畢業(yè)設(shè)計(jì)--泥漿攪拌器設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文針對(duì)泥漿攪拌器的軸密封問(wèn)題而導(dǎo)致漏油現(xiàn)象，攪拌器功率過(guò)大造成浪費(fèi)問(wèn)題及勞動(dòng)強(qiáng)度大不能保證攪拌器葉輪的扭矩等問(wèn)題，在收集分析國(guó)內(nèi)外有關(guān)動(dòng)力鉗的設(shè)計(jì)、分析、計(jì)算、使用等資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)目前在用的泥漿攪拌器存在的一些問(wèn)題

2、，開(kāi)展了QJ800-7.5型升降式鉆井液攪拌器的設(shè)計(jì)工作。本設(shè)計(jì)主要完成了以下工作：</p><p>　　1.搜集國(guó)內(nèi)外泥漿攪拌器的相關(guān)資料進(jìn)行分析研究，明白了泥漿攪拌器的特點(diǎn)、原理及發(fā)展方向，并結(jié)合國(guó)產(chǎn)攪拌器的技術(shù)現(xiàn)狀和生產(chǎn)實(shí)際提出具體的設(shè)計(jì)方案。</p><p>　　2.開(kāi)展了對(duì)泥漿攪拌器的結(jié)構(gòu)方案、主要零件設(shè)計(jì)計(jì)算和其強(qiáng)度計(jì)算。</p><p>　　3.在攪拌

3、器結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)和理論計(jì)算以及強(qiáng)度校核的基礎(chǔ)上，繪制了具體的裝配圖及必要的零件圖。</p><p>　　總之，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外固控系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀調(diào)研，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)了國(guó)內(nèi)外先進(jìn)攪拌器的優(yōu)點(diǎn)及現(xiàn)存的缺點(diǎn)；通過(guò)開(kāi)展鉆井液攪拌器設(shè)計(jì)工作，為研制新產(chǎn)品，提高攪拌器的綜合性能提供理論依據(jù)和方法，最終設(shè)計(jì)出了結(jié)構(gòu)合理、工作安全的鉆井液攪拌器，以達(dá)到畢業(yè)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　關(guān)鍵詞：固控系統(tǒng)；鉆井液

4、攪拌器</p><p><b>　　1.緒論</b></p><p>　　1.1設(shè)計(jì)目的及意義</p><p>　　此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容是設(shè)計(jì)鉆井液攪拌器，內(nèi)容涉及到攪拌器關(guān)鍵件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和理論計(jì)算，重點(diǎn)解決攪拌器軸封問(wèn)題等。專(zhuān)業(yè)知識(shí)加深理解，也將了解到固相控制技術(shù)在國(guó)內(nèi)外最新發(fā)展?fàn)顩r和發(fā)展趨勢(shì)。</p><p>　　隨著

5、我國(guó)科學(xué)鉆井的巨大進(jìn)步，而鉆井液固控技術(shù)已成為科學(xué)鉆井中一項(xiàng)重要的組成部分。鉆井液攪拌器是固控設(shè)備的重要組成部分，目的是清除泥漿中的固相組織，維持泥漿優(yōu)良性的保證，而優(yōu)良的保證能是預(yù)防鉆井井下事故、防止傷害、保護(hù)產(chǎn)層、提高鉆速、降低成本的前提。</p><p><b>　　1.2設(shè)計(jì)背景</b></p><p>　　升降式鉆井液泥漿攪拌器是在現(xiàn)有泥漿攪拌器的基礎(chǔ)上，通

6、過(guò)改進(jìn)發(fā)展起來(lái)的一種新型、高效的新產(chǎn)品，其主要用途是實(shí)現(xiàn)成泥漿固、液均勻的主要功能。具體辦法是采用空心蝸輪軸傳遞扭矩。在空心蝸輪軸中設(shè)有螺桿，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪和螺母使螺桿升降，帶動(dòng)葉輪升降，能使攪拌器的葉輪調(diào)整到需要的高度有效的避免了循環(huán)灌中沉淀物埋沒(méi)葉輪；還可以通過(guò)調(diào)整葉輪的高度使攪拌器充分發(fā)揮攪拌作用。因此，研究鉆井液泥漿攪拌器必須深入了解國(guó)內(nèi)外攪拌器的使用性能和技術(shù)現(xiàn)狀。</p><p>　　1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分

7、析</p><p>　　1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀分析</p><p>　　從80年代中期開(kāi)始，美國(guó)、蘇聯(lián)、英國(guó)等一些西方國(guó)家建立了成熟的工藝和科研隊(duì)伍，他們的固控設(shè)備性能良好、工作穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)，已實(shí)現(xiàn)設(shè)備類(lèi)型的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和專(zhuān)用化。國(guó)外固控設(shè)備水平以美國(guó)的BRANDT、SWACO、DERRICK等公司為代表，質(zhì)量和性能處于世界首位。國(guó)外特別重視固控系統(tǒng)設(shè)備的優(yōu)化配置和整個(gè)固控系統(tǒng)的效率評(píng)價(jià)

8、，并為此開(kāi)發(fā)了鉆井液固相控制專(zhuān)家系統(tǒng)。</p><p>　　1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀分析</p><p>　　我國(guó)的鉆井液固控設(shè)備及工藝的研究和具體應(yīng)用工作起步較晚。在80年至</p><p>　　80年代中期內(nèi)，我國(guó)開(kāi)始了鉆井工業(yè)固控設(shè)備的研究與使用。針對(duì)攪拌器的研</p><p>　　究，經(jīng)過(guò)近幾年的努力，從仿真測(cè)繪階段，發(fā)展到自己研發(fā)新結(jié)

9、構(gòu)，并研制出</p><p>　　升降可調(diào)，徑向與軸向同軸安裝；機(jī)身可搖擺的多種攪拌器。但國(guó)產(chǎn)的固控設(shè)</p><p>　　備在性能、壽命方面與國(guó)外固控設(shè)備有一定差距，主要是材料、加工工藝、加</p><p>　　精度和配套的通用設(shè)備（如電動(dòng)機(jī)）的質(zhì)量。其中，生產(chǎn)攪拌器的廠家主要有：</p><p>　　滄州華滄石油機(jī)械廠、華北石油管理局第一

10、機(jī)械廠、滄州中油固控設(shè)備有限公</p><p>　　司、山東省淄博市博山防爆電器廠等。</p><p><b>　　1.3技術(shù)路線</b></p><p>　　綜合運(yùn)用現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論與方法、鉆井工程、水力學(xué)等多學(xué)科知識(shí)，采用理論分析、計(jì)算和計(jì)算機(jī)繪圖相結(jié)合的方法開(kāi)展泥漿攪拌器的研究工作。</p><p>　　主要思想是

11、將傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法與現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法有機(jī)結(jié)合，首先從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和資料收集著手，廣泛調(diào)研國(guó)內(nèi)外泥漿攪拌器的相關(guān)文獻(xiàn)資料，弄清國(guó)內(nèi)外泥漿攪拌器的技術(shù)現(xiàn)狀及下一步的發(fā)展方向；在此基礎(chǔ)上，深入開(kāi)展產(chǎn)品機(jī)理研究，對(duì)泥漿攪拌器的工作特性、運(yùn)動(dòng)規(guī)律和受力狀況進(jìn)行較為全面和系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，為下一步的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)；通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)泥漿攪拌器結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行比較和多個(gè)設(shè)計(jì)方案對(duì)比論證，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需要提出技術(shù)可行、結(jié)構(gòu)先進(jìn)的泥漿攪拌器設(shè)計(jì)方案和技術(shù)參數(shù)；采用計(jì)算機(jī)

