CN110253312A - 一种降低大尺寸油管螺纹加工中的支撑装置及使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降低大尺寸油管螺纹加工中的支撑装置及使用方法，包括冲击承载机构；所述冲击承载机构包括支撑垫圈(1)，支撑垫圈(1)底部固定连接有定位块(2)；所述定位块(2)外包裹有垫圈(3)，垫圈(3)外包裹有限位块(4)；限位块(4)安装在支撑架(5)内；支撑垫圈(1)的上表面为半圆弧状。本发明降低了加工中油管的振动，并提高加工精度和刀具的使用寿命。

Description

一种降低大尺寸油管螺纹加工中的支撑装置及使用方法
技术领域：
本发明涉及机加工领域，特别是涉及一种降低大尺寸油管螺纹加工中的支撑装置及使用方法。
背景技术：
油管或者气管的变槽宽螺纹连接不仅需要紧密连接螺纹，具有较高的强度，还需要具有较高的密封性能，这对变槽宽螺纹加工精度提出了更高的要求。目前，车削加工作为一种高效加工螺纹的有效方法。但是由于油管的长度较大，超过15米，直径较大，超过0.5米，大尺寸油管加工变槽宽螺纹时在机床夹具控制下高速旋转，由于油管过长，实际上油管不是完全呈现一条直线，且其质心并非在一条直线的轴线上，其高速旋转造成了机床外的加工支撑处的周期性冲击，加工支撑处收到冲击容易产生偏移，且油管受到反作用力产生振动，影响油管夹持的稳定性，容易造成螺纹加工刀具与油管的碰撞造成刀具磨损。
发明内容：
本发明公开了一种降低大尺寸油管螺纹加工中的支撑装置及使用方法；本发明降低了加工中油管的振动，并提高加工精度和刀具的使用寿命。
为解决上述问题，本发明的技术方案是：
一种降低大尺寸油管螺纹加工中的支撑装置，包括冲击承载机构；所述冲击承载机构包括支撑垫圈(1)，支撑垫圈(1)底部固定连接有定位块(2)；所述定位块(2)外包裹有垫圈(3)，垫圈(3)外包裹有限位块(4)；限位块(4)安装在支撑架(5)内；支撑垫圈(1)的上表面为半圆弧状；所述支撑架(5)内成形有空腔(6)，空腔(6)处于限位块(4)下方且限位块(4)内固定有与限位块(4)底部连接的弹簧(7)和阻尼器(8)；定位块(2)的旋转中心处于与油管对支撑垫圈(1)的冲击力切向分力相平衡的力的方向所在直线之外。
进一步的改进，所述冲击承载机构内部件的安装位置满足下式：
J0表示冲击承载机构的转动惯量，单位为kg·m2；m表冲击承载机构的质量，单位为kg；L表示油管的冲击点到冲击承载机构质心的直线距离，单位为m；d表示定位块(2)的旋转中心到冲击承载机构质心的直线距离，单位为m；。
进一步的改进，所述弹簧(7)的刚度满足下式：
k＝(4πmω2+πnC)/2；
k表示伸缩弹簧的刚度，单位为N/m；n表示油管最高转速，单位为r/min；C表示阻尼器的阻尼值，单位为N/(m/s)；阻尼器的阻尼值与限位块和定位块的阻尼值相等。
进一步的改进，所述定位块(2)截面为六边形，支撑垫圈(1)底部与定位块(2)的接触长度为定位块(2)一面的长度。
进一步的改进，所述支撑垫圈(1)由上到下依次由第一玻璃纤维层(11)，第一橡胶层(12)，不锈钢层(13)和第二橡胶层(14)复合组成。
进一步的改进，所述限位块(4)由玻璃纤维制成；所述垫圈(3)包括处于外侧的两层第二玻璃纤维层(31)；两层第二玻璃纤维层(31)之间固定有第三橡胶层(32)。
进一步的改进，所述支撑垫圈(1)通过沉孔螺栓与定位块(2)固定连接，沉孔螺栓下沉2mm。
进一步的改进，所述支撑垫圈和定位块之间安装有若干配重垫圈。
上述降低大尺寸油管螺纹加工中的支撑装置的使用方法，其特征在于，油管的一端夹持在机床上，另一端放置在支撑垫圈(1)上
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的具体实施方式一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为现有油管支撑方式的结构示意图。
