《畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10型傳動(dòng)鏈?zhǔn)匠L(zhǎng)沖程抽油機(jī)設(shè)計(jì)與分析》由會(huì)員分享，可在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)《畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10型傳動(dòng)鏈?zhǔn)匠L(zhǎng)沖程抽油機(jī)設(shè)計(jì)與分析（59頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、10型傳動(dòng)鏈?zhǔn)匠L(zhǎng)沖程抽油機(jī)設(shè)計(jì)與分析 摘 要：超長(zhǎng)沖程抽油機(jī)可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)沖程要求。本設(shè)計(jì)采用碳纖維連續(xù)抽油桿，該材料具有密度小，彈性較好，耐腐蝕，抗疲勞性能好，活塞效應(yīng)小，起下作業(yè)速度快等優(yōu)點(diǎn)。10型傳動(dòng)鏈?zhǔn)匠L(zhǎng)沖程抽油機(jī)的懸點(diǎn)載荷為100KN，沖程為，起下速度為15~20m/min,適用碳桿規(guī)格為（303.0）mm,(324.2)mm,(355.0)mm。在本次設(shè)計(jì)中，主要完成了對(duì)抽油機(jī)的傳動(dòng)裝置、夾緊裝置、纏繞裝置、夾持塊結(jié)構(gòu)、平衡裝置等的設(shè)計(jì)，以及關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)和校核。抽油機(jī)的動(dòng)力由防爆繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子異步正反轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)提供，通過(guò)窄V帶，經(jīng)由二級(jí)減速器傳遞至起提升作用的主動(dòng)鏈輪。然后通過(guò)液

2、壓缸夾緊裝置將碳桿壓在裝有夾持塊鏈條之間，并且通過(guò)鏈條的轉(zhuǎn)動(dòng)，靠摩擦力來(lái)向上提起碳桿，通過(guò)導(dǎo)向盤(pán)將其纏繞在直徑為1.8m的纏繞大盤(pán)上，纏繞大盤(pán)由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)。本抽油機(jī)采用機(jī)械平衡方法，將平衡塊裝在鏈輪軸尾端，利用重力來(lái)實(shí)現(xiàn)平衡。 關(guān)鍵詞：抽油機(jī)；傳動(dòng)鏈?zhǔn)?；超長(zhǎng)沖程；設(shè)計(jì)；碳纖維復(fù)合材料 The Design and Analysis of 10 Type Transmission Chain Ultra-long Stroke Pumping Unit Abstract: The long-stroke pu

3、mping unit can achieve long-stroke requirements. This design uses the carbon fiber composite continuous sucker rod, the material with advantages like small density, good flexibility, corrosion resistance, anti-fatigue performances, of small piston effect, working quickly, and so on. The rod load of

4、the 10 type transmission chain ultra-long stroke pumping unit is 100KN, stroke is 10-30m, speed is 15-20m/min, specifications for the application of carbon rod (303.0) mm, (324.2) mm, (355.0) mm. The main task is to design the transmission unit, clamping devices, winding device, clamping block struc

5、ture, balance device etc， as well as to check the key parts, and calculation the balance of the pumping unit. The unit is driven by explosion-proof coiling rotor asynchronous motor which can provide positive &negative, through the narrow V belt, via secondary reducer communicated to the sprocket wh

6、ich is used for ascension .Then the carbon rod is pressed on the clamping device with gripping piece through hydraulic cylinder, and through the chain with friction to rotate carbon rod, brought up the sucker rod by the guide plate in a diameter of 1.8 meters, the winding device driven by the motor.

7、 This unit adopts mechanical equilibrium method, and the balance piece is on the sprocket axial end. Keywords: pumping unit; transmission chain; ultra-long stroke; design; carbon fiber composite materials 目 錄 1 緒 論 1 1.1 長(zhǎng)沖程抽油機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 1 1.1.1 國(guó)內(nèi)長(zhǎng)沖程抽油機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 1 1.1.2 國(guó)外長(zhǎng)沖程抽油機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)

8、展趨勢(shì) 2 1.2 碳纖維復(fù)合材料 4 1.2.1 碳纖維復(fù)合材料簡(jiǎn)介 4 1.2.2 碳纖維復(fù)合材料連續(xù)抽油桿的性能特點(diǎn)及應(yīng)用前景 6 2 抽油機(jī)起升裝置電動(dòng)機(jī)的選擇 7 2.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 7 2.1.1 起升功率的計(jì)算 7 2.1.2 傳動(dòng)裝置的總功率 7 2.1.3 確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 8 2.2 傳動(dòng)參數(shù)的計(jì)算 8 2.2.1 計(jì)算總傳動(dòng)比 8 2.2.2 分配減速器的各級(jí)傳動(dòng)比 9 3 傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 11 3.1 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 11 3.1.1 確定計(jì)算功率 11 3.1.2 選取窄V帶的帶型 11 3.1.3 驗(yàn)算V帶

