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泥浆
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下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985毕业设计（论文）题目泥浆搅拌器设计学生姓名学号教学院系专业年级指导教师单位辅导教师单位完成日期下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709852摘要本文针对泥浆搅拌器的轴密封问题而导致漏油现象，搅拌器功率过大造成浪费问题及劳动强度大不能保证搅拌器叶轮的扭矩等问题，在收集分析国内外有关动力钳的设计、分析、计算、使用等资料的基础上，结合国内目前在用的泥浆搅拌器存在的一些问题，开展了QJ80075型升降式钻井液搅拌器的设计工作。本设计主要完成了以下工作1搜集国内外泥浆搅拌器的相关资料进行分析研究，明白了泥浆搅拌器的特点、原理及发展方向，并结合国产搅拌器的技术现状和生产实际提出具体的设计方案。2开展了对泥浆搅拌器的结构方案、主要零件设计计算和其强度计算。3在搅拌器结构方案设计和理论计算以及强度校核的基础上，绘制了具体的装配图及必要的零件图。总之，通过对国内外固控系统技术现状调研，进一步认识了国内外先进搅拌器的优点及现存的缺点；通过开展钻井液搅拌器设计工作，为研制新产品，提高搅拌器的综合性能提供理论依据和方法，最终设计出了结构合理、工作安全的钻井液搅拌器，以达到毕业设计的设计要求。关键词固控系统；钻井液搅拌器下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709853目录摘要2目录31绪论511设计目的及意义512设计背景512国内外研究现状分析5121国外研究现状分析5122国内研究现状分析513技术路线614设计可行性分析7141现存的问题7142对应的解决方案715设计的主要工作及内容716理论依据82搅拌器结构方案921总体方案922参数确定923原动机型号的选择1024轴封类型103搅拌器主要零件设计计算1231蜗杆传动设计计算12311选择蜗杆传动类型12312选择材料12313确定主要参数12314按齿面接触疲劳强度进行设计12315蜗杆蜗轮的主要参数及几何尺寸1432蜗轮轴设计15321条件参数计算15322材料的选择及热处理15323初选最小轴径16324设计轴的结构并绘制草图16325计算轴上载荷1733搅拌器叶轮的设计19331搅拌器叶轮的选择19332搅拌叶轮形状与流态的关系20333搅拌叶轮循环流量的计算21334搅拌叶轮几何尺寸及层数计算23下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709854335搅拌器叶轮型式的选择24336搅拌叶轮强度设计及校核2534搅拌轴的密封26341搅拌器功率的确定264主要零件的强度校核2841蜗杆传动的强度校核28411蜗轮齿面接触疲劳强度计算28412齿根弯曲强度校核28413验算传动效率2942搅拌器轴承型号选择30421求当量动载荷P31422计算所需的径向额定动载荷值32423选择轴承型号3243键的强度校核32431键的主要尺寸确定32432键的强度校核335总结34致谢35参考文献36下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709855下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709856下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098571绪论11设计目的及意义此次毕业设计的内容是设计钻井液搅拌器，内容涉及到搅拌器关键件的结构设计和理论计算，重点解决搅拌器轴封问题等。专业知识加深理解，也将了解到固相控制技术在国内外最新发展状况和发展趋势。随着我国科学钻井的巨大进步，而钻井液固控技术已成为科学钻井中一项重要的组成部分。钻井液搅拌器是固控设备的重要组成部分，目的是清除泥浆中的固相组织，维持泥浆优良性的保证，而优良的保证能是预防钻井井下事故、防止伤害、保护产层、提高钻速、降低成本的前提。12设计背景升降式钻井液泥浆搅拌器是在现有泥浆搅拌器的基础上，通过改进发展起来的一种新型、高效的新产品，其主要用途是实现成泥浆固、液均匀的主要功能。具体办法是采用空心蜗轮轴传递扭矩。