裝備組抽油機(jī)報(bào)告(規(guī)范)

PAGE1東北石油大學(xué)工程訓(xùn)練研究報(bào)告課程課程機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)題目常規(guī)游梁式抽油機(jī)傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)院系機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)班級裝備121學(xué)生姓名任運(yùn)凱學(xué)生學(xué)號120403140115指導(dǎo)教師許馮平2014年6月20日PAGE2-東北石油大學(xué)工程訓(xùn)練任務(wù)書課程機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)題目常規(guī)游梁式抽油機(jī)傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)裝備姓名任運(yùn)凱學(xué)號120403140115主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等一、設(shè)計(jì)的目的1、綜合利用所學(xué)的知識，培養(yǎng)解決生產(chǎn)實(shí)際問題的能力。2、掌握一般的機(jī)械傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和步驟。3、掌握基本機(jī)構(gòu)一般的設(shè)計(jì)方法和步驟。4、熟悉和運(yùn)用設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及相關(guān)資料。培養(yǎng)獨(dú)立解決問題的能力。二、機(jī)械設(shè)計(jì)的一般過程1、設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備；2、總體方案設(shè)計(jì)；3、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；4、零部件設(shè)計(jì)；5、聯(lián)系廠家，生產(chǎn)樣機(jī)，現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)；6、根據(jù)實(shí)驗(yàn)，修改設(shè)計(jì)；7、編寫設(shè)計(jì)說明書和使用說明書8、鑒定三、課程設(shè)計(jì)題目1、功能抽油機(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)動和動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。抽油機(jī)由電動機(jī)驅(qū)動，經(jīng)減速傳動系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)帶動抽油桿及抽油泵柱塞作上下往復(fù)移動，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)。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)動的次數(shù)。假設(shè)懸點(diǎn)載荷P的靜力示功圖如圖2所示。在柱塞上沖程過程中，由于舉升原油，作用于懸點(diǎn)的載荷為P1，它等于原油的重量加上抽油桿和柱塞自身的重量；在柱塞下沖程過程中，原油已釋放，此時(shí)作用于懸點(diǎn)的載荷為P2，它就等于抽油桿和柱塞自身的重量。四、原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求假設(shè)電動機(jī)作勻速轉(zhuǎn)動，抽油桿（或執(zhí)行系統(tǒng)）的運(yùn)動周期為T。兩種油井工況圖1抽油機(jī)系統(tǒng)示意圖圖2靜力示功圖分別為：工況1：抽油桿上沖程的時(shí)間為8T/15，下沖程的時(shí)間為7T/15。工況2：抽油桿上沖程時(shí)間與下沖程時(shí)間相等。兩種工況下抽油機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。表1抽油機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)組號1234沖程S(m)2.0沖次n(次/min)5678懸點(diǎn)載荷P（kN）P1=40，P2=15P1=20，P2=5五、設(shè)計(jì)任務(wù)1、根據(jù)任務(wù)要求，進(jìn)行抽油機(jī)機(jī)械系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)，確定減速傳動系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)的組成，繪制系統(tǒng)方案示意圖。2、根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)要求，采用優(yōu)化算法進(jìn)行執(zhí)行系統(tǒng)（執(zhí)行機(jī)構(gòu)）的運(yùn)動尺寸設(shè)計(jì)，優(yōu)化目標(biāo)為抽油桿上沖程懸點(diǎn)加速度為最小，并應(yīng)使執(zhí)行系統(tǒng)具有較好的傳力性能。