QY3型石油管道牵引机主机设计（全套含CAD图纸）
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石油
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石油管道牵引机主机设计 摘 要 石油管道牵引机研究的是在油田工地的输送油管装置的机器，就是在油田工地作业时对输油管其牵引作用的机械装置。此牵引机可以提供连续传输油管时的牵引力，它主要由主机部分、齿轮基座、减速装置、传动装置、输送装置等几部分组成。本课题是设计牵引机的主机部分。需要对输油管牵引机械进行特性分析、整体方案的拟定、动力机的选择等工作。并对输油管牵引机整体系统的各个零部件进行详细的设计计算、强度校核、和图纸设计，要包括输油管牵引机主机中主要零件，如轴、滚筒、支架、轴承座、键螺钉及螺母等 的设计校核与选用，也对牵引机的机体等进行结构设计和分析。 关键词： 牵引机，主机，输送装置 il in in s of it of of of is of of of of of to in as of 目 录 . 1 题背景及目的 . 1 . 2 要求 . 2 定的条件和要求 . 3 备的介绍 . 3 引机的分类 . 3 筒式牵引机结构 . 4 筒式牵引机主机结构方案 . 4 . 5 4. 设计计算 . 8 定滚筒的数量 . 8 用一组滚筒（两个）对滚牵引油管 . 8 筒的计算 . 9 筒接触直径的确定 . 9 筒结构确定 . 10 的设计与校核 . 10 的设计 . 10 径的校核计算 . 13 承的选用和校核 . 14 选轴承 . 14 核轴承 . 15 的选择 . 15 承端盖的设计 . 16 承座的确定 . 17 簧的选定 . 18 簧所应平衡的自重估算 . 18 簧的选用 . 20 板的确定 . 20 紧螺栓的选用 . 20 板的结构分析 . 21 架结构设计 . 21 身结构分析 . 22 轴器的选择 . 23 设计总结 . 23 致 谢 . 24 参考文献 . 25 机械制造业是国民经济最重要的支柱产业之一，是国民经济的装备部，在国民经济中发挥着十分重要的作用。据相关资料介绍，机械制造业是国民经济最重要的支柱产业之一，机械制造业提供的装备水平对国民经济各个部门的技术进步有着相当大的影响，其规模水平是衡量一个国家国民经济实力和科学技术水平的重要尺度。，在经济全球化和社会信息化 的大趋势下，只有通过推进企业的信息化建设，提高企业核心竞争力，才能带动整个机械制造行业的现代化发展。企业信息化的实质是增强企业的核心竞争力，通过实施信息化，加强技术创新和管理创新能力，使企业及其产品获得市场竞争优势。 机械制造企业信息化是指，充分利用以现代信息技术为代表的高新技术对传统产业的渗透以及信息技术与其它专业技术的融合，在机械产品全生命周期中，通过信息技术的应用、信息资源的开发、利用、集成和共享，达到企业资源的优化配置和高效运转，从而提高机械企业的经济效益和整体竞争力，改造和提升传统的机械企业。按照 这个内涵，机械企业信息化的主要内容可以概括为四个层面： 高产品自身的质量、功能层次、技术含量和高附加值。 泛采用电子信息技术、自动化技术，实现快速、高效、可靠、精密、低耗、低成本生产。 现企业资源的优化组合与综合利用，实现管理信息化。 展网络制造、虚拟制造、网络营销，形成企业之间的动态联盟，提高企业和行业的整体效益和竞争能力。 题背景及目的 在牵引机行业，牵引 机械是一种应用十分广泛的产品。为了不断增大其应用范围，常常需要将其基架系统、传动系统、间隙调整系统、牵引系统进行优化改进，从而提高系统稳定性，并改善质量及性能。考虑到现代动力机械行业的机械化程度的进一步加深，这类机械的需求量还会进一步扩大，如果能设计出一种功能更加完善的新型机械，并互不干涉，不仅能节省材料消耗，降低生产成本，还能方便加工操作，提高工 作效率。如何能更好的设计出来，占领这个制高点，就要求我们能很快地理解掌握同类产品，消化吸收，再加以综合优化，才能完成。我们应该把这次毕业设计当成我们在工作中的一次 考核，努力并且高质量的去完成它。 要求 该输油管牵引机是用于连续传送输油管时提供牵引力，由主机部分、齿轮基座、减速机等主要部分组成。本课题设计牵引机的主机部分。 定的条件和要求 该课题的设计要求是传送的油管管径为 3 英寸，油管的传输速度为 40m/牵引力为 20牵引机底座面到管中心高为 960用多滚筒对滚的方式传动。 