Курсовая работа (т): Автоматический ключ буровой АКБ–3М2

Суммарный изгибающий момент:

Рис. 3.8. Эпюра суммарного изгибающего момента.

.3.3   Проверка выбора материала оси

Ось изготавливается из стали марки 40ХН. Для проверки выбора материала находим величины эквивалентных моментов по третье теории прочности.

Выбор материала делается из условия прочности

Вычислим осевой момент сопротивления:

Допускаемое напряжение Так как сталь 40ХН пластична, то за  ,берется предел текучести , коэффициент запаса для пластических материалов  Примем , .

Вычисляем геометрические характеристики сечения:

- площадь поперечного сечения

- осевой момент инерции

- осевой момент сопротивления

- полярный момент инерции

- полярный момент сопротивления

Определим напряжения в опасном сечении:

нормальное напряжение изгиба:

- нормальное напряжение от сжатия:

- максимальное касательное напряжение:

Построим эпюры этих напряжений:

Рис 3.9. Эпюра касательных напряжений, изгиба и растяжения-сжатия.

В точке А имеет место плоское напряженное состояние. В этой точке действуют максимальные эквивалентные напряжения  определим их по 3-ей теории прочности:

Условие прочности выполняется, т.к.

Определим недогрузку оси:

3.3.4 Расчет оси на усталостную прочность

Выполним расчет оси на усталостную прочность в сечении А-А - месте ступенчатого перехода .

Выберем характеристики стали 40ХН: предел прочности  МПа, предел текучести  МПа, предел выносливости на изгиб  МПа, предел прочности на кручение  МПа. В расчетах примем , , ,

Конструктивное исполнение опасного сечения.

Рис 3.10. Схема опасного сечения.

Основные размеры оси:

Диаметр оси d=25 мм, радиус галтельного перехода r=1мм, диаметр переходной канавки

Концентратор напряжений - галтельный переход 1 - 1.

В сечении А-А действуют: нормальная сила N=470 Н, изгибающий момент , крутящий момент Т=370 Нм.

Определим геометрические характеристики сечения и характеристики циклов перемнных напряжений.

Сечение 1-1, для диаметра d=25 мм.

площадь:

-осевой момент сопротивления:

-полярный момент сопротивления:

Касательные напряжения:

3.3.5 Расчет коэффициента запаса усталостной прочности

3.3.6 Расчет коэффициента запаса усталостной прочности. Проверка прочности

Допускаемое значение запаса прочности принимается 1,5.

Эквивалетный запас прочности, соответствующий плоскому напряженному состоянию вычисляется по формуле:

В сечении 1-1 условие прочности выполняется, при заданном диаметре обеспечивается статическая и усталостная прочность.

3.3.7 Оценка вероятности безотказной работы

Вероятность безотказной работы Р(t) определяют по экспоненциальному закону

где Р(t) - надежность ключа;

λ - интенсивность отказов, 1/ч;- время работы, дней.

Задаваясь надежностью ключа  = 0,99, определим интенсивность отказов  в течение года.

где Р(t) - надежность ключа;

λ - интенсивность отказов, 1/ч.;- время работы, дней.

Определим показатели и построим графики.

Функция распределения F(t).

(t) = 1 - P(t)

где F(t) - функция распределения;(t) - вероятность безотказности работы.

Плотность распределения f(t)

где f(t) - плотность распределения;

λ - интенсивность отказов, 1/ч;- время работы, дней.

Рис. 3.11. Функция распределения F(t) и вероятность безотказности работы P(t)

Рис. 3.12. Плотность распределения

3.3.8 Расчет подшипников качения на заданный ресурс

(Характеристики подшипников качения - Легкая серия диаметров 2, узкая серия ширин 0; 205):

Номинальный диаметр отверстия внутреннего кольца d = 25 мм;

Номинальный диаметр наружной цилиндрической поверхности наружного кольца D = 52 мм;

Номинальная ширина подшипника B = 15 мм;

Диаметр тел качения Dw = 7,938 мм;

Количество тел качения z = 9 шт.;

Угол контакта a = 10 град;

Масса подшипника M = 0,129 кг;

Базовая динамическая грузоподъемность Cr = 14000 Н;

Базовая статическая грузоподъемность Cor = 6950 Н;

Предельная частота вращения подшипника n_lim= 6000 об/мин;

Надежность:

Требуемая долговечность подшипника L_sah = 15000 ч;

Скоростные характеристики:

Частота вращения n = 200 об/мин;

Усилия:

Максимальная длительно действующая радиальная нагрузка на подшипник Fr, max = 2740 H;

Максимальная длительно действующая осевая нагрузка на подшипник Fa, max = 470 Н;

) Определение эквивалентной нагрузки, приводя переменный режим нагружения к эквивалентному постоянному.

Режим работы - средний равновероятный.

Коэффициент эквивалентности принимается по табл. ГОСТ 21354-87 K_E = 0,63.

Расчетная радиальная нагрузка на подшипник:

Осевая сила - полностью воспринимается подшипником.

Расчетная осевая нагрузка на подшипник:

Определяем расчетные параметры подшипника:

Режим работы подшипника - умеренные толчки; вибрационная нагрузка; кратковременные перегрузки до 150% номинальной нагрузки.

Вращающееся кольцо - внешнее.

Коэффициент вращения кольца: V =1 .

