潜油离心泵试验台夹紧装置的设计毕业论文

东北石油大学本科毕业设计（论文）摘要本论文阐述了潜油离心泵试验台夹紧装置的设计过程，展示了部分总装图、零部件图绘制的结果。设计主要用于潜油离心泵性能检测的实验设备，实现对潜油离心泵的固定和支撑的作用。主要包括试验台总体方案设计、夹紧装置及可调支撑的结构设计及相关的设计计算。保证试验台上的潜油离心泵不移动、不变形、不震动、安全、省力和方便。其中，主要介绍了V型块夹紧装置、螺旋传动机构的选择和部分相关的计算，以及夹紧装置的各部分零件在整体中起到的作用。可调支撑在夹紧装置装夹前来支撑泵体，起到调节泵体位置和高度，便于装夹和拆卸的作用。可调支撑中v型滚子的选用、螺旋高度调节装置的使用和高度调节的计算。关键词：机械；夹紧装置；V型块；可调支撑

AbstractThearticleexpoundstheprocessofoil-submersiblecentrifugalpumptestbenchclampdevicedesign,showstheresultswhichispartofassemblydrawings,partsmapping.Thedesignismainlyusedforthetestequipmentofoil-submersiblecentrifugalpumpperformance.,realizationofoil-submersiblecentrifugalpumpfixedandasupportingrole.Mainlyincludestheschemeoftestbench,aclampingdeviceandanadjustablesupportingstructuredesignandrelateddesigncalculation.Assurancetestofoil-submersiblecentrifugalpumpdoesnotmove,deform,vibrate,safety,laborsavingandconvenient.ThisarticlemainlyintroducestheVtypeclampingdevice,thechoiceofscrewdrivemechanismandpartialcorrelationswerecomputed,andeachpartoftheclampingdeviceintheoverallplayarole.Adjustablesupportintheclampingdevice,isusedtosupportaworkpiecebeforeclamping,toadjusttheworkpiecepositionandheight,isconvenientforclampinganddisassemblingtherole.AdjustablesupportintheVtyperollerselection,helicalheightadjustmentdeviceuseandheightadjustmentcalculation.Keywords：Machinery；Fixture；Vtypeblock；AdjustablesupportPAGEI目录TOC\o"1-2"\h\u10905第1章概述 157051.1国内外采油概况 176471.2潜油离心泵采油系统概述 2168011.3潜油离心泵采油技术的结构与工作原理 460131.4设计潜油离心泵试验台夹紧装置的目的 516496第2章总体方案设计 6154102.1试验台总体技术参数 6170422.2试验台总体方案及系统组成 727183第3章夹紧装置的设计 1230883.1夹紧装置的总体的设计要求 12167583.2夹紧装置设计 12247283.3夹紧装置传动机构的选择 14214783.4夹紧装置中主要零件的功能 1671173.5相关计算和强度校核 2025295第4章可调支撑的设计 28258784.1可调支撑的设计要求 28322644.2可调支撑的方案 2889094.3主要零件的功能 29145584.4高度调节装置 3112285结论 332902参考文献 3412570致谢 35PAGE36第1章概述1.1国内外采油概况在全球范围内，从地层中开采石油的方法可以分为两大类:一类是利用地层本身的挤压能量来举升原油，称自喷采油法;另一类是由于地层本身的挤压能量不足，必须人为地给地层中的石油补充能量，才能将原油举升到地而，称为人工举升采油法。由于人工举升采油法一般是利用机械装置实现补充能量的，因此也称机械采油法。在机械采油法中，凡是利用抽油杆柱上下往复运动进行能源传递的抽油设备统称有杆抽油设备，否则称无杆抽油设备，而利用抽油杆柱旋转运动进行能量传递的井下螺杆抽油泵装置，虽然也有抽油杆，但人们习惯上并不把它列入有杆抽油设备。国内外应用比较广泛的人工升举方法有潜油离心泵、潜油螺杆泵、有杆泵、水力活塞泵及气举。潜油离心泵具有排量扬程范围大、生产压差大、适应性强、地面工艺流程简单、机组工作寿命长、管理方便、经济效益显著等特点。随着油田开采时间的延长和含水率的不断上升，利用潜油离心泵来保持或提高油井产量已成为一种发展趋势。