在空心蜗轮轴中设有螺杆，转动手轮和螺母使螺杆升降，带动叶轮升降，能使搅拌器的叶轮调整到需要的高度有效的避免了循环灌中沉淀物埋没叶轮；还可以通过调整叶轮的高度使搅拌器充分发挥搅拌作用。因此，研究钻井液泥浆搅拌器必须深入了解国内外搅拌器的使用性能和技术现状。12国内外研究现状分析121国外研究现状分析从80年代中期开始，美国、苏联、英国等一些西方国家建立了成熟的工艺和科研队伍，他们的固控设备性能良好、工作稳定、寿命长，已实现设备类型的标准化、系列化和专用化。国外固控设备水平以美国的BRANDT、SWACO、DERRICK等公司为代表，质量和性能处于世界首位。国外特别重视固控系统设备的优化配置和整个固控系统的效率评价，并为此开发了钻井液固相控制专家系统。122国内研究现状分析我国的钻井液固控设备及工艺的研究和具体应用工作起步较晚。在80年至80年代中期内，我国开始了钻井工业固控设备的研究与使用。针对搅拌器的研下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709858究，经过近几年的努力，从仿真测绘阶段，发展到自己研发新结构，并研制出升降可调，径向与轴向同轴安装；机身可摇摆的多种搅拌器。但国产的固控设备在性能、寿命方面与国外固控设备有一定差距，主要是材料、加工工艺、加精度和配套的通用设备（如电动机）的质量。其中，生产搅拌器的厂家主要有沧州华沧石油机械厂、华北石油管理局第一机械厂、沧州中油固控设备有限公司、山东省淄博市博山防爆电器厂等。13技术路线综合运用现代机械设计理论与方法、钻井工程、水力学等多学科知识，采用理论分析、计算和计算机绘图相结合的方法开展泥浆搅拌器的研究工作。主要思想是将传统设计方法与现代设计方法有机结合，首先从现场调研和资料收集着手，广泛调研国内外泥浆搅拌器的相关文献资料，弄清国内外泥浆搅拌器的技术现状及下一步的发展方向；在此基础上，深入开展产品机理研究，对泥浆搅拌器的工作特性、运动规律和受力状况进行较为全面和系统的认识，为下一步的结构设计提供理论依据；通过对国内外先进泥浆搅拌器结构和性能进行比较和多个设计方案对比论证，根据现场生产需要提出技术可行、结构先进的泥浆搅拌器设计方案和技术参数；采用计算机辅助设计（CAD）方法，对主要零部件进行结构设计。最终设计出结构合理、性能优良、可靠性好的升降式泥浆搅拌器产品，以满足高速发展的现代钻井工业的需要。此次设计的总技术路线是资料调研及准备工作传动结构方案设计传动件的设计计算撰写设计说明书及论文搅拌器零件强度校核搅拌器零件设计下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985914设计可行性分析升降式泥浆搅拌器在我国石油矿场中，已开始应用，我国科学工作者在实验研究、理论研究方面作了大量的工作（特别是华北石油管理局），在这方面已取得了大量成果。本设计通过收集、查阅资料和现场调研，在现有泥浆搅拌器的研究基础上开展升降式泥浆搅拌器的设计工作是可行的。141现存的问题钻井液搅拌器是一种专用搅拌器，一般情况下不能简单地将化工、石油炼制、食品等工业中使用的搅拌器搬过来。根据现场经验，设计搅拌器应注意生产实践中搅拌器功率不足易于觉察，而搅拌器功率过大造成浪费的问题则易忽略搅拌轴的密封问题，易产生漏油现象。搅拌叶轮的选择问题。142对应的解决方案可运用BATES算图或RUSHTON算图确定搅拌器功率。采用多组V型盘根，它具有自封性能和自我补偿能力，长期不调整也不会产生漏油现象。采用开启式蜗轮式叶轮，保证搅拌的强度。15设计的主要工作及内容经过两个多月毕业设计时间，在指导老师莫丽的悉心指导下，很有成效的完成了以下设计相关工作利用网络与书籍搜集钻井液搅拌器相关资料，在认真阅读前辈的相关开创性研究资料的基础上，完成设计的开题；捡取资料中与设计主题相关性极大的外文资料文章翻译成中文，并依照原文下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098510做了电子排版；根据相关资料完成了钻井液搅拌器结构方案设计、理论计算以及强度校核工作；在设计计算的基础上完成了搅拌器主要零件的结构设计工作，并用CAD软件绘制了搅拌器的装配图及部分零件图。16理论依据本次设计主要运用机械设计理论、理论力学、机械制图、工程力学、机械原理、化工密封技术、CAD设计等相关学科，在现有钻井液搅拌器的研究成果基础上，开展搅拌器关键件的结构设计和理论计算。设计的难点是传动轴的密封问题、搅拌器功率的确定、搅拌器叶轮循环流量的计算等。