3、建立執(zhí)行系統(tǒng)輸入、輸出（懸點(diǎn)）之間的位移、速度和加速度關(guān)系，并編程進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，繪制一個(gè)周期內(nèi)懸點(diǎn)位移、速度和加速度線圖（取抽油桿最低位置作為機(jī)構(gòu)零位）。4、選擇電動機(jī)型號，分配減速傳動系統(tǒng)中各級傳動的傳動比，并進(jìn)行傳動機(jī)構(gòu)的工作能力設(shè)計(jì)計(jì)算。（注：選作完成齒輪減速器裝配圖設(shè)計(jì)）。5、編寫研究報(bào)告一份。設(shè)計(jì)說明書應(yīng)包括以下內(nèi)容：1）功能分解；2）原始數(shù)據(jù)及計(jì)算；3）簡述方案設(shè)計(jì)思路及討論、改進(jìn)；4）執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟或分析計(jì)算過程；5）傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算；6）對所設(shè)計(jì)的結(jié)果分析討論；7）感想與建議。六、參考資料1、《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》高等教育出版社楊可楨程光蘊(yùn)主編（第五版）19992、《機(jī)械原理》高等教育出版社孫桓等主編（第七版）20063、《機(jī)械設(shè)計(jì)》高等教育出版社濮良貴主編（第七版）20064、《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)》科學(xué)出版社，王淑仁主編20065、《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》華中科技大學(xué)出版社，唐增寶等主編（第二版）19986、其它機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)書籍和有關(guān)機(jī)械方案設(shè)計(jì)手冊完成期限指導(dǎo)教師專業(yè)負(fù)責(zé)人年月日PAGEPAGEIV目錄TOC\o"1-3"\h\u17655第1章概述 1195681.1抽油機(jī)類型、特點(diǎn)、應(yīng)用等陳述 18101.1.1常規(guī)游梁式石油抽油機(jī) 1115571.1.2前置式抽油機(jī) 1160471.1.3偏置式抽油機(jī) 2295231.1.4膠帶傳動抽油機(jī) 2146121.1.5下偏杠鈴抽油機(jī) 378021.1.6.偏輪式游梁抽油機(jī) 3259141.1.7雙驢頭游梁式石油抽油機(jī) 369961.1.8設(shè)計(jì)方案的選擇和評價(jià) 3195591.2抽油機(jī)存在的問題 4101691.3抽油機(jī)的發(fā)展方向 520504第2章常規(guī)游梁式抽油機(jī)傳動方案設(shè)計(jì) 6220572.1簡述系統(tǒng)的組成工作原理等 6317072.2繪制系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)（運(yùn)動）簡圖 6710第3章曲柄搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 7263473.1設(shè)計(jì)參數(shù)分析與確定 7279013.2按K設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 8111933.3曲柄搖桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析 108623.3.1滿足有曲柄條件 10278563.3.2滿足傳動角條件 1070473.3.3滿足a最小條件 10240703.4結(jié)論 1231623第4章傳動系統(tǒng)運(yùn)動和動力參數(shù)分析計(jì)算 13119294.1傳動比分配和電動機(jī)選擇 1343714.2各軸轉(zhuǎn)速計(jì)算 15233614.3各軸功率計(jì)算計(jì)算 15148044.4各軸扭矩計(jì)算 1528918第5章齒輪減速器設(shè)計(jì)計(jì)算 16298095.1高速級齒輪傳動設(shè)計(jì)計(jì)算 16192065.1.1選擇材料及確定許用應(yīng)力 16207725.1.2按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 16231415.1.3驗(yàn)算齒輪彎曲強(qiáng)度 17695.1.4齒輪的圓周速度 18195695.1.5優(yōu)化設(shè)計(jì) 18262285.2低速級齒輪傳動設(shè)計(jì)計(jì)算 18135715.2.1選擇材料及確定許用應(yīng)力 19273925.2.2按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 19158015.2.3驗(yàn)算齒輪彎曲強(qiáng)度 