抽油機(jī)課程設(shè)計(jì)DOC

1、學(xué)號(hào):職稱:攀枝花學(xué)院學(xué)生課程設(shè)計(jì)題 目：游梁式抽油機(jī)第二部分（驢頭游梁橫梁支架曲柄連桿）學(xué)生姓名: 所在院（系）:業(yè): 級(jí):教師:2013年 月 日攀枝花學(xué)院本匚科卜學(xué)生課程設(shè)計(jì)任務(wù)書題目15抽油機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì)1、課程設(shè)計(jì)的目的本課程設(shè)計(jì)為學(xué)生提供了一個(gè)既動(dòng)手又動(dòng)腦，自學(xué)，查資料，獨(dú)立實(shí)踐的機(jī)會(huì)。將本學(xué)期課本上的理論知識(shí)和實(shí)際有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，鍛煉學(xué)生實(shí)際分析問(wèn)題 和解決問(wèn)題的能力，提高學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力，裝配圖、零件圖的設(shè)計(jì)繪圖能力。2、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求IU!7=1fl"懸繩器；2驢頭；3游梁；4-橫槳；5-橫樂(lè)軸；6”連桿；7-支架軸；8-支架：9-平衡塊；10-曲柄；1

2、曲柄銷軸承；12-減速箱；13-減速箱皮帶輪；14-電動(dòng)機(jī)；15-剎車裝16-電路控制裝置；17-底座1) 、設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)額定功率(kW)沖程(m)沖次(n/min )游梁前臂長(zhǎng)度(m)游梁后臂長(zhǎng)度(m)額定扭矩MS(kN*m)游梁 支撐 中心 到底 座距 離(m)702.1 , 2.5, 32.450曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)軸心到底座直距離(m)2曲 柄 平 衡 塊 數(shù)曲 柄 偏 置 角 (度)游梁 支撐 中心 到曲 柄轉(zhuǎn) 動(dòng)軸 心的 水平 距離(m)2) 、要求：(1) 完成曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及曲柄平衡塊、橫梁、橫梁軸的設(shè)計(jì)計(jì)算;(2) 完成游梁與驢頭的設(shè)計(jì)與計(jì)算；(3) 完成支撐裝置及支架的設(shè)計(jì)與計(jì)算。

3、3) 、課程設(shè)計(jì)成果(1) 每人需繪總裝配圖一張或部裝圖三張；(2) 每人需繪零件圖二張；(3) 編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。第1章驢頭第2章游梁第3章橫梁第4章連桿裝置第5章曲柄第6章游梁心軸參考文獻(xiàn)目錄12151822第1章驢頭圖1.1 游梁抽油機(jī)工作原理圖1.1設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)額定功率：70KW 沖次：6次/min 沖程：2.1,2.5,3.0m1.2主要參數(shù)懸點(diǎn)載荷：抽油機(jī)驢頭懸點(diǎn)的實(shí)際載荷。額定懸點(diǎn)載荷：抽油機(jī)正常工作允許的最大的懸點(diǎn)載荷。光桿的最大沖程：調(diào)節(jié)抽油機(jī)的沖程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)使光桿獲得的最大位移。最高沖次：調(diào)節(jié)帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比最小時(shí)的沖次數(shù)。減速器的扭矩：減速器輸出軸允許的最大扭矩。1.3驢頭的結(jié)

4、構(gòu)設(shè)計(jì)驢頭是用來(lái)將游梁前端的往復(fù)圓弧運(yùn)動(dòng)變?yōu)槌橛蜋C(jī)的垂直往復(fù)運(yùn)動(dòng)。為了保證在一定沖程長(zhǎng)度下，將圓弧運(yùn)動(dòng)變?yōu)榇怪边\(yùn)動(dòng)，圓弧面長(zhǎng)度應(yīng)為：S 狐=(1.21.3)Smax式中，Smax-驢頭懸點(diǎn)(掛抽油桿處)的最大沖程長(zhǎng)度。給定數(shù)據(jù)：最大沖程長(zhǎng)度 Smax=3.0m.取 S 弧=1.2Smax=1.2X3.0m=3.6m.游梁的擺角0 1設(shè)計(jì)為55q由擺角0 1和驢頭的圓弧面長(zhǎng)度 S狐可求得弧面半徑 R。S 狐=0 1RR= S 狐/ 0 1=3.6m/55c=3.75m.給定數(shù)據(jù)：游梁前臂長(zhǎng)度L1=3m.驢頭寬度 LAB=R-L1=3.75m-3m=0.75m.驢頭用厚為30mm的鋼板焊接而成。考