近年来，国内外潜油电机驱动采油技术发展很快，电潜泵采油在井下机组设计制造、油井选择、机组选型成套、工况监测诊断及保护、分层开采和测试等配套工艺方面日臻完善。随着潜油离心泵在世界范围使用的数量不断增加，国内外油田在电泵采油工艺技术方面做了大量工作，因此在潜油离心泵广泛应用的同时，其应用水平也在不断提高，并积累了大量丰富的经验。据统计，目前先进的国外油田在一些主要电泵的应用指标已达到[3]：电泵系统效率42%，适用最高井温180℃，电泵最大挂泵深度4500m，平均运行寿命600～800天。潜油离心泵发展概况：1923年，白俄罗斯人AS奥托纳夫在世界上首先提出潜泣电泵的新概念，并在洛杉机制造出美国第一台潜油离心泵。1930年，奥托纳夫在美国创建了雷达公司。50～70年代，美国相继出现了三家主要生产潜油离心泵的制造商。它们是森垂列夫特公司、ODI公司、科贝公司。1940年，苏联国家石油机械设计院深水电机局石油工业组研制了苏联第一台潜油离心泵。开始广泛应用于油由。1953年，中国石油部曾在玉门油田对潜油离心泵进行研究和试验。1970年，天津市电机总厂与大庆油田联合，成功地开发塞中国鑫行设计和制造的第一台潜抽电泵并于1978年开始正式投产。天津市电机总厂正式获国家批准，引进美雷达公司的潜油离心泵制造技术，极大地促进了中国电潜泵制造技术和生产的发展。1989年，随着国内石油工业和采油技术的不断发展以及引进技术在国内的扩散，相继出现了大庆、胜利、虎溪等一批电泵制造厂，形成了中国的潜油离心泵制造行业。随着我国石油工业的发展和油田采油开发的需要，为了提高油田采油速度和最终采收率，应用机械采油方法是整个油田开发过程的一个十分重要的步骤。潜油离心泵作为一种比较常用的机械采油设备，由于它自身的特点，近十几年来在国内外得到了十分广泛的应用[1]。尤其是它特别适用于海上平台采油。选用潜油离心泵大排量强采是油田长期稳定生产的重要手段[2]。同时，随着潜油离心泵应用的日益广泛，石油工业对潜油离心泵无论在数量上，还是在性能和质量上，都提出了越来越高的要求。此外，由于电泵适用范围的扩大，油田对潜油离心泵提出了更特殊的要求，面对这些问题，国内外电泵制造厂针对自己的产品进行了不断的改进，并已成功地开发出一系列新产品和新技术[4]。1.2潜油离心泵采油系统概述[5]1.2.1潜油离心泵概述我国自1981年引进潜油离心泵技术以来至今已有近20年的历史，近20年来，潜油离心泵作为重要的机械采油设备在油田得到了广泛应用。据统计资料表明，目前我国已有潜油离心泵进近3700口（截止1996年底），仅大庆油田就有近1700口，占机械采油井总数的10%，产液量占总产液量的30%，成为油田为高产、稳产的重要手段之一。目前，我国有许多油田已经进入中、后期开采阶段，需要进行注水强采。电潜泵是一种较好的注水强采抽油设备，所以应用前景相当可观。此外，电潜泵除可用于陆地采油之外，还可用于海洋油田、沙漠油田、极地油田进行采油，具有同样好的使用效果和经济效益。因此，可以认为，今后电潜泵具有较好的技术发展前景。从我国采油工艺技术发展要求、经济效益分析及市场预测结果可知，电潜泵具有较好的适应性、先进性和经济性，是一种较好的有发展前途的采油设备。为此，要大力发展我国电潜泵，不断扩大使用范围，使我国采油经济效益进一步提高，成本进一步降低。潜油离心泵已发展为不再以单一的设备存在，而是以一整套系统存在，成为油田为高产、稳产的重要手段之一。潜油电机组主要由三部分组成：井下部分、地面部分和联系井下、地面的中间部分。井下部分是电泵的主要机组，它由多级离心泵、保护器和潜油电动机三部分组成，起抽油的主要作用，地面部分由自动控制台、自耦变压器及辅助设备组成，中间部分由特殊结构的电缆和油管组成。潜油离心泵系统的作用是实现高扬程、大排量的流体举升。由于电潜泵采油具有排量大，使用经济等特点，近些年来许多国外专家都致力于研究和提高电潜泵的适应性、可靠性、先进性与经济性，先后出现了许多新技术和新成果，并在采油实践中取得了较好的经济效益。实践证实：潜油离心泵对强水淹井、高产井、中深井、深井、方向井以及多砂、多蜡井，都能有效地工作;潜油离心泵的地面设备简单、维护方便，易于实现自动化，和其他类型抽油设备相比，潜油离心泵在油井中的使用寿命是最长的。潜油离心泵的特点：1）级数多、扬程高、流量小；2)排量范围大；3)沉没在液体介质中运行；4)100%自吸性；5)可以根据产液变化要求进行变频调速；6)变频调速地面设别占用面积和空间小，适用于海上平台；7)使用价值高，使用寿命长，便于管理。1.2.2潜油离心泵的优点和缺点优点：1)大排量采液是这种采油方法的主要优点。但是，目前潜油离心泵也经常应用于产液量比较低的油井。2)这种泵能够把油井中位于上部水层的水转注到下部的注水层中。3)操作简单，管理方便，在市区应用有得于美化环境、减少噪音。4)能够较好地运用于斜井、水平井以及海上采油。5)容易处理腐蚀和结蜡。6)容易安装井下压力及温度等测试装置，并通过电缆将测试信号传递到地面，进行测量读数。7)为适应油井产量递减或发生变化，可采用变频装置调节电源频率来实现，但投入费用较高。8)免修期较长，油井生产时效相对比较高。缺点：1）潜油离心泵下入深度受电机额定功率的限制，套管尺寸和井底高温时潜油离心泵的下入深度受到限制。大型高功率设备没有足够的环形突然空间冷却电机，会缩短电机的使用寿命。