2067675.2.4齒輪的圓周速度 20114855.2.5優(yōu)化設(shè)計(jì) 20180025.3結(jié)論及運(yùn)動簡圖 2126722第6章帶傳動設(shè)計(jì)計(jì)算 23217186.1帶鏈傳動的方案比較 23321906.2帶傳動設(shè)計(jì)計(jì)算 23178326.2.1求計(jì)算功率 23157966.2.2v帶型號 24243576.2.3求大小帶輪基準(zhǔn)直徑 24131266.2.4驗(yàn)算帶速v 24199566.2.5求v帶基準(zhǔn)長度和中心距a 24141876.2.6驗(yàn)算小帶輪包角 2547246.2.7求v帶根數(shù)Z 25120926.2.8求作用在帶輪軸上的壓力 25129726.3結(jié)論及運(yùn)動簡圖 2612464第7章減速器軸設(shè)計(jì)計(jì)算 2773237.1高速軸設(shè)計(jì)計(jì)算 27271737.2中間軸設(shè)計(jì)計(jì)算 27174297.3低速軸設(shè)計(jì)計(jì)算 28192727.4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2883457.4.1初步設(shè)計(jì) 2887267.4.2螺釘和端蓋的選取 3048017.5軸的強(qiáng)度驗(yàn)算 31135807.5.1.高速軸 31138797.5.2中間軸 33275907.5.3.低速軸 353158第8章軸承設(shè)計(jì)計(jì)算 37249858.1高速軸支撐軸承選型計(jì)算 3733048.2中間軸支撐軸承選型計(jì)算 37230158.3低速軸支撐軸承選型計(jì)算 3821906第9章設(shè)計(jì)結(jié)論匯總 4031449.1已知條件 40138129.2結(jié)論 4011959第10章感想 431420參考文獻(xiàn) 44常規(guī)游梁式抽油機(jī)傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)PAGEPAGEPAGEPAGE46概述1.1抽油機(jī)類型、特點(diǎn)、應(yīng)用等陳述1.1.1常規(guī)游梁式石油抽油機(jī)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)采用具有對稱循環(huán)四桿機(jī)構(gòu)或近似對稱循環(huán)四桿機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，操作維護(hù)方便，但長沖程時(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)。圖1-1常規(guī)游梁式抽油機(jī)1.1.2前置式抽油機(jī)前置式抽油機(jī)平衡后的理論凈扭矩曲線是一條比較均勻的接近水平的直線，因此其運(yùn)行平穩(wěn)，減速箱齒輪基本無反向負(fù)荷，連桿、游梁不易疲勞損壞，機(jī)械磨損小，噪聲比常規(guī)式抽油機(jī)低，整機(jī)壽命長。前置式抽油機(jī)可配置較小功率的電動機(jī)，節(jié)能效果顯著。與常規(guī)式抽油機(jī)相比，具有體積小、重量輕、節(jié)省鋼材的優(yōu)點(diǎn)。圖1-2前置式抽油機(jī)1.1.3偏置式抽油機(jī)偏置式抽油機(jī)又稱異相曲柄平衡式抽油機(jī)，特點(diǎn)是平衡塊中心線相對于曲柄中心偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度，這種機(jī)型國外60年代發(fā)展起來并得到API的承認(rèn)。試驗(yàn)表明，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的偏置式抽油機(jī)節(jié)電可達(dá)20％。1.1.4膠帶傳動抽油機(jī)膠帶傳動抽油機(jī)是美國80年代開發(fā)的新型抽油設(shè)備，該機(jī)通過二級膠帶傳動，將電動機(jī)的原動力傳給曲柄膠帶輪，并帶動游梁擺動。由于其四連桿機(jī)構(gòu)具有急回特性，而且其輔助平衡裝置可作適當(dāng)調(diào)整以獲得偏置角，因而與常規(guī)機(jī)相比，其上沖程轉(zhuǎn)矩因數(shù)小，驢頭懸點(diǎn)加速度小。在相同的工況下，其懸點(diǎn)載荷值和曲柄膠帶輪軸的凈轉(zhuǎn)矩都較小，曲柄軸凈轉(zhuǎn)矩曲線波動較平緩。由于省去了減速箱，故具有結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，維修及運(yùn)行管理方便等特點(diǎn)。1.1.5下偏杠鈴抽油機(jī)下偏杠鈴游梁復(fù)合平衡抽油機(jī)是在原常規(guī)游梁抽油機(jī)的游梁尾端，利用變矩原理增加簡單的下偏杠鈴所形成的一種新型節(jié)能抽油機(jī)。該機(jī)繼承和保留了原常規(guī)游梁式抽油機(jī)的全部優(yōu)點(diǎn)，這種類型可用于新機(jī)制造，又可用于現(xiàn)場在用的常規(guī)抽油機(jī)(含偏置機(jī))的節(jié)能改造，其改造技術(shù)是目前最簡單易行的，節(jié)能效果也較明顯。1.1.6.