9、的速度 11 3.1.4 確定V帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度和中心距 11 3.1.5 帶輪包角α 12 3.1.6 計(jì)算V帶根數(shù) 12 3.2 帶輪的設(shè)計(jì) 12 3.2.1 計(jì)算預(yù)緊力 12 3.2.2 作用在軸上的壓軸力 13 3.2.3 帶輪寬度 13 3.3 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 13 3.3.1 選定齒輪類(lèi)型，精度等級(jí)，材料及齒數(shù) 13 3.3.2 初步確定主要傳動(dòng)嚙合參數(shù) 13 3.3.3 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度（高速級(jí)） 16 3.3.4 校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度（高速級(jí)） 18 3.3.5 承載能力計(jì)算（高速級(jí)） 18 3.3.6 低速級(jí)齒輪疲勞強(qiáng)度校

10、核 19 3.3.7 主要參數(shù)幾何尺寸計(jì)算 20 3.4 軸的設(shè)計(jì) 20 3.4.1 Ⅰ軸的設(shè)計(jì)及相關(guān)鍵的設(shè)計(jì) 21 3.4.2 Ⅱ軸的設(shè)計(jì)及相關(guān)鍵的設(shè)計(jì) 21 3.3.4 Ⅲ軸的設(shè)計(jì)及相關(guān)鍵的設(shè)計(jì) 22 3.5 軸的校核 22 3.5.1 求低速級(jí)大齒輪上的力 22 3.5.2 求軸上載荷 23 3.5.3 按彎扭合成應(yīng)力校核軸上的強(qiáng)度 25 3.5.4 軸的精確校核 26 3.6 減速器軸承的設(shè)計(jì) 28 3.6.1 軸承材料的選擇 28 3.6.2 軸承型號(hào)選擇 28 3.7 機(jī)體的設(shè)計(jì) 28 3.8 減速器潤(rùn)滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 30

11、 3.9 剎車(chē)的設(shè)計(jì) 30 4 傳動(dòng)鏈及鏈輪的設(shè)計(jì) 31 4.1 傳動(dòng)鏈的設(shè)計(jì) 31 4.2 鏈輪的設(shè)計(jì) 32 5 抽油機(jī)夾緊裝置的設(shè)計(jì) 34 5.1 夾緊力的確定： 34 5.2 夾緊裝置的確定 34 5.2.1 液壓缸尺寸的確定 34 5.2.2 液壓泵的選擇 36 5.2.3 液壓系統(tǒng)的確定 37 6 纏繞盤(pán)及動(dòng)力裝置的設(shè)計(jì) 38 6.1 動(dòng)力裝置的設(shè)計(jì) 38 6.1.1 電動(dòng)機(jī)功率的確定 38 6.1.2 確定電動(dòng)機(jī)型號(hào) 38 6.2 纏繞大盤(pán)的設(shè)計(jì) 40 6.2.1 纏繞大盤(pán)尺寸的設(shè)計(jì) 40 6.2.2 纏繞大盤(pán)軸的設(shè)

12、計(jì) 40 7 夾持塊及支架的設(shè)計(jì) 42 7.1 夾持塊的設(shè)計(jì) 42 7.2 支架的設(shè)計(jì) 42 8 平衡能量計(jì)算及平衡裝置的設(shè)計(jì) 43 8.1 平衡能量的計(jì)算 43 8.1.1 原始數(shù)據(jù) 43 8.1.2 井深計(jì)算 43 8.1.3 電動(dòng)機(jī)上下沖程時(shí)功率計(jì)算 44 8.2 平衡重計(jì)算及平衡裝置的設(shè)計(jì) 45 9 經(jīng)濟(jì)性評(píng)估 47 10 結(jié) 論 48 參考文獻(xiàn) 49 致 謝 51 54 1 緒 論 1.1 長(zhǎng)沖程抽油機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 近年來(lái),世界抽油機(jī)的技術(shù)發(fā)展,主要是長(zhǎng)沖程抽油機(jī)的發(fā)展。先后出現(xiàn)了各種各樣的長(zhǎng)沖程抽油機(jī),