其中，设计中将参考以下文献作为设计理论依据龚伟安钻井液固控系统及设备石油工业出版社1995,04华东石油学院矿机教研室编石油钻采机械石油工业出版社1980胡国桢，石流主编化工密封技术化学工业出版社2001机械设计手册陈立德，机械设计基础，高等教育出版社（第三版）下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985112搅拌器结构方案21总体方案本次设计的钻井液搅拌器采用蜗轮传动蜗杆传动结构，蜗轮蜗杆的传动结构简单，传动比大，可靠性高，在钻井液搅拌器中最常使用。在确定好传动结构方案设计后，进行搅拌器主要零部件的设计计算，如蜗杆传动、搅拌轴、空心蜗轮、叶轮等。最后对设计好的零件进行强度校核。钻井液搅拌器蜗轮蜗杆的传动结构图如下所示图21蜗轮蜗杆皮带传动22参数确定本次设计的理论参数是根据现场搅拌器使用要求制定的。产品应达到如下性能参数输入功率75KW；输出转速72RMIN，；叶片直径820MM；额定电压380V；下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098512传动比120；叶轮排量28MLMIN；升距离550MM；叶片数4个；倾角60；另外，试验用钻井液性能为密度128GCM，塑性粘度7MPAS，宏观粘度675MPAS，动切力605PA，静切力70PA。23原动机型号的选择选择原动机时，应综合考虑动力来源、价格、投资和维护管理费用等。根据工作条件选用YB系列隔爆型异步电动机。YB系列隔爆型电动机是YIP44系列电动机的派生产品，具有高效、节能、噪声小、运行安全可靠、安装尺寸和功率等级符合国际标准等特点。此外它采用封闭自扇冷式，增强外壳的机械强度，并保证组成外壳的各零部件之间的各接合面上具有一定的间隙参数。考虑到钻井液搅拌器的设计参数的要求，其输入功率是75KW，输出转速较低，N72R/MIN，V带传动的传动比范围为I124，蜗轮蜗杆传动比I2为20，所以电动机的转速可选范围为NNI1I272（24）2028805760R/MIN，同时综合考虑传动设计要求和价格等方面的因素，选用YB2160M12型隔爆电机作为钻井液搅拌器的动力源。其各项技术参数如下表23表23YB2160M12型隔爆电机型号YB2160M12功率因数088功率11KW噪音DB86电流216A转动惯量0205KGM转速2930R/MIN额定转矩22效率88额定电流75A24轴封类型搅拌器可靠的密封是一个重要的问题。由于搅拌器密封一起的漏油，不但大量浪费油料，而且污染了钻井液。由于搅拌轴是旋转运动的，所以其密封属于动密封。对动密封的基本要求密封要可靠；密封的结构要简单，装卸要方便；密封使用寿命要长。下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098513在实际生产中使用最普遍的动密封有两种，即填料密封和机械密封。钻井液搅拌器的轴属于低转速，低压力，较适用的仍然是填料密封，因为填料密封具有结构简单，易于维修，可靠性高等优点。密封填料的材料选择的主要依据是搅拌的搅拌轴转速、操作温度、操作压力及无聊的化学性质。机械的作用，如轴的偏转或轴向跳动对填料材料的选择也有一定的影响。总的来说，用于制造密封填料的材料必须满足以下要求应用足够的塑性，在填料压缩下能适应轴和调料函的形状而变形。所选材料能够耐设备内介质及润滑剂的浸泡和腐蚀，且不含被戒指和润滑剂所溶胀及削弱的其他物质。应具有足够的弹性，以吸收在设计上不能避免的轴的环动。不会咬住或腐蚀轴。通常用来制造密封填料的材料有纤维，金属润滑剂等，可根据具体情况来选择。搅拌器V型密封结构如下图24V型密封结构下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985143搅拌器主要零件设计计算31蜗杆传动设计计算311选择蜗杆传动类型根据GB/T100851988的推荐，采用阿基米德柱蜗杆传动。312选择材料考虑到蜗杆传动的功率不大，速度只是中等，故蜗杆传动采用40CR；因希望效率高些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为55HRC。蜗轮采用QT300，金属模铸造，为可节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT400制造。313确定主要参数跟据蜗杆蜗轮推荐值表有，传动比I220,取蜗杆的头数Z12，则蜗轮齿数Z2I2Z122040，取Z240。表31蜗杆头数蜗轮齿数推荐值、1Z2传动比12ZI7131427284040蜗杆头数422、11蜗轮头数2Z28522854288040314按齿面接触疲劳强度进行设计根据闭式蜗杆传动的设计准则先按齿面解除疲劳强度进行设计及理论计算。