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文檔簡介

設(shè)計過程及計算一、提升裝置提升力(伸長力)計算因活塞兩側(cè)受力面積相等,所以,F(xiàn)=F=P?A=P?[0.25XnX(D2-D2)]提升伸長 2 1=35MPaX[0.25X3.14X(1662-95.52)]mm2=506522N^506.5KNF提升>500KN,滿足設(shè)計要求。式中:P:提升裝置額定工作壓力,取35MPaF提升:提升裝置額定提升力,單位NF伸長:提升裝置額定伸長力,單位NA:受力面積,單位mm2D1:受力面外徑,為166mmD2:受力面內(nèi)徑,為95.5mm二、傳壓管耐壓強度校核1、傳壓管抗內(nèi)壓強度校核根據(jù)套管(D/5>14)抗內(nèi)壓計算公式P=竺M,得D5=-^D=―35X183—=4.4(mm),2nb 2x0.875x835s6小于實際設(shè)計壁厚8.5mm,滿足抗內(nèi)壓強度要求。式中:Pmax:管內(nèi)最高工作壓力,單位MPa,此處取Pmax=35MPaD:管外徑,單位mm??!翰牧锨O限,單位MPa,材料為35CrMo,取。s=835MPaP:管子抗內(nèi)壓強度的壓力,單位MPa,n:安全系數(shù),一般按壁厚的12.5%的負公差,取n=0.8752、傳壓管抗外壓強度校核根據(jù)套管(D/5>14)抗外壓計算公式P=no(竺3-0.046),得sD/b8=[D(-^+0.046)]/2.503=7.44mmnos6小于實際設(shè)計壁厚8.5mm,滿足抗外壓強度要求。式中:Pmax:管內(nèi)最高工作壓力,單位MPa,此處取Pmax=35MPaD:管外徑,單位mm??!翰牧锨O限,單位MPa,材料為35CrMo,取。s=835MPaP:管子抗外壓強度的壓力,單位MPa,n:安全系數(shù),取n=0.75三、下殼體耐壓強度校核1、下殼體抗內(nèi)壓強度校核根據(jù)套管(D/6>14)抗內(nèi)壓計算公式P=竺M,得D8=史=35*205 =4.9g,2no 2x0.875x8356小于實際設(shè)計壁厚10mm,滿足抗內(nèi)壓強度要求。式中:Pmax:管內(nèi)最高工作壓力,單位MPa,此處取Pmax=35MPaD:管外徑,單位mm??!翰牧锨O限,單位MPa,材料為35CrMo,取?!?35MPaP:管子抗內(nèi)壓強度的壓力,單位MPa,n:安全系數(shù),一般按壁厚的12.5%的負公差,取n=0.8752、下殼體抗外壓強度校核根據(jù)套管(D/6>14)抗外壓計算公式P=no(*-0.046),得sD/88=[D(-^+0.046)]/2.503=8.34mm

nos6小于實際設(shè)計壁厚10mm,滿足抗外壓強度要求。式中:Pmax:管內(nèi)最高工作壓力,單位MPa,此處取Pmax=35MPaD:管外徑,單位mm?。『材料屈服極限,單位MPa,材料為35CrMo,取?!?35MPaP:管子抗外壓強度的壓力,單位MPa,n:安全系數(shù),取n=0.75四、提升裝置上頂安全性校核根據(jù)管柱及井口裝置結(jié)構(gòu),當提升裝置伸長使管柱上頂是,上頂力通過油管掛作用F=每根F=每根F伸長12506500N1^~~=42208N在采油樹上,所以根據(jù)采油樹法蘭與井口裝置連接處螺栓強度進行強度校核。螺栓參數(shù)表材質(zhì)名稱45數(shù)量12極限強度。b(MPa)600大徑D(mm)48屈服強度。s(MPa)355中徑d2(mm)46.051結(jié)合圈數(shù)(mm)10小徑d1(mm)44.752螺紋類型普通軸向力F(KN)1350線數(shù)1導(dǎo)程3牙型角a(°)60滑動摩擦系數(shù)f0.11注:以上數(shù)據(jù)來自機械設(shè)計手冊及金石采油樹結(jié)構(gòu)圖。當采油樹法蘭與井口裝置連接處承受最大上頂力時,每根螺栓承受的上頂力為:1、螺紋副抗擠壓強度校核F根據(jù)抗擠壓強度計算要求o=_〈[o],pAp擠壓應(yīng)力opF 42208擠壓應(yīng)力op—每根= =18(MPa)A3.14x46.051x0.541x3x10許用擠壓應(yīng)力[op]=°SS=3氣"=178MPa

