QY3型石油管道牵引机传动系统设计【说明书+CAD】
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QY3
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QY3型石油管道牵引机传动系统设计【说明书+CAD】,QY3,石油,管道,牵引机,传动系统,设计,说明书,CAD
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黄河科技学院毕业设计 第 26 页QY3型石油管道牵引机传动系统设计摘 要石油开采过程中要对所使用的钢管进行检测和修复。检测时需将成卷的钢管由牵引输送机将其开卷,矫直并连续送入检测装置。本文介绍了一种采用多对辊子通过接触摩擦力实现钢管的定速输送的钢管牵引输送机。较详细的阐述了该机的结构和工作原理，辊子数量、辊径及传动系统参数的设计计算过程。首先本文介绍了石油管道牵引机的工作原理和特点，并简单分析了牵引机的发展趋势和本设计的设计方案。其次本文进行了减速机的选择，齿轮的设计计算，轴的设计和校核，轴承的校核设计，键的设计，箱体的设计，润滑密封的选择工作。关键词：牵引输送机，工作原理，设计计算The transmission system design for tractive retractor of the steel pipeAuthor: Zhao Zi-yang Tutor: Xue Dong-bin AbstractThe steel tube is tested and repaired In the process of exploiting oil. volumes of steel tube are opened, straighten and conveyed continuously into detection device. The paper introduces a kind of tractive retractor with many even rollers which realises invariable speed feeding by the use of tangent friction. Otherwise it comparatively introduces the structure and work theory, numbers and diameter of rollers, the process of designing calculation of transmission system parameter of tractive retractor in order to provide a kind of reliable method for the homologous mechanism.Firstly, I will describe the principle design method and the turning method of the tractive retractor of the steel pipe and then the development trends of trator and my design program.Secondly, I will introduce the choice of reducer, gear design calculations, design and verification of the shaft, button design, cabinet design and the choice of lubrication and sealing.Key words: tractive retractor, work theory, design calculation目 录1设计方案说明11.1设备介绍11.1.1 输油管牵引机的组成及工作原理11.1.2 输送机的发展趋势21.2 设计要求22设计方案分析53设计计算63.1 电动机的选择63.2 减速机的选择73.3 计算传动装置的运动和动力参数73.4 齿轮的设计83.4.1 齿轮传动的设计计算83.4. 初步设计齿轮传动的主要尺寸83.4.3 设计计算93.4.4 齿根弯曲疲劳强度设计103.5 轴的设计133.5.2 按弯曲扭转合成应力校核轴的强度153.6 滚动轴承的校核设计163.7 键的校核173.8 箱体结构的设计183.9 润滑密封设计21设计总结22致谢23参考文献241 设计方案说明1.1设备介绍在石油管道开采过程中，要用到长度达几千米的2英寸或3英寸钢管，在使用一段时间后要对该钢管进行蚀漏检测和修复。待检测的钢管被绕城卷（类似于电缆）以便于运输和检测。检测时要将成卷的钢管从管头处连续拉出，经过开卷、矫直、牵引输送入检测装置。在检测过程中牵引输送环节由牵引输送机完成，其作用是以一定的速度，一定的牵引力将钢管连续送入检测装置。