备的介绍 随着我国综合国力和科技水平的提高，我们对能源的开发和利用也日趋扩大规模。然而我国能源储量有限并且分布不均，这就要求我们在开发利用能源的过程中努力实现对能源的高效、合理的开发。那么，我们就要使用领先技术，以及设备的自动化和科技化。经过我国几代人的努力，我国的机械设备制造水平已取得很大的提高。牵引机作为设备的一种可以反映我国的设备先进化。牵引机主要靠工件与其接触摩擦力来实现传动的。 引机的分类 根据结构可以讲牵引机分为两大类：履带式和滚筒式。 图 (1)如下： 图（ 1） 履带式牵引机主要用于小部件成批量的传送 ，滚筒式牵引机主要用于单件连续型设备的传送。本次设计的牵引机用于连续传送输油管时提供牵引力，因此选择滚筒式牵引机结构。 筒式牵引机结构 滚筒式牵引机主要由主机部分、齿轮基座、减速机等主要部分组成。它的传动示意图可表示如图（ 2）所示： 图（ 2） 筒式牵引机主机结构方案 为保证输油管传送的方向性和平稳性，牵引机主机采用多组滚筒连续牵引的机构，以三组为例，简图如图（ 3）： 图（ 3） 滚筒式牵引机主机工作原理： 该主机通过滚筒与油管之间 的静摩擦力产生牵引力，三组滚筒同步运动，每组滚筒只承担三分之一的牵引力。图（ 4）所示： 图（ 4） 图中以两侧滚筒均主动为例，油管受摩擦力 f 等于滚筒产生的牵引力 F。油管受正压力为 牵引机主机的动力输入有三种方案： 方案一：下边三个滚筒作为主动轮，上边三个滚筒随动。结构简图如图（ 5）： 图（ 5） 图（ 5）中，油管均匀，重力为 3G，分担在下侧三个滚筒上。油管受下侧每个滚筒牵引力 F 和正压力 有关要带动上侧滚 筒转动，受上侧滚筒静摩擦力 f 和正压力1 方案二：上边三个滚筒作为主动轮，下边三个滚筒随动。结构简图如图（ 6）： 图（ 6） 图示中，油管均匀，重力为 3G，分担在下侧三个滚筒上。油管受上侧每个滚筒牵引力 F 和正压力 关要带动下侧滚筒转动，受下侧滚筒静摩擦力 f 和正压力 方案三：上下六个滚筒均作为主动轮。结构简图如图（ 7）： 图（ 7） 图 (7)中，油管均匀，重力为 3G，分担在下侧三个滚筒上。油管受上侧每个滚筒牵引力 F 和正压力 下侧每个 滚筒牵引力 F 和正压力 方案一和方案二均是牵引机主机单侧滚筒提供牵引力传送油管，其动力传递部分结构简单，尤其是分速器部分。但是其主机要产生所需牵引力，在没个主动滚筒上所要承受的正压力比较大，这对滚筒的强度刚度要求也高些。 方案三中牵引机主机两侧滚筒同时提供牵引力传送输油管，虽然使传送动力的分速器结构复杂一些，但是要产生所需牵引力，分布在每个滚筒上的正压力要小得多，从而使滚筒的尺寸和强度刚度要求低一些。 因此选用方案三。滚筒的组数将在设计中确定。 4. 设计计算 定滚筒的数量 已知牵引机对油管的牵引力为 20管线速度为 40m/管直径为 3 英寸，查 17395该尺寸油管的最小壁厚 滚筒数目确定应满足牵引油管不发生塑性变形的要求。查表由钢管的许用切应力为 =205 22 2 2m i n m i d D D S ，其中 D= 即 : 222m i n D=m in 用一组滚筒（两个）对滚牵引油管 已知总牵引力 0F =20 么个滚筒的牵引力为 021 0 。滚筒的材料选用 45 号优质碳素结构钢，油管材料也是钢材，查表有钢材之间的静摩擦系数为 = 那么油管和滚筒之间的正压力为： 00 。 滚筒对油管的剪力 , 于是有： M P 可见在这种情况下油管会发生塑性变形，不满足要求。 P的具体尺寸如下图（ 8） 轴 所示： 图（ 8） 轴 轴的载荷分析图（以牵引机下侧轴为例）如下图（ 9） -（ 13）所示： E F C V 1 F N H 1F tF H 2F N V 2图（ 9） A B E F C 0 2 0 8 0 1 1 0 2 1 0图（ 10） F C H 1F H 2A B E F C 图（ 11） F C V 1F V 2A B E F C 图（ 12） A B E F C 13） 径的校核计算 查表可得 700b M P a , 500s M P a , 1 320M P a , 1 185M P a 。 由载荷分布图可知应校核 A， E， F， C 几处的强度。该轴的扭转切应力为静应力，取 。 轴的弯扭合成强度条件为 : 222214 2 W ，那么 A 处，仅有扭矩作用，由于本设计只有两根轴， 故 e 295 492 =1000000Nm ， 则 2 ， A 截面处 223 2 2b t d 得 :W=d 为轴径 100 b=28 t=8代入数据可得 1 。 