12、輔助設(shè)計(jì)（ CAD）方法，對(duì)主要零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。</p><p>　　最終設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)合理、性能優(yōu)良、可靠性好的升降式泥漿攪拌器產(chǎn)品，以滿(mǎn)足高速發(fā)展的現(xiàn)代鉆井工業(yè)的需要。</p><p>　　此次設(shè)計(jì)的總技術(shù)路線是：</p><p>　　1.4設(shè)計(jì)可行性分析</p><p>　　升降式泥漿攪拌器在我國(guó)石油礦場(chǎng)中，已開(kāi)始應(yīng)用，我國(guó)科學(xué)工作者在

13、實(shí)驗(yàn)研究、理論研究方面作了大量的工作（特別是華北石油管理局），在這方面已取得了大量成果。本設(shè)計(jì)通過(guò)收集、查閱資料和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，在現(xiàn)有泥漿攪拌器的研究基礎(chǔ)上開(kāi)展升降式泥漿攪拌器的設(shè)計(jì)工作是可行的。</p><p>　　1.4.1現(xiàn)存的問(wèn)題 </p><p>　　鉆井液攪拌器是一種專(zhuān)用攪拌器，一般情況下不能簡(jiǎn)單地將化工、石油煉制、食品等工業(yè)中使用的攪拌器搬過(guò)來(lái)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)攪拌器應(yīng)注意：&

14、lt;/p><p>　?、偕a(chǎn)實(shí)踐中攪拌器功率不足易于覺(jué)察，而攪拌器功率過(guò)大造成浪費(fèi)的問(wèn)題則易忽略</p><p>　?、跀嚢栎S的密封問(wèn)題，易產(chǎn)生漏油現(xiàn)象。</p><p>　?、蹟嚢枞~輪的選擇問(wèn)題。</p><p>　　1.4.2對(duì)應(yīng)的解決方案</p><p>　?、倏蛇\(yùn)用Bates算圖或Rushton算圖確定攪拌器功率

15、。</p><p>　?、诓捎枚嘟MV型盤(pán)根，它具有自封性能和自我補(bǔ)償能力，長(zhǎng)期不調(diào)整也不會(huì)產(chǎn)生漏油現(xiàn)象。</p><p>　?、鄄捎瞄_(kāi)啟式蝸輪式葉輪，保證攪拌的強(qiáng)度。</p><p>　　1.5設(shè)計(jì)的主要工作及內(nèi)容</p><p>　　經(jīng)過(guò)兩個(gè)多月畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間，在指導(dǎo)老師莫麗的悉心指導(dǎo)下，很有成效的完成了以下設(shè)計(jì)相關(guān)工作：</p>

16、<p>　　①利用網(wǎng)絡(luò)與書(shū)籍搜集鉆井液攪拌器相關(guān)資料，在認(rèn)真閱讀前輩的相關(guān)開(kāi)創(chuàng)性研究資料的基礎(chǔ)上，完成設(shè)計(jì)的開(kāi)題；</p><p>　　②撿取資料中與設(shè)計(jì)主題相關(guān)性極大的外文資料文章翻譯成中文，并依照原文做了電子排版；</p><p>　　③根據(jù)相關(guān)資料完成了鉆井液攪拌器結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)、理論計(jì)算以及強(qiáng)度校核工作；</p><p>　?、茉谠O(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)上

17、完成了攪拌器主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，并用CAD軟件繪制了攪拌器的裝配圖及部分零件圖。</p><p><b>　　1.6理論依據(jù)</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)主要運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)理論、理論力學(xué)、機(jī)械制圖、工程力學(xué)、機(jī)械原理、化工密封技術(shù)、CAD設(shè)計(jì)等相關(guān)學(xué)科，在現(xiàn)有鉆井液攪拌器的研究成果基礎(chǔ)上，開(kāi)展攪拌器關(guān)鍵件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和理論計(jì)算。設(shè)計(jì)的難點(diǎn)是傳動(dòng)軸的密封問(wèn)題、攪

18、拌器功率的確定、攪拌器葉輪循環(huán)流量的計(jì)算等。其中，設(shè)計(jì)中將參考以下文獻(xiàn)作為設(shè)計(jì)理論依據(jù)：</p><p>　?、冽弬グ玻@井液固控系統(tǒng)及設(shè)備．石油工業(yè)出版社：1995 ,04</p><p>　?、谌A東石油學(xué)院礦機(jī)教研室編．石油鉆采機(jī)械．石油工業(yè)出版社：1980</p><p>　?、酆鷩?guó)楨，石流主編．化工密封技術(shù)．化學(xué)工業(yè)出版社：2001 </p>

19、<p><b>　　④機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)</b></p><p>　?、蓐惲⒌拢瑱C(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，高等教育出版社（第三版）</p><p><b>　　2.攪拌器結(jié)構(gòu)方案</b></p><p><b>　　2.1總體方案</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)的鉆井液攪拌器采用

20、蝸輪傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，蝸輪蝸桿的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)比大，可靠性高，在鉆井液攪拌器中最常使用。在確定好傳動(dòng)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)后，進(jìn)行攪拌器主要零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算，如蝸桿傳動(dòng)、攪拌軸、空心蝸輪、葉輪等。最后對(duì)設(shè)計(jì)好的零件進(jìn)行強(qiáng)度校核。</p><p>　　鉆井液攪拌器蝸輪蝸桿的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖如下所示：</p><p>　　圖2-1 蝸輪蝸桿—皮帶傳動(dòng)</p><p><b&g

21、t;　　2.2參數(shù)確定</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)的理論參數(shù)是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)攪拌器使用要求制定的。產(chǎn)品應(yīng)達(dá)到如下性能參數(shù)：</p><p>　　輸入功率：7.5KW ； 輸出轉(zhuǎn)速：72 r／min，； </p><p>　　葉片直徑：820 mm； 額定電壓：380V；</p><p>　　傳動(dòng)比：

22、1：20； 葉輪排量：28ml／min；</p><p>　　升距離：550 mm； 葉片數(shù)：4個(gè)；</p><p>　　傾角：60°； </p><p>　　另外，試驗(yàn)用鉆井液性能為：密度1.28g／cm ，塑性粘度7MPa·s，宏觀粘度67．5MP a﹒s，動(dòng)切力60.5Pa

23、，靜切力70Pa。</p><p>　　2.3原動(dòng)機(jī)型號(hào)的選擇</p><p>　　選擇原動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)綜合考慮動(dòng)力來(lái)源、價(jià)格、投資和維護(hù)管理費(fèi)用等。根據(jù)工作條件選用YB系列隔爆型異步電動(dòng)機(jī)。YB系列隔爆型電動(dòng)機(jī)是Y(IP44)系列電動(dòng)機(jī)的派生產(chǎn)品，具有高效、節(jié)能、噪聲小、運(yùn)行安全可靠、安裝尺寸和功率等級(jí)符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)等特點(diǎn)。此外它采用封閉自扇冷式，增強(qiáng)外殼的機(jī)械強(qiáng)度，并保證組成外殼的各零部件之

24、間的各接合面上具有一定的間隙參數(shù)。</p><p>　　考慮到鉆井液攪拌器的設(shè)計(jì)參數(shù)的要求，其輸入功率是7.5KW，輸出轉(zhuǎn)速較低，n=72r/min，V帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比范圍為i1=2-4，蝸輪蝸桿傳動(dòng)比i2為20，所以電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可選范圍為N=n·i1·i2=72·（2-4）·20=2880-5760r/min，同時(shí)綜合考慮傳動(dòng)設(shè)計(jì)要求和價(jià)格等方面的因素，選用YB2·