1.1.1 输油管牵引机的组成及工作原理输油管牵引机由电机，减速部分，分动箱，辊筒，机架部分组成。当输送石油管道上时，石油管道实现盘在管道盘上。输送时，输送人员将管道头从管道盘上拉出，并从牵引机的入口进入，井上下两排滚筒的缝隙空间从另一端引出。牵引机工作时，有上下两组滚筒相对运动对石油管道产生适当的挤压力，由此产生牵引管道前进的牵引力将管道输送出牵引机出口，送入工作区域。牵引机的结构简图如图1.1：1:辊筒；2：机架；3：分动箱4：联轴器；5：减速机；6：电动机图1.11.1.2 输送机的发展趋势在牵引机行业，牵引机械是一种应用十分广泛的产品。为了不断扩大其应用范围，常常将其基架系统、传统系统、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，并改善其质量及性能。如何才能占领这个制高点，这要求我们能很快把握行业发展趋势，理解掌握同类的产品，消化吸收，再加以综合优化，才能完成优秀的设计。1、继续向大型化发展。大型化包括大输送能力、大单机长度和大输送倾角等几个方面。水力输送装置的长度已达 440公里以上。带式输送机的单机长度已近15公里，并已出现由若干台组成联系甲乙两地的带式输送道。不少国家正在探索长距离、大运量连续输送物料的更完善的输送机结构。2、扩大输送机的使用范围。发展能在高温、低温条件下、有腐蚀性、放射性、易燃性物质的环境中工作的，以及能输送炽热、易爆、易结团、粘性的物料的输送机。3、使输送机的构造满足物料搬运系统自动化控制对单机提出的要求。如邮局所用的自动分拣包裹的小车式输送机应能满足分拣动作的要求等。4、降低能量消耗以节约能源，已成为输送技术领域内科研工作的一个重要方面。已将1吨物料输送1公里所消耗的能量作为输送机选型的重要指标之一。5、减少各种输送机在作业时所产生的粉尘、噪声和排放的废气。1.2 设计要求本课题设计牵引机的传动部分，给定的条件和要求如下：1、管径3英寸；2、传输速度40m/min；3、牵引力30KN；4、牵引机底座面到管中心高960mm；5、采用多辊筒对滚方式传动。3英寸钢管外径D=88.9mm，最小壁厚Smin=2.11mm。查文献知钢管许用切应力=205Mpa。代入数据D=88.9mm, Smin=2.11mm得Amin=575.02mm2若选用一对辊子，牵引力F0=30KN，单个棍子牵引力。辊子材料为45号优质碳素结构钢，钢材之间的摩擦系数为。辊子对钢管的正压力为：则由此可得出选用一对辊子时油管会发生塑性变形，不能满足工作需求。若选用两对辊子，单个辊子牵引力。辊子对钢管正压力则由此可知选用两队辊子时可以满足工作需求，因此本设备采用两队辊子。根据主机部分结构，轴承中心间距选为l=400mm，辊子弹性模量E=206Gpa，辊子许用挠度=0.05mm。据挠度条件：式中：d0为辊子最小轴径。则：已知=0.05mm，l=400mm，E=206Gpa，。代入数据可得。考虑到传动机构及轴与辊子的配合，轴的安装，选辊子的工作直径为135mm，最小轴径选100mm。经论证得出总体设计方案为：QY3输油管牵引机结构如图1.1所示：分动箱齿轮布置采用一进四出的分动箱形式。Amin=575.02mm2d=100mm 2设计方案分析主机部分采用两对辊筒牵引，所以分动箱是一进四出形式，齿轮组的结构如图2.1所示。图2.1分动箱齿轮布置图3设计计算3.1 电动机的选择传动装置的总效率a0.990.950.990.970.960.867为联轴器的效率，为减速机效率，为轴承的效率，为齿轮传动的效率，为辊筒的效率。电动机所需工作功率为： P0Pc/20/0.867=23.07 kW。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和减速器的传动比，选定型号为Y200L4的三相异步电动机，额定功率为30kW，满载转速1470r/min，同步转速1500r/min。辊子转速为：已知传输速度V=40m/min，辊子直径d=135mm，代入上式可得辊子转速n=95.5。总传动比I= 表3.1 电动机参数 电动机型号额定功率Pkw电动机转速电动机质量(kg)额定转矩传动装置的传动比同步转速满载转速总传动比Y200L-430150014702702.015.43.2 减速机的选择装置总传动比为15.4，可选择ZLY型圆柱齿轮减速器。减速器为ZLY384-163.3 计算传动装置的运动和动力参数1、各轴转速,2、各轴功率,3 、各轴转矩电动机轴:Td=9550Pd/nm=955030/1470=360.5612=149.8980所以: 3.4 齿轮的设计3.4.1 齿轮传动的设计计算齿轮材料及热处理1、 材料：分动箱小齿轮选用34CrNi3Mo钢调质，齿面硬度 305HBS 取小齿齿数Z1=42高速级大齿轮选用45钢正火处理，齿面硬度为大齿轮190HBS，大齿轮齿数Z2=852 、齿轮精度按GB/T100951998，选择7级。3.4. 