传动中心距（31）32APEZKT计算蜗轮轴上的传动中心距T2蜗杆转速N272R/MIN按Z12，取082，则下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098515（32）261N059PT955955196NMM2TI1I062NP678051确定载荷系数因工作载荷稳定，故取载荷分布不均系数1K选取使用系数115；AK由于转速不高，冲击不大，可取动载荷系数11；则VK1151265AV1确定影响系数ZE因使用的QT300蜗轮与40CR蜗杆相配，故ZE160V2PAM确定接触系数先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距的比为/035，可查得291D1DZ确定需用接触力H应力循环系数N6060518HJLN220770式中N2蜗轮转速，单位为R/MIN工作寿命，单位为H5年300（天/年）8（小时/天）HL蜗轮每转一转，每个轮齿啮合的次数。J寿命系数08328HNK8710432查表得基本需用应接触力1268PAM计算许用接触力126822319HHN8PAM计算中心距17498MM3259136089621。取中心距180MM，因20，故选取M71，直径系数Q10I34087,7011DQD可查表得接触系数ERAF/671025/637查表1513得X056，Y115PW77710433501表422载荷系数PF下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098534载荷性质举例PF无冲击或轻微冲击电机、汽轮机、通风机、水泵1012中等冲击机床、车辆、内燃机、减速器、起重机器1218强大冲击轧钢机、破碎机、钻探机、剪床1830422计算所需的径向额定动载荷值由公式48160HTLNFPC得CN5811064377423选择轴承型号查有关轴承的手册，根据D27MM，选得轴承2300轴承合适。43键的强度校核常见的轴毂连接有键连接、花键连接等。轴毂连接主要是用来实现轴的轮毂（如齿轮、带轮等）之间的轴向固定，并用来传递运动和转矩，有些还可以实现轴上零件的轴向固定或轴向移动（导向）。固定方式的选择主要是根据零件所传递转矩的大小和性质、轮毂与轴的对中精度要求、加工的难易程度等因素来进行的。键可分为平键、半圆键、切向键等类型，其中以平键最为常见。键已标准化。设计时首先根据工作条件和各类键的应用特点来选择键的类型，再根据轴的轴径长度确定键的尺寸，必要时还应对键连接进行强度校核。431键的主要尺寸确定平键是标准件，其剖面尺寸（键宽B键高H）按轴径D从有关标准中选择，键长L应小于轮长度并符合标准系列。键的主要尺寸通过查表43，有轴径D2230MM，键宽B8MM，键高H7MM，键长L1890MM；轴径D7585MM,键宽B22MM，键高H14MM，键长L63250MM表43键的主要尺寸轴径D223030384450586575808595键宽B81014182225下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098535键高H789111414键长L18902211036160502006325070280432键的强度校核假设载荷沿键的长度方向是均匀的，平键连接的挤压强度条件为49JYJYDHLT4导向平键连接的主要失效形式为组成键连接的轴或轮毂工作面部分的磨损，须按工作面上的强度进行校核，强度条件为410PDHLT4式中T固定件传递的转矩，MND轴径，H键高，键的工作长度，LA型键，B型键，C型键，并，以免因BLLLLB50LD806）（键过长而增大压力沿键长分布的不均匀性，对于平键则为键与轮毂的接触长度；L是键连接中最弱材料的许用挤压应力、许用压强，单位为，按表P、JYAMP43选取。表43键连接的许用应力载荷性质应用种类连接方式零件材料静载轻微冲击冲击钢1251501001206090许用挤压应力H静连接铸铁708050603045许用压强动连接钢504030下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985365总结本文通过对钻井液搅拌器的结构形状进行分析，得出总体方案，按总体方案对各零部件的运动关系进行分析得出钻井液搅拌器的整体结构尺寸，然后以各个系统为模块分别进行具体零部件的设计校核计算，得出各零部件的具体尺寸，再重新调整整体结构，整理得出最后的设计图纸和说明书此次设计通过对钻井液搅拌器的设计，使我对成型机械的设计方法、步骤有了较深的认识熟悉了蜗轮蜗杆、轴、轴承等多种常用零件的设计、校核方法；掌握了如何选用标准件，如何查阅和使用手册，如何绘制零件图、装配图；以及设计非标准零部件的要点、方法。