天然气管道通径测量器机械结构设计【全套包含CAD图纸三维建模】
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包含 纸和三维建模 及说明书 ,咨询 Q 197216396 I 摘 要 本课题是针对天然气管道内径测量的问题而进行设计。油气管道运输是世界上 5 大运输方式，在国民经济中占有重要地位；然而，由于油气管道介质易燃易 爆，油气管道失效，容易导致严重的事故，严重危害当地人民的生命和财产安全，可能会对当地的生态环境造成灾难性的后果。为了确保油气管道的运输安全，科学的检查和合理维护油气管道一直是世界各国关注的焦点和难点。 本次设计的通径测量器能够对直径在 400天然气管道进行检测，该机构包括以下部分： (1) 列车式两段机身结构，可以通过一些弯道。 (2) 伞状的运动结构，通过伞状运 动结构的伸缩适应不同内径的管道。 (3) 前后分置驱动轮，可以双向运行。 根据上述计算和设计，借助 过运动仿真验证了本设计的正确性，为天然气管道检测技术提供了新的方法。 关键词： 天然气管道；伞型 结构；内径测量； 含 纸和三维建模 及说明书 ,咨询 Q 197216396 is at of of is s 5 of in to to of s be In to of of of of 00(1) (2) (3) in to by AD of by It a 含 纸和三维建模 及说明书 ,咨询 Q 197216396 录 1 绪论 . 1 2 国内外研究现状 . 4 . 4 接触式通径检测器 . 5 触式通径检测器 . 5 . 6 3 通径测量器初步设计 . 8 动方式 . 8 曳式 . 8 拖曳式 . 8 动方式选择 . 8 式行走 . 9 带行走 . 9 态调整的选择 . 9 传感器的关节进行调整 . 9 用吊篮方式进行调整 . 10 用新式吊环进行调整 . 10 适应分析 . 11 4基本方案的确定 . 12 案一的设计与分析 . 12 身的设计 . 12 . 13 . 14 . 14 节单元 . 14 动轮的设计 . 15 . 15 案二的设计与分析 . 15 身的设计 . 16 身内部传动结构设计 . 16 给螺杆与螺母的设计 . 17 篮的设计 . 17 量臂的设计 . 18 案二分析 . 18 案选择及优化 . 18 身结构 . 20 身内部传动机构的设计 . 20 给丝杠和螺母的设计 . 21 . 25 . 26 . 26 承的设计 . 27 包含 纸和三维建模 及说明书 ,咨询 Q 197216396 量臂的设计 . 27 动轮的设计 . 28 . 29 . 29 6 总结 . 31 参考文献 . 32 致 谢 . 33 包含 纸和三维建模 及说明书 ,咨询 Q 197216396 1 包含 纸和三维建模 及说明书 ,咨询 Q 197216396 2 包含 纸和三维建模 及说明书 ,咨询 Q 197216396 3 1 绪论 油气管道运输作为全球 5 大运输方式之一，在国民经济中占有重要地位 ; 但是由于油气管道输送的介质易燃易爆，油气管道一旦失效，极易引发重大的安全事故，严重危及当地人民的生命财产安全，并可能对当地生态环境等造成灾难性后果。为确保油气管道运输安全，对油气管道进行科学检测和合理维护一直是世界各国高度关注的热点和难点。 1 通过分析国内外管道事故，总结影响油气管道安全运营的主要原因有：外部干扰、腐独、管道缺 陷、自然灾害、设备误操作等。目前我国在役长输管线服役时间长，一些地区的管线甚至处于超龄服役阶段，而管道腐烛失效频率与管道的服役时间相关，据统计在 1969间，由于四川输气管道大部分处于超期服役，因腐烛造成的管道失效事故占事故总数的 此外，新疆地形地貌多样，管道建设不可避免要贯穿黄土、冻土、滑坡、泥石流、地震、沙漠、盐渍土区、采矿釆空区等地质灾害频发地段。