图2为本发明支撑装置的结构示意图；
图3为支撑垫圈的局部结构示意图；
图4为垫圈的局部结构示意图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明的具体实施例作进一步详细描述，应当理解，此处所描述的实施方式用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
(1)减振装置由支撑垫圈1，定位块2，垫圈3，限位块4，阻尼器8，弹簧7，支撑架5组成。
1.1支撑垫圈从与油管接触端到定位块接触端，分别为由玻璃纤维层，橡胶层，不锈钢层，橡胶层复合组成，与油管接触端的支撑垫圈，为玻璃纤维，玻璃纤维含有硅元素，能够降低油管与支撑垫圈间的摩擦，橡胶层能够吸收振动能量，降低油管冲击造成的振动，不锈钢金属层具有较强的强度，能够承受大尺寸油管高速旋转冲击力。与定位块接触的支撑垫圈的橡胶层，能够降低油管高速旋转对定位块的冲击。支撑垫圈与油管接触端为半圆弧状，包络半个油管的圆弧，用于承受高速旋转中油管在不同位置冲击垫圈后，其最终的冲击点均由支撑垫圈与定位块的连接处承载。支撑垫圈与定位块接触处的长度为六边形定位块的边长的长度。支撑垫圈与正六边形定位块通过沉孔螺栓连接，且沉孔螺栓下沉2mm，确保在油管的冲击下，螺栓不会与油管接触，避免了油管对设备冲击，并保证了油管的尺寸精度，降低了油管在加工中的振动。
图中O点为在高速旋转油管冲击下定位块偏转中心即定位块的旋转中心，G点为定位块，支撑垫圈及螺栓整体部件的质心，A点为高速旋转油管冲击下对定位块的冲击点(由于支撑垫圈通过螺栓与定位块连接，支撑垫圈受到油管的冲击后，最作用下定位块上的冲击力，均在A点承载，)。支撑垫圈，螺栓，定位块的安装位置满足以下公式1的要求：
式中，J0表示为定位块，支撑垫圈及螺栓整体部件的转动惯量，单位为kg·m2；m表示为定位块，支撑垫圈及螺栓整体部件的质量，单位为kg；L表示冲击点到整体部件质心的直线距离(图中A点到G点的距离)，单位为m；d表示偏转中心到整体部件质心的直线距离(图4中O点到G点的距离)，单位为m。上述转动惯量、质量、质心位置可以通过试验方法获得。
支撑垫圈通过紧固件可拆卸的安装在定位块上，且在支撑垫圈和定位块之间设有配重垫圈，通过更换不同厚度和重量的配重垫圈可以调整整体部件的质心，上述紧固件采用沉孔螺栓。
由于在加工过程中，高速旋转的油管冲击点为撞击中心，各零件的安装位置在满足上述要求的情况下，可保证油管加工过程中油管高速旋转的冲击点的撞击或者碰撞不会对定位块的偏转中心造成任何的法向反作用力，从而提高油管冲击后的稳定性，降低冲击振动造成螺纹加工刀具磨损，提高刀具的耐用度，提高加工精度。在高速切削过程中，由于油管高速旋转冲击，支撑装置对油管施加冲击力，油管对定位块有与此冲击力大小相等、方向相反的反作用力，冲击过程中的切向分力相平衡的力的方向与定位块偏转中心不在同一条直线上，从而避免油管高速旋转带来的冲击对定位块的偏转中心的作用力。(2)定位块通过垫圈3与限位块连接，垫圈3为玻璃纤维层，橡胶层，玻璃纤维层复合而成，中间为橡胶层。以上材料复合而成使得垫圈3具有耐磨损，低摩擦力，减振等性能。
(3)限位块通过伸缩弹簧与阻尼器与支撑架连接，伸缩弹簧能够避免限位块快速产生位移，阻尼器进一步降低限位块的位移，并在伸缩弹簧回复时能够吸收能量，产生相差，具有一定的迟滞作用，伸缩弹簧在油管冲击造成偏心力(这个偏心力指的是油管冲击定位块后，定位块对限位块的偏心力，限位块对定位块有反作用力，这个反作用力使得定位块朝偏心力相反的方向位移)作用下使得定位块朝与偏心力相反的方向位移，即油管冲击造成的偏心力与定位块、旋转中心在一条直线上，从而实现动平衡。即伸缩弹簧的回复吸收能量，恢复变形的力与冲击力平衡，且伸缩弹簧变形后，垫圈3也已经变形，吸收了部分冲击力，进一步降低了振动。
