常用力學(xué)計算公式

1、設(shè)計過程及計算一、提升裝置提升力（伸長力）計算因活塞兩側(cè)受力面積相等，所以，F(xiàn)提升F伸長PAP0.25（D22 D12）35MPa0.253.14(1662-95.52)mm2506522N506.5KNF提升500KN，滿足設(shè)計要求。式中：l P：提升裝置額定工作壓力，取35MPal F提升：提升裝置額定提升力，單位Nl F伸長：提升裝置額定伸長力，單位Nl A：受力面積,單位mm2l D1：受力面外徑，為166mml D2：受力面內(nèi)徑，為95.5mm二、傳壓管耐壓強(qiáng)度校核1、傳壓管抗內(nèi)壓強(qiáng)度校核根據(jù)套管（D/14）抗內(nèi)壓計算公式，得，小于實際設(shè)計壁厚8.5mm，滿足抗內(nèi)壓強(qiáng)度要求。式中：l

2、 Pmax：管內(nèi)最高工作壓力，單位MPa，此處取Pmax35MPa l D：管外徑，單位mml s：材料屈服極限，單位MPa，材料為35CrMo，取s =835MPal P：管子抗內(nèi)壓強(qiáng)度的壓力，單位MPa，l n：安全系數(shù)，一般按壁厚的12.5%的負(fù)公差，取n0.8752、傳壓管抗外壓強(qiáng)度校核根據(jù)套管（D/14）抗外壓計算公式，得7.44mm小于實際設(shè)計壁厚8.5mm，滿足抗外壓強(qiáng)度要求。式中：l Pmax：管內(nèi)最高工作壓力，單位MPa，此處取Pmax35 MPal D：管外徑，單位mml s：材料屈服極限，單位MPa，材料為35CrMo，取s =835MPal P：管子抗外壓強(qiáng)度的壓力，單

3、位MPa，l n：安全系數(shù)，取n0.75三、下殼體耐壓強(qiáng)度校核1、下殼體抗內(nèi)壓強(qiáng)度校核根據(jù)套管（D/14）抗內(nèi)壓計算公式，得，小于實際設(shè)計壁厚10mm，滿足抗內(nèi)壓強(qiáng)度要求。式中：l Pmax：管內(nèi)最高工作壓力，單位MPa，此處取Pmax35MPa l D：管外徑，單位mml s：材料屈服極限，單位MPa，材料為35CrMo，取s=835MPal P：管子抗內(nèi)壓強(qiáng)度的壓力，單位MPa，l n：安全系數(shù)，一般按壁厚的12.5%的負(fù)公差，取n0.8752、下殼體抗外壓強(qiáng)度校核根據(jù)套管（D/14）抗外壓計算公式，得8.34mm小于實際設(shè)計壁厚10mm，滿足抗外壓強(qiáng)度要求。式中：l Pmax：管內(nèi)最高工

4、作壓力，單位MPa，此處取Pmax35MPal D：管外徑，單位mml s：材料屈服極限，單位MPa，材料為35CrMo，取s=835MPal P：管子抗外壓強(qiáng)度的壓力，單位MPa，l n：安全系數(shù)，取n0.75四、提升裝置上頂安全性校核根據(jù)管柱及井口裝置結(jié)構(gòu)，當(dāng)提升裝置伸長使管柱上頂是，上頂力通過油管掛作用在采油樹上，所以根據(jù)采油樹法蘭與井口裝置連接處螺栓強(qiáng)度進(jìn)行強(qiáng)度校核。螺栓參數(shù)表材質(zhì)名稱45數(shù)量12極限強(qiáng)度b（MPa）600大徑D（mm）48屈服強(qiáng)度s（MPa）355中徑d2（mm）46.051結(jié)合圈數(shù)（mm）10小徑d1（mm）44.752螺紋類型普通軸向力F（KN）1350線數(shù)1導(dǎo)程

5、3牙型角（）60滑動摩擦系數(shù)0.11注：以上數(shù)據(jù)來自機(jī)械設(shè)計手冊及金石采油樹結(jié)構(gòu)圖。當(dāng)采油樹法蘭與井口裝置連接處承受最大上頂力時，每根螺栓承受的上頂力為：1、螺紋副抗擠壓強(qiáng)度校核根據(jù)抗擠壓強(qiáng)度計算要求,擠壓應(yīng)力許用擠壓應(yīng)力p因，所以，滿足抗擠壓強(qiáng)度校核。式中：l p：擠壓應(yīng)力，單位MPal p：許用擠壓應(yīng)力，單位MPal S：安全系數(shù),靜載荷工況下，S=21.3，此處取S2l A：擠壓面積，單位mm2，A=d2hzl h：螺紋工作高度，單位mm, h=（普通螺紋）2、螺紋副抗剪切強(qiáng)度校核因為當(dāng)外螺紋與內(nèi)螺紋材質(zhì)相同時，公螺紋首先破壞，所以這里只對外螺紋進(jìn)行強(qiáng)度校核。由，得，公螺紋所受剪切應(yīng)力為