在这些区域，恶劣的环境影响使得油气管道承受的风险多样，同时油气管道运输的距离长、输送压力高、口径运输量大等，一旦发生泄漏，其安全问题更加 复杂与严重。 管道完整性管理标准强调对可能引起管道事故的主要威胁因素进行检测、检验，并对管道进行风险评估。“主动维护，事前预控”，这就要求管道健康监测系统能对管道进行有效的监测及预警，通过及早发现威胁管道健康运营的因素，防止事故发生，减少环境破坏、人员伤亡，避免经济损失。管道完整性监测系统一般要求 (a)沿管线轴线方向能实现不间断测量；（ b)可以检测和定位地质灾害或者地层运动的早期信号；（ c)检测和定位小量泄漏，防止发展成灾难性的大泄漏；（ d)对管道承受的外部扰动敏感，能快速响应；（ e)无错误报警。 因此，通 过掌握管道的变形可以获知管道的应力应变状态，对处于危险状态的管道进行及时发现和定位，可以大大降低安全隐患，对保障管道安全运营和健康监测管理，有着重要研究意义。 2 图 1损的天然气管道 包含 纸和三维建模 及说明书 ,咨询 Q 197216396 4 2 国内外研究现状 长期以来，管道检测主要采用定期检测为主，检测方法有漏磁法、磁记忆检测法、超声波法、祸流检测法、射线检测法、应力波检测和声发射检测等，这些技术有些由于需要对振动信号、图像处理，由于噪声的存在，导致从管道上采集的信息很难反映管道的实际运行状态；同时这些方法多数基于电类传感法，极易受磁场等外 界干扰，易导致错误的报警信号；一些传感器例如应变片或者声发射装置无法在恶劣的环境下存活。此外，这些方法多为离线检测，不能对管道进行分布式、实时、在线、长期监测，检测结果难以反映管道的实际运行状态，不能对管道的大变形、泄漏和破损事故进行预警。 目前，通用的油气管道内检测可分为普通清管、测径清管器检测、通径检测器检测和智能清管器检测 4 个阶段。普通清管器和测径清管器的结构和作业工艺相对简单，发展也比较成熟。通径检测器和智能检测器技术含量较高，涉及传感、检测、计算机、信号处理与分析等多种技术的融合，其是管道内检测 最为关键的两个步骤。其中，通径检测器作为管道内检测不可或缺的装备之一，主要完成管道内径、路由等测绘工作，为漏磁检测器等智能检测器进一步检测提供安全保障。 3 早在 1929 年，针对用于提炼石油的管道长期在高温下使用后发生腐蚀、膨胀等管道缺陷问题，壳牌石油公司申请了一项有缆式通径检测器的美国专利，用于定量测量管道内径的变化自 1980 年开始，鉴于管道检测的迫切需要，以 司为首的一些公司相继开展了相关研究，并申请了大量专利。经过近百年的技术积累，国外成熟的产品先后投入现场使用， 取得了良好的效果。 总体上，通径检测器在国外经历了两个阶段的发展。 20 世纪 90 年代，通径检测器都是接触式，沿设备周向均布的检测臂一端在支撑弹簧的弹力下与管道紧密接触，另一端与积分盘相连，经过管道变形处时，检测臂以根部为中心旋转，将变形信号通过积分盘传递给数据记录舱，并通过走纸方式记录，离线分析时直接在纸上读取数据。随着直线位移传感器的出现，走纸记录的方式被取代，管道变形的信息被转换成电压信号存储。 21 世纪初，随着检测传感技术的发展，小尺寸的直线位移传感器和角位移传感器等相继投入使用，不再使用积分盘记 录，每个检测臂单独连接一个传感器，极大地提高了检测精度。随后，开始出现了集通径检测和漏磁检测为一体的非接触式通径检测器，采用大容量数据实时采集与存储技术，并通过先进的软件进行数据处理和分析，将通径检测器记录的信息在包含 纸和三维建模 及说明书 ,咨询 Q 197216396 5 计算机屏幕上直接还原成管道原样。 非接触式通径检测器与接触式通径检测器各有优缺点。由于使用涡流感应、超声波等技术，非接触式通径检测器除了可以检测管道直径外，还可以检测管道裂纹、金属损伤以及管内外缺陷，精度高，检测效果好。