ZP275石油鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤設(shè)計(jì)含3張CAD圖.zip,ZP275,石油,鉆機(jī),轉(zhuǎn)盤,設(shè)計(jì),CAD ZP275轉(zhuǎn)盤設(shè)計(jì) [摘要] 轉(zhuǎn)盤是石油鉆機(jī)的提升設(shè)備之一，在鉆井作業(yè)中，主要用于旋轉(zhuǎn)鉆桿柱，在起下鉆和下套管時(shí)，支撐井下的鉆柱（或套管柱）重量。轉(zhuǎn)盤可用于鏈條傳動(dòng)，也可用于萬向軸傳動(dòng)。 本文對ZP275轉(zhuǎn)盤的基本結(jié)構(gòu)，詳細(xì)尺寸進(jìn)行了設(shè)計(jì)，ZP275轉(zhuǎn)盤主要由轉(zhuǎn)臺(tái)裝置、鑄焊底座、輸入軸總成、鎖緊裝置、主補(bǔ)心裝置、上蓋等零部件組成。本文介紹了ZP275轉(zhuǎn)盤設(shè)計(jì)理論與計(jì)算方法，通過轉(zhuǎn)盤的基礎(chǔ)參數(shù)，對一些主要的零件進(jìn)行了計(jì)算，強(qiáng)度分析和材料的選用。主要包括，齒輪副的計(jì)算和強(qiáng)度校核，軸承的選用與計(jì)算，強(qiáng)度校核，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，聯(lián)接件的強(qiáng)度校核。用SolidWorks和CAD繪制了總裝配圖，軸承圖和齒輪圖。然后對ZP275轉(zhuǎn)盤的安裝使用及其調(diào)整進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，對密封潤滑、運(yùn)輸方面提出了建議，最后確定ZP275轉(zhuǎn)盤的整體結(jié)構(gòu)。 [關(guān)鍵詞] 轉(zhuǎn)盤 密封 潤滑 強(qiáng)度校核 軸承 Design of ZP275 Turntable [Abstract] Rotary disc is one of string, which supports the weight of downhole drill string (or casing string) when drilling and casing are lifted. The turntable can be used for chain drive and universal shaft drive.In this paper, the basic structure and detailed size of ZP275 turntable are designed. ZP275 turntable is mainly composed of turntable device, casting and welding base, input shaft assembly, locking device, main filling device, upper cover and other parts.This paper introduces the design theory and calculation method of ZP275 turntable. Through the basic parameters of the turntable, some main parts are calculated, strength analysis and material selection. It mainly includes calculation and strength check of gear pair, selection and calculation of bearing, strength check, structural design of shaft and strength check of connecting parts. The assembly drawing, bearing drawing and gear drawing are drawn with SolidWorks and CAD. Then the installation, use and adjustment of ZP275 turntable are introduced in detail. Suggestions on sealing, lubrication and transportation are put forward. Finally, the overall structure of ZP275 turntable is determined. [Keywords] turntable Seal up lubrication Strength check Bearing  目錄 1 緒論 1 1.1 石油轉(zhuǎn)機(jī)轉(zhuǎn)盤簡述 1 1.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 2 1.3 研究（設(shè)計(jì)）的目的和意義 3 2 ZP275轉(zhuǎn)盤的設(shè)計(jì)和計(jì)算 5 2.1 轉(zhuǎn)盤設(shè)計(jì)計(jì)算的主要內(nèi)容 6 2.2 轉(zhuǎn)盤的主要參數(shù) 6 2.3 傳動(dòng)件大小齒輪的設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核 6 2.4 輸出軸設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核 12 2.5 轉(zhuǎn)盤體的設(shè)計(jì)及校核 13 2.6 鏈接件強(qiáng)度校核 14 2.7 軸承的選用 14 3 ZP275轉(zhuǎn)盤的安裝與調(diào)整 19 3.1 轉(zhuǎn)盤組裝與調(diào)整 19 3.2 錐齒輪副齒側(cè)間隙的調(diào)整 20 3.3 下軸承軸向間隙的調(diào)整 20 3.4 使用前的準(zhǔn)備與檢查 20 4 ZP275轉(zhuǎn)盤的密封潤滑和維護(hù)保養(yǎng) 21 4.