因b<[b],所以,滿足抗擠壓強度校核。pp式中:Op:擠壓應(yīng)力,單位MPa[op]:許用擠壓應(yīng)力,單位MPaS:安全系數(shù),靜載荷工況下,S=2?1.3,此處取S=2A:擠壓面積,單位mm2,A=ndhz2h:螺紋工作高度,單位mm,h=513P=0.541P(普通螺紋)162、螺紋副抗剪切強度校核因為當外螺紋與內(nèi)螺紋材質(zhì)相同時,公螺紋首先破壞,所以這里只對外螺紋進行強度校核。b由K]=0.6[b],[b]=冒得,[^]=107MPa公螺紋所受剪切應(yīng)力為:=13(=13(MPa)3.14x44.752x0.75x3x10TVTV[T],滿足剪切強度要求。式中:[t]:許用剪切應(yīng)力,單位MPa[o]:許用拉應(yīng)力,單位MPat:剪切應(yīng)力,單位MPab:螺紋牙底寬度,單位mm,b=0.75p(普通螺紋)S:安全系數(shù),靜載荷工況下,S=2?1.3,此處取S=2綜上所述,當采油樹法蘭與井口裝置連接處承受最大上頂力時,螺栓連接強度滿足強度要求。五、零件1(上接頭)與零件2(上殼體)連接處螺紋副強度校核螺紋副參數(shù)表材質(zhì)名稱35CrMo螺距p(mm)3極限強度。b(MPa)980大徑D(mm)135屈服強度。s(MPa)835中徑d2(mm)133.051結(jié)合圈數(shù)(mm)13小徑d1(mm)131.752螺紋類型普通軸向力F(KN)1000線數(shù)1導(dǎo)程3牙型角a(°)60滑動摩擦系數(shù)/0.11注:以上數(shù)據(jù)來自機械設(shè)計手冊及提升裝置工程圖。1、螺紋副抗擠壓強度校核F根據(jù)抗擠壓強度計算要求。=—<g],pAp=113(MPa)F_ 1000000=113(MPa)A-3.14x133.051x0.541x3x13許用擠壓應(yīng)力[。]=二=炫MPa=380MPapS2.2因b<[b],所以,滿足抗擠壓強度校核。pp式中:Op:擠壓應(yīng)力,單位MPa[op]:許用擠壓應(yīng)力,單位MPaS:安全系數(shù),因二=835MPa=0.85(對于塑性材料,L=0.45?0.5,S=1.2?氣980MPa bbb b1.5;—=0.55?0.7,S=1.4?1.8;—=0.7?0.9,S=1.7?2.2),此處取Sb bb=2.2A:擠壓面積,單位mm2,A=ndhz2h:螺紋工作高度,單位mm,h=戔3P=0.541P(普通螺紋)162、螺紋副抗剪切強度校核因為當外螺紋與內(nèi)螺紋材質(zhì)相同時,外螺紋首先破壞,所以這里只對外螺紋進行強度校核。b由K]=0.6[b],[b]=忒得,仲]=167MPa

1000000公螺紋所受剪切應(yīng)力為:1000000t=_七_=.m—83(MPa)

nd1bz3.14x131.752x0.75x3x13T<K],滿足剪切強度要求。式中:[t]:許用剪切應(yīng)力,單位MPa[。]:許用拉應(yīng)力,單位MPat:剪切應(yīng)力,單位MPab:螺紋牙底寬度,單位mm,b=0.75p(普通螺紋)S:安全系數(shù),一般取S=3?5,此處取S=33、螺紋副自鎖性能校核螺旋升角:w=“tan誠="tan元p=0.41°2 2f當量摩擦角:wv=QtanCosK tan(fv)=7.24w<wv,滿足自鎖性能要求。式中:w:螺旋升角,在中徑圓柱面上螺旋線的切線與垂直于螺旋線軸線的平面的夾角,單位度”v:當量摩擦角,單位度P:牙型斜角,螺紋牙型的側(cè)邊與螺紋軸線的垂直平面的夾角,對稱牙型fv:螺旋副的當量摩擦系數(shù),無量綱,fv=Ui六、零件6(連接接頭)與零件8(上連接體)連接處螺紋副強度校核

