机械制造及其自动化毕业论文-范本范文.doc 43页

'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О一一年三月二十三日～六月十四日共十二周 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О一一年三月二十三日～六月十四日共十二周 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О一一年三月二十三日～六月十四日共十二周 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О一一年三月二十三日～六月十四日共十二周 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О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表面垢层的主要成分是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达到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安全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功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AbstractInTheharmonicputtertechnologyisimprovedonthebasetheoldpipecleaningprocessthehardcompactdirtrustleatherwithasinglehighpressurewaterjetcleaningtherequiredjetpressuretheuseoftubingdrillthroughpre-cleaningmachineIntroducedthroughtubingdrillingmachinecleaningprinciplestructuralfeaturesandkeytechnologiesTubingdrillingthroughhighpressurewaterjetmachineandcleanthelineswiththeusecangreatlyimprovethecleaningefficiencyand cleaningdrillthroughthepassrateSincemostrecoveryinjectionwelltubingsurfacelayerofthemaincomponentofscaleCaCO3CaSO4andasmallamountofFe2O3BaSO4SrSO4andotheringredientscompactandhardAsinglehigh-pressurewaterjetcleaningthepressuretoreachmorethan70MPatocleanandevensomehardandthickscalerustskinneedsmorethan150MPahighpressurewatertocleaninworkingundersuchhighpressurethesafetyofworkersontheoperationofaGreattestThisrequireshigh-pressurewaterjetforcleaningthetubingbeforethepre-cleaningreducingthepressurejetsThetraditionalpre-cleaningpre-washwithmediumfrequencyinductionheatingfarinfraredwarm-cleaningmechanicalcleaningmethodssuchasseveralpre-cleaningAlthoughpre-cleaningfrequencyheatingenergyconcentrationfastbutdifficulttocontrolalargeeffectaccompaniedbysmokeanddustpollutionPenetrationthroughmachinewashingwithacleaningefficiencyenvironmentalprotectionetchavebeenwidelyusedKeywordsTubingpre-cleaningdrillthroughenvironmentalprotection目录摘要IAbstractI目录II第一章引言611课题的背景和意义6 12钻通机的发展状况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齿轮齿条的基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26com55电机减速器输出轴上的键26com22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31 com轴的形状公差31com轴的位置公差3172粗糙度配合的选择32com轴的工作表面粗糙度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成本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3 5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打开开始供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成本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312rmin32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合适减速器选择摆线针轮行星传动减速器正确选用电机原则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i19电机转速n11400rmin输入功率W55kw 则输入转矩输出转速rmin输出转矩综上所述功率Pkw转速nrmin转矩TN·m 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n1400rmin传动比i9输出转矩 转幅系数K106509取K108初选针径系数K21252取K217初选针齿中心圆半径取Rz85mm齿宽b取b12mm偏心距a取a85短幅系数K1针齿套半径rz取rz14mm针齿销半径rz取rz10针径系数得K218接触应力σh∑h[σH]转臂轴承径向负荷Fr转臂轴承当量动载荷P转臂轴承内外圈相对转速nnNxNv1400140091555rmin选择单列向心短圆柱滚子轴承D1D1comDz2RzD168_85mm选用NUP2306E轴承针齿销支点的跨距LL4b48mm 针齿销弯曲应力σf针齿销的转角θθ31510-7Lσfdz00009°摆线轮根圆直径DfcDfcDz-2a-dz126mm销轴中心圆直径DsDs12DfcD199mm间隔环厚度BBb1-b8mm销轴直径ds取ds10mm外径为14mm摆线轮顶圆直径DacDacDz2a-dz158mm摆线轮销孔直径ddds2a0153015mm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34．