6、：，滿足剪切強(qiáng)度要求。式中： l ：許用剪切應(yīng)力，單位MPal ：許用拉應(yīng)力，單位MPal ：剪切應(yīng)力，單位MPal b：螺紋牙底寬度，單位mm，b=0.75p（普通螺紋）l S：安全系數(shù)，靜載荷工況下，S=21.3，此處取S2綜上所述，當(dāng)采油樹法蘭與井口裝置連接處承受最大上頂力時，螺栓連接強(qiáng)度滿足強(qiáng)度要求。五、零件1（上接頭）與零件2（上殼體）連接處螺紋副強(qiáng)度校核螺紋副參數(shù)表材質(zhì)名稱35CrMo螺距p（mm）3極限強(qiáng)度b（MPa）980大徑D（mm）135屈服強(qiáng)度s（MPa）835中徑d2（mm）133.051結(jié)合圈數(shù)（mm）13小徑d1（mm）131.752螺紋類型普通軸向力F（KN）10

7、00線數(shù)1導(dǎo)程3牙型角（）60滑動摩擦系數(shù)0.11注：以上數(shù)據(jù)來自機(jī)械設(shè)計手冊及提升裝置工程圖。1、螺紋副抗擠壓強(qiáng)度校核根據(jù)抗擠壓強(qiáng)度計算要求,擠壓應(yīng)力許用擠壓應(yīng)力p因，所以，滿足抗擠壓強(qiáng)度校核。式中：l p：擠壓應(yīng)力，單位MPal p：許用擠壓應(yīng)力，單位MPal S：安全系數(shù), 因（對于塑性材料，=0.450.5，S=1.21.5；=0.550.7，S=1.41.8；=0.70.9，S=1.72.2），此處取S2.2l A：擠壓面積，單位mm2，A=d2hzl h：螺紋工作高度，單位mm, h=（普通螺紋）2、螺紋副抗剪切強(qiáng)度校核因為當(dāng)外螺紋與內(nèi)螺紋材質(zhì)相同時，外螺紋首先破壞，所以這里只對外

8、螺紋進(jìn)行強(qiáng)度校核。由，得，公螺紋所受剪切應(yīng)力為：，滿足剪切強(qiáng)度要求。式中： l ：許用剪切應(yīng)力，單位MPal ：許用拉應(yīng)力，單位MPal ：剪切應(yīng)力，單位MPal b：螺紋牙底寬度，單位mm，b=0.75p（普通螺紋）l S：安全系數(shù)，一般取S35，此處取S=33、螺紋副自鎖性能校核螺旋升角：當(dāng)量摩擦角：，滿足自鎖性能要求。式中：l ：螺旋升角，在中徑圓柱面上螺旋線的切線與垂直于螺旋線軸線的平面的夾角，單位度l ：當(dāng)量摩擦角，單位度l ：牙型斜角，螺紋牙型的側(cè)邊與螺紋軸線的垂直平面的夾角，對稱牙型l ：螺旋副的當(dāng)量摩擦系數(shù)，無量綱，六、零件6（連接接頭）與零件8（上連接體）連接處螺紋副強(qiáng)度校核

9、螺紋副參數(shù)表材質(zhì)名稱35CrMo螺距p（mm）3極限強(qiáng)度b（MPa）980大徑D（mm）170屈服強(qiáng)度s（MPa）835中徑d2（mm）168.051結(jié)合圈數(shù)（mm）15小徑d1（mm）166.752螺紋類型普通軸向力F（KN）1000線數(shù)1導(dǎo)程3牙型角（）60滑動摩擦系數(shù)0.11注：以上數(shù)據(jù)來自機(jī)械設(shè)計手冊及提升裝置工程圖。1、螺紋副抗擠壓強(qiáng)度校核根據(jù)抗擠壓強(qiáng)度計算要求,擠壓應(yīng)力許用擠壓應(yīng)力p因，所以，滿足抗擠壓強(qiáng)度校核。式中：l p：擠壓應(yīng)力，單位MPal p：許用擠壓應(yīng)力，單位MPal S：安全系數(shù), 因（對于塑性材料，=0.450.5，S=1.21.5；=0.550.7，S=1.41.

