螺杆挤出机在食品工业、塑料机械、饲料加工生产行业中占有十分重要的地位,其中单螺杆挤出机与双螺杆挤出机的应用最为广泛。物料进入挤出机后,其中的螺杆会同时进行剪切与混炼工作,所以螺杆性能的优化对挤出机整体性能的优化有至关重要的作用。传统螺杆挤出机在挤出性能上存在物料剪切不充分,混合性能差,流道压力小等问题,严重影响挤出机产量与产品品质。为解决这些问题,研究者通过添加反向螺纹、啮合块、特殊混炼块等元件来提高螺杆的剪切混合性能。其中反向螺纹元件在延长物料停留时间以及提高流道内部压力方面有着显著的优势,本研究以反向螺纹概念为基础,创新性地在螺杆内部嵌入行星轮元件,使得普通螺杆能够反向减速旋转,实现同轴变速,既通过螺杆反转达到了反向螺纹的效果,又通过螺杆减速进一步延长物料停留时间。前人对螺杆的改造已经进行了深入研究,而在“同轴变速”这一优化思想上研究较浅,本研究以受众最广的单、双螺杆挤出机作为研究对象,在其内部嵌入行星轮,对挤出机理进行分析研究,并与传统螺杆进行对比,为螺杆挤出机的优化提供“同轴变速”这一新的思路。本研究先对螺杆基础理论进行分析,考察螺杆啮合原理、长径比以及机筒间隙的大小,进行螺杆设计的准备工作。随后使用Solidworks进行螺杆的三维建模,并使用ANSYS/CFX模块对螺杆流道进行分析。根据螺杆尺寸设计出一款由一个中心齿轮,三个行星齿轮以及一个外圈齿套组合而成的行星轮元件,通过在这两类螺杆的普通输送段中嵌入该元件,绘制出可实现同轴变速的螺杆。再将新型单螺杆与传统单螺杆分为一组、新型双螺杆与传统双螺杆为一组,每组均采用对比分析法。由于本研究主要考察螺杆在嵌入行星轮后,其剪切混合性能与流道建压性能的变化,故选择新旧螺杆在宏观压力场、速度矢量场、速度流线场这三个方面的表现作为评判标准,模拟结果表明:内嵌行星轮元件的螺杆挤出机在建压性能与剪切混合性能上相较于传统螺杆挤出机均有较为显著的提升。最后,为保证模拟分析结果的可靠性,本研究针对螺杆的建压性能、剪切混合性能设置对应的验证试验,以豆粕作为试验物料,通过试验对模拟结果进行佐证,确保“同轴变速”这一新概念具有良好的推广应用价值。