偏輪式游梁抽油機(jī)偏輪機(jī)在游梁尾部裝有一個(gè)偏輪結(jié)構(gòu)：在偏輪與游梁中心和支架之間增設(shè)推桿，在游梁尾部、橫梁、推桿與偏輪之間用軸承連接。它打破常規(guī)機(jī)四連桿機(jī)構(gòu)的框架，以游梁尾部的偏輪為中心，形成獨(dú)特的六連桿體系，偏輪桿件均為剛性連接，保持了常規(guī)機(jī)的特點(diǎn)。1.1.7雙驢頭游梁式石油抽油機(jī)該石油抽油機(jī)是將常規(guī)機(jī)游梁與橫梁的鉸鏈連接，改為變徑圓弧的后驢頭、鋼絲繩與橫梁之間的軟連接，構(gòu)成變參數(shù)四桿機(jī)構(gòu)來傳遞運(yùn)動和扭矩，增加游梁擺角，沖程提高20％～70。由于采用變徑圓弧的游梁后臂，使其實(shí)現(xiàn)負(fù)載大時(shí)平衡力矩大，負(fù)載小時(shí)平衡力矩小的工作狀態(tài)。從而使減速器輸出扭矩波動小，達(dá)到加強(qiáng)平衡，降低能耗的目的。這種機(jī)型是目前除常規(guī)機(jī)以外發(fā)展最迅速的機(jī)型。圖1-3雙驢頭游梁式抽油機(jī)1.1.8設(shè)計(jì)方案的選擇和評價(jià)由動力機(jī)經(jīng)傳動皮帶將高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞給減速箱，經(jīng)三軸二級減速后，再由曲柄連桿機(jī)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)橛瘟旱纳?、下擺動。掛在驢頭上的懸繩器通過抽油桿帶動抽油泵柱塞作上、下往復(fù)運(yùn)動，從而將原油抽汲至地面。通過實(shí)際考察即資料查詢，初步提出以上幾個(gè)方案。常規(guī)式游梁抽油機(jī)在游梁的尾部裝設(shè)一定重量的平衡板，這是一種簡單的平衡方式，適用于3噸以下的輕型抽油機(jī)。其主要特點(diǎn)是整機(jī)結(jié)構(gòu)合理、工作平穩(wěn)、噪音小、操作維護(hù)方便；游梁選用箱式或工字鋼結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度高、剛性好、承載能力大；減速器采用斜齒或人字型漸開線或雙圓弧齒形齒輪，加工精度高、承載能力強(qiáng)，使用壽命長；驢頭可采用上翻、上掛或側(cè)轉(zhuǎn)三種形式之一；剎車采用外抱式結(jié)構(gòu)，配有保險(xiǎn)裝置，操作靈活、制動迅速、安全可靠；底座采用地腳螺栓連接或壓杠連接兩種方式之一。雙驢頭抽油機(jī)工作時(shí)，依靠其游梁后臂有效長度的有規(guī)律變化實(shí)現(xiàn)負(fù)載大時(shí)平衡力矩大，負(fù)載小時(shí)平衡力矩小的工作狀態(tài)，從而加強(qiáng)抽油機(jī)的平衡效果，實(shí)現(xiàn)節(jié)能意圖。但是柔性件在工作過程中易磨損，須定期更換。前置型抽油機(jī)：前置式游梁抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是橫梁靠近驢頭,支架在游梁末端,曲柄相對平衡重偏里，所以這種抽油機(jī)的總體結(jié)構(gòu)是緊湊的。在性能方面的特點(diǎn)是前置式游梁抽油機(jī)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的極位角比常規(guī)式抽油機(jī)大,使得上沖程曲柄轉(zhuǎn)角大于下沖程曲柄轉(zhuǎn)角所以上沖程長而且慢,懸點(diǎn)速度、加速度較小,使得動載減小.由于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)存在極位角,使得曲柄平衡重產(chǎn)生的平衡扭矩提前或滯后于油井負(fù)荷扭矩,因此可使減速箱輸出的凈扭矩小于額定扭矩,凈扭矩曲線變化較常規(guī)式平緩,且為正值.設(shè)計(jì)時(shí)可選用較小功率的電機(jī),同時(shí)還減少了減速箱齒輪的背向沖擊,使軸、齒輪和鍵的工況大為改善,延長了使用壽命低矮型抽油機(jī)：提供了一種能夠改善抽油機(jī)平衡狀況，降低原油開采成本，提高抽油井系統(tǒng)效率的抽油機(jī)，此外它的動力傳動部件置于地面基礎(chǔ)上，方便安裝維護(hù)，在降低支架高度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)長沖程并且使整機(jī)矮小。氣動平衡式游梁式抽油機(jī)：氣動平衡試抽油機(jī)由于采用了氣缸進(jìn)行平衡，節(jié)能性好。同時(shí)結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、重量輕，制造成本低。但是由于氣缸調(diào)平衡困難，并且故障率較高，導(dǎo)致其難以推廣。綜上比較五種方案，常規(guī)式游梁抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，操作維護(hù)方便，使長沖程時(shí)平衡效果差，但是能耗較高。機(jī)主體結(jié)構(gòu)是四桿機(jī)構(gòu)，可以通過對四桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。常規(guī)游梁式抽油機(jī)是應(yīng)用時(shí)間最長、應(yīng)用最廣泛的一種抽油機(jī)，其基本特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，維修方便，特別是可以長期在油田全天候運(yùn)轉(zhuǎn)，使用可靠。