设计举例：
例题：某井177.8 mm(7 英寸)油层套管下至3500 m ，下套管时的钻井液密度为1.303
/cm g ，水泥返至2800 m ，预计井内最大内压力 35 MPa ，试设计该套管柱 （规定最小段长500 m ）。规定的安全系数：Sc=1.0，Si = 1.1，St =1.8
解：（1）计算最大内压力，筛选符合抗内压要求的套管
抗内压强度设计条件为： 筛选套管：
C-75，L-80，N-80，C-90，C-95，P-110 按成本排序：
N-80 < C-75 < L-80 < C-90< C-95< P-110 （2）按抗挤设计下部套管段，水泥面以上双向应力校核 1）计算最大外挤力， 选择第一段套管
Pa D p m oc 5.4463535003.181.981.9max =??==ρ
1oc c c p S p ?≤
5.446350.15.4463548401=?≥ 安全
2）选择第二段套管
选低一级套管，第一段抗拉强度校核
22oc c c p S p ?≤ 229.81m c c D S p ρ?≤
2237301
29259.819.81 1.3 1.0
c m c p D m
S ρ≤
==??
第二段套管可下深度D 2，第一段套管长度L 1 取D 2=2900m (留有余量)
m D D L 60029003500211=-=-=
双向应力强度校核，最终确定D 2和L 1
D 2 =2900 m ＞2800 m ，超过水泥面，考虑双向应力
危险截面：水泥面2800m 处 浮力系数：834.085
.73.111=-=-=s m f K ρρ 轴向拉力：
()()水泥面11222800 0.8340.42346000.379529002800243.2m B F K q L q D kN
??=+-??
??=??+?-=??
存在轴向拉力时的最大限度允许抗外挤强度：
水泥面
22
2243.21.030.7437301 1.030.74354922686.7m ca c s F p p kPa F ??
??=-=?-= ? ? ???
??
2280035492
0.9919.81 1.32800
ca C oc p S p '=
==
解决办法： 将第一段套管向上延伸至水泥面以上。 预定D 2 = 2700 m ，L 1 = 800 m ；
重新双向应力强度校核：（按以上同样方法）
套管1 ： 危险截面 2800 m 处，Sc= 1.31 > 1.0 安全 水泥胶结面处 套管2： 危险截面 2700 m 处，Sc = 1.02 > 1.0 安全 两段套管交接处 试取D 2 = 2700 m ，L 1 = 800m 计算套管抗拉安全系数：112655.6
7.84 1.80.4234800
sll t a F S F '=
==>? 安全 最终结果：D 2 = 2700 m ，L 1 = 800m 3）选择第三段套管；
轴向拉力：()
211223 m B F K q L q D D ??=+-??
存在轴向拉力时的最大限度允许抗外挤强度：
2333
23
3
1.030.74
1.09.81m c s ca c ccD m F p F p S p D ρ?
?
- ??
?
'=
=≥
试算法，取 D3 =1700 m , 计算得 Sc= 1.03 计算第二段顶部的抗拉安全系数
()
()211223 0.42348000.379427001700718a F q L q D D kN
=+-=?+?-=
2222308.6
3.2 1.8718
sl t a F S F '=
==> 安全 最终结果 D 3=1700 m , L 2=1000m
（3）上部1700 m 处套管需进行设计，转为抗拉设计 1） 计算第三段套管按抗拉要求的允许使用长度 L3 由：33
33233
sl sl t t a a F F S S F F q L '=
=≥+ m q F S F L o t sl 11173357
.07188.11.1966323
3≤-=-≤
实取：L3 = 1100m ，则
2）确定第四段套管使用长度 kN L q F F o o 10873357.011007183323=?+=+=
查表得：应比第三段套管抗拉强度高，与第一段套管相同 计算第四段套管许用长度 L4：
m q F S F L o t sl 7.8584234
.010878.11.2611334
3=-=-=
实际距井口还有600 m, 取L4 = 600 m ;
3444
4
4
1.030.74
9.81108748401 1.030.74
3007 4.82 1.09.81 1.3600
m c s ca c ccD m F p F p S p D ρ?
?- ??
?
=
=??
?- ???=
=≥?? 安全
最终结果 ：L4= 600 m , D4=600 m
《机械设计基础》作业答案 第一章平面机构的自由度和速度分析1－1 1－2 1－3 1－4 1－5
自由度为： 1 1 19 21 1 )0 1 9 2( 7 3 ' )' 2( 3 = -- = - - + ? - ? = - - + - =F P P P n F H L 或： 1 1 8 2 6 3 2 3 = - ? - ? = - - = H L P P n F 1－6 自由度为 1 1 )0 1 12 2( 9 3 ' )' 2( 3 = - - + ? - ? = - - + - =F P P P n F H L 或： 1 1 22 24 1 11 2 8 3 2 3 = -- = - ? - ? = - - = H L P P n F 1－10
自由度为： 1 128301)221142(103')'2(3=--=--?+?-?=--+-=F P P P n F H L 或： 1 22427211229323=--=?-?-?=--=H L P P n F 1－11 2 2424323=-?-?=--=H L P P n F 1－13：求出题1-13图导杆机构的全部瞬心和构件1、3的角速度比。 1334313141P P P P ?=?ωω