2）由于多级大功率潜油功率比较昂贵，使得初期投资比较高，特别是电缆的费用较高。如果需要搞腐蚀或耐高温，则费用会更高。3）由于整套装置都安装在井下，一旦出现故障，需要起出全部管柱进行修理，导致作业费用增加和停产时间过长。4）井下高温容易使电缆出现故障，高温、腐蚀和磨损可能造成电机损害。高气油比会使升举故障降低，而且会因气锁使泵发生故障。5）动力源仅适应采用电源。1.3潜油离心泵采油技术的结构与工作原理1.3.1潜油离心泵采油技术的主要结构潜油电机组主要由三部分组成：井下部分、地面部分和联系井下、地面的中间部分。井下部分是电泵的主要机组，它由多级离心泵、保护器和潜油电动机三部分组成，起抽油的主要作用，地面部分由自动控制台、自耦变压器及辅助设备组成，中间部分由特殊结构的电缆和油管组成。电潜泵采油系统组成示意图，见图1-1。图1-1电潜泵采油系统组成示意图1-配电盘；2-变压器；3-控制柜；4-接线盒；5-采油树；6-潜油电缆；7-测压阀/泄油阀；8-大扁护罩；9-单流阀；10-泵出口；11-小扁护罩；12-潜油泵；13-气体分离器；14-保护器；15-潜油电机；16-PHD；17-扶正器；1.3.2潜油离心泵采油技术的工作原理[6][7]潜油离心泵是由多级叶轮、导轮串接起来的，当潜油电机带动泵轴上的叶轮高速旋转时，处于叶轮内的液体在离心力的作用下，从叶轮中心沿叶片之间的流道甩向叶轮的四周，由于液体受到叶片的作用，其压力和速度同时增加。在导轮的进一步作用下速度能又转变成压能，同时流向下一个叶轮人口。如此逐次地通过多级叶轮、导轮的作用，流体压能逐次增高，大于泵出口管路阻力时液体由出口流出。电潜泵的主要性能参数为:额定排量Q、额定扬程(压头)H,额定轴功率尸、额定效率，、额定转速n等。电潜泵的额定排量和效率取决于泵型，额定扬程取决于泵型和级数，额定轴功率由额定排量和扬程确定，额定转速取决于电机结构。潜油离心泵一般用于井温在150℃以下、井底静压力<35MPa、泵吸入口井液粘度<7mm2/s、井液流速>0.3m/s、泵吸入口气液比<0.3、含砂量<500g/m3、井斜度<150的油井，超出以上范围，必须进行重新设计和校正。1.4设计潜油离心泵试验台夹紧装置的目的1.在潜油离心泵进行试验时，夹持潜油离心泵的泵体。固定加工潜油离心泵，保证其稳定，降低震动。2.在安装潜油离心泵的时候，可以保证潜油离心泵的迅速、方便、安全地安装泵体的装置。3.夹紧装置还应该具有夹持不同型号的潜油离心泵（在设定范围内）的能力。4.夹紧装置的操作要方便、安全。能保证夹紧装置一定的使用寿命和较低的夹紧装置制造成本。

第2章总体方案设计2.1试验台总体技术参数潜油离心泵试验台是用于潜油离心泵性能检测的实验设备，实现对潜油离心泵扬程、流量、转子转矩、转子转速、泵效等性能参数的测试。在此条件下，完成试验台总体方案设计、测控系统方案设计、电气控制系统设计、实验参数检测系统设计及相关的设计计算。本试验台可以检测的潜油离心泵的主要技术参数如下:驱动功率：37kW最大扭矩：200Nm最高转速：3000r/min泵的最大扬程：1500m实验过程需要实验台体、流程系统、测控系统等协同完成。相关的检测参数及技术指标见表2-1。表2-1主要参数及技术指标检测参数量程精度备注泵的出口压力0～10MPa0.5—泵的流量50～300m3/d0.5电磁流量计介质温度室温～50℃0.5热电阻转子扭矩0～200Nm0.25—转子转速1000～3000r/min0.5—本实验系统采用98系列潜油离心泵作为试验用泵，可安装的泵型号及相关参数见表2-2。表2-2用于实验的的潜油离心泵型号及参数泵型号（98系列）转速r/min2900转速r/min1500单级扬程m泵效%排量m3/dQ10100507.1556Q20150756.658Q303001505.2055潜油离心泵采用交流变频调速电机驱动，相关泵型及转速下的相关数据见表2-3。表2-3泵的相关参数泵型号转速r/min排量扬程m压力MPa计算电机m3/dL/min功率kW扭矩Nm功率kW扭矩NmQ1015005034.71000105.7836.807.549.6300010069.410001011.5636.801549Q2015007552.11000108.6855.261172.73000150104.210001017.3755.2918.560Q301500150104.210001017.37110.5218.5120.23000300208.310001034.72110.52371202.2试验台总体方案及系统组成本实验系统主要包括试验台、测控系统、液压部分。实验台体的组成如图2-1所示。主要包括驱动电机（以下简称主电机）、转矩转速传感器、动密封装置、夹紧装置、底座、潜油离心泵（以下简称电潜泵）、辅助装置等。图2-1实验台体组成2.2.1实验台主电机采用交流变频调速电机，根据表2-3的计算数据，主电机参数见表2-4。表2-4电机参数型号额定功率额定转速额定电流额定转矩MDSP200L-237kW2950r/min68A120Nm主电机通过变频器进行变频调速控制，实现电潜泵转速的无级可调，调速控制过程采用控制台手动控制、计算机自动控制两种控制方案。转矩转速传感器实现电潜泵工作转矩、转速的检测，额定扭矩200Nm，额定转速3000r/min。