游梁式抽油機傳動設(shè)計

本科論文目錄TOC\o"1-3"\h\u27989摘要 I18917Abstract II13691引言 1291481設(shè)計目標 2303341.1游梁式抽油機簡述 2219471.2游梁式抽油機研究目的及意義 3249011.3游梁式抽油機的發(fā)展趨勢 4124952方案設(shè)計 6250662.1游梁式抽油機的工作原理 6196802.2游梁式抽油機的基本結(jié)構(gòu) 7145552.3游梁式抽油機總傳動方案 7141462.4平衡方式的確定 8230943主要部件的設(shè)計 9100643.1電機的設(shè)計 9114773.2V帶的設(shè)計 11270653.3減速器的設(shè)計 13201973.4四連桿機構(gòu)的設(shè)計 17325904主要部件的校核 22296884.1齒輪的強度校核 22213034.2中央軸承的使用壽命校核 22207275主要部件的三維造型 25193715.1底座的三維造型 25277485.2支架的三維造型 25209055.3游梁的三維造型 2676135.4平衡塊的三維造型 2739095.5曲柄的三維造型 2774385.6連桿的三維造型 28249615.7整體裝配造型 2819437結(jié)論 308654參考文獻 3127505致謝 33摘要在石油工業(yè)中抽油機是必不可少的生產(chǎn)工具，在機械式開采油井時，抽油機可提供強大的動力，以此來帶動其他相連接設(shè)備的運轉(zhuǎn)。在石油工業(yè)發(fā)展史上游梁式抽油機最先應(yīng)用于石油工業(yè)的開采，而且這種設(shè)備在全國各地得到推廣。游梁式抽油機結(jié)構(gòu)簡單、制造過程方便、穩(wěn)定性強、并且適用于各種生產(chǎn)場地，在與其他同種類型的設(shè)備相比，具有明顯的優(yōu)勢，所以游梁式抽油機一直應(yīng)用于采油工業(yè)中。在抽油機設(shè)備史上，游梁式抽油機已經(jīng)進行了數(shù)代的改良，但還是存在一些不足之處，例如，長沖程時平衡效果差；結(jié)構(gòu)設(shè)計不夠完美；耗能較大；傳動效率較低等。本文主要針對以上不足進行優(yōu)化和改善，如下：在了解游梁式抽油機工作原理及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的同時進行對整體傳動方案設(shè)計，設(shè)計出合理的機械結(jié)構(gòu)，最終選擇出電機與減速器的類型；對游梁式抽油機四連桿機構(gòu)（曲柄-連桿-橫梁-游梁）進行優(yōu)化改良，并選擇最合理的平衡方式；利用Solidworks和AutoCAD等軟件對游梁式抽油機進行三維建模、整體裝配和二維圖繪制；對游梁式抽油機重要部件進行強度校核，對整體進行運動學(xué)仿真，并制作實物。關(guān)鍵詞：游梁式抽油機；四連桿機構(gòu)；減速器；電機選型；強度校核

AbstractIn

the

petroleum

industry,

the

pumping

unit

is

an

essential

production

tool.

In

the

mechanical

production

of

oil

wells,

the

pumping

unit

can

provide

a

strong

power

to

drive

the

operation

of

other

connected

equipment.In

the

history

of

petroleum

industry,

the

beam

pumping

unit

was

first

used

in

the

exploitation

of

petroleum

industry,

and

this

kind

of

equipment

was

popularized

all

over

the

country.The

beam

pumping

unit

is

not

complex

in

structure,

not

difficult

in

manufacturing

process,

strong

in

stability,

and

suitable

for

various

production

sites.

Compared

with

other

similar

types

of

equipment,

it

has

obvious

advantages,

so

the

beam

pumping

unit

has

been

used

in

the

oil

production

industry.In

the

history

of

pumping

unit

equipment,

the

beam

pumping

unit

has

been

improved

for

several

generations,

but

there

are

still

some

shortcomings,Forexample,thelongstroketimebalanceeffectispoor;thestructuredesignisnotperfect;theenergyconsumptionislarge;thetransmissionefficiencyislow.Inthispaper,theabovedeficienciesareoptimizedandimprovedasfollows:(1)At

the

beginning,

it

is

necessary

to

understand

how

the

beam

pumping

unit

works

and

its

internal

structure.

Then,

according

to

the

data,

the

overall

operation

design

scheme

is

carried

out,

the

reasonable

mechanical

structure

is

designed,

and

the

type

of

motor

and

reducer

is

finally

selected;(2)Thefourlinkmechanismofbeampumpingunitisoptimizedandimproved,andthemostreasonablebalancemodeisselected;(3)ByusingSolidWorksandAutoCADsoftware,3Dmodeling,overallassemblyand2Ddrawingofbeampumpingunitarecarriedout;(4)Checkthestrengthoftheimportantpartsofthebeampumpingunit,carryoutthekinematicsimulationofthewholeunit,andmaketherealobject.Keywords:beampumpingunit;four-barlinkage;reducer;motorselection;strengthcheck引言在石油開采工業(yè)的歷史中，游梁式抽油機也有著悠久的發(fā)展歷史，憑借其完善的功能，在油田生產(chǎn)中有著舉足輕重的地位。游梁式抽油機在與其他抽油機相比，在結(jié)構(gòu)、制造成本、技術(shù)完善、適用范圍、可靠性、實用性等方面都有很大的優(yōu)勢?，F(xiàn)如今，隨著經(jīng)濟和科技的發(fā)展，抽油機為了順應(yīng)時代的發(fā)展需求也不斷地進行升級和改造，很大程度上完善了抽油機的實用功能和結(jié)構(gòu)類型，游梁式抽油機現(xiàn)如今仍然表現(xiàn)出強大的能力，所以我國依舊大量使用游梁式抽油機進行油田生產(chǎn)。但是，游梁式抽油機也有一定的缺點，一般的游梁式抽油機有自身的結(jié)構(gòu)限制，這種限制導(dǎo)致其不能在進行工作時突破長沖程，這樣的游梁式抽油機顯得有一點笨重。所謂的結(jié)構(gòu)受限制，是由于四桿機構(gòu)在被固定的條件下，桿件長度也受到了實際情況的影響而被限制，四桿機構(gòu)“死角”也會限制游梁的擺角，從而不易實現(xiàn)長沖程REF_Ref32628\r\h[1]。因為一般的游梁式抽油機安裝的是四連桿結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)裝置導(dǎo)致抽油機容易失去平衡性、增加動載荷、耗能需求大等問題。游梁式抽油機平衡配重載荷和抽油載荷相結(jié)合的結(jié)構(gòu)類似天平的結(jié)構(gòu)，兩者相互聯(lián)系。游梁式抽油機安裝這種結(jié)構(gòu)后，在油田工作中，當平衡載荷的扭矩運行時，抽油載荷的扭矩也會同時工作，就這樣，抽油機在連續(xù)的工作中，并不會消耗過多的動力，這樣的結(jié)構(gòu)大大提高了游梁式抽油機的平衡效果，同時也大大降低了抽油機在工作時需要消耗的能源。抽油載荷每時每刻都發(fā)生著變化，而平衡配重載荷不可能隨著抽油載荷作完全一致的變化，這導(dǎo)致游梁式抽油機的節(jié)能技術(shù)變得復(fù)雜化REF_Ref507\r\h[2]。雖說目前為止游梁式抽油機發(fā)展還不夠成熟，但在未來的發(fā)展中會有驚喜、奇跡等待著我們更深層的探索。游梁式抽油機一定會向長沖程、精準平衡、低能耗、自動化方向所發(fā)展。

