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ZP275 石油 钻机 转盘 设计 CAD

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ZP275石油钻机转盘设计含3张CAD图.zip,ZP275,石油,钻机,转盘,设计,CAD

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任务书 系 XXX 专业 XXX 班级 XXXX 学号XXXX 学生姓名 XXXX 指导教师/职称 XXX1. 毕业设计题目：ZP275转盘设计2. 毕业设计起止时间：20XX年11月5日20XX年6月1日3. 毕业设计所需资料及原始数据1 闻邦椿：机械设计手册（第五版）机械工业出版社；2010.012 刘会英等：机械基础综合课程设计机械工业出版社.2007.013 金大鹰机械制图（第二版）机械工业出版社.2006.124 陈铁鸣机械设计（修订版）哈尔滨工业大学出版社.2003.08原始数据：（1） 最大静负荷：4450kN （2） 中心孔直径：27.5”（698.5mm）（3） 最大转速：300pm（4） 转速比：3.684毕业设计应完成的主要内容（1）设计转盘总成图纸和部分关键零件图纸（2）主要零件的材料选用（3）轴承的选型（4）齿轮副的几何计算和强度校核计算任务书下达日期 年 月 日 指导教师（签字） ZP275转盘设计开题报告一、题目来源本题目来源于生产实践，且在石油开采过程广泛应用。2、 阅读的主要文献1 闻邦椿：机械设计手册（第五版）机械工业出版社；2010.012 刘会英等：机械基础综合课程设计机械工业出版社.2007.013 金大鹰机械制图（第二版）机械工业出版社.2006.124 陈铁鸣机械设计（修订版）哈尔滨工业大学出版社.2003.08 二、研究（设计）的目的和意义在如今的中国大陆上，有很多的陆地油田依然是用的转盘钻机，这种钻机方便钻直井，他的驱动系统可以配备很多不一样的，驱动力对转盘的影响是非常小的，这种钻机操作起来也比较方便，维修起来也比较简单，成本也较低等，所以研究其实具有很大的意义的。这几年，新的技术的发展也促使着转盘的发展，套管钻井的技术、液压转盘的技术，转盘与单弯螺杆联合钻进的技术等新技术发展的比较迅猛，而转盘作为这些发展的基础部件，也为新技术的发展起到了一定的用处，无论是哪一方面钻井技术的发展始终都不能离开转盘的发展，所以我对转盘进行了一定的设计和研究，使其符合新技术发展的要求三、阅读的主要文献1 闻邦椿：机械设计手册（第五版）机械工业出版社；2010.012 刘会英等：机械基础综合课程设计机械工业出版社.2007.013 金大鹰机械制图（第二版）机械工业出版社.2006.124 陈铁鸣机械设计（修订版）哈尔滨工业大学出版社.2003.08四、国内外现状和发展趋势III 这几年，国外的转盘发展是比较快的，出现了很多形式的转盘和很多形式的驱动转盘，并在如今的钻井技术上，起到了很大的作业。1、美国NSCO公司如今转盘的发展状况。NSCO公司如今有5种规格的单快速转盘使他们生产的，载荷：2500-8000KN，主轴承球直径：63.5-76.2mm，开口直径：444.5-1257.3mm，齿轮速比：3.14-3.93，他们的转盘特点有以下几点：快速轴安装处是焊接结构，壳体的基体为铸钢件，对铸造性能合铸造质量有不错的提升，但其加入了焊接工艺。其齿轮用的是斜齿锥轮，齿轮的传动稍平缓，齿轮传动而产生出的径向力，轴向力较小，可以始其轴承的寿命得到延长。防跳的轴承与其主轴承是才用了一体式的组合结构，可以使其有效高度得到缩短，可以保证轴承的间隙和齿轮的较好啮合的功能。这种方案使转盘的结构得到了简化，零件不多，使其成本也得到了降低。将转盘的制动硝放置在转盘的上面，然后制动转台，是平稳可靠的，其就是可以不通过齿轮的制动，使齿轮受不到冲击，可以使齿轮的寿命得到提高。防跳轴承和其主轴承都是采用的齿轮飞溅润滑，快速轴的油池与齿轮的油池互通，这样的润滑比较结实而且可靠。密封装置：其转台使用了两道迷宫让其密封，下部分使用一道挡板和迷宫来密封，快速轴使用了橡胶密封圈来密封，可以有效的防止泥浆渗进油池，同时也可以有效的防止润滑油外渗。2、挪威MH公司的转盘发展状况，其制造的液压驱动单快速轴转盘，他的特点是由四个液压马达分别通过两级圆柱齿轮驱动转台进行旋转并没有稍大的锥齿轮传动。其转台上面，专门安装的锁紧装置，可以有效的防止其自有转动。其转盘的开口直径有1257和953mm这两个规格，其齿轮速比是5.89，最大扭曲是42000N*m。转速是125r/min，最大的转速是250r/min，在最大的转速的时候，扭矩是21500N*m，其重量是14t。