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zj70 电动 驱动 钻机 绞车 设计

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塔里木大学毕业论文（设计）任务书学院机械电气化工程学院班级学生姓名金晓龙学号课题名称ZJ70电驱动钻机绞车设计起止时间2013年11月5日 2014年 5月 25日（共 14周）指导教师廖结安职称讲师课题内容设计内容：1、根据油田生产的实际需要，拟定总体方案设计； 2、设计ZJ70电驱动钻机绞车 3、在设计ZJ70电驱动钻机绞车的基础上，进行运动仿真。 4、ZJ70电驱动钻机绞车的设计，三维实体的实现。 5、说明书的编制。拟定工作进度（以周为单位）第1到2周： 熟悉题目,开始查阅资料，完成开题报告。第3到4周： 消化资料，设计方案。 第5周： 方案研究，确定具体方案，做出开题报告。第6到7周： 进行结构分析，计算。第8到9周： 进行设计结构草图。第10到11周：完成图纸，进行设计论文。第12到13周：完成设计论文，准备有关毕业答辩。第14周： 交毕业设计的各种资料，并进行答辩。主要参考文献1 张连山.我国抽油机的发展趋势J.钻采工艺，1996，19（6）.任务下达人（签字） 年 月 日任务接受人意见任务接受人签名 年 月 日注：1、此任务书由指导教师填写，任务下达人为指导教师。2、此任务书须在学生毕业实践环节开始前一周下达给学生本人。3、此任务书一式三份，一份留学院存档，一份学生本人留存，一份指导教师留存。 200KN绞车设计计算书编制： 校对：审核： 1、2、3、 主要技术参数1.1卷筒部分卷筒额定拉力（第三层，共五层） 200KN额定速度（第三层） 12m/min（50Hz）轻载速度（第三层） 24m/min（100Hz）支持负载 600KN卷筒直径长度 9701000mm卷筒容绳量 500m钢丝绳直径（GB/T8918-96） 34mm1.2电机参数型号 YVF2315S-8-H 功率 55KW转速 740r/min电制 380V /3100Hz/3P1.3 传动比 221.1651.5 机械效率 0.82.卷筒的性能计算2.1卷筒直径的确定D16d=1634=544mm (钢索直径d=34mm)根据需要取卷筒直径D=970mm2.2卷筒凸缘直径D=D+2(5+2.5)d=970+2(5+1.5)34=1412mm取D=1420mm2.3卷筒容绳量计算(以5层绳计算) 卷筒长度L=1000mm 总容绳量L=5L(D+5d)/1.05d103=51000(970+534)/1.0534103=501.3m 满足500m容绳量要求。2.4整机效率 总=132232425=0.85其中卷筒轴承副 130.95 齿轮轴III轴承副 220.98 齿轮轴(II)轴承副 320.98 齿轮轴(I)轴承副 420.98 卷筒装置效率 50.95为保险起见,选用电机时按0.8计算.2.5传动比的确定额定速度(第3层)V=12m/minD=970mm d=34mm n=740r/mini=(D+5d)n/1000v=(970+534) 740/100012=220.85实际传动比为221.165则实际额定速度V =D0n/1000 i 12m/min2.6电机功率的确定(按第3层计算)P=F3V3/60=20012/600.8=50kw 满足要求的电机型号为YVF2315S-8-H 功率55kw 转速740r/min 3.