25、;160M1-2型隔爆電機(jī)作為鉆井液攪拌器的動(dòng)力源。其各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)如下表2-3：</p><p>　　表2-3 YB2·160M1-2型隔爆電機(jī)</p><p><b>　　2.4軸封類(lèi)型</b></p><p>　　攪拌器可靠的密封是一個(gè)重要的問(wèn)題。由于攪拌器密封一起的漏油，不但大量浪費(fèi)油料，而且污染了鉆井液。由于攪拌軸是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

26、的，所以其密封屬于動(dòng)密封。對(duì)動(dòng)密封的基本要求：</p><p><b>　?、倜芊庖煽浚?lt;/b></p><p>　?、诿芊獾慕Y(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單，裝卸要方便；</p><p>　?、勖芊馐褂脡勖L(zhǎng)。</p><p>　　在實(shí)際生產(chǎn)中使用最普遍的動(dòng)密封有兩種，即填料密封和機(jī)械密封。鉆井液攪拌器的軸屬于低轉(zhuǎn)速，低壓力，較適用的仍

27、然是填料密封，因?yàn)樘盍厦芊饩哂薪Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于維修，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　密封填料的材料選擇的主要依據(jù)是攪拌的攪拌軸轉(zhuǎn)速、操作溫度、操作壓力及無(wú)聊的化學(xué)性質(zhì)。機(jī)械的作用，如軸的偏轉(zhuǎn)或軸向跳動(dòng)對(duì)填料材料的選擇也有一定的影響?？偟膩?lái)說(shuō)，用于制造密封填料的材料必須滿(mǎn)足以下要求：</p><p>　?、賾?yīng)用足夠的塑性，在填料壓縮下能適應(yīng)軸和調(diào)料函的形狀而變形。</p>

28、<p>　?、谒x材料能夠耐設(shè)備內(nèi)介質(zhì)及潤(rùn)滑劑的浸泡和腐蝕，且不含被戒指和潤(rùn)滑劑所溶脹及削弱的其他物質(zhì)。</p><p>　　③應(yīng)具有足夠的彈性，以吸收在設(shè)計(jì)上不能避免的軸的環(huán)動(dòng)。</p><p>　?、懿粫?huì)咬住或腐蝕軸。通常用來(lái)制造密封填料的材料有纖維，金屬潤(rùn)滑劑等，可根據(jù)具體情況來(lái)選擇。</p><p>　　攪拌器V型密封結(jié)構(gòu)如下：</p>

29、<p>　　圖2-4 V型密封結(jié)構(gòu)</p><p>　　3攪拌器主要零件設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　3.1蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　3.1.1選擇蝸桿傳動(dòng)類(lèi)型</p><p>　　根據(jù)GB/T10085—1988的推薦，采用阿基米德柱蝸桿傳動(dòng)。</p><p><b>　　3.1

30、.2選擇材料</b></p><p>　　考慮到蝸桿傳動(dòng)的功率不大，速度只是中等，故蝸桿傳動(dòng)采用40Cr；因希望效率高些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為55HRC。</p><p>　　蝸輪采用QT300，金屬模鑄造，為可節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵HT400制造。</p><p>　　3.1.3確定主要參數(shù)</p>

31、<p>　　跟據(jù)蝸桿蝸輪推薦值表有，傳動(dòng)比i2=20, 取蝸桿的頭數(shù)Z1=2，則蝸輪齒數(shù)Z2=i2Z1 =220=40 ，取Z2=40。</p><p>　　表3-1 蝸桿頭數(shù)蝸輪齒數(shù)推薦值</p><p>　　3.1.4按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則先按齒面解除疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)及理論計(jì)算。</p>

32、;<p><b>　　傳動(dòng)中心距</b></p><p><b>　　（3-1）</b></p><p>　?、儆?jì)算蝸輪軸上的傳動(dòng)中心距T2</p><p>　　蝸桿轉(zhuǎn)速n 2 = 72r/min</p><p>　　按Z1= 2 ，取= 0.82 ，則</p><

33、p><b>　　（3-2）</b></p><p>　　== 9.55= 9.55= 196N·mm</p><p><b>　?、诖_定載荷系數(shù)</b></p><p>　　因工作載荷穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)= 1;</p><p>　　選取使用系數(shù) = 1.15；</p&g

34、t;<p>　　由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動(dòng)載荷系數(shù) = 1.1；則</p><p>　　K = ··= 1.15 = 1.265</p><p><b>　?、鄞_定影響系數(shù)ZE</b></p><p>　　因使用的QT300蝸輪與40Cr蝸桿相配，故ZE = 160</p><p>

35、<b>　　④確定接觸系數(shù)</b></p><p>　　先假設(shè)蝸桿分度圓直徑和傳動(dòng)中心距的比為/ = 0.35 ，可查得=2.9</p><p><b>　　⑤確定需用接觸力</b></p><p>　　應(yīng)力循環(huán)系數(shù)：N = 60 = 60 = 5.18</p><p>　　式中 ：n 2—— 蝸輪

36、轉(zhuǎn)速，單位為r/min</p><p>　　——工作壽命，單位為h ; = 5年300（天/年）8（小時(shí)/天）</p><p>　　——蝸輪每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，每個(gè)輪齒嚙合的次數(shù)。</p><p><b>　　壽命系數(shù)：</b></p><p>　　= = 0.8328;</p><p>　　查表得基本需

37、用應(yīng)接觸力1 = 268</p><p><b>　　計(jì)算許用接觸力：</b></p><p>　　= 1 = 268= 223.19</p><p><b>　?、抻?jì)算中心距</b></p><p>　　= 174.98 mm</p><p>　　取中心距= 180 mm

38、，因 =20 ，故選取m = 7.1 ， 直徑系數(shù)q = 10</p><p>　　可查表得接觸系數(shù)< , 因此以上計(jì)算結(jié)果可用。</p><p>　　3.1.5蝸桿蝸輪的主要參數(shù)及幾何尺寸</p><p><b>　?、傥仐U</b></p><p><b>　　分度圓直徑</b></p

39、><p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　　齒頂圓直徑</b></p><p><b>　　mm</b></p><p><b>　　齒根圓直徑</b></p><p><b>　　軸向齒徑</b>

40、;</p><p><b>　　螺旋線導(dǎo)程</b></p><p><b>　　s = </b></p><p><b>　　法向齒厚</b></p><p><b>　　螺旋部分長(zhǎng)度</b></p><p><b>　　

41、取。</b></p><p><b>　　驗(yàn)算有：</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　——Ⅱ軸傳遞的扭矩，單位為；</p><p>　　——法向載荷在節(jié)點(diǎn)處沿圓周方向的分力，單位為；</p><p><b>　　計(jì)算

42、知載荷合格。</b></p><p><b>　　②蝸輪</b></p><p><b>　　蝸輪齒數(shù)</b></p><p>　　d2= mZ2 = 7.1</p><p><b>　　齒頂圓直徑</b></p><p><b>

43、　　d</b></p><p><b>　　齒根圓直徑</b></p><p><b>　　蝸輪咽喉母圓半徑</b></p><p><b>　　外徑</b></p><p><b>　　mm</b></p><p>&

44、lt;b>　　齒寬</b></p><p><b>　　B</b></p><p><b>　　頂隙</b></p><p>　　C = 0.2m = 0.2</p><p><b>　　齒寬包角</b></p><p><b&g

45、t;　　3.2蝸輪軸設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.2.1條件參數(shù)計(jì)算</p><p>　　已知，蝸桿m = 7.1mm ，q = 10，Z1 = 2，Z2 = 40，n2 = 60r/min,284mm</p><p><b>　　蝸輪受力：</b></p><p>　　3.2.2材料的選擇及熱處理&