挪威MH公司所生产的转盘大部分用于水平井和定向井。3、加拿大DRECO公司的转盘发展状况：其产出的双快速轴转盘，与同样类型的转盘相比，其传动扭矩有百分之77的增加，普遍用于从式井，定向井，水平井。也用于较深或抄超深的井还有沙漠海洋那些地区的钻井，其有比较出众的钻井性能和有稍好的钻井技术。其具有的结构特点如下：主轴承和防跳轴承是分体式结构，所有的齿轮和轴承都是用的飞溅式润滑系统。其转盘具有三刀迷宫密封的结构，转盘下部分具有两道迷宫密封，其两个快速轴之间是相隔一百八十度装置的，两侧驱动。为了III 让转盘拥有不高的工作转速，除了大小两个齿轮减速之后，在其快速轴那里有添加了一级圆柱齿轮减速传动副。4、国内的转盘发展状况。国内的转盘技术在八零年代就已经基本定型，九零年代其转盘的发展都没有很大的变化。最近的几年内，一些企业结合实际的操作对转盘进行了更新，效果明显。宝鸡石油机械公司是国内钻机主要零部件生产的主要公司。最近几年，为了满足市场的需求，对钻机的主要零部件进行了技术上的提升和质量的提升，宝鸡石油机械公司很多拥着着新技术的转盘产品。到现在为止，转盘的产品已经逐渐形成了系列化，其公司在国内如今成了转盘产品多样化，规格最全面的公司。而且其公司的转盘已经出口了多个国家，在许多国家内，都颇有名誉。其就近两年，就实现了产值几千万，在国内钻机转盘的装备开发和配套这方面都起到了举足轻重的作用。宝石厂在一万两千米超级深井的研制成功中，研制的大扭矩，载荷，通经的ZP495转盘是国内首创。而且，这种转盘也完全满足了超深井的钻井要求，对国内的大通径转盘的发展起到了极为关键的作用。5、在钻机转盘的发展生产中，除了宝石厂等大型企业外，这几年民营企业也发展迅猛。这对我们国内来说，是一件非常良好的事情，转盘的技术提升，质量提升，无疑都能使钻机的效率和功能得到提升。五、主要研究（设计）内容、关键问题及解决思路1 主要研究内容（1）设计转盘总成图纸和部分关键零件图纸（2）主要零件的材料选用（3）轴承的选型（4）齿轮副的几何计算和强度校核计算2 关键问题1、重要参数的选择与计算；2、总成图纸的设计；3、齿轮副的几何计算和强度校核计算1 4、最佳方案的确定3 解决思路1、选择轴的材料，2、确定各轴段的直径与长度3、校核计算4,、运用AutoCAD绘制转盘和轴以及装配图5、在指导老师的帮助下完成 六、完成毕业设计（论文）所必须具备的工作条件所必须具备的工作环境：1、熟悉油气田钻机和转盘的工作原理和应用2、对机械原理和机械设计充分理解3、熟练的运用CAD等绘图软件4、指导老师的辛勤帮七、工作的主要阶段、进度与时间安排1、通过查阅资料以及网上文献，完成开题报告。2、确定设计方案，同时进行前期的参数的计算。3、与老师交流更正前期设计中出现的错误，并对轴等零件进行设计。4、绘制零件图、总成图。5、撰写论文，完成论文初稿，并与老师讨论进行改正。6、完成毕业设计，做好答辩的准备。八、指导老师审查意见4 指导教师 XXX ZP275转盘设计 班级 XXXX学生 XXX学号 XXX XXXX 选题背景在如今的中国大陆上 有很多的陆地油田依然是用的转盘钻机 这种钻机方便钻直井 他可以配备很多不一样的驱动系统 驱动力对转盘的影响是非常小的 这种钻机操作起来也比较方便 维修起来也比较简单 成本也较低 所以对其研究具有很大的意义的 研究目的这几年 新的技术的发展也促使着转盘的发展 套管钻井的技术 液压转盘的技术 转盘与单弯螺杆联合钻井的技术等新技术发展的比较迅猛 而转盘作为这些发展的基础部件 也为新技术的发展起到了一定的作用 无论是哪一方面钻井技术的发展始终都不能离开转盘的发展 所以我对转盘进行了一定的设计和研究 使其符合新技术发展的要求 选题背景及研究目的 转盘的简述及设计内容 简述转盘实际上是一个大功率的一级圆锥齿轮减速器 把发动机的功率通过方瓦传递给方钻杆 钻铤和钻头 驱动钻头旋转 钻出井眼 是旋转钻机的关键设备 也是钻机的三大工作机之一 在钻井过程中转盘主要工作是转动井中钻具 传递足够大的扭矩和必要的转速 设计内容主要对ZP275转盘的基本结构 详细尺寸进行了设计 通过转盘的基础参数 对一些主要的零件进行了计算 强度校核和材料选用 然后对ZP275转盘的安装使用及其调整进行了详细的介绍 对密封润滑 运输方面提出了建议 最后确定ZP275转盘的整体结构 结构设计 ZP275转盘主要由底座 转盘体 上 下轴承 大齿轮 小齿轮 小齿轮轴 制动装置 内外补芯 上盖等零件组成 1 底座是转盘的壳体 采用铸钢结构 由铸钢件和板材焊接而成 2 转盘体是一旋转体 大齿轮套在转盘体上 通过螺栓连接固定 转盘体装在上 下轴承内圈上 通过其外圈支承在底座上 转盘体上部方孔用于配装方补芯 3 转盘体上部加工有迷宫槽 装备后与底座的迷宫槽组成两面三刀道密封迷宫 防止泥浆进入油池或池内油溢出 