齿轮弯曲疲劳强度计算 计算公式如下： 弯曲应力：F=FtKAKVKFKFYFSY/bMn 许用弯曲应力：FP=FPYNYsrdtYrndtYx/SFmin 弯曲强度安全系数：SF=FPYNYsrdtYrndtYx/F序号名称符号单位公式或来源Z1Z21齿数Z根据使用要求16892法向模数Mnmm初算确定163分度圆螺旋角04中心距mm8405径向变位系数Xn0.5-0.56分度圆直径dmmd=zm/cos25614247齿顶圆直径dammda=d+2ha30414408传动比i5.56259齿根圆直径dfmm232136810传动扭矩TNm2049411400011节圆上圆周力FtNFt=2000T/d16011216011212齿宽bmm21020013使用系数KA表35.2-241.11.114动载系数KV式35.2-121.0151.01515轴向重合度bsin/3.14n0016端面重合度图35.2-101.51717齿向载荷分布系数KHKF1118齿间载荷分布系数KHKF1.21.219齿形系数YFs图35.2-22、234.453.9320螺旋角与重合度系数Y-式35.2-18 35.2-19Y= YY1.241.0721计算弯曲应力FN/mm2表35.2-22352.3281.922寿命系数YN图35.2-281.21.223相对齿根圆角敏感系数Ysrdt表35.2-331124表面状况系数Yrndt1125尺寸系数Yx图35.2-290.880.8825齿轮材料42CrMo40Cr27热处理调质28硬度HRB220-240200-22029弯曲疲劳强度基本值FEN/mm2图35.2-2758058030最小安全系数SFmin表35.2-321.61.631许用弯曲应力FPN/mm2表35.2-22382.8382.832安全系数SF表35.2-221.72.233计算结果FFP SFSFMIN齿根弯曲强度满足要求4.刹车装置强度校核4.1刹车装置刹车带的强度校核4.1.1制动轮的圆周力 Ft=F制D4/D制=600(970+34) /1400=430.3KN4.1.2刹车带紧边拉力F紧=Ft/（1） F松=Ft /（1）= F紧Ft 刹车带包角=305=5.32弧度,摩擦系数=0.33 F紧=520.1KN F松=89.8KN4.1.3刹车带强度校核(以紧边钢带校核)拉应力 拉=F紧/ (B2d) (危险截面为钢带打孔处)钢带宽B=160mm 厚度=16mm 钢带材料：Q345-A两排孔直径 d=8.5mm s=325N/mm2拉=520100/ (16028.5)16=227.3N/mm2制动负载时许用应力拉=0.9s =292.5N/mm2计算结果拉拉, 强度满足要求4.1.4刹车弹簧力计算：F松/F3=16 F3=5.61KN=0.561T=561kgf(其中16为杠杆比)考虑油缸活塞摩擦力及杠杆机构等的摩擦力，油缸初始力按600kgf,行程S=200mm进行制造。4.2销轴强度校核紧边拉板上销轴受力最大,则校核紧边销轴的强度。4.2.1紧边销轴的剪应力 =F紧/ (2d2/4)=163.5N/mm2 d=45mm s =360 N/mm2许用剪应力 s=0.55s =198N/mm2=0.95s=188.1N/mm2s 强度满足要求4.3紧边拉板的强度校核 紧边拉板的材料为Q345A， 宽度B=100， 厚度S=50 紧边拉板的危险截面在销孔处 屈服强度 s=325MPa 拉= F紧/S=520100/（100504550）=189.1MPa 许用应力=0.9 s =292.5MPa 计算结果拉，强度满足要求。5. 主轴的强度计算:主轴材料及性能参数 主轴材料： 40Cr热处理： 调质HB180225s=500N/mm2 -1=200Mpa b=700N/mm25.1工作负载时的强度校核5.1.1主轴的结构及载荷图见后5.1.2 大齿轮Z传递扭矩为卷筒输出扭矩T0=114000Nm5.1.3 大齿轮Z受力：圆周力：Ft=2000T0/d=160.1KN径向力：Fr= Fttan20=58.3KN 轴向力：FZ1=0Fy= FtSin 62.7FrCOS 62.7=160.1Sin 62.758.3COS 62.7=169KNFz= FtCOS 62.7FrSin 62.7=160.1COS 62.758.3Sin 62.7=21.6KN 5.1.4因卷筒左轴瓦中点D至支点RA的距离540大于右轴瓦中点E至RB支点距离490,因此钢丝绳拉力 