常用力学计算公式.docx

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1、设计过程及计算一、提升装置提升力（伸长力）计算因活塞两侧受力面积相等，所以，FF22）提升伸长PAP0.25 （ DD21 35MPa0.25 3.14 (166 2-95.5 2)mm2 506522N506.5KNF 提升 500KN，满足设计要求。式中：P：提升装置额定工作压力，取35MPaF 提升：提升装置额定提升力，单位NF 伸长：提升装置额定伸长力，单位N2A：受力面积 , 单位 mmD1：受力面外径，为166mmD2：受力面内径，为95.5mm二、传压管耐压强度校核1、传压管抗内压强度校核根据套管（ D/ 14）抗内压计算公式P2ns，得DPD35 1832n s4.4(mm)

2、，2 0.875 835小于实际设计壁厚8.5mm，满足抗内压强度要求。式中：Pmax：管内最高工作压力，单位MPa，此处取 Pmax 35MPaD：管外径，单位mm s：材料屈服极限，单位 MPa，材料为 35CrMo，取 s =835MPa P：管子抗内压强度的压力，单位 MPa，n：安全系数，一般按壁厚的12.5%的负公差，取 n 0.8752、传压管抗外压强度校核根据套管（ D/ 14）抗外压计算公式 Pn s ( 2.5030.046) ，得D / D ( P0.046) / 2.503 7.44mmns小于实际设计壁厚8.5mm，满足抗外压强度要求。式中：Pmax：管内最高工作压力

3、，单位MPa，此处取 Pmax 35 MPaD：管外径，单位mm s：材料屈服极限，单位 MPa，材料为 35CrMo，取 s =835MPa P：管子抗外压强度的压力，单位 MPa，n：安全系数，取n 0.75三、下壳体耐压强度校核1、下壳体抗内压强度校核根据套管（ D/ 14）抗内压计算公式P2ns，得DPD35 2052n s4.91(mm) ，2 0.875 835小于实际设计壁厚10mm，满足抗内压强度要求。式中：Pmax：管内最高工作压力，单位MPa，此处取 Pmax 35MPaD：管外径，单位mm s：材料屈服极限，单位 MPa，材料为 35CrMo，取 s=835MPa P：管

4、子抗内压强度的压力，单位 MPa，n：安全系数，一般按壁厚的12.5%的负公差，取 n 0.8752、下壳体抗外压强度校核根据套管（ D/ 14）抗外压计算公式 Pn s ( 2.5030.046) ，得D / D ( P0.046) / 2.503 8.34mmns小于实际设计壁厚10mm，满足抗外压强度要求。式中：Pmax：管内最高工作压力，单位MPa，此处取 Pmax 35MPaD：管外径，单位mm s：材料屈服极限，单位 MPa，材料为 35CrMo，取 s=835MPa P：管子抗外压强度的压力，单位 MPa，n：安全系数，取n 0.75四、提升装置上顶安全性校核根据管柱及井口装置结

5、构，当提升装置伸长使管柱上顶是，上顶力通过油管挂作用在采油树上，所以根据采油树法兰与井口装置连接处螺栓强度进行强度校核。螺栓参数表材质名称45数量12极限强度 b（MPa）600大径 D（mm）48屈服强度 s（MPa）355中径 d2（ mm）46.051结合圈数（ mm）10小径 d1（ mm）44.752螺纹类型普通轴向力 F（KN）1350线数1导程3牙型角 （）60滑动摩擦系数 f0.11注：以上数据来自机械设计手册及金石采油树结构图。当采油树法兰与井口装置连接处承受最大上顶力时，每根螺栓承受的上顶力为：F每根F伸长506500N42208N12121、螺纹副抗挤压强度校核根据抗挤压

6、强度计算要求F p ,pAF每根4220818(MPa )挤压应力 p3.1446.0510.5413A10ps355MPa178MPa许用挤压应力 S2因pp ，所以，满足抗挤压强度校核。式中：p：挤压应力，单位MPa p ：许用挤压应力，单位MPaS：安全系数 , 静载荷工况下， S=21.3 ，此处取 S22A：挤压面积，单位mm，A= d2 hzh：螺纹工作高度，单位 mm, h=5 3 P0.541P （普通螺纹）162、螺纹副抗剪切强度校核因为当外螺纹与内螺纹材质相同时，公螺纹首先破坏，所以这里只对外螺纹进行强度校核。由 0.6 ， S得， 107MPaS公螺纹所受剪切应力为：F4

