毕业设计说明书-隔水管横焊缝自动对中装置设计.doc
400 隔水管横焊缝自动对中装置设计【任务书+毕业论文+cad图纸】【机械全套资料】
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湖南科技大学 毕业设计（论文）任务书 系（教研室）主任 : 机电工程 学 院 机械 工程 系（教研室） （签名） 年 月 日 学生姓名 ： 陈 浩 学号 ： 021 专业 ： 机械设计 制造及其自动化 1 设计（论文）题目及专题： 隔水管横焊缝自动对中装置 2 学生设计（论文）时间： 自 3 月 20 日开始至 5 月 31 日 止 3 设计（论文）所用资源和参考资料： 简明机械设计手册上海科技出版社 ; 机械设计实用手册化学工业出版社 ; 机械零件设计手册 国防工业出版社 ; 机械传动设计手册 煤炭工 业出版社 ; 画法几何及机械制图 华南理工大学出版社 ; 机械设计高等教育出版社 ; 4 设计（论文）完成的主要内容： 根据总体设计方案，绘制 装配图一张 （ 算机 图）。 进行主运动计算、强度计算和动力计算，绘制 件 图 各 一张（ 进行 动力传动结构设计 ，绘制 滚轮链轮支座零件 图一张（ 工 图）。 绘制 传动 主轴零件图一 张（ 算机图）。 编写毕业设计说明书一套（不少于一万字，有英文摘要，全部用计算机打出）。 5 提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求： 套管对中装置 装配图一张（ 算机图）； 滚轮链轮支座零件图一张（ 工图 ） ； 绘制传动主轴零件图三张（ 算机图 ） ； 算机图）； 滚轮零件图一张 （ 算机图） 毕 业说明书一套 （ 不少于一万字，有英文摘要，全部用计算机打出）。 6 发题时间： 2006 年 3 月 20 日 指导教师： （签名） 学 生： （签名） 湖南科技大学 毕业设计（论文） 指导人评语 指导人： （签名） 年 月 日 湖南科技大学 毕业设计（论文） 评阅人评语 指导人： （签名） 年 月 日 湖南科技大学 毕业设计（论文） 答辩委员会记录 日期 ： 学生： 学号： 班级 ： 题目 : 提交毕业设计 （ 论文 ) 答辩委员会下列材料 : 1 设计 （ 论文 ) 说明书 共 页 2 设计 （ 论文 ） 图 纸 共 页 3 指导人、评阅人评语 共 页 毕业设计（论文）答辩委员 会评语： 毕业设计（论文）答辩委员会 主任： （签名） 委员： （签名） （签名） （签名） （签名） 总评成绩 ： 班级：02级机制本科二班学号：021浩打印要求：装配图1 隔水管横焊缝自动对中装置 底座的设计 专业：机械设计制造及其自动化 姓名：陈浩 指导老师： 刘安民 匡建新 摘要 随着科学技术的发展，自动化技术的运用越来越广泛，已经渗入生产生活的大部分过程。 快速接头隔水管系列产品，是南海西部石油合众近海建设公司为海洋石油田打井作业配套的专用产品。分析了该公司新型产品 （包括 ） 的 生产工艺、处理过程及生产效率后，设计出一套以 V 型装置为主包括导轨、驱动轮、链 传动、减速器、电动机、联轴器、轴、轴承、键、弹性挡圈及滚动轮等零部件的装置 ,并完成相关选材及相应的力学校核，用以实现两根需要正对焊接的隔水管自动对中，并在对中点焊后同步转动以完成进一步的焊接。 关键词 隔水管 ;自动对中 ;V 型装置。 is of o. to *) a to so on nd to in to “V” 2 目录 摘要 . 1 . 1 目录 . 2 前言 . 3 第一章 总体方案的设计 . 4 计任务 . 4 案的选定 . 5 本工作原理 . 5 动轮装置的简要说明 . 6 第二章 机械部分的设计 . 