1 1314133431==P P ω 1－14：求出题1-14图正切机构的全部瞬心。设s rad /101=ω，求构件3的速度3v 。 s mm P P v v P /20002001013141133=?===ω 1－15：题1-15图所示为摩擦行星传动机构，设行星轮2与构件1、4保持纯滚动接触，试用瞬心法求轮1与轮2的角速度比21/ωω。 构件1、2的瞬心为P 12 P 24、P 14分别为构件2与构件1相对于机架的绝对瞬心 1224212141P P P P ?=?ωω
《化工设备机械基础》 塔设备设计 课程设计说明书 学院：木工学院 班级：林产化工0 8 学号： 姓名：万永燕郑舒元 分组：第四组 目录
前言 摘要 塔设备是化工、石油等工业中广泛使用的重要生产设备。塔设备的基本功能在于提供气、液两相以充分接触的机会，使质、热两种传递过程能够迅速有效地进行；还要能使接触之后的气、液两相及时分开，互不夹带。因此，蒸馏和吸收操作可在同样的设备中进行。根据塔内气液接触部件的结构型式，塔设备可分为板式塔与填料塔两大类。板式塔内沿塔高装有若干层塔板(或称塔盘)，液体靠重力作用由顶部逐板流向塔底，并在各块板面上形成流动的液层；气体则靠压强差推动，由塔底向上依次穿过各塔板上的液层而流向塔顶。气、液两相在塔内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。填料塔内装有各种形式的固体填充物，即填料。液相由塔顶喷淋装置分布于填料层上，靠重力作用沿填料表面流下；气相则在压强差推动下穿过填料的间隙，由塔的一端流向另一端。气、液在填料的润湿表面上进行接触，其组成沿塔高连续地变化。目前在工业生产中，当处理量大时多采用板式塔，而当处理量较小时多采用填料塔。蒸馏操作的规模往往较大，所需塔径常达一米以上，故采用板式塔较多；吸收操作的规模一般较小，故采用填料塔较多。 板式塔为逐级接触式气液传质设备。在一个圆筒形的壳体内装有若干层按一定间距放置的水平塔板，塔板上开有很多筛孔，每层塔板靠塔壁处设有降液管。气液两相在塔板内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。板式塔的空塔气速很高，因而生产能力较大，塔板效率稳定，造价低，检修、清理方便 关键字 塔体、封头、裙座、。 第二章设计参数及要求 符号说明 Pc ----- 计算压力，MPa； Di ----- 圆筒或球壳内径，mm； [Pw]-----圆筒或球壳的最大允许工作压力，MPa； δ ----- 圆筒或球壳的计算厚度，mm； δn ----- 圆筒或球壳的名义厚度，mm； δe ----- 圆筒或球壳的有效厚度，mm；
此文档下载后即可编辑 一、 填空题 1. 机械是（机器）和（机构）的总称。 2. 机构中各个构件相对于机架能够产生独立运动的数目称为（自由度）。 3. 平面机构的自由度计算公式为：（F=3n-2P L -P H ）。 4. 已知一对啮合齿轮的转速分别为n 1、n 2，直径为D 1、D 2，齿数为z 1、z 2，则其传动比i= （n 1/n 2）= （D 2/D 1）= （z 2/ z 1）。 5. 铰链四杆机构的杆长为a=60mm ，b=200mm ，c=100mm ，d=90mm 。若以杆Ｃ为机架，则此四杆机构为（双摇杆机构）。 6. 在传递相同功率下，轴的转速越高，轴的转矩就（越小）。 7. 在铰链四杆机构中，与机架相连的杆称为（连架杆），其中作整周转动的杆称为（曲柄），作往复摆动的杆称为（摇杆），而不与机架相连的杆称为（连杆）。 8. 平面连杆机构的死点是指（从动件与连杆共线的）位置。 9. 平面连杆机构曲柄存在的条件是①（最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和）②（连架杆和机架中必有一杆是最短杆）。 10. 平面连杆机构的行程速比系数Ｋ=1.25是指（工作）与（回程）时间之比为（1.25），平均速比为（1：1.25）。 11. 凸轮机构的基圆是指（凸轮上最小半径）作的圆。 12. 凸轮机构主要由（凸轮）、（从动件）和（机架）三个基本构件组成。 13. 带工作时截面上产生的应力有（拉力产生的应力）、（离心拉应力）和（弯曲应力）。 14. 带传动工作时的最大应力出现在（紧边开始进入小带轮）处，其值为：σmax=σ1＋σb1＋σc 。 15. 普通Ｖ带的断面型号分为（Y 、Z 、A 、B 、C 、D 、E ）七种，其中断面尺寸最小的是（Y ）型。 16. 为保证齿轮传动恒定的传动比，两齿轮齿廓应满足（接触公法连心线交于一定点）。
答题： 1、此机构运动简图中无复合铰链、1局部自由度、1个虚约束。此机构中有6个自由杆件，8个低副，1个高副。自由度F=3n-2PL-Ph=3*6-2*8-1=1 2、此机构中编号1～9，活动构件数n=9，滚子与杆3联接有局部自由度，滚子不计入活动构件数，.B、C、 D、G、H、I、6个回转副(低副)，复合铰链J，2个回转副(低副)，A、K，各有1个回转副+1个移动副，此两处共4个低副，低副总数PL =6+2+4 =12，.两齿轮齿合处E，有1个高副，滚子与凸轮联接处F，有1个高副，高副总数PH =1+1=2. 自由度F =3n -2PL -PH =3*9-2*12-2=1 3、此机构有6个自由杆件，在C点有1个复合铰链，有1个虚约束、9个低副，没有高副。自由度 F=3n-2PL=3*5-2*7=1
答题： 1、不具有急回特性，其极位夹角为零，即曲柄和连杆重合的两个位置的夹角为0 2、(1)有急回特性，因为AB可以等速圆周运动，C块做正、反行程的往复运动，且极位夹角不为0°。 （2）当C块向右运动时，AB杆应做等速顺时针圆周运动，C块加速运动；压力角趋向0°，有效分力处于加大过程，驱动力与曲柄转向相反。所以，曲柄的转向错误。 3、（1）AB杆是最短杆，即Lab+Lbc(50mm)≤Lad(30mm)+Lcd（35mm），Lab最大值为15mm. （2）AD杆是最短杆，以AB杆做最长杆，即Lab+Lad(30mm)≤Lbc(50mm)+Lcd（35mm），Lab最大值为55mm. (3)满足杆长和条件下的双摇杆机构，机架应为最短杆的对边杆，显然与题设要求不符，故只能考虑不满足杆长和条件下的双摇杆机构，此时应满足条件： Lab＜30mm且Lab+45＞30+35即20mm＜Lab＜30mm