初步设计齿轮传动的主要尺寸按齿面接触强度设计1、确定各参数的值:选，查课本图10-30选取区域系数 ZH=2.495 由课本图10-26，则2、由课本计算应力循环次数 = =6014601（828016）=3.1410h =8.0510h 3、查课本得： 4、齿轮的疲劳强度极限取失效概率为1%,安全系数S=1,应用得: 许用接触应力 5、查课本得：得: 3.4.3 设计计算1、小齿轮的分度圆直径=126mm2、计算圆周速度3、计算齿宽b和模数初选螺旋角，圆整取4、计算齿宽与高之比齿高5、计算轴向重合度6、计算载荷系数K使用系数根据,7级精度, 查课本由表10-8得动载系数Kv=1.12,查课本得的计算公式:查课本得: 故载荷系数:7、按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径8、计算模数b=126mmK=1.9043.4.4 齿根弯曲疲劳强度设计1、由弯曲强度的设计公式小齿轮传递的转矩T1827.38kNm确定齿数z因为是软齿面，故取Z1=42， Z2=85 2 、计算当量齿数Zv1z1/cos42/ cos1321.62 Zv2z2/cos85/ cos1384.323、初选齿宽系数查得4、初选螺旋角初定螺旋角5、载荷系数K6、查取齿形系数和应力校正系数查课本得:齿形系数 应力校正系数 7 、螺旋角系数轴向重合度8 、计算大小齿轮的 安全系数由表查得查得弯曲疲劳强度极限：小齿轮，大齿轮查课本得弯曲疲劳寿命系数:， 取弯曲疲劳安全系数 S=1.4，得 ，大齿轮的数值大选用.9、设计计算计算模数对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取mn=3.0但为了同时满足接触疲劳强度，需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径d=136mm来计算应有的齿数.于是由： 取，那么 几何尺寸计算： 按圆整中心距修正螺旋角：因值改变不多,故参数,等不必修正.计算大.小齿轮的分度圆直径，计算齿轮宽度：， a=190.5mm3.5 轴的设计主动轴的设计计算;, 1、求作用在齿轮上的力已知分动箱大齿轮的分度圆直径为而2 、初步确定轴的最小直径初步估算轴的最小直径,选取轴的材料为45号钢,调质处理,根据课本取=65mm输出轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径,为了使所选的轴与联轴器吻合,故需同时选取联轴器的型号.，。2363.2Nm因为计算转矩小于联轴器公称转矩,所以选取YL14型凸缘联轴器其公称转矩为4000Nm,半联轴器的孔径100mm3 、根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度如图3所示。初步选择圆锥滚子轴承.因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承. 参照工作要求并根据,由轴承产品目录中初步选取圆锥滚子轴承33024型。图3.1 圆锥滚子轴承3.5.1 求轴上的载荷首先根据结构图作出轴的计算简图, 确定轴承的支点位置,查机械设计手册得33024型圆锥滚子轴承,计算轴的支承跨距。BD=119mm+109mm=228mm6329.4N6910N 2409.4N2409.4N689.905Nm262.624 Nm 286.719 Nm 3.5.2 按弯曲扭转合成应力校核轴的强度因轴材料为45，调质处理，根据=217.6MPa，得=270 ,此轴合理安全 图3.2主动轴的载荷分析图3.6 滚动轴承的校核设计1 、确定各轴承的预期寿命：齿轮的工作寿命为8年，大修年限3年，所以轴承的寿命为35840h。根据机械设计课程设计手册，将在轴的设计计算中的初选轴承数据如表3.2所示。表3.2轴承参数表轴承代号尺 寸/mm基本额定载荷/KN安装处dDB动载荷静载荷3302412018048165188主动轴6211 551002140.833.8中间轴2 、确定轴承安装方法：各个轴承均正装，可以避免因轴的轴向和径向膨胀大于外壳的热膨胀而导致的卡死现象。3 、轴承的校核计算高速轴上轴承校核选用33024C轴承，则有Cr=23.5KN,Cor=17.5KNFr1=1769N Fr2 =918N,Fr2Fr1, Fa/Cor=0.0275得出e=0.4经计算此轴承符合要求。中间轴上轴承校核 选6211型轴承，查表得Cr=97.8KN,Cor=74.5KN Fr1=947.6NFr2=2660.3N，Fr2Fr1经计算此轴承符合要求。3.7键的校核1、主动轴与联轴器连接键的选择类型与尺寸 应用单圆头普通平键， 45钢。 联轴器连接轴直径D=100，所以选建C36100 GB1096-79 ， 2、中间轴与齿轮连接建的选择类型与尺寸 应用单圆头普通平键.