【正文】 攪拌器設(shè)計(jì) 11 3 攪拌器 主要零件設(shè)計(jì)計(jì)算 蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 選擇蝸桿傳動(dòng)類型 根據(jù) GB/T10085— 1988的推薦，采用阿基米德柱蝸桿傳動(dòng)。 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。 表 31 蝸桿頭數(shù) 、1Z 蝸 輪齒數(shù) 2Z 推薦值 傳動(dòng)比12zzi? 7~13 14~27 28~40 40 蝸桿頭數(shù) 1z 4 2 1 1 蝸 輪頭數(shù) 2z 28~52 28~54 28~80 40 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 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。 mm ② 確定載荷系數(shù) 因工作載荷穩(wěn)定，故取 載荷分布不均系數(shù) ?K = 1。 ?K hL = 5 年 ?300（天 /年） ?8（小時(shí) /天） j —— 蝸 輪每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，每個(gè)輪齒嚙合的次數(shù) 。 查表得基本需用應(yīng)接觸力 ? ?H? 1 = 268 paM 計(jì)算許用接觸力 ： ? ?H? = ? ?H? 1 HNK = 268 ? = paM ⑥ 計(jì)算中心距 325 ?????? ????? 。 泥漿攪拌器設(shè)計(jì) 13 蝸桿 蝸 輪的主要參數(shù)及幾何尺寸 ① 蝸桿 分度圓直徑 mmmqd ???? ； 齒頂圓直徑 8 5 . 27 .1271m2dd 11a ?????? mm 齒根圓直徑 5 3 . 9 6 m m7 .12 .4 712 .4 m dd 11f ???? 軸向齒徑 ??? ??P 螺旋線導(dǎo)程 s = .6 m ???PZ 法向齒厚 os2 .17c os2ms n ???? ???? ?20?? 螺旋部分長度 ? ? ? ? 21 ??????? Z 取 mm120b1 ? 。 ② 蝸輪 蝸 輪齒數(shù) 402 ?Z d2= mZ2 = mm28440 ?? 西南石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 齒頂圓直徑 d 2? ? ? ? ? 9 ?????? Zm 齒根圓直徑 ? ? ? ? mmZmd f 6 ?????? 蝸 輪咽喉母圓半徑 22g ???? ??? 外徑 0 9 822 ????? mdd c ? mm 齒寬 B 5 7 . 0 8 m 1 ???? ? 頂隙 C = = . ?? 齒寬包角 ????????? 12arc sin2 db? 蝸 輪 軸設(shè)計(jì) 條件參數(shù)計(jì)算 已知，蝸桿 m = ， q = 10 ， Z1 = 2 ， Z2 = 40 ， n2 = 60r/min, ??? 21 ，? 284mm 蝸 輪受力： NTFF 552 212t 101962d2 ??????? ? NTFF 461 11t2 ???????? NFFF 452t12 a a n ?????? ???? 材料的選擇及熱處理 軸的材料主要是碳鋼合金鋼。 泥漿攪拌器設(shè)計(jì) 15 根據(jù)設(shè)計(jì)要求選用 45 鋼 ，調(diào)制處理，硬度 170217HBS， B? =590MPa，a295MPS ?? 。 查表得 A?0 126103 ? ? mmmmnPAd .448~.25972 ~126 330m i n ??? 當(dāng)軸截面開 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100mm 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。要確定軸的結(jié)構(gòu)形狀，必須先確定軸上零件的裝配順序和固定方式。這樣 蝸 輪在軸上的軸向位置被完全確定。軸承對(duì)稱安裝于 蝸 輪的兩側(cè)，其軸向用軸肩固定，周向用過盈配合固定。外伸軸的最小直徑 1d =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 必須滿足 蝸 輪的連接，取 mmd 284? 。 為了使攪拌器的零件結(jié)構(gòu)更緊湊、 傳動(dòng)可靠，取 1L 為500mm， 2L 為 1200mm， 3L 為 160mm ④ 軸上零件的周向定位 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。 西南石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 計(jì)算軸上載荷 畫出軸的空間受力圖 及水平面內(nèi)的彎矩圖： 圖 32 攪拌器轉(zhuǎn)動(dòng)軸設(shè)計(jì) 平面力系圖平面彎矩圖平面力系圖平面彎矩圖合成彎矩圖扭矩圖空間力系圖平面彎矩圖左右 ① 水平面受力分析 ： 圓周力 dTFt 2? = N55 101962 ???? 支點(diǎn)反力 212LL LFF tHA ??? = NN 45 ??? ?? 211LL LFF tHC ??? = N45 ??? ?? ② 水平面彎矩 泥漿攪拌器設(shè)計(jì) 17 1LFM HAHB ?? = mmN ????? 