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 21 4.2 主要零件的材料選型 21 4.3 維護(hù)保養(yǎng) 21 4.4 潤滑 21 4.5 密封，運(yùn)輸，保管 21 4.6 結(jié)構(gòu)明細(xì)表 22 5 總結(jié) 24 參考文獻(xiàn) 25 致 謝 26 III 1 緒論 1.1 石油鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤簡介 1.1.1石油鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤概述 轉(zhuǎn)盤基本上是一個(gè)高功率的第一級(jí)錐齒輪減速器，通過方瓦將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞給方鉆桿，鉆桿，鉆挺和鉆頭，以驅(qū)動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)可鉆孔井眼。轉(zhuǎn)盤是旋挖式鉆機(jī)的主要設(shè)備，同時(shí)也是鉆機(jī)最重要的三大工作機(jī)的其中一個(gè)。在鉆孔途中，轉(zhuǎn)盤主要執(zhí)行的是以下任務(wù)：在井中旋轉(zhuǎn)鉆頭以傳遞足夠的扭矩和必要的速度。在鉆井圖中，轉(zhuǎn)盤被驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)允許鉆柱連續(xù)地通過井，并確保其具有足夠的扭矩和必要的速度。當(dāng)套管鉆孔或起下鉆孔時(shí)，井中所有套管柱或鉆柱的重量得到支撐，并且在事故期間完成輔助工作。轉(zhuǎn)盤工作時(shí)候的環(huán)境是非常糟糕。在每臺(tái)工作機(jī)器中，轉(zhuǎn)盤工作時(shí)候的環(huán)境最不干凈，泥漿飛濺，油和水受到污染，井中鉆柱的跳躍首先直接傳遞到轉(zhuǎn)盤，產(chǎn)生的沖擊是很嚴(yán)重的。 常用的轉(zhuǎn)盤以結(jié)構(gòu)形式可分為船型底座轉(zhuǎn)盤和法蘭底座轉(zhuǎn)盤兩種形式。以動(dòng)力方式分有軸傳動(dòng)和鏈條傳動(dòng)兩種形式。 目前深井施工經(jīng)常使用輪式修井機(jī)、自背式伸縮井架和鉆臺(tái)，鉆臺(tái)上配有專用軸傳動(dòng)轉(zhuǎn)盤。 1.1.2使用頂驅(qū)時(shí)轉(zhuǎn)盤的作用 由于頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于石油鉆探行業(yè)，因此轉(zhuǎn)盤在鉆井條件下的功能已由頂部驅(qū)動(dòng)器取代，轉(zhuǎn)盤不再具有驅(qū)動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)的功能。 然而，除了鉆孔以外的條件，轉(zhuǎn)盤仍然起著至關(guān)重要的作用，例如在下套管時(shí)懸掛管柱，以及支撐井中所有套管柱的重量，和其他輔助工作。 1.1.3石油鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤的用途 (1)旋轉(zhuǎn)鉆井中的鉆頭以提供足夠的扭矩和必要的速度。 (2)在渦輪鉆井期間承擔(dān)了鉆柱上的反作用力矩。 (3)在下套管時(shí)懸掛管柱。承托了井中所有套管柱的重量。 (4)卸鉆頭、卸扣、倒扣、造扣等輔助工作。 1.1.4石油鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤的技術(shù)參數(shù) 型號(hào)： ZP275轉(zhuǎn)盤 通孔直徑： 698.5mm 最大靜負(fù)荷： 4450KN 最大工作扭矩： 27.5KN.m 最大轉(zhuǎn)速： 300r/min 速比: 1:3.68 外形尺寸： 2380×1680×685（mm） 重量： 6930Kg 1.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 這幾年，國外的轉(zhuǎn)盤發(fā)展是比較快的，出現(xiàn)了很多形式的轉(zhuǎn)盤和很多形式的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤，并在如今的鉆井技術(shù)上，起到了很大的作業(yè)。 1、美國NSCO公司如今轉(zhuǎn)盤的發(fā)展?fàn)顩r。NSCO公司如今有5種規(guī)格的單快速轉(zhuǎn)盤使他們生產(chǎn)的，載荷：2500-8000KN，主軸承球直徑：63.5-76.2mm，開口直徑：444.5-1257.3mm，齒輪速比：3.14-3.93，他們的轉(zhuǎn)盤特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：快速軸安裝處是焊接結(jié)構(gòu)，殼體的基體為鑄鋼件，對鑄造性能合鑄造質(zhì)量有不錯(cuò)的提升，但其加入了焊接工藝。其齒輪用的是斜齒錐輪，齒輪的傳動(dòng)稍平緩，齒輪傳動(dòng)而產(chǎn)生出的徑向力，軸向力較小，可以始其軸承的壽命得到延長。防跳的軸承與其主軸承是才用了一體式的組合結(jié)構(gòu)，可以使其有效高度得到縮短，可以保證軸承的間隙和齒輪的較好嚙合的功能。