13、經(jīng)過(guò)試驗(yàn)與使用,均證明長(zhǎng)沖程抽油機(jī)是一種較好的新型抽油機(jī)。 根據(jù)當(dāng)前石油工業(yè)發(fā)展的需要，發(fā)展長(zhǎng)沖程抽油機(jī)不僅有利于減緩老油田高含水開(kāi)采后期原油產(chǎn)量遞減速度，而且有利于開(kāi)發(fā)稠油、低滲透等油田的“難動(dòng)用儲(chǔ)量”，還有利于對(duì)沙漠油田深井及超深井的開(kāi)采。 目前長(zhǎng)沖程抽油機(jī)可分為：（1）增大沖程抽油機(jī)，包括增大沖程抽油機(jī)，增大沖程無(wú)游梁抽油機(jī)；（2）長(zhǎng)沖程無(wú)游梁抽油機(jī)，包括立式長(zhǎng)沖程無(wú)游梁抽油機(jī)，臥式長(zhǎng)沖程無(wú)游梁抽油機(jī)。 1.1.1 國(guó)內(nèi)長(zhǎng)沖程抽油機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 近幾年，我國(guó)各主力油田對(duì)長(zhǎng)沖程()、大負(fù)荷(>12型)、低沖次(4次/min)的抽油機(jī)的需求迅速增長(zhǎng)。如某油田購(gòu)進(jìn)抽油機(jī)的主要機(jī)型

14、沖程隨時(shí)間的變化規(guī)律大致如圖1-1所示。 圖l-1某油田主力機(jī)型沖程的變化趨勢(shì) 國(guó)內(nèi)產(chǎn)品介紹： ①無(wú)游梁增距抽油機(jī) 撫順石油機(jī)械廠肖韓明、王幼均和中國(guó)天然氣總公司第八建設(shè)工程公司劉桂芳共同研究開(kāi)發(fā)了無(wú)游梁增矩抽油機(jī) ,也稱(chēng)為機(jī)械無(wú)游梁增距抽油機(jī)。　　 ②復(fù)合天輪式長(zhǎng)沖程抽油機(jī) 大慶石油學(xué)院機(jī)械系和大慶采油三廠共同研制了LCYJ10 —8 —105HB 型復(fù)合天輪式長(zhǎng)沖程抽油機(jī),是一種既滿(mǎn)足大排量抽油,又能進(jìn)行環(huán)空測(cè)試的抽油機(jī)。 1.1.2 國(guó)外長(zhǎng)沖程抽油機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 近年來(lái)，各國(guó)研究開(kāi)發(fā)了各種新型抽油機(jī)，為更經(jīng)濟(jì)有效地開(kāi)采石油

15、做出了卓越貢獻(xiàn)。在新型抽油機(jī)中，長(zhǎng)沖程抽油機(jī)品種最多，占有更大的比例，具有較好的抽油性能、提高石油產(chǎn)量、降低采油成本、提高經(jīng)濟(jì)效益等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)技術(shù)發(fā)展預(yù)測(cè)結(jié)果，在今后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，長(zhǎng)沖程抽油機(jī)仍將是世界抽油機(jī)發(fā)展的主流和方向，長(zhǎng)沖程抽油機(jī)將會(huì)有更大的發(fā)展。目前國(guó)外長(zhǎng)沖程抽油機(jī)已廣泛應(yīng)用于稠油開(kāi)采、小泵深抽采油工藝、大泵提液采油工藝以及開(kāi)采各種特殊石油。國(guó)外產(chǎn)品介紹: ①美國(guó)ROTALEX長(zhǎng)沖程低沖次抽油機(jī) 美國(guó)ROTALEX長(zhǎng)沖程低沖次抽油機(jī)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1-2。具有以下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：a、立式結(jié)構(gòu),采用鏈條和膠帶傳動(dòng)方式,膠帶的一端通過(guò)懸繩器與光桿聯(lián)接,另一端通過(guò)帶拉桿與平衡重聯(lián)接,膠帶中間掛在膠

16、帶滾筒上面。b、由電動(dòng)機(jī)通過(guò)三角膠帶、減速器后驅(qū)動(dòng)主動(dòng)鏈輪旋轉(zhuǎn),帶動(dòng)平衡重上下運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)抽油桿上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)抽油。c、平衡重可根據(jù)油井實(shí)際載荷情況進(jìn)行調(diào)節(jié),可以達(dá)到較精確的平衡效果。d、抽油機(jī)占地面積較小, 用于叢式井抽油。 1-安全臺(tái) 2-膠帶滾筒 3-懸繩器帶拉桿 4-懸繩器鋼索 5-光桿夾緊器6-膠帶 7-平衡帶拉桿 8-平衡重 9-混凝土基礎(chǔ) -10傳動(dòng)帶保護(hù) 11減速器 12-井口 13-光桿 14-從動(dòng)鏈輪 15-鏈條 16-主動(dòng)鏈輪 圖 1-2 ROTAPLEX 長(zhǎng)沖程低沖次抽油機(jī)機(jī)構(gòu) ②法國(guó)長(zhǎng)沖程無(wú)游梁液壓抽油機(jī) 法國(guó)公司生產(chǎn)的長(zhǎng)沖程無(wú)游梁液壓抽油機(jī)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1

