机械制造及其自动化毕业论文-范本范文

机械制造及其自动化毕业论文-范本范文 山东理工大学 毕业设计论文题 目 钻通机的设计 学 院 机械工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 王恒 指导教师 王勇 毕业设计论文时间二一一 年 三 月 二十三 日 六 月 十 四日 共 十二 周摘要在旧油管清洗过程中致密坚硬的污垢锈皮采用单一的高压水射流清洗时所需的射流压力大采用油管钻通机进行预清洗介绍了油管钻通机的清洗原理结构特点以及关键技术油管钻通机和高压水射流内清洗线配合使用可大大提高钻通清洗效率以及清洗合格率由于绝大多数注水井回收油管外表垢层的主要成分是CaCO3CaSO4并有少量的Fe2O3BaSO4SrSO4等成份致密坚硬采用单一的高压水射流清洗时压力必须到达70MPa以上才能清洗干净甚至有些硬厚水垢锈皮需要150MPa以上的高压水才能清洗干净在这么高的压力下工作对操作工人的平安是一个很大的考验这就要求在对油管进行高压水射流清洗之前进行预清洗降低射流水的压强传统的预清洗有中频感应加热预清洗远红外预热清洗机械预清洗等几种清洗方法中频加热预清洗虽然能量集中速度快但成效大难于控制并伴有烟尘污染机械钻通机清洗具有清洗效率高环保等优点得到了广泛的使用关键词油管预清洗钻通环保AbstractIn The harmonic putter technology is improved on the base the old pipe cleaning process the hard compact dirt rust leather with a single high pressure water jet cleaning the required jet pressure the use of tubing drill through pre-cleaning machine Introduced through tubing drilling machine cleaning principle structural features and key technologies Tubing drilling through high pressure water jet machine and clean the lines with the use can greatly improve the cleaning efficiency and cleaning drill through the pass rate Since most recovery injection well tubing surface layer of the main component of scale CaCO3 CaSO4 and a small amount of Fe2O3 BaSO4 SrSO4 and other ingredients compact and hardA single high-pressure water jet cleaning the pressure to reach more than 70MPa to clean and even some hard and thick scale rust skin needs more than 150MPa high pressure water to clean in working under such high pressure the safety of workers on the operation of a Great test This requires high-pressure water jet for cleaning the tubing before the pre-cleaning reducing the pressure jets The traditional pre-cleaning pre-wash with medium frequency induction heating far infrared warm-cleaning mechanical cleaning