第四章塔设备机械设计 塔设备设计包括工艺设计和机械设计两方面。机械设计是把工艺参数、尺寸作为已知条件，在满足工艺条件的前提下，对塔设备进行强度、刚度和稳定性计算，并从制造、安装、检修、使用等方面出发进行机构设计。 4.1设计条件 由塔设备工艺设计设计结果，并查相关资料[1],[9]知设计条件如下表。 表4-1 设计条件表
4.2设计计算 4.2.1全塔计算的分段
图4-1 全塔分段示意图 塔的计算截面应包括所有危险截面，将全塔分成5段，其计算截面分别为：0-0、1-1、2-2、3-3、4-4。分段示意图如图4-1。
4.2.2 塔体和封头厚度 塔内液柱高度：34.23.15.004.05.0=+++=h （m ） 液柱静压力：018.034.281.992.783101066=???==--gh p H ρ（MPa ） 计算压力：1=+=H c p p p MPa （液柱压力可忽略） 圆筒计算厚度：[]94.60 .185.017022000 0.12=-???=-= c i c p D p φσδ（mm ） 圆筒设计厚度：94.8294.6=+=+=C c δδ（mm ） 圆筒名义厚度：108.094.81=?++=?++=C c n δδ（mm ） 圆筒有效厚度：8210=-==-=C n e δδ（mm ） 封头计算厚度：[]93.60 .15.085.017022000 0.15.02=?-???=-= c i c h p D p φσδ（mm ） 封头设计厚度：93.8293.6=+=+=C h hc δδ（mm ） 封头名义厚度：108.093.81=?++=?++=C hc hn δδ（mm ） 封头有效厚度：8210=-==-=C hn he δδ（mm ） 4.2.3 塔设备质量载荷 1. 塔体质量 查资料[1],[8]得内径为2000mm ，厚度为10mm 时，单位筒体质量为495kg/m ，单个封头质量为364kg 。 通体质量：5.121275.244951=?=m （kg ） 封头质量：72823642=?=m （kg ） 裙座质量：14850.34953=?=m （kg ） 塔体质量：5.1434014857285.1212732101=++=++=m m m m （kg ） 0-1段：49514951-0,01=?=m （kg ）
3API 套管强度 3.1 API 套管抗挤强度 3.1.1屈服挤毁强度值 当外挤压应力作用在套管管壁上使套管材料达到屈服强度时，管体将会发生塑性变形，此时即被认为不安全。当管体发生塑性变形时，通过承受均匀载荷的厚壁筒的拉梅公式，可推导出如下 API 屈服强度挤毁公式： 当套管的径厚比满足(/)(/)c c yp D D δδ≥时： co 2(/)1 2[ ] (/)c P c D p Y D δδ-= 式中：p co —屈服抗挤强度，MPa ； Y p —套管材料的最小屈服强度，MPa （其值钢号字母后面的数据乘以 6.894757） D c —套管的名义外径，mm ； δ—套管的名义壁厚，mm ； 其中： (/)c yp p D δ= 472103 2.8762 1.5488510 4.480610 1.62110p p p A Y Y Y ---=+?+?-? 50.0262337.3410p B Y -=+? 4273 465.93 4.4741 2.20510 1.128510p p p C Y Y Y --=-+-?+? 3.1.2塑性挤毁强度值 当套管的径厚比满足(/)(/)(/)c yp c c pt D D D δδδ≤≤时，套管在外挤压力作用下的挤毁属于塑性强度挤毁，其API 抗挤强度由下式计算。 co 2[ ]0.0068947(/)P c A p Y B C D δ=-- 式中：p co —塑性挤毁强度，MPa ，系数 A 、B 、C 计算同前。式中（D c /δpt 为
塑性强度挤毁与过度强度挤毁临界点的径厚比，当塑性强度挤毁压力等于过度强度挤毁压力时得出塑性挤毁强度与过度挤毁强度临界值的径厚比，用下面公式计算： ()(/)0.0068947() p c pt p Y A F D C Y B G δ-= +- 其中公式的系数 F ，G 由图解法求的，计算如公式 53 2 3/3.23710( ) 2/3/3/[(/)](1)2/2/p B A B A F B A B A Y B A B A B A ?+= --++ (/)G F B A = 3.1.3过渡挤毁强度值 当套管的径厚比满足(/)(/)(/)c pt c c te D D D δδδ≤≤时，套管在外挤压力作用下的挤毁属于过度挤毁（塑弹性挤毁强度），其抗挤强度由下式计算： co [ ] (/)P c F p Y G D δ=- 式中：p co —过度挤毁强度，MPa 当过度强度挤毁压力等于弹性强度挤毁压力时，得出过度挤毁强度与弹性挤毁强度临界值的径厚比，计算公式如下式： 2/(/)3/c te B A D B A δ+= 3.1.4弹性挤毁强度值 当套管的径厚比满足(/)(/)c c te D D δδ≥时，套管在外挤压力作用下的挤毁属于弹性挤毁，其抗挤强度由如下式计算： 5 co 3.23710(/)(/1)c c p D D δδ-?= - 式中：p co —弹性挤毁强度，MPa 式中（D c /δte ）为过度挤毁强度与弹性挤毁强度临界点的径厚比。