转盘体下部通过螺栓连接下轴承端盖及挡板 防止泥浆从下部窜入油池 4 底上 下轴承均采用推力向心球轴承 在转盘的底座上装有限位手柄 用于转盘体顺时针或逆时针方向制动 主要零部件的材料选用 小锥齿轮材料20CrMnMo 渗碳淬火 20CrMnMo是一种合金结构钢 高强度级的渗碳钢 强度高 塑性 韧性及淬透稍低 淬透性及力学性能稍高 淬火低温回火后具有良好的综合力学性能和低温冲击韧度 常用于制造高硬度 高强度 高韧性的较大重要渗透件 大椎齿轮和轴承的材料42CrMo 调制处理 42CrMo属于金属材料 42CrMo钢属于超高强度 具有高强度和韧性 淬透性也较好 无明显的回火脆性 调质处理后有较高的疲劳极限和抗多次冲击能力 低温冲击韧性良好 常用于制造要求一定强度和韧性的大 中型塑料模具 密封转盘长期封存时 应置于干燥通风处 防止生锈 使用过的转盘应将油池内的润滑油及沉淀物清理干净 在轴承 齿轮及各加工表面涂上防锈油后 方可封存 润滑锥齿轮副和所有轴承均采用飞溅润滑 润滑油每二个月更换一次 换油时应将油池内进行彻底清洗 然后注入N150型极压工业齿轮油 锁紧装置销轴的润滑 每周润滑一次 采用2号锂基润滑脂 整体采用润滑方式在多处装有O型圈 油封来防止油溢出 密封润滑 全文总结 毕业设计是对我们本科毕业生知识和能力的一次综合的考核 也是对我们进行学术研究的训练 培养我们综合运用各科知识并分析解决所遇到的问题的能力 毕业设计的内容涵盖了整个大学的知识 也让我对在四年中所学到的知识有了大致的回顾 在这同时也提升了我对知识的综合运用能力 提高了运用OFFICE办公软件和AUTOCAD制图软件的能力 为我以后的工作有很大的帮助 本次设计能够顺利完成 首先感谢我的指导老师XX老师和XX老师 在XX老师和XX老师的指导下 我顺利理清了设计思路 为之后设计的顺利进行打下了基础 在检查中他仔细认真严谨的治学态度深深影响了我 在设计中遇到问题的时候 李老师和孙老师总是能及时的帮助我发现问题 解决问题 其次感谢我院所有帮助过我的老师和同学们 他们给予了我极大的帮助和鼓励 最后感谢我室友和同学的帮助 他们在忙碌之余给我提供了很多的实用资料 让我在毕业设计中少走了不少弯路 致谢 ZP275转盘设计摘要 转盘是石油钻机的提升设备之一，在钻井作业中，主要用于旋转钻杆柱，在起下钻和下套管时，支撑井下的钻柱（或套管柱）重量。转盘可用于链条传动，也可用于万向轴传动。本文对ZP275转盘的基本结构，详细尺寸进行了设计，ZP275转盘主要由转台装置、铸焊底座、输入轴总成、锁紧装置、主补心装置、上盖等零部件组成。本文介绍了ZP275转盘设计理论与计算方法，通过转盘的基础参数，对一些主要的零件进行了计算，强度分析和材料的选用。主要包括，齿轮副的计算和强度校核，轴承的选用与计算，强度校核，轴的结构设计，联接件的强度校核。用SolidWorks和CAD绘制了总装配图，轴承图和齿轮图。然后对ZP275转盘的安装使用及其调整进行了详细的介绍，对密封润滑、运输方面提出了建议，最后确定ZP275转盘的整体结构。关键词 转盘 密封 润滑 强度校核 轴承Design of ZP275 TurntableAbstract Rotary disc is one of string, which supports the weight of downhole drill string (or casing string) when drilling and casing are lifted. The turntable can be used for chain drive and universal shaft drive.In this paper, the basic structure and detailed size of ZP275 turntable are designed. ZP275 turntable is mainly composed of turntable device, casting and welding base, input shaft assembly, locking device, main filling device, upper cover and other parts.This paper introduces the design theory and calculation method of ZP275 turntable. Through the basic parameters of the turntable, some main parts are calculated, strength analysis and material selection. It mainly includes calculation and