methods such as several pre-cleaning Although pre-cleaning frequency heating energy concentration fast but difficult to control a large effect accompanied by smoke and dust pollution Penetration through machine washing with a cleaning efficiency environmental protection etc have been widely usedKey words Tubing pre-cleaning drill through environmental protection目 录摘要IAbstractI目 录II第一章 引 言611 课题的背景和意义612 钻通机的开展状况6第二章 钻通机的构造工作过程及应用721 钻通机的构造722 钻通机的工作过程823 钻通机的应用9第三章 运动和动力参数及传动零件的设计计算1031 主要设计技术指标与参数1032 运动和动力参数设计计算10com 减速器的选用10com 运动动力参数计算1033 摆线针轮行星传动所采用的结构特点1134 减速器设计12com轮行星传动减速器一的设计计算12com轮行星传动减速器二的设计计算14第四章 链传动轴轴承和键的设计计算及校核1741 链传动的设计17com 链传动一的设计17com 链传动二的设计1842 轴的设计19com 轴的初步设计19com 轴的结构设计2043 轴的校核21空心轴的校核2244 齿轮齿条的根本参数及几何尺寸设计计算2345 轴承选择2346 轴承的校核24com 轴承的寿命计算24com 两支承轴上车轮处轴承的校核25com 两支承轴上另两个轴承的校核25com 空心轴承上两个深沟球轴承的校核25com 空心轴承上推力球轴承的校核2647 键的选择和校核26com 55电机减速器输出轴上的键26com 22电机减速器输出轴上的键27com 空心轴链轮处的键27com 车体支撑轴链轮处的键27com 车体支撑轴齿轮处的键27第六章 钻通机的润滑密封3061 钻通机的润滑30com 钻通机减速机构的润滑30com 钻通机轴承的润滑3062 钻通机的密封30第七章 公差与配合及粗糙度的标注3171 轴的形位公差等级31com 轴的形状公差31com 轴的位置公差3172 粗糙度配合的选择32com 轴的工作外表粗糙度32总 结34致谢及声明35参考文献36第一章 引 言11 课题的背景和意义随着油田的开发油水井管壁结垢锈皮结蜡稠油堆积等情况的难清洗油管逐年增多修复恢复其性能进行重复使用已成为原油生产中控制本钱降本增效的一项重要工作在旧油管清洗过程中致密坚硬的垢污锈皮采用单一的高压水射流清洗时所需的射流压力大为降低射流水压力采用油管钻通机进行预清洗油管钻通机和高压水射流内清洗线配合使用可大大提高钻通清洗效率以及清洗合格率钻通机第二章 钻通机的构造工作过程及应用21 钻通机的构造1钻通小车钻通小车为钻削提供动力小车采用后驱动齿轮齿条带动以保证小车有足够的前进动力齿轮齿条保证了小车在管内诟质异常或管内有异物时不会停止前进增强小车动力2支撑小车 支撑小车为移动的钻杆旋转支座保证钻杆工作中的稳定性及钻杆前后的同轴度钻头与钻杆定心的准确性限制钻杆在旋转状态下的跳动减少油管对钻头的冲击和磨损延长钻头的使用寿命3前后防喷罩由于排屑的要求需要钻头内喷出一定压力的水线防喷罩保证钻头在进入和钻出管体时钻头喷出的水线不会喷出设备外面4加紧装置加紧装置能够使管体自动定心保证管体与钻杆同心使钻头进入管体后能够顺利钻削而不会钻削管体确保在钻削过程中管子不会在钻削力的作用下抖动和后退如图35支撑小车 支撑小车为移动的钻杆旋转支座保证钻杆工作中的稳定性及钻杆前后的同轴度钻头与钻杆定心的准确性限制钻杆在旋转状态下的跳动减少油管对钻头的冲击和磨损延长钻头的使用寿命22 