1設(shè)計目標1.1游梁式抽油機簡述游梁式抽油機屬于有桿類的一種油田采油工具，在工作中，抽油機的連桿機構(gòu)發(fā)揮其轉(zhuǎn)向作用，而與此相對的曲柄重塊是用來保持抽油機的平衡性，由于其獨特的運行，人們大都稱其為“磕頭機”。游梁式抽油機現(xiàn)如今仍然廣泛的應(yīng)用于各個油田的采集，它基本上由四個部分結(jié)構(gòu)而成，分別是輔助裝備、動力系統(tǒng)、減速器、曲柄機構(gòu)-連桿-油梁-驢頭。游梁式抽油機在油田進行開采時，動力系統(tǒng)產(chǎn)生動能以此來帶動各個系統(tǒng)的運行，當開始運行時，曲柄連桿機構(gòu)和變速箱相互作用，然后驢頭開始上下運動，與此同時，抽油桿帶動著抽油泵的柱塞運動，游梁式抽油機就是運用這樣的方式進行采油。游梁式抽油機在油田開采歷史中，不斷地隨著時代的發(fā)展而完善，其功能和效果突出，在全國各地依然受用，與其他抽油機相比，游梁式抽油機具有平衡性好、工作能力強、承重能力高、結(jié)構(gòu)簡易、便于操作、安全可靠、使用壽命長、維修方便等的特點。但游梁式抽油機也有待優(yōu)化的地方，例如長沖程時對能源的需求量大，采油效率低，平衡性差等。在不斷的改造和完善中，游梁式抽油機現(xiàn)如今大致有兩類，一類是常規(guī)游梁式抽油機，另一類就是異形游梁式抽油機REF_Ref1444\r\h[18]。異形游梁式抽油機是在常規(guī)游梁式抽油機的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型抽油機。在結(jié)構(gòu)上，具有常規(guī)游梁式抽油機抽油簡單、可靠、耐用的特點。在性能上，易于實現(xiàn)長行程，具有較好的節(jié)能特性REF_Ref1523\r\h[3]。圖1.1游梁式抽油機1.2游梁式抽油機研究目的及意義抽油機是油田工業(yè)發(fā)展必不可少的設(shè)備，當油田工業(yè)出現(xiàn)時，抽油機也隨之出現(xiàn)，至今已經(jīng)有了幾百年的發(fā)展歷史，抽油機也在全國各地得到應(yīng)用和傳播。游梁式抽油機與其他類型的抽油機相比具有明顯的優(yōu)勢，例如其能適用于各種場地、便于維修、安全性高、便于制造，結(jié)構(gòu)精巧等優(yōu)勢，所以游梁式抽油機被廣泛地應(yīng)用于采油工業(yè)中。雖然游梁式抽油機已經(jīng)相當先進，但也存在這一定的缺點，例如其對能源的需求量大、抽油效率較低、系統(tǒng)不夠完善、平衡效果差。其中對能源需求量大和效率低下是最為突出的問題。在我國油田生產(chǎn)中，大都是采用的常規(guī)型游梁式抽油機，但是這類抽油機的工作效率并不是很高，在調(diào)查中顯示，我國常規(guī)型游梁式抽油機的平均工作效率只有16%-23%，這樣的工作效率并不能滿足于現(xiàn)如今的油田生產(chǎn)需求。所以，如何降低常規(guī)型游梁式抽油機的能源消耗成為現(xiàn)如今需要解決的最大難題。在解決問題中，科技人員進行了各種實驗，把一些節(jié)能的系統(tǒng)嫁接于常規(guī)型游梁式抽油機，這些節(jié)能的系統(tǒng)在一定程度上提高了抽油機的生產(chǎn)效率，但是這樣的實驗并不完美，加入新的結(jié)構(gòu)會打亂原先抽油機自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)的聯(lián)系，新的節(jié)能系統(tǒng)的安裝不知能否與其他系統(tǒng)相適應(yīng)，能否達到1+1=2的效果又成為一個新的問題。因此，如何解決游梁式抽油機的節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計和優(yōu)化連桿機構(gòu)尺寸這些問題成為關(guān)鍵，如果解決這些問題，那將會為我國油田工業(yè)的發(fā)展帶來巨大的經(jīng)濟效益REF_Ref8179\r\h[9]。四桿機構(gòu)是現(xiàn)如今游梁式抽油機采用的結(jié)構(gòu)裝置，這種四桿機構(gòu)是變形的，這個機構(gòu)是由游粱后臂、曲柄、連桿、曲軸中心和游梁支點五個關(guān)鍵部位所構(gòu)成的，它們在工作中相互影響，相互作用，從而做到四桿機構(gòu)的效果，其中影響抽油機動力功能的直接因素是該連桿各個桿件不同長度之間相互組合，不同的組合會造成不同的效果。本課題就以如何選擇合適的連桿機構(gòu)尺度展開討論，在現(xiàn)如今抽油機的工作效率基礎(chǔ)上，通過不斷對各個尺度的作用進行實驗，從而選出最佳方案，進一步提高抽油機的相關(guān)性能。1.3游梁式抽油機的發(fā)展趨勢在國外，很多經(jīng)濟發(fā)達的國家生產(chǎn)游梁式抽油機，比如英國、德國、美國、法國和加拿大等。這些發(fā)達國家在制造抽油機方面不斷探索，針對現(xiàn)如今抽油機出現(xiàn)的能耗高，采油效率不高等問題進行了積極探索，對于這些問題，國外研制出了各種新類型抽油機，例如：下偏杠鈴系列抽油機，這類抽油機的節(jié)能效果非常明顯；前置式氣平衡抽油機，而這類抽油機的平衡性效果突出：雙驢頭式抽油機，這類抽油機的抽油效率非?？捎^。國外在抽油機技術(shù)上積極探索，抽油機技術(shù)快速發(fā)展，并且抽油機類型更加多樣化、工作能力更加突出、能源消耗更加少、并且更加的信息化，自動化。我國與國外相比，抽油機制造歷史較短，起步較晚，但是在我國相關(guān)人員的積極探索之下，我國抽油機制造技術(shù)快速發(fā)展，在上世紀80年代，我國就達到了抽油機自給自足的水平，不僅如此，我國還將自己生產(chǎn)的抽油機向其他國家出售。目前我國有多個抽油機生產(chǎn)廠家，制造的抽油機類型更是達到了上千種，其中游梁式抽油機是我國目前技術(shù)最高水平的成果，它價格低廉、結(jié)構(gòu)簡單、便于維修、可靠性強。我國雖然制造出了很多類型的抽油機，但是游梁式抽油機憑借其出色的工作能力在各種類型的抽油機中出類拔萃，我國現(xiàn)如今大部門油田就是采用游梁式抽油機進行工作生產(chǎn)。雖然我國游梁式抽油機技術(shù)已經(jīng)很先進，但是常規(guī)性游梁式抽油機仍然有一定的問題所在，那就是常規(guī)型游粱式抽油機在能耗上的問題，常規(guī)型游梁式抽油機在工作中需要消耗大量的能源，在我國的油田生產(chǎn)中，大部分使用的就是常規(guī)型游梁式抽油機REF_Ref3299\r\h[21]。就根據(jù)我國目前油田開發(fā)和使用抽油機的情況來看，我國游梁式抽油機的技術(shù)需要不斷的發(fā)展，我們可以借鑒西方的優(yōu)秀經(jīng)驗，針對我國目前發(fā)展遇到的問題，我國游梁式抽油機需要更加的信息化、自動化、節(jié)能化、大型化、精準化，平衡化、高效化。