strength check of gear pair, selection and calculation of bearing, strength check, structural design of shaft and strength check of connecting parts. The assembly drawing, bearing drawing and gear drawing are drawn with SolidWorks and CAD. Then the installation, use and adjustment of ZP275 turntable are introduced in detail. Suggestions on sealing, lubrication and transportation are put forward. Finally, the overall structure of ZP275 turntable is determined.Keywords turntable Seal up lubrication Strength check Bearing 目录1 绪论11.1 石油转机转盘简述11.2 国内外现状和发展趋势21.3 研究（设计）的目的和意义32 ZP275转盘的设计和计算52.1 转盘设计计算的主要内容62.2 转盘的主要参数62.3 传动件大小齿轮的设计和强度校核62.4 输出轴设计和强度校核122.5 转盘体的设计及校核132.6 链接件强度校核142.7 轴承的选用143 ZP275转盘的安装与调整193.1 转盘组装与调整193.2 锥齿轮副齿侧间隙的调整203.3 下轴承轴向间隙的调整203.4 使用前的准备与检查204 ZP275转盘的密封润滑和维护保养214.1 结构设计214.2 主要零件的材料选型214.3 维护保养214.4 润滑214.5 密封，运输，保管214.6 结构明细表225 总结24参考文献25致 谢26III1 绪论1.1 石油钻机转盘简介1.1.1石油钻机转盘概述转盘基本上是一个高功率的第一级锥齿轮减速器，通过方瓦将发动机的动力传递给方钻杆，钻杆，钻挺和钻头，以驱动钻头旋转可钻孔井眼。转盘是旋挖式钻机的主要设备，同时也是钻机最重要的三大工作机的其中一个。在钻孔途中，转盘主要执行的是以下任务：在井中旋转钻头以传递足够的扭矩和必要的速度。在钻井图中，转盘被驱动旋转，同时允许钻柱连续地通过井，并确保其具有足够的扭矩和必要的速度。当套管钻孔或起下钻孔时，井中所有套管柱或钻柱的重量得到支撑，并且在事故期间完成辅助工作。转盘工作时候的环境是非常糟糕。在每台工作机器中，转盘工作时候的环境最不干净，泥浆飞溅，油和水受到污染，井中钻柱的跳跃首先直接传递到转盘，产生的冲击是很严重的。常用的转盘以结构形式可分为船型底座转盘和法兰底座转盘两种形式。以动力方式分有轴传动和链条传动两种形式。目前深井施工经常使用轮式修井机、自背式伸缩井架和钻台，钻台上配有专用轴传动转盘。1.1.2使用顶驱时转盘的作用 由于顶部驱动系统已广泛应用于石油钻探行业，因此转盘在钻井条件下的功能已由顶部驱动器取代，转盘不再具有驱动钻头旋转的功能。 然而，除了钻孔以外的条件，转盘仍然起着至关重要的作用，例如在下套管时悬挂管柱，以及支撑井中所有套管柱的重量，和其他辅助工作。 1.1.3石油钻机转盘的用途 (1)旋转钻井中的钻头以提供足够的扭矩和必要的速度。 (2)在涡轮钻井期间承担了钻柱上的反作用力矩。 (3)在下套管时悬挂管柱。承托了井中所有套管柱的重量。 (4)卸钻头、卸扣、倒扣、造扣等辅助工作。1.1.4石油钻机转盘的技术参数 型号： ZP275转盘 通孔直径： 698.5mm最大静负荷： 4450KN最大工作扭矩： 27.5KN.m最大转速： 300r/min速比: 1:3.68外形尺寸： 23801680685（mm）重量： 6930Kg1.2 国内外现状和发展趋势这几年，国外的转盘发展是比较快的，出现了很多形式的转盘和很多形式的驱动转盘，并在如今的钻井技术上，起到了很大的作业。1、美国NSCO公司如今转盘的发展状况。NSCO公司如今有5种规格的单快速转盘使他们生产的，载荷：2500-8000KN，主轴承球直径：63.5-76.2mm，开口直径：444.5-1257.3mm，齿轮速比：3.14-3.93，他们的转盘特点有以下几点：快速轴安装处是焊接结构，壳体的基体为铸钢件，对铸造性能合铸造质量有不错的提升，但其加入了焊接工艺。其齿轮用的是斜齿锥轮，齿轮的传动稍平缓，齿轮传动而产生出的径向力，轴向力较小，可以始其轴承的寿命得到延长。防跳的轴承与其主轴承是才用了一体式的组合结构，可以使其有效高度得到缩短，可以保证轴承的间隙和齿轮的较好啮合的功能。