46、lt;/p><p>　　軸的材料主要是碳鋼合金鋼。由于碳鋼比合金鋼價(jià)廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性低，同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞度，故采用碳鋼制造軸尤其廣泛，其中最常用的是45鋼。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求選用45鋼，調(diào)制處理，硬度170-217HBS，=590MPa，。</p><p>　　3.2.3初選最小軸徑</p>&

47、lt;p><b>　　計(jì)算公式：</b></p><p>　　(3-3) 式中：——軸Ⅰ的轉(zhuǎn)速，單位為r/min；</p><p>　　——軸Ⅰ傳遞的功率，單位為kW；</p><p>　　——由軸的許用應(yīng)力所確定的系數(shù)。</p><p>　　查表得A126-103</p><p>　　當(dāng)

48、軸截面開(kāi)有鍵槽時(shí)，應(yīng)增大軸徑以考慮對(duì)軸的強(qiáng)度的削弱，對(duì)于直徑小于100的軸，軸頸應(yīng)增大5%-7%，然后將軸頸圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑，作為承受扭轉(zhuǎn)作用的軸段的最小直徑。</p><p><b>　　即，這里取=</b></p><p>　　3.2.4設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)并繪制草圖</p><p>　　①確定軸上零件的位置和固定方式。要確定軸的結(jié)構(gòu)形狀，必須先確定

49、軸上零件的裝配順序和固定方式。確定蝸輪從動(dòng)軸的右端裝入，蝸輪的左端用軸肩定位，右端用套筒定位。這樣蝸輪在軸上的軸向位置被完全確定。蝸輪周?chē)潭ú捎闷芥I連接。軸承對(duì)稱(chēng)安裝于蝸輪的兩側(cè)，其軸向用軸肩固定，周向用過(guò)盈配合固定。</p><p>　?、诖_定各軸段的直徑。外伸軸的最小直徑=60mm；考慮到要對(duì)安裝在軸段①上的聯(lián)軸器進(jìn)行定位，軸段②上應(yīng)有軸肩，同時(shí)能很順利地在軸段②上安裝軸承，軸段②必須滿(mǎn)足蝸輪的連接，取。&

50、lt;/p><p>　?、鄞_定各軸段的長(zhǎng)度。為了使攪拌器的零件結(jié)構(gòu)更緊湊、傳動(dòng)可靠，取為500mm，為1200mm，為160mm</p><p>　?、茌S上零件的周向定位聯(lián)軸器和軸的周向定位采用平建聯(lián)接，鍵槽用鍵槽銑刀加工。</p><p>　?、荽_定軸上圓角和倒角尺寸,參考文獻(xiàn)相關(guān)表有，軸段倒角為,圓角半徑為5mm。</p><p>　　3.2

51、.5計(jì)算軸上載荷</p><p>　　畫(huà)出軸的空間受力圖及水平面內(nèi)的彎矩圖：</p><p>　　圖3-2 攪拌器轉(zhuǎn)動(dòng)軸設(shè)計(jì)</p><p><b>　　①水平面受力分析：</b></p><p><b>　　圓周力</b></p><p><b>　　=</

52、b></p><p><b>　　支點(diǎn)反力</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　?、谒矫鎻澗?lt;/b></p><p><b>　　=&l

53、t;/b></p><p><b>　?、鄞怪逼矫媸芰Ψ治?lt;/b></p><p><b>　　徑向力</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　軸向力</b></p><p><b&g

54、t;　　支點(diǎn)反力</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　?、艽怪逼矫鎻澗兀?lt;/b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　?、莺铣蓮澗兀?lt;/b></p><p&

55、gt;<b>　　=</b></p><p><b>　　⑥扭矩分析：</b></p><p><b>　　(3-4)</b></p><p><b>　　式中，；</b></p><p>　　式中為考慮彎曲應(yīng)力與扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力循環(huán)特性的不同引入的修正系數(shù)。通

56、常彎曲應(yīng)力為對(duì)稱(chēng)循環(huán)變化應(yīng)力，扭轉(zhuǎn)應(yīng)力隨工作情況變化而變化。對(duì)于不變轉(zhuǎn)矩取，對(duì)于脈動(dòng)循環(huán)轉(zhuǎn)矩??；對(duì)于對(duì)稱(chēng)循環(huán)轉(zhuǎn)矩取。</p><p>　?、叽_定危險(xiǎn)截面及校核強(qiáng)度</p><p>　　查表得的條件，故設(shè)計(jì)的軸有足夠強(qiáng)度。</p><p>　　3.3攪拌器葉輪的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3.1攪拌器葉輪的選擇</p><

57、p>　　攪拌器的攪拌作用由運(yùn)動(dòng)著的漿葉所產(chǎn)生，因此，漿葉的形狀、尺寸、數(shù)量以及轉(zhuǎn)速就影響著攪拌器的功能。</p><p>　　用于化工和食品工業(yè)的攪拌葉輪類(lèi)型繁多，由于葉輪使用范圍具有較廣的范圍，因此真正用于石油鉆井固控系統(tǒng)攪拌器的葉輪類(lèi)型也不過(guò)三四種。常見(jiàn)的攪拌葉輪可粗略的分為四種類(lèi)型，即漿式、開(kāi)啟蝸輪式、圓盤(pán)蝸輪式和推進(jìn)式。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的積累和試驗(yàn)研究，各種類(lèi)型葉輪尺寸的相對(duì)關(guān)系都已有一個(gè)大致的范圍

58、，超過(guò)這些范圍設(shè)計(jì)出來(lái)的葉輪．無(wú)論外觀或性能都不會(huì)理想。同樣，它們相應(yīng)的運(yùn)轉(zhuǎn)條件、介質(zhì)粘度大致的流動(dòng)狀態(tài)都已有—定的推薦范圍。</p><p>　　經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的積累和實(shí)驗(yàn)研究，各種類(lèi)型葉輪尺寸的相對(duì)關(guān)系都有一個(gè)大致范圍，超過(guò)這些范圍設(shè)計(jì)出來(lái)的葉輪，無(wú)論外觀和性能都不會(huì)理想。同樣，它們相應(yīng)的運(yùn)行條件，介質(zhì)粘度大致的流動(dòng)狀態(tài)都有一定的推薦范圍，如下表3-3所示：</p><p>　　目前

59、國(guó)內(nèi)外石油固控系統(tǒng)中，最常用的攪拌器有兩種，一種是開(kāi)啟式蝸輪，一種是圓盤(pán)式蝸輪。很少再選漿式和推進(jìn)式，而開(kāi)啟式蝸輪最常用的是平直葉片。在圓盤(pán)葉片中，最常用的是平直片、折葉片和后彎葉片。由于開(kāi)啟蝸輪式即使沒(méi)有擋板也具有強(qiáng)烈的上下對(duì)流作用。因此，在較先進(jìn)的鉆井液攪拌器中得到了廣泛應(yīng)用。</p><p>　　表3-3 攪拌器型式和適用條件</p><p>　　3.3.2攪拌葉輪形狀與流態(tài)的關(guān)系&

60、lt;/p><p>　　固液相攪拌過(guò)程問(wèn)題復(fù)雜，因?yàn)榧扔泄桃簝上辔镄缘牟煌?，又存在著較大的密度差異。固液相攪拌有一個(gè)基本要求，就是使固體顆粒懸浮起來(lái)。如果固相顆粒密度很小，濃度不大．密度與液體十分接近，則此時(shí)可將固相看作是液相的一部分。如果固相顆粒密度較大，同相顆粒在液相中的沉降速度較大，只有進(jìn)行充分?jǐn)嚢璨拍鼙３止滔嗟膽腋顟B(tài)。從理論上講，只要攪拌液的上升速度大于固相沉降速度，就可使固體顆粒懸浮起來(lái)。</p&g