5、慮到經(jīng)濟(jì)性，節(jié)約資源與成本，驢頭上留 有5個(gè)小孔，小孔的直徑為90mm。鋼板的標(biāo)準(zhǔn)及名稱 GB/T3274-1988.碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)熱扎厚鋼板和鋼 帶。（7 P3-83，表 3-1-37,常用鋼板，鋼帶的標(biāo)準(zhǔn)摘要。）為了便于驢頭與游梁 的鏈接，在驢頭的腹部上下各焊接一塊鋼板。板長(zhǎng)300mm,高為200mm,寬為20mm。每塊鋼板上均有4個(gè)螺栓孔。如圖1.2所示。圖1.2驢頭的結(jié)構(gòu)兩鋼板間留有200mm的索道，在索道的上方焊接一個(gè)鋼絲繩懸掛點(diǎn)，鋼絲繩懸 掛點(diǎn)選用的是低合金結(jié)構(gòu)鋼 Q420（7 P3-21.表3-1-8，低合金鋼的化學(xué)成分和 力學(xué)性能。）將低合金鋼加工成直徑為30mm，長(zhǎng)度

6、為200mm的外螺紋結(jié)構(gòu)，再將其焊接在 驢頭的索道上。1.4懸點(diǎn)載荷G的計(jì)算由減速器部分計(jì)算得到減速器的輸出扭矩 T=50 KN.m。T?=GR?-減速器輸出端到驢頭懸點(diǎn)的總效率。R驢頭的弧面半徑。查表1-1-3常用零件的傳遞效率。8 P15 得齒式聯(lián)軸器傳遞效率？1=0.99滾動(dòng)軸承傳遞效率？2=0.99滑動(dòng)軸承傳遞效率？3=0.97銷連接的傳遞效率？4=0.95總效率？=?12?22?3?42=0.992 >0.992 >0.97 >0.95=0.84.懸點(diǎn)載荷 G=T?/R=50KN.m >0.84 寧 3.0m= 11.2KN.第2章游梁游梁是抽油機(jī)主要承載部件

7、，承擔(dān)著抽油機(jī)的全部工作載荷，因此必須要有足夠 的強(qiáng)度和一定剛度。游梁由前臂和后臂組成。前臂長(zhǎng) 3m，后臂長(zhǎng)2.4m。前臂 與驢頭相連，后臂通過(guò)橫梁與連桿相連，中間部分通過(guò)滾動(dòng)軸承與支架相連。 中 部有四個(gè)長(zhǎng)孔，固定在游梁支承上，靠四個(gè)調(diào)整螺栓對(duì)游梁進(jìn)行微調(diào)，使驢頭懸 點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)井口中心。為了保證游梁的剛度強(qiáng)度，游梁用兩工字鋼焊接而成，橫截面如圖2.1所示。If圖2.1游梁的截面示意圖2.1平衡重重力Gi的計(jì)算由于平衡重是用來(lái)平衡懸點(diǎn)載荷的，所以平衡重對(duì)與平衡重等高的支架中線的力 矩等于懸點(diǎn)載荷對(duì)支架軸的力矩，即GiL2=(G+G 0)LiGi平衡重的重力L2后臂梁長(zhǎng)G0驢頭重力(G=11KN )

8、L2前臂梁重力G1=8.83KN2.2游梁的受力分析當(dāng)抽油機(jī)未工作時(shí)，游梁處于平衡位置。即游梁前臂端，后臂端對(duì)支架軸的力矩 相等。設(shè)后臂端受力為Fi,支架受力為F2則GLi=FiL2Fi=GLi/L2=11.2KN.m X3.0m - 2.4m=14.0KNF2=G+Fi=11.2KN+14.0KN=25.2KN如圖2.2所示，做出游梁受力的剪力圖和彎矩圖。XX圖2.2得出游梁的最大的剪力為11KN,最大彎矩為14.6KN.m 。游梁所受的最大彎曲正應(yīng)力（T max=Mmax/Wz（11 P169,公式6-4）Mmax最大彎矩Wz抗彎截面系數(shù)（T max=Fmax/A（ 11P20 公式 2-