转矩转速传感器安装在固定支座上，再通过支座的输入、输出轴与主电机和动密封装置的输入轴连接，以保证传动轴的对中性、运转的平稳性要求。连接轴部件用于连接传感器与传动抽的传动装置。在试验台运转中，连接轴部件除起到连接作用外，更重要的作用是保护传感器。泵在运转时传动轴会产生扰动，而传感器是精密仪器，不能承受非旋转的运动，连接轴能够起到非常重要的保护作用动密封装置是实现前端传动轴与电潜泵转子连接的装置，其输入轴与转矩转速传感器连接，输入轴与泵入口转子连接，内部采用机械密封结构。密封压力0.6MPa，转速3000r/min。由于机械密封属于易损件，因此动密封装置在结构上要易于拆装，便于维修、更换零部件。底座用于安装电机、转矩转速传感器、动密封装置、夹紧装置等。结构尺寸：前半部分为平台式结构用于安装动力部分装置，后半部分为下凹式槽型结构，保证实验介质的存储，在储液槽中要设有介质（水）集收泵，用于将储液槽中的介质回收到流程系统水箱。支座用于将各部件稳定连接于底座的装置。支座与部件用螺栓连接，与底座焊接连接。调整垫为安装在支座与部件之间的10mm厚20#钢板，用于对各部件的中心高进行微调；当部件安装位置不合适时，对调调整垫局部或整体打磨调整使部件处于正确位置。2.2.2夹紧装置夹紧装置的作用是实现电潜泵的安装、夹紧，可实现不同型号电潜泵的夹持。因此应采用中心高固定、夹持泵径可变的机构。为便于电潜泵的安装，在夹紧装置上要设有可调支撑。夹紧力要保证其实现不小于200N·m扭矩，以保证实验过程中电潜泵的夹持牢固。夹持机构采用手动夹紧。夹紧装置预计总体图如图2-2。夹紧装置主要为了实现下面的内容：1.在潜油离心电泵进行试验时，夹持潜油离心泵的泵体。固定加工潜油离心泵，使之占有正确的位置并保证其稳定，降低震动。2.在安装潜油离心泵的时候，可以保证潜油离心泵的迅速、方便、安全地安装泵体的装置。3.夹紧装置还应该具有夹持不同型号的潜油离心泵（在设定范围内）的能力。4.夹紧装置的操作要方便、安全。按不同的加工方法。能保证夹紧装置一定的使用寿命和较低的夹紧装置制造成本。图2-2总体的结构图夹紧装置的主要组成：1）夹紧件：夹紧件为以潜油离心泵相接触最直接的件，其实主要起到固定潜油离心泵的机构。2）操作件：该夹紧机构设计为手动操作，通过手轮旋转来驱动使V型块运动到预设的位置。3）传动机构：传动机构的主要作用为，通过手动件的驱动，将运动和力传递给夹紧件，在夹紧后还可以保持其稳定。4）定位：该夹紧装置通过定位件，将其固定在底座上。并且要求其高度和潜油离心泵中心高相匹配。在夹紧装置中包含一个可调支撑其总体的图如2-3所示，其主要的作用是主要作用为，在夹紧装置夹持潜油离心泵前，将潜油离心泵支撑起，其目的是方便潜油离心泵的装夹。可调支撑主要为了实现下面的内容：具有一定的高度调节能力，保证达到夹持不同型号潜油泵所需要的高度；在潜油离心泵的泵体的轴向方向可以转动；在其支撑潜油离心泵达到预定高度后，要求自身具有自锁功能。保证其在正确的为位置保持稳定。图2-3可调支撑的总体图2.2.3流程系统流程系统主要为辅助装置，主要包括：电潜泵出、入口连接组件，高、低压软管组件。由于实验的电潜泵型号不同，同时为保护泵体连接螺纹，其出、入口不可直接与设备相连接，需通过连接组件和高、低压软管组件与动密封装置和流程系统相连接。实验台流程图，见图2-4。图2-4实验台控制流程

2.2.4试验台测控系统传统的人工测量系统进行泵的测试时，测量的一个单项数据，一般需要多个测量人员参与，测试周期长，测量效率低，而且人工读数（采集数据）及原始测量数据处理也容易带来随机测量误差、过失误差和计算误差，从而使油泵的测试精度大大降低。与此相反，本实验台采取的以微机控制系统为核心的数据采集、数据的实时处理装置，能够实现以较少的测试人员、较短的测试周期并能避免测试过程中因人为因素造成的测试误差。以计算机辅助测试的潜油离心泵试验台，能够对潜油离心泵实验台的整体结构进行基本特性测试及综合性能的分析和研究。本实验台的测控系统主要包括控制台、动力控制柜、终端计算机、测控软件等。其中的计算机控制测试系统由计算机、数据采集卡、接口板、传感器、电磁阀和数显仪表等组成。测控系统主要实现实验过程的动力驱动控制、实验过程中泵的扬程调节、试验参数的设定、实验数据的监测、计算机数据采集及处理等功能。

第3章夹紧装置的设计3.1夹紧装置的总体的设计要求（1）在潜油离心电泵进行试验时，夹持潜油离心泵的泵体。固定潜油离心泵，并保证其稳定，降低震动。（2）在安装潜油离心泵的时候，可以保证潜油离心泵的迅速、方便、安全地安装泵体的装置。（3）夹紧装置还应该具有夹持不同型号的潜油离心泵（在设定范围内的能力，其调9节的范围应该保证夹持98-130mm直径范围内的不同直径的泵体。（4）夹紧装置的操作要方便、安全。（5）能保证夹紧装置一定的使用寿命和较低的夹紧装置制造成本。夹紧装置元件的材料选用将直接影响夹紧装置的使用寿命。（6）要适当提高夹紧装置元件的通用化和标准程度。选用标准化元件，从而降低夹紧装置成本。（7）必须具有良好的结构工艺性，以便夹紧装置的制造、使用和维修。以上要求有时是互相矛盾的，故应在全面考虑的基础上，处理好主要矛盾，使之达到较好的效果。