油井鉆井用甩干機結(jié)構(gòu)設(shè)計摘要：本設(shè)計以油田甩干機的結(jié)構(gòu)為主要突破口，為目前市場生產(chǎn)油田甩干設(shè)備機提供可靠保證。研究工作的主要對象是甩干機的結(jié)構(gòu)設(shè)計，結(jié)合本專業(yè)所學(xué)機械設(shè)計、機械制圖、機械制造工藝學(xué)等專業(yè)課程，理解油井鉆井用甩干機的結(jié)構(gòu)和基本原理。參與計算設(shè)計油井鉆井用甩干機基本結(jié)構(gòu)，重點對傳動機構(gòu)詳細(xì)設(shè)計，確定使用鏈傳動與齒輪傳動結(jié)合的分級傳動。本設(shè)計采用所學(xué)知識在力學(xué)計算中對甩干機機的強度、剛度進行分析。通過自身所學(xué)的機械制圖、軟件操作方面的技巧，畫出了所需設(shè)計的結(jié)構(gòu)的零件和裝配圖的三維圖形。最終成功設(shè)計出了油井鉆井用甩干機的傳動部分的所有構(gòu)件并裝配成功，而且得出了所設(shè)計的傳動機構(gòu)在力學(xué)方面的各項性能和強度、剛度方面都符合此次設(shè)計要求的重要結(jié)論。關(guān)鍵詞：甩干機；傳動機構(gòu)；分級傳動IStructure Design of Dryer for Oil Well DrillingAbstract: This design takes the structure of oil field dryers as the main breakthrough, and provides a reliable guarantee for the production of oil-field spinning equipment in the market. The main object of the research work is the structural design of the dryer, combined with professional courses such as mechanical design, mechanical drawing and mechanical manufacturing technology, to understand the structure and basic principles of the oil-well drilling dryer. Participate in the calculation and design of the basic structure of the dryer for drilling oil wells, focusing on the detailed design of the transmission mechanism, and determining the use of a graded transmission combining chain drive and gear transmission.In this paper, the strength and stiffness of the dryer are analyzed in the mechanical calculation using the learned knowledge. Through the learned mechanical drawing knowledge and computer drawing knowledge, the main structural drawings, main non-standard parts drawings, and first- and second-level parts equipment drawings are drawn. Finally, successfully designed all the components of the transmission part of the oil-well drilling dryer and successfully assembled it, and it was concluded that the designed transmission mechanism is in line with the design requirements in terms of mechanical properties, strength and stiffness. in conclusion.Keywords: Drying machine，Transmission mechanism，Grading drive- 16 -目錄摘要IAbstractII第1章 緒論11.1 甩干機簡介11.2 國外甩干機發(fā)展現(xiàn)狀11.3 國內(nèi)甩干機發(fā)展現(xiàn)狀21.4 研究甩干機的目的及意義2第2章 傳動機構(gòu)設(shè)計32.1 傳動機構(gòu)設(shè)計思路32.2 軟件介紹42.3 電機選擇42.4 軸的設(shè)計與計算62.4.1 軸的分類62.1.2 軸的材料選擇62.4.3 軸的設(shè)計基準(zhǔn)82.4.4 軸的強度校核82.4.5 軸的剛度校核112.5 鏈傳動的設(shè)計計算122.5.1 鏈輪設(shè)計122.5.2 鏈條設(shè)計142.5.3 鏈傳動強度校核162.6 齒輪的設(shè)計計算162.6.1 齒輪的參數(shù)設(shè)計162.6.2 齒輪的強度校核182.7 其它零件設(shè)計18第3章 甩干機結(jié)構(gòu)設(shè)計213.1工作原理213.1.1 一般甩干機工作原理213.1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計工作原理213.2 甩干機結(jié)構(gòu)組成233.3 甩干機總圖設(shè)計24第4章 運動仿真254.1 零件的裝配254.2 運動仿真26第5章 設(shè)計總結(jié)27參考文獻29致謝31附錄A 外文文獻及翻譯33第1章 緒論第1章 緒論1.1 甩干機簡介甩干機也稱為沉降過濾離心機，甩干機在性質(zhì)上屬于連續(xù)篩網(wǎng)式離心機，用途方面主要是是固液分離?？梢詮你@屑中回收液相鉆井液，通過給鉆屑施加很高的離心加速力，提高從鉆屑中分離液體的效果。還可以通過篩網(wǎng)回收加重泥漿，避免因為振動篩故障、鉆機移動或篩網(wǎng)阻塞而損失加重泥漿。它可以幫助滿足必須遵守的某些鉆屑含液量排放要求，并且可以節(jié)省鉆井液的消費成本。甩干機在功用上屬于后處理范圍的器械，首要用在物料的水分脫離和固液分離等工藝規(guī)程，近幾年來，各工業(yè)部門發(fā)展迅速，甩干機行業(yè)也得到了蓬勃發(fā)展。