機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)-抽油機(jī)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明書

1、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 目錄： 1 設(shè)計(jì)任務(wù) 2 總體結(jié)構(gòu)分析 3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)分析 4 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 5 電動(dòng)機(jī)的選擇 6 傳動(dòng)裝置及傳動(dòng)比 7 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 8 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 9 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10 軸承壽命校核 11 心得與總結(jié)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說明書1設(shè)計(jì)任務(wù)：抽油機(jī)是將原油從井下舉升到地面的主要采油設(shè)備之一。常用的有桿抽油設(shè)備主要由三部分組成：一是地面驅(qū)動(dòng)設(shè)備即抽油機(jī)；二是井下的抽油泵，它懸掛在油井油管的下端；三是抽油桿，它將地面設(shè)備的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給井下抽油泵。三部分之間的相互位置關(guān)系如圖1所示。 圖1 抽油機(jī)、抽油桿和抽油泵的相互位置關(guān)系 圖2 靜力示功圖常規(guī)游梁式抽油機(jī)是油田使用歷

2、史最悠久，使用數(shù)量最多的一種抽油機(jī)。該機(jī)采用具有對(duì)稱循環(huán)四桿機(jī)構(gòu)或近似對(duì)稱循環(huán)四桿機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，操作維護(hù)方便，但長(zhǎng)沖程時(shí)平衡效果差，效率低，能耗大，不符合節(jié)能要求，基本停止了生產(chǎn)。 抽油機(jī)由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)減速傳動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)帶動(dòng)抽油桿及抽油泵柱塞作上下往復(fù)移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)將原油從井下舉升到地面的目的。懸點(diǎn)載荷P、抽油桿沖程S和沖次n是抽油機(jī)工作的三個(gè)重要參數(shù)，其中：懸點(diǎn)指執(zhí)行系統(tǒng)與抽油桿的聯(lián)結(jié)點(diǎn)；懸點(diǎn)載荷P（kN）指抽油機(jī)工作過程中作用于懸點(diǎn)的載荷；抽油桿沖程S（m）指抽油桿上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的最大位移；沖次n（次/min）指單位時(shí)間內(nèi)柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的次數(shù)任務(wù)書要求，確定設(shè)計(jì)參數(shù)如下上沖程

3、時(shí)間下沖程時(shí)間沖程S(m)沖次n(次/min)懸點(diǎn)載荷P(N)8T/157T/151.814P1=20，P2=52總體結(jié)構(gòu)分析 組成。上齒輪二級(jí)減速。執(zhí)行系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)： 輸入連續(xù)單向轉(zhuǎn)動(dòng)；輸出往復(fù)運(yùn)動(dòng)輸入、輸出周期相同，輸入轉(zhuǎn)1圈的時(shí)間有急回。 系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)（運(yùn)動(dòng)）簡(jiǎn)圖以上沖程懸點(diǎn)加速度為最小進(jìn)行優(yōu)化，即搖桿CD 順時(shí)針方向擺動(dòng)過3ma由此確定a、b、c、d。 3執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析：設(shè)計(jì)要求抽油桿上沖程時(shí)間為 192，下沖程曲柄轉(zhuǎn)角為168。 CD 順時(shí)針擺動(dòng)C1C2，上 沖 程 ( 正 行 程 ) ， P1 ，=192，慢行程，B1 B2；CD 逆時(shí)針擺動(dòng)C2C1，下 沖 程 ( 反 行 程 )

4、 ， P2 ，=168，快行程，B2B1。 。曲柄轉(zhuǎn)向應(yīng)為逆時(shí)針，型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)a2 + d 2 b2 + c2設(shè)計(jì)約束：(1) 極位夾角（2）行程要求通常取e/c=1.35S = e=1.35c (3)最小傳動(dòng)角要求(4) 其他約束其中極位夾角約束和行程約束為等式約束，其他為不等式約束。4曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)如下圖所示任選固定鉸鏈中心D的位置，由搖桿長(zhǎng)度和擺角做出搖桿的兩個(gè)極限位置C1D和C2D。連接C1 和C2，做C1M垂直于C1 C2。作，C1N與C1M交于點(diǎn)P，可見作的外接圓，在此圓周上任取一點(diǎn)A作為曲柄的固定鉸鏈中心連接AC1 和AC2因同弧所對(duì)圓周角相等，所以因極限位置處曲柄與連桿共