9、1）Fmax最大力A游梁橫截面面積。所以，Mmax/Fmax=W/A=14.6KN.m/11KN=1.3查表3-1-54熱軋工字鋼 （7, P3-114）得工字鋼的型號(hào)為40C高度 h=400mm腿寬度b=146mm腰厚度d=14.5mm平均腿厚度t=16.5mm內(nèi)圓弧半徑r=12.5mm腿端圓弧半徑ri=6.3mm 如圖2.3所示。sagjjgaaagEM初CZC2P16.rlntrL圖2.4在游梁的前臂端上下對(duì)稱焊接如圖 2.3所示的鋼板，用來(lái)與驢頭腹部鋼板 螺紋連接。圖 2.5在支架軸處用如圖2.4所示的A型耳板。（9 P22耳板結(jié)構(gòu)圖）>查表1.24耳板結(jié)構(gòu)尺寸（9,P23 ）支

10、架軸的耳板材料為Q345圖2.6第三章橫梁3.1橫梁的受力分析氏圖3.1受力分析圖如圖3.1所示FL/4圖3.2根據(jù)公式G0Li=L2F計(jì)算得到F=13.75KN根據(jù)材料力學(xué)公式的Wz=bh2/6A=bhWz-抗彎截面系數(shù)查表得橫梁的抗彎截面系數(shù)_43Wz=1.85x10 m橫梁所受的最大彎曲正應(yīng)力(T max=Fmax/A(T max-最大彎曲正應(yīng)力Mmax/Fmax=W/AA-橫梁橫截面積可取L=1.8mA=15360 mm 2材料用Q2350- max=Mmax/Wz橫梁的結(jié)構(gòu)圖如圖3.3所示圖3.33.2橫梁心軸的設(shè)計(jì)橫梁心軸是用來(lái)連接游梁后臂耳板與橫梁，只受彎矩，不受扭矩。其結(jié)構(gòu)如圖

11、3.4所示。AaI-IfLI7L2圖3.4查表B.8橫梁心軸的配合尺寸D=64mm d=40mmL=144mmL1=38mmL2=68mm橫梁心軸的受力分析如圖3.5所示F=F1+F2F=G1=8.83KN彎矩圖如圖3.6所示根據(jù)材料力學(xué)公式的3WZ= n d /32Wz-抗彎截面系數(shù)-A 3查表得橫梁的抗彎截面系數(shù) Wz=1.66x 10 m 軸所受的最大彎曲正應(yīng)力(T max=Mmax/Wz(T max=Fmax/A(T max-最大彎曲正應(yīng)力Mmax/Fmax=W/A A-軸橫截面積n R2=A R可取32mm3.3橫梁心軸軸承的選用考慮到軸承所受載荷基本為徑向，且受力較大。查機(jī)械設(shè)計(jì)手

12、冊(cè)選用60000型深溝球軸承，代號(hào)為61810.其基本尺寸為 D=65mm, d=50mm,B=7mm.3.4深溝球軸承的壽命計(jì)算Lh二器（上）根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)公式 60n P根據(jù)沖次數(shù)為6n/min 所以n=0.9r/min取 £ =3 C=4.415KNLh=36000h3.5軸承的潤(rùn)滑根據(jù)軸承的工作條件采用油脂潤(rùn)滑。第四章連桿4.1由于抽油機(jī)對(duì)稱分布，連桿，曲柄，平衡塊的數(shù)量均為2個(gè)。連桿裝置：由無(wú)縫鋼管和上、下接頭組焊而成的連桿，連桿銷，曲柄銷及曲 柄銷軸承座組成。上端靠連桿銷與橫梁連結(jié)，下錐面配合有螺栓與軸承座相連, 曲柄銷用左右旋緊螺母緊固在曲柄上，曲柄銷螺母可根據(jù)需要配備三

13、棱梅花螺 母。曲柄裝置：兩個(gè)曲柄裝置對(duì)稱的固裝在減速器的從動(dòng)軸上， 曲柄上有若干個(gè) 直徑相同的曲柄銷孔，將曲柄銷 緊固在不同的曲柄銷孔里，既可得到不同沖程長(zhǎng)度。曲柄裝配有齒條，用來(lái)調(diào)節(jié)平衡塊在曲柄上的位置。4.2計(jì)算連桿，曲柄的長(zhǎng)度在圖1中，后臂，連桿，曲柄,曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)軸心到支架軸心的距離組合成，四連桿，其中后臂為搖桿，其擺角為550,因?yàn)榇饲B桿為對(duì)稱循環(huán)結(jié)構(gòu)，所以后臂端頭處于極限位置時(shí)，端頭到平衡位置的距離為曲柄長(zhǎng)度L3=si n27.50_2=1.1m支架軸心和曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)軸心到底座的距離分別為hi, h2.高度差h=0m.由勾股定理求的連桿長(zhǎng)度L4 社32 +h2 = Jl.12 +0 =