10、8；=0.70.9，S=1.72.2），此處取S2.2l A：擠壓面積，單位mm2，A=d2hzl h：螺紋工作高度，單位mm, h=（普通螺紋）2、螺紋副抗剪切強(qiáng)度校核因為當(dāng)外螺紋與內(nèi)螺紋材質(zhì)相同時，外螺紋首先破壞，故這里只對外螺紋進(jìn)行強(qiáng)度校核。由，得，公螺紋所受剪切應(yīng)力為：，滿足剪切強(qiáng)度要求。式中： l ：許用剪切應(yīng)力，單位MPal ：許用拉應(yīng)力，單位MPal ：剪切應(yīng)力，單位MPal b：螺紋牙底寬度，單位mm，b=0.75p（普通螺紋）l S：安全系數(shù)，一般取S35，此處取S=33、螺紋副自鎖性能校核螺旋升角：當(dāng)量摩擦角：，滿足自鎖性能要求。式中：l ：螺旋升角，在中徑圓柱面上螺旋線的

11、切線與垂直于螺旋線軸線的平面的夾角，單位度l ：當(dāng)量摩擦角，單位度l ：牙型斜角，螺紋牙型的側(cè)邊與螺紋軸線的垂直平面的夾角，對稱牙型l ：螺旋副的當(dāng)量摩擦系數(shù)，無量綱，七、零件8（上連接體）與零件12（下殼體）連接處螺紋副強(qiáng)度校核螺紋副參數(shù)表材質(zhì)名稱35CrMo螺距p（mm）3極限強(qiáng)度b（MPa）980大徑D（mm）190屈服強(qiáng)度s（MPa）835中徑d2（mm）188.051結(jié)合圈數(shù)（mm）13小徑d1（mm）186.752螺紋類型普通軸向力F（KN）1000線數(shù)1導(dǎo)程3牙型角（）60滑動摩擦系數(shù)0.11注：以上數(shù)據(jù)來自機(jī)械設(shè)計手冊及提升裝置工程圖。1、螺紋副抗擠壓強(qiáng)度校核根據(jù)抗擠壓強(qiáng)度計算

12、要求,擠壓應(yīng)力許用擠壓應(yīng)力p因，所以，滿足抗擠壓強(qiáng)度校核。式中：l p：擠壓應(yīng)力，單位MPal p：許用擠壓應(yīng)力，單位MPal S：安全系數(shù), 因（對于塑性材料，=0.450.5，S=1.21.5；=0.550.7，S=1.41.8；=0.70.9，S=1.72.2），此處取S2.2l A：擠壓面積，單位mm2，A=d2hzl h：螺紋工作高度，單位mm, h=（普通螺紋）2、螺紋副抗剪切強(qiáng)度校核因為當(dāng)外螺紋與內(nèi)螺紋材質(zhì)相同時，外螺紋首先破壞，故這里只對外螺紋進(jìn)行強(qiáng)度校核。由，得，公螺紋所受剪切應(yīng)力為：，滿足剪切強(qiáng)度要求。式中： l ：許用剪切應(yīng)力，單位MPal ：許用拉應(yīng)力，單位MPal ：

13、剪切應(yīng)力，單位MPal b：螺紋牙底寬度，單位mm，b=0.75p（普通螺紋）l S：安全系數(shù)，一般取S35，此處取S=33、螺紋副自鎖性能校核螺旋升角：當(dāng)量摩擦角：，滿足自鎖性能要求。式中：l ：螺旋升角，在中徑圓柱面上螺旋線的切線與垂直于螺旋線軸線的平面的夾角，單位度l ：當(dāng)量摩擦角，單位度l ：牙型斜角，螺紋牙型的側(cè)邊與螺紋軸線的垂直平面的夾角，對稱牙型l ：螺旋副的當(dāng)量摩擦系數(shù)，無量綱，八、零件12（下殼體）與零件15（下連接體）連接處螺紋副強(qiáng)度校核因螺紋副材質(zhì)及規(guī)格與“零件8（上連接體）與零件12（下殼體）連接處螺紋副”相同，所以強(qiáng)度校核過程同“五、零件8（上連接體）與零件12（下殼