1-1至1-4解机构运动简图如下图所示。 图题1-1解图图题1-2解图 图题1-3解图图题1-4解图 题 2-3 见图。 题 2-7 解 : 作图步骤如下（见图）： （ 1 ）求，；并确定比例尺。 （ 2 ）作，顶角，。 （ 3 ）作的外接圆，则圆周上任一点都可能成为曲柄中心。 （ 4 ）作一水平线，于相距，交圆周于点。 （ 5 ）由图量得，。解得： 曲柄长度： 连杆长度： 题 2-7图 3-1解 图题3-1解图 如图所示，以O为圆心作圆并与导路相切，此即为偏距圆。过B点作偏距圆的下切线，此线为 凸轮与从动件在B点接触时，导路的方向线。推程运动角如图所示。
3-2解 图题3-2解图 如图所示，以O为圆心作圆并与导路相切，此即为偏距圆。过D点作偏距圆的下切线，此线为 凸轮与从动件在D点接触时，导路的方向线。凸轮与从动件在D点接触时的压力角如图所示。 4-1解分度圆直径 齿顶高 齿根高 顶隙 中心距 齿顶圆直径 齿根圆直径 基圆直径 齿距 齿厚、齿槽宽 4-11解因 螺旋角 端面模数 端面压力角
当量齿数 分度圆直径 齿顶圆直径 齿根圆直径 4-12解（1）若采用标准直齿圆柱齿轮，则标准中心距应 说明采用标准直齿圆柱齿轮传动时，实际中心距大于标准中心距，齿轮传动有齿侧间隙，传动不 连续、传动精度低，产生振动和噪声。 （ 2）采用标准斜齿圆柱齿轮传动时，因 螺旋角 分度圆直径 节圆与分度圆重合， 4-15答：一对直齿圆柱齿轮正确啮合的条件是：两齿轮的模数和压力角必须分别相等，即 、。 一对斜齿圆柱齿轮正确啮合的条件是：两齿轮的模数和压力角分别相等，螺旋角大小相等、方向 相反（外啮合），即、、。 一对直齿圆锥齿轮正确啮合的条件是：两齿轮的大端模数和压力角分别相等，即、。 5-1解：蜗轮 2和蜗轮3的转向如图粗箭头所示，即和。
标准套管头技术要求 一、执行标准：SY/T5127-2002 二、材料：35CrMo锻件 三、材料物理机械性能： （1）C%：~ （2）Si%：~ （3）Mn%：~ （4）P%：≤ （5）S%：≤（6）Cr%：~ （7）Mo%：~ (8)断面收缩率%：≥50 （9）延伸率%（δ5）：≥14 （10）抗拉强度N/m m2：≥860 四、检测项目及要求： 1、单级套管头： （1）13 3/8″（10 3/4″、9 5/8″）×5 1/2″（7″）－35Mpa （2）13 3/8″（10 3/4″、95/8″）×5 1/2″（7″）－70Mpa
2、双级套管头： （1）13 3/8″×9 5/8″×5 1/2″（7″）-70MPa （2）13 3/8″×9 5/8″×5 1/2″（7″）-35MPa
五、套管头结构 1、单级套管头结构如图1 2、双级套管头结构如图2
六、售后服务 1、套管头安装时厂家服务人员应及时到井； 2、套管头安装应在各层固井施工完之前到井，指导井队进行套管头安装作业； 3、完井套管的切割、注塑按使用井队或固井方要求时间及时到井； 4、套管头在使用中出现问题导致事故，由厂家负应有责任，并赔偿损失； 5、套管头使用保质期为5年,保质期出现问题由厂家进行整改或更换。 七、其它要求 1、标志 产品包装上应有明显的标准，表明产品名称、商标、型号，公司名称、地址、电话，生产日期，保质期，产品执行标准编号，“怕晒”、“怕雨”等图示标志 2、标签 产品合格证上应有：检验员代号，检验合格印章，检验日期。 3、使用说明书
使用说明书应有包括：产品用途，性能简介，使用方法，涉及安全环保的注意事项。 4、包装 产品采用木质箱子包装 5、运输 运输过程中应做好防碰，防止产品有损伤、变形等情况。 6、贮存 贮存过程中应处于干燥条件下。
完井工程大作业二一口井套管柱设计 班级：油工101 学号：004 姓名：王涛 课程：完井工程 任课教师：孙展利
1基本数据 1)井号：广斜-1井；2)井别：开发井；3)井型：定向井 3井身结构如图所示 4套管柱设计有关数据和要求 表层套管：下深150m，外径Φ339.7mm，一开钻井液密度1.1g/cm3，防喷器额定压力21Mpa,安全系数:抗挤S c=1.0，抗拉S t=1.6，抗内压S i=1.0。要求表层套管的抗内压强度接近防喷器的额定压力，套管钢级用J-55，套管性能见下表。 油层套管：下深3574m，外径Φ139.7mm，二开最大钻井液密度1.32g/cm3，安全系数:抗挤S c=1.125，抗拉S t=1.80(考虑浮力)，抗内压S i=1.10。由于地层主要为盐岩、泥岩，易塑性流动和膨胀，外挤载荷要求按上覆岩层压力的当量密度 2.3g/cm3来计算，按直井(井斜角小)和单向应力来设计，套管钢级选N-80、P-110。 要求要有明确的步骤和四步计算过程(已知条件、计算公式、数据带入、计算结
油层套管设计： 已知条件： 油层套管下深H=3574m，外径Φ139.7mm，二开最大钻井液密度ρ m = 1.32g/cm3，安全 系数:抗挤S c =1.125，抗拉S t =1.80(考虑浮力)，抗内压S i =1.10。 上覆岩层压力的当量密度ρ o =2.3g/cm3，按直井(井斜角小)和单向应力来设计，解： 根据题目要求，本定向井按照直井(井斜角小)和单向应力来设计，根据题目要求外挤 载荷要求按上覆岩层压力的当量密度ρ o =2.3g/cm3来计算 第一段套管设计： 1.计算第一段套管应具有的抗挤强度（即第一段套管底端的抗挤强度） 1）按抗挤强度设计第一段套管，因为套管底端的外挤压力最大，所以以套管底端的外挤压力作为第一段套管应具有的抗挤强度，按全掏空计算井底外挤压力， P b =0.00981*ρ o *H=0.00981*2.3*3574=80.64Mpa 2）第一段套管应具有的抗挤强度应为 P c1= P b *S c =80.64*1.125=90.72Mpa 2.根据第一段套管应具有的抗挤强度，查套管性能表选用P-110，壁厚10.54mm套管， 其抗挤强度为P c’=100.25 Mpa，抗拉强度为T t1 =2860.2KN，重量W 1 =0.3357KN/m 第二段套管设计： 1. 第一段套管的顶截面位置取决于第二段套管的可下深度，第二段套管选用抗挤强度比第一段套管低一级的套管，查套管性能表可选P-110，壁厚9.17mm套管，其抗 挤强度为P c’’=76.532 MPa，抗拉强度T t2 =2437.6KN，重量为W2=0.2919KN/m 2. 按抗挤强度计算第二段套管的可下深度： H 2= P c’’ /(0.00981*ρ o * S c )=76.532/(0.00981*2.3*1.125)=3023m 3.实际套管因为是10m一根，因此要对可下深度取整，再加上数据误差的安全考虑， 实际第二段套管的深度为H 2=3000m，则第一段套管的段长为L 1 =3574-3000=574m 4.校核第一段套管的安全系数：