7、2208d1 bz13( MPa )3.14 44 .752 0.75 3 10 ，满足剪切强度要求。式中： ：许用剪切应力，单位MPa ：许用拉应力，单位MPa：剪切应力，单位MPab：螺纹牙底宽度，单位mm，b=0.75p （普通螺纹）S：安全系数，静载荷工况下，S=21.3 ，此处取 S2综上所述，当采油树法兰与井口装置连接处承受最大上顶力时，螺栓连接强度满足强度要求。五、零件 1（上接头）与零件2（上壳体）连接处螺纹副强度校核螺纹副参数表材质名称35CrMo螺距 p（mm）3极限强度 b（MPa）980大径 D（mm）135屈服强度 s（MPa）835中径 d2（ mm）133.051

8、结合圈数（ mm）13小径 d1（ mm）131.752螺纹类型普通轴向力 F（KN）1000线数1导程3牙型角 （）60滑动摩擦系数 f0.11注：以上数据来自机械设计手册及提升装置工程图。1、螺纹副抗挤压强度校核根据抗挤压强度计算要求F p ,pA挤压应力F1000000113(MPa )p3.14133.0510.5413A13ps835MPaMPa许用挤压应力 380S 2.2因 p p ，所以，满足抗挤压强度校核。式中：p：挤压应力，单位MPa p ：许用挤压应力，单位MPaS：安全系数 ,因sb835MPa（对于塑性材料，s=0.45 0.5 ，S=1.2980MPa0.85b1.

9、5 ；s=0.55 0.7 ， S=1.41.8 ；s=0.7 0.9 ，S=1.72.2 ），此处取 Sbb2.22A：挤压面积，单位mm，A= d2 hzh：螺纹工作高度，单位 mm, h=5 3 P0.541P （普通螺纹）162、螺纹副抗剪切强度校核因为当外螺纹与内螺纹材质相同时，外螺纹首先破坏，所以这里只对外螺纹进行强度校核。由 0.6 ， S得， 167MPaS公螺纹所受剪切应力为：F100000083(MPa )d1bz3.14131.7520.75313 ，满足剪切强度要求。式中： ：许用剪切应力，单位MPa ：许用拉应力，单位MPa：剪切应力，单位MPab：螺纹牙底宽度，单位

10、mm，b=0.75p （普通螺纹）S：安全系数，一般取S35，此处取 S=33、螺纹副自锁性能校核螺旋升角：a tan Sa tan np0.41d2d2fa tan( fv ) 7.24当量摩擦角：va tancosv ，满足自锁性能要求。式中：螺旋升角，在中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋线轴线的平面的夹角，单位度v ：当量摩擦角，单位度：牙型斜角，螺纹牙型的侧边与螺纹轴线的垂直平面的夹角，对称牙型2fv ：螺旋副的当量摩擦系数，无量纲，f vfcos六、零件 6（连接接头）与零件8（上连接体）连接处螺纹副强度校核螺纹副参数表材质名称35CrMo螺距 p（mm）3极限强度 b（MPa）9

11、80大径 D（mm）170屈服强度 s（MPa）835中径 d2（ mm）168.051结合圈数（ mm）15小径 d1（ mm）166.752螺纹类型普通轴向力 F（KN）1000线数1导程3牙型角 （）60滑动摩擦系数 f0.11注：以上数据来自机械设计手册及提升装置工程图。1、螺纹副抗挤压强度校核根据抗挤压强度计算要求F p ,pA挤压应力F100000078( MPa )p3.14168.0510.5413A15ps835MPaMPa许用挤压应力 380S 2.2因 p p ，所以，满足抗挤压强度校核。式中：p：挤压应力，单位MPa p ：许用挤压应力，单位MPaS：安全系数 ,因sb

12、835MPa0.85（对于塑性材料，s=0.45 0.5 ，S=1.2980MPab1.5 ；s=0.55 0.7 ， S=1.41.8 ；s=0.7 0.9 ，S=1.72.2 ），此处取 Sbb2.22A：挤压面积，单位mm，A= d2 hz5 3h：螺纹工作高度，单位mm, h=P0.541P （普通螺纹）2、螺纹副抗剪切强度校核因为当外螺纹与内螺纹材质相同时，外螺纹首先破坏，故这里只对外螺纹进行强度校核。由 0.6 ， S得， 167MPaS公螺纹所受剪切应力为：F100000057( MPa )d1bz3.14166.7520.75315 ，满足剪切强度要求。式中： ：许用剪切应力，