17、-3。目前有六種規(guī)格產(chǎn)品,懸點(diǎn)大載荷為34.23-195.64KN,沖程長(zhǎng)度為10m, 最大沖次為5min-1 。Mape公司長(zhǎng)沖程無(wú)游梁液壓抽油機(jī)適用于開(kāi)采稠油或高氣油比石油適用于定向井、叢式井、水平井、斜井、雙井平衡抽油以及深井抽油；適用于油田蒸汽吞吐采油和水驅(qū)采油該抽油機(jī)還可以用于起下抽油桿和油管,不需要修機(jī)進(jìn)行作業(yè)在進(jìn)行抽油作業(yè)時(shí),可近距離或遠(yuǎn)距離遙控調(diào)節(jié)抽油機(jī)的沖程長(zhǎng)度與沖次, 還可以調(diào)節(jié)上沖程或下沖程的運(yùn)動(dòng)速度,以滿(mǎn)足油井抽油的需要。 目前,該抽油機(jī)有以下六種規(guī)格: (1)H60-77-0/394型;(2)H100-110-0/394;(3)H175-150-0/394;(4)

18、H240-220-0/394型;(5)H360-309-0/394型;(6)H610-440-0/394型。 在上述型號(hào)中, H代表長(zhǎng)沖程無(wú)游梁液壓抽油機(jī);第(1)種規(guī)格中的代表液壓馬達(dá)扭矩, 單位為以103lbin, 77代表抽油機(jī)載荷, 位為102lb,0/394代表沖程長(zhǎng)度,單位為in。其余五種型號(hào)數(shù)字代表意義與上同。法國(guó)公司長(zhǎng)沖程無(wú)游梁液壓抽油機(jī),有海洋叢式井用抽油機(jī)、斜井用抽油機(jī)、拖車(chē)式抽油機(jī)、雙井用抽油機(jī)等四種類(lèi)型。 圖 1-3 長(zhǎng)沖程無(wú)游梁液壓抽油機(jī) 通過(guò)對(duì)國(guó)外各類(lèi)長(zhǎng)沖程抽油機(jī)進(jìn)行分析研究后，得出以下三點(diǎn)有關(guān)技術(shù)發(fā)展方向的結(jié)論： <1>.增大沖程游梁抽油機(jī)是常規(guī)游梁抽

19、油機(jī)的發(fā)展方向：由于增大沖程游梁抽油機(jī)具有提高采油效率、增加石油產(chǎn)量、降低采油成本等優(yōu)點(diǎn)，所以是常規(guī)游梁抽油機(jī)的發(fā)展方向。 <2>.增大沖程無(wú)游梁抽油機(jī)是增大沖程抽油機(jī)的發(fā)展方向：增大沖程游梁抽油機(jī)是在游梁抽油機(jī)的基礎(chǔ)上增加了增大沖程的機(jī)構(gòu)，仍然保留著游梁抽油機(jī)的某些缺點(diǎn)，各種技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不可能有顯著的改善和提高。增大沖程無(wú)游梁抽油機(jī)徹底擺脫了游梁抽油機(jī)的某些缺點(diǎn)，具有更好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，可大幅度的提高抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)特性、動(dòng)力特性和平衡特性，所以增大沖程無(wú)游梁抽油機(jī)是增大沖程抽油機(jī)的發(fā)展方向。 <3>.長(zhǎng)沖程無(wú)游梁抽油機(jī)是長(zhǎng)沖程抽油機(jī)的發(fā)展方向：與增大沖程抽油機(jī)相比較，長(zhǎng)沖程無(wú)游梁抽油機(jī)使用現(xiàn)

20、代采油工藝發(fā)展的需要，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)先進(jìn)，顯著提高了抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性，不需要增大沖程機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)效率較高，桿件受力較好，而且還可以實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)沖程抽油。這種沖程是增大沖程抽油機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，所以長(zhǎng)沖程無(wú)游梁抽油機(jī)優(yōu)越于增大沖程抽油機(jī)。為此，長(zhǎng)沖程無(wú)游梁抽油機(jī)是長(zhǎng)沖程抽油機(jī)的發(fā)展方向。 總之世界長(zhǎng)沖程抽油機(jī)將會(huì)有很大的技術(shù)發(fā)展，其數(shù)量將會(huì)大幅度增加，長(zhǎng)沖程機(jī)構(gòu)將更簡(jiǎn)單、有效，壽命更長(zhǎng)。 1.2 碳纖維復(fù)合材料 1.2.1 碳纖維復(fù)合材料簡(jiǎn)介 碳纖維復(fù)合材料連續(xù)抽油桿的外形呈帶狀，橫截面為矩形（通常的尺寸為36.83mm5.38mm），長(zhǎng)度可達(dá)915m以上，中間沒(méi)有接箍，僅兩端各有一個(gè)剛接頭，