6 型块的模型设计 . 6 轨的设计 . 7 轨的选用 . 7 轨的选材及计算 . 7 轨的校核 . 8 动轮装置的设计 . 9 算驱动轮所需的扭矩 . 9 动轮的校核 . 12 传动的设计 . 12 轮齿数 传动比 i . 12 定计算功率 . 12 3 链节距 . 13 心距和链节数 . 13 5 小链轮毂孔最大直径 . 13 轴力 Q . 13 传动设计结果 . 13 . 15 速器的机构特点 . 15 通圆柱蜗杆传动设计报告 . 18 动机的选用 . 21 轴器的选用 . 22 的设计 . 23 承的选用 . 25 的选用 . 27 . 27 动轮的设计 . 28 轮支承上盖的设计 . 28 第三章 结论 . 29 谢词 . 30 参考文献： . 31 3 前言 隔水管系统也称做水下器具。它是移动式海上钻井装置 不可缺少的复杂的器具 ， 它的完善与否直 接关系到深海钻井 的 成败 。 应该认为，从海上钻井装置 到下列海底井口的全部隔水 导管 件统 称 为 隔水管系统。通常的隔水管系统的部件有活节联接器、球节 、 伸缩节 、张力器、分流器、 运动补偿器、水下防喷设备、水下井口设备、 水下井口设备、 挠性隔水管和防喷器连接器等。 隔水管系统的功用主要是提供从 海底井口到海上钻井装置上的泥浆循环和起下钻具的通道，并能适应海上钻井装置 在钻井作业时的升沉和摇 摆；控制海底井口；解决压 井 与放喷的通道和控制问题，消除钻井作业时，由于海上钻井装置的升沉而造成的不良影响；消除升沉对下入井内工作仪器的影 响；可另加专门装置进行试油等 。 一般在深海水域进行钻井作业的动力定位钻井船，应采用无导向线的隔水管系统，靠动力定位系统完成重返或重连作业。 海上钻井装置的隔水管柱是由每根 50 英尺长的管子连接组成的，每根管子的两端都有特制的接箍。在钻完 口井后，钻井装置移离井位前，可将隔水管系统提 升拆卸堆放在 快速接头隔水管系列产品，是 南 海石 油合众 近海建设公司（ O. 特有的为海洋石油管道输送配套的专用产品，多年来经过不断的开发和改进，已拥有完整配套的技术图纸、先进的生产技术、工艺流程和加工制造装备，与之相应的业务熟练的工程技术队伍和技术工人队伍。新型快速接头系列产品有： 。 本 设计 的 目的 是 将 快速接头隔水管系列产品 的 生产设备改 进以实现自动化控制 ， 提高生产效 率，提升产品质量、 降低工人的劳动强度 并最终实现增长经济效益。 设计的主要要求 有， 设计出一套 针对 ，对卷制成管状 的 板材的内横 及外横焊缝 进行自动对中、 自动 焊接的装置。要求能实现管的自动对中、焊接位置的自动导向、自动找正、定位夹紧 、点焊、纵向自动行走，行走速度在 3m/以自动调节，动力为普通三相交流电动机，控 制方式为随车控制形式，要求结构实用、重量轻、调节操作方便、 价格合理。 本人负责 的部分 是： 实现隔水管的自动 对 中。 本设计的主要内容： 1、自动对中装置总体方案的确定。 2、 自 动对中装置机架结构的设计。 3、自动对中装置 传 动系统的设计。 4 1、 总体方案的设计 计任务 设计一个装置，使两根长各 隔水管自动对中，并且使两管的对中精度达到：两管的轴线同轴偏差 3中点焊后隔水管要实现转动，以便对两管进一步焊接 。 表 列快速自锁隔水套管主要技术参数： 体 材料 345 345 外径 762 610 510 内径 712 610 560 460 壁厚 5 25 25 25 单位长度质量 kg/m 454 392 拉屈服能力 3 弯屈服能力 屈服压力 挤压强度 头 母接头外径 864 746 690 582 公接头外径 712 610 555 460 公母接头联接后长度 43 387 382 370 公母接头总质量 52 20 母接头抗张屈服能力 接头抗弯屈服能力 接头内屈服压力 鞋 外径 788 636 536 插入钻杆配合直径 ) ) ) ) 导向阀通道面积 试验压力 案的选定 使两根隔水管自动对中的方法有很多，经过了对具体方案的工作原理及可行性的分析，本人决定采用 V 型装置，其大概形状如（图 示。 