2方案設(shè)計2.1游梁式抽油機的工作原理游梁式抽油機工作原理很簡單，主要就是電動機、減速裝置、四連桿機構(gòu)和驢頭四部分的相互工作，電動機產(chǎn)生動能，通過皮帶、減速器帶動四連桿機構(gòu)運動，并由驢頭、抽油桿柱、油泵柱進行相互作用，這樣就達到了采油的目的。游梁式抽油機進行工作時，在上沖程的過程中，巨大的動力會帶動油泵活塞向上運動，根據(jù)閥自重和壓力的作用，油泵的游動閥會關(guān)閉，以此柱塞上部的液體就會受到其影響，從而提升。柱塞上部液體的上升就會增加柱塞下面的泵筒空間，這樣泵筒的壓力就會降低。這時，套管的壓力就比泵筒的壓力大，壓力差產(chǎn)生的動力就會迫使里面的液體沖出油泵固定閥，接下來液體就進入了油泵活塞此刻空缺的空間REF_Ref3299\r\h[21]；在柱塞進行下行運動時，會自動關(guān)閉油泵的固定閥，進入活塞的液體就是受到壓縮，在運行的過程中，由于柱塞的下行，泵內(nèi)的空間就會減少，從而增加了泵內(nèi)的壓力。此刻，泵內(nèi)壓力的增加就會大于油管內(nèi)液柱里面的壓力，泵筒里面的液體就會受到動力流入油管之中。抽油機在工作中具有一定的慣性，油泵柱塞不斷地進行上下運動，壓力互相變化，從而影響固定閥和游離閥的反復(fù)作用，抽油機的抽取就是在這樣的反復(fù)中完成?？偨Y(jié)地說：當柱塞上行時，柱塞上部的液體就會因為壓力進入輸油管線，泵內(nèi)由于壓力差就會吸入液體，在柱塞下降時，地下的石油就會被吸入油管內(nèi)部。這樣周而復(fù)始地工作時，原油就源源不斷地被采出REF_Ref3583\r\h[4]。圖2.1游梁式抽油機工作原理圖2.2游梁式抽油機的基本結(jié)構(gòu)游梁式抽油機主要由底座、支架、懸繩器、驢頭、游梁、橫梁軸承座、橫梁、連桿、曲柄銷裝置、曲柄裝置、平衡塊、減速器、皮帶輪、v帶、電動機、剎車裝置等部件組成，結(jié)構(gòu)簡圖如下：圖2.2游梁式抽油機結(jié)構(gòu)簡圖2.3游梁式抽油機總傳動方案抽油機抽油桿在運行時進行的是上下往復(fù)的直線運動、并且在實踐中可以記錄下抽油機運行時的沖程大小和次數(shù)，最后在根據(jù)抽油機的運行原理，就可以分析出游梁式抽油機在工作時的運動方案，以此分為以下三個部分：1.動力部分，由電動機產(chǎn)生動能；2.傳動部分，運用多級減速器和V帶進行傳動；3.執(zhí)行部分，由四桿結(jié)構(gòu)完成。在抽油機工作時，電動機產(chǎn)生動能，通過V帶傳輸，在減速箱處進行減速處理，然后由橫梁、游粱、曲柄和連桿組成的四連桿機構(gòu)改變原來的運動方式，使游粱驢頭進行往復(fù)動作，這樣抽油桿就會在驢頭往復(fù)動作的影響下，也做出往復(fù)的直線運動。傳動方案圖如下：圖2.3游梁式抽油機傳動方案圖2.4平衡方式的確定目前，國內(nèi)外采用的主要機械平衡方式有:游梁平衡、曲柄平衡、復(fù)合平衡和氣動平衡。1.游梁平衡:采取一種極為簡單的平衡方式，常用于小于3噸的輕型抽油機。主要將一定重量的平衡板置于游梁尾端。2.曲柄平衡:將平衡裝置安裝在曲柄上，適用于重型抽油機。這種平衡方法減少了游梁平衡引起的抽油機擺動，調(diào)整方便，但曲柄負荷大，離心力大。3.復(fù)合平衡:一臺抽油機同時擁有游梁平衡和曲柄平衡。其特點是：可隨量程大小自由調(diào)節(jié)；小范圍調(diào)節(jié)時，可調(diào)節(jié)游梁平衡；大范圍調(diào)節(jié)時，可調(diào)節(jié)曲柄平衡。4.氣動平衡:氣體的可壓縮性可以用來儲存和釋放能量以達到平衡。可用于10噸以上的重型抽油機。這種平衡方法降低了抽油機的動載荷和振動，但其裝置要求精度高、加工復(fù)雜。由于游梁式抽油機具有長沖程和變沖程的特點，故應(yīng)采用復(fù)合平衡。復(fù)合平衡能更精準的調(diào)節(jié)抽油機的平衡，使其更加穩(wěn)定的工作。