这次设计贯穿了所学的专业知识，综合运用了各科专业知识，从中使我学习了很多平时在课本中未学到的或未深入的内容我相信这次设计对以后的工作学习都会有很大的帮助。由于自己所学知识有限，而机械设计又是一门非常深奥的学科，设计中肯定存在许多的不足和需要改进的地方，希望老师指出，在以后的学习工作中去完善它们。下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098537致谢两个月的毕业设计工作已接近尾声，在这期间我遇到了许多难题、困难，最终在老师的帮助下完成了毕业设计。在整个毕业设计中我想感谢的就是指导老师莫丽老师，莫老师在自己的教学、科研任务繁重的情况下仍旧挤出大量的时间来给我们做指导，告诉我们设计的详细方法和步骤，甚至教我们如何利用网上图书馆资源查询资料，使我们的设计任务更加明确。在设计期间，正好是我专升本复习阶段，莫老师给我额外的充足的时间去完成工作，减轻了负担。同时也非常感谢和我一起完成毕业设计全过程的全体室友和同组其他几位同学，如果没有他们热忱的帮助与鼓励，我不可能顺利的完成此次设计任务。最后，祝愿老师工作顺利，同学们们可以顺利的毕业，以愉悦的心情走上工作岗位。下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098538参考文献1龚伟安钻井液固控系统及设备石油工业出版社19952华东石油学院矿机教研室编石油钻采机械石油工业出版社19803胡国桢，石流主编化工密封技术化学工业出版社20014机械设计手册5陈立德，机械设计基础，高等教育出版社（第三版）6郑志祥，机械零件，北京高等教育出版社，19897姜柳林，机械CAD基础实践，北京高等教育出版社，19988吴宗泽，机械零件设计手册，北京机械工业出版社，20049徐锦康，机械原理，北京机械工业出版社，199410张定华，工程力学少学时，高等教育出版社，2000毕业设计（论文）题目泥浆搅拌器设计学生姓名学号教学院系专业年级指导教师单位辅导教师单位完成日期摘要本文针对泥浆搅拌器的轴密封问题而导致漏油现象，搅拌器功率过大造成浪费问题及劳动强度大不能保证搅拌器叶轮的扭矩等问题，在收集分析国内外有关动力钳的设计、分析、计算、使用等资料的基础上，结合国内目前在用的泥浆搅拌器存在的一些问题，开展了QJ80075型升降式钻井液搅拌器的设计工作。本设计主要完成了以下工作1搜集国内外泥浆搅拌器的相关资料进行分析研究，明白了泥浆搅拌器的特点、原理及发展方向，并结合国产搅拌器的技术现状和生产实际提出具体的设计方案。2开展了对泥浆搅拌器的结构方案、主要零件设计计算和其强度计算。3在搅拌器结构方案设计和理论计算以及强度校核的基础上，绘制了具体的装配图及必要的零件图。总之，通过对国内外固控系统技术现状调研，进一步认识了国内外先进搅拌器的优点及现存的缺点；通过开展钻井液搅拌器设计工作，为研制新产品，提高搅拌器的综合性能提供理论依据和方法，最终设计出了结构合理、工作安全的钻井液搅拌器，以达到毕业设计的设计要求。关键词固控系统；钻井液搅拌器2目录摘要2目录31绪论511设计目的及意义512设计背景512国内外研究现状分析5121国外研究现状分析5122国内研究现状分析513技术路线614设计可行性分析7141现存的问题7142对应的解决方案715设计的主要工作及内容716理论依据82搅拌器结构方案921总体方案922参数确定923原动机型号的选择1024轴封类型103搅拌器主要零件设计计算1231蜗杆传动设计计算12311选择蜗杆传动类型12312选择材料12313确定主要参数12314按齿面接触疲劳强度进行设计12315蜗杆蜗轮的主要参数及几何尺寸1432蜗轮轴设计15321条件参数计算15322材料的选择及热处理15323初选最小轴径16324设计轴的结构并绘制草图16325计算轴上载荷1733搅拌器叶轮的设计19331搅拌器叶轮的选择19332搅拌叶轮形状与流态的关系20333搅拌叶轮循环流量的计算21334搅拌叶轮几何尺寸及层数计算23泥浆搅拌器设计3335搅拌器叶轮型式的选择24336搅拌叶轮强度设计及校核2534搅拌轴的密封26341搅拌器功率的确定264主要零件的强度校核2841蜗杆传动的强度校核28411蜗轮齿面接触疲劳强度计算28412齿根弯曲强度校核28413验算传动效率2942搅拌器轴承型号选择30421求当量动载荷P31422计算所需的径向额定动载荷值32423选择轴承型号3243键的强度校核32431键的主要尺寸确定32432键的强度校核335总结34致谢35参考文献364毕业设计（论文）题目泥浆搅拌器设计学生姓名学号教学院系专业年级指导教师单位辅导教师单位完成日期2摘要本文针对泥浆搅拌器的轴密封问题而导致漏油现象，搅拌器功率过大造成浪费问题及劳动强度大不能保证搅拌器叶轮的扭矩等问题，在收集分析国内外有关动力钳的设计、分析、计算、使用等资料的基础上，结合国内目前在用的泥浆搅拌器存在的一些问题，开展了QJ80075型升降式钻井液搅拌器的设计工作。