11-1 解1）由公式可知： 轮齿的工作应力不变，则则，若，该齿轮传动能传递的功率 11-2解由公式 可知，由抗疲劳点蚀允许的最大扭矩有关系： 设提高后的转矩和许用应力分别为、 当转速不变时，转矩和功率可提高 69%。 11-3解软齿面闭式齿轮传动应分别验算其接触强度和弯曲强度。（ 1）许用应力查教材表 11-1小齿轮45钢调质硬度：210～230HBS取220HBS；大齿轮ZG270-500正火硬度：140～170HBS，取155HBS。 查教材图 11-7， 查教材图 11-10 , 查教材表 11-4取， 故： （ 2）验算接触强度，验算公式为：
其中：小齿轮转矩 载荷系数查教材表11-3得齿宽 中心距齿数比 则： 、，能满足接触强度。 （ 3）验算弯曲强度，验算公式： 其中：齿形系数：查教材图 11-9得、 则： 满足弯曲强度。 11-4解开式齿轮传动的主要失效形式是磨损，目前的设计方法是按弯曲强度设计，并将许用应力降低以弥补磨损对齿轮的影响。 （ 1）许用弯曲应力查教材表11-1小齿轮45钢调质硬度：210～230HBS取220HBS；大齿轮 45钢正火硬度：170～210HBS，取190HBS。查教材图11-10得 ,
查教材表 11-4 ，并将许用应用降低30% （ 2）其弯曲强度设计公式： 其中：小齿轮转矩 载荷系数查教材表11-3得取齿宽系数 齿数，取齿数比 齿形系数查教材图 11-9得、 因 故将代入设计公式 因此 取模数中心距 齿宽 11-5解硬齿面闭式齿轮传动的主要失效形式是折断，设计方法是按弯曲强度设计，并验算其齿面接触强度。
《机械设计基础》试题七答案 一、填空(每空1分，共20分) 1、渐开线标准直齿圆柱齿轮传动，正确啮合条件是模数相等，压力角相等。 2、凸轮机构的种类繁多，按凸轮形状分类可分为：盘形凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮__________ 3、V带传动的张紧可采用的方式主要有：调整中心距和张紧轮装置。 4、齿轮的加工方法很多，按其加工原理的不同，可分为范成法和仿形法。 5、平面四杆机构中，若各杆长度分别为a=30, b=50, c=80，d=90,当以a为机架，则该四杆机构为双曲柄机构。 6、凸轮机构从动杆的运动规律，是由凸轮轮廓曲线所决定的。 7、被联接件受横向外力时，如采用普通螺纹联接，则螺栓可能失效的形式为—拉断。 二单项选择题(每个选项0.5分，共20分) ( )1、一对齿轮啮合时，两齿轮的 c _________ 始终相切。 (A) 分度圆(B) 基圆(C) 节圆(D) 齿根圆 ()2、一般来说，__a ______________ 更能承受冲击，但不太适合于较高的转速下工作。 (A) 滚子轴承(B) 球轴承(C) 向心轴承(D) 推力轴承 ( )3、四杆机构处于死点时，其传动角丫为A _____________ 。 (A) 0°(B) 90 °(C)Y >90°( D) 0° （）5、如图所示低碳钢的曲线，，根据变形发生的特点，在塑性变形阶段的强化 阶段（材料恢复抵抗能力）为图上__C __________ 段。 (A) oab (B) bc (C) cd (D) de （）6、力是具有大小和方向的物理量，所以力是_d ____ 。 （A）刚体（B）数量（C）变形体（D）矢量 （）7、当两轴距离较远，且要求传动比准确，宜采用 （A）带传动（B）—对齿轮传动（C）轮系传动（D）螺纹传动 （）8、在齿轮运转时，若至少有一个齿轮的几何轴线绕另一齿轮固定几何轴线转动, 轮系称为 a ________________ 。 （A）行星齿轮系（B）定轴齿轮系（C）定轴线轮系（D）太阳齿轮系 （）9、螺纹的a ______________ 被称为公称直径。 （A）大径（B）小径（C）中径（D）半径 （）10、一对能满足齿廓啮合基本定律的齿廓曲线称为__D_____________ 。 （A）齿轮线（B）齿廓线（C）渐开线（D）共轭齿廓 （B ）11、在摩擦带传动中 ________ 是带传动不能保证准确传动比的原因，并且是不可避 免的。 （A）带的打滑（B）带的弹性滑动（C）带的老化（D）带的磨损 （D ）12、金属抵抗变形的能力，称为____ 。 （A）硬度（B）塑性（C）强度（D）刚度 （B ）13、凸轮轮廓与从动件之间的可动连接是 B 。 （A）转动副（B）高副（C）移动副（D）可能是高副也可能是低副 （B ）14、最常用的传动螺纹类型是_c _____ 。 （A）普通螺纹（B）矩形螺纹（C）梯形螺纹（D）锯齿形螺纹 （）15、与作用点无关的矢量是_c ______ 。 （A）作用力（B）力矩（C）力偶（D）力偶矩 （）16、有两杆，一为圆截面，一为正方形截面，若两杆材料，横截面积及所受载荷相同, 长度不同，则两杆的_c—不同。 （A）轴向正应力b （B）轴向线应变& （C）轴向伸长厶I （D）横向线应变 1 表A-1 钻井工程课程设计任务书 2 一、地质概况29： 3 井别：探井井号：设计井深：3265m 目的层： 4 当量密度为：g/cm3 表 A-2设计系数 5 6 7 石工专业石工（卓越班）1201班学生姓名：木合来提.木哈西8 9 10 图 A-1 地层压力和破裂压力 11 12 13 14 一．井身结构设计 1.由于该井位为探井，故中间套管下深按可能发生溢流条件确定必封点深度。 