六、零件6(連接接頭)與零件8(上連接體)連接處螺紋副強度校核材質(zhì)名稱35CrMo螺距p(mm)3極限強度。b(MPa)980大徑D(mm)170屈服強度。s(MPa)835中徑d2(mm)168.051結(jié)合圈數(shù)(mm)15小徑d1(mm)166.752螺紋類型普通軸向力F(KN)1000線數(shù)1導(dǎo)程3牙型角a(°)60滑動摩擦系數(shù)f0.11注:以上數(shù)據(jù)來自機械設(shè)計手冊及提升裝置工程圖。1、螺紋副抗擠壓強度校核F根據(jù)抗擠壓強度計算要求b=_〈”],pAp=78(MPa)1000000=78(MPa)x168.051x0.541x3x15許用擠壓應(yīng)力[。]=二=835MPa=380MPapS2.2因b<[b],所以,滿足抗擠壓強度校核。pp式中:Op:擠壓應(yīng)力,單位MPa[op]:許用擠壓應(yīng)力,單位MPaS:安全系數(shù),因匚=835MPa=0.85(對于塑性材料,L=0.45?0.5,S=1.2?bb980MPa bbb b1.5;—=0.55?0.7,S=1.4?1.8;—=0.7?0.9,S=1.7?2.2),此處取Sbb bb=2.2A:擠壓面積,單位mm2,A=ndhz2h:螺紋工作高度,單位mm,h=5—P=0.541P(普通螺紋)162、螺紋副抗剪切強度校核因為當外螺紋與內(nèi)螺紋材質(zhì)相同時,外螺紋首先破壞,故這里只對外螺紋進行強度校核。b由K]=0.6[b],Q]=曾得,[門二167MPa公螺紋所受剪切應(yīng)力為:F1000000 5八E、T= 二nd1bz二 =57(MPa)3.14x166.752x0.75x3x15T<K],滿足剪切強度要求。式中:[t]:許用剪切應(yīng)力,單位MPa?[。]:許用拉應(yīng)力,單位MPat:剪切應(yīng)力,單位MPab:螺紋牙底寬度,單位mm,b=0.75p(普通螺紋)S:安全系數(shù),一般取S=3?5,此處取S=33、螺紋副自鎖性能校核螺旋升角:w=atan布=atan元p=0,33°2 2當量摩擦角:K=atan&f^*tan(fv)=7.24°cospw<wv,滿足自鎖性能要求。式中:w:螺旋升角,在中徑圓柱面上螺旋線的切線與垂直于螺旋線軸線的平面的夾角,單位度”v:當量摩擦角,單位度P:牙型斜角,螺紋牙型的側(cè)邊與螺紋軸線的垂直平面的夾角,對稱牙型昨蘭2fv:螺旋副的當量摩擦系數(shù),無量綱"廣Ui

七、零件8(上連接體)與零件12(下殼體)連接處螺紋副強度校核螺紋副參數(shù)表材質(zhì)名稱35CrMo螺距p(mm)3極限強度。b(MPa)980大徑D(mm)190屈服強度。s(MPa)835中徑d2(mm)188.051結(jié)合圈數(shù)(mm)13小徑d1(mm)186.752螺紋類型普通軸向力F(KN)1000線數(shù)1導(dǎo)程3牙型角a(°)60滑動摩擦系數(shù)f0.11注:以上數(shù)據(jù)來自機械設(shè)計手冊及提升裝置工程圖。1、螺紋副抗擠壓強度校核F根據(jù)抗擠壓強度計算要求b=_〈”],pAp擠壓應(yīng)力bp=80(MPa)F_ 1000000擠壓應(yīng)力bp=80(MPa)A-3.14x188.051x0.541x3x13許用擠壓應(yīng)力[。]=、=835^^=380MPapS2.2因b<[b],所以,滿足抗擠壓強度校核。pp式中:Op:擠壓應(yīng)力,單位MPa[op]:許用擠壓應(yīng)力,單位MPa?S:安全系數(shù),因土=835MPa=0.85(對于塑性材料,L=0.45?0.5,S=1.2?