本设计主要完成了以下工作1搜集国内外泥浆搅拌器的相关资料进行分析研究，明白了泥浆搅拌器的特点、原理及发展方向，并结合国产搅拌器的技术现状和生产实际提出具体的设计方案。2开展了对泥浆搅拌器的结构方案、主要零件设计计算和其强度计算。3在搅拌器结构方案设计和理论计算以及强度校核的基础上，绘制了具体的装配图及必要的零件图。总之，通过对国内外固控系统技术现状调研，进一步认识了国内外先进搅拌器的优点及现存的缺点；通过开展钻井液搅拌器设计工作，为研制新产品，提高搅拌器的综合性能提供理论依据和方法，最终设计出了结构合理、工作安全的钻井液搅拌器，以达到毕业设计的设计要求。关键词固控系统；钻井液搅拌器泥浆搅拌器设计3目录摘要2目录31绪论511设计目的及意义512设计背景512国内外研究现状分析5121国外研究现状分析5122国内研究现状分析513技术路线614设计可行性分析7141现存的问题7142对应的解决方案715设计的主要工作及内容716理论依据82搅拌器结构方案921总体方案922参数确定923原动机型号的选择1024轴封类型103搅拌器主要零件设计计算1231蜗杆传动设计计算12311选择蜗杆传动类型12312选择材料12313确定主要参数12314按齿面接触疲劳强度进行设计12315蜗杆蜗轮的主要参数及几何尺寸1432蜗轮轴设计15321条件参数计算15322材料的选择及热处理15323初选最小轴径16324设计轴的结构并绘制草图16325计算轴上载荷1733搅拌器叶轮的设计19331搅拌器叶轮的选择19332搅拌叶轮形状与流态的关系20333搅拌叶轮循环流量的计算21334搅拌叶轮几何尺寸及层数计算234335搅拌器叶轮型式的选择24336搅拌叶轮强度设计及校核2534搅拌轴的密封26341搅拌器功率的确定264主要零件的强度校核2841蜗杆传动的强度校核28411蜗轮齿面接触疲劳强度计算28412齿根弯曲强度校核28413验算传动效率2942搅拌器轴承型号选择30421求当量动载荷P31422计算所需的径向额定动载荷值32423选择轴承型号3243键的强度校核32431键的主要尺寸确定32432键的强度校核335总结34致谢35参考文献36泥浆搅拌器设计51绪论11设计目的及意义此次毕业设计的内容是设计钻井液搅拌器，内容涉及到搅拌器关键件的结构设计和理论计算，重点解决搅拌器轴封问题等。专业知识加深理解，也将了解到固相控制技术在国内外最新发展状况和发展趋势。随着我国科学钻井的巨大进步，而钻井液固控技术已成为科学钻井中一项重要的组成部分。钻井液搅拌器是固控设备的重要组成部分，目的是清除泥浆中的固相组织，维持泥浆优良性的保证，而优良的保证能是预防钻井井下事故、防止伤害、保护产层、提高钻速、降低成本的前提。12设计背景升降式钻井液泥浆搅拌器是在现有泥浆搅拌器的基础上，通过改进发展起来的一种新型、高效的新产品，其主要用途是实现成泥浆固、液均匀的主要功能。具体办法是采用空心蜗轮轴传递扭矩。在空心蜗轮轴中设有螺杆，转动手轮和螺母使螺杆升降，带动叶轮升降，能使搅拌器的叶轮调整到需要的高度有效的避免了循环灌中沉淀物埋没叶轮；还可以通过调整叶轮的高度使搅拌器充分发挥搅拌作用。因此，研究钻井液泥浆搅拌器必须深入了解国内外搅拌器的使用性能和技术现状。12国内外研究现状分析121国外研究现状分析从80年代中期开始，美国、苏联、英国等一些西方国家建立了成熟的工艺和科研队伍，他们的固控设备性能良好、工作稳定、寿命长，已实现设备类型的标准化、系列化和专用化。国外固控设备水平以美国的BRANDT、SWACO、DERRICK等公司为代表，质量和性能处于世界首位。国外特别重视固控系统设备的优化配置和整个固控系统的效率评价，并为此开发了钻井液固相控制专家系统。122国内研究现状分析我国的钻井液固控设备及工艺的研究和具体应用工作起步较晚。在80年至80年代中期内，我国开始了钻井工业固控设备的研究与使用。针对搅拌器的研6究，经过近几年的努力，从仿真测绘阶段，发展到自己研发新结构，并研制出升降可调，径向与轴向同轴安装；机身可摇摆的多种搅拌器。但国产的固控设备在性能、寿命方面与国外固控设备有一定差距，主要是材料、加工工艺、加精度和配套的通用设备（如电动机）的质量。