钻通机的工作过程油管经上料机构从储料管架上料到调整输送线上将钢管传输到限定位置由翻料机构翻送至钻通料架信号开关检测到料架有料信号后钻通上下料气缸顶起上料至钻通工位信号开关检测到钻通线有料信号后夹紧装置夹紧钢管防喷罩落下罩住钢管两端形成清洗密闭腔钻通小车电机启动小车前进延时后气动球阀翻开开始供2MPa低压水启动旋转电机钻杆开始旋转钻通小车行走至端部碰到接近开关后全速退回回退到位后限位开关检测到小车行走电机旋转电机停止关水阀防喷罩抬起夹紧机构松开下料机构将钢管送至走钻通工序完成开始下一循环23 钻通机的应用钻通机是高压水射流与机械联合破岩的技术具有工艺简单效率高本钱低等优点进一步可把高压水射流与机械联合破岩技术应用于深井钻及深穿透射孔中以提高深井钻井速度和油田开发效益第三章 运动和动力参数及传动零件的设计计算31 主要设计技术指标与参数1行走机构的减速电动机功率22Kw转速1400rmin传动比i43 小车行走速度152mmin2钻通机构的减速电动机功率55Kw转速1400rmin传动比i9 钻杆转速312rmin 32 运动和动力参数设计计算 com 减速器的选用1钻通机的工作特点长时间连续工作因此要求电动机为连续工作制钻通机一旦遇到较硬的垢质就需要电机有较大的转矩以及减速器要有较好的抗冲击能力鉴于以上原因选择笼型三相异步电机最为适宜减速器选择摆线针轮行星传动减速器正确选用电机原那么为在电机能胜任负载要求条件下最经济最合理地决定电机功率决定电机功率时要考虑电机发热允许过载能力和使用性能三个因素一般问题发热最重要2电机分类自然冷却式 风冷式 直接油冷式 间接油冷式3本课题采用自然冷却式电机由主要技术参数输入功率55kW转速140rmin4电机com 运动动力参数计算滚动轴承的传递效率 摆线针轮传动的效率为传动比 i1 9 电机转速 n1 1400rmin 输入功率 W 55kw 那么输入转矩输出转速rmin输出转矩综上所述功率Pkw转速n rmin 转矩TNm图3334 减速器设计com轮行星传动减速器一的设计计算功率55kw 输入转速n 1400rmin 传动比i 9输出转矩转幅系数K1 06509 取K1 08 初选针径系数K2 1252 取K2 17 初选针齿中心圆半径 取Rz 85mm齿宽b 取b 12mm偏心距a 取a 85短幅系数K1 针齿套半径rz 取rz 14mm针齿销半径rz 取rz 10针径系数 得K2 18接触应力h h H转臂轴承径向负荷Fr 转臂轴承担量动载荷P 转臂轴承内外圈相对转速n n NxNv 140014009 1555rmin选择单列向心短圆柱滚子轴承D1D1 comDz 2Rz D1 68_85mm选用NUP2306E轴承针齿销支点的跨距L L 4b 48mm针齿销弯曲应力f 针齿销的转角 31510-7 Lfdz 00009摆线轮根圆直径Dfc Dfc Dz-2a-dz 126mm销轴中心圆直径Ds Ds 12DfcD1 99mm间隔环厚度B B b1-b 8mm销轴直径ds 取ds 10mm 外径为14mm摆线轮顶圆直径Dac Dac Dz2a-dz 158mm摆线轮销孔直径d d ds2a015 3015mm根据数据计算选择XWD8135减速器底座下加15mm后的垫板增大链轮与小车底板的距离防止链子与底板摩擦342摆线针轮行星传动减速器二的设计计算功率22kw 输入转速n 1400rmin 传动比i 43输出转矩转幅系数K1 06509 取K1 09 初选针径系数K2 1252 取K2 16 初选针齿中心圆半径 取Rz 95mm齿宽b b 0102rp 015X95 1425mm 取b 14mm偏心距a Zb Zc1 i1取a 19转幅系数K1 针齿套半径rz 取rz 8mm针齿销半径rz 取rz 55mm针径系数 得K2 18接触应力h h H转臂轴承径向负荷Fr 转臂轴承担量动载荷P p XFr com 25998N转臂轴承内外圈相对转速n n NxNv 140014009 1432rmin选择单列向心短圆柱滚子轴承D1D1 0405DzDz 2Rz D1 76_95mm选用NF307E轴承针齿销支点的跨距L L 4b 56mm针齿销弯曲应力f 针齿销的转角 31510-7 Lfdz 00076摆线轮根圆直径Dfc Dfc Dz-2a-dz 170mm销轴中心圆直径Ds Ds 12DfcD1 125mm间隔环厚度B B b1-b 