61、t;<p>　　實(shí)驗(yàn)證明，固相懸浮存在一個(gè)臨界攪拌轉(zhuǎn)速，其值與固液相密度差、液相密度、固相密度、液相粘度、粒徑等物性有關(guān)，也與大罐形狀和攪拌葉輪幾何形狀有關(guān)。鉆井液使用高粘度的高分子聚合物越來(lái)越多，有些鉆井液體系本身的粘度就很大，由于粘度大以及粘力的影響，在攪拌時(shí)很難形成串流而處于層流狀態(tài)。這種層流狀態(tài)也只出現(xiàn)在攪拌葉輪附近，稍遠(yuǎn)處液體幾乎是靜止的。要解決液體的對(duì)流問(wèn)題，不能單靠提高攪拌器轉(zhuǎn)速和循環(huán)流量。因?yàn)樵诟哒扯认聰嚢?/p>

62、葉輪排出流量甚少。轉(zhuǎn)速過(guò)高還會(huì)在高粘度液中形成溝流，稍遠(yuǎn)處仍為死區(qū)。此時(shí)可以通過(guò)加大葉輪自徑，采用雙層葉輪來(lái)增大攪拌區(qū)域。</p><p>　　為了保證鉆井液中固相顆粒在罐內(nèi)的均勻懸浮，必須提供一個(gè)適中的湍流流態(tài)、葉輪形狀、數(shù)量及轉(zhuǎn)速。其基本影響因素是葉輪的形狀與運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)。</p><p>　　各種攪拌器的形狀按攪拌器的運(yùn)動(dòng)方向漿葉表面的角度分為三類(lèi)：即平葉、折葉和螺旋面葉。這里只介紹在鉆

63、井液攪拌器中常用的漿式。蝸輪式(屬于平葉和折葉)、和推進(jìn)式(居于螺旋面葉)葉輪。</p><p>　　平葉的運(yùn)動(dòng)方向與漿面法線方向一致；折葉的漿而與運(yùn)動(dòng)方向成一個(gè)傾斜角 一般為45或60；螺旋面葉是折葉的一種特殊情況，它的根部的。為40~70，舊漿而端部?jī)x為l 7左右。平葉的運(yùn)動(dòng)方向與漿面垂直，當(dāng)?shù)退龠\(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，流體主要是水平環(huán)向流。增大轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，液體的徑向流動(dòng)逐漸增大。僅靠平漿葉本身所形成的軸流是很弱的。由于折葉的

64、漿面與運(yùn)動(dòng)入向成角，因此，除水平環(huán)流外．還有軸向分流。轉(zhuǎn)速逐漸增大，還會(huì)逐漸增大徑向流。螺旋葉面有水平環(huán)流、徑向流和軸向流，其中軸向流最大。</p><p>　　出以上分析得知，鉆井液攪拌諾的葉輪按排液方向可分為徑向流和軸流型兩種：螺旋由漿葉屬于軸向流型，而折葉式漿葉則處于二者之間，但更接近軸向流型。</p><p>　　這里要持別指出的是，不管何種葉型，當(dāng)液體粘度較低時(shí)，都將隨著轉(zhuǎn)速的變

65、大，其流態(tài)逐漸內(nèi)層流到過(guò)濾流到湍流。在湍流狀態(tài)下．平葉漿式攪拌軸附近將形成一個(gè)旋渦，中心液面向下，成漏斗狀，液體表面成回轉(zhuǎn)拋物面。旋渦中心的液體幾乎與攪拌軸同步，形成一個(gè)圓柱狀回轉(zhuǎn)區(qū)，在低粘度情況下．其直徑大約為漿徑的70％。這個(gè)區(qū)域內(nèi)液體沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)．所以混合、懸浮很不好。攪拌時(shí)不希望在循環(huán)內(nèi)出現(xiàn)過(guò)大的旋渦，旋渦過(guò)大說(shuō)明轉(zhuǎn)數(shù)過(guò)高．這給我們判斷轉(zhuǎn)速是否合適提供了根據(jù)。</p><p>　　3.3.3攪拌葉輪循環(huán)流

66、量的計(jì)算</p><p>　　為了研究攪拌器的功能，要研究漿葉與宏觀液流、微觀液流飛關(guān)系，它們反應(yīng)出漿葉的排出性能與剪切性能。各種漿葉因其形狀、運(yùn)轉(zhuǎn)形狀的不同而各具有不同的排出流量。徑向型漿葉在一定轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)，自漿葉面處排出高速液流，使周?chē)o止或低速流卷入其中，在罐內(nèi)形成循環(huán)流。軸流型排出軸向流，對(duì)周?chē)后w也有吸引挾帶作用。這種循環(huán)流如圖所示。圖中漿葉排出量為．吸引挾帶量力，總的循環(huán)流量為Qc。罐內(nèi)液體形成的循環(huán)

67、流動(dòng)遍及全罐。通過(guò)漿葉排出液體，將漿葉的能量傳遞到全罐各處，同時(shí)也使各處液體順次流到只有強(qiáng)烈攪拌作用的漿葉附近。因此，葉輪的排出性能對(duì)攪拌過(guò)程是非常重要的。</p><p><b>　　計(jì)算公式如下：</b></p><p><b>　　(3-5)</b></p><p><b>　　(3-6)</b>

68、;</p><p>　　(3-7) (3-8)</p><p><b>　　(3-9)</b></p><p><b>　　(3-10)</b></p><p>　　式中：—— 排出流量，</p><p><b>

69、;　　——循環(huán)流量，</b></p><p>　　——分別為排出流量數(shù)及循環(huán)流量數(shù)</p><p><b>　　n ——攪拌器轉(zhuǎn)速</b></p><p><b>　　——攪拌漿葉直徑</b></p><p><b>　　b —— 液漿寬度</b></p>

70、;<p><b>　　D ——大罐寬度</b></p><p><b>　　K——漿型系數(shù)</b></p><p><b>　　H——液體深度</b></p><p><b>　　Z——葉片數(shù)</b></p><p><b>　　—

71、—雷諾數(shù)</b></p><p><b>　　(3-11)</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　表3-3 漿葉系數(shù)：</p><p>　　以上公式的嚴(yán)格應(yīng)用條件是：</p><p>　?、偌铣叽绲南鄬?duì)關(guān)系是：<</

72、p><p>　　式中，C為漿葉離罐底的距離。</p><p><b>　　②罐內(nèi)為湍流流態(tài)。</b></p><p>　　對(duì)于長(zhǎng)方體鉆井液循環(huán)罐及其介質(zhì)流態(tài)，可以近似的認(rèn)為滿(mǎn)足上述條件。</p><p>　　圖3-2 攪拌時(shí)罐內(nèi)的液體流向</p><p>　　3.3.4攪拌葉輪幾何尺寸及層數(shù)計(jì)算<

73、;/p><p>　　從攪拌器的功能可以知道，漿葉的大小不是任意決定的，它可以影響漿葉的排出流量，它可以影響動(dòng)力系統(tǒng)，也就是可以影響向液體中輸入衡量的大小，說(shuō)明漿葉的大小直徑可以影響攪拌過(guò)程的進(jìn)行。選擇合理的葉輪尺寸，就能夠提供給攪拌過(guò)程所需要的動(dòng)力，還能提供良好的流動(dòng)狀態(tài)，完成預(yù)期的操作目的。液漿的大小一般為漿徑的大?。ㄋ^漿徑是指漿葉回轉(zhuǎn)時(shí)前端軌跡的直徑）和漿葉的寬度來(lái)衡量。 </p><