甩干機和其他分離機械相比，優(yōu)點良多：1）能得到含濕度低的固相和高純度的液相；2）可以節(jié)省勞動力、減輕勞動強度、改善勞動條件；3）可以進行連續(xù)運轉(zhuǎn)，也可以進行遠(yuǎn)程自動遙控；4）操作安全可靠，且占地面積小。我國甩干機行業(yè)在設(shè)計及使用等各方面的發(fā)展?fàn)顩r都是穩(wěn)步上升，可是理論研究過于落后，目前在理論方面的研究現(xiàn)狀和成果，只能用來預(yù)測結(jié)果，不能應(yīng)用與實踐。在設(shè)計和計算的方面上，多數(shù)還是憑借經(jīng)驗及試驗。1.2 國外甩干機發(fā)展現(xiàn)狀國外甩干機的發(fā)展起步較早，技術(shù)更為成熟，國外各大油田都有相關(guān)甩干機的工作案例，甩干機在石油無害化處理及回收利用的過程中起到了重要的作用。甩干機在石油鉆采的使用過程中明顯的節(jié)約了成本并且提高了經(jīng)濟效益，減輕了對環(huán)境造成的污染。美國的ELGIN、Baker Hughes和MI-SWACO等公司是行內(nèi)生產(chǎn)甩干機的領(lǐng)先制造商。傳統(tǒng)的流線型振動篩處理后的鉆屑含液量平均在1520之間，而經(jīng)甩干機處理后的鉆屑含液量低于4，如果管理得當(dāng)，某些情況下可降至1，從而在降低環(huán)境污染方面優(yōu)勢極為明顯。但是，國內(nèi)對于鉆井甩干機的研究起步較晚，發(fā)展還不成熟，這就使得國內(nèi)開展相關(guān)方面的研究工作較為迫切。1.3 國內(nèi)甩干機發(fā)展現(xiàn)狀相對來說，由于起步晚，國內(nèi)對于鉆肩甩干機方面的應(yīng)用還不太成熟。中國從七十年代底引進了甩干機, 為國外著名公司生產(chǎn)各種規(guī)格的臥螺甩干機進行仿制。甩干機是原化工部 "75" 科技項目, 1989 南京綠洲機械廠仿制的 alfanx42o-type 大錐角甩干機 （L201）, 用于分離玉米蛋白, 并于1992年研制出來;此后, 重慶江北機械廠、中國人民解放軍4819廠和金華鐵路機械廠先后研制出一系列螺旋卸料甩干機, 并成功應(yīng)用于生產(chǎn)實踐中1。為了滿足日益提高的環(huán)保要求，近兩年來甩干機的發(fā)展迅速，除海上鉆井平臺之外，已在一些油田投入使用，可是從整體的發(fā)展水平來說，我國的發(fā)展現(xiàn)狀和工業(yè)發(fā)達(dá)國家還是有一定的距離，并且相關(guān)機構(gòu)參考國外甩干機的發(fā)展情況，進行了大量的研究工作，申請各種相關(guān)專利二十多項，取得了一定的成就，在國內(nèi)的主要廠家有陜西科訊、河北冠能、東方先科等，經(jīng)其處理后鉆井鉆屑含液量基本可降至5以下，符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)2。但是甩干機的使用壽命較短、維護不易、篩網(wǎng)易堵塞、關(guān)鍵件易磨損等突出問題還需再進一步研究。1.4 研究甩干機的目的及意義在二十一世紀(jì)，現(xiàn)代工業(yè)文明迅速發(fā)展和，人類對環(huán)境的惡化問題也越來越重視。甩干機行業(yè)迎來了挑戰(zhàn)，甩干機這類器械上市必須具備一定的條件：分離效果好、振動小且噪聲要低。這就需要甩干機在轉(zhuǎn)速和穩(wěn)定性方面必須具有出色的表現(xiàn)。甩干機的參數(shù)選擇及優(yōu)化是提高甩干機動態(tài)特性的首要環(huán)節(jié)。21第2章 傳動機構(gòu)設(shè)計第2章 傳動機構(gòu)設(shè)計2.1 傳動機構(gòu)設(shè)計思路在本次設(shè)計中傳動機構(gòu)的設(shè)計是主要部分，傳動機構(gòu)是把動力從機器的一部分傳遞到另一部分，使機器或機器部件運動或運轉(zhuǎn)的構(gòu)件或機構(gòu)稱為傳動機構(gòu)4。傳動機構(gòu)的功能為：1）改變動力機的輸出轉(zhuǎn)矩，以滿足工作機的要求；2）將其本身的運動方式轉(zhuǎn)變?yōu)闄C構(gòu)需要的狀態(tài)，比如說，把正在旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)轉(zhuǎn)化為直線王府的狀態(tài)；3）把構(gòu)件本身的機械能轉(zhuǎn)移到其它多個構(gòu)件中，也可以將其它多個構(gòu)件的機械能轉(zhuǎn)移到一個構(gòu)件上；4）在某些方面上，機械結(jié)構(gòu)的操控難度、人生安全與傳動結(jié)構(gòu)有密不可分的關(guān)系。本次設(shè)計的傳動機構(gòu)跟據(jù)總體機型的大小、需要、及工作方式選取了由電機帶動的齒輪傳動與鏈傳動相結(jié)合的二級傳動機構(gòu)，選取齒輪機構(gòu)的原因有：1）傳遞運動可靠，瞬時傳動比恒定；2）適用的載荷和速度范圍大；3）使用效率高，壽命長，結(jié)構(gòu)緊湊，外尺寸??；4）可傳遞空間任意配置的兩軸之間的運動。選取鏈機構(gòu)的原因有：1）與帶傳動相比平均傳動比準(zhǔn)確，傳動功率大，輪廓尺寸??；2）與齒輪傳動相比，傳動中心距大；3）能在低速重在、高溫環(huán)境惡略條件下工作；4）效率高，最大可達(dá)0.99。而此次采用齒輪機構(gòu)與鏈輪機構(gòu)組成二級傳動，有以下幾點優(yōu)點：1）1級傳動中只有兩根軸，且1級傳動機構(gòu)的兩根軸轉(zhuǎn)向相反，2級傳動機構(gòu)由于有三根軸所以同向；2）如果兩軸之間的傳動比沒有發(fā)生改變，2級傳動機構(gòu)里面零件的尺寸要比1級傳動機構(gòu)里面零件的尺寸小，意味著二級傳動機構(gòu)的體積與重量比一級傳動低，使傳動機構(gòu)更為輕便，也易于節(jié)約成本；3）與1級齒輪傳動機構(gòu)相比，解決了齒輪機構(gòu)的兩根傳動軸之間距離過大導(dǎo)致齒輪尺寸過大的問題。第2章 傳動機構(gòu)設(shè)計而此結(jié)構(gòu)也存在其缺陷，主要為以下兩點：1）由于2級傳動機構(gòu)的零件較多,故傳動效率低于1級傳動機構(gòu)；2）因此結(jié)構(gòu)中含鏈傳動，所以不能保持恒定的瞬時傳動比。2.2 軟件介紹本次設(shè)計中繪圖部分采用了SolidWorks軟件，SolidWorks的主要作用在于機械設(shè)計，同時還可以進行電氣和電子設(shè)計，還有CAM自動編程等。