1.2抽油機(jī)存在的問題1999年我國石油抽油機(jī)井采油年耗電總量1.05×1011kwh，占油氣生產(chǎn)總用電比例的49.2％，年電費(fèi)支出達(dá)42億；每臺在用的抽油機(jī)平均年維護(hù)費(fèi)用約3000元，全國石油抽油機(jī)年維護(hù)費(fèi)用約2.25億元，而因維護(hù)設(shè)備影響油井產(chǎn)量約相當(dāng)1.2億元，兩項(xiàng)合計(jì)3.455億元：全國抽油機(jī)采油操作成本總額45.65億元。石油抽油機(jī)井是油田生產(chǎn)量大面廣、投入較大的項(xiàng)目。降低抽油機(jī)井的生產(chǎn)成本、提高原油生產(chǎn)效率，將是人工舉升挖潛增效的主戰(zhàn)場。若每口抽油井實(shí)用功率按10kw計(jì)，5×l妒臺抽油機(jī)每天耗電近12x106kwh，年耗電近4．4×10口kwh。若我們將抽油機(jī)的系統(tǒng)效率平均提高1596，就全國而言每年可節(jié)電近1，575×109kWh，節(jié)約費(fèi)用6．3億元。這不僅可以節(jié)約大量能源，還可以緩解油田用電緊張狀況，既有經(jīng)濟(jì)效益又有社會效益。常規(guī)游梁式石油抽油機(jī)自誕生以來，歷經(jīng)百年使用，經(jīng)歷了各種工況和各種地域油田的考驗(yàn)，經(jīng)久不衰。目前仍在國內(nèi)外油田普遍使用。常規(guī)機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、可靠性高、耐久性好、維修方便、適應(yīng)現(xiàn)場工況等優(yōu)點(diǎn)，在采油機(jī)械中占有舉足輕重的地位。但是由于常規(guī)機(jī)的結(jié)構(gòu)特征，決定了它平衡效果差，曲柄凈扭矩脈動大，存在負(fù)扭矩、載荷率低、工作效率低和能耗大等缺點(diǎn)。在采油成本中，抽油機(jī)電費(fèi)占30％左右，年耗電量占油田總耗電量的20～30％，為油田電耗的第二位，僅次于注水。1.3抽油機(jī)的發(fā)展方向石油抽油機(jī)是由裝在平衡架內(nèi)的平衡車調(diào)節(jié)整機(jī)平衡的，平衡車由鏈條經(jīng)上鏈輪和下鏈輪與換向裝置的下端相連，具有載能力大、易調(diào)節(jié)、平衡效果好、安裝維修方便等優(yōu)點(diǎn)。在各油田的原油生產(chǎn)中有著舉足輕重的地位，并且隨著油田的進(jìn)一步開發(fā)，各種新型節(jié)能抽油機(jī)將會得到廣泛地推廣和應(yīng)用。石油抽油機(jī)適應(yīng)各種類型油井抽汲的需要。為了適應(yīng)垂直井,斜井,定向井,叢式井,水平井抽汲的需要,研制了斜井抽油機(jī),叢式井抽油機(jī),雙驢頭抽油機(jī),雙井平衡抽油機(jī),緊湊型石油抽油機(jī)等.結(jié)構(gòu)簡單、可靠耐用、操作簡便、容易安裝等優(yōu)點(diǎn)，深受用戶歡迎，目前在用的抽油機(jī)中擁有最大的市場占有率。因此低能耗，低消耗，低成本，效率高的抽油機(jī)是抽油機(jī)發(fā)展方向的最終結(jié)果，也是廣大設(shè)計(jì)者的畢生追求。常規(guī)游梁式抽油機(jī)傳動方案設(shè)計(jì)2.1簡述系統(tǒng)的組成工作原理等常見抽油機(jī)即游梁式抽油機(jī)是油田廣泛應(yīng)用的傳統(tǒng)抽油設(shè)備，通常由普通交流異步電動機(jī)直接拖動。其曲柄帶以配重平衡塊帶動抽油桿，驅(qū)動井下抽油泵做固定周期的上下往復(fù)運(yùn)動，把井下的油送到地面。在一個(gè)沖次內(nèi)，隨著抽油桿的上升/下降，而使電機(jī)工作在電動/發(fā)電狀態(tài)。上升過程電機(jī)從電網(wǎng)吸收能量電動運(yùn)行；下降過程電機(jī)的負(fù)載性質(zhì)為位勢負(fù)載，加之井下負(fù)壓等使電動機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，把機(jī)械能量轉(zhuǎn)換成電能回饋到電網(wǎng)。2.2繪制系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)（運(yùn)動）簡圖圖2-1機(jī)構(gòu)簡圖曲柄搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)參數(shù)分析與確定表3-1設(shè)計(jì)參數(shù)上沖程的時(shí)間下沖程的時(shí)間沖程S(m)沖次n(次/min)懸點(diǎn)載荷P（kN）8T/157T/152.08P1=20，P2=5抽油桿上沖程時(shí)間為8T/15，下沖程時(shí)間為7T/15。極位夾角：利用公式則可推得極位夾角假設(shè)橫梁的前后臂長相等S=L3×ψ最小傳動角要求：3.2按K設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原理需要假設(shè)橫梁半段，擺角和行程速度變化系數(shù)設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)是確定鉸鏈中心點(diǎn)的位置定出其他三桿的尺寸、和。