3主要部件的設(shè)計3.1電機的設(shè)計根據(jù)《梁式抽油機設(shè)計計算》REF_Ref4501\r\h[19]及設(shè)計要求，確定了游梁式抽油機的基本數(shù)據(jù)。抽油機最大載荷（）=；沖程（）=；沖次（）=；皮帶傳送比（）=5；減速器傳送比（）=22；帶傳動、齒輪傳動、球軸承的效率分別為。游梁式抽油機的電機功率：（3-1）為傳至曲柄軸上的扭矩為抽油機沖次，=為傳動效率由式(3-1)可知，實際扭矩和曲軸上產(chǎn)生的沖數(shù)決定了電機所需功率。但在整個運行過程中，曲軸上的扭矩會發(fā)生變化，只有在上下行程一定的時間才能達到最大值。在變負載條件下，電機的選擇不能根據(jù)瞬時最大轉(zhuǎn)矩來計算。否則，電機大部分時間不能滿負荷工作，電能不能充分利用。在變負載條件下，電動機一般是根據(jù)負載電流或轉(zhuǎn)矩的變化規(guī)律來選擇，用均方根計算等效電流或轉(zhuǎn)矩，即:（3-2）為曲柄軸上的等值扭矩等值扭矩是在運行過程中用恒定扭矩代替實際扭矩。等值扭矩和最大扭矩在抽油機運行時會產(chǎn)生一定的相互聯(lián)系，通過實際操作的情況的記錄再加上一定的分析，再加上一些不可知情況，在進行計算時，一般采用如下公式：（3-3）即電動機的功率為：（3-4）為最大扭矩，則最大扭矩為：（3-5）為沖程，為最大載荷，為最小載荷的實際數(shù)值按照來進行運算的，在現(xiàn)實中抽油機的工作和地底的油管都不能達到完美的標準，在生產(chǎn)中就會降低其生產(chǎn)的效率。電動機的運行能力和啟動速度、電轉(zhuǎn)機的旋轉(zhuǎn)速度、皮帶輪的長度、沖數(shù)的配合都會影響抽油機，因此這樣計算最為符合抽油機運行的實際情況，即最大扭矩為：抽油機傳動效率為：（3-6）則電機的功率為：已知皮帶和減速器的傳送比，可得：（3-7）電機的轉(zhuǎn)矩為：（3-8）電機的轉(zhuǎn)速為：根據(jù)查找《機械設(shè)計方法學(xué)》REF_Ref5072\r\h[8]，選取Y250M-8型號的電機，具體參數(shù)如下：表3.1電機參數(shù)表電機參數(shù)數(shù)值型號Y250M-8額定功率30kW額定電流63A額定轉(zhuǎn)速730r/min功率因數(shù)0.8效率90.5%電機重量391kg3.2V帶的設(shè)計以下設(shè)計計算過程中應(yīng)用的公式均參考《機械原理》REF_Ref5216\r\h[5]和《機械設(shè)計》REF_Ref5249\r\h[6]。1.確定計算功率工作情況系數(shù)由《機械設(shè)計》表8-8得，則（3-9）2.選擇V帶的帶型根據(jù)計算功率，由《機械設(shè)計》圖8-11，V帶選用C型。3.確定帶輪的基準直徑并驗算帶速初選小帶輪的基準直徑，由《機械設(shè)計》表8-7和表8-9中C型帶的基準直徑系列，取小帶輪的基準直徑驗算帶速（3-10）由《機械設(shè)計》表3得v<30m/s，故帶速合格。計算大帶輪的基準直徑（3-11）4.確定V帶的中心距a和基準長度1）根據(jù)《機械原理》式（8-20）得（3-12）初定中心距帶的基準長度為（3-13）帶的基準長度由《機械設(shè)計》表8-2得由《機械原理》式（8-23）得大帶輪與小帶輪的實際中心距為（3-14）由《機械原理》式（8-24），得（3-15）中心距的變化范圍為5.驗算小帶輪上的包角通常小帶輪上的包角小于大帶輪上的包角，小帶輪上的臨界摩擦力小于大帶輪上的臨界摩擦力，因此打滑通常發(fā)生在小帶輪上，需計算其合理性。（3-16）故小帶輪符合要求6.計算帶的根數(shù)z計算單根V帶的額定功率由，查《機械設(shè)計》表8-4得根據(jù)和帶的型號為C型，查《機械設(shè)計》表8-5得查《機械設(shè)計》表8-6得包角修正系數(shù)，表8-2得帶長修正系數(shù)，于是（3-17）計算V帶的根數(shù)z由《機械原理》式（8-26）得（3-18）則V帶取5根。7.計算單根V帶的初拉力由《機械設(shè)計》表8-3得C型帶的單位長度質(zhì)量，則單根V帶的初拉力為（3-19）8.計算壓軸力為了設(shè)計安裝帶輪的軸和軸承，需要計算帶傳動作用在軸上的軸壓力，如果不考慮帶兩邊的拉力差，則壓軸力可以近似地按帶兩邊的初拉力的合力計算，即（3-20）3.3減速器的設(shè)計游梁式抽油機選取的是二級直齒圓柱齒輪減速器，總傳送比為為22，高速級齒輪傳動比為4.4，低速級齒輪傳動比為5。3.3.1減速器各軸的功率、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩以下設(shè)計計算過程中應(yīng)用的公式均參考《現(xiàn)代機械設(shè)計與方法》REF_Ref8179\r\h[9]。1.各軸的功率電機功率為：第I軸功率為：第II軸功率為：第III軸功率為:2.各軸的轉(zhuǎn)速電機轉(zhuǎn)速為：第I軸轉(zhuǎn)速為：第II軸轉(zhuǎn)速為：第III軸轉(zhuǎn)速為：3.各軸的轉(zhuǎn)矩電機轉(zhuǎn)矩為：第I軸轉(zhuǎn)矩為：第II軸轉(zhuǎn)矩為：第III軸轉(zhuǎn)矩為：3.3.2減速器齒輪傳動的設(shè)計以下設(shè)計計算過程中應(yīng)用的公式均參考《機械設(shè)計》REF_Ref5249\r\h[6]和《機械原理》REF_Ref5800\r\h[12]高速級齒輪傳動設(shè)計：1.選定齒輪的類型、精度等級、材料及齒數(shù)選用直齒圓柱齒輪傳動，壓力角為20°。游梁式抽油機為一般工作機器，根據(jù)《機械原理》表10-6，選用7級精度。材料選擇，由《機械設(shè)計》表10-1，選擇小齒輪材料為42Cr(調(diào)質(zhì))，齒面硬度320HBS，大齒輪材料為ZG358SiMn（調(diào)質(zhì)），齒面硬度280HBS。選取小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)，取。2.計算接觸疲勞許用應(yīng)力由《機械設(shè)計》圖10-25d查得小齒輪和大齒輪的接觸疲勞極限分別為，安全系數(shù)，故（3-21）3.計算齒根彎曲疲勞許用應(yīng)力由《機械設(shè)計》圖10-24C查得小齒輪和大齒輪的齒根彎曲疲勞極限分別為，安全系數(shù)，故（3-22）4.計算齒輪模數(shù)m確定齒輪的載荷系數(shù)K及其齒寬系數(shù)由《機械設(shè)計》表10-3查得載荷系數(shù)K=1.2，表10-7查得齒寬系數(shù)確定齒形系數(shù)和應(yīng)力修正系數(shù)由《機械設(shè)計》圖10-17查得齒形系數(shù)，圖10-18查得應(yīng)力修正系數(shù)。3）計算大小齒輪的并加以比較因為小齒輪的大于大齒輪，所以取計算齒輪模數(shù)m（3-23）則取齒輪模數(shù)5.計算分度圓直徑d及中心距a分度圓直徑：（3-24）中心距:（3-25）6.計算齒輪寬度b根據(jù)《機械設(shè)計》表10-7查得，則（3-26）考慮不可避免的安裝誤差，為了保證設(shè)計齒寬b和節(jié)省材料，一般將小齒輪略為加寬（5~10）mm，即取,而使大齒輪的齒寬等于設(shè)計齒寬，即。7.計算圓周速度v（3-27）低速級齒輪傳動設(shè)計：1.選定齒輪的類型、精度等級、材料及齒數(shù)選用直齒圓柱齒輪傳動，壓力角為20°。游梁式抽油機為一般工作機器，根據(jù)《機械原理》表10-6，選用7級精度。材料選擇，由《機械設(shè)計》表10-1，選擇小齒輪材料為42Cr(調(diào)質(zhì))，齒面硬度320HBS，大齒輪材料為ZG358SiMn（調(diào)質(zhì)），齒面硬度280HBS。選取小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)。2.計算接觸疲勞許用應(yīng)力由《機械設(shè)計》圖10-25d查得小齒輪和大齒輪的接觸疲勞極限分別為，安全系數(shù)，故3.計算齒根彎曲疲勞許用應(yīng)力由《機械設(shè)計》圖10-24C查得小齒輪和大齒輪的齒根彎曲疲勞極限分別為，安全系數(shù)，故4.