SolidWorks軟件具有許多非常強大的功能，例如零件圖制作、裝配圖制作、運動動畫制作、運動仿真模擬、有限元分析、二維圖轉(zhuǎn)換等，且使用及其簡單及方便，只要具備一定的專業(yè)知識（例如機械原理、機械設(shè)計、CAD/CAM等大學(xué)教材）和設(shè)計的理念，便可自己進行繪圖設(shè)計，此軟件簡單易學(xué)，深受廣大學(xué)生及設(shè)計師喜愛。2.3 電機選擇我們在日常生活和工業(yè)需要經(jīng)常會使用到電機，產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩則是它的主要功能，在很多家用電器和許多的機械設(shè)備中作為動力源。在本次設(shè)計中，傳動機構(gòu)的電機將按照國家工業(yè)級甩干機（及脫水機）的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計需求為：1）生產(chǎn)能力：滿足1000-1500公斤/小時2）轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速要求為：1450轉(zhuǎn)/小時3）功率：需大于7.5KW 4）電機級數(shù)：要求為四級（極數(shù)在一定程度上可以理解為電機轉(zhuǎn)速的分級，二極電機的轉(zhuǎn)速為三千轉(zhuǎn)/每分鐘，四極電機為一千五百轉(zhuǎn)/每分鐘，六極電機為一千轉(zhuǎn)/每分鐘 ，八極電機為七百五十轉(zhuǎn)/每分鐘。）注釋：異步電動機的轉(zhuǎn)速可以按級數(shù)來劃分，異步電動機的極數(shù)在數(shù)量上等于定子的磁場磁極的個數(shù)。如果定子的繞組有不同的裝配效果，級數(shù)就會發(fā)生改變。通常來說電機的級數(shù)選擇和所需要的轉(zhuǎn)速有關(guān)，電機的極數(shù)是電動機的轉(zhuǎn)速的直觀表示，即：第2章 傳動機構(gòu)設(shè)計電機的轉(zhuǎn)速=60電動機頻率電動機極對數(shù)根據(jù)國家工業(yè)級甩干機的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)需求，選取的電機類型為異步電機。選擇異步電動機的理由如下：1）它轉(zhuǎn)子的繞組不需要連接設(shè)備以供電，它的定子的電流是由其它部位提供；2）與其他電動機相比，異步電動機的結(jié)構(gòu)較為簡單，各種方面都較為方便，運行流暢，而且具有體積小，質(zhì)量小的優(yōu)勢，使其制作消費材料及花費較小。一般較其它電機節(jié)省花費35左右；3）異步電動機有各種系列的版本，基本上可以適用于各種條件上的需要。4）異步電動機在負(fù)重條件下也能保持速度均勻，此條特性使其能適用于大部分場合。異步電動機也具有它的缺陷：它的調(diào)速性能尤其不好，在時刻需要調(diào)節(jié)速度以適應(yīng)工作條件時，異步電動機顯得格格不入。還有，異步電動機在工作時有可能破壞整體結(jié)構(gòu)的傳遞功率效率。所以在某些方面來說異步電動機不如同步電動機有優(yōu)勢。同時根據(jù)設(shè)計其它因素，最終確定電機型號為Y225M-4。Y產(chǎn)品類型代號，表示異步電動機。225電機中心高，表示軸心到地面的距離為225毫米。M電機機座長度，表示為中機座。4電機級數(shù)，表示4級電機。Y225M-4電動機在性能上屬于異步電動機的范疇，此電動機是21世紀(jì)以來電機行業(yè)的最新產(chǎn)品，結(jié)合了許多先進技術(shù)。Y225M-4具備以下優(yōu)點：1）Y225M-4的效率非常高，它的效率損耗比其它的電機要低0.487%，比國外的高水平電機也不遑多讓。使用此款電動機的話，在節(jié)省資源的方面十分有優(yōu)勢。2）Y225M-4的起動方面也十分具有優(yōu)勢。它的轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定在一定的數(shù)值之上，這是其它電機所沒有的性能。因此，它的起動性能超過了大部分同類，而且負(fù)重啟動沒有影響。3）Y225M-4運動時的噪聲較低且?guī)缀鯖]有震動。它裝配了特定的軸承，使其運轉(zhuǎn)時的聲音大幅度降低，在振動方面也比其它類型的電機更為優(yōu)秀。4）Y225M-4的防護性能較好。它的結(jié)構(gòu)設(shè)計符合國際上的要求，有效防止雜物進入，徹底杜絕了雜物對電機的損壞。5）Y225M-4 工作時幾乎沒有錯誤并且它的使用壽命很長。它的繞組使用的材料為絕緣材料。在高度浮動在千米上下并且溫度不超過四十度的情況下，它的溫升裕度非常大的。電動機的使用壽命很大程度上取決去此條特性，此條特性還可以是電動機在運行時保持穩(wěn)定。6）Y225M-4的外形也是極其美觀的。它具有其它電動機所沒有的新型設(shè)計結(jié)構(gòu)，差距明顯，鶴立雞群。如表2-1為Y225M-4及其它電動機的參數(shù)表2-1 Y225M-4其它電動機參數(shù)型號type額定功率roted power KW轉(zhuǎn)速 rotating電流 current AY180L-422147042.5Y200L-430147056.8Y225S-439148070.4Y225M-445148084.22.4 軸的設(shè)計與計算2.4.1 軸的分類我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷妮S可以根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)形狀來分為曲軸和直軸這兩大類。直軸又可分為：轉(zhuǎn)軸：結(jié)構(gòu)在運動時受到彎矩和轉(zhuǎn)矩作用的軸，是使用最多的軸之一，比如各種齒輪傳動機構(gòu)上的軸；心軸：只受到彎矩而不受轉(zhuǎn)矩，如鐵路車輛的軸為轉(zhuǎn)動的心軸，有自行車的前軸為不轉(zhuǎn)動的心軸。傳動軸：只受到轉(zhuǎn)矩而不受到彎矩或者彎矩非常小，如汽車的傳動軸。軸的工作能力一般來說取決于軸的強度和剛度及穩(wěn)定性。2.1.2 軸的材料選擇一般來說軸的材料會選擇45鋼、50Mn等，這兩種材料都是極為優(yōu)質(zhì)的材料。 45鋼具有很強的塑性，同時具有較高的強度，熱處理方式為正火。在一般軸、鍵、銷等設(shè)計中選用率很高。50Mn的各項性能都顯得很優(yōu)秀。熱處理方式為正火、淬火。用于耐磨要求高、負(fù)荷大的零件。如齒輪、齒輪軸等。40Cr材料性能優(yōu)異但是它的成本較高，一般用在對材料性能需求較高的零件。對材料性能需求不太高的零件，一般會選擇Q235等材料。還有一種是合金鋼，它的性能很好，可惜成本頗高，只有在對軸的選擇有很高要求的時候使用。