其中，生产搅拌器的厂家主要有沧州华沧石油机械厂、华北石油管理局第一机械厂、沧州中油固控设备有限公司、山东省淄博市博山防爆电器厂等。13技术路线综合运用现代机械设计理论与方法、钻井工程、水力学等多学科知识，采用理论分析、计算和计算机绘图相结合的方法开展泥浆搅拌器的研究工作。主要思想是将传统设计方法与现代设计方法有机结合，首先从现场调研和资料收集着手，广泛调研国内外泥浆搅拌器的相关文献资料，弄清国内外泥浆搅拌器的技术现状及下一步的发展方向；在此基础上，深入开展产品机理研究，对泥浆搅拌器的工作特性、运动规律和受力状况进行较为全面和系统的认识，为下一步的结构设计提供理论依据；通过对国内外先进泥浆搅拌器结构和性能进行比较和多个设计方案对比论证，根据现场生产需要提出技术可行、结构先进的泥浆搅拌器设计方案和技术参数；采用计算机辅助设计（CAD）方法，对主要零部件进行结构设计。最终设计出结构合理、性能优良、可靠性好的升降式泥浆搅拌器产品，以满足高速发展的现代钻井工业的需要。此次设计的总技术路线是资料调研及准备工作传动结构方案设计传动件的设计计算撰写设计说明书及论文搅拌器零件强度校核搅拌器零件设计泥浆搅拌器设计714设计可行性分析升降式泥浆搅拌器在我国石油矿场中，已开始应用，我国科学工作者在实验研究、理论研究方面作了大量的工作（特别是华北石油管理局），在这方面已取得了大量成果。本设计通过收集、查阅资料和现场调研，在现有泥浆搅拌器的研究基础上开展升降式泥浆搅拌器的设计工作是可行的。141现存的问题钻井液搅拌器是一种专用搅拌器，一般情况下不能简单地将化工、石油炼制、食品等工业中使用的搅拌器搬过来。根据现场经验，设计搅拌器应注意生产实践中搅拌器功率不足易于觉察，而搅拌器功率过大造成浪费的问题则易忽略搅拌轴的密封问题，易产生漏油现象。搅拌叶轮的选择问题。142对应的解决方案可运用BATES算图或RUSHTON算图确定搅拌器功率。采用多组V型盘根，它具有自封性能和自我补偿能力，长期不调整也不会产生漏油现象。采用开启式蜗轮式叶轮，保证搅拌的强度。15设计的主要工作及内容经过两个多月毕业设计时间，在指导老师莫丽的悉心指导下，很有成效的完成了以下设计相关工作利用网络与书籍搜集钻井液搅拌器相关资料，在认真阅读前辈的相关开创性研究资料的基础上，完成设计的开题；捡取资料中与设计主题相关性极大的外文资料文章翻译成中文，并依照原文8做了电子排版；根据相关资料完成了钻井液搅拌器结构方案设计、理论计算以及强度校核工作；在设计计算的基础上完成了搅拌器主要零件的结构设计工作，并用CAD软件绘制了搅拌器的装配图及部分零件图。16理论依据本次设计主要运用机械设计理论、理论力学、机械制图、工程力学、机械原理、化工密封技术、CAD设计等相关学科，在现有钻井液搅拌器的研究成果基础上，开展搅拌器关键件的结构设计和理论计算。设计的难点是传动轴的密封问题、搅拌器功率的确定、搅拌器叶轮循环流量的计算等。其中，设计中将参考以下文献作为设计理论依据龚伟安钻井液固控系统及设备石油工业出版社1995,04华东石油学院矿机教研室编石油钻采机械石油工业出版社1980胡国桢，石流主编化工密封技术化学工业出版社2001机械设计手册陈立德，机械设计基础，高等教育出版社（第三版）泥浆搅拌器设计92搅拌器结构方案21总体方案本次设计的钻井液搅拌器采用蜗轮传动蜗杆传动结构，蜗轮蜗杆的传动结构简单，传动比大，可靠性高，在钻井液搅拌器中最常使用。在确定好传动结构方案设计后，进行搅拌器主要零部件的设计计算，如蜗杆传动、搅拌轴、空心蜗轮、叶轮等。最后对设计好的零件进行强度校核。钻井液搅拌器蜗轮蜗杆的传动结构图如下所示图21蜗轮蜗杆皮带传动22参数确定本次设计的理论参数是根据现场搅拌器使用要求制定的。产品应达到如下性能参数输入功率75KW；输出转速72RMIN，；叶片直径820MM；额定电压380V；10传动比120；叶轮排量28MLMIN；升距离550MM；叶片数4个；倾角60；另外，试验用钻井液性能为密度128GCM，塑性粘度7MPAS，宏观粘度675MPAS，动切力605PA，静切力70PA。23原动机型号的选择选择原动机时，应综合考虑动力来源、价格、投资和维护管理费用等。根据工作条件选用YB系列隔爆型异步电动机。YB系列隔爆型电动机是YIP44系列电动机的派生产品，具有高效、节能、噪声小、运行安全可靠、安装尺寸和功率等级符合国际标准等特点。此外它采用封闭自扇冷式，增强外壳的机械强度，并保证组成外壳的各零部件之间的各接合面上具有一定的间隙参数。考虑到钻井液搅拌器的设计参数的要求，其输入功率是75KW，输出转速较低，N72R/MIN，V带传动的传动比范围为I124，蜗轮蜗杆传动比I2为20，所以电动机的转速可选范围为NNI1I272（24）2028805760R/MIN，同时综合考虑传动设计要求和价格等方面的因素，选用YB2160M12型隔爆电机作为钻井液搅拌器的动力源。