Диаметр окружности центров тел качения:

Подшипник - шариковый.

Тип подшипника - шариковый радиальный однорядный (ГОСТ 8338-75).

) Расчет динамической нагрузки на шариковый радиальный подшипник.

Коэффициент динамической осевой нагрузки.

Коэффициент динамической радиальной нагрузки.

Определим относительную осевую нагрузку:

Определим отношение осевой и радиальной сил:

Так как в ролике используется пара подшипников, то будем рассматривать их как шариковый двухрядный подшипник. По таблице 64 [9] находим значение коэффициента динамической радиальной нагрузки X, коэффициента динамической осевой нагрузки Y. Коэффициенты выбираются в зависимости от соотношения

X=1, Y=0.

Режим работы подшипника - умеренные толчки; вибрационная нагрузка; кратковременные перегрузки до 150% номинальной нагрузки, значит

Условия применения подшипника - обычные (материал обычной плавки) наличие перекосов колец, отсутствие надежной гидродинамической пленки масла, наличие в нем инородных частиц.

Коэффициент, характеризующий совместное влияние на ресурс особых свойств подшипника и условий его эксплуатации принимается по табл. 70 [9] a₂₃ = 0,8 .

Коэффициент, корректирующий ресурс в зависимости от надежности принимается по табл. 68 [9] в зависимости от P1, a1 = 1 .

Долговечность подшипника:

 - долговечность подшипника составляет 124% от требуемой, условие выполнено.

Заключение

В курсовом проекте был рассмотрен буровой ключ АКБ - 3М2, его составные части, их краткое описание и принцип действия. Был проведен патентно - информационный обзор, в ходе которого были рассмотрены 4 варианта исполнения буровых ключей. особый акцент был сделан на трубозажимных устройствах, узла, подлежащего модернизации; на основе патентного обзора и изучении руководства по эксплуатации АКБ - 3М было сделано техническое предложение по модернизации одного из узлов ключа: ролика радиальной опоры, приведена технология ремонта и модернизации ролика. Расчеты показывают, что приведенная модернизация имеет достаточный запас статической, усталостной прочности, ресурс и долговечность.

Данная технология ремонта осевой опоры ключа АКБ - 3М2 с последующей модернизацией позволяет:

Ø  улучшить динамические характеристики ключа;

Ø  улучшить сохраняемость ключа.

Ø  снизить стоимость, время и трудоемкость ремонта

Список использованной литературы

1.      ГОСТ 21354 - 87. Передачи зубчатые цилиндрические эвольвентного внешнего зацепления. Расчет на прочность

.        ГОСТ 8338 - 75. Подшипники шариковые радиальные однорядные. Основные размеры.

.        Автоматический буровой ключ для свинчивания-развинчивания бурильных и обсадных труб. А.Е. Анашкина, М.Б. Грушевский: Методическое пособие. Тюмень: Издательство “Нефтегазовый университет”, 2003. - 33 с.

4.      Бурение нефтяных и газовых скважин: учебник для нач. проф.образования / Ю.В. Вадецкий. - М.Издательский центр «Академия», 2003.- 352с.

5.      Буровое оборудование. В.Ф. Абубакиров, В.Л. Архангельский, Ю.Г. Буримов, И.Б. Малкин, А.О. Межлумов, Е.П. Мороз: Справочник: В 2 - х т. - М.: Недра, 2000. - Б 91 Т.1. 000с.: ил.

.        Диагностика и восстановление нефтепромыслового оборудования. Д.О. Макушкин. Учеб. Пособие/ Д.О. Макушкин. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2002. 142 с.Красноярск: Сиб. Федер. ун-т, 2008. - 164 с.

.        Ключ буровой АКБ - 3М2 и АКБ - 3М2.Э2. Руководство по эксплуатации. Ижевск: ОАО «Ижнефтемаш», 2004. - 60с.

.        Ключи буровые АКБ - 3М2 и АКБ - 3М2.Э2. Каталог деталей и сборочных единиц. Ижевск: ОАО «Ижнефтемаш», 2004. - 65с.

.        Конструирование узлов и деталей машин: учеб. пособие для техн. спец. вузов. - 5-е изд., перераб. и доп. П.Ф. Дунаев, О.П. Леликов - М.: Высш. шк., 1998. - 447 с. ил.

.        Материаловедение и технология конструкционных материалов, С. Н. Колесов, И. С. Колесов. М:. Высшая школа. 2004 г.

.        Расчет валов на статическую, усталостную прочность и жесткость: Учебное пособие. В.С. Жернаков, В.С. Куликов, Т.Н. Мардимасова; Уфимск. Гос. Авиац. Тех. Ун-т. - Уфа: УГАТУ 2003 г., 76с.

.        Эксплуатация оборудования для бурения скважин и нефтегазодобычи. Под общ. ред. В.Н. Протасова: Учеб. для вузов. - М.: ООО «Недра - Бизнесцентр», 2004. - 691с.: ил.

13.    Монтаж, ремонт, эксплуатация: электрон. библиотека. URL: http://www.bibliotekar.ru/spravochnik-114-gazovoe-oborudovanie/31.htm (дата обращения: 10.12.2013).

14.    Поиск патентов и изобретений, зарегистрированных в РФ и СССР: база данных URL: <http://www.findpatent.ru> (дата обращения 10.12.2013).