13、单位MPa ：许用拉应力，单位MPa：剪切应力，单位MPab ：螺纹牙底宽度，单位 mm，b=0.75p （普通螺纹）S ：安全系数，一般取 S35，此处取 S=3 3、螺纹副自锁性能校核螺旋升角：a tan Sa tan np0.33d2d2a tanf当量摩擦角：va tan( fv ) 7.24cosv ，满足自锁性能要求。式中：螺旋升角，在中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋线轴线的平面的夹角，单位度v ：当量摩擦角，单位度：牙型斜角，螺纹牙型的侧边与螺纹轴线的垂直平面的夹角，对称牙型2f v ：螺旋副的当量摩擦系数，无量纲，f vfcos七、零件 8（上连接体）与零件12（下壳体）连

14、接处螺纹副强度校核螺纹副参数表材质名称35CrMo螺距 p（mm）3极限强度 b（MPa）980大径 D（mm）190屈服强度 s（MPa）835中径 d2（ mm）188.051结合圈数（ mm）13小径 d （ mm）186.7521螺纹类型普通轴向力 F（KN）1000线数1导程3牙型角 （）60滑动摩擦系数 f0.11注：以上数据来自机械设计手册及提升装置工程图。1、螺纹副抗挤压强度校核根据抗挤压强度计算要求F p ,pA挤压应力F100000080(MPa )p3.14188.0510.5413A13ps835MPaMPa许用挤压应力 380S 2.2因 p p ，所以，满足抗挤压强

15、度校核。式中：p：挤压应力，单位MPa p ：许用挤压应力，单位MPaS：安全系数 ,因sb835MPa0.85（对于塑性材料，s=0.45 0.5 ，S=1.2980MPab1.5 ；s=0.55 0.7 ， S=1.41.8 ；s=0.7 0.9 ，S=1.72.2 ），此处取 Sbb2.22A：挤压面积，单位mm，A= d2 hzh：螺纹工作高度，单位 mm, h=5 3 P0.541P （普通螺纹）162、螺纹副抗剪切强度校核因为当外螺纹与内螺纹材质相同时，外螺纹首先破坏，故这里只对外螺纹进行强度校核。由 0.6 ， S得， 167MPaS公螺纹所受剪切应力为：F100000058(

16、MPa )d1bz3.14186.7520.75313 ，满足剪切强度要求。式中： ：许用剪切应力，单位MPa ：许用拉应力，单位MPa ：剪切应力，单位MPab：螺纹牙底宽度，单位mm，b=0.75p （普通螺纹）S：安全系数，一般取S35，此处取 S=33、螺纹副自锁性能校核螺旋升角：a tan Sa tan np0.29d2d 2当量摩擦角：va tanfa tan( fv ) 7.24cosv ，满足自锁性能要求。式中：螺旋升角，在中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋线轴线的平面的夹角，单位度v ：当量摩擦角，单位度：牙型斜角，螺纹牙型的侧边与螺纹轴线的垂直平面的夹角，对称牙型2f v

17、 ：螺旋副的当量摩擦系数，无量纲，f vfcos八、零件 12（下壳体）与零件15（下连接体）连接处螺纹副强度校核因螺纹副材质及规格与“零件 8（上连接体）与零件 12（下壳体）连接处螺纹副”相同，所以强度校核过程同“五、零件 8（上连接体）与零件 12（下壳体）连接处螺纹副强度校核”一节。九、零件 15（下连接体）与零件19（下封头）连接处螺纹副强度校核轴向力计算： FP( D 22D12 )0.25 3.14 35 (170295.52 ) 543449( N )4D2：受力面外径，单位mmD1：受力面内径，单位mm螺纹副参数表材质名称35CrMo螺距 p（mm）3极限强度 b（MPa）9

18、80大径 D（mm）185屈服强度 s（MPa）835中径 d2（ mm）183.051结合圈数（ mm）13小径 d （ mm）181.7521螺纹类型普通轴向力 F（KN）543.449线数1导程3牙型角 （）60滑动摩擦系数 f0.11注：以上数据来自机械设计手册及提升装置工程图。1、螺纹副抗挤压强度校核根据抗挤压强度计算要求F p ,pA挤压应力F54344945( MPa )p3.14183.0510.5413A13ps835MPaMPa许用挤压应力 380S 2.2因 p p ，所以，满足抗挤压强度校核。式中：p：挤压应力，单位MPa p ：许用挤压应力，单位MPaS：安全系数 ,