這種方案使轉(zhuǎn)盤的結(jié)構(gòu)得到了簡化，零件不多，使其成本也得到了降低。將轉(zhuǎn)盤的制動(dòng)硝放置在轉(zhuǎn)盤的上面，然后制動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)，是平穩(wěn)可靠的，其就是可以不通過齒輪的制動(dòng)，使齒輪受不到?jīng)_擊，可以使齒輪的壽命得到提高。防跳軸承和其主軸承都是采用的齒輪飛濺潤滑，快速軸的油池與齒輪的油池互通，這樣的潤滑比較結(jié)實(shí)而且可靠。密封裝置：其轉(zhuǎn)臺(tái)使用了兩道迷宮讓其密封，下部分使用一道擋板和迷宮來密封，快速軸使用了橡膠密封圈來密封，可以有效的防止泥漿滲進(jìn)油池，同時(shí)也可以有效的防止?jié)櫥屯鉂B。 2、挪威MH公司的轉(zhuǎn)盤發(fā)展?fàn)顩r，其制造的液壓驅(qū)動(dòng)單快速軸轉(zhuǎn)盤，他的特點(diǎn)是由四個(gè)液壓馬達(dá)分別通過兩級(jí)圓柱齒輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)并沒有稍大的錐齒輪傳動(dòng)。其轉(zhuǎn)臺(tái)上面，專門安裝的鎖緊裝置，可以有效的防止其自有轉(zhuǎn)動(dòng)。其轉(zhuǎn)盤的開口直徑有1257和953mm這兩個(gè)規(guī)格，其齒輪速比是5.89，最大扭曲是42000N*m。轉(zhuǎn)速是125r/min，最大的轉(zhuǎn)速是250r/min，在最大的轉(zhuǎn)速的時(shí)候，扭矩是21500N*m，其重量是14t。挪威MH公司所生產(chǎn)的轉(zhuǎn)盤大部分用于水平井和定向井。 3、加拿大DRECO公司的轉(zhuǎn)盤發(fā)展?fàn)顩r：其產(chǎn)出的雙快速軸轉(zhuǎn)盤，與同樣類型的轉(zhuǎn)盤相比，其傳動(dòng)扭矩有百分之77的增加，普遍用于從式井，定向井，水平井。也用于較深或抄超深的井還有沙漠海洋那些地區(qū)的鉆井，其有比較出眾的鉆井性能和有稍好的鉆井技術(shù)。其具有的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：主軸承和防跳軸承是分體式結(jié)構(gòu)，所有的齒輪和軸承都是用的飛濺式潤滑系統(tǒng)。其轉(zhuǎn)盤具有三刀迷宮密封的結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)盤下部分具有兩道迷宮密封，其兩個(gè)快速軸之間是相隔一百八十度裝置的，兩側(cè)驅(qū)動(dòng)。為了讓轉(zhuǎn)盤擁有不高的工作轉(zhuǎn)速，除了大小兩個(gè)齒輪減速之后，在其快速軸那里有添加了一級(jí)圓柱齒輪減速傳動(dòng)副。 4、國內(nèi)的轉(zhuǎn)盤發(fā)展?fàn)顩r。國內(nèi)的轉(zhuǎn)盤技術(shù)在八零年代就已經(jīng)基本定型，九零年代其轉(zhuǎn)盤的發(fā)展都沒有很大的變化。最近的幾年內(nèi)，一些企業(yè)結(jié)合實(shí)際的操作對轉(zhuǎn)盤進(jìn)行了更新，效果明顯。寶雞石油機(jī)械公司是國內(nèi)鉆機(jī)主要零部件生產(chǎn)的主要公司。最近幾年，為了滿足市場的需求，對鉆機(jī)的主要零部件進(jìn)行了技術(shù)上的提升和質(zhì)量的提升，寶雞石油機(jī)械公司很多擁著著新技術(shù)的轉(zhuǎn)盤產(chǎn)品。到現(xiàn)在為止，轉(zhuǎn)盤的產(chǎn)品已經(jīng)逐漸形成了系列化，其公司在國內(nèi)如今成了轉(zhuǎn)盤產(chǎn)品多樣化，規(guī)格最全面的公司。而且其公司的轉(zhuǎn)盤已經(jīng)出口了多個(gè)國家，在許多國家內(nèi)，都頗有名譽(yù)。其就近兩年，就實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)值幾千萬，在國內(nèi)鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤的裝備開發(fā)和配套這方面都起到了舉足輕重的作用。寶石廠在一萬兩千米超級(jí)深井的研制成功中，研制的大扭矩，載荷，通經(jīng)的ZP495轉(zhuǎn)盤是國內(nèi)首創(chuàng)。而且，這種轉(zhuǎn)盤也完全滿足了超深井的鉆井要求，對國內(nèi)的大通徑轉(zhuǎn)盤的發(fā)展起到了極為關(guān)鍵的作用。 5、在鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤的發(fā)展生產(chǎn)中，除了寶石廠等大型企業(yè)外，這幾年民營企業(yè)也發(fā)展迅猛。這對我們國內(nèi)來說，是一件非常良好的事情，轉(zhuǎn)盤的技術(shù)提升，質(zhì)量提升，無疑都能使鉆機(jī)的效率和功能得到提升。 1.3 研究（設(shè)計(jì)）的目的和意義 在如今的中國大陸上，有很多的陸地油田依然是用的轉(zhuǎn)盤鉆機(jī)，這種鉆機(jī)方便鉆直井，他的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以配備很多不一樣的，驅(qū)動(dòng)力對轉(zhuǎn)盤的影響是非常小的，這種鉆機(jī)操作起來也比較方便，維修起來也比較簡單，成本也較低等，所以研究其實(shí)具有很大的意義的。