74、p>　　攪拌器葉輪尺寸將影響排出流量和功耗，選擇合理的葉輪尺小供給攪拌過(guò)程所需動(dòng)力并產(chǎn)生良好的流態(tài)。漿葉直徑的大小與攪拌據(jù)種類(lèi)有關(guān)，也與循環(huán)罐的大小有關(guān)。</p><p>　　1. 鉆井液循環(huán)罐中出現(xiàn)“圓柱回轉(zhuǎn)區(qū)”時(shí)，說(shuō)明這一部分混合很差，攪拌不好。在低粘度時(shí)，能量易傳遞，攪拌器直徑可取小些，一般漿葉式可取dj／D＝0．35 -0.8。蝸輪式取d／D＝0.25—0.5。</p><p&g

75、t;　　2.以固——液相懸浮力目的時(shí)．為攪起罐底固相顆粒，一般／D＝0.45—0．5。</p><p>　　3.為取得液—液乳化效果，提高剪切力，可增加轉(zhuǎn)速，減少漿徑，一般／D為1／16—1／10。 </p><p>　　4.推進(jìn)式漿葉軸向流量大，體積循環(huán)能力強(qiáng)，一般漿徑取得較小，／D＝0．2~0．5，其中多取／D＝1／3。</p><p>　　5.漿葉數(shù)量大

76、多取決于漿的形式。漿式常用兩葉；各種蝸輪式的漿葉以6葉、8葉居多；推進(jìn)式有2葉、3葉和4葉，以3葉居多。</p><p>　　6漿葉寬度取決于粘度大小和動(dòng)力消耗之多少。在蝸輪式液—液攪拌中，當(dāng)／D＝1/3時(shí)，Z＝4，漿寬b＝(0．05—0．1)D。</p><p>　　7.漿葉輪的層數(shù)取決于液層的高度。在低粘度時(shí)，當(dāng)液面高H＜D(罐寬)．只要一層即可。在高粘度時(shí)，上下攪動(dòng)的范圍僅處漿徑的1

77、／2，所以必須增加攪拌層數(shù)，層間距一般取為。有時(shí)為了提向攪動(dòng)的循環(huán)強(qiáng)度，也有上層使用軸向流葉輪的，下層漿徑向型葉輪的。</p><p>　　8.下層漿葉離罐底面的距離C一般為漿徑的1~ 1．5倍。為了防止固相沉淀，常將C取為D／10。上層漿葉離液面距離至少為15，推進(jìn)式則要取H／3，以防止產(chǎn)生旋渦，漿面外露。</p><p>　　平直葉圓盤(pán)蝸輪結(jié)構(gòu)如圖3-3所示： </p&

78、gt;<p>　　根據(jù)以上條件，本次設(shè)計(jì)尺寸參數(shù)如下：</p><p>　　取葉片數(shù)為Z= 4片，</p><p>　　設(shè)計(jì)尺寸，L=120mm ，b = 100mm</p><p>　　/D = 0.25~0.5 得，罐寬D=720mm~360mm</p><p><b>　　槳葉直徑，</b></

79、p><p>　　折葉角度以24，后彎角度</p><p>　　常用介質(zhì)粘度范圍<, 折葉、后彎葉<</p><p>　　流動(dòng)狀態(tài)：平直葉為徑向流動(dòng)。</p><p>　　最高攪拌速度可達(dá)600rPm</p><p>　　3.3.5攪拌器葉輪型式的選擇</p><p>　　由于同一型式的攪

80、拌器可達(dá)到幾種目的，因此多數(shù)情況下是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和習(xí)慣來(lái)選樣。較為合理的方法是由攪拌器目的和形成的流態(tài)為依據(jù)來(lái)進(jìn)行選擇的。</p><p>　　適合固—液懸浮的漿型有蝸輪式和推進(jìn)式以及漿式兩種。由于蝸輪式的對(duì)流循環(huán)能力、湍流分散和剪切力比較強(qiáng)，得到了最廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　使固體懸浮的作業(yè)以開(kāi)啟蝸輪式最好。出于沒(méi)有中間圓盤(pán)部分，不致阻礙漿葉上下液相混合。彎葉開(kāi)啟式蝸輪的排出性能好，

81、對(duì)固—液相懸浮也很適合。采用折葉漿、折葉開(kāi)啟蝸輪、推進(jìn)式都有軸向流，所以可以不用擋板。</p><p>　　因此，目前國(guó)內(nèi)外石油固控設(shè)備中，最常用的攪拌器葉輪只有兩種，—種是開(kāi)啟式蝸輪，一種是圓盤(pán)蝸輪。很少再選用漿式和推進(jìn)式。而開(kāi)啟蝸輪式戶(hù)用得最多的是平直葉片。</p><p>　　在圓盤(pán)蝸輪式中，平直片，折葉片和后彎葉片都有采用。由于開(kāi)啟蝸輪式即使沒(méi)有擋板也具有強(qiáng)烈的上下對(duì)流作用，因此，

82、在較先進(jìn)的鉆井液攪拌器得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　3.3.6攪拌葉輪強(qiáng)度設(shè)計(jì)及校核</p><p>　　漿葉強(qiáng)度的計(jì)算主要決定漿葉的厚度。它必須在決定了漿葉的直徑=寬度=數(shù)量，并相應(yīng)決定了攪拌器的功率后，對(duì)漿葉進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)來(lái)進(jìn)行。</p><p><b>　?、儆?jì)算功率的確定</b></p><p>　　計(jì)

83、算功率通常采用下式來(lái)計(jì)算：</p><p><b>　　(3-12)</b></p><p><b>　　式中：，</b></p><p>　　K——電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的過(guò)載系數(shù)</p><p>　　②平直開(kāi)啟蝸輪的強(qiáng)度計(jì)算</p><p>　　以最常見(jiàn)的矩形截面為例，由于葉片對(duì)稱(chēng)性

84、，故可將功率均勻分配到各葉片上。</p><p>　　液體產(chǎn)生的最大阻力彎矩在葉片根部，其值為：</p><p><b>　　式中：Z——葉片數(shù)</b></p><p><b>　　斷面的抗壓模數(shù)：</b></p><p>　　W (3-1

85、3)</p><p>　　式中：b——漿葉寬,cm</p><p><b>　　，cm </b></p><p><b>　　于是，計(jì)算應(yīng)力為：</b></p><p><b>　　(3-14)</b></p><p>　　式中，為許用應(yīng)力。b在計(jì)算時(shí)是

86、已知數(shù)，由公式：</p><p><b>　　(3-15)</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　3.4攪拌軸的密封</b></p><p>　　攪拌器可靠的密封是一個(gè)重要的問(wèn)題。由于攪拌軸密封引起的漏油，不但浪費(fèi)油料，而且污染了鉆井液。

87、旋轉(zhuǎn)抽密封分為機(jī)械密封和壇料密封，鉆井液的軸屬于低轉(zhuǎn)速、低壓力，較適用的仍然是填料密封，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于維修，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。</p><p><b>　　①自封式密封</b></p><p>　　根據(jù)長(zhǎng)期現(xiàn)場(chǎng)使用的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，將水龍頭沖管v形盤(pán)根結(jié)構(gòu)移植過(guò)來(lái)是非常可靠的。密封盤(pán)根由耐油膠利夾膠尼龍市線組成，一般3~4組已足夠。密封盤(pán)根形狀尺寸國(guó)家已有標(biāo)淮，這里不再

