常用力学计算公式

1、设计过程及计算一、提升装置提升力（伸长力）计算因活塞两侧受力面积相等，所以，F提升F伸长PAP0.25（D22 D12）35MPa0.253.14(1662-95.52)mm2506522N506.5KNF提升500KN，满足设计要求。式中：l P：提升装置额定工作压力，取35MPal F提升：提升装置额定提升力，单位Nl F伸长：提升装置额定伸长力，单位Nl A：受力面积,单位mm2l D1：受力面外径，为166mml D2：受力面内径，为95.5mm二、传压管耐压强度校核1、传压管抗内压强度校核根据套管（D/14）抗内压计算公式，得，小于实际设计壁厚8.5mm，满足抗内压强度要求。式中：l

2、 Pmax：管内最高工作压力，单位MPa，此处取Pmax35MPa l D：管外径，单位mml s：材料屈服极限，单位MPa，材料为35CrMo，取s =835MPal P：管子抗内压强度的压力，单位MPa，l n：安全系数，一般按壁厚的12.5%的负公差，取n0.8752、传压管抗外压强度校核根据套管（D/14）抗外压计算公式，得7.44mm小于实际设计壁厚8.5mm，满足抗外压强度要求。式中：l Pmax：管内最高工作压力，单位MPa，此处取Pmax35 MPal D：管外径，单位mml s：材料屈服极限，单位MPa，材料为35CrMo，取s =835MPal P：管子抗外压强度的压力，单

3、位MPa，l n：安全系数，取n0.75三、下壳体耐压强度校核1、下壳体抗内压强度校核根据套管（D/14）抗内压计算公式，得，小于实际设计壁厚10mm，满足抗内压强度要求。式中：l Pmax：管内最高工作压力，单位MPa，此处取Pmax35MPa l D：管外径，单位mml s：材料屈服极限，单位MPa，材料为35CrMo，取s=835MPal P：管子抗内压强度的压力，单位MPa，l n：安全系数，一般按壁厚的12.5%的负公差，取n0.8752、下壳体抗外压强度校核根据套管（D/14）抗外压计算公式，得8.34mm小于实际设计壁厚10mm，满足抗外压强度要求。式中：l Pmax：管内最高工

4、作压力，单位MPa，此处取Pmax35MPal D：管外径，单位mml s：材料屈服极限，单位MPa，材料为35CrMo，取s=835MPal P：管子抗外压强度的压力，单位MPa，l n：安全系数，取n0.75四、提升装置上顶安全性校核根据管柱及井口装置结构，当提升装置伸长使管柱上顶是，上顶力通过油管挂作用在采油树上，所以根据采油树法兰与井口装置连接处螺栓强度进行强度校核。螺栓参数表材质名称45数量12极限强度b（MPa）600大径D（mm）48屈服强度s（MPa）355中径d2（mm）46.051结合圈数（mm）10小径d1（mm）44.752螺纹类型普通轴向力F（KN）1350线数1导程

5、3牙型角（）60滑动摩擦系数0.11注：以上数据来自机械设计手册及金石采油树结构图。当采油树法兰与井口装置连接处承受最大上顶力时，每根螺栓承受的上顶力为：1、螺纹副抗挤压强度校核根据抗挤压强度计算要求,挤压应力许用挤压应力p因，所以，满足抗挤压强度校核。式中：l p：挤压应力，单位MPal p：许用挤压应力，单位MPal S：安全系数,静载荷工况下，S=21.3，此处取S2l A：挤压面积，单位mm2，A=d2hzl h：螺纹工作高度，单位mm, h=（普通螺纹）2、螺纹副抗剪切强度校核因为当外螺纹与内螺纹材质相同时，公螺纹首先破坏，所以这里只对外螺纹进行强度校核。由，得，公螺纹所受剪切应力为

6、：，满足剪切强度要求。式中： l ：许用剪切应力，单位MPal ：许用拉应力，单位MPal ：剪切应力，单位MPal b：螺纹牙底宽度，单位mm，b=0.75p（普通螺纹）l S：安全系数，静载荷工况下，S=21.3，此处取S2综上所述，当采油树法兰与井口装置连接处承受最大上顶力时，螺栓连接强度满足强度要求。五、零件1（上接头）与零件2（上壳体）连接处螺纹副强度校核螺纹副参数表材质名称35CrMo螺距p（mm）3极限强度b（MPa）980大径D（mm）135屈服强度s（MPa）835中径d2（mm）133.051结合圈数（mm）13小径d1（mm）131.752螺纹类型普通轴向力F（KN）10