這幾年，新的技術(shù)的發(fā)展也促使著轉(zhuǎn)盤的發(fā)展，套管鉆井的技術(shù)、液壓轉(zhuǎn)盤的技術(shù)，轉(zhuǎn)盤與單彎螺桿聯(lián)合鉆進(jìn)的技術(shù)等新技術(shù)發(fā)展的比較迅猛，而轉(zhuǎn)盤作為這些發(fā)展的基礎(chǔ)部件，也為新技術(shù)的發(fā)展起到了一定的用處，無論是哪一方面鉆井技術(shù)的發(fā)展始終都不能離開轉(zhuǎn)盤的發(fā)展，所以我對轉(zhuǎn)盤進(jìn)行了一定的設(shè)計(jì)和研究，使其符合新技術(shù)發(fā)展的要求。 27 2 ZP275轉(zhuǎn)盤的設(shè)計(jì)和計(jì)算 圖1 ZP275轉(zhuǎn)盤三維模型 圖2 ZP275裝配圖 圖3 ZP275裝配圖 2.1 轉(zhuǎn)盤設(shè)計(jì)計(jì)算的主要內(nèi)容 ZP275轉(zhuǎn)盤的設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括大小齒輪、轉(zhuǎn)盤體、大方補(bǔ)芯的設(shè)計(jì)與校核，小方補(bǔ)芯的設(shè)計(jì)，箱體的設(shè)計(jì)，聯(lián)接件的強(qiáng)度校核，軸承的選型與強(qiáng)度校核。 2.2 ZP275轉(zhuǎn)盤的主要參數(shù) 最大負(fù)荷：4450N 通孔直徑：698.5mm 最高轉(zhuǎn)速：300r/min 轉(zhuǎn)速 比：3.68 轉(zhuǎn)盤中心到鏈輪第一排鏈中心距：1353min 2.3 傳動(dòng)件大小齒輪的設(shè)計(jì)與校核 根據(jù)轉(zhuǎn)盤功能設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)傳動(dòng)件為一對弧齒錐齒輪，該齒輪主要承受轉(zhuǎn)盤工作時(shí)產(chǎn)生的扭矩，設(shè)計(jì)扭矩為KN.m SY/Y5531-92 2.3.1 錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 錐齒輪數(shù)據(jù)如下： 大輪輪扭矩 T2=28000N.m 水平軸扭矩 T1=7460N.m 大輪轉(zhuǎn)速 n2=299r/min 小輪轉(zhuǎn)速 n1=1101r/min 傳速比 i=3.68 螺旋角 小錐齒輪材料：20CrMnMo,滲碳淬火，硬度為60。 大椎齒輪材料：42CrMo,調(diào)制處理，硬度為290。 設(shè)計(jì)公式： （1-1） 式中，de1為小錐齒輪分度圓直徑； K為載荷系數(shù) T1為輸入軸的轉(zhuǎn)矩 U為齒數(shù)比； 為許用接觸應(yīng)力； 式1-1中各參量具體數(shù)值如下 載荷系數(shù)K=3.0 齒數(shù)比 u=i=3.68 接觸應(yīng)力極限值： （1-2） （1-3） 安全系數(shù) SH = 1.3 計(jì)算接觸應(yīng)力 （1-4） （1-5） 所以小錐齒輪的分度圓直徑d=390mm 2.3.2 錐齒輪的幾何計(jì)算 齒數(shù): Z1=22 Z2=22×3.68=80.96 取Z2=81 分錐角： （1-6） （1-7） （1-8） 大端分度圓直徑: De1=Z1×me=22×17.7=390mm （1-9） De2=Z2×me=81×17.7=1434mm （2-1） （2-2） （2-3） 依據(jù)上式取=0.2 （2-4） （2-5） （2-6） （2-7） （2-8） （2-9） （3-1） （3-2） （3-4） （3-3） （3-4） （3-5） 2.3.3 錐齒輪的強(qiáng)度校核 齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核 計(jì)算公式 切向力 ： （3-6） 使用系數(shù) Ka=2.0 動(dòng)載系數(shù) Kv=1.173 齒向載荷分布系數(shù) Khb=1.875 端面載荷分布系數(shù) Kha=1.152 節(jié)點(diǎn)處接觸區(qū)系數(shù) ZH=2.131 彈性系數(shù) ZE=189.812 螺旋角系數(shù) ZB=0.905 錐齒輪系數(shù) ZK=0.8 載荷分配系數(shù) Zls=1 以上數(shù)據(jù)得知接觸應(yīng)力為 （3-4） （3-7） 許用接觸力： （3-8） 從上式可得出計(jì)算接觸力小于許用最小接觸安全系數(shù)，則強(qiáng)度校核通過。 2.3.4 彎曲疲勞強(qiáng)度校核 計(jì)算公式: （3-9） 齒根彎曲應(yīng)力計(jì)算： （4-1） 2.4 輸入軸的設(shè)計(jì)與校核 A．依據(jù)API Spec7K（第二版）規(guī)范中9.2.4，輸入軸軸端直徑設(shè)計(jì)，根據(jù)方案和整體設(shè)計(jì)，軸端為輸入軸最小直徑。 2.4.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （1）根據(jù)整體設(shè)計(jì)，初步設(shè)計(jì)軸的方案： （2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度： （3）根據(jù)軸的工作要求，確定軸上零件的周向定位時(shí)，有關(guān)軸上結(jié)構(gòu)及尺寸： （4）該軸選用調(diào)制處理的42CrMo合金鋼 具體設(shè)計(jì)圖如下 圖4 ZP275小齒輪軸零件圖 2.4.2 計(jì)算支承反力，彎矩及扭矩 （1）計(jì)算支承力 計(jì)算初值：傳遞扭矩（大齒輪）28000N.m 傳遞轉(zhuǎn)速（大齒輪）300r/min （2）軸的疲勞強(qiáng)度較和： 根據(jù)載荷較大及截面較小和應(yīng)力集中狀態(tài)，去頂I截面為危險(xiǎn)截面，疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)S校核公式為 （4-2） 式中具體參數(shù)計(jì)算如下： 計(jì)算得出S=2.7＞1.8=〖Ss〗 故軸的疲勞強(qiáng)度足夠。 