8mm销轴直径ds 取ds 24mm 外径为32mm摆线轮顶圆直径Dac Dac Dz2a-dz 178mm摆线轮销孔直径d d ds2a015 130mm根据数据计算选择XWD8155减速器第四章 链传动轴轴承和键的设计计算及校核41 链传动的设计com 链传动一的设计传递功率P 52Kw小链轮转速 312rmin 大链轮转速156rmin传动比i 22小链轮齿数Z1 29-2i 取15大链轮齿数Z2 35 取35设计功率Pd KaP Ka 18Pd 936kw单排链条传递功率 Kz 134 Kp 1 Po 699kw链条节距 P 254 选择链号16A验算小链轮轴孔直径Dk Dkd 120mm初定中心距ao ao P 762-1270mm Aomin 381mm取ao 420mm以节距计的初定中心距aop aoP 165mm链条节数 取Lp 60链条长度L 计算中心距ac ac 382mm实际中心距 a ac-0003ac 3808mm取a 380mm 链条速度V 作用在轴上的拉力 F 1000PV 8730Ncom 链传动二的设计传递功率P 21Kw链轮1转速 326rmin 大链轮2转速326rmin传动比i 1链轮1齿数Z1Zmin 9 取15链轮2齿数Z2 15 取15设计功率Pd KaP Ka 18Pd 378kw单排链条传递功率 Kz 134 Kp 1 Po 282kw链条节距 P 3175 选择链号16A验算小链轮轴孔直径Dk Dkd 120mm初定中心距ao Aomin 317mm取ao 320mm以节距计的初定中心距 链条节数 取Lp 42链条长度L 计算中心距ac ac 333375mm实际中心距 a ac-0003ac 3808mm取a 330mm 链条速度V 作用在轴上的拉力 42 轴的设计com 轴的初步设计1输入轴最小直径确定行走小车车体由两根轴支撑前后轴均是转动的主要承受弯扭组合作用本课题总体设计为前后轴均转动用车轮连架在导轨上轴的材料为45钢那么 那么取最小直径 取最小直径估算直径时应注意以下问题1对于外伸轴由上式计算得到的轴径常作为轴的最小直径轴段直径这时应取较小的A值2当计算轴径处有键槽时应适当增大轴径以补偿键槽对轴强度的削弱一般情况下轴径应增大453当外伸轴通过联轴器与电机联接时那么初算直径d必须与电机轴和联轴器孔相匹配必要时应适当增减轴径d的尺寸com 轴的结构设计轴的结构形式应便于加工和装配轴上的零件在满足功能要求的前提下轴的结构应尽量简单轴的结构工艺性对轴的强度有很大影响为此应采用下面合理的工艺措施1为方便轴上零件装拆的装拆轴常制成阶梯形相邻两轴段的直径相差不应过大并应该有圆角过渡过度圆角直径应尽可能大些以减小应力集中但对定位轴肩还必须保证零件得到可靠的定位当靠轴肩定位的圆角半径很小时为了增大轴肩出的圆角半径可采用内凹圆角或加装隔离环为使轴上零件容易装配轴端应有45的倒角需要磨削的轴段应有砂轮越程槽需要车制螺纹的轴段应有退刀槽当轴上有几个键槽时应尽可能使键槽布置在同一母线上以便于键槽加工与标准件如滚动轴承联轴器密封圈等配合的轴段应取为相应的标准值及所选配合的公差为使轴承等有配合要求的零件装拆方便并减少配合外表的擦伤配合轴段前应减少较小的直径为使与轴作过盈配合的零件易于配合相配轴段的压入端应制出锥度或在同一轴段的二个部位采用不同的尺com85吨立方米 250kg合计总质量M 25012021012 624kg总重力传动功率P 52kw转速312rmin对后轴受力分析如下com扭矩 因为T比M小的很多所以只许按弯曲应力校核轴的强度该轴只受垂直作用力危险截面为直径40mm的轴颈计算应满足条件 90MPaW轴抗弯截面系数带键槽轴和花键轴截面的截面系数和面积前轴受力情况和后轴差不多结构尺寸和后轴差不多且不受扭转载荷所以前轴也是符合要求的空心轴的校核com链传动的工作拉力F F28730 F1F2276 873072得F1 11007N F2 22774NM 873072 628560NM为F1受力处此处为危险截面M比T大的多 所以按弯曲应力校核满足条件 78MPa44 齿轮齿条的根本参数及几何尺寸设计计算根据空间大小取d1 150mm 预计m 5 那么Z 30齿顶高 ha1 5mm Ha2 5mm齿根高 