3.2夹紧装置设计3.2.1确定夹紧装置的类型[3][7][8][15]要达到夹持泵体的目的，由于泵体是圆柱形，则对泵体以外圆柱面固定有如下两种方法：（1）圆孔套：圆孔套由两个相对称的少半圆组成，两者之间通过两个螺栓连接起来，并且通过调节螺栓来夹持不同大小的潜油离心泵泵体。如下图3-1所示。（2）V型块：有两个V型块一同组成，是广泛应用于定位和夹持工件，具有装卸方便，对中性好，在生产中应用比较常见，切结构已经标准化。V型块与泵体接触长度相对较长的称为长V型块可以限制四个自由度；V型块与泵体的接触长度相对较短，称为短V形块，限制两个自由度。如下图3-2所示。图3-1圆孔套图3-2V型块在本次潜油离心泵试验台夹紧装置设计中选择V型块，来对离心泵泵体进行夹持和夹紧。V型块具有更好的对中性，并且更加稳定和坚固；与圆柱套相比较，V型块能保证稳定不震动。并且V型块已经标准化，便于安装与拆卸。V型块通过传动装置在水平方向驱动v型块运动，保证通过v型块四个面与潜油离心泵的泵体的相连接，限制两个方向的自由度，由于v型块较长还可以限制两个方向上的选择自由度。由于v型块具有良好地对中性，在夹持潜油离心泵泵体后可以保证泵体的中心线和预设的水平中心线的位置一致。3.2.2夹紧装置的总体结构该夹紧装置是手动操作，在手轮的带动下沿，在传动机构传递运动和力使V型块沿着导向杆运动，其中两个V型块沿导向杆同步相向运动，在到达预设的位置夹紧潜油离心泵的泵体。并且要求在V型块夹紧离心泵后要求传动机构具有自锁功能，试验台进行试验时，潜油离心泵的位置保持稳定。通过V型块的四个面来紧固泵体和限制其自由度。在拆卸潜油离心泵的时候，通过手轮反向旋转，通过传动机构传递力和运动，使夹具的V型块四个面与潜油离心泵分开，并达到一定的位置保证潜油离心泵的顺利取出。图3-3总体图3.3夹紧装置传动机构的选择[9][11]螺旋传动，利用螺杆和螺母的啮合来传递动力和运动的机械传动。主要用于将旋转运动转换成直线运动，将转矩转换成推力。按工作特点，螺旋传动用的螺旋分为传力螺旋、传导螺旋和调整螺旋。（1）传力螺旋:以传递动力为主,它用较小的转矩产生较大的轴向推力,一般为间歇工作,工作速度不高，而且通常要求自锁，例如螺旋压力机和螺旋千斤顶上的螺旋。（2）传导螺旋：以传递运动为主，常要求具有高的运动精度，一般在较长时间内连续工作，工作速度也较高，如机床的进给螺旋（丝杠）。（3）调整螺旋：用于调整并固定零件或部件之间的相对位置，一般不经常转动，要求自锁，有时也要求很高精度，如机器和精密仪表微调机构的螺旋。按螺纹间摩擦性质，螺旋传动可分为滑动螺旋传动和滚动螺旋传动。滑动螺旋传动又可分为普通滑动螺旋传动和静压螺旋传动。螺旋机构的主要的结构特点如下：（1）结构简单加工方便成本低廉；（2）当了螺纹升角低于摩擦角有自锁；（3）传动平稳；（4）摩擦主力大，效率低，健在0.-0.7之间，自锁是低于0.5常在0.3-0.4之间；（5）螺纹之间有侧向间隙，反向时有空行程，定位精度及轴向刚度较差；（6）磨损块；（7）低速及微调时有可能出现爬行；其广泛应用于金属切削机床的进给和分度机构的传导螺旋，摩擦压力机及千斤顶的传力螺旋，在工作中泵体产生相应的力或扭矩是不发生松或脱落的现象。由于本次设计的夹紧装置需要在一个直线上，两个V型块相对运动（同时相向运动或相背运动），并且还要保证一定的相对运动精度。将某一个方向上的力或扭矩传递转换成为推力。又因为该夹紧装置应用在一个实验台上，运动速度非常慢，在夹持泵体后要求其本身具有自锁功能。如以上几点原因，我选择螺旋传动作为两个V型块作为传动机构。图3-4梯形螺结构图具体选用的为螺旋传动中梯形螺纹，滑动传动。螺杆和螺母材料均采用45钢。选择梯形螺纹的尺寸为公称直径为36mm，螺距P为6mm。3.4夹紧装置中主要零件的功能1)左侧支撑

图3-5左侧支撑左侧支撑由两个支撑导向杆的孔和一个用于支撑丝杠的孔，其主要用于固定导向杆的位置。通过固定导向杆的位置来确定夹紧装置的整体长度。通过两个M20的螺栓与底座相连接。2)右侧支撑图3-6右侧支撑右侧支撑件是与左侧支撑件相配合使用的，左右两端的光孔用螺栓与底座相连接，其和左侧支撑件一起决定了夹紧装置的整体长度。但右侧支撑件和左侧支撑件有存在区别，右侧支撑件也起到支撑两个导向杆的作用，但其不支撑丝杠。在右侧支撑多六个螺纹孔，用于和轴向定位套相连接。3)轴向定位套图3-7轴向定位套轴向定位套通过其肩上的六个光孔，用螺钉固定在右侧支撑件，其主要作用是通过中间的圆孔和丝杠的一端接触，起到扶正丝杠的作用下端面和丝杠的轴肩相接触，在轴向方向来固定丝杠，在轴向定位套和右侧支撑件之间增加一个垫片。由于在加工或装配的过程中会出现误差，所以通过垫片厚度的调节进而调节丝杠周详的位置。4)丝杠图3-8丝杠丝杠和螺母相配为本夹紧装置的传动机构，其两端工作螺纹长度为190。中间存在一个长12mm、直径29mm的退刀槽，其主要作用为方便螺纹的加工和间隔两侧螺纹的旋转方向。左侧为左旋螺纹，右侧为右旋螺纹，在手轮驱动丝攻旋转顺时针旋转时候，丝杠上的两个V型块同步相向运动。左侧的键槽是用来和手轮相连接，第一个轴肩是用来定位手轮在丝杠上的轴向位置。左侧第二个轴肩和左侧支撑件相配合，来定位丝杠在夹紧装置整体中的轴向位置。而右侧轴肩和轴向定位套相接触，在右侧固定丝杠的位置。