21、可纏繞到直徑為3.05m，寬為0.15m的滾筒上。它具有密度小，彈性較好，耐腐蝕， 抗疲勞性能好，活塞效應(yīng)小，起下作業(yè)速度快等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)存在兩端部與剛接頭連接部位的疲勞強(qiáng)度較低，最大工作溫度僅為60℃，不能受壓縮應(yīng)力，不耐磨和價(jià)格較貴的缺點(diǎn)。合理利用碳纖維復(fù)合材料連續(xù)抽油桿，可達(dá)到增產(chǎn)，節(jié)電，延長(zhǎng)檢泵周期，降低采油成本的目的。它擴(kuò)大了有桿泵抽油系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，可用于高含水油井，深井，超深井和腐蝕井的原油開(kāi)采具有廣闊的應(yīng)用前景。 為了克服普通剛抽油桿質(zhì)量大，耗能高，失效頻繁，活塞效應(yīng)大，起下作業(yè)速度慢，易磨損的缺點(diǎn)，美國(guó)利用獨(dú)特的航空航天設(shè)計(jì)和材料技術(shù)，經(jīng)過(guò)10多年的努力，于20世紀(jì)90年代初

22、研制成功碳纖維復(fù)合材料連續(xù)抽油桿，專(zhuān)用的油井作業(yè)設(shè)備和碳纖維復(fù)合材料連續(xù)抽油桿和鋼質(zhì)抽油桿的混合抽油桿柱設(shè)計(jì)軟件，并進(jìn)行了礦場(chǎng)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：碳纖維復(fù)合材料連續(xù)抽油桿是一種很有發(fā)展前途的特種抽油桿。CFRPC抽油桿的結(jié)構(gòu)碳纖維符合材料或稱(chēng)碳纖維增強(qiáng)塑料連續(xù)抽油桿（Carbon Fibre Reinforced Plastic Continuous Sucker Rod）簡(jiǎn)稱(chēng)為CFRPC抽油桿，呈帶狀，可纏繞到纏繞大盤(pán)上（見(jiàn)圖1-4），它的橫截面為矩形。增強(qiáng)材料：心部為碳纖維；上下表面覆蓋玻璃纖維布，以提高CFRPC抽油桿的橫向強(qiáng)度；左右兩側(cè)面和棱角覆蓋勞綸纖維布或玻璃纖維布，以提高抽油桿的

23、耐磨性能。基體為乙烯樹(shù)脂，采用拉擠工藝生產(chǎn)。 1— 轉(zhuǎn)軸;2—支承環(huán);3—滾筒;4—CFRPC抽油桿 圖1-4 纏繞大盤(pán) CFRPC抽油桿兩斷部的連接結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖1-5），其兩表面上各帖一條用纖維復(fù)合材料做的加強(qiáng)帶，并打3個(gè)螺釘孔。剛接頭的一端符合API抽油桿規(guī)范以便和剛抽油桿，抽油光桿相連接；另一端開(kāi)一個(gè)槽，有3個(gè)內(nèi)螺紋孔。將CFRPC抽油桿的端部插入，鋼接頭的槽中用3個(gè)螺釘固定。 CFRPC抽油桿的端部連接結(jié)構(gòu) 1—CFRPC抽油桿;2—加強(qiáng)帶;3—螺釘;4—鋼接頭 圖1-5 抽油桿結(jié)構(gòu) 當(dāng)今有一些油廠采用CFRPC抽油桿油井作業(yè)設(shè)備（見(jiàn)圖1-6

24、） 1—滾筒;2—導(dǎo)向器;3—CFRPC抽油桿;4—載車(chē);5—馬達(dá); 6—減速器;7—鏈條;8—吊桿;9—鋼絲繩;10—卡瓦;11—千斤頂 圖1-6 抽油桿作業(yè)車(chē) 1991年5月至1995年11月美國(guó)在33口抽油井使用了CFRPC抽油桿，平均泵掛深度為1444m，平均泵徑為50.5m，7口井的平均沖數(shù)為10.5min-1，平均地面沖程為3.94m，CFRPC抽油桿的長(zhǎng)度占整個(gè)抽油桿柱長(zhǎng)度的平均比例為56.8%,井底的平均溫度為42.7℃，井液平均含水88.8℃，平均日產(chǎn)液91.7t。其中有一口井正常運(yùn)行了4年，另一口含H2S的井正常運(yùn)行了3年，還有幾口井也