E 处，有弯扭合成作用， 375000T N m m， 252800M N m m则： 222214 2 W ， E 截面处 2 30 ， d 为 E 处轴径 110 代入数据得 : 11 . 6 P a。 F 处，弯扭合成作用， 375000T N m m， 1264000M N m m，则： 222214 2 W ， F T=1000000Nm W=8314027 = 1 d=1102 30 ， d 为 E 处轴径 106 代入数据得 : 15 . 1 7 P a。 C 处，弯扭合成作用， 375000T N m m， 2654400M N m m则： 222214 2 W ， C 截面处 223 2 2b t d ， 为轴径 120b=40t=11 代入数据得 17 . 1 5 P a。 = 1 = 1 通过对危险截 面校核，该轴符合要求。 承的选用和校核 选轴承 该牵引机工作过程中产生轴向载荷很小，因此选用深沟球轴承即可。 由上文可得出轴承动作承受静载荷为 : 2F =载荷为 : 2r 。 而轴承的工作载荷 :P= 轴承预期寿命为 8000h，那么轴承的基本额定动载荷 C 为 66010 ，对于球轴承 3 ， 代入数据可得 :C= 所选轴承的额定动载荷应大于 轴头直径选定为 98过联轴器连接传动，轴上设计有定 r C=位轴肩，根据定为轴肩的设计要求，轴肩高度 a=（ 98，那么第二段轴径为 : 0 642982d 12 而轴承内径应大于 2d 。查表，选用轴承型号为 6222。 该型号轴承的相关参数如下： d=110 D=200 B=3844r , 17 。 核轴承 寿命计算 基本额定静负荷 : 0117 基本额定动负荷 : = 144承支反力 : 计算当量动载荷 : 基本额定寿命 : 6 ( )6 0 n f p 由已知牵引机会受中等冲击或中等惯性冲击 ， 计算可得 : h 63971 所以所选轴承符合要求。 397h 的选择 每个滚筒传递转矩为 :T= 10002d 0 又普通平键的连接 强度条件为32 1 0l d 。键的材料选铸铁，在轻微冲击下p的值为 50 轴端处与联轴器连接，轴径 1d 为 98表 1096 得键的截面积尺寸为 28 16 （单位 键长最小值为80L ， 0 . 5 0 . 5 1 6 8 则选择键 2 8 1 6 8 0b h L ， 52l L b m m ，则有 0528 101 0 0 02 3 ，所选键强度符 合要求。 轴中的普通平键连接轴与滚筒传递转矩 ，此处轴径为202 ，查表 1096得键的截面积尺寸为 1832 单位 键长最小值为 L=90k=18=9 则选择键 b h L=32 18 90， l=8有 01 0 0 02 M P a， 所选键强度符合要求。 p 承端盖的设计 脂润滑的轴承的轴承盖分为凸缘式和嵌入式两种。 初选凸缘式轴承盖，轴承 6222 的轴承外径为 D=200么轴承盖上螺钉直径为 3d =12钉数为 6 个。那么轴承盖的法兰外径 2D =D+5 3d =200+60=260滚轴设计中上下两轴线的间距是 样上下轴承盖就会产生干涉，不能满足安装要求。 因此选用嵌入式轴承盖，材料为 承盖的结构尺寸值根据经验值确定如下图（ 14）所示： 图（ 14） 图中， 203, 215是根据轴承型号及安装尺寸而定。 d 的值比轴承盖所在位置的轴径大 1于装卸，用毡圈密封。 承座的确定 轴承座在此要设计成非标准件，这里轴承盖使用的是嵌入式，那么轴承座应是上下二分式，用螺栓紧固，螺栓的选用参考轴承座标准件的选定方法，取螺栓直径为 本设计中轴承座有 三种尺寸形式，其中两种如下图（ 15） -（ 17）所示： 图（ 15） 图（ 16） 图（ 17） 图中轴承座内部开得 10 5 两个槽用于卡住轴承端盖，顶部的两个空是用于装配弹簧。 轴承座壁厚不 能太厚，以免发生干涉。这里取 10 簧的选定 图中弹簧的安装是，为了在牵引机非工作状态下，平衡上侧部件自重。 簧所应平衡的自重估算 1 轴承座，轴承盖及轴承 轴承座的宽是 100面积估算如下： 220 7 8 2 0 2 3 5 2 6 5 2 1 5 2 7 5 4 8 . 3 7 54A m m ，查表得灰铸铁的体积质量是 ,那么轴承座的自重约为 31 7 . 