常规型游梁抽油机传动装置设计.doc

1、 课 程 设 计 说 明 书综合课程设计说明书 课 程 名 称: 机械设计综合课程设计 课 程 代 码: 6003939 题 目: 常规型游梁抽油机 传动装置设计 学 生 姓 名: 吴强 学 号: 3320130191119 年级/专业/班: 203级机设1班 学院(直属系) : 机械工程与自动化学院 指 导 教 师: 晏静江 目 录任务书第1章 常规游梁式抽油机传动方案设计61.1抽油机系统的组成61.2抽油机工作原理6第2章 曲柄摇杆机构设计72.1 设计参数分析与确定72.2 按K设计曲柄摇杆机构72.3结论和机构运动简图9第3章 常规游梁式抽油机传动系统运动和动力参数分析计算93.1 传动比分配和电动机选择93.2 各轴转速计算123.3各轴功率计算133.4各轴扭矩计算14第4章 齿轮减速器设计计算154.1 高速级齿轮传动设计计算154.2 低速级齿轮传动设计计算19第5章 带传动设计计算225.1 带链传动的方案比较225.2 带传动设计计算23第6章 轴系部件设计计算266.1 各轴初算轴径266.2 轴的结构设计266.3滚动轴承寿命验算306.4轴的强度验算30第7

2、章 连接件的选择和计算357.1 齿轮连接平键的选择与计算357.2 带轮连接平键的选择与计算367.3螺纹连接件的选择36第8章 设计结论汇总37总结39参 考 书 目40机械综合课程设计任务书学院名称： 机械学院 专业： 机械设计制造及其自动化 年 级： 2012级机设6班 学生姓名: 蒋亚洲 学号: 312012080301634 指导教师: 杜 强 一、设计题目：常规型游梁抽油机传动装置设计二、抽油机工作原理抽油机由电动机驱动，经减速传动系统和执行系统（将转动变换为往复移动）带动抽油杆及抽油泵柱塞作上下往复移动，从而实现将原油从井下举升到地面的目的。如常规型游梁抽油机，电动机2经带传动和减速箱，将动力传递给曲柄8，曲柄8绕减速箱输出轴7轴心作顺时针匀速旋转运动，通过连杆12带动游梁16（摇杆）绕支架轴17轴心作往复摆动，使悬绳器19（抽油杆）上下往复运动，抽油杆由下止点上升到上止点时，地下的油被抽上来；抽油杆回程时，由上止点下降到下止点。悬点：执行系统与抽油杆的联结点，即悬绳器19处的载荷作用点；悬点载荷F(kN)：抽油机工作过程中作用于悬点的载荷；抽油杆冲程S(m)：抽油杆上

3、下往复运动的最大位移；冲次n(次/min)：单位时间内柱塞往复运动的次数。三、技术指标及要求抽油机长期野外作业，24小时连续运行；要求运动平稳、效率高、使用寿命15年；悬点载荷F的简化静力示功图如右图：在柱塞上冲程过程中，由于举升原油，作用于悬点的载荷为F1，它等于原油的重量加上抽油杆和柱塞自身的重量；在柱塞下冲程过程中，原油已释放，此时作用于悬点的载荷为F2，它就等于抽油杆和柱塞自身的重量。假设电动机作匀速转动，抽油杆（或执行系统）的运动周期为T。油井工况为：上冲程时间下冲程时间冲程S(m)冲次n(次/min)悬点载荷F(kN)8T/157T/151.4217.3安装尺寸与机构相关参数油梁支撑到底座的高度：36m；减速器输出轴中心到底座的高度：0.6m；曲柄半径：0.41.2m。四、设计内容及完成后应上交材料对抽油机整机进行机械系统总体方案设计，确定减速传动系统、执行系统的组成，绘制系统方案示意图；按假定条件对抽油机工作执行机构进行尺寸综合设计，并使执行机构具有较好的传力性能。绘制工作执行机构运动简图；对工作执行机构进行运动分析，求出驴头摆动位移、速度、加速度，并绘制相应线图（取抽油

4、杆最低位置为机构的零位）；对抽油机减速传动系统进行结构设计，并对其中关键零部件进行计算分析。完成后应上交的材料：1号图1张：包括工作执行机构运动简图、位移图、速度图、加速度图；0号图1张：减速器装配图；3号图12张：减速器重要零件图；设计计算说明书1份（30页以上）。五、设计提示原动机选择三相交流异步电动机；在曲柄上加配重的作用，是克服驴头大质量引起的阻抗力，并阻止回程电机的加速运转；抽油机野外工作，需防止灰砂、雨水的侵蚀；抽油杆向下运动，是靠抽油杆和驴头的重量驱动的；驴头弧形运动轨迹和抽油杆直线运动的差异，应予以协调；设计时，应根据抽油杆的往复直线运动特征、冲程大小、冲程次数、抽油载荷、安装条件等要求，提出执行机构运动方案。常见可行执行方案有很多种，现选用“曲柄摇杆（常规）式抽油机”执行机构，如下图所示。假定：取l1=1m，l2=0.75m，且取ec=1.1，摇杆（游梁）摆角为50。执行机构的总传动效率取=0.9。六、推荐参考资料1、机械设计课程设计指导书（西华大学机械学院基础教学部编）2、机械原理（孙桓主编，高等教育出版社）3、机械设计（濮良贵主编，高等教育出版社）指导教师 杜强