接触式通径检测器的检测能力和精度往往没有非接触的高，其优点是原理简单、成本低。 相对于非接触式通径检测器，接触式通径检测器的检测臂直接与管道接触，测量管道直径时，不易受管壁杂质的干扰，数据稳定可靠。 4 接触式通径检测器 鉴于非接触传感器技术的复杂和检测的不稳定性，目前，管道通径检测使用非接触式方式检测的还比较少。 司在这方面的技术比较成熟，该公司开发的通径检测器在检测器头部按周向均匀装有独立通道的非接触式几何传感器，可以测量传感器表面到管道内壁的距离变化，最后根据变化值还原管道实际情况。该产品将非接触式距离检测与电子角度检测结合，除了能检测管道直径外，还能 检测凹坑、裂纹等管道缺陷，检测精度不受蜡和鳞片的影响，检测范围达管道周向 100。 司、巴西国家石油公司和巴西里约热内卢天主教大学从 2004 年起，就开始联合研究该技术。目前正在开发的 感器可以完成管道直径、金属损伤及管内外缺陷的检测。该传感器通过将 1 个几何传感器、 4 个漏磁检测传感器和 1 个涡流传感器集成到一个探头上，从而实现多功能检测。该传感器技术的难点在于避免传感器之间的相互干扰，以及后期数 据的分离和分析。 触式通径检测器 接触式通径检测器按检测臂结构不同可以分为轮式通径检测器、杆式通径检测器和探针式通径检测器。 （ 1）轮式通径检测器 司的高精度多通道通径检测器、 司的多通道通径检测器、 司的管道通径检测器和 司的通径检测器等都属于轮式通径检测器。该类型通径检测器的检测臂上安装有可以相对转动的轮子，便于检测臂在管壁上滑动。检测臂数量根据管道尺寸的不同而改变，管道直径越大，通径检测臂越多 。这种通径检测器受轮子尺寸的制约，检测分辨率有限，无法实现管道内壁 360全覆盖测量。而且，这类通径检测器检测的准确性受轮子的干扰，长期运行后轮子上的橡胶会出现磨损，这种磨损会将检测误差传递到检测臂上。 （ 2）杆式通径检测器 包含 纸和三维建模 及说明书 ,咨询 Q 197216396 6 杆式通径检测器检测臂上没有轮子，检测臂直接或间接与管道内壁接触。例如： 司的多通道通径检测器和美国 司的通径检测器。为了避免接触过程中划伤管道或者管道内涂层，一般将检测臂头部的形状处理成光滑曲面。 美国 司的通径检 测器和美国 道服务公司的通径检测器上的检测臂则是藏在皮碗下面，避免了与管壁的直接接触。这类通径检测器在进入管道前经过了严格的校准，保证管道的变形能够准确地传递到检测臂上。美国 司的通径检测器上的检测臂也没有与管壁直接接触，而是通过在检测臂上安装橡胶垫片的方式来保护管道。 杆式通径检测器的检测精度和轮式接触式通径检测器一样，也会受到皮碗或橡胶垫片的干扰。尽管在进入管道前经过校准，但是，检测器在管道中运行之后的磨损仍然无法准确估算。 （ 3）探针式通径检测器 探针式 通径检测器相对于轮式通径检测器和杆式通径检测器来说，具有更高的检测精度和更多的检测功能。因为探针式检测臂结构精细，所以其可以完成管道内壁腐蚀坑、裂纹等管道内部缺陷的检测。这类通径检测器通过轴向布置多个检测臂安装盘，在每个安装盘上安装多个检测臂，每个盘之间错开相应的角度，可以实现周向 360全覆盖检测，具有较高的检测精度。目前， 司和巴西国家石油公司均已有成熟的产品，其中， 司新型探针式通径检测器最小可以分辨管道上 尺寸变化。 国内自 20 世 纪 80 年代开始通径检测器的研制工作。 1988 年，中国石油天然气总公司管道科学院与天津激光技术研究所合作研制出了 原油管道通径仪，并应用于现场检测。 1989 年，四川石油管道局研制并试验了输油管道测径仪， 1993 年中国石油天然气管道技术公司与北京泰能计算机工程公司共同研制并试验了 电子式管道通径检测器，这两种通径检测器都类似于上述美国 司的通径检测器，该类测径仪均为单通道，所有检测臂汇集到一个中央积分盘上，一旦遇到管道变形，这些检测臂受 压并通过中央积分盘将管道变形信息记录在记录仪上，后者比前者先进的地方在于：记录仪采用了电子式数据记录和存储，而不是采用最原始的走纸记录的方式。 