这种方案使转盘的结构得到了简化，零件不多，使其成本也得到了降低。将转盘的制动硝放置在转盘的上面，然后制动转台，是平稳可靠的，其就是可以不通过齿轮的制动，使齿轮受不到冲击，可以使齿轮的寿命得到提高。防跳轴承和其主轴承都是采用的齿轮飞溅润滑，快速轴的油池与齿轮的油池互通，这样的润滑比较结实而且可靠。密封装置：其转台使用了两道迷宫让其密封，下部分使用一道挡板和迷宫来密封，快速轴使用了橡胶密封圈来密封，可以有效的防止泥浆渗进油池，同时也可以有效的防止润滑油外渗。2、挪威MH公司的转盘发展状况，其制造的液压驱动单快速轴转盘，他的特点是由四个液压马达分别通过两级圆柱齿轮驱动转台进行旋转并没有稍大的锥齿轮传动。其转台上面，专门安装的锁紧装置，可以有效的防止其自有转动。其转盘的开口直径有1257和953mm这两个规格，其齿轮速比是5.89，最大扭曲是42000N*m。转速是125r/min，最大的转速是250r/min，在最大的转速的时候，扭矩是21500N*m，其重量是14t。挪威MH公司所生产的转盘大部分用于水平井和定向井。3、加拿大DRECO公司的转盘发展状况：其产出的双快速轴转盘，与同样类型的转盘相比，其传动扭矩有百分之77的增加，普遍用于从式井，定向井，水平井。也用于较深或抄超深的井还有沙漠海洋那些地区的钻井，其有比较出众的钻井性能和有稍好的钻井技术。其具有的结构特点如下：主轴承和防跳轴承是分体式结构，所有的齿轮和轴承都是用的飞溅式润滑系统。其转盘具有三刀迷宫密封的结构，转盘下部分具有两道迷宫密封，其两个快速轴之间是相隔一百八十度装置的，两侧驱动。为了让转盘拥有不高的工作转速，除了大小两个齿轮减速之后，在其快速轴那里有添加了一级圆柱齿轮减速传动副。4、国内的转盘发展状况。国内的转盘技术在八零年代就已经基本定型，九零年代其转盘的发展都没有很大的变化。最近的几年内，一些企业结合实际的操作对转盘进行了更新，效果明显。宝鸡石油机械公司是国内钻机主要零部件生产的主要公司。最近几年，为了满足市场的需求，对钻机的主要零部件进行了技术上的提升和质量的提升，宝鸡石油机械公司很多拥着着新技术的转盘产品。到现在为止，转盘的产品已经逐渐形成了系列化，其公司在国内如今成了转盘产品多样化，规格最全面的公司。而且其公司的转盘已经出口了多个国家，在许多国家内，都颇有名誉。其就近两年，就实现了产值几千万，在国内钻机转盘的装备开发和配套这方面都起到了举足轻重的作用。宝石厂在一万两千米超级深井的研制成功中，研制的大扭矩，载荷，通经的ZP495转盘是国内首创。而且，这种转盘也完全满足了超深井的钻井要求，对国内的大通径转盘的发展起到了极为关键的作用。5、在钻机转盘的发展生产中，除了宝石厂等大型企业外，这几年民营企业也发展迅猛。这对我们国内来说，是一件非常良好的事情，转盘的技术提升，质量提升，无疑都能使钻机的效率和功能得到提升。1.3 研究（设计）的目的和意义在如今的中国大陆上，有很多的陆地油田依然是用的转盘钻机，这种钻机方便钻直井，他的驱动系统可以配备很多不一样的，驱动力对转盘的影响是非常小的，这种钻机操作起来也比较方便，维修起来也比较简单，成本也较低等，所以研究其实具有很大的意义的。这几年，新的技术的发展也促使着转盘的发展，套管钻井的技术、液压转盘的技术，转盘与单弯螺杆联合钻进的技术等新技术发展的比较迅猛，而转盘作为这些发展的基础部件，也为新技术的发展起到了一定的用处，无论是哪一方面钻井技术的发展始终都不能离开转盘的发展，所以我对转盘进行了一定的设计和研究，使其符合新技术发展的要求。272 ZP275转盘的设计和计算图1 ZP275转盘三维模型图2 ZP275装配图图3 ZP275装配图2.1 转盘设计计算的主要内容ZP275转盘的设计内容主要包括大小齿轮、转盘体、大方补芯的设计与校核，小方补芯的设计，箱体的设计，联接件的强度校核，轴承的选型与强度校核。2.2 ZP275转盘的主要参数最大负荷：4450N通孔直径：698.5mm最高转速：300r/min转速 比：3.68转盘中心到链轮第一排链中心距：1353min2.3 传动件大小齿轮的设计与校核根据转盘功能设计要求，设计传动件为一对弧齿锥齿轮，该齿轮主要承受转盘工作时产生的扭矩，设计扭矩为KN.m SY/Y5531-922.3.1 锥齿轮的强度计算锥齿轮数据如下：大轮轮扭矩 T2=28000N.m水平轴扭矩 T1=7460N.m大轮转速 n2=299r/min小轮转速 n1=1101r/min传速比 i=3.68螺旋角 小锥齿轮材料：20CrMnMo,渗碳淬火，硬度为60。大椎齿轮材料：42CrMo,调制处理，硬度为290。