选用45钢 轴直径D=65 所以选建C20100 GB1096-79， ，3、主动轴与齿轮键联接的类型和尺寸一般7级以上精度的尺寸的齿轮有定心精度要求，应用平键，45钢。根据 取： ，3.8 箱体结构的设计分动箱的箱体采用铸造（HT200）制成，采用剖分式结构1 、机体有足够的刚度在机体为加肋，外轮廓为长方形，增强了轴承座刚度2 、考虑到机体内零件的润滑，密封散热。因其传动件速度小于12m/s，故采用侵油润油，同时为了避免油搅得沉渣溅起，齿顶到油池底面的距离H为20mm为保证机盖与机座连接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗糙度为6.3。3 、机体结构有良好的工艺性.铸件壁厚为8，圆角半径为R=2。机体外型简单，拔模方便.4 、对附件设计A 视孔盖和窥视孔在机盖顶部开有窥视孔，能看到 传动零件齿合区的位置，并有足够的空间，以便于能伸入进行操作，窥视孔有盖板，机体上开窥视孔与凸缘一块，有便于机械加工出支承盖板的表面并用垫片加强密封，盖板用铸铁制成，用M8紧固B 油螺塞：放油孔位于油池最底处，并安排在分动箱不与其他部件靠近的一侧，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔处的机体外壁应凸起一块，由机械加工成螺塞头部的支承面，并加封油圈加以密封。C 油标：油标位在便于观察分动箱油面及油面稳定之处。油尺安置的部位不能太低，以防油进入油尺座孔而溢出.D 通气孔：由于齿轮运转时，机体内温度升高，气压增大，为便于排气，在机盖顶部的窥视孔改上安装通气器，以便达到体内为压力平衡.E 盖螺钉：启盖螺钉上的螺纹长度要大于机盖联结凸缘的厚度。钉杆端部要做成圆柱形，以免破坏螺纹.F 定位销：为保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联结凸缘的长度方向各安装一圆锥定位销，以提高定位精度.分动箱机体结构尺寸如下：表3 分动箱机体结构尺寸名称符号计算公式结果箱座壁厚41箱盖壁厚30箱盖凸缘厚度12箱座凸缘厚度12箱座底凸缘厚度20地脚螺钉直径M24地脚螺钉数目查手册8轴承旁联接螺栓直径M12机盖与机座联接螺栓直径=（0.50.6）M12轴承端盖螺钉直径=（0.40.5）M12视孔盖螺钉直径=（0.30.4）M8定位销直径=（0.70.8）6，至外机壁距离查机械课程设计指导251816，至凸缘边缘距离查机械课程设计指导2318外机壁至轴承座端面距离=+（510）50大齿轮顶圆与内机壁距离1.212齿轮端面与内机壁距离11机盖，机座肋厚6.8轴承端盖外径+（55.5）160（1轴）80（2轴）3.9 润滑密封设计对于此分动箱，因为传动装置属于轻型的，且传速较低，所以其速度远远小于所以采用油润滑，装至规定高度。油的深度为H+，H=80，=20，所以H+=80+20=100其中油的粘度大，化学合成油，润滑效果好。密封性来讲为了保证机盖与机座联接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗度应为 6.3。密封的表面要经过刮研。而且，凸缘联接螺柱之间的距离不宜太大，并匀均布置，保证部分面处的密封性。设计总结通过这次毕业设计我深刻的体会到：毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前没有发现的知识方面的问题，在毕业设计中都冒出来了。通过这次毕业设计，我们才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。通过这次毕业设计我也明显的感觉到受到了很多周围同学的帮助，同学之间相互探讨，相互帮助，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。在毕业设计过程中感到的确觉得困难比较多，总有“行百里者半九十”的感觉。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我们认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。 致谢在毕业设计做完的时候，我深刻体会到了老师对我们的指导和帮助的重要作用，在此要感谢我的指导老师薛东彬老师对我悉心的指导，感谢老师给我们的帮助。在设计过程中，我们通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我们懂得了许多东西，也培养了我们独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我们充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我们终身受益。最后在即将毕业的时刻，我感觉到我在这次毕业设计中所学到的东西对我有着极大的影响，重要的是改变了
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