5、線，故AC1=b-a，AC1=b+a 從而得到AD=d 圖6 圖解法按K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)桿長(zhǎng)算a、d、b，得曲柄搖桿機(jī)構(gòu)各構(gòu)件尺寸優(yōu)化計(jì)算： 表2 圖解法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)桿長(zhǎng)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)L1L2L3L41800130019002000 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析利用進(jìn)行編程計(jì)算和畫圖，其中通過數(shù)據(jù)機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)程序運(yùn)行得到結(jié)為：桿長(zhǎng)分別為：800，1300，1900,2000桿長(zhǎng)分別為：800，1300，1900,2000由幅值和起始點(diǎn)和終止點(diǎn)數(shù)值可知，選用第三組桿長(zhǎng)此時(shí)滿足傳動(dòng)角條件，確定四桿桿長(zhǎng)長(zhǎng)度為L(zhǎng)1=800;L2=1300;L3=1900;L4=2000.其懸點(diǎn)位移和速度圖為：如圖加速度有最小值=0

6、.001m/懸點(diǎn)上沖程中最大速度為：=0.63m/s5電動(dòng)機(jī)選擇電動(dòng)機(jī)所需的工作功率：，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的曲柄轉(zhuǎn)速為n=14r/min,電動(dòng)機(jī)的型號(hào)可選為Y280M-6的三相異步電動(dòng)機(jī)，額定功率為,額定電流，滿載轉(zhuǎn)速為，同步轉(zhuǎn)速為。由選定的電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速和工作機(jī)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速，得出傳動(dòng)比為:io=Nm/n=980/14=70。6傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比分配初步選取V帶傳動(dòng)比為:i1=2，則減速器的傳動(dòng)比為: ，查表可得高速級(jí)傳動(dòng)比: ，則低速級(jí)傳動(dòng)比: i3=5。 各軸轉(zhuǎn)速計(jì)算 各軸功率計(jì)算軸1：軸2：軸3：各軸扭矩計(jì)算軸1：軸2：軸3：7帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的確定已知 傳動(dòng)的額定功率為，電機(jī)轉(zhuǎn)速為，減速器

7、軸轉(zhuǎn)速為計(jì)算過程：計(jì)算功率查表138得=1.6，故選帶型號(hào)本設(shè)計(jì)方案選區(qū)普通帶根據(jù)查出此坐標(biāo)點(diǎn)位于型區(qū)域，則以型計(jì)算求大、小帶輪基準(zhǔn)直徑由表，現(xiàn)取，得：，由表取（雖使略有減小，但其誤差小于5%，故允許）。驗(yàn)算帶速帶速在范圍內(nèi)，合適。求帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度和中心距初步選取中心距。取，符合得帶長(zhǎng) 查表，對(duì)型帶選用。則可計(jì)算實(shí)際中心距 驗(yàn)算小帶輪包角，合適。求帶根數(shù)令，查表得由，查表得，查表得，由此可得取4根。求作用在帶輪軸上的壓力查表13-1得，故單根帶的初拉力則作用在軸上的壓力。（9）帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因V帶速度較小，故帶輪采用鑄鐵制造；V帶根數(shù)=4根；小帶輪直徑d1=140mm較小，采用實(shí)心式；大帶輪直徑d2

8、=425mm350mm，采用輪輻式；查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得輪緣寬B=82mm。8齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算5.1.1 選擇材料及確定許用應(yīng)力小齒輪用38CrMnAlA調(diào)質(zhì)，齒面硬度255321HBS， 大齒輪用ZG35SiMn調(diào)質(zhì)，齒面硬度241269HBS，由表取 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)設(shè)齒輪按8級(jí)精度制造。取載荷系數(shù) 齒寬系數(shù)小齒輪上的轉(zhuǎn)矩 齒數(shù) 則 故實(shí)際傳動(dòng)比 模數(shù)：齒寬：取 取 實(shí)際 中心距 驗(yàn)算輪齒彎曲強(qiáng)度齒形系 數(shù) 所以是安全的齒輪的圓周速度 所以選用8級(jí)精度是合宜的低速級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算選選擇材料及確定許用應(yīng)力 小齒輪用45Cr 表面淬火，齒面硬度4855HRC 大齒輪用45 表面淬火，齒面硬度4