图 型装置 1、滚轮 2、 V 型块 3、导轨 本工作原理 如图 2装置由 、 两组 组可以沿 组固定， 是 组 组 1、滚动轮 2、电动机 3、减速器 4、驱动轮 图 V 型底座 、 两组 个滚轮和一个置于中间的驱动轮。 两 根 隔水管 被自动机械分别置于6 两组 自动控制系统启动动力系统带动 型块上的 隔 水管 通过 组 轨 直线运动以 实现 与 组 的隔水管精确对接 ；当两隔水管对接完成后自动系统控制焊接机械手完成两管的点焊 ， 实现两管的同速转动 并最终由机械手 完成 两根 隔水管 的 自动焊接 。 动轮装置的简要说明 如图 动 力 的传递顺序是：电动机减速器链轮滚轮隔水管 。 电动机将电能转化成机 械能，并通过联轴器将动力传至减速器；减速器降低 轴 的转速 输出 反比增大的扭距，带动链轮 转动；链轮通过传动链带动滚轮，滚轮利用静摩擦力驱动隔水管转动。 图 链机构 如 图 驱动轮的安装图，大轴（上边）装滚轮与链轮，小轴装链轮，两 边 装有圆锥滚子滚动轴承，运动由减速器接入小轴，再经过链传动传到滚轮。 2 机械部分的设计 型块的模型设计 参照 a、 造成型 b、 钢 c、 求 :对 安 装滚轮 的 部分和下底面进行精加工，加工方法由厂家自己决定，使这两7 部分的平面度达到 ，粗糙度也达到 。 在加工装滚轮凹槽时要使 4 个凹槽的位置度达到有螺纹孔及销孔的位置度也要达到 轨的设计 轨的选用 由工作要求承载能力较大并能够自动补偿磨损 ， 因此 选用平面三角复合型滑动导轨，参照 机械设计手册 第三卷，表 28 其形状见图 1000图 型底座 尺寸见表 A 1000 B 200 120 。 轨的 选材 及计算 a、 导轨的材料： 钒钛耐磨铸铁 。 (因为 钒钛耐磨铸铁 具有耐磨损和相对强度较高的优点 ) b、 表面热处理： 在热处理中要预防如下问题： (一 )、过热现象 我们知道热处理过程中加热过热最易导致奥氏体晶粒的粗大，使零件的机械性能下降。 热温度过高或在高温下保温时间过长，引起奥氏体晶粒粗化称为过热。粗大的奥氏体晶粒会导致钢的强韧性降低，脆性转变温度升高，增加淬火时的变形开裂倾向。而导致过热的原因是炉温仪表失控或混料 （常为不懂工艺发生的）。过热组织可经退火、正火或多次高温回火后，在正常情况下重新奥氏化使晶粒细化。 过热组织的钢材，重新加热淬火后，虽能使奥氏体晶粒细化，但有时仍出现粗大颗粒状断口。产生断口遗传的理论争议较多，一般认为曾因加热温度过高而使 冷却时这些夹杂物又会沿晶界析出，受冲击时易沿粗大奥氏体晶界断裂。 粗大马氏体、贝氏体、魏氏体组织的钢件重新奥氏化时，以慢速加热到常规的淬火温度，甚至再低一些，其奥氏体晶粒仍然是粗大的，这种现 象称为组织遗传性。要消除粗大组织的遗传性，可采用中间退火或多次高温回火处理。 (二 )、过烧现象 8 加热温度过高，不仅引起奥氏体晶粒粗大，而且晶界局部出现氧化或熔化，导致晶界弱化，称为过烧。钢过烧后性能严重恶化，淬火时形成龟裂。过烧组织无法恢复，只能报废。因此在工作中要避免过烧的发生。 (三 )、脱碳和氧化 钢在加热时，表层的碳与介质（或气氛）中的氧、氢、二氧化碳及水蒸气等发生反应，降低了表层碳浓度称为脱碳，脱碳钢淬火后表面硬度、疲劳强度及耐磨性降低，而且表面形成残余拉应力易形成表面网状 裂纹。 