14、體）連接處螺紋副強(qiáng)度校核”一節(jié)。九、零件15（下連接體）與零件19（下封頭）連接處螺紋副強(qiáng)度校核 軸向力計算：l D2：受力面外徑，單位mml D1：受力面內(nèi)徑，單位mm螺紋副參數(shù)表材質(zhì)名稱35CrMo螺距p（mm）3極限強(qiáng)度b（MPa）980大徑D（mm）185屈服強(qiáng)度s（MPa）835中徑d2（mm）183.051結(jié)合圈數(shù)（mm）13小徑d1（mm）181.752螺紋類型普通軸向力F（KN）543.449線數(shù)1導(dǎo)程3牙型角（）60滑動摩擦系數(shù)0.11注：以上數(shù)據(jù)來自機(jī)械設(shè)計手冊及提升裝置工程圖。1、螺紋副抗擠壓強(qiáng)度校核根據(jù)抗擠壓強(qiáng)度計算要求,擠壓應(yīng)力許用擠壓應(yīng)力p因，所以，滿足抗擠壓強(qiáng)度校

15、核。式中：l p：擠壓應(yīng)力，單位MPal p：許用擠壓應(yīng)力，單位MPal S：安全系數(shù), 因（對于塑性材料，=0.450.5，S=1.21.5；=0.550.7，S=1.41.8；=0.70.9，S=1.72.2），此處取S2.2l A：擠壓面積，單位mm2，A=d2hzl h：螺紋工作高度，單位mm, h=（普通螺紋）2、螺紋副抗剪切強(qiáng)度校核因為當(dāng)外螺紋與內(nèi)螺紋材質(zhì)相同時，外螺紋首先破壞，故這里只對外螺紋進(jìn)行強(qiáng)度校核。由，得，公螺紋所受剪切應(yīng)力為：，滿足剪切強(qiáng)度要求。式中： l ：許用剪切應(yīng)力，單位MPal ：許用拉應(yīng)力，單位MPal ：剪切應(yīng)力，單位MPal b：螺紋牙底寬度，單位mm，b

16、=0.75p（普通螺紋）l S：安全系數(shù)，一般取S35，此處取S=33、螺紋副自鎖性能校核螺旋升角：當(dāng)量摩擦角：，滿足自鎖性能要求。式中：l ：螺旋升角，在中徑圓柱面上螺旋線的切線與垂直于螺旋線軸線的平面的夾角，單位度l ：當(dāng)量摩擦角，單位度l ：牙型斜角，螺紋牙型的側(cè)邊與螺紋軸線的垂直平面的夾角，對稱牙型l ：螺旋副的當(dāng)量摩擦系數(shù)，無量綱， 十、零件13（活塞）與零件16（下中心管）連接處螺紋副強(qiáng)度校核螺紋副參數(shù)表材質(zhì)名稱35CrMo螺距p（mm）3極限強(qiáng)度b（MPa）980大徑D（mm）100屈服強(qiáng)度s（MPa）835中徑d2（mm）98.051結(jié)合圈數(shù)（mm）14小徑d1（mm）96.7

17、52螺紋類型普通軸向力F（KN）1000線數(shù)1導(dǎo)程3牙型角（）60滑動摩擦系數(shù)0.11注：以上數(shù)據(jù)來自機(jī)械設(shè)計手冊及提升裝置工程圖。1、螺紋副抗擠壓強(qiáng)度校核根據(jù)抗擠壓強(qiáng)度計算要求,擠壓應(yīng)力許用擠壓應(yīng)力p因，所以，滿足抗擠壓強(qiáng)度校核。式中：l p：擠壓應(yīng)力，單位MPal p：許用擠壓應(yīng)力，單位MPal S：安全系數(shù), 因（對于塑性材料，=0.450.5，S=1.21.5；=0.550.7，S=1.41.8；=0.70.9，S=1.72.2），此處取S2.2l A：擠壓面積，單位mm2，A=d2hzl h：螺紋工作高度，單位mm, h=（普通螺紋）2、螺紋副抗剪切強(qiáng)度校核因為當(dāng)外螺紋與內(nèi)螺紋材質(zhì)相