計算齒輪模數(shù)m確定齒輪的載荷系數(shù)K及其齒寬系數(shù)由《機械設(shè)計》表10-3查得載荷系數(shù)K=1.2，表10-7查得齒寬系數(shù)確定齒形系數(shù)和應(yīng)力修正系數(shù)由《機械設(shè)計》圖10-17查得齒形系數(shù)，圖10-18查得應(yīng)力修正系數(shù)。3）計算大小齒輪的并加以比較因為小齒輪的大于大齒輪，所以取計算齒輪模數(shù)m則取齒輪模數(shù)5.計算分度圓直徑d及中心距a分度圓直徑：中心距:6.計算齒輪寬度b根據(jù)《機械設(shè)計》表10-7查得，則考慮不可避免的安裝誤差，為了保證設(shè)計齒寬b和節(jié)省材料，一般將小齒輪略為加寬（5~10）mm，即取,而使大齒輪的齒寬等于設(shè)計齒寬，即。7.計算圓周速度v3.4四連桿機構(gòu)的設(shè)計游梁式抽油機是由四桿結(jié)構(gòu)構(gòu)成的，這個結(jié)構(gòu)由游粱后臂、曲柄、連桿、曲軸中心、游粱支點相互作用組合而成，這樣的類型具有靈活性，不同構(gòu)件不同長度的相互組合對抽油機的性能都會產(chǎn)生影響。根據(jù)《常規(guī)游梁式抽油機桿件尺寸的優(yōu)化設(shè)計》REF_Ref6179\r\h[15]及設(shè)計要求，確定了游梁式抽油機的基本數(shù)據(jù)。極位夾角（）=；游梁前臂（A）=2500mm；游梁支點與曲柄中心之間的水平距離（I）=2422mm和豎直距離（H）=2400mm；最小轉(zhuǎn)動角（）。圖3.1四桿機構(gòu)幾何模型圖基本參數(shù)及意義如下：R，曲柄半徑；P，連桿長度；C，游梁后臂長度；K，機架長度；S，沖程；，游梁擺角；，傳動角；游梁擺角為：（3-28）機架長度為：（3-29）（3-30）（3-31）傳動角為：（3-32）（3-33）根據(jù)上面的數(shù)學(xué)模型，有兩個方程和三個未知數(shù)，用傳統(tǒng)的方法是不容易求解的。而采用曲柄長度R迭代法求解游梁連桿和后臂的長度P和C是一種簡單的方法。具體步驟如下:利用Matlab軟件使曲柄R從0變?yōu)槠淙≈捣秶纳舷蓿洳介L為一定值REF_Ref6467\r\h[17]。對應(yīng)于R的每次迭代，根據(jù)式(3-30)和式(3-31)，會產(chǎn)生與R值對應(yīng)的P和C值。表3-2是迭代過程。這里，通過計算四桿機構(gòu)的性能指標——最小傳動角，確定最優(yōu)解REF_Ref6506\r\h[16]。表3.2迭代R求P、C、R/(m)P/(m)C(m)K/(m)/(°)0.012.83061.10843.409721.48190.022.83131.10903.409719.54690.032.82961.11363.409717.61770.042.82881.11763.409715.69800.052.82641.12283.409713.79150.062.82491.12913.409711.90190.072.82321.13653.409710.02550.082.82131.14503.40978.18660.092.82021.15493.40976.36710.102.89161.16513.40974.57660.112.81671.17663.40972.81780.122.81411.18923.40971.09250.132.81121.20263.40970.59710.142.80481.21703.40972.24990.152.80121.23233.40975.43940.162.79431.24843.40976.97460.172.78331.26533.40978.46920.182.78241.28303.40979.92300.192.78131.30153.409711.33590.202.780.51.32073.409712.70810.212.77981.34063.409714.03980.222.77481.36103.409715.33130.232.76961.38223.409716.58330.242.76411.40393.409717.79620.252.75831.42623.409718.97090.262.75241.44913.409721.20860.272.74611.47253.409721.20860.282.73971.49643.409722.17330.292.32991.52073.409723.30310.302.72601.54553.409724.29890.312.72841.27083.409725.26160.322.71121.59643.409726.19220.332.70351.62213.409727.09120.342.69551.64883.409727.96080.352.68721.67563.409728.80030.362.67871.70273.409729.61140.372.66981.73043.409730.38520.382.66081.75783.409731.15170.392.65141.78583.409731.88240.402.64181.81453.409732.58780.412.63181.84273.409733.26890.422.62161.87153.409733.92620.432.61121.90053.409734.56050.442.60041.92983.409735.17240.452.58931.95933.409735.76250.462.57791.98903.409736.33150.472.56632.01893.409736.87990.482.55432.04903.409737.40820.492.54202.07933.409737.91760.502.52942.10983.409738.40670.512.51652.14043.409738.87770.522.50322.17123.409739.33040.532.48962.20223.409739.76530.542.47572.23323.409740.18250.552.46122.26453.409740.58260.562.44692.29593.409740.96550.572.43192.32743.409741.33170.582.41662.35903.409741.68130.592.10092.39083.409742.01450.602.38492.42263.409742.33190.612.36842.45463.409742.63200.622.35162.48673.409741.82560.632.33442.51893.409740.89980.642.31682.55123.409739.93210.652.29842.58363.409738.92450.662.28022.61603.409737.86990.672.26132.64863.409736.76340.682.24202.68133.409735.36820.692.22222.71403.409734.06320.702.20192.74683.409732.67220.712.18112.77973.409731.18120.722.15982.81273.409729.57220.732.13812.84573.409727.82110.742.11572.87883.409725.89540.752.29292.91203.409723.74390.762.06952.94523.409721.99390.772.05412.97853.409719.00120.782.02083.01183.409717.41060.791.99563.04533.409713.81920.801.96973.07873.40978.3665由表3.2可以看出，并非所有的解都能滿足最小傳動角的要求，說明只有滿足要求的長度才能作為抽油機連桿機構(gòu)的桿長。根據(jù)《具有急回運動特性的抽油機連桿機構(gòu)尺寸參數(shù)的確定》REF_Ref7094\r\h[14]可知，最小傳動角越大，機構(gòu)的傳力性能越好。因此，當曲柄R為0.61m時，為最優(yōu)方案。這樣游粱后臂C為2.455m,連桿P為是2.368m。