5 2003 年，中油管道检测技术有限责任公司为了配合大口径西气东输管道的检测要求，针对我国西气东输工程的 1016 管道，研制了 管道通经检测器。 2009 年，周以琳对油气管道内形变检测仪进行了研制，课题组所设计的管道形变检测仪用于检测 457 的管道，通过管道变形检测轮，将变形量传包含 纸和三维建模 及说明书 ,咨询 Q 197216396 7 递给位移传感器，并转换成电信号存储在电子仪器舱中。 这两种通径 检测器类似于 司的高精度多通道通径检测器，检测臂分别配有单独的直线位移传感器，每个测径检测臂上都配有两个轮子， 管道通径检测器检测臂采集的信号被记录在记录仪的硬盘中，而周以琳设计的通径检测器检测臂所采集的数据则存放在 中。 2007 年，靳世久对油气管道通径仪电子记录系统及配套软件进行了研究，采用压缩算法优化了通径仪电子包，降低电子包功耗并优化了里程轮算法。同时，靳世久利用 文件操作以及数据库管理功能对通径仪硬件得到的二进制数据进行分析处理，可以自 动得到管道变径信息。杨理践对接触式通径检测器和非接触通径检测器都有研究。对于接触式通径检测器，申请了两项发明专利，一项是利用角位移传感器测量管道内径的变化，另一项是利用压力传感器结合片弹簧测量管道内径的变化；对于非接触通径检测器，杨理践从电涡流传感器的基本工作原理着手，重点分析了电涡流传感器的等效电路以及电涡流的形成范围，研制出了传感器并进行了模拟试验。 目前，中油管道检测技术有限责任公司、天津绿清管道科技发展有限公司等企业都开发出了可以投入现场使用的成熟产品，然而，产品的性能和数据的可靠性方面需要提升的空 间很大。 综上所述，国内外通径检测技术发展迅速，同时也存在以下问题 : （ 1）因为传感器采样频率的限制，通径检测器在管道内的速度不能太快，理想速度一般在 3 5 m/s。为了保证通径检测器在大口径、高压力管道中平稳运行，目前国内外已经研制出清管器调速系统。然而，如何能够保证经过调速的通径检测器在管道的上升、下降段运行更加平稳的动力学问题需要进一步研究。 （ 2）通径检测器的检测精度和可靠性是关系到通径检测器性能的最重要指标，如何提高通径检测器的精度和可靠性，避免不必要的开挖，保证完整、有效地收集管道的缺陷数据， 还有待进一步研究。 （ 3）通径检测器技术最为重要的就是数据的处理与分析，如何将正确采集的数据有效还原成管道实际状况，保证对数据的充分利用和合理分析，利用快速有效的算法结合丰富的现场经验对最终的管道数据后期处理有着重要的作用。 针对上述问题，本文拟设计一种通径测量器，具体参数如下： （ 1） 能够满足 400 （ 2） 检测速度为 3s。 （ 3） 能够进行双向运动。 （ 4） 实时反馈管道内的情况。 包含 纸和三维建模 及说明书 ,咨询 Q 197216396 8 3 通径测量器初步设计 根据第二章分析的问题，本次设计目标为： （ 1） 因天然气管道有不同内径，所设计的通径测量器应满足大部 分的内径需要，测量口径为 4001000 （ 2） 因天然气管道长度较长，测量器的检测速度 35m/s。 （ 3） 能够进行双向运动。 （ 4） 能够实时反馈管道内的实际情况。 动方式 曳式 该方法在测量器后方装安全绳， 这将增大测量器的附着力，对测量器的负载力和摩擦轮提出了更高的要求，特别是伴随测量器的不断前景，安全绳将成为测量器测量时的阻碍。绳子的长度是测量器的深度。其优点和缺点如下： 缺点：增加附着力，使测量器负载增加，长距离运行时较为困难。 优点：测量器本身的初始负载小（不需要携带电源等），及时、清晰的信息反馈有利于后期观察 ,也有利于在线监测。