bb 980MPa bb1.5;二二0.55?0.7,S=1.4?1.8;土=0.7?0.9,S=1.7?2.2),此處取Sb bb=2.2A:擠壓面積,單位mm2,A=ndhz2h:螺紋工作高度,單位mm,h:螺紋工作高度,單位mm,h=5.、可 八工P=0.541P(普通螺紋)162、螺紋副抗剪切強度校核因為當外螺紋與內(nèi)螺紋材質(zhì)相同時,外螺紋首先破壞,故這里只對外螺紋進行強度

校核。b由K]=0.6[b],g]=妥得,[門=167MPaS公螺紋所受剪切應(yīng)力為:1000000F ……、1000000T= = =58(MPa)ndlbZ3.14x186.752x0.75x3x13T<K],滿足剪切強度要求。式中:[T]:許用剪切應(yīng)力,單位MPa[。]:許用拉應(yīng)力,單位MPat:剪切應(yīng)力,單位MPab:螺紋牙底寬度,單位mm,b=0.75p(普通螺紋)S:安全系數(shù),一般取S=3?5,此處取S=33、螺紋副自鎖性能校核3、螺紋副自鎖性能校核S,np螺旋升角:w—atan荷-atan有一0,292 2當量摩擦角:wv=atanC3?F=atan(fv)=7.24°w<wv,滿足自鎖性能要求。式中:w:螺旋升角,在中徑圓柱面上螺旋線的切線與垂直于螺旋線軸線的平面的夾角,單位度”v:當量摩擦角,單位度「B—以p:牙型斜角,螺紋牙型的側(cè)邊與螺紋軸線的垂直平面的夾角,對稱牙型P—2fv:螺旋副的當量摩擦系數(shù),無量綱"廣Ui

八、零件12(下殼體)與零件15(下連接體)連接處螺紋副強度校核因螺紋副材質(zhì)及規(guī)格與“零件8(上連接體)與零件12(下殼體)連接處螺紋副”相同,所以強度校核過程同“五、零件8(上連接體)與零件12(下殼體)連接處螺紋副強度校核”一節(jié)。九、零件15(下連接體)與零件19(下封頭)連接處螺紋副強度校核軸向力計算:F=P?"(D22—D12)=0.25x3.14x35x(1702-95.52)=543449(N)4D2:受力面外徑,單位mmD1:受力面內(nèi)徑,單位mm螺紋副參數(shù)表材質(zhì)名稱35CrMo螺距p(mm)3極限強度。b(MPa)980大徑D(mm)185屈服強度。s(MPa)835中徑d2(mm)183.051結(jié)合圈數(shù)(mm)13小徑d1(mm)181.752螺紋類型普通軸向力F(KN)543.449線數(shù)1導(dǎo)程3牙型角a(°)60滑動摩擦系數(shù)f0.11注:以上數(shù)據(jù)來自機械設(shè)計手冊及提升裝置工程圖。1、螺紋副抗擠壓強度校核F根據(jù)抗擠壓強度計算要求。=_〈g],pAp=45(MPa)543449=45(MPa)x183.051x0.541x3x13許用擠壓應(yīng)力[。]='=8355^=380MPapS2.2因b<[b],所以,滿足抗擠壓強度校核。pp式中:Op:擠壓應(yīng)力,單位MPa[op]:許用擠壓應(yīng)力,單位MPa

S:安全系數(shù),因匚=835依"=0.85(對于塑性材料,乙=0.45?0.5,S=1.2?氣980MPa bb1.5;L=0.55?0.7,S=1.4?1.8;二二0.7?0.9,S=1.7?2.2),此處取Sb 七=2.2A:擠壓面積,單位mm2,A二ndhz2h:螺紋工作高度,單位mm,h=5—P=0.541P(普通螺紋)162、螺紋副抗剪切強度校核因為當外螺紋與內(nèi)螺紋材質(zhì)相同時,外螺紋首先破壞,故這里只對外螺紋進行強度校核。b由K]=0.6[b],[b]=妥得,[t]=167MPaS453449公螺紋所受剪切應(yīng)力為:453449Ft= = =33(MPa)ndlbZ3.14x181.752x0.75x3x13T<[T],滿足剪切強度要求。式中:[T]:許用剪切應(yīng)力,單位MPa[。]:許用拉應(yīng)力,單位MPat:剪切應(yīng)力,單位MPab:螺紋牙底寬度,單位mm,b=0.75p(普通螺紋)S:安全系數(shù),一般取S=3?5,此處取S=33、螺紋副自鎖性能校核S,npW=atan =atan =0.3°螺旋升角:* 兀d 兀d2 2當量摩擦角:K=atancoS^=atan(fv)=7龍4°W<Wv,滿足自鎖性能要求。