加热时，钢表层的铁及合金与元素或介质（或气氛）中的氧、二氧化碳、水蒸气等发生反应生成氧化物膜的现象称为氧化。高温（一般 570度以上）工件氧化后尺寸精度和表面光亮度恶化，具有氧化膜的淬透性差的钢件易出现淬火软点。 为了防止氧化和减少脱碳的措施有：工件表面涂料，用不锈钢箔包装密封加热、采用盐浴炉加热、采用保护气氛加热（如净化后的惰性气体、控制炉内碳势）、火焰燃烧炉（使炉气呈还原性） (四 )、氢脆现象 高强度钢在富氢气氛中加热时出现塑性和韧性降低的现象称为氢脆。出现氢脆的工件通过 除氢处理如回火、时效等）也能消除氢脆，采用真空、低氢气氛或惰性气氛加热可避免氢脆。 因此 在其粗加工后进行一次时效淬火处理，采用电接触加热的表面淬火 的方法 ，最后 对 导轨进行磨削 ，使其表面的粗糙度达到预定的要求，取其值为 c、 硬度 匹配：为了 减少导轨的磨损以保证导轨的寿命，加工结果应 保证导轨 上与 V 型块接触的部分与 硬度不同，此取为 100 轨的校核 查表可得铸铁的许用压强为 1 知导轨的外形如上图所示， 算的导轨的体积约等于 M ，钢的密度： 33 /108.7 得： 导轨， 又 ：由表 4 9 74 5 a x a x 导轨总 ,考虑一安全因子， 取导轨 共承重 8 t， 0 0 0 0108 0 0 0 则滑座每侧的承重为 00004 对三角形导轨设垂直斜向力为 F，如图 9 图 力分析图 则有 220000 32000030c o F 11500 N 则左侧导轨承受的压强为 M P 10 41 1 图 于左边。 故此导轨符合要求。 动轮装置的设计 算驱动轮所需的扭矩 如图 示。 10 图 轮受力图 1、 每组 个 支承滚轮（若加上驱动轮则为 9个），每个轮上的支承反力应为（ 2/2G）/4（按照 8个支承点算），即 82 每根管的质量约为： M=500 则 3 3 12 4 5 0 08 2 考虑到管的外圆柱面的制造误差，有可能 8个支承点存在某些支承点与管子不接触，故 ，取 S 则 2、计算使管子转动所需的扭矩 机械传动部分的总传动比 50i 所用电动机的转速为 11 滚轮的运动参数 507501 15 901 R 、管子的运动参数（按最大管计算） 3812 R 0152112 R R 4、管 的线速度 015 11222 此速度即 是管子自动焊接的速度，经过分析，此速度基本符合焊接的要求。 5、计算滚轮使管子转动所需的扭矩 T 计算在 110 32 V 由本设计可知， t=1s 500 00V 要求出滚轮使管子转动所需的扭矩 T，可以采用动量矩定理： )()( 00 M 由动量矩定理可得： 022 2 13 8 0 0 1010 3322 V 21.5 即滚轮使管子转动所需的扭矩 T 21.5 。 12 动轮的 校核 查 “机械设计手册软件版 可知 钢 则最大静摩擦力 NF f 2 5 9 0 02 a x 相应最大摩擦力矩 9903812599 10 32 而 T 21.5 所以 要求。 传动的设计 链传动是应用较广的一种机械传动，依靠链轮轮齿与链节的啮合来传递运动和动力。 与带轮相比，链传动能保持准确的平均传动比 ， 可用于中心距较大的场合（ 10 米以内）； 传动效率高，可达 径向压轴力小， 结构紧凑 ； 能在高温及低速情况下工作；与齿轮传动相比，链传动安装的精度要求较低，成本低廉，可远距离传动。链传动的主要缺点是不能保持恒定的瞬时传动比。 设计所需原始数据： 传动的功率 P，小链轮和大链轮的转速 动机种类，载荷性质以及传动用途等。 设计参数 如下 ： 轮齿 数 传动比 i 小链轮齿数 链传动的平稳性和使用寿命有较大的影响。 为考虑磨损均匀，链轮齿数一般应取与链节数互为质数的奇数，并有限选用以下数列： 17、 19、21、 23、 25、 38、 57、 76、 95、 114。 