在观察结束时 ,仪器使用安全绳取出。 拖曳式 该方法不需要跟随安全绳，它具有存储功能，其优点和缺点如下： 缺点：测量器本身负载增加，需要设计一个方法取出测量器。 优点 :测量器质量固定不变 ,有利于测量器的工作。本实用新型的优点是管道内行驶方便，尤其是测量弯道时，牵引力的拖动会使测量器驱动轮滑动，难以通过。根据要求，虽然非拖动有其自身的优点，但测量器在管道中出现问题而不能移动，需要耗费大量的精力取出测量器。 动方式选择 由于本次设计的要求，现有两种方案选择如图 3 图 3轮驱动与履带驱动 包含 纸和三维建模 及说明书 ,咨询 Q 197216396 9 式行走 设计简单，成本低。但遇到阻碍时较难通过，当障碍物体积过大或高度过高时无法通过 。 如图 3 图 3式越障 带行走 地形适应性强，但设计结构复杂，制造花费也会增加。（一个支点至少需要4个轮子） 6。 根据本次设计要求，在天然气管道中运行，不考虑台阶障碍的问题，应采用简单的制造工艺，降低成本，不影响设计功能，低成本设计。 本设计采用轮式运行。 态调整的选择 结合本次设计要求，以及可行性，设计了三套方案： 传感器的关节进行调整 当管道运行时，测量器将漂移到原来的轨道上。该设计是通过改变车 轮（轨道）的角度来修正（增加关节）。 其原理如下：通过电磁铁吸引绕簧，从而控制测量器的运行轨迹。关节单元装配图如图 3 图 3节调节 通过关节调整可实现如图 3 包含 纸和三维建模 及说明书 ,咨询 Q 197216396 10 图 3节调节的实现 用吊篮方式进行调整 在测量仪器上安装吊篮和摄像装置。当测量器偏差，因为吊篮与底座铰接，保留一个自由度，不会收到测量器的偏移而偏移，在任何时候都是垂直于地面。在倾斜是的自动 调整如图 3过吊篮调整，摄像装置始终平行于水平面。 图 3篮式的实现 用新式吊环进行调整 根据吊篮的原理，结合鲁班的榫卯结构，可采用 2偏心环调节重力。其原理如下图 7。小直径 150径 250环和小环切，旋转和不旋转带动大环和环将由于重力总是与地面平行。在大环上安装照明装置和信号采集装置，保持其与地面平行。根据这个想法，可以进行三维建模，吊环分装图如图 3配图如图 3 包含 纸和三维建模 及说明书 ,咨询 Q 197216396 11 本次设计选用新式吊环作为姿态调整的机构。 适应分析 测量器在管道中运行时，遇到管道的变化，能够自行适应管道的变化。在遇到较大的管道变化时，例如一些突然的大小径变化，在支撑臂上增加变长杆来适应，对于小范围内径变化，例如焊缝的波动，或者管道在遇到地震等天然灾害导致内径小范围变化时，则采用内置弹簧的形式来适应管道变化。 图 3环原理图 图 3环分装图 图 3环装配图 包含 纸和三维建模 及说明书 ,咨询 Q 197216396 12 4 基本方案的确定 初步确定了钢丝绳的拖放使用，但姿态调整和调整有 3种不同的选择方案，因此对总体方案的设计进行了 3个进一步的分析。 方案一：关节调整，变长杆和弹簧。 方案二：吊篮调整，伸缩结构和伞状结构。 方案三：新型的榫卯 篮调整，采用伸缩臂和伞状运动结构。 案一的设计与分析 图 4案一的三维效果图 方案一采用多孔状机身以减少测量器的载荷，前后分置两组伞状驱动机构，测量臂末端内置弹簧以适应细小的管道内径变化。 身的设计 机身采用多孔状，有效减少机身的重量，方便测量器的运行，提高运行速度，可装载各种探测设备等，如图 4 图 4孔状机身 包含 纸和三维建模 及说明书 ,咨询 Q 197216396 13 它由 9部分组成 0000000000，两个关节采用螺纹连接，测量臂机构由螺栓、凹形块、弹簧、连接块、变长杆组成，装配时各零件的位置如下图。 图 4量臂的爆炸图 图 4量臂装配图 包含 纸和三维建模 及说明书 ,咨询 Q 197216396 14 膨胀单元依赖于弹簧的弹性变形，以适应小范围的管径变化和障碍物。