ級榨籠之間的空隙以及第Ⅰ級榨螺所對應的腔體進行實體填充，然后運用布爾運算的求并集功能，將各部分的填充實體合并成一個實體。

   對上一步中生成的榨膛填充進行在位設計，運用布爾運算的求差集功能，將其與刮刀、榨螺軸的交集部分切除掉，完成填充模型的創(chuàng)建。

   3.3計算各級榨螺對應的榨膛體積

   使用實體分割功能對創(chuàng)建的榨膛填充模型進行分割，將按七級榨螺對應的榨膛，分割成7個與榨螺相對應的實體，使用軟件的測量分析功能計算出7個與榨螺相對應的實體的體積，結果如表1所示。

   3.4螺旋榨油機理論壓榨比的計算

   根據(jù)3.3中的各級榨螺對應的榨膛體積參數(shù)，運用公式（1）、（2）計算出的理論壓榨比如表2所示。

3.5數(shù)據(jù)對比

   運用公式（1）、（2）、（3）、（4）和(6)，使用傳統(tǒng)算法計算出的ZX18A型螺旋榨油機理論壓榨比，如表3所示。

   通過對比表2和表3的數(shù)據(jù)，可知基于三維CAD軟件計算的理論總壓榨比，比傳統(tǒng)方法計算出的理論總壓榨比大0.9%，且各級壓榨比數(shù)據(jù)存在差異。原因是基于三維CAD軟件的計算方法中沒有對模型進行簡化，充分考慮了刮刀、榨螺螺紋切角圓角、榨條間夾角部分占用的體積，誤差更小。兩種計算方法計算出的數(shù)據(jù)接近，但是基于三維CAD軟件的計算方法更加精確，證明了使用三維CAD軟件計算螺旋榨油機的理論壓榨比的可行性、準確性。

4結論

   直接利用三維CAD參數(shù)化設計模型計算榨膛體積，不需要進行簡化估算，避免了復雜的體積計算過程，實際誤差比傳統(tǒng)算法更小，而且當改變設計榨籠榨螺參數(shù)時，榨膛填充部分的數(shù)據(jù)能自動修改，不需要手動修改，提高了設計效率。如果對軟件進行二次開發(fā)，利用所建模型直接計算出理論壓榨比，可以使螺旋榨油機的設計工作更加順利、高效。

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