15 16 由图A-1得，钻遇最大地层压力当量密度ρpmax=1.23g/cm3，则设计地层破裂压力当17 量密度为：ρfD=1.23+0.024+3245/H1×0.023+0.026. 18 试取H1=1500m，则ρfD=1.23+0.024+2.16×0.023+0.026=1.33 g/cm3, 19 ρf1400=1.36 g/cm3 > ρfD 且相近，所以确定中间套管下入深度初选点为H1=1500m。 20 验证中间套管下入深度初选点1500m是否有卡钻危险。 21 从图A-1知在井深1400m处地层压力梯度为1.12 g/cm3以及320m属正常地层压力，22 该井段内最小地层压力梯度当量密度为1.0 g/cm3。 23 ΔPN=0.00981×(1.10+0.024-1.0)×320=0.389<11MPa 24 所以中间套管下入井深1500m无卡套管危险。 25 水泥返至井深500m。 26 2.油层套管下入J层13-30m，即H2=3265m。 27 校核油层套管下至井深3265m是否卡套管。 28 从图A-1知井深3265m处地层压力梯度为1.23 g/cm3，该井段内的最小地层压力梯度29 为1.12g/cm3，故该井段的最小地层压力的最大深度为2170m。 30 Δpa=0.00981×（1.23+0.024-1.12）×2170=2.85Mpa<20 Mpa 31 所以油层套管下至井深3265m无卡套管危险。 32 水泥返至井深2265m。 《机械设计基础》试题 一、选择题：本大题共10个小题，每小题1.5分，共15分。 1.通常情况下蜗杆传动中蜗杆和蜗轮的轴线交错角为（）度。 a）20 b）30 c）60 d）90 2. 渐开线标准直齿圆柱齿轮（短齿）的齿顶高系数为（），顶隙系数为（）。 a）1，0.1 b）0.8，0.2 c）0.8，0.3 d）1，0.25 3. 渐开线斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件是（） a）模数相等 b）压力角相等 c）模数和压力角分别相等且为标准值 d）a，b，c都不对 4.用齿条形刀具加工标准直齿圆柱齿轮,当压力角为20°,齿顶系数为1时,不根切的最少齿数是多少?（） a） 15 b）16 c） 17 d）18 5.对于普通螺栓联接，在拧紧螺母时，螺栓所受的载荷是( )。 a）拉力 b）扭矩 c）压力 d）拉力和扭拒 6.调节机构中，如螺纹为双头，螺距为3mm，为使螺母沿轴向移动9mm，螺杆应转( ) 转。 a）3 b）4 c）5 d）1.5 7.根据（）选择键的结构尺寸：b×h。 a）扭矩； b）单向轴向力；c）键的材料；d）轴的直径。 8.下列铰链四杆机构中，能实现急回运动的是( )。 a）双摇杆机构 b）曲柄摇秆机构 c）双曲柄机构 9.设计V带传动时，控制带的最大线速度不要过大，其主要目的是为了( )。 a）使带的拉应力不致于过大 b）使带的弯曲应力不致于过大 c）使带的离心应力不致于过大 10.带传动作减速传动时，带的最大应力等于( )。 a）σ1+σb1+σc b）σ1+σb2+σc c）σ2+σb1+σc d）σ2+σb2+σc 二、填空题：每空0.5分，共11分。 1.螺纹按照其用途不同，一般可分为________和________。 2.对于渐开线齿轮，通常所说的齿形角是指________上的吃形，该齿形角已经标准化了， 设计举例： 例题：某井177.8 mm(7 英寸)油层套管下至3500 m ，下套管时的钻井液密度为1.303 /cm g ，水泥返至2800 m ，预计井内最大内压力 35 MPa ，试设计该套管柱 （规定最小段长500 m ）。规定的安全系数：Sc=1.0，Si = 1.1，St =1.8 解：（1）计算最大内压力，筛选符合抗内压要求的套管 抗内压强度设计条件为： 筛选套管： C-75，L-80，N-80，C-90，C-95，P-110 按成本排序： N-80 < C-75 < L-80 < C-90< C-95< P-110 （2）按抗挤设计下部套管段，水泥面以上双向应力校核 1）计算最大外挤力， 选择第一段套管 Pa D p m oc 5.4463535003.181.981.9max =??==ρ 1oc c c p S p ?≤ 5.446350.15.4463548401=?≥ 安全 2）选择第二段套管 选低一级套管，第一段抗拉强度校核 22oc c c p S p ?≤ 229.81m c c D S p ρ?≤ 2237301 29259.819.81 1.3 1.0 c m c p D m S ρ≤ ==?? 第二段套管可下深度D 2，第一段套管长度L 1 取D 2=2900m (留有余量) m D D L 60029003500211=-=-= 双向应力强度校核，最终确定D 2和L 1 D 2 =2900 m ＞2800 m ，超过水泥面，考虑双向应力 危险截面：水泥面2800m 处 浮力系数：834.085 .73.111=-=-=s m f K ρρ 轴向拉力： ()()水泥面11222800 0.8340.42346000.379529002800243.2m B F K q L q D kN ??=+-?? ??=??+?-=?? 存在轴向拉力时的最大限度允许抗外挤强度： 水泥面 22 2243.21.030.7437301 1.030.74354922686.7m ca c s F p p kPa F ?? ??=-=?-= ? ? ??? ?? 2280035492 0.9919.81 1.32800 ca C oc p S p '= == 1.0 安全 水泥胶结面处 套管2： 危险截面 2700 m 处，Sc = 1.02 > 1.0 安全 两段套管交接处 试取D 2 = 2700 m ，L 1 = 800m 计算套管抗拉安全系数：112655.6 7.84 1.80.4234800 sll t a F S F '= ==>? 