4主要部件的校核4.1齒輪的強度校核以下設(shè)計計算過程中應(yīng)用的公式均參考《機械設(shè)計課程設(shè)計》REF_Ref7162\r\h[22]。高速級齒輪的校核1.齒面接觸疲勞強度校核（4-1）所以齒面接觸疲勞強度滿足要求。2.齒根彎曲疲勞強度校核根據(jù)《機械設(shè)計課程設(shè)計》查得直齒圓柱齒輪的重合度系數(shù)，則（4-2）所以齒根彎曲疲勞強度滿足要求，并且小齒輪抵抗彎曲疲勞破壞能力大于大齒輪。低速級齒輪的校核1.齒面接觸疲勞強度校核所以齒面接觸疲勞強度滿足要求。2.齒根彎曲疲勞強度校核根據(jù)《機械設(shè)計課程設(shè)計》查得直齒圓柱齒輪的重合度系數(shù)，則因此在計算中看來齒根的彎曲強度滿足生產(chǎn)所需要的強度，而且小齒輪的彎曲疲勞破壞能力明顯能勝于大齒輪4.2中央軸承的使用壽命校核在游梁式抽油機的使用過程中，圓柱滾子軸承更適用于抽油機，查《滾動軸承選型及應(yīng)用常識》REF_Ref7371\r\h[13]，選用的軸承型號為N1028，這類型的軸承的承受負荷較低，可以限制一個方向的軸向位移，剛性好。其截面圖形如下：圖4.1軸承截面圖該軸承有關(guān)性能參數(shù)如下：內(nèi)徑，外徑，厚度，額定動載荷，額定靜載荷，脂潤滑極限轉(zhuǎn)速為，油潤滑極限轉(zhuǎn)速為。1.計算當量動載荷P軸承所受到的載荷為，作用在軸承上的徑向載荷和軸向載荷分別為、。由于遠遠小于，所以令,由《機械設(shè)計方法學(xué)》REF_Ref5072\r\h[8]表13-6查得。因為對支架的作用力由兩個軸承承受，所以（4-3）2.計算軸承轉(zhuǎn)速（4-4）為游梁擺角3.計算軸承使用壽命由《滾動軸承選型及應(yīng)用常識》查得滾子軸承壽命指數(shù)，則：（4-5）根據(jù)游梁式抽油機的工作時間，游梁式抽油機是連續(xù)運行的一種機械，無時無刻都在運行，則其使用壽命為：在實踐中，一般的游梁式抽油機可以連續(xù)使用大概十年的時間REF_Ref7675\r\h[10]，而這個型號的軸承可以使用更長時間，所以符合生產(chǎn)的要求。5主要部件的三維造型5.1底座的三維造型底板是支撐油泵的主要結(jié)構(gòu)，亦稱之為底盤或船型底座，底部有足夠的強度。在安裝時，將底座用固定件固定在專用混凝土基礎(chǔ)上，有各種各樣的方法來固定底部和混凝土的方法。常用的方法有螺釘固定和平行桿固定。平行桿的固定方式更便于油泵的安裝和調(diào)試，但固定方式比較脆弱，容易分解或破壞，這也是一些抽油機發(fā)生傾覆的原因。地壓螺桿的固定方法堅硬、牢固，不易人為分解破壞。其三維造型如下圖：圖5.1底座三維造型圖5.2支架的三維造型支架是架高游梁、驢頭的桁架構(gòu)件，主要用型鋼或鋼板焊接而成。支架用螺絲釘牢牢地固定在抽油機底座上。中間軸座可固定在支架頂棚上，在支架頂端兩側(cè)設(shè)有平臺。其三維造型如下圖：圖5.2支架三維造型圖5.3游梁的三維造型游梁是主要的動力傳輸件之一，在其支架上安裝支架軸承，前連驢頭后連橫梁。在抽油機工作中，動力來源于游梁支架的擺動，游梁必須承受各種載荷，因此這對游梁的剛度和強度有了更高的要求。此游梁采用箱型游梁，有著較高的強度和剛度。其三維造型如下圖：圖5.3游梁三維造型圖5.4平衡塊的三維造型平衡塊通常是由鑄鐵制成。平衡塊的中心標記鑄在平衡塊與彎曲帶的匹配面附近。如果沒有指示重心，則以安全鎖上的中心孔為平衡塊的中心。在調(diào)整和計算泵的平衡力矩時，平衡塊應(yīng)以重心相反的曲線比例尺作為平衡力矩的力臂。平衡塊的結(jié)構(gòu)形式可分為整體平衡塊和組合平衡塊兩種。整體式平衡塊通常用于小型抽油機，而組合式平衡塊通常用于大型抽油機。其三維造型如下圖：圖5.4平衡塊三維造型圖5.5曲柄的三維造型曲柄作為傳送減速器輸出的主要零件，對于他的強度和穩(wěn)固牢靠的傳動要求極高。一般灰鑄鐵、球墨鑄鐵和鑄鋼是制作曲柄的主要材料REF_Ref8462\r\h[20]。為了使曲柄平衡，兩個曲柄必須同時承受抽油機產(chǎn)生的所有載荷，所以曲柄的強度承載能力至關(guān)重要，與此同時不在曲柄上設(shè)有導(dǎo)軌、擋板、刻度線，也是考慮到能夠方便調(diào)整曲柄，另一方面也是出于其使用安全度考慮。由此在抽油機正常工作時也可以據(jù)其條件需要隨時調(diào)整平衡塊的位置，使其不受影響。緊固條件下，擋塊則是可以保證平衡塊下落發(fā)生危險。其三維造型如下：圖5.5曲柄三維造型圖5.6連桿的三維造型梁式抽油機有兩根連桿，這兩根連桿是傳遞扭矩的主要受力構(gòu)件。它的主要構(gòu)件可以由管道和其他型材制成，如工字鋼和槽鋼等。為了確保順利傳輸、傳遞力矩和一致性的工作時長兩個連桿必須是完全一致的,也就是說,需滿足一定的尺寸公差的要求,通常由特殊工藝來確保設(shè)備。其三維造型如下：圖5.6連桿三維造型圖5.7整體裝配造型機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中每一個完整的機械都是由多種多樣的，尺寸不一的零件構(gòu)成。然而本次設(shè)計也不例外，除了以上展示的零件外，還有很多，而這些零件就是通過裝配組到一起的，說到整體裝配，它需要每個零件之間達到精準配合，想要達到這種配合，當然離不開尺寸的計算，以及對它結(jié)構(gòu)構(gòu)圖的設(shè)計等等。本次的游梁式抽油機結(jié)構(gòu)設(shè)計中，在結(jié)構(gòu)、構(gòu)圖、以及計算上花費了大量的思考，最終終于設(shè)計并裝配出了符合本次設(shè)計的游梁式抽油機，總體裝配效果圖如下：圖5.7游梁式抽油機整體裝配圖