式中:W:螺旋升角,在中徑圓柱面上螺旋線的切線與垂直于螺旋線軸線的平面的夾角,單位度”v:當量摩擦角,單位度B_aP:牙型斜角,螺紋牙型的側(cè)邊與螺紋軸線的垂直平面的夾角,對稱牙型口―~2%螺旋副的當量摩擦系數(shù),無量綱"廣Ui十、零件13(活塞)與零件16(下中心管)連接處螺紋副強度校核螺紋副參數(shù)表材質(zhì)名稱35CrMo螺距p(mm)3極限強度。b(MPa)980大徑D(mm)100屈服強度。s(MPa)835中徑d2(mm)98.051結(jié)合圈數(shù)(mm)14小徑di(mm)96.752螺紋類型普通軸向力F(KN)1000線數(shù)1導(dǎo)程3牙型角a(°)60滑動摩擦系數(shù)f0.11注:以上數(shù)據(jù)來自機械設(shè)計手冊及提升裝置工程圖。1、螺紋副抗擠壓強度校核F根據(jù)抗擠壓強度計算要求a=_〈g],pAp擠壓應(yīng)力ap=143(MPa)1000000擠壓應(yīng)力ap=143(MPa)x98.051x0.541x3x14許用擠壓應(yīng)力[。]='=835^^=380MPapS2.2因a<[a],所以,滿足抗擠壓強度校核。pp式中:.Op:擠壓應(yīng)力,單位MPa.[op]:許用擠壓應(yīng)力,單位MPaS:安全系數(shù),因匚=835依"=0.85(對于塑性材料,乙=0.45?0.5,S=1.2?氣980MPa bb1.5;L=0.55?0.7,S=1.4?1.8;二二0.7?0.9,S=1.7?2.2),此處取Sb 七=2.2A:擠壓面積,單位mm2,A二ndhz2h:螺紋工作高度,單位mm,h=5—P=0.541P(普通螺紋)162、螺紋副抗剪切強度校核因為當外螺紋與內(nèi)螺紋材質(zhì)相同時,外螺紋首先破壞,故這里只對外螺紋進行強度校核。b由[t]=0.6[b],[b]=三得,[t]=167MPaS公螺紋所受剪切應(yīng)力為:1000000F1000000t===104(MPa)兀d1bz3.14x96.752x0.75x3x14T<[T],滿足剪切強度要求。式中:[t]:許用剪切應(yīng)力,單位MPa[。]:許用拉應(yīng)力,單位MPat:剪切應(yīng)力,單位MPab:螺紋牙底寬度,單位mm,b=0.75p(普通螺紋)S:安全系數(shù),一般取S=3?5,此處取S=33、螺紋副自鎖性能校核螺旋升角:W=atan吝=atan吝=0.56°2 2當量摩擦角:K=atanU^=atan(fv)=7龍4°w<wv,滿足自鎖性能要求。