25、連續(xù)運(yùn)行了3年多。這33口井在4年半的礦場(chǎng)試驗(yàn)中工作業(yè)45井次，最主要的失效形式是剛接頭疲勞斷裂和CFRPC抽油桿端部連接部件失效，其次是由于CFRPC抽油桿受壓應(yīng)力引起失效。試驗(yàn)結(jié)果表明：CFRPC抽油桿具有足夠的抗疲勞強(qiáng)度，可以達(dá)到增產(chǎn)和節(jié)電的目的，可用于原油生產(chǎn)。 1.2.2 碳纖維復(fù)合材料連續(xù)抽油桿的性能特點(diǎn)及應(yīng)用前景 （1）優(yōu)點(diǎn)： ① 密度小，可以降低光桿載荷和減速器的扭矩，節(jié)電。CFRPC抽油桿的密度為1.59g/cm，約為鋼抽油桿的五分之一。CFRPC抽油桿剛抽油桿的混合抽油桿柱的質(zhì)量比剛抽油柱輕50%以上，因此，可以大大降低光桿載荷和減速器的紐矩，達(dá)到節(jié)電的目的?？墒钩?/p>

26、油桿的型號(hào)降低1—2個(gè)規(guī)格，減少設(shè)備投資。 ② 彈性好，優(yōu)化設(shè)計(jì)混合抽油桿柱，可以增加原油產(chǎn)量。CFRPC抽油桿的彈性模量E＝1.16105Mpa，利用混合抽油桿柱設(shè)計(jì)軟件，優(yōu)化設(shè)計(jì)抽油系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)超沖程，增加原油產(chǎn)量。 ③ 耐腐蝕，延長(zhǎng)了檢泵周期。 ④ 降低了抽油桿的失效頻率和活塞效應(yīng)。CFRPC抽油桿的中間沒(méi)有接箍，減少了接箍引起的失效和活塞效應(yīng)。 ⑤ CFRPC抽油桿與油管的摩擦力較小，降低了油管的磨損和光桿載荷。 ⑥ 抽油桿起下作業(yè)速度快，減輕作業(yè)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度?；旌铣橛蜅U柱的起下作業(yè)速度約比鋼抽油桿柱快60%。 ⑦ 擴(kuò)大了有桿泵抽油系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。利用美國(guó)普通的640型抽

27、油機(jī)和抽油泵，泵掛深度為1493m，利用CFRPC抽油桿，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，日產(chǎn)液可達(dá)191t，因此可部分代替電潛泵，用于大泵強(qiáng)采。此外，CFRPC抽油桿還可用于深井，超深井和腐蝕井。 （2）缺點(diǎn)： ①CFRPC抽油桿的兩端部與鋼接頭連接部件的疲勞強(qiáng)度較低，是薄弱環(huán)節(jié)。 ②目前最高工作溫度僅為60℃。 ③不能承受壓應(yīng)力，耐磨性能較差。 ④價(jià)格較貴，美國(guó)CFRPC抽油桿的價(jià)格接近22.2mm玻璃鋼抽油桿，比22.2mm抽油桿貴1倍。 （3）應(yīng)用前景： CFRPC抽油桿適用于高含水油井，深井，超深井和腐蝕井的原油開(kāi)采。目前我國(guó)約有抽油井8萬(wàn)口，原油平均含水在80%以上，泵掛深度2000m

28、以上深的井?dāng)?shù)占井?dāng)?shù)的15%以上，腐蝕井的井?dāng)?shù)也占總井?dāng)?shù)的15%以上。因此，CFRPC抽油桿在我國(guó)有廣闊的應(yīng)用前景。 2 抽油機(jī)起升裝置電動(dòng)機(jī)的選擇 2.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 2.1.1 起升功率的計(jì)算 懸點(diǎn)載荷：Fmax=100KN 起下速度：V=15—20 m/min=（）m／s 則起升功率為：Pw=FmaxV=100()Kw=()Kw 即最大起升功率：Pw=33.3Kw 2.1.2 傳動(dòng)裝置的總功率 選擇傳動(dòng)方案如下圖2-1所示： 圖2-1 傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 這一功率由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)減速器來(lái)實(shí)現(xiàn)，則由電動(dòng)機(jī)至傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)總效率為，即有：

29、 （2-1） 其中分別為每一傳動(dòng)副的傳動(dòng)效率，分別為： 帶傳動(dòng)： =0.95 滾動(dòng)軸承： =0.98 齒輪傳動(dòng)： = 0.98 （齒輪精度為8級(jí)，不包括軸承效率） 聯(lián)軸器： = 0.99 （凸緣聯(lián)軸器） 鏈傳動(dòng)： = 0.91 則有 所以 （2-2） 2.1.3 確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 根據(jù)所選鏈及鏈輪可確定主動(dòng)齒輪軸的工作轉(zhuǎn)速為： （

30、2-3） 按表推薦的傳動(dòng)比的合理范圍。 取V帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比： 二級(jí)圓柱齒輪減速器的傳動(dòng)比： 則傳動(dòng)比的合理范圍為： 故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為： 由于動(dòng)作過(guò)程中電動(dòng)機(jī)需要經(jīng)常改變方向，所以需要選擇可以反轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)，根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速，選擇“YBD系列隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)”。 其主要性能如表2-1： 表2-1 電動(dòng)機(jī)性能表 型號(hào) 額定功率 （Kw） 電壓 (V) 電流 (A) 同步轉(zhuǎn)速 (r／min) 效率 (%) 功率因數(shù) YBD-280M-6 55 380 104.8 1