14、1.1m11004 3連桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)連桿上端，下端連接結(jié)構(gòu)如圖4.1所示。U%1圖4.144連桿上銷軸的設(shè)計(jì)連桿上端與游梁兩端的耳板用連桿上銷軸連接。連桿上銷軸如圖4.2所示。其中D的公差按m7選用（12圖4.2D=30mm ， L=110mm45連桿的應(yīng)力分析與強(qiáng)度校核抽油機(jī)的連桿連接曲柄裝置與橫梁。通常連桿為無(wú)縫鋼管，連桿在抽油機(jī)工作時(shí)，承受拉力或壓力。連桿在不同位置時(shí)，所受的力大小不同，根據(jù)示功圖選懸點(diǎn)載荷最大位置時(shí)對(duì)連桿進(jìn)行校核。此時(shí)抽油機(jī)的位置如下圖所示曲柄銷處的作用切線連桿作用力Pg，曲柄平衡重折合力G曲，曲柄平衡質(zhì)量造成的離心力G曲=052 T/g，游梁上作用力有懸點(diǎn)載荷P ，連

15、桿作用力P連，游梁支點(diǎn)O '的反作用力Rg（Rx,Ry ）以及游梁重G。根據(jù)游梁支點(diǎn)一的力矩平衡式:P A-p C sinP = p =4-1引入結(jié)構(gòu)不平衡重，則有：其中A=3.0m, C=2.0m, P =80KN式中關(guān)于P的計(jì)算:4-2J = Jk2 +r2 -2KRcos(0 -* )代入 e =60 * =34.14218”，則 J = 3.04236m。利用余弦定理則有:P = arccosfC2 +P2 -J2 )I 2CP 丿=arccos空込9空9 =66.61I2x2x3.22缶=P = X80 =130.7404 KNC sin P 2xsin 66.61連桿的橫截

16、面積：取直徑42mm勺實(shí)心桿。（羅謝一96 12= 1696.46mm22 42 咒1696.46CT =-P = 130.7404 x103 =38.53MPa許用應(yīng)力：b =空=竺 =150MPaS 1.5式中：S安全系數(shù)故：取連桿材料Q235即可滿足強(qiáng)度要求第五章曲柄5.1曲柄的設(shè)計(jì)兩個(gè)曲柄裝置對(duì)稱的固裝在減速器的從動(dòng)軸上,曲柄上有若干個(gè)直徑相同的曲柄銷孔，將曲柄銷 緊固在不同的曲柄銷孔里,既可得到不同沖程長(zhǎng)度。曲柄裝配有齒條，用來(lái)調(diào)節(jié)平衡塊在曲柄上的位置。5.1所示。前面已經(jīng)計(jì)算出曲柄的長(zhǎng)度為1100mm。曲柄的一端與連桿用曲柄銷軸連接。另一端與減速器的輸出軸用滾動(dòng)軸承相連接。曲柄的結(jié)

17、構(gòu)如圖圖5.15 2曲柄軸的設(shè)計(jì)12曲柄軸用來(lái)連接連桿和曲柄，如圖 5.2所示。Li£ =3圖5.2Di和D2的公差分別按k6和n8選用，均應(yīng)滾壓加工。查表8.10曲柄軸與軸承的配合尺寸(一)(12P39)得曲柄軸的結(jié)構(gòu)尺寸L1=72mmL2=56mmL=176mmd= 56mm D=80mm d0=8mm。5 3曲柄軸軸承型號(hào)的選擇(12P55)得 曲柄軸軸承型號(hào)60000，代(13P 6-143)得基本尺寸 d=60mm查表E.1游梁式抽油機(jī)用軸承號(hào)為61810查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)深溝球軸承表D=80mm B=10mm5.4深溝球軸承的壽命計(jì)算根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)公式P)取 C=4.415KN

18、, n=1 n/minLh=36000h5.5軸承的潤(rùn)滑根據(jù)軸承工作條件，選用油脂潤(rùn)滑。5 4曲柄連接設(shè)計(jì)強(qiáng)度校核抽油機(jī)曲柄連接圖所示，已知曲柄鍵材料為:40Cr，材料的彈性模量:'c + P2 - J2 '22 +3.222 -9.255961911、=arccoS12CP丿12% 2x3.22丿= 66.61373(2)求最小結(jié)合壓力Pf min :J1兀 X 0.066J26464兀(D4-d14)6464= 0.9314x10 上 m4"(O.1054-0.0664) = 5.0352“0%64E=2>d05MPa，泊松比：V =0.27合長(zhǎng)度：l=11