例如采用滑動軸承的高速軸，常用20Cr、20CrMnTi等低碳合金結(jié)構(gòu)鋼，經(jīng)滲碳淬火后可提高軸頸耐磨性；如果需要耐熱材料的軸來抵抗高溫，40CrNi、38CrMoAlA等合金結(jié)構(gòu)鋼制造的軸可滿足需要。若軸的設(shè)計尺寸較大、設(shè)計機構(gòu)復(fù)雜時，經(jīng)常選擇鑄鋼或球墨鑄鐵制作的軸。例如使用球墨鑄鐵或鑄鋼制造的軸，不僅僅價格不高，而且力學(xué)性能良好，有效防止應(yīng)力集中造成的零件失效。一般來說軸都會經(jīng)歷回轉(zhuǎn)運動，所以軸受到的應(yīng)力多數(shù)是對稱的。軸的失效形式主要有：應(yīng)力過大引起的過載使其失效、運行時間過長引起的疲勞失效等。若是軸上要裝配零件，例如軸承、齒輪等，則應(yīng)將軸設(shè)計成階梯狀，以適合裝配。綜合考慮各種材料及其性能進行比較，最終決定選擇45鋼。下表2-2為軸的常用材料及其主要力學(xué)性能。表2-2 軸的常用材料及其主要力學(xué)性能材料牌號熱處理毛柸直徑（mm）硬度（HBS）抗拉強度極限b屈服強度極限s彎曲疲勞極限-1剪切疲勞極限T-1許用彎曲應(yīng)力-1備注Q235A熱軋或鍛后空冷10025037539021517010540用于不重要或者受載負(fù)荷45調(diào)質(zhì)20021725564035527515560應(yīng)用最廣泛40Cr調(diào)質(zhì)>10030024128673568554049035535520018570用于載荷較大，而無很大沖擊的重要軸40CrNi調(diào)質(zhì)>10030027030024027090078573557043037026021075用于很重要的軸38SiMnMo調(diào)質(zhì)>10030022928621726973568559054036534521019570用于重要的軸，性能近于40CrNi2.4.3 軸的設(shè)計基準(zhǔn)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是按照功能需求確定軸的外形與結(jié)構(gòu)的各個尺寸，這個步驟在軸的設(shè)計過程中占了很大比重。結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要因素是軸上需要裝配的零件的類型、位置、固定方式及它的尺寸，載荷的性質(zhì)、方向、大小及分布況，軸承的類型與尺寸，軸的毛坯、制造和裝配工藝、安裝及運輸，對軸的變形等因素有關(guān)5。設(shè)計時應(yīng)該按照零件的具體要求提出方案，切忌無方案時直接進行結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計。以下是一般軸結(jié)構(gòu)設(shè)計原則：1）設(shè)計時應(yīng)該盡量的節(jié)省使用材料，盡量要設(shè)計強度匹配的外形尺寸或者是符合強度要求的截面尺寸；2）階梯軸的設(shè)計必須符合軸上零件定位需求和調(diào)整需求；3）軸上需要采用各種減少應(yīng)力集中和提高強度的結(jié)構(gòu)措施；4）設(shè)計的軸必須便于加工制造和保證精度。2.4.4 軸的強度校核設(shè)計之后需要對軸進行強度校核計算，計算時需要依照軸所受應(yīng)力的方向及大小使用特定的計算方式，而且需要根據(jù)材料確定其許用應(yīng)力。分三種情況：1）對于傳動軸應(yīng)按扭轉(zhuǎn)強度條件計算；2）對于心軸應(yīng)按彎曲強度條件計算；3）對于轉(zhuǎn)軸應(yīng)按彎扭合成強度條件計算。本次采用的傳動機構(gòu)采用分級傳動，機構(gòu)中含有三根軸，下面將分別進行軸的強度校核。電機軸：首先從連接電機的軸開始計算，此軸在功能上屬于傳動軸，對只受到轉(zhuǎn)矩而不受到彎矩或者彎矩非常小，計算方式是按照扭轉(zhuǎn)強度的條件計算。假如其承受彎扭復(fù)合作用的力，也可使用這種計算方式進行大致的計算。實心軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為：T=TWT9550000Pn0.2d3T其中： T扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位MPa；T軸所受到的扭矩，單位Nmm；WT 軸的抗扭截面系數(shù)，單位mm3；n軸的轉(zhuǎn)速，單位r/min；P軸傳遞的功率，單位kW；d計算截面處軸的直徑，單位mm； T 許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位MPa。由上式可得軸的直徑：d39550000P0.2Tn=395500000.2T3Pn=A3Pn其中：A=395500000.2T計算后得：d21.70mm電機軸d1=25.40mm符合需求。圖2-1 電機軸大鏈輪軸：大鏈輪軸上裝配有鏈輪及齒輪，既受彎矩又受扭矩，屬于轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸應(yīng)按彎扭合成強度條件計算。計算公式為：Mca=M2+T2其中：扭矩應(yīng)力特性系數(shù)（當(dāng)扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為靜應(yīng)力時，取值為0.3; 為脈動循環(huán)應(yīng)力時，取值為0.6; 為對稱循環(huán)應(yīng)力時，取值為1.0）。經(jīng)過前面計算得出軸的計算彎矩Mca后，需要對危險截面進行強度校核的計算，應(yīng)該按照第三強度理論計算彎曲應(yīng)力。計算公式為：ca=McaW=M2+T2W-1MPa其中：W軸的抗彎截面系數(shù)；-1軸的許用彎曲應(yīng)力。計算后得大鏈輪軸d2=38.10mm符合需求。圖2-2 大鏈輪軸齒輪軸：齒輪軸上裝配有齒輪，結(jié)構(gòu)在運動時受到彎矩和轉(zhuǎn)矩作用，在性質(zhì)方面規(guī)劃為轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸的計算方式是按照彎扭合成的強度條件計算。因為設(shè)計時將齒輪與大鏈輪分度圓尺寸差距極小，所以將齒輪軸設(shè)計尺寸與大鏈輪軸設(shè)計尺寸相同，下面進行校核。計算公式與校核大鏈輪軸強度的計算公式相同，首先按照彎扭合成強度條件計算；然后在指定的截面處再作強度校核計算；最后在第三強度理論的條件下計算軸的彎曲應(yīng)力。計算結(jié)果得齒輪軸d3=38.10mm符合需求。