31、000 90 0.87 2．0 2.2 傳動(dòng)參數(shù)的計(jì)算 2.2.1 計(jì)算總傳動(dòng)比 YBD-280M-6型電動(dòng)機(jī) 總傳動(dòng)比： （2-4） 分配傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比由公式 （2-5） 式中,分別為帶傳動(dòng)和減速器的傳動(dòng)比，為使V帶傳動(dòng)的外廓尺寸不至于過(guò)大，故初?。?3.0 則減速器傳動(dòng)比為 2.2.2 分配減速器的各級(jí)傳動(dòng)比 按展開(kāi)式布置，考慮潤(rùn)滑條件，兩極大齒輪應(yīng)有近似的浸油深度(即使兩個(gè)大齒輪直徑相近)，可由《機(jī)械設(shè)計(jì)課程指導(dǎo)書(shū)》圖

32、12展開(kāi)式曲線(xiàn)查得有=4.555 則 傳動(dòng)裝置各軸的運(yùn)動(dòng)及運(yùn)動(dòng)參數(shù)： 為進(jìn)行傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)計(jì)算，要推算出各軸的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩（或功率），將傳動(dòng)裝置各軸有高速至低速依次定為：Ⅰ軸，Ⅱ軸，Ⅲ軸，Ⅳ軸。 i為相鄰軸間的傳動(dòng)比； 為相鄰兩軸間的傳動(dòng)效率； 為相鄰的輸入功率（kw） T為各軸的輸入轉(zhuǎn)矩（Nm） n為各軸的轉(zhuǎn)速。 則可按電動(dòng)機(jī)軸至工作機(jī)運(yùn)動(dòng)傳遞路線(xiàn)推算，得到個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)： 各軸轉(zhuǎn)速 ① ----電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速 -----電動(dòng)機(jī)至工作軸的傳動(dòng)比 =1000 r／min I軸： Ⅱ軸： Ⅲ軸： IV軸: ② 各軸輸入功率： Ⅰ軸:

33、Ⅱ軸： Ⅲ軸： IV軸: ③ 各軸輸入轉(zhuǎn)矩： （2-6） Ⅰ軸 Ⅱ軸 Ⅲ軸 IV軸 數(shù)據(jù)歸納為下表2-2： 表2-2 傳動(dòng)裝置各軸運(yùn)動(dòng)參數(shù) 名稱(chēng) 輸入功率P(KW) 輸入轉(zhuǎn)矩T(Nm) 轉(zhuǎn)速N(r/min) 傳動(dòng)比 i 效率 電動(dòng)機(jī) 43.971 419.923 1000 3.0 0.95 Ⅰ軸 41.772 1196.780 333.33 4.555 0.96 Ⅱ軸 40.118 5229.759 73.259

34、3.16 0.96 Ⅲ軸 38.529 15871.628 23.159 1 0.96 IV軸 38.529 15871.628 23.159 3 傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 3.1 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 已知電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為YBD-280M-6 額定功率： 55KW 同步轉(zhuǎn)速： 1000r/min 帶傳動(dòng)比i： 3.0 一天運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間： 24小時(shí) 3.1.1 確定計(jì)算功率 查表有 計(jì)算功率為： （3-1） 3.1.2 選取窄V帶的帶型 根據(jù)和小帶輪轉(zhuǎn)速 n確定用窄V帶帶型。由于

35、窄V帶能承受較大的預(yù)緊力，故根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版圖8-9選用SPB型窄V帶。 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-3和表8-7取主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑為=224mm 則 選取標(biāo)準(zhǔn)值：=710mm 3.1.3 驗(yàn)算V帶的速度 由公式 （3-2） 帶速在5—35m/s范圍內(nèi)，帶速合適。 3.1.4 確定V帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度和中心距 根據(jù)公式 （3-3） 有 即 初取a0=1000mm 由公式

36、 （3-4） 取基準(zhǔn)長(zhǎng)度帶長(zhǎng)mm 計(jì)算實(shí)際中心距a （3-5） 3.1.5 帶輪包角α （3-6） 則主動(dòng)輪上的包角合適。 3.1.6 計(jì)算V帶根數(shù) （3-7） 根據(jù)，，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版表8-5c和表8-5d 得： =8.97， =0.8 根據(jù)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版表8-8，得： 根據(jù)=3550mm，查表8-2，得：=1.00 則將上述數(shù)據(jù)代入可得