右侧出现一个长度为20mm、直径25mm的轴头，是用来和轴向地位套的内孔相连接，起到扶正丝杠和保证丝杠的同轴度。5）垫板垫板是和左右支撑件相互搭配使用的其结构简单，其长300mm、宽38mm、厚10mm，在与支撑件左右光孔相对应的位置有两个直径21mm的光孔。在用螺栓将左右两侧支撑和底座连接时，把垫板放在两者之间，用来调节左右两侧支撑件保持在正确的位置。还可以通过垫板的厚度的改变，来改变夹紧装置的总体的高度。6）套1和套2图3-9套套1和套2是导向杆、丝杠和左右支撑件连接时，将套置于两者之间。套1和套2形状结构一致，只是尺寸上存在差异，套1是用于连接导向杆和左、右支撑件，套左侧平面用于和导向杆的轴肩相连接，套1的凸台和图3-5和图3-6中左右两侧带圆台的孔相互配合。套1的长度为37mm，而孔深为38mm。套1比孔短1mm的目的是为了防止当导向杆通过螺母紧固在作用支撑件上时，防止由于加工精度使螺母不能喝两侧的支撑件接触，导致螺母、套1和导向杆固定成为一体，使螺母失去作用。三者成为的一体会发生整体的窜动。7)导向杆图3-10导向杆导向杆左右两端有两个相同的长45mm、M30的螺柱，其通过螺母和左、右支撑件相连接，限制导向杆在轴向的自由度。在螺母和左、右支撑件之间需要增加一个弹簧垫片和一个平垫片，弹簧垫圈装置在螺母下面用来防止螺母松动，而平垫片的作用是防止弹簧垫片不能和左右支撑件不能接触，还可以增加受力面积体高连接的可靠性。两端的两个圆柱凸台长35mm、直径34mm，是用于和套1相连接，限制导向杆径向的自由度。中间圆柱表面粗糙度要求较高，其用来为V型块导向的作用，其长度为392mm，是V型块在轴向上可以运动的范围。8)螺母如下图所示螺母在凸台上有六个直径为11mm光孔，从固定螺母所需要的强度角度来讲，只需要四个螺母即可。但该传动机构为螺旋传动，在加工螺柱和安装时不能保证其安装后，两个V型块的位置能非常准确的到达预定的位置。在出现该问题后，我们就可以利用六个光孔相对应的螺钉来调整位置。没每相邻的两个孔互换就可以调整一个60°。多次调整螺母、螺柱可以使V型块达到预定的位置。图3-11螺母9）V型块如图3-12所示，V型块左右各有两个孔，使用来与导向杆相连接，是保证V型块在进行试验时轴向运动时沿直线运动。同时两个孔还可以保证V型块在夹持潜油离心泵时，不发生左右摇摆和晃动。在导向杆和V型块的孔连接处，增加一个导向孔套，其作用有两个，其一为V型块在导向杆上滑动，由于摩擦的原因会使导向杆和V型块两者都会产生一定磨损。其二V型块和导向杆的材料都为钢，两者相互摩擦较大，而且破坏程度也会增加。因此在两者间增加一个铜的的导向杆套，即可以降低两者的摩擦，使V型块在导向杆上运动的更加轻松。还可提高导向杆和V型块的使用寿命。中间的孔处安装螺母，在V型块上的六个螺纹孔是用于固定螺纹孔。这里值得注意的事项，在设计螺纹孔的分布时，应考虑扳手空间。如果最下面的螺钉在圆的最低点。通过绘制solidworks三维图时发现，螺钉无法安装。螺母和V型块中间空相配合时，螺母的圆台高度比孔深大2mm。这么做的主要目的是在安装螺钉时防止螺钉和V型块相接触，使螺母和螺钉没有完全接触，造成螺钉紧固的作用失效。图3-12V型块在V型块的上半部分的两个面个有四个M8的螺纹孔，是用来安装钳牙。由于有螺纹孔的两个面与潜油离心泵的泵体直接接触，并且泵体还存在扭矩，会对V型块用于固定泵体的表面产生损害，为了提高V型块的使用寿命，在其表面上安装钳牙。安装钳牙后，既可以降低对V型块的摩擦破坏，还可提高夹持泵体力的大小。3.5相关计算和强度校核3.5.1夹紧力的计算[9][12]已知该夹紧装置所夹持的潜油离心泵泵体所能产生最大的扭矩为200N·m。对夹紧装置进行受力分析。潜油离心泵泵体产生的扭矩为T=200N·m。由于夹紧装置夹持潜油离心泵泵体，对潜油离心泵有压力F，且每个面所承受的压力F均相同（即大小相同，方向不一致）。潜油离心泵泵体的圆柱面与夹紧装置接触会产生摩擦，摩擦力所产生扭矩的和与潜油离心泵泵体所产生的扭矩相抵消，达到平衡。即F·f·s·R=200N·m4F=4Nf=（3-1）并考虑安全系数可得；图3-13V型块的受力分析图（3-2）W=K（3-3）图3-14力的分解公式中aV型块的夹角，f--摩擦系数，取值见下表3-1。取表面光滑f=0.1S为安全系数，安全系数取s=2；=T·s=2×200N·m=400N·m表3-1摩擦系数取值表定位支撑表面状况f值光滑表面0.1-0.2表面具有沟槽，沟槽方向与切削方向一致0.3表面具有沟槽，沟槽方向与切削方向垂直0.4表面具有交错沟槽0.6-0.7共有四个点与潜油离心泵泵体相接触，则n·F·R=（3-4）n=4∵R的值在49-65mm之间F=100/R∵F=N·fN=(3-5)F=(3-6)把R=49和R=65代入得N=15384.6N当夹角a=90度时；夹紧装置说受的力如图3-14力的分析可知：W=·N计算得，90度夹角的V块受力为28856.912N。3.5.2轴向运动距离计算在实际夹持的时候，应该由两个相同的V型块来夹持中间的泵体，而本文为了方便计算，将两个泵体移动到V型块附近。