其各项技术参数如下表23表23YB2160M12型隔爆电机型号YB2160M12功率因数088功率11KW噪音DB86电流216A转动惯量0205KGM转速2930R/MIN额定转矩22效率88额定电流75A24轴封类型搅拌器可靠的密封是一个重要的问题。由于搅拌器密封一起的漏油，不但大量浪费油料，而且污染了钻井液。由于搅拌轴是旋转运动的，所以其密封属于动密封。对动密封的基本要求密封要可靠；密封的结构要简单，装卸要方便；密封使用寿命要长。泥浆搅拌器设计11在实际生产中使用最普遍的动密封有两种，即填料密封和机械密封。钻井液搅拌器的轴属于低转速，低压力，较适用的仍然是填料密封，因为填料密封具有结构简单，易于维修，可靠性高等优点。密封填料的材料选择的主要依据是搅拌的搅拌轴转速、操作温度、操作压力及无聊的化学性质。机械的作用，如轴的偏转或轴向跳动对填料材料的选择也有一定的影响。总的来说，用于制造密封填料的材料必须满足以下要求应用足够的塑性，在填料压缩下能适应轴和调料函的形状而变形。所选材料能够耐设备内介质及润滑剂的浸泡和腐蚀，且不含被戒指和润滑剂所溶胀及削弱的其他物质。应具有足够的弹性，以吸收在设计上不能避免的轴的环动。不会咬住或腐蚀轴。通常用来制造密封填料的材料有纤维，金属润滑剂等，可根据具体情况来选择。搅拌器V型密封结构如下图24V型密封结构123搅拌器主要零件设计计算31蜗杆传动设计计算311选择蜗杆传动类型根据GB/T100851988的推荐，采用阿基米德柱蜗杆传动。312选择材料考虑到蜗杆传动的功率不大，速度只是中等，故蜗杆传动采用40CR；因希望效率高些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为55HRC。蜗轮采用QT300，金属模铸造，为可节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT400制造。313确定主要参数跟据蜗杆蜗轮推荐值表有，传动比I220,取蜗杆的头数Z12，则蜗轮齿数Z2I2Z122040，取Z240。表31蜗杆头数蜗轮齿数推荐值、1Z2传动比12ZI7131427284040蜗杆头数422、11蜗轮头数2Z28522854288040314按齿面接触疲劳强度进行设计根据闭式蜗杆传动的设计准则先按齿面解除疲劳强度进行设计及理论计算。传动中心距（31）32APEZKT计算蜗轮轴上的传动中心距T2蜗杆转速N272R/MIN按Z12，取082，则泥浆搅拌器设计13（32）261N059PT955955196NMM2TI1I062NP678051确定载荷系数因工作载荷稳定，故取载荷分布不均系数1K选取使用系数115；AK由于转速不高，冲击不大，可取动载荷系数11；则VK1151265AV1确定影响系数ZE因使用的QT300蜗轮与40CR蜗杆相配，故ZE160V2PAM确定接触系数先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距的比为/035，可查得291D1DZ确定需用接触力H应力循环系数N6060518HJLN220770式中N2蜗轮转速，单位为R/MIN工作寿命，单位为H5年300（天/年）8（小时/天）HL蜗轮每转一转，每个轮齿啮合的次数。J寿命系数08328HNK8710432查表得基本需用应接触力1268PAM计算许用接触力126822319HHN8PAM计算中心距17498MM3259136089621。取中心距180MM，因20，故选取M71，直径系数Q10I34087,7011DQD可查表得接触系数ERAF/671025/637查表1513得X056，Y115PW77710433501表422载荷系数PF32载荷性质举例PF无冲击或轻微冲击电机、汽轮机、通风机、水泵1012中等冲击机床、车辆、内燃机、减速器、起重机器1218强大冲击轧钢机、破碎机、钻探机、剪床1830422计算所需的径向额定动载荷值由公式48160HTLNFPC得CN5811064377423选择轴承型号查有关轴承的手册，根据D27MM，选得轴承2300轴承合适。43键的强度校核常见的轴毂连接有键连接、花键连接等。轴毂连接主要是用来实现轴的轮毂（如齿轮、带轮等）之间的轴向固定，并用来传递运动和转矩，有些还可以实现轴上零件的轴向固定或轴向移动（导向）。固定方式的选择主要是根据零件
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