小链轮齿数 选择 链速 v(m/s) 38 8 25 齿数 17 21 25 35 链传动的传动比一般不大于 6，推荐的传动比 i=2 定计算功率 计算功率 根据传递的功率 P，并考虑到载荷性质和原动机的种类而确定的，即 式中： P 传递的功率， 工作情况系数。 13 3 链节距 在一定条件下，链的节距 p 越大，承载能力就越高，但传动的多边形效应也要增大，于是振动、冲击、噪声也越严重。所以设计时，为使传动结构紧凑，寿命长，应尽量选取教小节距的单排链。速度高、功率大时，则选用小节距的多排链。从经济上考虑，中心距小、传动比大时、传动比大时，选小节距多排链；中心距大、传动比小时，选大节距单排链。 心距 和链节数 设计中，若中心距不受其它条件限制，一般可取 3050)p，最大取 0p。有张紧装置或拖板时， 大于 80p；对中心距不能调整的传动， 30p。 链条长度以链节数 距 p 的倍数 )来表示。链节数 中心距 间的关系为 计算出的 圆整为整数，最好成绩取偶数。然后根据圆整后的链节数计算理论中心距，即 为了保证链条松边有一个合适的安装垂度 f=(a，实际中心距 a应较理论中心距 a 小一些，即 a=论中心距 a 的减小量 a=(a，对于中心距可调整的链传动 ,a(即相应于 f)可取大的值；对于中心距不可调整的和没有张紧装置的链传动，则应取较小的值。 5 小链轮毂孔最大直径 不小于安装链轮处的轴径。 轴力 Q 链传动的压轴力可近似取为 Q 式中： 链传递的有效圆周力， N； 压轴力系数。对水平传动， 垂直传动， 传动 设计结果 用机械设计手册软件版 松完成链传动的设计，下面是设计的过程。 1、初始条件 传递功率 链轮的转速 15 r/均传动比 1可大或小 大链轮的转速 15 r/动种类 水平传动 14 传动速度 低速传动 V 3/s 润滑条件 由设计结果决定 中心距条件 可调 载荷性质 平稳载荷 原动机种类 电动机 2、设计结果 小链轮齿数 17 大链轮齿数 17 平均传动比 1 大链轮的转速 15 r/计功率 条节距 号 08A 小链轮轮毂孔许用直径 34 条速度 m/s 润滑方式 人工定期润滑 初定中心距 508 长节数 97 节 链条长度 m 理论中心距 260 际中心距 255 效圆周力 N 作用在轴上的拉力 N 滚子外径（最大值） 条排距 链板高（最大值） 用静强度安全系数 强度安全系数 链比压 用寿命 100000 h 3、链传动的尺寸参数 如图 15 名称 符号 小链轮数值 大链轮数值 单位 排距 度圆直径 d 顶圆最大直径 顶圆最小 直径 度圆最大弦齿高 度圆最小弦齿高 根圆直径 大齿根距离 轮 速器的选用 速器的机构特点 减速器是指原动机与工作机之间独立的闭式传动装置，用来降低转速并相应地增大转矩。 减速器的结构如下： （ 1）箱体 减速器箱体的作用是支承轴系零件，固定轴系的位置，保证轴系运转精度 ; 箱体内装有润滑轴系的润滑油，因此箱体必须是密封防尘的，但又要使箱体内与箱体外的大气压平衡。因此减速 器箱体的重要质量指标是整体刚度和稳定性、密封性。大批量生产的减速器箱体常常采用铸造方法制作，铸造的材料通常是价廉的普通灰铸铁、球墨铸铁与变性灰铸铁等，在有较高强度和刚度要求时使用铸钢。 在某些场合为了使机器的重量尽可能轻，也有使用铝合金制作箱体的。如果生产的批量较小，则多数采用焊接的方式来制作箱体。 16 减速器的箱体受力情况较复杂，常常会受到较大的弯曲和扭转应力作用，因此如何在不大幅度增加重量的情况下提高箱体的刚度就显得很关键，在箱体外设计肋板就是很有效的办法。但采用肋板使箱体的加工工艺变得更加复杂。 