19、因sb835MPa0.85（对于塑性材料，s=0.45 0.5 ，S=1.2980MPab1.5 ；s =0.55 0.7 ， S=1.41.8 ；s=0.7 0.9 ，S=1.72.2 ），此处取 Sbb2.22A：挤压面积，单位mm，A= d2 hz5 3h：螺纹工作高度，单位mm, h=P0.541P （普通螺纹）2、螺纹副抗剪切强度校核因为当外螺纹与内螺纹材质相同时，外螺纹首先破坏，故这里只对外螺纹进行强度校核。由 0.6 ， S得， 167MPaS公螺纹所受剪切应力为：F45344933( MPa )d1bz3.14181.7520.75313 ，满足剪切强度要求。式中： ：许用剪切

20、应力，单位MPa ：许用拉应力，单位MPa：剪切应力，单位MPab ：螺纹牙底宽度，单位 mm，b=0.75p （普通螺纹）S：安全系数，一般取S35，此处取 S=33、螺纹副自锁性能校核螺旋升角：a tan Sa tan np0.3d2d 2当量摩擦角：va tanfa tan( fv ) 7.24cosv ，满足自锁性能要求。式中：螺旋升角，在中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋线轴线的平面的夹角，单位度v ：当量摩擦角，单位度：牙型斜角，螺纹牙型的侧边与螺纹轴线的垂直平面的夹角，对称牙型2f v ：螺旋副的当量摩擦系数，无量纲，f vfcos十、零件 13（活塞）与零件16（下中心管）连

21、接处螺纹副强度校核螺纹副参数表材质名称35CrMo螺距 p（mm）3极限强度 b（MPa）980大径 D（mm）100屈服强度 s（MPa）835中径 d （ mm）98.0512结合圈数（ mm）14小径 d1（ mm）96.752螺纹类型普通轴向力 F（KN）1000线数1导程3牙型角 （）60滑动摩擦系数 f0.11注：以上数据来自机械设计手册及提升装置工程图。1、螺纹副抗挤压强度校核根据抗挤压强度计算要求F p ,pA挤压应力F1000000143( MPa )p3.1498.0510.5413A14ps835MPaMPa许用挤压应力 380S 2.2因 p p ，所以，满足抗挤压强度

22、校核。式中：p：挤压应力，单位MPa p ：许用挤压应力，单位MPaS：安全系数 ,因sb835MPa0.85（对于塑性材料，s=0.45 0.5 ，S=1.2980MPab1.5 ；s =0.55 0.7 ， S=1.41.8 ；s=0.7 0.9 ，S=1.72.2 ），此处取 Sbb2.22A：挤压面积，单位mm，A= d2 hz5 3h：螺纹工作高度，单位mm, h=P0.541P （普通螺纹）2、螺纹副抗剪切强度校核因为当外螺纹与内螺纹材质相同时，外螺纹首先破坏，故这里只对外螺纹进行强度校核。由 0.6 ， S得， 167MPaS公螺纹所受剪切应力为：F1000000104(MPa

23、)d1bz3.1496.7520.75314 ，满足剪切强度要求。式中： ：许用剪切应力，单位MPa ：许用拉应力，单位MPa：剪切应力，单位MPab：螺纹牙底宽度，单位mm，b=0.75p （普通螺纹）S：安全系数，一般取S35，此处取 S=33、螺纹副自锁性能校核螺旋升角：a tan Sa tan np0.56d2d2a tanf当量摩擦角：va tan( f v ) 7.24cosv ，满足自锁性能要求。式中：螺旋升角，在中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋线轴线的平面的夹角，单位度v ：当量摩擦角，单位度：牙型斜角，螺纹牙型的侧边与螺纹轴线的垂直平面的夹角，对称牙型2f v ：螺旋副的

24、当量摩擦系数，无量纲，f vfcos十一、零件 9（上中心管）与零件 13（活塞）连接处螺纹副强度校核此处螺纹副不承受轴向力。十二、零件 2（传扭管）与零件5（传扭接箍）连接处抗扭强度校核1、键组抗挤压强度校核注：因加工时存在误差，此处仅根据理论挤压面积的75%进行计算。M5000120482( N )挤压力： F0.5 ( 43 50) 10 3R2挤压面积： A=2 7 3575%=367.5(mm)根据抗挤压强度计算要求 pFp ,A挤压应力因无量纲psbF120482328(MPa )A367.5835MPa0.85，所以，取安全系数 S 2980MPaps 835MPa417.5MP

25、a许用挤压应力 S 2因 p p ，所以，满足抗挤压强度校核。式中：F：挤压力，单位NM：额定扭矩，单位NmR：挤压面平均半径，单位mm2A：挤压面积，单位mmp：挤压应力，单位MPa p ：许用挤压应力，单位MPaS：安全系数 , 取 S22A：挤压面积，单位mm2、键组抗剪切强度校核由 0.6 ， S 250.5MPa得，SM5000100000 N )剪切力： F50103R2剪切面积： A=2 253575%=1312.5(mm)剪切应力：F10000076(MPa )A1312.5 ，满足剪切强度要求。式中：F：剪切力，单位NM：额定扭矩，单位NmR：最小剪切半径，单位mm2A：剪切