在夹持不同潜油离心泵时，中心线在水平方向上所需移动的距离为O1O2，并且已知泵直径的变化在98-130mm之间这dmax=130mm，dmin=98mmO1O2=O1C-O2C（3-7）图3-15位置分析图其中O1C=（3-8）O2C=（3-9）则O1O2=（3-10）∵d=130d2=98代入3-9、3-10和3-11得Δd1=32，O1O2=在夹持不同大小潜油离心泵泵体，中心线在水平位置上课调的距离为16即22.624mm。在夹持不同大小的潜油离心泵的泵体，V型块移动距离也不相同，夹持最小的泵体时，两个V型块的距离最近，相距18mm，避开了丝杠中间12mm的退刀槽，在夹持最小泵体时V型块不会出现卡住的问题。夹持最大直径泵体时V型块之间的距离为65.2mm不存咋任何出错的可能。在拆卸允许范围内最大直径的泵体时，V型块需向外移动33mm,V型块自身的宽度为80mm，还包括夹持时两个V型块的距离62.5mm。三者之和为175.5mm小于V型块单侧可移动最大距离190mm。拆卸最小直径的泵体时V型块需要向外移动40mm、V型块自身的宽度为80mm、夹紧时两个V型块之间的距离为180mm，三则之和为138mm。说明设计可行。3.5.3螺旋传动机构的强度校核[11]表3-2滑动螺旋副材料的许用应力螺旋副材料许用应力/MPa[σ][σb][τ]螺杆钢——螺母青铜—40～6030～40铸铁—45～5540钢—（1.0～1.2）[σ]0.6[σ]螺母螺纹牙的强度计算螺纹牙多发生加剪切和挤压破坏螺纹牙危险截面的剪切强度条件为（3-11）螺纹牙危险截面弯曲强度条件为（3-12）式中：b——螺纹牙根部的厚度，mm，b=0.65Pl——弯曲力臂，mm，；[τ]——螺母材料的许用切应力，MPa，见表3-2；[σb]——螺母材料的许用弯曲应力，MPa，见表3-2；u——为螺纹的工作圈数，；计算得：b=0.65×6=3.9mm；l=3÷2=1.5mm[τ]=0.6×500=300MPa；[σb]=（1.0～1.2）×500=500MPa则τ=4.8<[τ]σ=11.13<[σb]3.5.4螺栓直径的计算该螺栓为通过支撑件和底座连接的四个螺栓。在扭矩T的作用下，螺栓组连接承受一下各力和倾覆力矩的作用：倾覆力矩M=T=200N·m（3-13）所以在垂直方向上螺栓组的受力大小为Fh=200000N·mm÷115mm=1739.1图3-16螺栓分布1）在垂直方向上Fh的作用下，螺栓组中每个螺栓的所受的工作拉力Fa=Fh÷4=1739.1÷4=434.8N2）在倾覆力矩M的作用上面两个螺栓受到加载的作用，故左侧螺栓受力较大，而下面两个螺栓受到减载的作用，故右侧螺栓受力较校，所受载荷按载荷式确定（3-14）Fmax=434.75N故上面的螺栓所受的轴向工作载荷为：F=Fa+Fmax=434.8+434.75=869.55N3）在横向力Fv的作用下，下面的两侧支撑与底座连接结合面易发生滑移，根据不发生滑移的条件（3-15）有下表查得结合面间的摩擦系数

表3-4来接结合面的摩擦系数被连接件结合面的表面状态摩擦系数钢或铸铁零件干燥的加工表面0.10～0.16有油的加工表面0.06～0.10钢结构件轧制表面，钢丝刷清理浮锈0.30～0.35涂富锌漆0.35～0.40喷砂处理0.45～0.55铸铁对砖料或混凝土干燥表面0.40～0.45选取摩擦系数f=0.16取则取防滑系数Ks=1.2，则各螺栓所需要的预紧力为 （3-16）计算得4）上面每个螺栓所受的总拉力（3-17）5）在这么大的扭矩下，来计算螺栓的直径，选择螺栓的材料为低碳钢，性能等级为3.6的螺栓，由下表查得表3-5常用螺纹连接材料的疲劳极限材料疲劳极限/MPa材料疲劳极限/MPaσ-1σ-1tcσ-1σ-1tc10160～220120～15045250～340190～250Q215170～220120～16040Cr320～440240～34035220～300170～220———查得材料屈服极限σs=240MPa，查得安全系数S=4故螺栓材料的许用应力根据公式：由于出于装配和拆卸时候一些实际状况，选择M20的螺栓。20远远大于3.8所以其强度满足要求。

第4章可调支撑的设计4.1可调支撑的设计要求在本实验台中支撑件是用来配合夹紧装置使用的。在夹紧装置夹持泵体之前，见泵体先置于支撑件上。在通过支撑件的高度调节，使泵体达到一定的高度，再由夹紧装置对泵体进行装夹。所以对支撑件的要求为：1）支撑件可以支撑起直径为98-130mm范围内的潜油离心泵泵体；2）支撑件的高度，可调并且能达到夹持不同大小泵体所需要高度调节的要求；3）支撑件与泵体接触处可以滚动，方便泵体在支撑件上的位置调节和夹紧装置上泵体的拆卸；4.2可调支撑的方案图4-1总体图通过一个滚轮和潜油离心泵的泵体接触，滚轮可以沿泵体的轴向方向滚动。滚轮可已通过通过传动装置调节其在纵向上的的高度，其高度需满足所需范围内的高度的变化。4.3主要零件的功能为了满足支撑潜油离心泵的泵体在支撑件上的稳定和沿泵体轴向方向上可以滚动，我们选择了滚轮作为支撑件。如下图4-2所示图4-2滚子选用的材料为尼龙6它的熔点较低，而且工艺温度范围很宽。它的抗冲击性比较好。滚轮角度的选择。与前面V型块角度选择相似，该角度的选择主要是为了在支撑直径为98mm-130mm范围内不同大小的泵体，都可使泵体与支撑部分有较大的接触面积。通常的情况下是90°和120°。在相同的情况下120°的滚轮与潜油离心泵泵体的接触面积更大，120°角的圆锥滚子更加合理。