9、050HRC 取 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)設(shè)齒輪按8級(jí)精度制造。 取載荷系數(shù) 齒寬系數(shù)小齒輪上的轉(zhuǎn)矩 取 齒數(shù) 則 故實(shí)際傳動(dòng)比 模數(shù)：齒寬：取 取 實(shí)際 中心距 驗(yàn)算輪齒彎曲強(qiáng)度齒形系數(shù) 則 所以是安全的 齒輪的圓周速度9軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)高速軸 = 1 * ROMAN * MERGEFORMAT I 材料為40MnB調(diào)質(zhì)，硬度 241286HBS有一鍵槽中間軸 = 2 * ROMAN * MERGEFORMAT II材料為40Cr調(diào)質(zhì)有一鍵槽低速軸 = 3 * ROMAN * MERGEFORMAT III材料為40鋼調(diào)質(zhì)有二鍵槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)高速軸高速軸中間軸中間軸低速軸低速軸軸的強(qiáng)度剛度驗(yàn)算、高速軸 齒

10、輪上的圓周力 齒輪的徑向力 、垂直面的支承反力 、水平面的支承反力 、F力在支點(diǎn)產(chǎn)生的反力 、繪制彎矩圖 、考慮最危險(xiǎn)情況 、求危險(xiǎn)截面 、強(qiáng)度校核 查表 、剛度校核 、中間軸 齒輪上的圓周力 齒輪的徑向力 （1）、垂直面的支承反力 （2）、水平面的支承反力 （3）、繪制彎矩圖 （4）、考慮最危險(xiǎn)情況 （5）、求危險(xiǎn)截面 （6）、強(qiáng)度校核 查表 （7）、剛度校核 、低速軸 齒輪上的圓周力 齒輪的徑向力 （1）、垂直面的支承反力 （2）、水平面的支承反力 、F力在支點(diǎn)產(chǎn)生的反力 （4）、繪制彎矩圖 （5）、考慮最危險(xiǎn)情況 （6）、求危險(xiǎn)截面 （7）、強(qiáng)度校核 查表 （8）、剛度校核 10 軸承的

11、選擇和壽命計(jì)算（一)、高速軸 查表知， （1）、計(jì)算所需的徑向基本額定動(dòng)載荷值 取 （二）、中間軸 查表知， （1）、計(jì)算所需的徑向基本額定動(dòng)載荷值 取 低速軸 查表知， （1）、計(jì)算所需的徑向基本額定動(dòng)載荷值 取 。11、心得與總結(jié)1. 四桿機(jī)構(gòu)桿長(zhǎng)abcd8001300190020002. 最終實(shí)際傳動(dòng)比 V帶高速級(jí)齒輪低速級(jí)齒輪2.07.05.03. 各軸轉(zhuǎn)速 (r/min) (r/min) (r/min)494.9770.1414.04. 各軸輸入功率 （kW）（kW）（kW）5.575.45.245. 各軸輸入轉(zhuǎn)矩 (kNm) (kNm) (kNm)0.161.27.15 在我的不懈

12、的努力下，課程設(shè)計(jì)完成了。從開始直到設(shè)計(jì)過這次設(shè)計(jì)又回憶起來了。游梁式抽油機(jī)主要由游梁連桿曲柄機(jī)構(gòu)、減速箱、動(dòng)力設(shè)備和輔助裝備等四大部分組成。我們了解到常規(guī)游梁式抽油機(jī)是油田使用歷史最悠久，使用數(shù)量最多的一種抽油機(jī)。該機(jī)采用具有對(duì)稱循環(huán)四桿機(jī)構(gòu)或近似對(duì)稱循環(huán)四桿機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，操作維護(hù)方便，但長(zhǎng)沖程時(shí)平衡效果差，效率低，能耗大，不符合節(jié)能要求，基本停止了生產(chǎn)。 在完成任務(wù)的過程中,我們遇到了許多困難,一遍又一遍的計(jì)算,一次又一次的設(shè)計(jì)方案修改這都暴露出了我們?cè)跈C(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)以及一些基礎(chǔ)課程所掌握知識(shí)的欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足；在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)之初，四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)耗費(fèi)了大量的時(shí)間，不同的機(jī)架位置得出了不同的結(jié)果,令我們非常苦惱.后來借助課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書和機(jī)械手冊(cè)，我們最終確定了機(jī)械參數(shù)。 盡管這次工程訓(xùn)練任務(wù)的時(shí)間是漫長(zhǎng)的,過程是曲折的,但我們的收獲非常大.不僅僅掌握了四連桿執(zhí)行機(jī)構(gòu)和帶傳動(dòng)以及齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)步驟與方法;對(duì)機(jī)械制圖、AutoCAD ,Word等也有了更好的掌握；在整個(gè)過程中, 我們還暴露出很多問題，再設(shè)計(jì)之初比較懈怠，結(jié)果在后部分時(shí)間手忙腳亂，缺乏經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐能力，因而通過本次訓(xùn)練，是對(duì)我們很好的鍛煉。我