74 0 ③ 垂直平面受力分析 徑向力 ??costantr nFF ??= ? 軸向力 ?tan?? ta FF ?? 支點(diǎn)反力 212 2LLdFLFF arVA ???? = N444 2??? ????? 211 2LLdFLFF arVC ???? N444 2??? ?????? ④ 垂直平面彎矩： 11 LFM VAVB ?? ? mmN ????? 74 0 22 LFM VCVB ?? = mmN ????? 74 2 0 ⑤ 合成彎矩： 212 VBHB MMM ??左 ? ? ? ? ? mmN ?????? 72727 222 VBHB MMM ??右 = ? ? ? ? mmN ?????? 72727 ⑥ 扭矩分析： ? ?22 TMMe ??? (34) 式中， 中大者及為 右左 MMM ； 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)。對(duì)于不變轉(zhuǎn)矩取? ? ? ? ?? ? b??? ，對(duì)于脈動(dòng)循環(huán)轉(zhuǎn)矩取 ? ? ? ? ?? ? bb ??? ；對(duì)于對(duì)稱循環(huán)轉(zhuǎn)矩取 1?? 。 攪拌器葉輪的設(shè)計(jì) 攪拌器葉輪的選擇 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 。常見的攪拌葉輪可粗略的分為四種類型，即 漿 式、開啟 蝸 輪式、圓盤 蝸 輪式和推進(jìn)式。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。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 33所示： 目前國內(nèi)外石油固控系統(tǒng)中，最常用的攪拌器有兩種，一種是開啟式 蝸 輪，一種是圓盤式 蝸 輪。在圓盤葉片中，最常用的是平直片、折葉片和后彎葉片。因此，在較先進(jìn)的鉆井液攪拌器中得到了廣泛應(yīng)用。固液相攪拌有一個(gè)基本要求，就是使固體顆粒懸浮起來。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)。 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)。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。 因?yàn)樵诟哒扯认聰嚢枞~輪排出流量甚少。此時(shí)可以通過加大葉輪自徑， 采用雙層葉輪來增大攪拌區(qū)域 。其基本影響因素是葉輪的形狀與運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)。這里只介紹在鉆井液攪拌器中常用的 漿 式。 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。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。僅靠平 漿 葉本身所形成的軸流是很弱的。轉(zhuǎn)速逐漸增大，還會(huì)逐漸增大徑向流。 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。在湍流狀態(tài)下．平葉 漿式攪拌軸附近將形成 一個(gè)西南石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 旋 渦 ，中心液面向下，成漏斗狀，液體表面成回轉(zhuǎn)拋物面。這個(gè)區(qū)域內(nèi)液體沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)．所以混合、懸浮很不好。 攪拌葉輪循環(huán)流量的計(jì)算 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。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，使周圍靜止或低速流卷入其中，在罐內(nèi)形成循環(huán)流。這種循環(huán)流如圖所示。 罐內(nèi)液體形成的循環(huán)流動(dòng)遍及全罐。因此，葉輪的排出性能對(duì)攪拌過程是非常重要的。 ② 罐內(nèi)為湍 流流態(tài)。 西南石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 圖 32 攪拌時(shí)罐內(nèi)的液體流向 攪拌葉輪幾何尺寸及層數(shù)計(jì)算 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，說明 漿 葉的大小直徑可以影響攪拌過程的進(jìn)行。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 葉的寬度來衡量。 漿 葉直徑的大小與攪拌據(jù)種類有關(guān)，也與循環(huán)罐的大小有關(guān)。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 。 —— 液相懸浮力目的時(shí)．為攪起罐底固 相顆粒，一般 fd ／ D＝ — 0． 5。 漿 葉軸向流量大，體積循環(huán)能力強(qiáng)，一般 漿 徑取得較小， fd ／ D＝0． 2~0． 5，其中