其三维图如图 4 为杆长 度可人工更换（生长或缩短），适应管径变化范围广。其三维图形如图 4 节单元 关节装有电磁铁，采用螺母和弹簧固定。三维图的每一部分如图 4 测量器姿态调整采用关节单元。其原理是通过倾斜传感器监视车轮。当测量器偏离原来的轨道时，倾斜传感器发出一个电信号，并且在 7或 9上的电磁铁通电将车轮拉到左或右以纠正测量器，以便纠正仪器。校正后 ,倾斜传感器发出信图 4缩单元三维图 图 4长杆 包含 纸和三维建模 及说明书 ,咨询 Q 197216396 15 号使电磁铁断开 ,使部件在弹簧作用下复位。 图 4节单元零件图 测量器正常前进时， 7、 9分别用 于测量器的左、右校正。 动轮的设计 驱动轮由 5部分组成，如图 4 4动轮 电机箱配有步进电机以驱动轮子。 本实用新型结构，结构简单 ，在 管道内径变化不大 、 弯道较少时基本能满足设计要求。 缺点 :该测量器在检测时，由于机身是长方体 ,在管路中会出现堵塞现象时，在通过一些复杂管道时会出现驱动轮悬空的情况。 案二的设计与分析 根据方案一的优缺点进行改进，现设计出方案 二 ， 如图 4序由 3部分组成： 1机体、 2测量臂、 3驱动轮。 包含 纸和三维建模 及说明书 ,咨询 Q 197216396 16 4案二的三维图 身的设计 机身被设计成圆柱体，方便在管道内运行。圆柱体的机身在运动时不易堵塞。如图 4 4身三维图 身内部传动结构设计 机身内完成测量臂的驱动，以及安装的吊篮。如图 4 包含 纸和三维建模 及说明书 ,咨询 Q 197216396 17 图 4身内部三维图 给螺杆与螺母的设计 测量装置为进给丝杠由电机驱动旋转。使螺母水平移动，螺母是用来控制测量臂的扩张，使测量臂的自适应扩展，如图 4 图 4杠螺母运动简图 篮的设计 吊蓝的活动接头采取圆柱销，间隙配合，以保证吊篮可以左右移动。它的结构如图 44示。 其工作原理为，在重力的作用下。吊篮通过活动关节始终保持与地面的水平。活动关节由一活动销联结。吊篮通过螺母固定在机身上 。 包含 纸和三维建模 及说明书 ,咨询 Q 197216396 18 图 4意图 图 4构图 量臂的设计 测量臂的三维造型如图 4 4量臂三维图 该测量臂是自适应调整关节 1， 2 和 3。连杆与推板。连杆与接头 3 铰接。为了满足 1000最大直径管道的测量，关节 1 为 190节 2 为 140节 3为 90 案二分析 本实用新型的优点：适应管道内径的能力更强，并可以在管道内转动。 缺点：测量器车体整体较长，转弯困难。 案选择及优化 结合方案 1方案 2的优缺点，得到最终方案，如图 4 包含 纸和三维建模 及说明书 ,咨询 Q 197216396 19 图 4终方案的三维图 最终方案结合了方案 1与方案 2的优点，采用圆 柱形两段式车身结构，方便测量器在管道内运动。 包含 纸和三维建模 及说明书 ,咨询 Q 197216396 20 5 详细设计 身结构 为了测量器的转弯方便，我们可以从列车段结构设计学，车体由两个探测器，减少机身长度，有利于顺利通过弯道，为了减轻重量，材料选用铝合金。 测量仪器的最小测量直径 400大测量直径为 1000量仪器的内直径为 150径 200最小壁厚为 10后机身三维图 5 5 图 5量器前部 图 5 身内部传动机构的设计 机身内部传动机构由螺母、丝杠（螺杆）组成。其中螺杆使用联轴器与电机轴连接，螺母的三个接口用来连接测量臂，通过电机控制螺杆的转动来调节螺母的位置，以控制测量臂的张合，完成管道内径的检测。机身内部传动机构的原理图如图 5 包含 纸和三维建模 及说明书 ,咨询 Q 197216396 21 图 5杠螺母装配图 给丝杠和螺母的设计 为了使测量臂伸缩，采用螺旋传动，该类型是采用螺杆（丝杠）和螺母组成的螺旋副来实现传动要求，它 主要用于将回转运动转变为直线运动，同时传递运动和动力。