安全 最终结果：D 2 = 2700 m ，L 1 = 800m 3）选择第三段套管； 轴向拉力：() 211223 m B F K q L q D D ??=+-?? 存在轴向拉力时的最大限度允许抗外挤强度： 2333 23 3 1.030.74 1.09.81m c s ca c ccD m F p F p S p D ρ? ? - ?? ? '= =≥ 试算法，取 D3 =1700 m , 计算得 Sc= 1.03 计算第二段顶部的抗拉安全系数 () ()211223 0.42348000.379427001700718a F q L q D D kN =+-=?+?-= 教学日历 《机械设计基础》（80 学时）课程学习指南 一、基本情况 1 、课程名称：机械设计基础 课程英文译名：MACHINE DESIGN BASIS 2 、主要教材及参考书： 《机械设计基础》，宋宝玉主编，哈工大出版社出版。 《机械设计课程设计》，王连明主编，哈工大出版社。 《机械设计作业指导》，陈铁鸣、王连明主编，哈工大教材科。 《机械基础实验教材》，哈工大教材科 3 、教学时数80 学时（讲课：68 学时、习题课：2 学时、实验10 学时） 4 、考核方式及记分办法：平时作业10 分 实验10 分 随堂测试10 分 期末考试70 分 二、作业与实验 1、每章后的习题与作业 各主要章的课后习题作业有： 第一章：P3 ：1-1 题。 第二章：P48~49 ：2-14 ，2-24 （ a ）(c),2-25 题。 第三章：P67 ：3-10 ，3-12 ，3-15 题。 第四章：P83 ：4-9 题。 第五章：P103 ：5-9 题。 第六章：P136 ：6-12 ，6-13 ，6-14 ，6-15 题。 第七章：P149 ：7-9 ，7-10 题。 第八章：P160~161 ：8-5 ，8-10 题。 第九章：P170 ：9-4 题。 第十章：P194 ：10-13 ，10-14 ，10-15 题。 第十一章：P211~212 ：11-5 ，11-9 ，11-11 题。 第十二章：P230 ：12-1 ，12-4 ，12-5 题。 第十三章：P247 ：13-5 题。 第十四章：P256 ：14-4 题。 第十五章：P267 ：15-1 题。 2、设计性大作业 ? 平面四杆机构设计 ? 盘形凸轮机构设计 ? 齿轮传动设计 ? 螺旋起重器设计 ? 轴系部件设计 共五个设计性大作业，每个大作业都包括设计图纸一张和设计计算说明书一份。 3、实验 ①机构运动简图测绘实验（2h ）； ②齿轮范成实验（2h ）； ③带传动实验（2h ）； ④轴承部件拆装测绘实验（4h ）； 每个实验项目都有实验指导书。 实验报告要用学校统一印制的封面和实验报告纸书写，并装订成册。 ` 三、各章的主要内容、基本要求、重点与难点（按教学日历顺序） 第一章绪论（1h） 内容及基本要求： ? 掌握课程的研究对象和内容，本课程的性质和任务，本课程的学习方法。 ? 掌握机械的组成。 第二章机械设计概论（9h） 内容及基本要求： 1) 掌握机械设计的基本要求、一般过程。 2) 机械零件的主要失效形式和设计准则。机械零件的结构工艺性。 3 ）了解互换性的基本概念及作用，公差、偏差、配合的基本概念及选用原则，误差、精度的基本概念。 4 ）掌握尺寸公差与配合的选用与标注。 5 ）掌握表面粗糙度的选用与标注。 6) 掌握形位公差的选用与标注。 7 ）掌握有关机构组成中的构件、运动副、运动链及机构等概念，掌握机械运动简图的绘制。 8 ）掌握机构自由度的计算和机构具有确定运动的条件。 9 ) 掌握速度瞬心在机构分析中的应用。 10 ）了解现代设计方法 重点与难点： 钢的热处理方法及应用；各种公差、粗糙度的选用；机构自由度的计算。 第三章平面连杆机构（4h） 内容及基本要求： 1 ）掌握平面四杆机构的类型，压力角、传动角、死点位置等概念。 2 ）掌握平面四杆机构的演化，平面四杆机构的设计。 备注：该模板仅供参考，不一致之处请以教材或设计手册为准！机械设计基础课程设计 设计说明书 （指导手册） 设计题目： 学院 系 专业 设计者： 指导教师： 年月日 安徽工业大学 目录 目录 (1) 1.设计任务书 (2) 2.电动机的选择计算 (3) 3.传动装置高、低速轴的转速、转矩与效率计算······························· 4.传动皮带和齿轮零件的设计计算·········································· 5.轴的设计计算··························································· 6.滚动轴承的选择与寿命计算··············································· 7.键联接的选择和验算····················································· 8.联轴器的选择···························································参考文献································································· 1.机械设计基础课程设计任务书（16开复印） 课程设计题目：胶带运输机的传动装置设计 课程设计内容：单级圆柱直齿轮减速器 设计题号： 姓名：学号： 已知条件（见分配给每个学号的数据表）： 1输送带工作拉力F= kN； 2输送带工作速度：V= m/s； （允许输送带速度误差为±5%）； 3滚筒直径D= mm； 4滚筒效率ηw=0.96（包括滚筒轴承的效率损失） 工作条件：见下表； 设计工作量： ①减速器装配图一张（A1号图幅，绘三视图。注意图面布置，使其饱满均匀。 技术特性、技术条件、标题拦书写必须规范）；（参考手册P250图19-4和P265图19-16，不同1斜齿轮变直齿轮，2轴承为深沟球轴承，3自己计算尺寸，主要检查齿轮中心矩 a、总体尺寸、配合尺寸、明细表对应） 高温高压井管柱设计和分析软件– WellCat WellCat可为管柱设计提供一体化设计和分析解决方案。