圖2-3 齒輪軸2.4.5 軸的剛度校核為了檢驗其設(shè)計結(jié)構(gòu)是否能應(yīng)用到實際工作，還需要進行剛度方面的校核。剛度是指校核材料在受力時抵抗彈性變形的能力（抵抗彈性變形），在機械結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵部位剛度顯得尤為重要6。計算公式為：=5.73104T GI p其中：軸變形的每米上的扭轉(zhuǎn)角的量；T軸受到的扭矩，單位Nmm；G截切彈性模量，單位Mpa；Ip軸的截面上的極慣性矩，單位mm4。查詢45鋼材料的特性可得，式中的G=8.1X104Mpa。設(shè)計軸為圓軸時，軸的截面上的極慣性矩的計算公式為：Ip=d432計算得，電機軸的值約為0.22，大鏈輪軸的值約為0.83，電機的值約為0.75。的取值可以是=0.51/m，如果精度方面要求不是特別高的情況下，可以大于1/m，剛度符合需求。2.5 鏈傳動的設(shè)計計算2.5.1 鏈輪設(shè)計鏈傳動是通過鏈條將具有特殊齒形的主動鏈輪的運動和動力傳遞到具有特殊齒形的從動鏈輪的一種傳動方式9。鏈傳動在設(shè)計時要符合以下的幾點要求：鏈輪的齒數(shù)：鏈傳動機構(gòu)運轉(zhuǎn)時是否穩(wěn)定取與小鏈輪的齒數(shù)有關(guān)，在設(shè)計時小鏈輪齒數(shù)不能太少，一般來說可以按照運行中的速度選取Z1，確定傳動比即可得出大鏈輪的齒數(shù)Z2。計算公式為：Z2=iZ1在設(shè)計中Z2最好不大于120,超過過多則容易發(fā)生跳齒和脫鏈現(xiàn)象。在設(shè)計中鏈條的節(jié)數(shù)選取為偶數(shù)，鏈輪齒數(shù)最好選取奇數(shù)，這樣設(shè)計會使裝配結(jié)構(gòu)合理，不用使用過渡鏈節(jié)來完善機構(gòu)。鏈傳動的傳動比: 在傳動比的設(shè)計中，一般選擇數(shù)值為i=23.5。如果傳動比過大，會使傳動機構(gòu)損壞加劇，還會使整個機構(gòu)的機型尺寸過大。鏈傳動還具有多邊形效應(yīng)，多邊形效應(yīng)是機械用語，指鏈條剛進入主動鏈輪時，鏈輪轉(zhuǎn)過一個齒，水平方向鏈速就從小到大，再從大到小變化一次，同時伴隨著鏈條豎直方向上下運動一次。鏈條忽上忽下顫抖且由于接觸部分是多邊形的部分，由于多邊形的存在而引起的鏈傳動的運動不均勻性，這種現(xiàn)象稱為鏈傳動的多邊形效應(yīng)10。減小多邊形效應(yīng)的方法是：增加小鏈輪的齒數(shù)Z，減小輪齒的節(jié)距P，降低齒輪速度v10。綜合上述基準(zhǔn)，設(shè)計鏈傳動參數(shù)為：小鏈輪齒數(shù)12，齒頂圓半徑徑57mm，大鏈輪齒數(shù)24，齒頂圓半徑徑114mm，傳動比為2。如下圖2-4、2-5為小鏈輪和大鏈輪三維視圖。圖2-4 小鏈輪三維視圖圖2-5 大鏈輪三維視圖2.5.2 鏈條設(shè)計如圖2-6所示，為鏈條的組成結(jié)構(gòu)，主要是由內(nèi)鏈節(jié)、外鏈節(jié)和其它零件組成。圖2-6 滾子鏈結(jié)構(gòu)由此進行設(shè)計，圖2-7、2-8為內(nèi)鏈節(jié)及外鏈節(jié)。圖2-7 內(nèi)鏈節(jié)三維視圖圖2-8 外鏈節(jié)三維視圖2.5.3 鏈傳動強度校核對于鏈傳動，必須注意其鏈條過載拉斷的失效形式，需對靜強度進行計算，通常是校核鏈條的靜強度安全系數(shù)S，計算公式為：S=FQKAF48其中：FQ極限拉伸載荷；KA安全系數(shù)。經(jīng)計算，S值為5.71，符合需求。2.6 齒輪的設(shè)計計算2.6.1 齒輪的參數(shù)設(shè)計在選用齒輪時，需要考慮很多基本參數(shù)，通過齒輪自身的參數(shù)及傳動要求的傳動比來選擇合適的傳動用齒輪組。本次設(shè)計齒輪組壓力角取國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)值20度，根據(jù)實際需求取模數(shù)為3，小齒輪齒數(shù)Z1為51，大齒輪齒數(shù)Z2為60，傳動比i為1.18。計算大小齒輪幾何參數(shù)：d1=mZ1=153mmd2=mZ2=180mmda1=mZ1+2ha*=353=159mmda2=mZ2+2ha*=362=186mmdf1=mZ1-2ha*-2c*=348.5=145.5mmdf2=mZ2-2ha*-2c*=357.5=172.5mma=mZ1+Z22=31112=166.5mm如圖2-9、2-10為小齒輪和大齒輪的三維視圖。圖2-9 小齒輪三維視圖圖2-10 大齒輪三維視圖2.6.2 齒輪的強度校核本次設(shè)計的齒輪機構(gòu)為開式傳動，它的破壞形式為細(xì)小顆粒引起的摩擦導(dǎo)致的零件損壞。這種情況下，一般來說只能以齒根彎曲疲勞強度的條件來校核，增大齒輪的模數(shù)可以增加它的齒厚，使它有較長的使用壽命，以此來考慮磨損的影響。計算公式為：F=2KT1bd1YFaYSaY=2KT1bm2z1YFaYSaYF其中：K載荷系數(shù)；YFa齒形系數(shù)；YSa應(yīng)力修正系數(shù)；Y重合度系數(shù)。F可通過查機械手冊所得，查得F為195MPa，經(jīng)計算符合需求。2.7 其它零件設(shè)計此傳動機構(gòu)設(shè)計也含有其它類型零件，如軸承座，螺栓、平鍵等零件，以下不一一贅述，下圖為三維視圖。圖2-11 螺栓三維視圖圖2-12 電機軸軸承座圖2-13齒輪軸軸承座第3章 甩干機結(jié)構(gòu)設(shè)計第3章 甩干機結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1工作原理3.1.1 一般甩干機工作原理甩干機一般是利用物料中具有密度不相同、重量不同而且互不相溶的液體和固體，使液體和固體在重力不同或者離心力不同的情況下進行分離，達(dá)到它收集或清理的目的。這種技術(shù)分兩方面，分別是重力作用下的分離和在離心力作用下的分離。重力分離:鉆井液在沉淀池內(nèi)，密度重的固體顆粒在重力的作用下逐漸緩慢地下沉，密度輕的液體向上浮，最終上層液體會變得清澈3。可是重力分離進行的時間很長，而且使用重力分離的器械較為龐大，很不方便。最重要的是重力分離只能于特殊條件下使用。離心分離：在離心機的上方輸入物料，物料從進料口進去進料通道然后落在推進器的蓋板上，又在推進器的作用下到達(dá)離心機入口，在離心機的作用下進行離心分離，并被甩到過濾網(wǎng)的表層。在物料和過濾網(wǎng)進行接觸后，固液分離當(dāng)即開始，錐濾網(wǎng)上的流速是通過推進器和篩網(wǎng)之間的速度差以及刮板裝置來控制的，同時攪拌或翻轉(zhuǎn)固體，以便進一步幫助分離3。