F=200KN作用在D处将引起较大弯矩,故以此计算5.1.5垂直方向受力：根据MA=0RBY= Fy220/1920= 169220/1920=19.4KNRAY= FyRBY= 16919.4=149.6KN5.1.6垂直方向弯矩：MGY= RAY220/1000=149.6220/1000=32.9KNmMDY= RAY540/1000=149.6540/1000=80.8KNm5.1.7水平方向受力：根据MA=0 RBZ= (F540FZ220)/1920= (20054021.6220)/1920=53.8KNRAZ= FFZRBZ=20021.653.8=124.6KN5.1.8水平方向弯矩：MGZ= RAZ220/1000=124.6220/1000=27.4K NmMDZ= RAZ540/1000= 124.6540/1000=67.3K Nm5.1.9合成弯矩:MG=( MGY2+ MGZ2)0.5=( 32.92+ 27.42)0.5=42.8KNmMD=( MDY2+ MDZ2)0.5=(80.82+ 67.32)0.5=105.2KNm5.1.10.则轴的总合成弯矩图如图示由以上计算可知G和D两处为危险截面。5.1.11 G处强度校核:校核公式(根据表38.3-3):=10M2+(T)21/2/d3由于马达带动轴旋转引起转应力的脉动循环,所以取=0.7 =0.4S=200Mpa(表38.1-1 S=500Mpa) G处： d=210mm 则: =10M2+(T)21/2/d3=97.8Mpa 故该截面强度满足要求。5.1.12 D处强度校核: d=210mm 则: =10M /d3=10105.2106/2103=113.6Mpa-1故该截面强度满足要求.5.2主卷筒支持负载时轴的计算;卷筒支持负载: F支600KN刹车紧边拉板作用于轴上的力: F紧520.1KN5.2.1如图所示,刹车力经卷筒轮毂传递至轴上E点,此时,卷筒支持负载全部作用于此点时将引起轴的最大弯矩和应力,因此下面的强度计算以支持负载作用于E点,而D点不受力进行。由图知垂直方向不受力。5.2.2水平方向受力FZF支F紧600520.179.9KNRAZFZ490/192079.9490/192020.4KNRBZFZRAZ79.920.459.5KN5.2.3水平方向弯矩MZRBZ490/100059.50.4929.2KNm5.2.6合成弯矩MMY2+ MZ2 29.2KNm5.2.7由以上计算可知,E处截面为危险截面,该截面应力:10M/d31029200000/208332.4Mpa许用应力:0.9S0.9500450Mpa ,强度满足要求。6.大齿轮圆柱销的强度校核:圆柱销的剪应力:Fh=2000T/Dn=2000114000/（12856）=29.6KN=Fh/ d L（为圆柱销直径， L为圆柱销长度，n为圆柱销个数）=29600/3250=18.5MPa= 80MPa(45调质) 强度满足要求7.卷筒强度校核7.1弯曲应力：Pb=0.96Fmax(1/3D)0.5=89.3MPa7.2压缩应力：PD=0.5Fmax/ds=252.1MPaFmax:钢丝绳最大拉力600KN:卷筒壁厚35mmD: 卷筒直径970mmds:钢丝绳直径34mm7.3合成应力：P=（Pb2+PD2）=267.4MPa7.4许用应力：P=0.9s=0.9325=292.5MPaPP,强度满足要求。8.输入轴制动力矩校核: 电机输入轴扭矩:T=9550P/n=955055/741=709.8Nm 选择YWZ4400/125液压块式制动器,其制动力矩为: T制=1800Nm1.5 T=1065Nm，满足绞车使用要求。9. 联轴器的强度校核：联轴器尼龙棒的剪应力：T=9550P/n=709.8NmF=2T/D=6453N=F/ n A=0.64MPa【】=11MPa（见机械设计手册机械版P41-117）。式中的D为圆柱销所在的直径220mm；T为工作负载作用在圆柱销上的扭矩；n为圆柱