設(shè)計(jì)步驟如下：由已知的行程速度變化系數(shù)，計(jì)算出極位夾角。任意選擇固定鉸鏈中心D的位置，由搖桿長度和擺角，做出搖桿的兩個(gè)極限位置和。連接和，并作垂直于。作，與相較于點(diǎn)，由圖可見，作的外接圓，在此圓周上任取一點(diǎn)作為曲柄的固定鉸鏈中心，連接和，因?yàn)橥粓A弧的圓周角相等，故因極限位置處曲柄與連桿共線，故從而的曲柄長度，連桿長度由圖得圖3-1四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖桿的選?。涸趦?nèi)取ψ、，計(jì)算、、，得曲柄搖桿機(jī)構(gòu)各構(gòu)件尺寸（mm）表3-2曲柄搖桿機(jī)構(gòu)各構(gòu)件尺寸L1L2L3L4γ190429502000385275°57°2861.53874.52000485981°393525902387377177°48°495028502600420079°46°585032502600460081°3.3曲柄搖桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析3.3.1滿足有曲柄條件最短桿與最長桿長度之和小于其余兩桿長度之和，機(jī)構(gòu)中存在整轉(zhuǎn)副。所選取的五組均滿足3.3.2滿足傳動角條件傳動角在下死點(diǎn)位置大于70度。在CAD中繪圖，測得了各組下死點(diǎn)位置傳動角分別為75°、81°、77°、79°、81°，均滿足3.3.3滿足a最小條件利用Matlab軟件進(jìn)行編程計(jì)算和畫圖,求各組的加速度：圖3-2第1組運(yùn)行結(jié)果圖3-3第2組運(yùn)行結(jié)果圖3-4第3組運(yùn)行結(jié)果圖3-5第4組運(yùn)行結(jié)果圖3-6第5組運(yùn)行結(jié)果3.4結(jié)論根據(jù)數(shù)據(jù)分析圖可以進(jìn)行選擇利用四桿機(jī)構(gòu)加速度最小原理，即波峰波谷差絕對值最小，所選四桿機(jī)構(gòu)的尺寸為l1=850;l2=3250;l3=2600;l4=4600.傳動系統(tǒng)運(yùn)動和動力參數(shù)分析計(jì)算4.1傳動比分配和電動機(jī)選擇圖4-1扭矩T計(jì)算圖計(jì)算位置：曲柄在下死點(diǎn)位置順時(shí)針偏轉(zhuǎn)10度左右處T=2993.18N?m為了計(jì)算電動機(jī)的所需功率，需要確定從電動機(jī)到工作機(jī)之間的總效率，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表2-2可查得V帶效率為0.95,滾動軸承效率為0.98，閉式齒輪傳動效率為0.97，則傳動裝置的總效率為電動機(jī)所需有效功率為。其中n=8.所以。電動機(jī)所需功率為，取額定功率為3kw。表4-1根據(jù)計(jì)算結(jié)果可初選額定功率為3kw的電動機(jī)電機(jī)型號額定功率kw同步轉(zhuǎn)速r/min滿載轉(zhuǎn)速r/min總傳動比Y100L-2330002880360Y100L2-4315001430178.75Y132S-631000960120Y132M-8375071088.75根據(jù)轉(zhuǎn)速以及功率暫時(shí)選擇Y132S-6，同步轉(zhuǎn)速1000r/min,總傳動比120根據(jù)總傳動比進(jìn)行傳動比的分配取帶傳動的傳動比為=4，則減速器的傳動比為減速器高速級的傳動比為低速級傳動比為4.2各軸轉(zhuǎn)速計(jì)算4.3各軸功率計(jì)算計(jì)算 4.4各軸扭矩計(jì)算N·mN·mN·m齒輪減速器設(shè)計(jì)計(jì)算5.1高速級齒輪傳動設(shè)計(jì)計(jì)算運(yùn)動和動力參數(shù)的確定：高速級傳動：兩級直齒圓柱齒輪減速器用電動機(jī)驅(qū)動，單向運(yùn)轉(zhuǎn)，載荷有中等沖擊，高速級傳動比i=6.24，高速軸轉(zhuǎn)速=240r/min，傳動功率P=2.35kw，采用軟齒面。5.1.1選擇材料及確定許用應(yīng)力小齒輪用40MnB調(diào)質(zhì)，齒面硬度241～286HBSMPa;MPa大齒輪用ZG35SiMn調(diào)質(zhì)，齒面硬度為241～269HBS；MPa;MPa取=1.25=1.6[]==MPa=584MPa[]=MPa=496MPa[]==MPa=375MPa[]MPa=318.75MPa5.1.2按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)設(shè)齒輪按8級精度制造，取截面載荷系數(shù)K=1.5齒寬系數(shù)=0.8小齒輪上的轉(zhuǎn)矩：T1=9.55×106×=9.55××N·m=0.935×N·m標(biāo)準(zhǔn)齒數(shù)=2.5取中心距：齒數(shù)取故實(shí)際傳動比i==6.25模數(shù)m==mm=2.2mm齒寬b==0.871.5mm=57.2mm取=60mm=65mm取m=2mm實(shí)際的=Z1·m=322=64mm=2002=400mm中心距a===232mm5.1.3驗(yàn)算齒輪彎曲強(qiáng)度齒形系數(shù)=2.56=1.85所以安全5.1.4齒輪的圓周速度V===0.8m/s所以選用8級精度適合5.1.5優(yōu)化設(shè)計(jì)令m=2=318.75MPa所以=333MPa可求的b=27.4mm取=30mm=35mm驗(yàn)算齒輪彎曲強(qiáng)度=304.8MPa≤[]=375MPa=291.8MPa≤[]=318.75MPa所以取b1=35mmb2=30mm合宜5.2低速級齒輪傳動設(shè)計(jì)計(jì)算運(yùn)動和動力參數(shù)的確定：低速級傳動：兩級直齒圓柱齒輪減速器用電動機(jī)驅(qū)動，單向運(yùn)轉(zhuǎn)，載荷有中等沖擊，低速級傳動比i=4.81，低速軸轉(zhuǎn)速，傳動功率P=2.2kw，采用軟齒面。