固體落在在錐濾網(wǎng)的底部并被收集，在重力的作用下落在箱體底部的雜質(zhì)收集裝置。然后，固體可以通過在機器下面的卸料裝置來收集。液體則會穿過錐濾網(wǎng)然后聚集到液體收集管道并被收集，從而達(dá)到固體和液體分離的目的。3.1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計工作原理在圖3-2中，電機運動后，電機軸轉(zhuǎn)動，與電機同軸的小鏈輪開始轉(zhuǎn)動，經(jīng)過傳動鏈傳動到大鏈輪上，大鏈輪開始轉(zhuǎn)動，與其同軸的齒輪開始轉(zhuǎn)動，與齒輪嚙合的另一個和主軸同軸的齒輪機構(gòu)同時開始運動，所以在箱體內(nèi)部的主軸轉(zhuǎn)動。石油及其混合物從物料口進入箱體之中，在主軸的高速旋轉(zhuǎn)下進行離心運動，固液混合物通過離心力作用到箱體內(nèi)部的的篩網(wǎng)上，篩網(wǎng)進行過濾。過濾完畢后，石油通過特制的過濾網(wǎng)，而其余雜物未能通過，將會落入特定收集器中。此時，油箱內(nèi)部的電機轉(zhuǎn)動并且?guī)育X輪泵開始工作，將石油吸入油箱中，完成采集。下圖3-1為甩干機工作原理流程圖：21第3章 甩干機結(jié)構(gòu)設(shè)計圖3-1 甩干機工作原理流程圖3.2 甩干機結(jié)構(gòu)組成本次油井鉆井甩干機的結(jié)構(gòu)部分由進料裝置機構(gòu)、分離裝置機構(gòu)、傳動裝置機構(gòu)、油箱裝置機構(gòu)和機架機構(gòu)等組成。進料裝置機構(gòu)固定在機架的機蓋上，由進料口和物料管道組成，物料管道頂部連接物料口，底部通往箱體。主要作用是承接物料，收集后使物料進入分離系統(tǒng)機構(gòu)，是物料承接與收集的專用裝置。分離系統(tǒng)機構(gòu)是由箱體裝置（含有主箱體和錐筒箱體）和外旋裝置（有篩框、篩網(wǎng)、轉(zhuǎn)鼓、空心軸套、差速器等）組成，物料進入后將在此處由主軸作用下進行離心運動。此機構(gòu)是該設(shè)備實現(xiàn)固體和液體互相分離的核心部件。傳動裝置機構(gòu)是由電機和一個分級傳動機構(gòu)（由鏈傳動與齒輪傳動相結(jié)合的二級傳動機構(gòu)）組成，電機工作后，傳動機構(gòu)開始運作，經(jīng)過一系列分級傳動作用到主軸上，主軸則在箱體內(nèi)部旋轉(zhuǎn)形成離心運動，完成固液相的分離工作。油箱裝置機構(gòu)是由電機、齒輪泵和油箱箱體組成，油箱內(nèi)電機運動帶動齒輪泵工作，將經(jīng)歷離心運動而甩出的石油吸入油箱中，完成收集。機架機構(gòu)是用來固定和支撐整個器械的，使其具有一定的穩(wěn)定性，是由機蓋、軸承支架和底座支架構(gòu)成。3.3 甩干機總圖設(shè)計根據(jù)上述總體設(shè)計思路進行繪圖設(shè)計，確定機械的基本結(jié)構(gòu)形式，進行結(jié)構(gòu)設(shè)計與運動設(shè)計，確定各部分裝置及機構(gòu)尺寸，確定主要機構(gòu)位置并初步審查，最后在Auto CAD軟件中繪制圖紙。總設(shè)計圖在布局上分為主視圖、左視圖、右視圖及俯視圖，具體圖紙如圖所示。圖3-2 油井鉆井用甩干機設(shè)計左視圖圖3-3 油井鉆井用甩干機設(shè)計右視圖圖3-4 油井鉆井用甩干機設(shè)計主視圖圖3-5 油井鉆井用甩干機設(shè)計俯視圖25第4章 運動仿真第4章 運動仿真4.1 零件的裝配在前文中表明，傳動機構(gòu)所需要的零件已經(jīng)設(shè)計完畢，接下來將其裝配成為傳動機構(gòu)。新建asm文件后，將零件逐個導(dǎo)入，在浮動的狀態(tài)下開始進行調(diào)整和配合，把所有的零件之間轉(zhuǎn)為機械配合后，裝配成功。下圖4-1為所設(shè)計的傳動機構(gòu)的三維總圖。圖4-1 傳動機構(gòu)總圖45第4章 運動仿真4.2 運動仿真裝配圖完成后，即可制作動畫，觀測所設(shè)計機構(gòu)的運動情況。在此機構(gòu)中，選擇運動算例后，選擇電機，將其插入電機軸上的零件的中心位置，確定后，開始運轉(zhuǎn)，即可用來生成演示性的動畫效果，對此機構(gòu)的傳動形式會有一個直觀的了解。 動畫效果視頻將附于畢業(yè)設(shè)計附件中。第5章 設(shè)計總結(jié)第5章 設(shè)計總結(jié)通過這幾個月時間的畢業(yè)設(shè)計，在指導(dǎo)老師劉凌老師的指導(dǎo)下，我對這個題目做了很多的功課。在這一過程中，我遇到了很多困難，在設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)了自己學(xué)會的東西僅僅是滄海一粟，在實際的設(shè)計過程中，不僅僅要零件書本上理論性的知識，還有在實際運用中把這些知識都融會貫通，所以說，有些事情需要深刻地理解它本身的含義，而且要不斷地認(rèn)識到自己的錯誤所在。所有的問題必須要靠自己的能力逐個解決，而在解決的過程當(dāng)中你會發(fā)現(xiàn)自己的學(xué)識和實踐能力都在快速提升。在整個過程中慢慢的充實自己的知識，最終完成了這次的作業(yè)。我對最后的結(jié)果比較滿意，每一個設(shè)計環(huán)節(jié)中對我都有鍛煉與提高。這一切是一名大學(xué)生在課本上不可能學(xué)習(xí)到的，是一名大學(xué)生轉(zhuǎn)化成為工程人員的必經(jīng)之路。幾個月以來，為了這個設(shè)計竭盡所能，但是我很遺憾的是，在這個設(shè)計過程中，我的所謂的“設(shè)計”差強人意，未能如愿達(dá)到理想的設(shè)計要求。貫穿于整個設(shè)計過程的知識需求面實在是太廣泛了，牽涉到我們之前所有所學(xué)的專業(yè)知識，什么理論力學(xué)、材料力學(xué)、機械原理、機械設(shè)計等等相關(guān)的知識，還有我們還沒學(xué)到的知識。這就為我們的計算帶來了很大的困難，導(dǎo)致了設(shè)計不如人意，達(dá)不到目標(biāo)，但是我在這次的設(shè)計中體會到了很多。我明白了，我的知識實在是太少了，只有我掌握好了足夠的知識，我們才能勝任畢業(yè)以后的公司或企業(yè)對我們提出的要求。讓我下定了決心，有恒心和有目標(biāo)的向機械設(shè)計這一條路走下去。我在畢業(yè)設(shè)計的過程中，走了許多彎路，甚至在設(shè)計方向上出現(xiàn)了偏差，在劉老師和同學(xué)們的悉心指導(dǎo)與熱心幫助下，我終于解決了主要問題。這期間，我也從來沒有想過放棄，憑借著自己不斷的努力與大家手把手的指導(dǎo)我堅持到了最后。