2.4.3 軸的靜強(qiáng)度校核 根據(jù)載荷較大及截面較小和應(yīng)力集中狀態(tài)，確定II截面為危險(xiǎn)截面。危險(xiǎn)截面的靜強(qiáng)度安全系數(shù)校核公式為： （4-3） 式中具體參數(shù)如下 計(jì)算得出S=2.7＞1.8=〖Ss〗 故軸的疲勞強(qiáng)度足夠。 2.5 轉(zhuǎn)盤體的設(shè)計(jì)及校核 依據(jù)API SPEC 7K(第二版)中9.2.6規(guī)范和設(shè)計(jì)方案，具體設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)盤體有關(guān)尺寸 材料：ZG270-500許用屈服強(qiáng)度【】=93.77,Pa 轉(zhuǎn)盤體是轉(zhuǎn)盤中主要承載件，首先對其擠壓強(qiáng)度校核: 在實(shí)際中，截面I為主要承載面啊 （4-4） 式中：P=3150KN A=882026mm2 計(jì)算得出=3.571MPa﹤【】=161.67MPa故滿足強(qiáng)度要求。 轉(zhuǎn)盤體在轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)中主要來傳遞扭矩，故對轉(zhuǎn)盤體進(jìn)行剪切強(qiáng)度校核： 式中T=28000N.m （4-5） 計(jì)算得出 （4-6） 故轉(zhuǎn)盤體的強(qiáng)度足夠 2.6 鏈接鍵的強(qiáng)度校核 （1） 輸入軸與小齒輪鏈接的鍵（鍵材料：45）許用屈服強(qiáng)度【】=120MPa，許用剪切強(qiáng)度=69.6MPa 擠壓： 式中 T=7468N.m D=31.75mm; l=138mm; b=25.4 計(jì)算得 （4-7） 故此件滿足強(qiáng)度條件。 2.7 軸承的選用 2.7.1軸承的參數(shù)規(guī)格 主、副軸承均采用向心球軸承，旋轉(zhuǎn)時(shí)，主軸承主要承受方鉆桿下滑造成的軸向力和錐齒輪副嚙合所產(chǎn)生的軸向分力，起下鉆時(shí)，承受鉆桿柱的重量，輔助軸承用來扶正鉆臺(tái)，并承受錐齒輪副嚙合所產(chǎn)生的軸向分力，防止上跳，此兩項(xiàng)軸承尺寸較大，承載要求高。主軸承591/800，其靜載荷8080KN，轉(zhuǎn)盤最大靜載荷3150KN。足夠滿足API SPEC 7K （第二版）中9.2.2條要求。輸入軸端兩處軸承主要承受錐齒輪副嚙合所產(chǎn)生的軸向分力和徑向分力，同時(shí)調(diào)整輸入軸水平，其型號(hào)規(guī)格分別為 調(diào) 心滾子軸承 53630 GB288-94 單列圓柱滾子軸承 32630 GB283-94 ZP275轉(zhuǎn)盤主軸承校核： A、 主軸承型號(hào)及主要參數(shù) （1）型號(hào)：5692/800 （2）主要參數(shù)： 額定動(dòng)負(fù)荷 Ca = 3653000N 額定靜負(fù)荷 Coa = 8080000N 極限 轉(zhuǎn)速 njin=500r/min 公稱接觸角 a=600 B、 與主軸承有關(guān)的設(shè)計(jì)要求 （1）轉(zhuǎn)盤最大靜負(fù)荷 P靜=3150000N （2）轉(zhuǎn)盤最大轉(zhuǎn)速 n=300r/min （3）假設(shè)轉(zhuǎn)盤常用轉(zhuǎn)速 nc=100r/min C、 已知條件 （1） 大齒輪中點(diǎn)直徑dm2= 1160.895 （2） 大齒輪上受力情況 圓周力 Ft2=53299N 徑向力 Fr2=42316N 軸向力 Fa2=12768N （按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第四卷-機(jī)械工業(yè)出版社1991.9第一版1992.9北京第三次應(yīng)刷） D、 簡單計(jì)算 2.7.2 計(jì)算軸承的內(nèi)部軸向力 根據(jù)731Fr2 - 450Fa2 - 1142Fr1 = 0 1142FrII - 450Fa2 - 411Fr2 = 0 計(jì)算軸承的支反力得： （4-8） 根據(jù)P28-72上28.3-7式為S=e×Fr，由于P28-70上表28.3-4中查有 e=1.25×tan a =1.25×tan600=2.17 （4-9） SI=e×FrI=2.17×22056=47862N 則： SII=e×FrII=2.17×20260=43964N （5-1） 2.7.3 單個(gè)軸承的軸向力計(jì)算 鉆井進(jìn)給時(shí)方鉆桿與轉(zhuǎn)盤體的摩擦力，取摩擦系數(shù)為0.12 則： Fac=u×Ftm2=0.12×53299=6396N （5-2） 轉(zhuǎn)盤體、大齒輪等的重力 Faz=1294.3+360=1654.3N （5-3） 所以作用在轉(zhuǎn)盤體上的軸向總外力 Fay=Fa2+Fac+Faz=12768+6396+1654.3=20818N （5-4） 由于本結(jié)構(gòu)為成對反安裝，且有 Fay+SII=20818+43964=64782N （5-5） SI=47862N 即Fay+SII﹥SI應(yīng)用P28-73SHANG 28.3-10a式 FaI=Fay+SII=20818+43964=64782N （5-6） FAii=SII=43964N 2.7.4當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷PaI；Pa 按P28-70上表28.3-4可知： E=1.25×tan a =1.25×tan600=2.165 （5-7） （5-8） 所以系數(shù) （5-9） 按P28-69上28.3-5a式 則： Pa=XI×FrI+YI×FaI=0.92×22056+64782=85073N （6-1） PaII=XII×FrII+YII×FAii=0.92×20260+43964=62603N （6-2） 2.7.5 計(jì)算壽命 按P28-74上（28.3-12）式： 其中球軸承的 所以 （6-3） 時(shí) （6-4） 時(shí) 2.7.6 靜負(fù)荷的情況： 主軸承額定靜負(fù)荷Coa=8080000N 設(shè)計(jì)要求最大靜負(fù)荷Ps max=3150000N 轉(zhuǎn)盤體、大齒輪等重力Faz=1654.3N 總軸向外靜負(fù)荷P靜=Pj max+Paz=3150000+1654.3=3151654.3N （6-5） （6-6） 極限轉(zhuǎn)速驗(yàn)算： 按P28-21上： 由 （6-7） 查圖28.2-2有f1I=0.91 由 （6-8） 查圖28.2-3得 所以 （6-9） 結(jié)論：主軸承選擇適當(dāng)。 3 ZP275轉(zhuǎn)盤的安裝與調(diào)整 3.1轉(zhuǎn)盤組裝與調(diào)整 轉(zhuǎn)盤安裝分三大步進(jìn)行，第一步為輸入軸總成組裝，包括輸入軸、鍵、小齒輪、軸承；最后是整體總裝，包括轉(zhuǎn)盤體、大齒輪、上周稱；最后是整體總裝，包括輸入軸總成，轉(zhuǎn)盤體總成、底座、內(nèi)外補(bǔ)芯、鎖緊裝置、蓋等。 1 輸入軸總成組裝 （1）裝配前，將軸承、主軸相互配合面清洗干凈并涂上潤滑油。 （2）將小錐齒輪置于油中加熱到260~3100C，取出裝在軸上。 （3）將向心園柱滾子軸承內(nèi)圈加熱到60~950C，取出從軸另一端裝到軸上，應(yīng)與錐齒輪端面考進(jìn)。 （4）將軸承外圈裝入主軸套內(nèi)，再將軸穿入。 （5）將調(diào)心滾子軸承內(nèi)圈加熱到60~950C，再取出裝套軸上，與隔套靠緊，再裝上擋圈及帶油封的小軸承端蓋。 2 轉(zhuǎn)盤體總成組裝 將上軸承內(nèi)圈加熱到150~1750C后取出套于轉(zhuǎn)盤體上，其局部不貼合度不得大于0.05mm。 C、轉(zhuǎn)盤整體總裝 （1）將軸總成裝入底座后，通過調(diào)整墊圈來調(diào)整小齒輪小端端面至轉(zhuǎn)盤中心的距離，使其符合打印在小齒輪端面的尺寸。 （2）將上軸承外圈套入底座后，再將底座裝到轉(zhuǎn)盤體總成上，此后調(diào)整齒側(cè)間隙。 （3）裝入下軸承，此后調(diào)整軸向間隙，再依次接著裝入大軸承端蓋、密封套及擋板，注意大軸承端蓋與轉(zhuǎn)盤體配合面應(yīng)裝有O型蜜蜂圈。 （4）最后裝上鎖緊裝置、內(nèi)外補(bǔ)芯、上蓋、軸總成、輸入端依次接著裝入法蘭盤及鏈輪、封口蓋板。 3.2 錐齒輪副齒側(cè)間隙的調(diào)整 錐齒輪副齒側(cè)間隙為0.34~0.85mm，該間隙用上軸承下面的調(diào)整墊圈來調(diào)整。調(diào)整方法是：先在上軸承外圈下墊2mm厚的墊片，再將轉(zhuǎn)盤體坐于其上，然后檢查齒輪副齒側(cè)間隙，檢查方法是：先在軸端固定一檢查樣板，并卡死轉(zhuǎn)盤體，然后轉(zhuǎn)動(dòng)軸，此時(shí)檢查在R194.7處的擺動(dòng)弦長即齒側(cè)間隙。 3.3 下軸承軸向間隙的調(diào)整 下軸承軸向間隙為0~0.05mm，允許有過盈量，但不得超過0.05mm，該間隙用上軸承下面的調(diào)整墊圈來調(diào)整。調(diào)整方法是：將下軸承蓋依次裝入轉(zhuǎn)盤體及底座上，通過螺栓擰緊固定，知道下軸承無間隙為止，該間隙即為所需墊片的厚度。 轉(zhuǎn)盤在鉆臺(tái)上的安裝與調(diào)整 （1） 清理鉆臺(tái)的轉(zhuǎn)盤底座 （2） 調(diào)整轉(zhuǎn)盤位置：轉(zhuǎn)盤中心與井口中心不同心度不大于15mm；轉(zhuǎn)盤鏈輪與鏈條盒鏈輪保持在一個(gè)平面上; （3） 在轉(zhuǎn)盤下側(cè)面焊上定位V型塊四個(gè)，上V型塊與轉(zhuǎn)盤相焊，下V型塊隨機(jī)配置； （4） 轉(zhuǎn)盤輸入軸中心線與鏈條盒中心線不同軸度不大于1mm；當(dāng)采用萬向軸聯(lián)軸節(jié)時(shí)，可適當(dāng)加大。 3.4 使用前的準(zhǔn)備與檢查 1、新啟用的轉(zhuǎn)盤，應(yīng)先在油池內(nèi)加入N150型極壓工業(yè)齒輪油，油面應(yīng)達(dá)到油標(biāo)尺最高為止。 2、對各脂潤滑點(diǎn)進(jìn)行一次潤滑。 3、鎖緊裝置操縱手柄是否在打開為止。 4、轉(zhuǎn)盤體與外補(bǔ)芯，內(nèi)外補(bǔ)芯之間是否鎖緊。 5、軸端的彈簧密封圈的密封是否可靠。 6、使轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)：檢查運(yùn)轉(zhuǎn)聲音、油池溫度、軸承溫度是否正常。 3.5 主要配套件： 表1 軸承型號(hào) 型號(hào) 名稱及規(guī)格 單臺(tái)數(shù)量 5692/800 推力向心球軸承 800×1060×155 1 591/800 推力向心球軸承 800×950×90 1 MU2330 單列圓柱滾子軸承 150×320×108 1 22330C 調(diào)心滾子軸承 150×320×108 1 2 專用工具 用于內(nèi)方補(bǔ)芯提環(huán)一副。 