26、面积，单位mm：剪切应力，单位MPa ：许用剪切应力，单位MPaS：安全系数 , 取 S2十三、零件 2（传扭管）与零件3（上壳体）连接处抗扭强度校核1、键组抗挤压强度校核注：因加工时存在误差，此处仅根据理论挤压面积的75%进行计算。抗挤压强度计算公式为：2T p pzhld m2T25000000163( MPa )p43.545 121.5zhld m 0.8ps835MPa380MPa许用挤压应力 S2因 p p ，所以，键组满足抗挤压强度校核。式中：T：传递转矩，单位N：各齿间载荷不均匀系数，一般取=0.7 0.8 ，齿数多时取偏小值z：花键的齿数l ：齿的工作长度，单位h ：键齿工作

27、高度，单位 p ：花键连接许用挤压应力，单位MPaS：安全系数 , 取 S2dm ：平均直径，单位c：倒角尺寸 , 单位2、键组抗剪切强度校核由 0.6 ， S得， 250.5MPaS2键 1 剪切面积： A1=4 204575%=2700(mm)键 1 剪切力：M500084746 (N )F159R110 3剪切应力： 1F18474631(MPa )A12700 ，键 1 满足剪切强度要求。2键 2 剪切面积： A2=420 8 75%=480(mm)键 2 剪切力：M500098039(N )F251 10 3R2剪切应力： 2F298039204(MPa )A2480 ，键 2 满足

28、剪切强度要求。式中：F：剪切力，单位NM：额定扭矩，单位NmR：最小剪切半径，单位mm2A：剪切面积，单位mm：剪切应力，单位MPa ：许用剪切应力，单位MPaS：安全系数 , 取 S2十四、零件 14（定位卡爪）轴向抗拉强度校核1、最小抗拉面积处抗拉强度校核 s430根据，S238( MPa )1.8最小抗拉面积： A12 57.7 692.4(mm2)F120000拉应力：174MPaA 692.4因 , 所以满足抗拉强度要求。式中：F：轴向拉力，单位N,取 F120000N2A：剪切面积，单位mm：拉应力，单位MPa ：许用拉应力，单位MPaS：安全系数 , 取 S1.82、与零件 13

29、（活塞）连接处螺纹副强度校核螺纹副参数表材质名称65Mn螺距 p（mm）3极限强度 b（MPa）735大径 D（mm）125屈服强度 s（MPa）430中径 d （ mm）123.0512结合圈数（ mm）10小径 d1（ mm）121.752螺纹类型普通轴向力 F（KN）120线数1导程3牙型角 （）60滑动摩擦系数f0.11注：以上数据来自机械设计手册及提升装置工程图。1) 螺纹副抗挤压强度校核根据抗挤压强度计算要求F p ,pA挤压应力F12000019(MPa )p3.14123.0510.5413A10ps430MPaMPa许用挤压应力 238S 1.8因 p p ，所以，螺纹副满足

30、抗挤压强度校核。式中：p：挤压应力，单位MPa p ：许用挤压应力，单位MPaS ：安全系数 ,因sb430MPa735MPa0.59，所以，取 S1.82A ：挤压面积，单位mm，A=d2hzh ：螺纹工作高度，单位 mm, h=5 3 P 0.541P （普通螺纹）162) 、螺纹副抗剪切强度校核因为当外螺纹与内螺纹材质相同时，外螺纹首先破坏，故这里只对外螺纹进行强度校核。由 0.6 ， S得， 86MPaS公螺纹所受剪切应力为：F12000018( MPa )d1bz3.14121.7520.75310 ，满足剪切强度要求。式中： ：许用剪切应力，单位MPa ：许用拉应力，单位MPa ：剪切应力，单位MPab ：螺纹牙底宽度，单位 mm，b=0.75p （普通螺纹）S ：安全系数，一般取 S=35, 此处取 S3 3、螺纹副自锁性能校核螺旋升角：a tan Sa tan np0.56d2d2a tanf当量摩擦角：va tan( f v ) 6.59cosv ，满足自锁性能要求。式中：螺旋升角，在中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋线轴线的平面的夹角，单位度v ：当量摩擦角，单位度：牙型斜角，螺纹牙型的侧边与螺纹轴线的垂直平面的夹角，对称牙型2