這次的課程設(shè)計使我認(rèn)識到了許多東西，增長了許多經(jīng)驗。當(dāng)我腳踏實地的付出與努力了，那么回報就會順其自然的來到我們面前。在遇到挫折時一定不能輕言放棄，雖然這個道理大家都明白，但這次我有了更深刻的體會。低谷是高峰的起點，只要你堅持不解的努力，那么成功就在不遠(yuǎn)處向你招手。第5章 設(shè)計總結(jié)參考文獻參考文獻1 郭帥. 鉆屑甩干機的設(shè)計與研究D. 西南石油大學(xué), 2017.2 成奇云. 巖屑甩干機高濃度流場分析及篩籃結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化D. 西南石油大學(xué), 2017.3 侯勇俊, 郭帥, 方潘,等. 巖屑甩干機之模型優(yōu)化及顆粒運移情況分析J. 環(huán)境工程學(xué)報, 2017, 11(10):5683-5690.4 吳光武. 離心式金屬甩干機設(shè)備:, CN105779095AP. 2016.5 施淑琴. 具有離心開關(guān)裝置的甩干機:, CN 105105288 BP. 2016.6 姜曉云, 余猛鋼. 一種連續(xù)式離心甩干機:, CN206152982UP. 2017.7 Kawamura T, Funada Y, Takeuchi H, et al. Drum type washing and drying machine: EP, EP1314809P. 2006.8 Yu-Nong L I, Lehane B M, Liu Q B. Centrifuge modeling of jacked pile in clayJ. Chinese Journal of Engineering, 2018.9 任蘭柱, 徐洪, 閆維忠,等. 臥式振動離心機篩籃的設(shè)計與研究J. 機械設(shè)計, 2018(2).10 董夢詩, 周坤, 劉強,等. 臥式離心機轉(zhuǎn)子-磁懸浮軸承系統(tǒng)的非線性特性分析J. 軸承, 2018(3).11 鐘偉良, 譚蔚, 李振威,等. 基于流固耦合的大型臥螺離心機數(shù)值模擬及實驗研究J. 化學(xué)工業(yè)與工程, 2018, 35(2):62-69.12 Wang H D, Wang M, Cui J B. Operation summary of PVC centrifuge mother liquid treatmentJ. China Chlor-Alkali, 2018.13 Gray M A. Centrifuge tube droplet generatorJ. 2014. 14 宰艷玲, 聶軍. 油基鉆屑三相離心機研制與應(yīng)用J. 石油礦場機械, 2018(2).15 Michelsen J. Decanter centrifugeJ. 2017.參考文獻致謝致謝最后要感謝在整個設(shè)計寫作過程中幫忙過我的每一位人。首先，也是最主要感謝的是我的指導(dǎo)老師，劉凌老師。在整個過程中她給了我很大的幫忙，在設(shè)計題目制定時，她首先肯定了我的題目大方向，但是同時又幫我具體分析使我最后選取傳動機構(gòu)設(shè)計這個具體目標(biāo)，讓我在寫作時有了具體方向。經(jīng)過了兩個多月的努力，我最后完成了設(shè)計的寫作。從開始接到設(shè)計題目到系統(tǒng)的實現(xiàn)，再到設(shè)計文章的完成，每走一步對我來說都是新的嘗試與挑戰(zhàn)，這也是我在大學(xué)期間獨立完成的最大的項目。在這段時間里，我學(xué)到了很多知識也有很多感受，從一無所知，我開始了獨立的學(xué)習(xí)和，查看相關(guān)的資料和書籍，讓自己頭腦中模糊的概念逐漸清晰，使自己十分稚嫩作品一步步完善起來，每一次改善都將是我學(xué)習(xí)的收獲。我的設(shè)計作品不是很成熟，還有很多不足之處。但是這次做設(shè)計的經(jīng)歷使我終身受益。我感受到做設(shè)計是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己學(xué)習(xí)的過程和研究的過程，沒有學(xué)習(xí)就不可能有研究的潛力，沒有自己的研究，就不會有所突破，那也就不叫設(shè)計了。期望這次的經(jīng)歷能讓我在以后學(xué)習(xí)中激勵我繼續(xù)進步。本設(shè)計能夠順利的完成，也歸功于我的指導(dǎo)老師和各位任課老師的認(rèn)真負(fù)責(zé)，使我能夠很好的掌握和運用專業(yè)知識，并在設(shè)計中得以體現(xiàn)。附錄A 外文文獻及翻譯Design and Construction of a Conical Screen Centrifugal Filter for Groundnut Oil SlurryAbdulkadir Baba HASSAN, Matthew Sunday ABOLARIN,Ikechukwu Celestine UGWUOKEDepartment of Mechanical Engineering, Federal University ofTechnology,Minna, NigerState,Nigeria,abdulkadir_hassan2003yahoo.com,abolarinmatthewyahoo.com, ugwuokeikechukwuyahoo.comAbstract:This work focuses on the design and construction of a conical screen centrifugal filter for the separation of groundnut oil slurry. The major component of the machine is the rotary conical screen which separates the pure groundnut oil from the slurry via centrifugal filtration. Sludge particles were removed from the slurry through the open end of the rotary wide-angle conical screen when the half angle of the cone is greater than the angle of repose of the sludge. From the design analysis and calculation the required half angle and the thickness of the conical