hf1 625mm Hf2 625mm齿高 h 1125mm齿顶圆直径 da d12ha 160mm齿根圆直径 df d1-2hf 1375mm齿距 P 314M 157mm齿轮中心到齿条中线距离H H d12xM 7875 x 075基圆直径 db d1cos 140mm 20端面重合度齿线重合度齿条下垫槽钢 GB70765 型号6545 轴承选择在选用轴承过程中要考虑轴承的载荷转速调心性能以及安装和拆卸1 空心轴上的轴承主要承受轴向力又要保持转动时的稳定性所以选择两端各用一个深沟球轴承并且在后面加一个推力轴承这样保证了空心轴的工作要求额定动载荷由由 查表2-12 e 042 Y 104 查表2-12 X 056查表2-5 代入得 根据额定动载荷选用深沟球轴承选用滚动轴承6215推力轴承处额定动载荷 代入得Cr 155kN根据额定动载荷选择推力轴承为推力轴承513152 小车下两个轴各自所采用轴承一样轴主要承受径向力所以选用深沟球轴承支撑处选用滚动轴承6208与之对应轴承座为SN208两端车轮处滚动轴承620746 轴承的校核com 轴承的寿命计算大量实验证明轴承的负荷P于寿命L之间的关系曲线如图45所示其方程式为式中P当量负荷N根本额定寿命寿命系数球轴承 3com荷与寿命的关系轴承根本额定寿为一百万转 1 是的根本额定动载荷为以工作时数表示寿命得式中n轴承的工作转速rmin负荷系数com 两支承轴上车轮处轴承的校核轴承的型号为深沟球轴承6207根本额定动载荷Cr 255 kN 根本额定静载荷C0 152 kN 因载荷冲击较小载荷系数选取12轴承工作温度不高温度系数选择1轴承只承受径向力所以当量动载荷为那么根本额定寿命为12822年10年那么此轴承满足使用寿命要求com 两支承轴上另两个轴承的校核轴承的型号为滚动轴承6208根本额定动载荷Cr 295 kN 根本额定静载荷C0 18 kN 因载荷冲击较小载荷系数选取12轴承工作温度不高温度系数选择1轴承只承受径向力所以当量动载荷为那么根本额定寿命为22838年10年那么此轴承满足使用寿命要求com 空心轴承上两个深沟球轴承的校核轴承的型号为滚动轴承6215根本额定动载荷Cr 660 kN 根本额定静载荷C0 495 kN 因载荷冲击较大载荷系数选取18轴承工作温度不高温度系数选择1轴承承受径向力和轴向力所以当量动载荷为那么根本额定寿命为2269年10年那么此轴承满足使用寿命要求com 空心轴承上推力球轴承的校核轴承的型号为滚动轴承51315根本额定动载荷Ca 162 kN 根本额定静载荷Ca0 380 kN 预计寿命3000h因载荷冲击较大载荷系数选取18轴承工作温度不高温度系数选择1轴承承受径向力和轴向力所以当量动载荷为那么根本额定寿命为409117h3000h那么此轴承满足使用寿命要求47 键的选择和校核com 55电机减速器输出轴上的键初选A型平键141065GBT 1096-2003b 14mmL 65mml L-b2 65-7 58mm 材料为45钢许用挤压应力p 100对键连接进行强度校核如下那么此满足联接强度要求com 22电机减速器输出轴上的键初选A型平键161070GBT 1096-2003b 16mmL 70mml 62mm许用挤压应力p 100对键连接进行强度校核如下 p 100那么此键满足联接强度要求com 空心轴链轮处的键初选A型平键161056GBT 1096-2003b 16mmL 56mml L-b 48mm许用挤压应力p 100对键连接进行强度校核如下 3716MPa 100MPa那么此键满足联接强度要求com 车体支撑轴链轮处的键初选A型平键161062GBT 1096-2003b 16mmL 62mml L-b 54mm许用挤压应力p 100对键连接进行强度校核如下 8245MPa 100MPa那么此键满足联接强度要求com 车体支撑轴齿轮处的键初选A型平键161077GBT 1096-2003b 16mmL 77mml L-b 69mm许用挤压应力p 100对键连接进行强度校核如下 6452MPa 100MPa那么此键满足联接强度第五章 钻头组件设计钻头作为钻通机的主体工作部件是钻通机的核心局部其设计主要考虑以下几个方面 1 