結(jié)論在設(shè)計過程中，首先，按照本課題，搜集資料，設(shè)計參數(shù)，并對其進行了認真的研究。其次，分析了游梁式抽油機的工作原理，并對抽油機的各桿尺寸進行了優(yōu)化設(shè)計。對游梁式抽油機的電機型號、皮帶和減速器選型等問題進行了全面的分析和計算。接著，對齒輪和軸承進行了校核，并驗算了其強度和使用壽命。最后，對游梁式抽油機三維模型進行建模，并繪制了總體裝配和部分零件的二維圖紙。本次設(shè)計還有一些問題并未解決，因設(shè)計時間有限，希望在今后的學(xué)習(xí)中能解決存在的問題。但這次設(shè)計激勵著我在設(shè)計的道路上越走越遠，今后的學(xué)習(xí)會更加的努力。

參考文獻馬軍鵬,郭懷玉,鮑遠孰等.常規(guī)抽油機節(jié)能改造新技術(shù)的研究和應(yīng)用[J].青海石油,2006，24（2）：53-55張愛興，肖建洪等.抽油機平衡測試的新方法與典型實例分析[J].油氣田地面工程,2003，22（1）：34-35郭東，白雪明，錢強.異形游梁式抽油機的動力及節(jié)能分析[J].華北石油管理局,1994，17（1）：71-76張學(xué)魯.游梁式抽油機技術(shù)與應(yīng)用[M].北京:石油工業(yè)出版社,2001：3-21孫恒,葛文杰等.機械原理[M].北京:高等教育出版社,2013：32-48濮良貴.機械設(shè)計[M].北京：高等教育出版社,2013:145-370趙松年，李恩光.現(xiàn)代機械創(chuàng)新產(chǎn)品分析與設(shè)計[M].機械工業(yè)出版社,2000：32-39聊林清等.機械設(shè)計方法學(xué)[M].重慶大學(xué)出版社,2000：99-106任中全,寇子明,趙燦.現(xiàn)代機械設(shè)計理論與方法[M].煤炭工業(yè)出版社,2007：47-55陳濤平，胡靖邦.石油工程[M].石油工業(yè)出版社,2000：13-22常子恒.石油勘探開發(fā)技術(shù)[M].石油工業(yè)出版社,2000：77-84孫桓，陳作摸，葛文杰.機械原理[M].高等教育出版社,2006：44-65袁新.滾動軸承選型及應(yīng)用常識[J].軸承技術(shù),2002，(4)：44-56黃清世.具有急回運動特性的抽油機連桿機構(gòu)尺寸參數(shù)的確定[J].石油機械,1989,17(7)：8-12周光厚.常規(guī)游梁式抽油機桿件尺寸的優(yōu)化設(shè)計[J].石油機械，1990,18(2)：10-17趙叢楷.游梁式抽油機優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型[D].石油機械,1993：2-7蘇金明，張蓮花，劉波.MATLAB工具箱應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社,2004：15-32劉洪智，郭東.異相型游梁式抽油機[D].北京石油工業(yè)出版社,1997：31-42張建軍.游梁式抽油機設(shè)計計算[M].北京:石油工業(yè)出版社,1999：70-78劉鴻文.材料力學(xué)上冊[M].北京:高等教育出版社,1992：60-75李振智.采油專業(yè)常用技術(shù)標準匯編[M].北京:石油工業(yè)出版社,2002：25-31孔云鵬，田萬祿，張祖立，黃秋波.機械設(shè)計課程設(shè)計[M].沈陽:東北大學(xué)出版社,2000：17-24致謝時光飛逝，歲月如梭，這次畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束了，也意味著大學(xué)的學(xué)習(xí)生涯即將落下帷幕。此次畢業(yè)設(shè)計中，在老師的指導(dǎo)和同學(xué)們的幫助之下讓我學(xué)到了很多，有了他們才有更出色的自我。首先要感謝我的指導(dǎo)老師，當我遇到困難時，她總是能耐心為我解答，她那隨和的待人風格和對工作的嚴謹細致、一絲不茍的作風對我的影響很大，使我受益匪淺。她循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給我無盡的啟發(fā)。其次感謝其他老師，這次設(shè)計是對大學(xué)四年所學(xué)知識的總體考驗，能順利完成與各位老師平時的教導(dǎo)也是分不開的，謝謝大學(xué)四年中各位老師為我們傳授知識以及對我們的諄諄教導(dǎo)。最后在此感謝指導(dǎo)老師的辛勤教導(dǎo)，讓我成長了很多。感謝院里的所有老師能夠指出我的不足。感謝和我一起學(xué)習(xí)四年的同學(xué)，有了你們的陪伴、支持和鼓勵，我才能充實的度過了大學(xué)的美好時光。