表2 備件型號(hào) 型號(hào) 名稱及規(guī)格 單臺(tái)數(shù)量 GB3452.1-82 “”型密封圈420×7.0 1 GB3452.1-82 “”型密封圈145×3.55 1 GB3452.1-82 “”型密封圈800×8.6 1 GB3452.1-82 “”型密封圈1010×8.6 1 GB9877.1-88 “”密封圈B180×210×16 1 備件型號(hào)見上表 4 ZP275轉(zhuǎn)盤的密封潤滑和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)盤體上部加工有迷宮槽，與箱體主體的迷宮相配組成兩道密封迷宮，防止泥漿從上部進(jìn)入油池，也同時(shí)防止油池內(nèi)的油溢出，轉(zhuǎn)臺(tái)下部裝有密封套，檔圈及小軸承端蓋組成下部密封迷宮，防止泥漿從下部進(jìn)入油池。 4.2 主要零件的材料選型 小錐齒輪材料：20CrMnMo，滲碳淬火：20CrMnMo是一種合金結(jié)構(gòu)鋼，高強(qiáng)度級(jí)的滲碳鋼，強(qiáng)度高于15CrMnMo，塑性及韌性稍低，淬透及韌性稍低，淬透性及力學(xué)性能比20CrMnTi高，淬火低溫回火后具有良好的綜合力學(xué)性能和低溫沖擊韌度。常用于制造高硬度、高強(qiáng)度、高韌性的較大重要滲透件。 大椎齒輪材料：42CrMo,調(diào)制處理：42CrMo屬于金屬材料。42CrMo鋼屬于超高強(qiáng)度，具有高強(qiáng)度和韌性，淬透性也較好，無明顯的回火脆性，調(diào)質(zhì)處理后有較高的疲勞極限和抗多次沖擊能力，低溫沖擊韌性良好。該鋼適宜制造要求一定強(qiáng)度和韌性的大、中型塑料模具。 軸承的材料：42CrMo,調(diào)制處理。 4.3 維護(hù)保養(yǎng) 1、轉(zhuǎn)盤在承受較大沖擊負(fù)荷后，應(yīng)注意檢查運(yùn)轉(zhuǎn)聲音有無異常。 2、定期檢查軸端聯(lián)接法蘭盤是否有軸向竄動(dòng)，若有竄動(dòng)應(yīng)擰緊壓板螺釘。 3、定期檢查螺栓是否松動(dòng)。 4、定期檢查油池液面是否在規(guī)定高度之內(nèi)，潤滑油的潔凈情況。 4.4 潤滑 錐齒輪副和所有軸承均采用飛濺潤滑：潤滑油每二個(gè)月更換一次，換油時(shí)應(yīng)將油池內(nèi)進(jìn)行徹底清洗，然后注入N150型極壓工業(yè)齒輪油。 鎖緊裝置銷軸的潤滑：每周潤滑一次，采用SY1412—75，2號(hào)鋰基潤滑脂。 整體采用潤滑方式在多處裝有O型圈，油封等防止油溢出。 4.5 密封，運(yùn)輸，保管 1、轉(zhuǎn)盤裸裝整體發(fā)運(yùn)。 2、搬運(yùn)安裝時(shí)，應(yīng)用起重機(jī)從四角吊裝孔進(jìn)行吊裝，不得直接在地面上托運(yùn)。 3、轉(zhuǎn)盤長期封存時(shí)，應(yīng)置于干燥通風(fēng)處，防止生銹，使用過的轉(zhuǎn)盤應(yīng)將油池內(nèi)的潤滑油及沉淀物清理干凈，在軸承、齒輪及各加工表面涂上防銹油后，方可封存。 4.6 結(jié)構(gòu)明細(xì)表 表3 裝配圖明細(xì)表 序號(hào) 編號(hào) 名稱 數(shù)量 材料 1 底座 1 組件 2 上蓋 1 組件 3 轉(zhuǎn)盤體 1 組件 4 大齒輪Z81 1 420rMo 5 M20X60螺釘 12 35 6 彈墊20 30 65Mn 7 軸承5902 1 組件 8 外方補(bǔ)芯 2 ZG310-570 9 調(diào)整墊片 1 -0.3/Q235 10 000-002 小齒輪Z22 1 400rMo 11 螺栓 18 8.8級(jí) 12 彈簧墊圈12 30 65Mn 13 軸承壓蓋 1 Q235 14 O型圈420X7 1 橡膠1-2 15 滾子軸承22330C 1 組件 16 滾子軸承NJ2330 1 組件 17 螺栓M16X60 18 8.8級(jí) 18 螺栓M20X65 6 8.8級(jí) 19 彈墊16 20 65Mn 20 小軸承端蓋 1 ZG230-450 21 鍵 1 45 22 軸承 1 45 23 螺栓N14X40 1 組件 24 調(diào)整墊片 1 -1 25 調(diào)整墊片 1 Q235 26 螺栓M16X40 2 8.8級(jí) 27 壓蓋 1 -14/Q235 28 000-003 小齒輪軸 1 42CrMo 29 制動(dòng)裝置 2 組件 30 放油塞 1 Q235 31 軸承盒 1 ZG35 32 鍵 1 45 33 塞堵 1 Q235 34 軸尺 1 組件 35 塞堵 2 Q235 36 軸承591/80 1 組件 37 擋板 1 Q235 38 O型圈 1 橡膠1-2 39 調(diào)整墊片 1 -0.3/Q235 40 下軸承端蓋 1 Q235 41 O型圈 1 橡膠1-2 42 密封套 1 Q235 43 螺栓M12X45 12 8.8級(jí) 44 平墊圈24 4 Q235 45 內(nèi)六角螺釘 4 35 46 法蘭 1 42 ZP275轉(zhuǎn)盤主要由底座1、轉(zhuǎn)盤體3、上、下軸承7、大齒輪4、小齒輪16、小齒輪軸39.40、制動(dòng)裝置41、內(nèi)外補(bǔ)芯9.10.11.12.13.14、上蓋2等零件組成。 底座是轉(zhuǎn)盤的殼體，采用鑄鋼結(jié)構(gòu)，由鑄鋼件和板材焊接而成。轉(zhuǎn)盤體是一旋轉(zhuǎn)體，大齒輪套在轉(zhuǎn)盤體上，通過螺栓連接固定，轉(zhuǎn)盤體裝在上、下軸承內(nèi)圈上，通過其外圈支承在底座上，轉(zhuǎn)盤體上部方孔用于配裝方補(bǔ)芯。當(dāng)轉(zhuǎn)盤體旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過補(bǔ)芯將扭矩傳遞給主鉆桿，從而帶動(dòng)鉆桿柱旋轉(zhuǎn)。上、下軸承均采用推力向心球軸承。