和钻通速度及钻杆旋转速度相匹既保证钻头旋转形成对管体的包络面到达150以上2四组合金刀头在360圆周上两两相错对称分布既保证包络覆盖面又尽可能的使切削力在圆周上均匀分布减小钻头在切削时瞬间冲击而引越的振动 3 钻头整体采用锥形设计钻削中融合扩孔和钻孔能钻削95以上的垢质管 4 在刀体上开出排屑槽排屑槽内布置8个直径为3出水孔使钻削出的杂物能顺利的排出管体保证钻削的正常进行 5 合金刀头采用铜焊在刀体上在合金刀头刀刃损坏后通过加热刀体使合金刀头脱落重新进行焊接刀体可反复使用 6 钻头和钻杆之间采用螺纹联接整体钻轩密封严密不会漏水 第六章 钻通机的润滑密封61 钻通机的润滑 com 钻通机减速机构的润滑钻通机的润滑包括的润滑以及轴承的润滑润滑油在啮合面上形成油膜减少摩擦与磨损此外还起冷却作用根据传动的圆周速度传递载荷及工作温度选用适宜的润滑油润滑油的粘度是选择润滑油的重要指标传递载荷越大要求润滑油粘度越大工作温度越高润滑油的粘度也应越大一般情况下速度越高油粘度应该越小 dn值本设计采用深沟球轴承担dn值 16105时都可以采用脂润滑综上所述轴承采用润滑脂润滑润滑脂采用钙基润滑脂该润滑脂适用温度范围广价格适宜但要注意的是它不适合与水接触的润滑部位62 钻通机的密封密封采用接触式毡圈密封此密封圈价格低廉可是磨损较快寿命短轴伸端采用毛毡密封该密封的特点是通过将梯形断面的毛毡圈安装在梯形槽内受到挤压变形而对轴产生一定的压力来实现密封的毛毡圈规格为JBZQ4075-1997第七章 公差与配合及粗糙度的标注形位公差值的选择原那么根据工件的功能要求并考虑加工工艺性刚性等情况按公差表中的数系确定要素公差值并考虑以下情况1 在同一要素上给出的形状公差应小于位置公差值如要求平行的两个面其平行度公差值应大于平面度公差值2圆柱形零件的形状公差值轴线直线度除外一般情况下应小于其尺寸公差值3平行度公差值应小于其相应的距离公差值71 轴的形位公差等级形位公差选择方法1根据工件工作环境提出形位公差要求2查阅相关资料查得几种主要加工方法所能到达的公差等级3 之后由公差等级主参数确定形位公差值可参见GBT11841996 com 轴的形状公差1轴承配合外表的圆度或圆柱度为67级影响轴与轴承配合松紧的对中性2支撑轴孔配合的圆度或圆柱度为78级影响传动件与轴配合松紧对中性com 轴的位置公差1轴承配合外表对轴线的圆跳动为68级影响传动件及轴承的运转偏心2键槽对轴线的对称度为79级影响键受载的均匀性及装拆难以程度3传动件定位端面对轴线的圆跳动为68级影响齿轮等传动件的受载均匀性72 粗糙度配合的选择选用原那么1 同一零件上工作外表粗糙度参数小于非工作外表粗糙度参数摩擦外表比非摩擦外表粗糙度参数值小滚动摩擦外表比滑动摩擦外表粗糙度参数值小2 运转速度高的单位压力大的外表比速度低单位压力小的摩擦外表参数值要小3受循环载荷的外表配合间隙小的外表及要求连接可靠的配合外表参数值较小4配合性质相同尺寸小的外表粗糙度值要小同一精度等级小尺寸比大尺寸轴比孔的外表粗糙度值要小轴易加工com 轴的工作外表粗糙度与传动件相配合外表为Ra32Ra16与传动件相配合轴肩端面为Ra63Ra32与普通级滚动轴承配合的外表为Ra16平键键槽的工作面为Ra32平键键槽的非工作面为Ra63与普通滚动轴承配合的轴肩为Ra32其他非工作外表Ra125com 配合1键与键槽的配合在支座上键与键槽的配合选用H8k6为过渡配合电机轴上键与键槽的配合选用H7n6为过渡配合轴承和轴轴承座的配合滚动轴承与相关零件的配合时其内孔与外径分别是基准孔和基准轴在配合中不必标注轴承盖与轴承座孔的配合应选用间隙配合由于轴承孔已按滚动轴承要求选定此时它与轴承盖的配合也是由不同公差等级组成中 文 摘 要英文摘要- 2-中文摘要I英文摘要- II-目录IV目录目录-V-第一张 引言-6-第二章 钻通机的构造工作过程及应用-7-8-9-第三章 运动和动力参数及传动零件的设计计算-10-11-12-13-14-15-16-第四章 链传动轴轴承和键的设计计算及校核-17-18-19-20-21-22-23-24-25-26-27-28-28-第五章 钻头组件设计-29-第六章 钻通机的润滑密封-30-第七章 公差与配合及粗糙度的标注-31-32-33-参考文献36