5、签名日期 2014 年12月23日系 主 任 张均富 审核日期 2014 年 12月 24日计 算 及 说 明结 果5 第1章 常规游梁式抽油机传动方案设计1.1抽油机系统的组成 图2-1结构示意图如图所示 1.2抽油机工作原理工作原理抽油机由电动机驱动，经减速传动系统和执行系统（将转动变换为往复移动）带动抽油杆及抽油泵柱塞作上下往复移动，从而实现将原油从井下举升到地面的目的。如常规型游梁抽油机，电动机2经带传动和减速箱，将动力传递给曲柄8，曲柄8绕减速箱输出轴7轴心作顺时针匀速旋转运动，通过连杆12带动游梁16（摇杆）绕支架轴17轴心作往复摆动，使悬绳器19（抽油杆）上下往复运动，抽油杆由下止点上升到上止点时，地下的油被抽上来；抽油杆回程时，由上止点下降到下止点。第2章 曲柄摇杆机构设计2.1 设计参数分析与确定根据工况一的要求，上冲程时间8T/15，下冲程时间7T/15综上可知 悬点载荷 图2-1 取l1=1.08m，l2=0.81m，且取ec=43，摇杆（游梁）摆角为50。摆角与冲程的关系为：50，s=1.3m所以，e=1.49m。又因为ec=43所以可知：c=1.12m2.2

6、按K设计曲柄摇杆机构设计原理需要横梁半段c=1.12m，摆角和行程速度变化系数设计的实质是确定铰链中心点的位置定出其他二杆的尺寸a和b。设计步骤如下：(1) 由已知的行程速度变化系数，计算出极位夹角。(2) 任意选择固定铰链中心D的位置，由摇杆长度c和摆角，做出摇杆的两个极限位置和。(3) 连接和，并作垂直于。(4) 作，与相较于点，由图可见，(5) 作的外接圆，在此圆周上任取一点作为曲柄的固定铰链中心，连接和，因为同一圆弧的圆周角相等，故(6) 因极限位置处曲柄与连杆共线，故从而的曲柄长度，连杆长度由图得图2-2根据作图比例可以算出：a=0.45m，b=1.125m。2.3结论和机构运动简图从而曲柄摇杆机构的所有参数均已确定了，l1=1.08m，l2=0.81m，a=0.45m，b=1.125m，c=1.12m，e=1.49m，。可以画出机构运动简图：第3章 常规游梁式抽油机传动系统运动和动力参数分析计算3.1 传动比分配和电动机选择由于直流电动机需要直流电源，结构较复杂，价格较高，维护比较不便，因此选择交流电动机。我国新设计的Y系列三相笼型异步电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机

7、，其结构简单、工作可靠、价格低廉，维护方便，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机械上，如金属切削机床、运输机、风机、搅拌机等，由于起动性能较好，也适用于某些要求起动转矩较高的机械，如压缩机等。由于Y系列三相笼型异步电动机有如此多有优点，且符合此减速器设计要求，因此选择Y系列三相鼠笼式异步电动机。1、 选择电动机容量：电动机的容量主要根据电动机运行时的发热条件来决定。本次设计的运输机是不变载荷下长期连续运行的机械，只要所选电动机的额定功率等于或稍大于所需的电动机工作功率，即，电动机不会过热，不必较验发热和起动力矩。（1） 工作机所需功率：工作机所需功率可由工作机的工作阻力，悬点的线速度求得，即根据公式(2)：则， 传动装置的总效率,应为组成传动装置的各部分运动副效率之乘积，即公式(5)：其中为了计算电动机的所需功率，需要确定从电动机到工作机之间的总效率，根据机械设计课程设计指导书表1可查得V带效率为0.94,滚动轴承效率为0.98，闭式齿轮传动效率为0.96，联轴器的效率为0.99，执行机构的总传动效率取=0.9则由电动机至摇杆的传动总效率为 所以：Pd=FV1000n=4.71.860210000.726=12.04 2、 确定电动机转速：曲柄工作转速n等于执行机构的冲次即：根据参考书1第7页表一常见机械传动的主要性能，V带的传动比范围为二级圆柱齿轮减速器传动比的范围为，故电动机转速的可选范围根据公式（6）有：根据容量和转速,查出有三种传动比方案，如表一：表一方案电动机型号额定功率电动机转速电动机重量参考价格元转动装置的传动比同步转速满载转速总传动比V带传动减速器1Y132M-4415001440470230125.653.527.432Y160M-64100096073035083772.526.673Y160L-847507201180500502.123.81综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格减速器的传动比，可见第二方案比较合适，因此选择电动机型号为Y180L-6，其主要性能如表二：表二型号额定功率kW满载时转速r/min电流(380V时)A效率功率因素Y160M-67.5

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