WellCat解决了管柱设计学科中的最复杂问题，即精确预测井下温度、压力剖面、管柱载荷和由之引起的位移等难题。在Windows操作环境下的Wellcat软件由5个可独立运行的模块（Drill钻井、Pro开发、Casing套管、Tube油管、Multistring多管串）组成。 对高温高压油井不采用WellCat进行设计的潜在危险是，由于环空流体膨胀可能造成管柱失效，造成井漏和井喷，考虑到油藏的油气损失、勘探和开发费用以及对健康安全和环境（HSE）的影响。 该软件主要解决常温套管设计软件所不能解决的如下管柱设计中的最复杂的难题： ①水下油井的环空热膨胀是否会引起套管损坏――内层管柱挤毁，外层管柱崩裂？ ②由温度、压力产生的对整个套管和油管系统的载荷会不会引起井口移位运动及载荷的重新分布？ ③如何消除套管和油管的弯曲，或将其限制在一定的范围内？ ④在深井钻井过程中，套管在未凝固的水泥是否弯曲，在采油过程中，如何避免这类问题？ ⑤小排量的反循环顶替封隔液对油管是起加热还是冷却作用？ ⑥在确保安全和可靠的前提下，有没有大幅度降低管材成本的途径？ 解决以上问题，需要解决三大重点问题，这也是WELLCAT所具有的三大主要功能： 功能之一：精确模拟井的生命周期中任何时刻时的井下温度场与压力场 功能之二：分析各种工况下管柱的受力情况，完成三轴应力校核 功能之三：模拟流体膨胀与管柱变形情况，计算由此而来的附加载荷 WELLCAT具有五个独立的模块，分别是：Drill钻井、Pro开发、Casing套管、Tube 油管、Multistring多管串。 ?瞬态及稳态分析 ?在分析热交换过程中，考虑井眼周围一定范围内的地层温度的变化，提高了温度模拟精度 《机械设计基础》 课程设计 船舶与海洋工程2013级1班第3组 组长：xxx 组员：xxx xxx xxx 二〇一五年六月二十七日 《机械设计基础》课程设计 说明书 设计题目：单级蜗轮蜗杆减速器 学院：航运与船舶工程学院 专业班级：船舶与海洋工程专业一班学生姓名： xxx 指导老师： xxx 设计时间： 2015-6-27 重庆交通大学航运与船舶工程学院2013级船舶与海洋工程 《机械设计基础》课程设计任务书 1. 设计任务 设计某船舶锚传动系统中的蜗杆减速器及相关传动。 2. 传动系统参考方案（见下图） 锚链输送机由电动机驱动。电动机1通过联轴器2将动力传入单级蜗杆减速器3，再通过联轴器4，将动力传至输送锚机滚筒5，带动锚链6工作。 锚链输送机传动系统简图 1——电动机；2——联轴器；3——单级蜗杆减速器； 4——联轴器；5——锚机滚筒；６——锚链 3. 原始数据 设锚链最大有效拉力为F(N)=3000 N，锚链工作速度为v= m/s，锚链滚筒直径为d=280 mm。 4. 工作条件 锚传动减速器在常温下连续工作、单向运动；空载起动，工作时有中等冲击；锚链工 作速度v的允许误差为5%；单班制（每班工作8h）,要求减速器设计寿命8年，大修期为3年，小批量生产；三相交流电源的电压为380/220V。 5. 每个学生拟完成以下内容 （1）减速器装配图1张（A1号或A0号图纸）。 （2）零件工作图2~3张（如齿轮、轴或蜗杆等）。 （3）设计计算说明书1份（约6000~8000字）。 目录 1、运动学和动力学的计算 0 2、传动件的设计计算 (3) 3、蜗杆副上作用力的计算 (7) 4、减速器箱体的主要结构尺寸 (8) 5、蜗杆轴的设计计算 (9) 6 、键连接的设计 (13) 7、轴及键连接校核计算 (13) 8、滚动轴承的寿命校核 (16) 9、低速轴的设计与计算 (17) 10、键连接的设计 (20) 11、润滑油的选择 (20) 12、附件设计 (21) 13、减速器附件的选择 (22) 参考文献： (24) 教学日历 《机械设计基础》（ 80 学时）课程学习指南 一、基本情况 1 、课程名称：机械设计基础 课程英文译名： MACHINE DESIGN BASIS 2 、主要教材及参考书： 《机械设计基础》，宋宝玉主编，哈工大出版社出版。 《机械设计课程设计》，王连明主编，哈工大出版社。 《机械设计作业指导》，陈铁鸣、王连明主编，哈工大教材科。 《机械基础实验教材》，哈工大教材科 3 、教学时数 80 学时（讲课： 68 学时、习题课： 2 学时、实验 10 学时） 4 、考核方式及记分办法：平时作业 10 分 实验 10 分 随堂测试 10 分 期末考试 70 分 二、作业与实验 1、每章后的习题与作业 各主要章的课后习题作业有： 第一章： P3 ： 1-1 题。 第二章： P48~49 ： 2-14 ， 2-24 （ a ） (c),2-25 题。 第三章： P67 ： 3-10 ， 3-12 ， 3-15 题。 第四章： P83 ： 4-9 题。 第五章： P103 ： 5-9 题。 第六章： P136 ： 6-12 ， 6-13 ， 6-14 ， 6-15 题。 第七章： P149 ： 7-9 ， 7-10 题。 第八章： P160~161 ： 8-5 ， 8-10 题。 第九章： P170 ： 9-4 题。 第十章： P194 ： 10-13 ， 10-14 ， 10-15 题。 第十一章： P211~212 ： 11-5 ， 11-9 ， 11-11 题。 第十二章： P230 ： 12-1 ， 12-4 ， 12-5 题。 第十三章： P247 ： 13-5 题。 第十四章： P256 ： 14-4 题。 第十五章： P267 ： 15-1 题。 2、设计性大作业 ?平面四杆机构设计 ?盘形凸轮机构设计 ?齿轮传动设计 ?螺旋起重器设计 ?轴系部件设计 共五个设计性大作业，每个大作业都包括设计图纸一张和设计计算说明书一份。 3、实验 ①机构运动简图测绘实验（ 2h ）； ②齿轮范成实验（ 2h ）；最新钻井工程课程设计
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