铸造工艺 方面的要求是箱体形状力求简单，易于造型和拔模，壁厚均匀，过渡平缓，金属不要局部积聚等。机械加工工艺方面应尽量减少加工面积，以提高生产率和减少刀具的磨损，应尽量减少工件和刀具的调整次数，以提高加工精度和节省加工时间，例如同 轴上的两个轴承座孔直径应尽量相同。 当轴承采用箱体内的油润滑时，须在箱座剖分面的凸缘上开设输油沟，使飞溅到箱盖内 壁上的油经油沟流入轴承。输油沟有铣制和铸造两种形式，设计时应使箱盖斜口处的油能 顺利流入油沟，并经轴承盖的缺口流入轴承。 (2）窥视孔和视孔盖 窥视孔应开在箱盖顶部，以便于观察 传动零件啮合区的情况，可由孔注入润滑油，孔的大小应该足够大，以便进行检查操作，窥视孔应设凸台便于加工。视孔盖可用铸铁、钢板或有机玻璃制成。孔与盖之间加有密封垫片。 (3）油标 油标用来指示油面高度，一般安置在低速级附近的油面稳定处。油标形式有油标尺、管状油标、圆形油标等。常用的是带有螺纹部分的油标尺。油标尺的安装位置不能太低，以防油从该处溢出。油标座孔的倾斜位置要保证油标尺便于插入和取出。 （ 4）放油孔和油孔螺塞 工作一段时间后，减速箱中的润滑油需要进行更换。为使减速箱中的污油能顺利排放，放油孔开在油池的最 低处，油池底面有一定斜度，放油孔座应设凸台，螺塞与凸台之间应有油圈密封。 (5）通气器 减速器工作时由于轮齿啮合摩擦会产生热量，热量使箱内的空气受热膨胀，通气器能使箱内受热膨胀的气体排出，以便箱内外气压平衡，避免密封处渗漏。通气器一般安放在箱盖顶部或视孔盖上，要求不高时，可用简易的通气器。 (6）起吊装置 起吊装置用于拆卸和搬运减速器，包括吊环螺钉、吊耳和吊钩。吊环螺钉或吊耳用于起吊箱盖，设计在箱盖两端的对称面上，吊环螺钉是标准件，设计时应有加工凸台，便于机械加工。吊耳可在箱盖上直接铸出。吊钩用于吊运整台减 速器，在箱座两端的凸缘下面铸出。 （ 7）定位销 定位销用来保证箱盖与箱座联接以及轴承座孔的加工和装配精度。一般用两个圆锥销安置在联接凸缘上，距离较远且不对称布置，以提高定位精度。定位销长度要大于联接凸缘的总厚度，定位销孔应为通孔，以便于装拆。 （ 8）起盖螺钉 在拆卸箱体时，起盖螺钉用于顶起箱盖。它安置在箱盖凸缘上，其长度应大于箱盖联接凸缘的厚度，下端部做成半球形或圆柱形，以免在旋动时损坏螺纹。 （ 9）轴 减速器中的齿轮或蜗轮蜗杆，需要安装在轴上。减速器中的轴都是直轴，并且为了轴上零件安装定位的方便大多数是 阶梯轴，当齿轮和高速轴的轴径相差不大时，常常制成齿轮轴。根据轴所受载荷的性质，轴可分为三类：只承受弯矩而不承受扭矩的称为心轴，例如二级圆柱齿轮减速器中的中间轴；既承受弯矩又承受扭矩的轴称为转轴，例如减速器中的输入和输出轴；主要承受扭矩的轴称为传动轴。 轴的设计一般应满足轴的强度和刚度要求，对于高速运转的轴还要注意振动稳定性的问题。轴的结构设计应满足以下几点，首先要保证轴和轴上零件有确定的工作位置；轴上零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺性。轴的材料一般采用碳钢和合金钢。 17 （ 10）齿轮 由于齿轮传动具 有传动效率高、传动比恒定、结构紧凑、工作可靠等优点，减速器都采用齿轮传动。减速器大部分采用闭式齿轮传动，只有部分农业和建筑机械才采用开式齿轮传动。减速器齿轮常采用的材料有锻钢，铸钢、铸铁、非金属材料等。一般用途的齿轮常采用锻钢，经热处理后切齿，用在高速、重载或精密仪器的齿轮还要进行磨齿等精加工；当齿轮的直径较大时采用铸钢；工作平稳速度较低、传动功率不大时用铸铁；高速轻载和精度要求不高时常采用非金属材
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