0 1 0 2 7 5 4 8 . 3 7 5 1 0 0 1 9 . 2 8m g K g 轴承盖的自重 3 2 22 7 . 0 1 0 2 1 5 1 1 6 4 0 7 . 24m g K g 查表得轴承自重约为 2 轴的自重估算 轴和滚筒的体积质量接近，都近似取为 ，则它们自重为 32 2 2 22 2 27 . 9 1 01 0 0 1 0 0 1 1 6 5 2 1 2 0 7 8 1 3 2 1 4 04 1 6 0 8 5 1 9 2 2 0 2 3 0 1 4 01 0 9 . 9 螺栓自重忽略不计。 3 故弹簧所要平衡的力为 F= 9 6 . 6 2 1 9 . 2 8 7 . 2 5 . 3 1 0 1 6 0 1 . 6 N 20 m=簧的选用 F 分由四个弹簧承载，每个弹簧受载 0 1 6 0 1 . 6 4 0 0 . 444 结合轴承座的尺寸结构，查表选的圆柱螺旋压缩弹簧尺寸如下：材料中经 d=簧中经 D=14验载荷 距 p=小套筒直径 19 d 板的确定 设计中通过上边的压紧螺栓压紧滚筒，保持一定正压力，产生足够的牵引力来输送油管。 紧螺栓的选用 螺栓与压 板的受力分析如下图（ 18）所示： 压 板 受力 ：F 2图 （ 18） 压紧螺栓对压板的力 F 竖直向上。那么压紧螺栓受压板的力向下，压板和紧固螺母对螺栓产生轴向拉应力，因此应对螺栓进行轴向拉伸应力分析校核。 牵引机正常工作时，每组滚筒正压力为 么每个压紧螺栓的轴向受载 为 栓危险截面的拉伸强度条件为 21 ,转换得 4 1 d。这里螺栓材料为 45， 则 1 300 M P a 代入数据，有 ，为使该部件结构协调，及加载卸载方便，这里将螺栓直径取大些，选 固定压板的螺栓选 板的结构分析 压板要承受压紧螺栓的压紧力，为使压板结构合理，在压板上侧设计加强筋，如下图（ 19）所示： 图 （ 19） 架结构设计 支架上边加工有螺孔 定压板，正面加工有导向槽，定位轴承座。它与机身的连接螺栓主要承受横向剪力作用，螺栓剪切强度条件为 204总共 6 个螺栓来承受剪力，牵引机的牵引力为 20生剪力。每个螺栓应承受剪力 栓直径确定有强度条件转换得 04 ，代入数据 。原则上支架上的连接机身的螺孔大于其它螺孔，故这里可以取 身结构分析 机身的安装配合面较少，因此选材 用铸件。 根据铸造要求，机身应设计处 1 到 3 度的起模斜度，内部空壳。为了保证机身强度，外壁和内部都应有加 强筋，为减轻铸件重量，节省材料，便于运送，可在铸件非加工侧设计孔洞。机座的参数关系据箱体类零件的结构要求确定。 结构如下图（ 20）所示： 图（ 20） 图（ 21） 螺栓选取应大于其它位置定 位螺栓。因此可取 体壁厚取 20板厚度取 15 轴器的选择 有牵引机主机和传动装置的的参数关系，两部分用万向联轴器和传动轴连接。轴间角的变化 5 度以内，轴孔直径为 98 经比较分析，选用十字轴万向联轴器。根据 5901用型号为 80 A 950 型的联轴器。 设计总结 刚开始，看到这个设计题目，根本不知从哪下手，对牵引机的结构根本形不成概念。后来，通过导师的讲解和指导，我对它有了一个概念性的认识，最后借助于各种机 械手册和课程设计手册开始做图、写说明书。这一学期的毕业设计过程，我颇有感触。 第一，相关资料搜索要全面。指导老师主要是引导，具体的设计论证过程得自己积极主动去做。有不懂的要及时主动联系老师，积极查阅资料，尽可能找权威性的全面性的资料。刚开始我用的是简明手册，有很多东西太简明不够完整，阻碍了设计的进程。后来找到全套的设计手册，专用设计手册，通过认真总结分析，给设计带来很大进展。 第二，要注意通力合作。我们是两人一组做的一台牵引机设备，两人之间要多交流，通过交换信息，实现了信息的最大化利用，才能设计出更合理的结 构。随着设计过程的深入，还要不断的进行讨论，这样一些在设计过程中产生的困惑都自然解开。 第三，一定要合理规划时间。因为前期时间安排不当，才导致后期才加班加点。合理安排时间，才能高效的完成毕业设计，也才能保证整个设计的质量。 最后，也是最重要的，在这次的毕业设计中，我发现自己以前学过的很多专业知识都已生疏，很庆幸这次的设计让我又重新拾起这些宝贵的知识，不断揣摩，反复咀嚼，既是对大学所学知识的一个总结，更是为自己将入社会垫下最后一块基石。 致 谢 四
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