論文的研究方法和手段有哪些

（1）調(diào)查法

調(diào)查法是科學(xué)研究中最常用的方法之一。它是有目的、有計劃、有系統(tǒng)地搜集有關(guān)研究對象現(xiàn)實狀況或歷史狀況的材料的方法。一般是通過書面或口頭回答問題的方式獲得大量數(shù)據(jù)，進而對調(diào)查中收集的大量數(shù)據(jù)進行分析、比較、總結(jié)歸納，為人們提供規(guī)律性的知識。

（一）典型例子

調(diào)查法中最典型的例子是問卷調(diào)查法。它是通過書面提問收集信息的一種方法，即調(diào)查人員編制調(diào)查項目表，分發(fā)或郵寄給相關(guān)人員，詢問答案，然后收集、整理、統(tǒng)計和研究。

（二）研究步驟

1.確定調(diào)查課題

確定題目時要注意選題是否具有研究的必要性和可能性，同時要注意選題切忌太大，也要避免無意義的重復(fù)勞動。

2.制定調(diào)查計劃

要明確調(diào)查課題、調(diào)查目的、調(diào)查對象、調(diào)查范圍、調(diào)查手段、調(diào)查步驟、時間安排。

3.收集材料

收集材料時要盡可能保持材料的客觀性，盡可能采取多種手段或途徑。

4.整理材料

將收集到的材料進行整理，以便后續(xù)總結(jié)歸納、形成結(jié)論。

5.總結(jié)研究

對整理完的材料進行分析、總結(jié)、歸納，得出一般性的結(jié)論。

（三）特點

調(diào)查法相對其他研究方法來說較為耗時耗力，但也有其優(yōu)勢，即獲得的一手資料信息真實具體，能夠?qū)ρ芯繉ο笥懈訙蚀_、清晰的認識。

（2）觀察法

觀察法是指人們有目的、有計劃地通過感官和輔助儀器，對處于自然狀態(tài)下的客觀事物進行系統(tǒng)考察，從而獲取經(jīng)驗事實的一種科學(xué)研究方法。

（一）典型例子

皮亞杰的兒童認知發(fā)展理論就是通過觀察法提煉總結(jié)出來的；兒童心理學(xué)創(chuàng)始人——普萊爾，也是在一次次地使用觀察法后，提出了兒童心理學(xué)領(lǐng)域中的諸多理論。

（二）研究步驟

1.明確觀察對象

在選擇和確定研究問題的基礎(chǔ)上確定觀察者與觀察對象。

2.制定觀察計劃

在觀察計劃中要規(guī)定明確的觀察目的、重點、范圍以及要搜集的材料。

3.做好觀察準備

觀察準備是否充分，往往影響觀察的成敗。

4.做好記錄

在觀察過程中要時時記錄，不放掉任何一個關(guān)鍵信息。

（三）特點

觀察法具有拓展人們的感性知識、啟發(fā)思想等優(yōu)點，但是由于其強調(diào)研究要在自然