7、00线数1导程3牙型角（）60滑动摩擦系数0.11注：以上数据来自机械设计手册及提升装置工程图。1、螺纹副抗挤压强度校核根据抗挤压强度计算要求,挤压应力许用挤压应力p因，所以，满足抗挤压强度校核。式中：l p：挤压应力，单位MPal p：许用挤压应力，单位MPal S：安全系数, 因（对于塑性材料，=0.450.5，S=1.21.5；=0.550.7，S=1.41.8；=0.70.9，S=1.72.2），此处取S2.2l A：挤压面积，单位mm2，A=d2hzl h：螺纹工作高度，单位mm, h=（普通螺纹）2、螺纹副抗剪切强度校核因为当外螺纹与内螺纹材质相同时，外螺纹首先破坏，所以这里只对外

8、螺纹进行强度校核。由，得，公螺纹所受剪切应力为：，满足剪切强度要求。式中： l ：许用剪切应力，单位MPal ：许用拉应力，单位MPal ：剪切应力，单位MPal b：螺纹牙底宽度，单位mm，b=0.75p（普通螺纹）l S：安全系数，一般取S35，此处取S=33、螺纹副自锁性能校核螺旋升角：当量摩擦角：，满足自锁性能要求。式中：l ：螺旋升角，在中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋线轴线的平面的夹角，单位度l ：当量摩擦角，单位度l ：牙型斜角，螺纹牙型的侧边与螺纹轴线的垂直平面的夹角，对称牙型l ：螺旋副的当量摩擦系数，无量纲，六、零件6（连接接头）与零件8（上连接体）连接处螺纹副强度校核

9、螺纹副参数表材质名称35CrMo螺距p（mm）3极限强度b（MPa）980大径D（mm）170屈服强度s（MPa）835中径d2（mm）168.051结合圈数（mm）15小径d1（mm）166.752螺纹类型普通轴向力F（KN）1000线数1导程3牙型角（）60滑动摩擦系数0.11注：以上数据来自机械设计手册及提升装置工程图。1、螺纹副抗挤压强度校核根据抗挤压强度计算要求,挤压应力许用挤压应力p因，所以，满足抗挤压强度校核。式中：l p：挤压应力，单位MPal p：许用挤压应力，单位MPal S：安全系数, 因（对于塑性材料，=0.450.5，S=1.21.5；=0.550.7，S=1.41.

10、8；=0.70.9，S=1.72.2），此处取S2.2l A：挤压面积，单位mm2，A=d2hzl h：螺纹工作高度，单位mm, h=（普通螺纹）2、螺纹副抗剪切强度校核因为当外螺纹与内螺纹材质相同时，外螺纹首先破坏，故这里只对外螺纹进行强度校核。由，得，公螺纹所受剪切应力为：，满足剪切强度要求。式中： l ：许用剪切应力，单位MPal ：许用拉应力，单位MPal ：剪切应力，单位MPal b：螺纹牙底宽度，单位mm，b=0.75p（普通螺纹）l S：安全系数，一般取S35，此处取S=33、螺纹副自锁性能校核螺旋升角：当量摩擦角：，满足自锁性能要求。式中：l ：螺旋升角，在中径圆柱面上螺旋线的

11、切线与垂直于螺旋线轴线的平面的夹角，单位度l ：当量摩擦角，单位度l ：牙型斜角，螺纹牙型的侧边与螺纹轴线的垂直平面的夹角，对称牙型l ：螺旋副的当量摩擦系数，无量纲，七、零件8（上连接体）与零件12（下壳体）连接处螺纹副强度校核螺纹副参数表材质名称35CrMo螺距p（mm）3极限强度b（MPa）980大径D（mm）190屈服强度s（MPa）835中径d2（mm）188.051结合圈数（mm）13小径d1（mm）186.752螺纹类型普通轴向力F（KN）1000线数1导程3牙型角（）60滑动摩擦系数0.11注：以上数据来自机械设计手册及提升装置工程图。1、螺纹副抗挤压强度校核根据抗挤压强度计算