设计公式： （1-1）式中，de1为小锥齿轮分度圆直径； K为载荷系数 T1为输入轴的转矩 U为齿数比； 为许用接触应力；式1-1中各参量具体数值如下 载荷系数K=3.0 齿数比 u=i=3.68接触应力极限值： （1-2） （1-3）安全系数 SH = 1.3计算接触应力 （1-4） （1-5） 所以小锥齿轮的分度圆直径d=390mm2.3.2 锥齿轮的几何计算齿数: Z1=22 Z2=223.68=80.96 取Z2=81 分锥角： （1-6） （1-7） （1-8） 大端分度圆直径: De1=Z1me=2217.7=390mm （1-9） De2=Z2me=8117.7=1434mm （2-1） （2-2） （2-3）依据上式取=0.2 （2-4） （2-5） （2-6） （2-7） （2-8） （2-9） （3-1） （3-2） （3-4） （3-3） （3-4） （3-5）2.3.3 锥齿轮的强度校核齿面接触疲劳强度校核计算公式切向力 ： （3-6）使用系数 Ka=2.0动载系数 Kv=1.173齿向载荷分布系数 Khb=1.875端面载荷分布系数 Kha=1.152节点处接触区系数 ZH=2.131弹性系数 ZE=189.812螺旋角系数 ZB=0.905锥齿轮系数 ZK=0.8载荷分配系数 Zls=1以上数据得知接触应力为 （3-4） （3-7）许用接触力： （3-8）从上式可得出计算接触力小于许用最小接触安全系数，则强度校核通过。2.3.4 弯曲疲劳强度校核计算公式: （3-9） 齿根弯曲应力计算： （4-1） 2.4 输入轴的设计与校核A依据API Spec7K（第二版）规范中9.2.4，输入轴轴端直径设计，根据方案和整体设计，轴端为输入轴最小直径。2.4.1 轴的结构设计（1）根据整体设计，初步设计轴的方案：（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度：（3）根据轴的工作要求，确定轴上零件的周向定位时，有关轴上结构及尺寸：（4）该轴选用调制处理的42CrMo合金钢具体设计图如下图4 ZP275小齿轮轴零件图2.4.2 计算支承反力，弯矩及扭矩（1）计算支承力 计算初值：传递扭矩（大齿轮）28000N.m 传递转速（大齿轮）300r/min（2）轴的疲劳强度较和： 根据载荷较大及截面较小和应力集中状态，去顶I截面为危险截面，疲劳强度安全系数S校核公式为 （4-2）式中具体参数计算如下： 计算得出S=2.71.8=Ss 故轴的疲劳强度足够。2.4.3 轴的静强度校核 根据载荷较大及截面较小和应力集中状态，确定II截面为危险截面。危险截面的静强度安全系数校核公式为： （4-3）式中具体参数如下计算得出S=2.71.8=Ss 故轴的疲劳强度足够。2.5 转盘体的设计及校核 依据API SPEC 7K(第二版)中9.2.6规范和设计方案，具体设计转盘体有关尺寸 材料：ZG270-500许用屈服强度【】=93.77,Pa 转盘体是转盘中主要承载件，首先对其挤压强度校核: 在实际中，截面I为主要承载面啊 （4-4）式中：P=3150KN A=882026mm2计算得出=3.571MPa【】=161.67MPa故满足强度要求。转盘体在转盘旋转中主要来传递扭矩，故对转盘体进行剪切强度校核： 式中T=28000N.m （4-5）计算得出 （4-6） 故转盘体的强度足够2.6 链接键的强度校核（1） 输入轴与小齿轮链接的键（键材料：45）许用屈服强度【】=120MPa，许用剪切强度=69.6MPa 挤压：式中 T=7468N.m D=31.75mm; l=138mm; b=25.4计算得 （4-7）故此件满足强度条件。2.7 轴承的选用2.7.1轴承的参数规格主、副轴承均采用向心球轴承，旋转时，主轴承主要承受方钻杆下滑造成的轴向力和锥齿轮副啮合所产生的轴向分力，起下钻时，承受钻杆柱的重量，辅助轴承用来扶正钻台，并承受锥齿轮副啮合所产生的轴向分力，防止上跳，此两项轴承尺寸较大，承载要求高。主轴承591/800，其静载荷8080KN，转盘最大静载荷3150KN。足够满足API SPEC 7K （第二版）中9.2.2条要求。输入轴端两处轴承主要承受锥齿轮副啮合所产生的轴向分力和径向分力，同时调整输入轴水平，其型号规格分别为 调 心滚子轴承 53630 GB288-94 单列圆柱滚子轴承 32630 GB283-94 ZP275转盘主轴承校核：A、 主轴承型号及主要参数（1）型号：5692/800（2）主要参数： 额定动负荷 Ca = 3653000N 额定静负荷 Coa = 8080000N 极限 转速 njin=500r/min 公称接触角 a=600B、 与主轴承有关的设计要求 （1）转盘最大静负荷 P静=3150000N （2）转盘最大转速 n=300r/min （3）假设转盘常用转速 nc=100r/minC、 已知条件（1） 大齿轮中点直径dm2= 1160.895（2） 大齿轮上受力情况圆周力 