18、同時，外螺紋首先破壞，故這里只對外螺紋進(jìn)行強(qiáng)度校核。由，得，公螺紋所受剪切應(yīng)力為：，滿足剪切強(qiáng)度要求。式中： l ：許用剪切應(yīng)力，單位MPal ：許用拉應(yīng)力，單位MPal ：剪切應(yīng)力，單位MPal b：螺紋牙底寬度，單位mm，b=0.75p（普通螺紋）l S：安全系數(shù)，一般取S35，此處取S=33、螺紋副自鎖性能校核螺旋升角：當(dāng)量摩擦角：，滿足自鎖性能要求。式中：l ：螺旋升角，在中徑圓柱面上螺旋線的切線與垂直于螺旋線軸線的平面的夾角，單位度l ：當(dāng)量摩擦角，單位度l ：牙型斜角，螺紋牙型的側(cè)邊與螺紋軸線的垂直平面的夾角，對稱牙型l ：螺旋副的當(dāng)量摩擦系數(shù)，無量綱，十一、零件9（上中心管）與零

19、件13（活塞）連接處螺紋副強(qiáng)度校核此處螺紋副不承受軸向力。十二、零件2（傳扭管）與零件5（傳扭接箍）連接處抗扭強(qiáng)度校核1、 鍵組抗擠壓強(qiáng)度校核注：因加工時存在誤差，此處僅根據(jù)理論擠壓面積的75%進(jìn)行計算。擠壓力：擠壓面積：A=273575%=367.5(mm2)根據(jù)抗擠壓強(qiáng)度計算要求,擠壓應(yīng)力因無量綱 ，所以，取安全系數(shù)S2許用擠壓應(yīng)力p因，所以，滿足抗擠壓強(qiáng)度校核。式中：l F：擠壓力，單位Nl M：額定扭矩，單位Nml R：擠壓面平均半徑，單位mml A：擠壓面積，單位mm2l p：擠壓應(yīng)力，單位MPal p：許用擠壓應(yīng)力，單位MPal S：安全系數(shù),取S2l A：擠壓面積，單位mm22、

20、鍵組抗剪切強(qiáng)度校核由，得，剪切力：剪切面積：A=2253575%=1312.5(mm2)剪切應(yīng)力：，滿足剪切強(qiáng)度要求。式中：l F：剪切力，單位Nl M：額定扭矩，單位Nml R：最小剪切半徑，單位mml A：剪切面積，單位mm2l ：剪切應(yīng)力，單位MPal ：許用剪切應(yīng)力，單位MPal S：安全系數(shù),取S2十三、零件2（傳扭管）與零件3（上殼體）連接處抗扭強(qiáng)度校核1、鍵組抗擠壓強(qiáng)度校核注：因加工時存在誤差，此處僅根據(jù)理論擠壓面積的75%進(jìn)行計算?？箶D壓強(qiáng)度計算公式為：許用擠壓應(yīng)力p因，所以，鍵組滿足抗擠壓強(qiáng)度校核。式中：l T：傳遞轉(zhuǎn)矩，單位Nl ：各齒間載荷不均勻系數(shù)，一般取=0.70.8

21、，齒數(shù)多時取偏小值l z：花鍵的齒數(shù)l ：齒的工作長度，單位l ：鍵齒工作高度，單位l p：花鍵連接許用擠壓應(yīng)力，單位MPal S：安全系數(shù),取S2l ：平均直徑，單位 l c：倒角尺寸,單位2、鍵組抗剪切強(qiáng)度校核由，得，鍵1剪切面積：A1=4204575%=2700(mm2)鍵1剪切力：剪切應(yīng)力：，鍵1滿足剪切強(qiáng)度要求。鍵2剪切面積：A2=420875%=480(mm2)鍵2剪切力：剪切應(yīng)力：，鍵2滿足剪切強(qiáng)度要求。式中：l F：剪切力，單位Nl M：額定扭矩，單位Nml R：最小剪切半徑，單位mml A：剪切面積，單位mm2l ：剪切應(yīng)力，單位MPal ：許用剪切應(yīng)力，單位MPal S：安全系數(shù),取S2十四、零件14（定位卡爪）軸向抗拉強(qiáng)度校核1、最小抗拉面積處抗拉強(qiáng)度校核根據(jù)，最小抗拉面積：A1257.7692.4(mm2)拉應(yīng)力：因,所以滿足抗拉強(qiáng)度要求。式中：l F：軸向拉力，單位N,取F120000Nl A：剪切面積，單位mm2l ：拉應(yīng)力，單位MPal ：許用拉應(yīng)力，單位MPal S：安全系數(shù),取S1.82、與零件13（活塞）連接處螺紋副強(qiáng)度校核螺紋副參數(shù)表材質(zhì)名稱65Mn螺距p（mm）3極限強(qiáng)度b（MPa）735大徑D