式中:W:螺旋升角,在中徑圓柱面上螺旋線的切線與垂直于螺旋線軸線的平面的夾角,單位度”v:當量摩擦角,單位度P:牙型斜角,螺紋牙型的側(cè)邊與螺紋軸線的垂直平面的夾角,對稱牙型「=竺2八:螺旋副的當量摩擦系數(shù),無量綱,f廣U?十一、零件9(上中心管)與零件13(活塞)連接處螺紋副強度校核此處螺紋副不承受軸向力。十二、零件2(傳扭管)與零件5(傳扭接箍)連接處抗扭強度校核1、 鍵組抗擠壓強度校核注:因加工時存在誤差,此處僅根據(jù)理論擠壓面積的75%進行計算。=120482(N)5000=120482(N)0.5x(43+50)x10-3擠壓面積:A=2X7X35X75%=367.5(mm2)F根據(jù)抗擠壓強度計算要求b=_〈”],pAp擠壓應(yīng)力b=F=120482=328(MPa)pA367.5因無量綱匚=835MPa=0.85,所以,取安全系數(shù)S=2bb980MPa許用擠壓應(yīng)力[。]=、=835MPa=417.5MPapS2因b<[b],所以,滿足抗擠壓強度校核。pp式中:F:擠壓力,單位NM:額定扭矩,單位N?m?R:擠壓面平均半徑,單位mmA:擠壓面積,單位mm2op:擠壓應(yīng)力,單位MPa[op]:許用擠壓應(yīng)力,單位MPaS:安全系數(shù),取S=2A:擠壓面積,單位mm22、鍵組抗剪切強度校核b由K]—0.6[b][b]=得仲]二250.5MPaS剪切力:F—M-5000—100000N)R50x10-3剪切面積:A=2X25X35X75%=1312.5(mm2)剪切應(yīng)力:t—F—100000—76(MPa)A1312.5T<[T],滿足剪切強度要求。式中:F:剪切力,單位NM:額定扭矩,單位N?mR:最小剪切半徑,單位mmA:剪切面積,單位mm2t:剪切應(yīng)力,單位MPa[t]:許用剪切應(yīng)力,單位MPaS:安全系數(shù),取S=2十三、零件2(傳扭管)與零件3(上殼體)連接處抗扭強度校核1、鍵組抗擠壓強度校核注:因加工時存在誤差,此處僅根據(jù)理論擠壓面積的75%進行計算??箶D壓強度計算公式為:b=-4」V[b]pWzhld pm22x50000002T = =163(MPa)Wzhld 0.8x4x3.5x45x121.5m許用擠壓應(yīng)力[op]=m=835MPa=380MPa因b<[b],所以,鍵組滿足抗擠壓強度校核。pp式中:T:傳遞轉(zhuǎn)矩,單位N?mmW:各齒間載荷不均勻系數(shù),一般取W=0.7?0.8,齒數(shù)多時取偏小值z:花鍵的齒數(shù)l:齒的工作長度,單位啞h:鍵齒工作高度,單位啞[op]:花鍵連接許用擠壓應(yīng)力,單位MPaS:安全系數(shù),取S=2dm:平均直徑,單位啞c:倒角尺寸,單位mm2、鍵組抗剪切強度校核b由[t]=0.6[b],[b]=-S^得,[t]=250.5MPa鍵1剪切面積:A=4X20X45X75%=2700(mm2)1鍵1剪切力:F=M=5000=84746(N)R59x10-3剪切應(yīng)力:t=F=84746=31(MPa)1 2700T<[T],鍵1滿足剪切強度要求。鍵2剪切面積:A2=4X20X8X75%=480(mm2)鍵2剪切力:F=M=5000=98039(N)R2 51x10-3F98039剪切應(yīng)力:T=—=竺39=204(MPa)A4802鍵2滿足剪切強度要求。TV[T]

鍵2滿足剪切強度要求。式中:F:剪切力,單位NM:額定扭矩,單位N?mR:最小剪切半徑,單位mmA:剪切面積,單位mm2t:剪切應(yīng)力,單位MPa[t]:許用剪切應(yīng)力,單位MPaS:安全系數(shù),取S=2十四、零件14(定位卡爪)軸向抗拉強度校核1、最小抗拉面積處抗拉強度校核[b]=―=43。=238(MPa)根據(jù), S1.8最小抗拉面積:A=12X57.7=692.4(mm2)120000692.4120000692.4W174MPa因bv[b],所以滿足抗拉強度要求。式中:F:軸向拉力,單位N,取F=120000NA:剪切面積,單位mm2?。:拉應(yīng)力,單位MPa?[。]:許用拉應(yīng)力,單位MPaS:安全系數(shù),取S=1.82、與零件13(活塞)連接處螺紋副強度校核螺紋副參數(shù)表材質(zhì)名稱65Mn螺距p(mm)3極限強度。b(MPa)735大徑D(mm)125屈服強度。s(MPa)430中徑d2(mm)123.051

結(jié)合圈數(shù)(mm)10小徑d1(mm)121

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