88、贅述。</p><p><b>　?、谔盍厦芊?lt;/b></p><p>　　填料密封是一種早期轉(zhuǎn)軸密封結(jié)構(gòu)，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單．在攪拌器中時(shí)有采用。填料密封的原理與自封式盤(pán)根不同，它是靠壓蓋壓力作用下，壓緊填料密封盒中的填料，對(duì)攪拌抽表面產(chǎn)生徑向壓力。由于填料中臺(tái)有潤(rùn)滑刑，因此在攪拌軸上產(chǎn)生一層液膜，它既潤(rùn)滑了攪拌軸，又能阻止設(shè)備中的潤(rùn)滑油漏出來(lái)。</p>&

89、lt;p>　　3.4.1攪拌器功率的確定</p><p>　　所謂攪拌器功率包含兩個(gè)不同的概念、即攪拌功率和攪拌作業(yè)功率。為使攪拌器連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)所需的功率就是攪拌器功率，為使攪拌過(guò)程以最佳方式完成的功率為攪拌作業(yè)功率，前者是物理量的函數(shù)，后者是工藝特性所決定的。很遺憾的是，攪拌器功率和攪拌作業(yè)功率都沒(méi)有準(zhǔn)確的方法予以確定，生產(chǎn)實(shí)踐中攪拌器功率不足的問(wèn)題易于覺(jué)察。而攪拌器功率過(guò)大造成浪費(fèi)的問(wèn)題則易被忽視。<

90、/p><p>　　計(jì)算攪拌器功率的目的有兩個(gè)：—是解決不同形式的攪拌樣能向被攪拌的介質(zhì)提供多少功率，以滿(mǎn)足攪拌過(guò)程的要求；二是為攪拌器弧度計(jì)算批供依據(jù)。</p><p>　　Rushton算圖根據(jù)多種攪拌器在液體年度為1~40000cP以?xún)?nèi)，Rc<10的條件下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，測(cè)定出功率，得到功率因素和Re的關(guān)系由下式</p><p><b>　　(3-16)

91、</b></p><p>　　式中：N——攪拌器功率，KW</p><p>　　——功率準(zhǔn)數(shù)，無(wú)因次</p><p>　　4主要零件的強(qiáng)度校核</p><p>　　4.1蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度校核</p><p>　　4.1.1蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算</p><p>　　蝸輪齒面接觸強(qiáng)度計(jì)

92、算可以參照齒輪的技術(shù)方法。以赫茲公式為基礎(chǔ)，按節(jié)點(diǎn)處的嚙合條件計(jì)算齒面的接觸應(yīng)力，則其校核公式為：</p><p><b>　　(4-1)</b></p><p>　　上式適用于鋼制蝸桿對(duì)青銅鑄鐵或鑄鐵蝸輪。整理得蝸輪齒面解除疲勞強(qiáng)度的校核公式為：</p><p><b>　　(4-2)</b></p>&l

93、t;p>　　式中：K為載荷系數(shù)，K=1~1.4 ，當(dāng)載荷平穩(wěn)，取小值，否則取大值;為蝸輪轉(zhuǎn)矩，單位為N·mm，為蝸輪材料的許用接觸應(yīng)力，單位為；其余符合的意義同前。</p><p>　　將m=7.1mm，= 71mm，，mm，K=1.265數(shù)據(jù)代入公式有：</p><p><b>　　(4-3)</b></p><p><

94、b>　　=93MPa</b></p><p>　　所以，蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度符合標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　4.1.2齒根彎曲強(qiáng)度校核</p><p><b>　　中心距</b></p><p><b>　　蝸桿螺旋線升角</b></p><p>　　查表有

95、蝸輪材料的基本許用彎曲應(yīng)力為</p><p><b>　　46MPa</b></p><p><b>　　計(jì)算壽命系數(shù)</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　計(jì)算許用彎曲應(yīng)力</b></p><p&

96、gt;<b>　　=</b></p><p>　　計(jì)算齒根彎曲應(yīng)力，查表得</p><p><b>　　(4-4)</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　故齒根彎曲疲勞校核合格。</p><p>　　表4-1-1 蝸輪的齒形

97、系數(shù)：</p><p>　　蝸輪材料的基本使用彎曲應(yīng)力（）圖表4-1-2如下所示：</p><p>　　注：表中括號(hào)內(nèi)的值系用于雙向傳動(dòng)的場(chǎng)合</p><p>　　4.1.3驗(yàn)算傳動(dòng)效率</p><p><b>　　蝸桿分度圓速度為</b></p><p><b>　　(4-5)<

98、/b></p><p><b>　　查表得</b></p><p><b>　　與原估計(jì)</b></p><p>　　表4-1-3當(dāng)量摩擦系數(shù)和當(dāng)量摩擦角</p><p>　　注：硬度45時(shí)的值系指蝸桿齒面經(jīng)磨削、蝸桿傳動(dòng)經(jīng)跑和，并有充分潤(rùn)滑的情況。</p><p>　

99、　4.2攪拌器軸承型號(hào)選擇</p><p>　　軸承的作用是支承軸及軸上零件，保持軸的回轉(zhuǎn)精度，減少轉(zhuǎn)軸與支承之間的摩擦。根據(jù)支承處相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦性質(zhì)，軸承分為滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承。</p><p>　　滾動(dòng)軸承具有摩擦阻力小、啟動(dòng)靈敏、效率高、回轉(zhuǎn)精度高、潤(rùn)滑簡(jiǎn)便和裝拆方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種機(jī)器和機(jī)構(gòu)中。本次設(shè)計(jì)采用滾動(dòng)軸承。</p><p><b>

100、　　滾動(dòng)軸承的類(lèi)型：</b></p><p>　?、佥S承按所能承載的方向或公稱(chēng)接觸角的不同可分為向心軸承和推力軸承，如表4-2-1。表中為滾動(dòng)軸承與套圈接觸的公法線與軸承徑向平面之間的夾角。</p><p>　?、诎礉L動(dòng)體的種類(lèi)可分為球軸承和滾子軸承。在外輪廓尺寸相同的條件下，滾子軸承比球軸承的承載能力和耐沖擊能力都好，但球軸承摩擦小，高速性好。</p><

101、p>　　③按工作時(shí)能否調(diào)心可分為調(diào)心軸承和非調(diào)心軸承。</p><p>　　④按運(yùn)動(dòng)方式可分為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸承和直線運(yùn)動(dòng)軸承。</p><p>　　4-2-1 滾動(dòng)軸承簡(jiǎn)圖：</p><p>　　選擇軸承類(lèi)型應(yīng)考慮多種因素，如軸承所受載荷的大小、方向及性質(zhì)；軸的方向的固定方式；轉(zhuǎn)速與工作環(huán)境；調(diào)心性能要求；經(jīng)濟(jì)性和其他特殊要求等。</p><p

102、>　　4.2.1求當(dāng)量動(dòng)載荷P</p><p><b>　　由公式</b></p><p><b>　　(4-6)</b></p><p>　　表得，式中徑向載荷X和軸向載荷Y要根據(jù)e值查取，是軸承的徑向額定靜載荷，未選軸承型號(hào)前暫不知道，故用試算法計(jì)算。根據(jù)表4-2-2，暫取</p><p>

103、;<b>　　(4-7)</b></p><p><b>　　得，</b></p><p><b>　　由>e</b></p><p>　　查表15.13得X = 0.56 ，Y = 1.15</p><p><b>　　P=</b></p&g