19、4mm，曲柄強(qiáng)度校核:(1) 求A-A截面的最大彎矩M1 Mma"2P連ma3E P-4-3其中：A=3.0mm， C=2.0mm， P= 80KN， R = 0.947mm， P= 3220mm此時(shí)：日=60J =Jk0 =1X 130.7404X 60 = 3 9 2.2 1 N m 2 +R2 -2KRcoqe -*) = 3.04236m”P = X 8 130.7404 KN22 n 66.61375.0662 =3.42仔 10 討S2411G兀(D2 -d：)2(1 +v )2(1 +0.27)_0.3937-(O.1052 -O.。662 ) = 5.2378 勺0

20、冷2取 K1 = K 2 = 1 得:1 1 1 1+ + 02 = G J1J 0 3937X O.9314沢 10( 5.035"10' = 1036 57_1+1_333.4212x105.2378x10E丄+丄S1 S2a =32.20q -6. e eshod = =19.6292取卩“17，帚弓=33mm，M m a x'J2fm i n r14( JJ 2)sha|3922212 咒 5.0352 X10X 32204 x 0.17 x 0.0334x(0.9314 + 5.0352 $ 10% 19.629 -6.7330817910 6(3)求螺紋預(yù)

21、緊力:Qp = d1lPf min |tg 1F(j廣Q-4Qp式中：“17，皓=20，卩為錐角1:10。/=兀 X 0.066 X0.114 X 6.733081794 X106求擰緊力矩T:3120+0.17廣 35 恥47622"0 KNT 止 0. 2P d = 0. 23 5. 0 1 3 4 7 6 2 2 1 0 -0. 0 7 2K N5 0n4. 19 4校核螺紋根部的靜強(qiáng)度:采用M72X2螺紋，螺紋小徑di = 68.923mm，材料為40Cr，抗拉強(qiáng)度為-940M Pa ,根據(jù)資料2，取S = 2，則有:-4".3伽01347622"06=1

22、2.2皿 Pa M 耳= 470M PaS兀 X0.0689232顯然螺紋根部強(qiáng)度足夠。第六章游梁心軸6.1心軸軸是用來(lái)連接游梁與支架。心軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖6.1所示，其中D和d1分別按h11和n6選用。 （12 P39）6.1L=320mmL1=16mmL2=160mmL3=64mmD=110mmd1=96mmd3=90mm6 2支架心軸軸承的選擇查表E.1游梁式抽油機(jī)用軸承（12P55）選用型號(hào)60000，代號(hào)為61816的深溝球軸承查表6-2-77深溝球軸承（13P6-304）得基本尺寸d=76mm D=90mmB=38mm5.4深溝球軸承的壽命計(jì)算根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)公式P）取 C=25.2KN

23、, n=1 n/minLh=36500h5.5軸承的潤(rùn)滑根據(jù)軸承工作條件，選用油脂潤(rùn)滑。63游梁支承的強(qiáng)度校核軸的主要功能是支承旋轉(zhuǎn)零件、傳遞力矩、力和運(yùn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)的游梁支承軸 主要功能是支承旋轉(zhuǎn)零件。軸的主要材料是經(jīng)過(guò)軋制或鍛造而成的優(yōu)質(zhì)中碳鋼和 合金鋼。其中最常用的是經(jīng)調(diào)質(zhì)處理的 45號(hào)鋼；不重要的或受力較小的軸，也可用Q235-A制造。對(duì)于受載較大的軸的尺寸和重量受到限制，或需要提高軸頸 的耐磨性以及處于高溫、低溫、腐蝕等條件下工作的軸，可采用合金鋼，所以只 為了提高軸的剛度而選用合金鋼是不經(jīng)濟(jì)的。 球墨鑄鐵和一些高強(qiáng)度鑄鐵，由于 它們鑄造性能好，減振性能也好，應(yīng)力集中敏感性能，適應(yīng)于制造外形復(fù)雜的軸, 如曲軸、凸輪等。為了提高軸的強(qiáng)度和耐磨性，可對(duì)軸進(jìn)行熱處理或化學(xué)處理,以及表面強(qiáng)化處理等。本設(shè)計(jì)中的游梁支承軸選用45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，HBS為 217MPa 255MPa。軸的強(qiáng)度計(jì)算:(1)受力