定位块和多个弹性阻尼机构的组合能够降低由于油管高速旋转造成的动不平衡的影响，减低加工过程中油管高速旋转周期性冲击导致油管加工中的振动及冲击。提高工件的油管螺纹的加工精度。
阻尼器的阻尼值与支撑架，定位块材料的阻尼值相等，伸缩弹簧的刚度与油管最高转速满足以下公式(2)的关系：
k＝(4πmω2+πnC)/2 (2)
式中，k表示伸缩弹簧的刚度，单位为N/m；m表示限位块的质量，单位为kg；n表示此装置的设计的油管最高转速，单位为r/min；C表示阻尼器的阻尼值，单位为N/(m/s)。
采用以上特性的阻尼器及伸缩弹簧，在油管加工中的实际工作转速小于等于上述最高此装置设计油管转速时，可保证在任何运行状态都能此装置都能保持油管加工中的动平衡。即保证了油管冲击造成的偏心力与限位块产生的偏心力平衡。比如，设计油管的最高设计转速为500r/min时，那么伸缩弹簧采用由上述公式(2)得到的刚度，即可使油管在实际工作转速为500r/min以下时均可保持动平衡。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种降低大尺寸油管螺纹加工中的支撑装置，包括冲击承载机构；其特征在于，所述冲击承载机构包括支撑垫圈(1)，支撑垫圈(1)底部固定连接有定位块(2)；所述定位块(2)外包裹有垫圈(3)，垫圈(3)外包裹有限位块(4)；限位块(4)安装在支撑架(5)内；支撑垫圈(1)的上表面为半圆弧状；所述支撑架(5)内成形有空腔(6)，空腔(6)处于限位块(4)下方且限位块(4)内固定有与限位块(4)底部连接的弹簧(7)和阻尼器(8)；定位块(2)的旋转中心处于与油管对支撑垫圈(1)的冲击力切向分力相平衡的力的方向所在直线之外。
2.如权利要求1所述的降低大尺寸油管螺纹加工中的支撑装置，其特征在于，所述冲击承载机构内部件的安装位置满足下式：
J0表示冲击承载机构的转动惯量，单位为kg·m2；m表冲击承载机构的质量，单位为kg；L表示油管的冲击点到冲击承载机构质心的直线距离，单位为m；d表示定位块(2)的旋转中心到冲击承载机构质心的直线距离，单位为m；。
3.如权利要求1所述的降低大尺寸油管螺纹加工中的支撑装置，其特征在于，所述弹簧(7)的刚度满足下式：
k＝(4πmω2+πnC)/2；
k表示伸缩弹簧的刚度，单位为N/m；n表示油管最高转速，单位为r/min；C表示阻尼器的阻尼值，单位为N/(m/s)；阻尼器的阻尼值与限位块和定位块的阻尼值相等。
4.如权利要求1所述的降低大尺寸油管螺纹加工中的支撑装置，其特征在于，所述定位块(2)截面为六边形，支撑垫圈(1)底部与定位块(2)的接触长度为定位块(2)一面的长度。
5.如权利要求1所述的降低大尺寸油管螺纹加工中的支撑装置，其特征在于，所述支撑垫圈(1)由上到下依次由第一玻璃纤维层(11)，第一橡胶层(12)，不锈钢层(13)和第二橡胶层(14)复合组成。
6.如权利要求2所述的降低大尺寸油管螺纹加工中的支撑装置，其特征在于，所述限位块(4)由玻璃纤维制成；所述垫圈(3)包括处于外侧的两层第二玻璃纤维层(31)；两层第二玻璃纤维层(31)之间固定有第三橡胶层(32)。
7.如权利要求1所述的降低大尺寸油管螺纹加工中的支撑装置，其特征在于，所述支撑垫圈(1)通过沉孔螺栓与定位块(2)固定连接，沉孔螺栓下沉2mm。
8.如权利要求1所述的降低大尺寸油管螺纹加工中的支撑装置，其特征在于，所述支撑垫圈和定位块之间安装有若干配重垫圈。
9.一种权利要求1-8任一所述降低大尺寸油管螺纹加工中的支撑装置的使用方法，其特征在于，油管的一端夹持在机床上，另一端放置在支撑垫圈(1)上。
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