由于滚轮还需沿泵体轴向方向滚动，则其余支撑轴之间须加轴承与之配合。由于在支撑件中主要承受径向的载荷，轴向载荷可以忽略不计。支撑件虽然具有旋转的性能但很少旋转，即使有旋转时旋转的速度也非常的慢。两个支点的距离较近切不需要调心的作用。轴穿过滚子通过轴承是两者相连接，轴和支撑架相连接。由于轴在本设计中是不动的，滚子的转动是因为滚子与轴承相连接是滚子可以转动。轴的定位是通过在轴的一端开一个槽如图4-3所示。在槽处有一个定位片放入槽中，即可以防止轴在轴向方向上窜动也可以防止轴旋转。在支撑架和轴承之间有一点间隙为了防止轴承偏移或错位，在两者之间加入一个挡环，并且挡环的高度不可高于轴承的滚珠防止干扰轴承的正常转动。轴承镶如滚轮里。滚轮里与轴承接触的高度也不硬高于滚珠，同样是防止干扰轴承的正常转动，但也不能太低，低于轴承的下环，这样不利于轴承的拆卸。图4-3轴头支撑架通过一个M16的螺栓和高度调节装置连接，在螺栓和支撑架中间需增加一个垫片，垫片的作用是防止可调支撑在支撑泵体的时候，由于受力不均而发生倾斜。如图4-4所示。在支撑架的底边，分别在上、下个存在一个圆台。设计这两个圆台的主要目的，是为更好的加工中间直径为17mm的光孔。底面两侧通过焊接的方式，固定左右两侧的支撑板，上端两支撑板相同的孔是用来支撑和滚轮相连接的轴。孔和轴不存在配合，轴的定位主要靠左侧两个螺纹孔，如前文中所说的定位片通过螺纹孔固定在支撑架上。图4-4支撑架4.4高度调节装置撑件由于需要支撑不同型号的潜油离心泵，所以其高度需要进行调整。如下图所示：图4-5分析图在夹持不同大小潜油离心泵泵体时，支撑件处于不同的高度。由于该支撑件只是由于直径为98-130mm范围内的的潜油离心泵泵体。则支撑件因为泵体大小而上下调整的最大位移为O1O2S=O1C-O2C=O1O2∵O1C=Rmax=130O2C=Rmin=98∠C=120°则O1O2=18.5mm所以支撑件由于泵体大小的改变而调整的高度只需20mm，但为了便于安装和拆卸，该增大可调节的范围。在支撑最大尺寸泵体时，支撑件还可以下降20mm左右，在支撑最小尺寸泵体时，支撑件还可以升高20mm左右。所以支撑件的变化范围为60mm左右。在正常进行试验时，支撑件支撑泵体达到预定的高度，然后再由夹紧装置夹持泵体，在升值预定高度后，支撑件的高度应保持不变。由此想到，高度调节装置选用螺旋机构，根据千斤顶的原理既可以省力，又有自锁的原理。上升到一定高度后螺纹自锁防止支撑件下落。支撑件选用梯形螺纹Tr42螺距为7螺纹长度为为85mm。虽然高度变化的范围为60mm，但升至最高处仍然需一定长度的螺纹连接，来保证支撑件的稳定性。选择螺纹的长度为85mm。所以该设计满足了实际所需要螺纹的长度。高度调节装置如图4-6所示，在螺纹根处有一长为12mm，直径为34的退刀槽，起的作用是便于梯形螺纹的加工。然后为一个直径为14的螺纹通孔，其作用为安装两个手柄，来操作支撑件上下运动的手柄。为了方便操作，在手柄的零头加上两个手柄球。图4-6高度调节装置

结论1.该夹紧装置是潜油离心泵试验台上的夹紧装置，通过对潜油离心泵的工作原理、性能，和对试验台的工况分析作出了总体的设计方案，并且完成了毕业设计。2.该夹紧装置通过V型块可以满足夹持不同大小离心泵的泵体，并能保证离心泵泵体的稳定。3.设计完成了对可调支撑的设计，其通过螺旋传动机构来调节高度，可以满足在夹持不同尺寸离心泵时所需要不同高度的支撑。4.通过总装图、零件图的绘制和相关的计算。避免的设计上和加工上的一些错误和装配过程中应该避免的问题。

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致谢非常感谢韩道权老师在我大学的最后学习阶段——毕业设计阶段给自己的指导，从最初的定题，到资料收集，到写作、修改，到论文定稿，给了我耐心的指导和无私的帮助。为了指导我们的毕业论文，他放弃了很多自己的休息时间，他的这种无私奉献的敬业精神令人钦佩，在此我向他表示我诚挚的谢意。同时，感谢所有任课老师和所有同学在这四年来给自己的指导和帮助，是他们教会了我专业知识，教会了我如何学习，教会了我如何做人。正是由于他们，我才能在各方面取得显著的进步，在此向他们表示我由衷的谢意，并祝所有的老师培养出越来越多的优秀人才，桃李满天下！通过这一阶段的努力，我的毕业论文《潜油离心泵试验台夹紧装置设计》终于完成了，这意味着大学生活即将结束。在大学阶段，我在学习上和思想上都受益非浅，这除了自身的努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。在本论文的写作过程中，我的导师韩道权老师倾注了大量的心血，从选题到开题报告，从写作提纲，到一遍又一遍地指出每稿中的具体问题，严格把关，循循善诱，在此我表示衷心感谢。同时我还要感谢在我学习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关心我的同学和朋友。写作毕业论文是一次再系统学习的过程，毕业论文的完成，同样也意味着新的学习生活的开始。祝老师和同学们工作顺利，身体健康。基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究HYPERLI