在测量器中其工作原理为：进给螺杆在电动机的驱动下，进行回转运动。从而使螺母进行水平移动。螺母用来推动测量臂的张合，使测量器进行自适应张合。 估计螺杆轴的最小直径，初始设置螺杆转速 30r/30 11238930= （ 5 上式中，可根据主电机 P = 89w 取 n = 30r/求取轴向力 由螺旋副材料中钢对钢的摩擦系数 0 0 s ，取中间值 当量摩擦角 （ 5 0 . 1 5 a r c t a n a r c t a n 8 . 830c o s c o s 包含 纸和三维建模 及说明书 ,咨询 Q 197216396 22 则 4 0 0 0 t a n 8 . 8 6 2 0F N N 轴在此按最大值计算，取 620螺纹工作面上的耐磨性条件为 （ 5 上式可作为校核 计算用。将 / 代入上式整理后得 （ 5 取 则 （ 5 由上式及国家标准则选取螺纹为公称直径 0毫米， 米。 H=26=39mm c 旋合圈数 （ 5 39 5 7Z m m故旋合圈数合理 0 . 5 0 . 5 7 3 . 5h p m m (5（ 5 22F F F d h u d h H 2 2 0 d P 10P 26200 . 8 4 . 51 . 5 1 0d m m m m 212 2h z包含 纸和三维建模 及说明书 ,咨询 Q 197216396 23 620 0 . 3 6 6 1 1 02 6 3 . 5 6 . 4 2P M P a M P a 自锁的条件为2a r c t a n ( / ) ，对螺纹 7L P ，当量摩擦角 为 。 则： 007a r c t a n 5 . 3 0 6 8 . 826 自锁条件满足。 校核螺纹强度： 21143 ( ) (5214 1 23d 中： F 螺杆所受的轴向压力（或拉力），单位为 N； 1d 螺杆螺纹小径，单位为 T 螺杆所受的扭矩； 螺杆材料的许用应力，单位为 则： 221 4 2 8 3 2 8 . 76 2 0 3 ( ) 2 0 . 6 0 3 54 1 5 . 2 6 5 2 3 P a 小于或等于 80纹强度满足使用条件。 (1)螺纹牙宽度 0 . 6 5 0 . 6 5 7 4 . 5 5d p m m (2)螺杆的强度校核 螺纹牙多发生剪切和挤压破坏，一般螺母的材料强度低于螺杆，故只需校核螺母螺 纹牙的强度。 7 如果将一圈螺纹沿螺母的螺纹大径 D（单位为 展开，则可看作宽度为D 的悬臂梁。假设螺母每圈螺纹所承受的平均压力为 并作用在以螺纹中径2D （单位为 直径的圆周上，则螺纹牙危险截面 a (5 FD 包含 纸和三维建模 及说明书 ,咨询 Q 197216396 24 危险截面弯曲强度 (5式中： 位毫米。 l 弯曲力臂， 单位为 螺母材料的许用切应力 b 螺母材料的许用弯曲应力 1620 0 . 3 4 3 0 5 4 82 3 4 . 5 5 5 . 5F M P a M P a M P ad b z (5其中查 机械设计 并计算得 =482216 6 6 2 0 3 . 5 1 . 5 8 3 2 3 4 . 5 5 5 . 5 P ad b z (5经计算知 b=80 (3)丝杠、螺母的强度校核 1620 0 . 2 6 3 3 0 4 . 5 5 5 . 5F M P a M P ad b z (5其中 查机械设计表 15 48 。 216 6 6 2 0 3 . 5 2 5 . 1 3 0 2 3 0 4 . 5 5 5 . 5 P ad b z (5其中 b查机械设计知 b=80丝杠、螺母强度满足。 综上计算所的螺杆工程图如图 5母工程图如图 5 26b u包含 纸和三维建模
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