12、要求,挤压应力许用挤压应力p因，所以，满足抗挤压强度校核。式中：l p：挤压应力，单位MPal p：许用挤压应力，单位MPal S：安全系数, 因（对于塑性材料，=0.450.5，S=1.21.5；=0.550.7，S=1.41.8；=0.70.9，S=1.72.2），此处取S2.2l A：挤压面积，单位mm2，A=d2hzl h：螺纹工作高度，单位mm, h=（普通螺纹）2、螺纹副抗剪切强度校核因为当外螺纹与内螺纹材质相同时，外螺纹首先破坏，故这里只对外螺纹进行强度校核。由，得，公螺纹所受剪切应力为：，满足剪切强度要求。式中： l ：许用剪切应力，单位MPal ：许用拉应力，单位MPal ：

13、剪切应力，单位MPal b：螺纹牙底宽度，单位mm，b=0.75p（普通螺纹）l S：安全系数，一般取S35，此处取S=33、螺纹副自锁性能校核螺旋升角：当量摩擦角：，满足自锁性能要求。式中：l ：螺旋升角，在中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋线轴线的平面的夹角，单位度l ：当量摩擦角，单位度l ：牙型斜角，螺纹牙型的侧边与螺纹轴线的垂直平面的夹角，对称牙型l ：螺旋副的当量摩擦系数，无量纲，八、零件12（下壳体）与零件15（下连接体）连接处螺纹副强度校核因螺纹副材质及规格与“零件8（上连接体）与零件12（下壳体）连接处螺纹副”相同，所以强度校核过程同“五、零件8（上连接体）与零件12（下壳

14、体）连接处螺纹副强度校核”一节。九、零件15（下连接体）与零件19（下封头）连接处螺纹副强度校核 轴向力计算：l D2：受力面外径，单位mml D1：受力面内径，单位mm螺纹副参数表材质名称35CrMo螺距p（mm）3极限强度b（MPa）980大径D（mm）185屈服强度s（MPa）835中径d2（mm）183.051结合圈数（mm）13小径d1（mm）181.752螺纹类型普通轴向力F（KN）543.449线数1导程3牙型角（）60滑动摩擦系数0.11注：以上数据来自机械设计手册及提升装置工程图。1、螺纹副抗挤压强度校核根据抗挤压强度计算要求,挤压应力许用挤压应力p因，所以，满足抗挤压强度校

15、核。式中：l p：挤压应力，单位MPal p：许用挤压应力，单位MPal S：安全系数, 因（对于塑性材料，=0.450.5，S=1.21.5；=0.550.7，S=1.41.8；=0.70.9，S=1.72.2），此处取S2.2l A：挤压面积，单位mm2，A=d2hzl h：螺纹工作高度，单位mm, h=（普通螺纹）2、螺纹副抗剪切强度校核因为当外螺纹与内螺纹材质相同时，外螺纹首先破坏，故这里只对外螺纹进行强度校核。由，得，公螺纹所受剪切应力为：，满足剪切强度要求。式中： l ：许用剪切应力，单位MPal ：许用拉应力，单位MPal ：剪切应力，单位MPal b：螺纹牙底宽度，单位mm，b

16、=0.75p（普通螺纹）l S：安全系数，一般取S35，此处取S=33、螺纹副自锁性能校核螺旋升角：当量摩擦角：，满足自锁性能要求。式中：l ：螺旋升角，在中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋线轴线的平面的夹角，单位度l ：当量摩擦角，单位度l ：牙型斜角，螺纹牙型的侧边与螺纹轴线的垂直平面的夹角，对称牙型l ：螺旋副的当量摩擦系数，无量纲， 十、零件13（活塞）与零件16（下中心管）连接处螺纹副强度校核螺纹副参数表材质名称35CrMo螺距p（mm）3极限强度b（MPa）980大径D（mm）100屈服强度s（MPa）835中径d2（mm）98.051结合圈数（mm）14小径d1（mm）96.7