小齒輪通過平鍵套于軸的一端，軸通過向心圓柱滾子軸承和一個(gè)調(diào)心滾子軸承支承在主軸套內(nèi)，小軸承端蓋內(nèi)裝有油封，使其內(nèi)腔與底座內(nèi)腔共同組成一個(gè)封閉空腔。一堆錐齒輪的嚙合間隙是通過調(diào)整墊圈來調(diào)整。在轉(zhuǎn)盤的底座上裝有限位手柄，用于轉(zhuǎn)盤體順時(shí)針或逆時(shí)針方向制動(dòng)。 5 總結(jié) 本文對ZP275轉(zhuǎn)盤的基本結(jié)構(gòu)，詳細(xì)尺寸進(jìn)行了設(shè)計(jì)，介紹了ZP275轉(zhuǎn)盤設(shè)計(jì)理論與計(jì)算方法，通過轉(zhuǎn)盤的基礎(chǔ)參數(shù)，對一些主要的零件進(jìn)行了計(jì)算，強(qiáng)度分析和材料的選用。通過ZP275轉(zhuǎn)盤的技術(shù)要求，確定了轉(zhuǎn)盤的的基礎(chǔ)參數(shù)，通過其基礎(chǔ)參數(shù)，確定了ZP275轉(zhuǎn)盤的基本結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行圖紙的繪制。再確定錐齒輪的機(jī)構(gòu)，對其進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，錐齒輪滿足解除疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度的要求，然后進(jìn)行水平軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，計(jì)算軸的支承力，彎矩及扭矩，然后對軸進(jìn)行靜強(qiáng)度校核，證明其軸的強(qiáng)度符合要求。然后進(jìn)行轉(zhuǎn)盤體的設(shè)計(jì)，計(jì)算轉(zhuǎn)盤體的強(qiáng)度校核，使其符合要求。再進(jìn)行連接件的強(qiáng)度校核，最后進(jìn)行軸承的選用，確定軸承的參數(shù)規(guī)格，計(jì)算軸承的內(nèi)部軸向力，當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷及壽命，確定靜負(fù)荷的情況，最后證明軸承的選用合理。然后對ZP275轉(zhuǎn)盤的安裝與調(diào)整做出了詳細(xì)的說明，轉(zhuǎn)盤的安裝分為三大步：輸入軸的組裝、轉(zhuǎn)盤體的組裝、轉(zhuǎn)盤的總成組裝。對各個(gè)部分做出了詳細(xì)的解釋。也對調(diào)整間隙方面進(jìn)行了詳細(xì)的說明。最后是對轉(zhuǎn)盤的密封，潤滑，結(jié)構(gòu)方面做了一些介紹。其中包括密封的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、錐齒輪副和軸承零件的材料選型、轉(zhuǎn)盤的維護(hù)保養(yǎng)、密封、潤滑、運(yùn)輸、保管、轉(zhuǎn)盤的整體結(jié)構(gòu)。 通過本次設(shè)計(jì)，是我對一個(gè)機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程有了明確的了解，包括查閱文獻(xiàn)資料，設(shè)計(jì)的方向和過程。使我鞏固了我大學(xué)四年所學(xué)的機(jī)械知識(shí)，也了解到了石油鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤方面的一些知識(shí)。通過運(yùn)用CAD.Solidworks等軟件，使我對其有了更加熟練的操控。 參考文獻(xiàn) [1] 聞邦椿：《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》（第五版）機(jī)械工業(yè)出版社；2010.01 [2] 劉會(huì)英等：《機(jī)械基礎(chǔ)綜合課程設(shè)計(jì)》機(jī)械工業(yè)出版社.2007.01 [3] 金大鷹《機(jī)械制圖》（第二版）機(jī)械工業(yè)出版社.2006.12 [4] 陳鐵鳴《機(jī)械設(shè)計(jì)》（修訂版）哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.2003.08 [5] 李繼志，陳榮振《石油鉆采機(jī)械概論》中國石油大學(xué)出版社. 2000 [6] 濮良貴，紀(jì)名剛《機(jī)械設(shè)計(jì)》（第八版）北京高等教育出版社，2006 [7] 孫明光，彭軍生《國內(nèi)外石油鉆井裝備的發(fā)展現(xiàn)狀》2008 [8] 成大先，《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》（第五版）化學(xué)工業(yè)出版社.2008 [9] 許鎮(zhèn)寧，《機(jī)械零件》北京人民教育出版社.1959 [10]劉瑞新，《計(jì)算機(jī)輔助繪圖AutoCAD》機(jī)械工業(yè)出版社出版.2004 [11]梁國棟，《畫法幾何及工程制圖》 機(jī)械工業(yè)出版社出版. 2004年 [12]龔桂義，《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》（第二版）高等教育出版社.1990 [13]濮良貴，《機(jī)械設(shè)計(jì)》（第七版）高等教育出版社.2001 [14]趙長發(fā).機(jī)械制造工藝學(xué). 哈爾濱工程大學(xué)出版社，2003 [15]劉鴻文.材料力學(xué).第4版. 高等教育出版社，2003 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