104、t;<p>　　表4-2-2 載荷系數(shù)</p><p>　　4.2.2計(jì)算所需的徑向額定動(dòng)載荷值</p><p><b>　　由公式：</b></p><p><b>　　(4-8)</b></p><p><b>　　得=</b></p><

105、p>　　4.2.3選擇軸承型號(hào)</p><p>　　查有關(guān)軸承的手冊(cè)，根據(jù)d= 27mm，選得軸承2300軸承合適。 </p><p><b>　　4.3鍵的強(qiáng)度校核</b></p><p>　　常見(jiàn)的軸轂連接有鍵連接、花鍵連接等。軸轂連接主要是用來(lái)實(shí)現(xiàn)軸的輪轂（如齒輪、帶輪等）之間的軸向固定，并用來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩，有些還可以實(shí)現(xiàn)軸上零件

106、的軸向固定或軸向移動(dòng)（導(dǎo)向）。固定方式的選擇主要是根據(jù)零件所傳遞轉(zhuǎn)矩的大小和性質(zhì)、輪轂與軸的對(duì)中精度要求、加工的難易程度等因素來(lái)進(jìn)行的。</p><p>　　鍵可分為平鍵、半圓鍵、切向鍵等類(lèi)型，其中以平鍵最為常見(jiàn)。鍵已標(biāo)準(zhǔn)化。設(shè)計(jì)時(shí)首先根據(jù)工作條件和各類(lèi)鍵的應(yīng)用特點(diǎn)來(lái)選擇鍵的類(lèi)型，再根據(jù)軸的軸徑長(zhǎng)度確定鍵的尺寸，必要時(shí)還應(yīng)對(duì)鍵連接進(jìn)行強(qiáng)度校核。</p><p>　　4.3.1鍵的主要尺寸確

107、定</p><p>　　平鍵是標(biāo)準(zhǔn)件，其剖面尺寸（鍵寬b鍵高h(yuǎn)）按軸徑d從有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中選擇，鍵長(zhǎng)L應(yīng)小于輪 長(zhǎng)度并符合標(biāo)準(zhǔn)系列。鍵的主要尺寸通過(guò)查表4-3，有：</p><p>　　軸徑d>22-30mm，鍵寬b=8mm ，鍵高h(yuǎn) = 7mm，鍵長(zhǎng)L=18-90mm；</p><p>　　軸徑d>75-85mm, 鍵寬b=22mm，鍵高h(yuǎn) = 14mm，鍵

108、長(zhǎng)L=63-250mm</p><p>　　表4-3 鍵的主要尺寸</p><p>　　4.3.2鍵的強(qiáng)度校核</p><p>　　假設(shè)載荷沿鍵的長(zhǎng)度方向是均勻的，平鍵連接的擠壓強(qiáng)度條件為</p><p><b>　　(4-9)</b></p><p>　　導(dǎo)向平鍵連接的主要失效形式為組成鍵連接的

109、軸或輪轂工作面部分的磨損，須按工作面上的強(qiáng)度進(jìn)行校核，強(qiáng)度條件為</p><p><b>　　(4-10)</b></p><p>　　式中：T——固定件傳遞的轉(zhuǎn)矩，</p><p><b>　　d——軸徑，</b></p><p><b>　　h——鍵高，</b></p

110、><p><b>　　——鍵的工作長(zhǎng)度，</b></p><p>　　A型鍵，B型鍵，C型鍵=，并，以免因鍵過(guò)長(zhǎng)而增大壓力沿鍵長(zhǎng)分布的不均勻性，對(duì)于平鍵則為鍵與輪轂的接觸長(zhǎng)度；</p><p>　　是鍵連接中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力、許用壓強(qiáng)，單位為，按表4-3選取。</p><p>　　表4-3 鍵連接的許用應(yīng)力</p

111、><p><b>　　5總 結(jié)</b></p><p>　　本文通過(guò)對(duì)鉆井液攪拌器的結(jié)構(gòu)形狀進(jìn)行分析，得出總體方案，按總體方案對(duì)各零部件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系進(jìn)行分析得出鉆井液攪拌器的整體結(jié)構(gòu)尺寸，然后以各個(gè)系統(tǒng)為模塊分別進(jìn)行具體零部件的設(shè)計(jì)校核計(jì)算，得出各零部件的具體尺寸，再重新調(diào)整整體結(jié)構(gòu)，整理得出最后的設(shè)計(jì)圖紙和說(shuō)明書(shū).此次設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)鉆井液攪拌器的設(shè)計(jì)，使我對(duì)成型機(jī)械的設(shè)計(jì)方

112、法、步驟有了較深的認(rèn)識(shí).熟悉了蝸輪蝸桿、軸、軸承等多種常用零件的設(shè)計(jì)、校核方法；掌握了如何選用標(biāo)準(zhǔn)件，如何查閱和使用手冊(cè)，如何繪制零件圖、裝配圖；以及設(shè)計(jì)非標(biāo)準(zhǔn)零部件的要點(diǎn)、方法.。 這次設(shè)計(jì)貫穿了所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，綜合運(yùn)用了各科專(zhuān)業(yè)知識(shí)，從中使我學(xué)習(xí)了很多平時(shí)在課本中未學(xué)到的或未深入的內(nèi)容.我相信這次設(shè)計(jì)對(duì)以后的工作學(xué)習(xí)都會(huì)有很大的幫助.。</p><p>　　由于自己所學(xué)知識(shí)有限，而機(jī)械設(shè)計(jì)又是一門(mén)非常

113、深?yuàn)W的學(xué)科，設(shè)計(jì)中肯定存在許多的不足和需要改進(jìn)的地方，希望老師指出，在以后的學(xué)習(xí)工作中去完善它們。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)工作已接近尾聲，在這期間我遇到了許多難題、困難，最終在老師的幫助下完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)中我想感謝的就是指導(dǎo)老師莫麗老師，莫老師在自己的教學(xué)、科研任務(wù)繁重的情況下仍舊擠出大量的時(shí)

114、間來(lái)給我們做指導(dǎo)，告訴我們?cè)O(shè)計(jì)的詳細(xì)方法和步驟，甚至教我們?nèi)绾卫镁W(wǎng)上圖書(shū)館資源查詢(xún)資料，使我們的設(shè)計(jì)任務(wù)更加明確。在設(shè)計(jì)期間，正好是我專(zhuān)升本復(fù)習(xí)階段，莫老師給我額外的充足的時(shí)間去完成工作，減輕了負(fù)擔(dān)。</p><p>　　同時(shí)也非常感謝和我一起完成畢業(yè)設(shè)計(jì)全過(guò)程的全體室友和同組其他幾位同學(xué)，如果沒(méi)有他們熱忱的幫助與鼓勵(lì)，我不可能順利的完成此次設(shè)計(jì)任務(wù)。最后，祝愿老師工作順利，同學(xué)們們可以順利的畢業(yè)，以愉悅的心情

115、走上工作崗位。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　?。?］龔偉安．鉆井液固控系統(tǒng)及設(shè)備．石油工業(yè)出版社：1995 </p><p>　?。?］華東石油學(xué)院礦機(jī)教研室編．石油鉆采機(jī)械．石油工業(yè)出版社：1980</p><p>　?。?］胡國(guó)楨，石流主編．化工密封技術(shù)．化學(xué)工業(yè)出版社：2001

116、</p><p><b>　?。?］機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)</b></p><p>　?。?］陳立德，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，高等教育出版社（第三版）</p><p>　?。?］鄭志祥，機(jī)械零件，北京：高等教育出版社，1989</p><p>　?。?］姜柳林，機(jī)械CAD基礎(chǔ)實(shí)踐，北京：高等教育出版社，1998</p><