5.2.1選擇材料及確定許用應(yīng)力小齒輪用40MnB調(diào)質(zhì)，齒面硬度241～286HBS=730MPa=600MPa大齒輪用ZG35SiMn調(diào)質(zhì)，齒面硬度為241～269HBS；=620MPa=510MPa取=1.25=1.6[]==MPa=584MPa[]=MPa=496MPa[]==MPa=375MPa[]MPa=318.75MPa5.2.2按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)矩：N·m取中心距：齒數(shù)取實(shí)際傳動比為模數(shù)：齒寬：b==0.8×220.3=176.24mm取取模數(shù)則由實(shí)際的中心距5.2.3驗(yàn)算齒輪彎曲強(qiáng)度齒形系數(shù)故安全5.2.4齒輪的圓周速度選8級精度是合宜的5.2.5優(yōu)化設(shè)計(jì)取mm令則則取驗(yàn)證輪齒彎曲強(qiáng)度∴取即可5.3結(jié)論及運(yùn)動簡圖表5-1兩級齒輪傳動減速器參數(shù)模數(shù)mm齒數(shù)分度圓mm齒寬mm中心矩mm傳動比123264352326.242200400303632192905584.81415492485圖5-1減速器齒輪運(yùn)動簡圖帶傳動設(shè)計(jì)計(jì)算6.1帶鏈傳動的方案比較鏈傳動是通過鏈條將具有特殊齒形的主動鏈輪的運(yùn)動和動力傳遞到具有特殊齒形的從動鏈輪的一種傳動方式。具有無彈性滑動和打滑現(xiàn)象，平均傳動比準(zhǔn)確，工作可靠，效率高；傳遞功率大，過載能力強(qiáng)，相同工況下的傳動尺寸小；所需張緊力小，作用于軸上的壓力??；能在高溫、潮濕、多塵、有污染等惡劣環(huán)境中工作等特點(diǎn)。然而它僅能用于兩平行軸間的傳動；成本高，易磨損，易伸長，傳動平穩(wěn)性差，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會產(chǎn)生附加動載荷、振動、沖擊和噪聲，不宜用在急速反向的傳動中。

帶傳動是利用張緊在帶輪上的柔性帶進(jìn)行運(yùn)動或動力傳遞的一種機(jī)械傳動。帶傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、能緩沖吸振、可以在大的軸間距和多軸間傳遞動力，且其造價(jià)低廉、不需潤滑、維護(hù)容易等特點(diǎn)。V帶傳動是靠V帶的兩側(cè)面與輪槽側(cè)面壓緊產(chǎn)生摩擦力進(jìn)行動力傳遞的。與平帶傳動比較，V帶傳動的摩擦力大，因此可以傳遞較大功率。V帶較平帶結(jié)構(gòu)緊湊，而且V帶是無接頭的傳動帶，所以傳動較平穩(wěn)，是帶傳動中應(yīng)用最廣的一種傳動。鏈傳動不適合高速,特別是比較重的鏈子,慣性太大,只可用在低速的傳動場合。皮帶傳動可以用在高速傳動上。綜合考慮帶鏈傳動的優(yōu)缺點(diǎn)我們選擇帶傳動。6.2帶傳動設(shè)計(jì)計(jì)算電動機(jī):高速級:轉(zhuǎn)速,輸入功率:6.2.1求計(jì)算功率查表13-8得得:6.2.2v帶型號選擇普通v帶，由圖查表查出選用A型.6.2.3求大小帶輪基準(zhǔn)直徑由表13-9得，現(xiàn)取.則?。m使略有減小，但其誤差小于5%，故允許）6.2.4驗(yàn)算帶速v6.2.5求v帶基準(zhǔn)長度和中心距a初步選取中心距帶長：查表13-2，對A型帶適用實(shí)際中心距：6.2.6驗(yàn)算小帶輪包角所以合適6.2.7求v帶根數(shù)Z令，查13-3得：傳動比：查表13-5得：由查表13-7得，查表13-2，取3根6.2.8求作用在帶輪軸上的壓力則單根v帶的初拉力：N作用在軸上的壓力：N6.3結(jié)論及運(yùn)動簡圖結(jié)論：選擇普通V帶，帶數(shù)為3，小輪直徑100mm,大輪直徑400mm,中心距為842.5mm圖STYLEREF1\s6-SEQ帶傳動運(yùn)動簡圖\*ARABIC\s11帶傳動運(yùn)動簡圖減速器軸設(shè)計(jì)計(jì)算7.1高速軸設(shè)計(jì)計(jì)算高速軸=1\*ROMANI：材料為40MnB調(diào)至，硬度241—286HBS取C=115d≥C×=115×=24.6mm考慮到鍵槽對軸的削弱d=d+5%d=25.83mm（有一個(gè)鍵槽）取d=30mm7.2中間軸設(shè)計(jì)計(jì)算中間軸=2\*ROMANII:材料為40Cr調(diào)質(zhì)取C=111d＞C×=111×=43.03mm考慮到鍵槽對軸的削弱d=d+10%d=47.33mm（有兩個(gè)鍵槽）取d=50mm7.3低速軸設(shè)計(jì)計(jì)算低速軸材料為40鋼調(diào)質(zhì)；取C=108；d≥C×=108×=70.26mm考慮到鍵槽對軸的削弱d=d+10%d=77.22mm（有兩個(gè)鍵槽）取d=80mm7.4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)7.4.1初步設(shè)計(jì)軸的設(shè)計(jì)包括軸的軸向尺寸設(shè)計(jì)和軸的徑向尺寸、軸承的選擇、軸承配置、軸上零件定位、固定等內(nèi)容。