Ft2=53299N径向力 Fr2=42316N轴向力 Fa2=12768N（按机械设计手册第四卷-机械工业出版社1991.9第一版1992.9北京第三次应刷）D、 简单计算2.7.2 计算轴承的内部轴向力根据731Fr2 - 450Fa2 - 1142Fr1 = 01142FrII - 450Fa2 - 411Fr2 = 0 计算轴承的支反力得： （4-8）根据P28-72上28.3-7式为S=eFr，由于P28-70上表28.3-4中查有 e=1.25tan a =1.25tan600=2.17 （4-9） SI=eFrI=2.1722056=47862N则： SII=eFrII=2.1720260=43964N （5-1）2.7.3 单个轴承的轴向力计算钻井进给时方钻杆与转盘体的摩擦力，取摩擦系数为0.12则： Fac=uFtm2=0.1253299=6396N （5-2）转盘体、大齿轮等的重力 Faz=1294.3+360=1654.3N （5-3）所以作用在转盘体上的轴向总外力 Fay=Fa2+Fac+Faz=12768+6396+1654.3=20818N （5-4）由于本结构为成对反安装，且有 Fay+SII=20818+43964=64782N （5-5） SI=47862N即Fay+SIISI应用P28-73SHANG 28.3-10a式 FaI=Fay+SII=20818+43964=64782N （5-6） FAii=SII=43964N2.7.4当量动负荷PaI；Pa按P28-70上表28.3-4可知： E=1.25tan a =1.25tan600=2.165 （5-7） （5-8） 所以系数 （5-9） 按P28-69上28.3-5a式则： Pa=XIFrI+YIFaI=0.9222056+64782=85073N （6-1） PaII=XIIFrII+YIIFAii=0.9220260+43964=62603N （6-2）2.7.5 计算寿命 按P28-74上（28.3-12）式： 其中球轴承的所以 （6-3） 时 （6-4）时2.7.6 静负荷的情况：主轴承额定静负荷Coa=8080000N设计要求最大静负荷Ps max=3150000N转盘体、大齿轮等重力Faz=1654.3N总轴向外静负荷P静=Pj max+Paz=3150000+1654.3=3151654.3N （6-5） （6-6）极限转速验算：按P28-21上： 由 （6-7）查图28.2-2有f1I=0.91 由 （6-8） 查图28.2-3得所以 （6-9）结论：主轴承选择适当。3 ZP275转盘的安装与调整3.1转盘组装与调整转盘安装分三大步进行，第一步为输入轴总成组装，包括输入轴、键、小齿轮、轴承；最后是整体总装，包括转盘体、大齿轮、上周称；最后是整体总装，包括输入轴总成，转盘体总成、底座、内外补芯、锁紧装置、盖等。1 输入轴总成组装（1）装配前，将轴承、主轴相互配合面清洗干净并涂上润滑油。（2）将小锥齿轮置于油中加热到2603100C，取出装在轴上。（3）将向心园柱滚子轴承内圈加热到60950C，取出从轴另一端装到轴上，应与锥齿轮端面考进。（4）将轴承外圈装入主轴套内，再将轴穿入。（5）将调心滚子轴承内圈加热到60950C，再取出装套轴上，与隔套靠紧，再装上挡圈及带油封的小轴承端盖。2 转盘体总成组装将上轴承内圈加热到1501750C后取出套于转盘体上，其局部不贴合度不得大于0.05mm。C、转盘整体总装（1）将轴总成装入底座后，通过调整垫圈来调整小齿轮小端端面至转盘中心的距离，使其符合打印在小齿轮端面的尺寸。（2）将上轴承外圈套入底座后，再将底座装到转盘体总成上，此后调整齿侧间隙。（3）装入下轴承，此后调整轴向间隙，再依次接着装入大轴承端盖、密封套及挡板，注意大轴承端盖与转盘体配合面应装有O型蜜蜂圈。（4）最后装上锁紧装置、内外补芯、上盖、轴总成、输入端依次接着装入法兰盘及链轮、封口盖板。3.2 锥齿轮副齿侧间隙的调整 锥齿轮副齿侧间隙为0.340.85mm，该间隙用上轴承下面的调整垫圈来调整。调整方法是：先在上轴承外圈下垫2mm厚的垫片，再将转盘体坐于其上，然后检查齿轮副齿侧间隙，检查方法是：先在轴端固定一检查样板，并卡死转盘体，然后转动轴，此时检查在R194.7处的摆动弦长即齿侧间隙。3.3 下轴承轴向间隙的调整下轴承轴向间隙为00.05mm，允许有过盈量，但不得超过0.05mm，该间隙用上轴承下面的调整垫圈来调整。调整方法是：将下轴承盖依次装入转盘体及底座上，通过螺栓拧紧固定，知道下轴承无间隙为止，该间隙即为所需垫片的厚度。转盘在钻台上的安装与调整（1） 清理钻台的转盘底座（2） 调整转盘位置：转盘中心与井口中心不同心度不大于15mm；转盘链轮与链条盒链轮保持在一个平面上;（3） 在转盘下侧面焊上定位V型块四个，上V型块与转盘相焊，下V型块随机配置；（4） 转盘输入轴中心线与链条盒中心线不同轴度不大于1mm；当采用万向轴联轴节时，可适当加大。