17、52螺纹类型普通轴向力F（KN）1000线数1导程3牙型角（）60滑动摩擦系数0.11注：以上数据来自机械设计手册及提升装置工程图。1、螺纹副抗挤压强度校核根据抗挤压强度计算要求,挤压应力许用挤压应力p因，所以，满足抗挤压强度校核。式中：l p：挤压应力，单位MPal p：许用挤压应力，单位MPal S：安全系数, 因（对于塑性材料，=0.450.5，S=1.21.5；=0.550.7，S=1.41.8；=0.70.9，S=1.72.2），此处取S2.2l A：挤压面积，单位mm2，A=d2hzl h：螺纹工作高度，单位mm, h=（普通螺纹）2、螺纹副抗剪切强度校核因为当外螺纹与内螺纹材质相

18、同时，外螺纹首先破坏，故这里只对外螺纹进行强度校核。由，得，公螺纹所受剪切应力为：，满足剪切强度要求。式中： l ：许用剪切应力，单位MPal ：许用拉应力，单位MPal ：剪切应力，单位MPal b：螺纹牙底宽度，单位mm，b=0.75p（普通螺纹）l S：安全系数，一般取S35，此处取S=33、螺纹副自锁性能校核螺旋升角：当量摩擦角：，满足自锁性能要求。式中：l ：螺旋升角，在中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋线轴线的平面的夹角，单位度l ：当量摩擦角，单位度l ：牙型斜角，螺纹牙型的侧边与螺纹轴线的垂直平面的夹角，对称牙型l ：螺旋副的当量摩擦系数，无量纲，十一、零件9（上中心管）与零

19、件13（活塞）连接处螺纹副强度校核此处螺纹副不承受轴向力。十二、零件2（传扭管）与零件5（传扭接箍）连接处抗扭强度校核1、 键组抗挤压强度校核注：因加工时存在误差，此处仅根据理论挤压面积的75%进行计算。挤压力：挤压面积：A=273575%=367.5(mm2)根据抗挤压强度计算要求,挤压应力因无量纲 ，所以，取安全系数S2许用挤压应力p因，所以，满足抗挤压强度校核。式中：l F：挤压力，单位Nl M：额定扭矩，单位Nml R：挤压面平均半径，单位mml A：挤压面积，单位mm2l p：挤压应力，单位MPal p：许用挤压应力，单位MPal S：安全系数,取S2l A：挤压面积，单位mm22、

20、键组抗剪切强度校核由，得，剪切力：剪切面积：A=2253575%=1312.5(mm2)剪切应力：，满足剪切强度要求。式中：l F：剪切力，单位Nl M：额定扭矩，单位Nml R：最小剪切半径，单位mml A：剪切面积，单位mm2l ：剪切应力，单位MPal ：许用剪切应力，单位MPal S：安全系数,取S2十三、零件2（传扭管）与零件3（上壳体）连接处抗扭强度校核1、键组抗挤压强度校核注：因加工时存在误差，此处仅根据理论挤压面积的75%进行计算。抗挤压强度计算公式为：许用挤压应力p因，所以，键组满足抗挤压强度校核。式中：l T：传递转矩，单位Nl ：各齿间载荷不均匀系数，一般取=0.70.8

21、，齿数多时取偏小值l z：花键的齿数l ：齿的工作长度，单位l ：键齿工作高度，单位l p：花键连接许用挤压应力，单位MPal S：安全系数,取S2l ：平均直径，单位 l c：倒角尺寸,单位2、键组抗剪切强度校核由，得，键1剪切面积：A1=4204575%=2700(mm2)键1剪切力：剪切应力：，键1满足剪切强度要求。键2剪切面积：A2=420875%=480(mm2)键2剪切力：剪切应力：，键2满足剪切强度要求。式中：l F：剪切力，单位Nl M：额定扭矩，单位Nml R：最小剪切半径，单位mml A：剪切面积，单位mm2l ：剪切应力，单位MPal ：许用剪切应力，单位MPal S：安全系数,取S2十四、零件14（定位卡爪）轴向抗拉强度校核1、最小抗拉面积处抗拉强度校核根据，最小抗拉面积：A1257.7692.4(mm2)拉应力：因,所以满足抗拉强度要求。式中：l F：轴向拉力，单位N,取F120000Nl A：剪切面积，单位mm2l ：拉应力，单位MPal ：许用拉应力，单位MPal S：安全系数,取S1.82、与零件13（活塞）连接处螺纹副强度校核螺纹副参数表材质名称65Mn螺距p（mm）3极限强度b（MPa）735大径D