2摆线针轮行星传动减速器二的设计计算功率22kw输入转速n1400rmin传动比i43输出转矩转幅系数K106509取K109初选针径系数K21252取K216初选 针齿中心圆半径取Rz95mm齿宽bb0102rp015X951425mm取b14mm偏心距aZbZc1i1取a19转幅系数K1针齿套半径rz取rz8mm针齿销半径rz取rz55mm针径系数得K218接触应力σh∑h[σH]转臂轴承径向负荷Fr转臂轴承当量动载荷PpXFrcom25998N转臂轴承内外圈相对转速nnNxNv1400140091432rmin选择单列向心短圆柱滚子轴承D1D10405DzDz2RzD176_95mm选用NF307E轴承针齿销支点的跨距LL4b56mm 针齿销弯曲应力σf针齿销的转角θθ31510-7Lσfdz00076°摆线轮根圆直径DfcDfcDz-2a-dz170mm销轴中心圆直径DsDs12DfcD1125mm间隔环厚度BBb1-b8mm销轴直径ds取ds24mm外径为32mm摆线轮顶圆直径DacDacDz2a-dz178mm摆线轮销孔直径ddds2a015130mm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P52Kw小链轮转速312rmin大链轮转速156rmin传动比i22小链轮齿数Z129-2i取15大链轮齿数Z235取35设计功率PdKa×PKa18Pd936kw单排链条传递功率Kz134Kp1Po699kw链条节距P254选择链号16A验算小链轮轴孔直径DkDk≤d120mm初定中心距aoaoP762-1270mmAomin381mm取ao420mm以节距计的初定中心距aopaoP165mm链条节数取Lp60 链条长度L计算中心距ac ac382mm实际中心距aac-0003ac3808mm取a380mm链条速度V作用在轴上的拉力F1000PV8730Ncom链传动二的设计传递功率P21Kw链轮1转速326rmin大链轮2转速326rmin传动比i1链轮1齿数Z1≥Zmin9取15链轮2齿数Z215取15设计功率PdKa×PKa18Pd378kw单排链条传递功率Kz134Kp1Po282kw链条节距P3175选择链号16A验算小链轮轴孔直径DkDk≤d120mm初定中心距aoAomin317mm取ao320mm 以节距计的初定中心距 链条节数取Lp42链条长度L计算中心距acac333375mm实际中心距aac-0003ac3808mm取a330mm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钢则 则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则初算直径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表面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M25012015012624kg总重力传动功率P52kw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 F28730F1F2×2768730×72得F111007NF222774NM8730×72628560NM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齿轮齿条的基本参数及几何尺寸设计计算根据空间大小取d1150mm预计m5则Z30齿顶高ha15mmHa25mm齿根高hf1625mmHf2625mm齿高h1125mm齿顶圆直径dad12ha160mm齿根圆直径dfd1-2hf1375mm齿距P314×M157mm齿轮中心到齿条中线距离HHd12xM7875x075基圆直径dbd1×cosθ140mmθ20°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2-12e042Y104查表2-12X056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Cr155kN 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基本额定寿命寿命系数球轴承3com荷与寿命的关系已知轴承基本额定寿为一百万转1是的基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基本额定动载荷Cr255kN基本额定静载荷C0152kN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则基本额定寿命为12822年〉10年则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基本额定动载荷Cr295kN基本额定静载荷C018kN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则基本额定寿命为22838年〉10年则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基本额定动载荷Cr660kN 基本额定静载荷C0495kN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则基本额定寿命为2269年〉10年则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基本额定动载荷Ca162kN基本额定静载荷Ca0380kN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则基本额定寿命为409117h〉3000h则此轴承满足使用寿命要求47键的选择和校核com55电机减速器输出轴上的键初选A型平键14×10×65GBT1096-2003b14mmL65mmlL-b265-758mm材料为45钢许用挤压应力[σp]100对键连接进行强度校核如下则此 满足联接强度要求com22电机减速器输出轴上的键初选A型平键16×10×70GBT1096-2003b16mmL70mml62mm许用挤压应力[σp]100对键连接进行强度校核如下[σp]100则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16×10×56GBT1096-2003b16mmL56mmlL-b48mm许用挤压应力[σp]100对键连接进行强度校核如下3716MPa[]100MPa则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16×10×62GBT1096-2003b16mmL62mmlL-b54mm许用挤压应力[σp]100对键连接进行强度校核如下8245MPa[]100MPa则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16×10×77GBT1096-2003b16mmL77mmlL-b69mm许用挤压应力[σp]100对键连接进行强度校核如下 6452MPa[] 100MPa则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部分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达到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当dn值16×105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则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达到的公差等级3之后由公差等级主参数确定形位公差值可参见GBT11841996com轴的形状公差1轴承配合表面的圆度或圆柱度为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轴承配合表面对轴线的圆跳动为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则1同一零件上工作表面粗糙度参数小于非工作表面粗糙度参数摩擦表面比非摩擦表面粗糙度参数值小滚动摩擦表面比滑动摩擦表面粗糙度参数值小2运转速度高的单位压力大的表面比速度低单位压力小的摩擦表面参数值要小3受循环载荷的表面配合间隙小的表面及要求连接可靠的配合表面参数值较小4配合性质相同尺寸小的表面粗糙度值要小同一精度等级小尺寸比大尺寸轴比孔的表面粗糙度值要小轴易加工com轴的工作表面粗糙度与传动件相配合表面为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表面为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其他非工作表面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'