3.4 使用前的准备与检查1、新启用的转盘，应先在油池内加入N150型极压工业齿轮油，油面应达到油标尺最高为止。2、对各脂润滑点进行一次润滑。3、锁紧装置操纵手柄是否在打开为止。4、转盘体与外补芯，内外补芯之间是否锁紧。5、轴端的弹簧密封圈的密封是否可靠。6、使转盘转动：检查运转声音、油池温度、轴承温度是否正常。3.5 主要配套件： 表1 轴承型号型号 名称及规格 单台数量5692/800推力向心球轴承80010601551591/800推力向心球轴承800950901MU2330单列圆柱滚子轴承150320108122330C调心滚子轴承15032010812 专用工具用于内方补芯提环一副。表2 备件型号型号名称及规格单台数量GB3452.1-82“”型密封圈4207.01GB3452.1-82“”型密封圈1453.551GB3452.1-82“”型密封圈8008.61GB3452.1-82“”型密封圈10108.61GB9877.1-88“”密封圈B180210161备件型号见上表4 ZP275转盘的密封润滑和结构设计4.1 结构设计转盘体上部加工有迷宫槽，与箱体主体的迷宫相配组成两道密封迷宫，防止泥浆从上部进入油池，也同时防止油池内的油溢出，转台下部装有密封套，档圈及小轴承端盖组成下部密封迷宫，防止泥浆从下部进入油池。4.2 主要零件的材料选型小锥齿轮材料：20CrMnMo，渗碳淬火：20CrMnMo是一种合金结构钢，高强度级的渗碳钢，强度高于15CrMnMo，塑性及韧性稍低，淬透及韧性稍低，淬透性及力学性能比20CrMnTi高，淬火低温回火后具有良好的综合力学性能和低温冲击韧度。常用于制造高硬度、高强度、高韧性的较大重要渗透件。大椎齿轮材料：42CrMo,调制处理：42CrMo属于金属材料。42CrMo钢属于超高强度，具有高强度和韧性，淬透性也较好，无明显的回火脆性，调质处理后有较高的疲劳极限和抗多次冲击能力，低温冲击韧性良好。该钢适宜制造要求一定强度和韧性的大、中型塑料模具。轴承的材料：42CrMo,调制处理。 4.3 维护保养1、转盘在承受较大冲击负荷后，应注意检查运转声音有无异常。2、定期检查轴端联接法兰盘是否有轴向窜动，若有窜动应拧紧压板螺钉。3、定期检查螺栓是否松动。4、定期检查油池液面是否在规定高度之内，润滑油的洁净情况。4.4 润滑锥齿轮副和所有轴承均采用飞溅润滑：润滑油每二个月更换一次，换油时应将油池内进行彻底清洗，然后注入N150型极压工业齿轮油。锁紧装置销轴的润滑：每周润滑一次，采用SY141275，2号锂基润滑脂。整体采用润滑方式在多处装有O型圈，油封等防止油溢出。4.5 密封，运输，保管1、转盘裸装整体发运。2、搬运安装时，应用起重机从四角吊装孔进行吊装，不得直接在地面上托运。3、转盘长期封存时，应置于干燥通风处，防止生锈，使用过的转盘应将油池内的润滑油及沉淀物清理干净，在轴承、齿轮及各加工表面涂上防锈油后，方可封存。4.6 结构明细表表3 装配图明细表序号编号名称数量材料1底座1组件2上盖1组件3转盘体1组件4大齿轮Z811420rMo5M20X60螺钉12356弹垫203065Mn7轴承59021组件8外方补芯2ZG310-5709调整垫片1-0.3/Q23510000-002小齿轮Z221400rMo11螺栓188.8级12弹簧垫圈123065Mn13轴承压盖1Q23514O型圈420X71橡胶1-215滚子轴承22330C1组件16滚子轴承NJ23301组件17螺栓M16X60188.8级18螺栓M20X6568.8级19弹垫162065Mn20小轴承端盖1ZG230-45021键14522轴承14523螺栓N14X401组件24调整垫片1-125调整垫片1Q23526螺栓M16X4028.8级27压盖1-14/Q23528000-003小齿轮轴142CrMo29制动装置2组件30放油塞1Q23531轴承盒1ZG3532键14533塞堵1Q23534轴尺1组件35塞堵2Q23536轴承591/801组件37挡板1Q23538O型圈1橡胶1-239调整垫片1-0.3/Q23540下轴承端盖1Q23541O型圈1橡胶1-242密封套1Q23543螺栓M12X45128.8级44平垫圈244Q23545内六角螺钉43546法兰142ZP275转盘主要由底座1、转盘体3、上、下轴承7、大齿轮4、小齿轮16、小齿轮轴39.40、制动装置41、内外补芯9.10.11.12.13.14、上盖2等零件组成。底座是转盘的壳体，采用铸钢结构，由铸钢件和板材焊接而成。转盘体是一旋转体，大齿轮套在转盘体上，通过螺栓连接固定，转盘体装在上、下