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟如下：1.畫出各個(gè)軸的中心線：高速軸與中間軸中心距為232mm，中間軸與低速軸中心距為558mm。2.畫出各齒輪輪廓3.畫出箱體內(nèi)壁線4.軸的徑向尺寸的確定以初步確定的軸徑為最小軸徑，根據(jù)軸上零件的受力、安裝、固定及加工要求，確定軸的各段徑向尺寸。軸上零件用軸肩定位的相鄰軸徑的直徑一般相差5到10mm。當(dāng)滾動軸承用軸肩定位時(shí)，其軸肩直徑由滾動軸承標(biāo)準(zhǔn)中查出。為了軸上零件拆裝方便或加工需要，相鄰軸端直徑之差應(yīng)取1到3mm。軸上裝滾動軸承、傳動件和密封件登出的軸端直徑應(yīng)取相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值。5.軸的軸向尺寸的確定軸上安裝零件的各段長度，根據(jù)各段相應(yīng)零件輪轂寬度和其他結(jié)構(gòu)需要來確定。不安裝零件的各軸段長度可根據(jù)主上零件的相應(yīng)位置來確定。當(dāng)用套筒或擋油環(huán)等零件來固定軸上零件時(shí)，軸端面與套筒端面或輪轂端面應(yīng)留有2到3mm的間隙，即周段長度小于輪轂寬度2到3mm，以防止加工誤差使零件在軸向固定不牢靠，當(dāng)軸的外伸段上安裝連軸器、帶輪、鏈輪時(shí)，為了使其在軸向固定牢靠，也需同樣處理。軸段在軸承座孔內(nèi)的結(jié)構(gòu)和長度與軸承的潤滑方式有關(guān)，軸承用軸潤滑，軸承的端面距箱體內(nèi)壁的距離為3到5mm軸上的平鍵的長度應(yīng)短于該軸段長度5到10mm，鍵長要整合到標(biāo)準(zhǔn)值。鍵端距零件裝入側(cè)軸端距離一般為2到5mm圖7-1低速軸圖7-2中間軸圖7-3高速軸7.4.2螺釘和端蓋的選取端蓋厚度e=1.2d3，d3-螺釘直徑端蓋內(nèi)直徑D=軸承外徑端蓋外圈直徑D2=D+(5—5.5)d3螺釘孔中心高度D。=0.5（D2+D）根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊選：高速軸的連接螺栓直徑為10mm中間軸的連接螺栓直徑為16mm低速軸的連接螺栓直徑為20mm并由此計(jì)算端蓋的各個(gè)參數(shù)。7.5軸的強(qiáng)度驗(yàn)算7.5.1.高速軸T=93.5N·md=30mm取20°齒輪分度圓直徑d=64mm齒輪上的圓周力：N齒輪上的徑向力：N作用在右端帶輪上的外力F=1130.4NL=172.5mmk=43.5mm1）求垂直面的支撐反力NN2)水平的支撐反力N3)F力在支點(diǎn)產(chǎn)生的反力NN圖STYLEREF1\s7-4高速軸受力圖4)繪垂直面的彎矩圖（a）N·m5）繪水平面的彎矩圖（b）N·m6）F產(chǎn)生的彎矩力（c）N·ma-a截面F力產(chǎn)生彎矩為N·m7）考慮最不利的情況（c）N·m8）求軸傳遞的轉(zhuǎn)矩（e）N·m9）求危險(xiǎn)界面的當(dāng)量彎矩.由圖可見a-a截面最危險(xiǎn)（f）取=0.6可得Me=242.2N·m10）計(jì)算危險(xiǎn)截面處的直徑軸的材料用40MnB調(diào)質(zhì)。查得故安全。7.5.2中間軸T=556.2N·m齒輪分度圓直徑d1=192mmd2=400mm齒輪上的圓周力：N·mN·m齒輪上的徑向力：N·mN·m圖7-5中間軸受力圖1）求垂直面的支撐反力 NN2)水平的支撐反力NN3)繪垂直面的彎矩圖（a）N?mN?m4）繪水平面的彎矩圖（b）N?mN?m5）求合成彎矩（c）===217N?m===5.72N?m6）求軸傳遞的轉(zhuǎn)矩（d）7）求危險(xiǎn)截面的當(dāng)量彎矩為：取=0.6===398N?m8）計(jì)算危險(xiǎn)截面處的軸的直徑軸的材料選用40處理則=750MPa=75MPa所以d==37.57mm<50mm∴滿足9）==<0.5=7.5.3.低速軸T=2629.5N·md=80mm取20°齒輪分度圓直徑d=924mm齒輪上的圓周力：N齒輪上的徑向力：F=F·tan=2071.5N作用在右端曲柄的力F=2960NL`=114.5mmL=190mmk=97mm1）求垂直面的支撐反力NN2)水平的支撐反力N3)F力在支點(diǎn)產(chǎn)生的反力NN4)繪垂直面的彎矩圖（a）圖7-6低速軸受力圖N?m5）繪水平面的彎矩圖（b）N?m6）F產(chǎn)生的彎矩力（c）N?ma-a截面F力產(chǎn)生彎矩為N?m7）考慮最不利的情況（d）N?m8）求軸傳遞的轉(zhuǎn)矩（e）N?m9）求危險(xiǎn)界面的當(dāng)量彎矩.由圖可見a-a截面最危險(xiǎn)（f）取=.06可得=1658.7N?m10）計(jì)算危險(xiǎn)截面處軸的直徑軸的材料用40鋼調(diào)質(zhì)。查表得.故安全。軸承設(shè)計(jì)計(jì)算8.1高速軸支撐軸承選型計(jì)算選用軸承型號6207n=240r/min由機(jī)械手冊查得：=25.5kN由