screen were found to be 30 and 1mm respectively. Keywords:Groundnut oil slurry, Separation, Centrifugal filterIntroduction:There are various methods of removing oil from oil seeds which includes traditional method of extraction and mechanical expression. The traditional method as in the case of oil palm fruit involves boiling the fruit in water which makes it easier, possibly by breakdown of oil cells and coagulating the protein to squeeze off the succulent fleshy part. By washing the mass in water the oil floats and is skimmed off. This is further cooked to get the right quality and colour. Other traditional methods as in the case of groundnut, melon and similar seeds in question involves pre-grinding with mortar or other local grinding equipment and hand pressed to extract the oil. Groundnut is an annual crop, which can be cultivated at any time of the year with proper irrigation. It is also known to thrive best in rich sandy loam soil (Woolrich and Carpenter, 1933). In Nigeria, yields as high as 200lbs (90kg) has been obtained (Irvin, 963). Nigeria is among the three largest producers in the world with about 6.5% of the total world production (Pulsegroove, 1968). Groundnut contains 25% protein and 45-50% oil (Muller, 1988). The harvested nut can be useful in so many ways. The husk could be used in making fertilizers or be fermented into alcohol or acetones while the whole kernel yields the oil and the cake. Groundnut oil shows good resistance to oxidation. Its fatty acid consists of about 20% saturated and 50% unsaturated lipids. It also contain up to 30% linoleic (essentially fatty acid), which plays a major part in human diet. Having seen the high economic importance of groundnut to the economy, the diet of the average Nigerian and the rising demand for vegetable oil in the market, it becomes inevitable to quickly replace the traditional method of separation of groundnut oil slurry which is rather wasteful, unhygienic and labour intensive with a mechanized method. In view of these, mechanical filtration by wide-angle conical screen centrifugal filter is necessary. It is therefore believed that this work will produce a conical screen centrifugal filter which is affordable by an average local processor of vegetable oil and which will greatly improve vegetable oil filtration.Design analysis Half Angle of the Conical ScreenThe following forces acts on the particle lying on the rotating conical screen:1. Force “mg” due to the weight of the particle directed downwards.2. The reaction “R” of the wall on the particle.3. The frictional force “F”.4. The centrifugal force “m2T”.In commercial centrifuges, the centrifugal component is much greater than the gravitational force that the latter may be practically neglected (Perry, 1997).For the sludge to move upwards along the wall of the cone FL > FP, where FL = the resolution of centrifugal force along the cone wall, FP = the resolution of centrifugal force p