37、， 取整值 Z=9根 3.2 帶輪的設(shè)計(jì) 3.2.1 計(jì)算預(yù)緊力 由公式 （3-8） 查表8-4得q=0.020kg/m 應(yīng)使帶的實(shí)際初拉力大于。 對(duì)于新安裝的V帶，初拉力1.5，運(yùn)轉(zhuǎn)后為1.3。 3.2.2 作用在軸上的壓軸力 （3-9） 3.2.3 帶輪寬度 （3-10） ， 帶輪用鑄造的方法制造，選用鋼材 HT=100. 3.3 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 3.3.1 選定齒

38、輪類(lèi)型，精度等級(jí)，材料及齒數(shù) （1）一般抽油機(jī)齒輪傳動(dòng)采用雙圓弧齒輪傳動(dòng)； （2）選用齒輪精度等級(jí)為8-8-7JB4021-85； （3）選擇齒輪材料 小齒輪材料：，調(diào)質(zhì)，。 大齒輪材料：，調(diào)質(zhì)，。 用硬度下限值查《抽油機(jī)》（石油工業(yè)出版社）圖5-12和圖5-18，取調(diào)質(zhì)合金鋼區(qū)域圖的中間值得疲勞極限 小齒輪 大齒輪 3.3.2 初步確定主要傳動(dòng)嚙合參數(shù) ⑴ 高速級(jí)（人字形齒輪） 已知

39、=4.555， 初選 則 暫取則半齒寬上的軸向重合度為 （3-11） = 在推薦范圍內(nèi)，故取=2.297，=0.297 按《抽油機(jī)》接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)式（5-11）初定模數(shù)： （3-12） 對(duì)分流式布置的人字形齒輪，按單側(cè)斜齒傳遞一半扭矩計(jì)算，取小齒輪的名義轉(zhuǎn)矩為 （3-13） 其中 [T]為輸出軸轉(zhuǎn)矩，i為減速器總傳動(dòng)比，為減速箱總傳動(dòng)效率。 查《抽油機(jī)》圖5-7，=0

40、.72時(shí)，=1.09（非對(duì)稱(chēng)布置，軸剛性?。? 取=1.5，暫取=1.05 按齒輪Ⅲ組精度為7級(jí)，取=1.39 由《抽油機(jī)》圖5-8，當(dāng)=0.297，時(shí)，查得 =0.17 由《抽油機(jī)》表5-4得=31.27 由《抽油機(jī)》圖5-9，按u=4.556，查得=1.058 由《抽油機(jī)》圖5-10，按，查得=0.665。 暫取=1，=1，=1 取 則 （3-14） （3-15） =4.044mm 取第一系列標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)，=5mm 初定主要傳動(dòng)參數(shù)： 取中心距A=300mm 則=33.5573=3333′

41、取b=65mm（單側(cè)齒寬） （2）低速級(jí)（人字齒輪） 低速級(jí)傳動(dòng)比 初選，則 則取整為=95，則 暫取 在推薦范圍內(nèi)，故取=2.33， = 由《抽油機(jī)》圖5-7按=0.5和，查得（非對(duì)稱(chēng)布置，軸剛性?。? 由《抽油機(jī)》圖5-9,按u=3.167查得=1.077 由《抽油機(jī)》圖5-10，按查得=0.6224 由《抽油機(jī)》圖5-8，按=0.33，查得=0.20 代入接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)式初定模數(shù)： =5.099mm，取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)=6mm 初定主要傳動(dòng)參數(shù)： 中心距取整得 A=420mm =26.77=2646′ 則取b=97mm（半

42、人字齒寬） 3.3.3 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度（高速級(jí)） 按《抽油機(jī)》校核式（5-13）計(jì)算齒根彎曲疲勞應(yīng)力 （3-16） 實(shí)際總傳動(dòng)比 考慮到兩側(cè)齒輪對(duì)中性的加工誤差，故在校核計(jì)算時(shí)，單側(cè)齒輪名義轉(zhuǎn)矩按0.6算，即 小齒輪轉(zhuǎn)速 由《抽油機(jī)》圖5-6,7級(jí)精度，得 由《抽油機(jī)》圖5-7，按非對(duì)稱(chēng)布置，軸剛性小查得（軟齒面） 實(shí)際重合度 由和β=33.5573 從《抽油機(jī)》圖5-8查得 取 由《抽油機(jī)》圖5-9，按u=4.556，查得 由《抽油機(jī)》表5-4查得 由《抽油機(jī)》圖5-10查

43、得 按由圖5-15查得 未修端，由圖5-16查得 由于抽油機(jī)齒輪減速器，其應(yīng)力循環(huán)次數(shù)比齒根彎曲疲勞循環(huán)基數(shù)， 故取。 由《抽油機(jī)》表5-20，查得 ——彎曲強(qiáng)度的最小安全系數(shù)，取值范圍為，要求一般可靠度時(shí)取下限值，高可靠度時(shí)取上限值。 從校核計(jì)算可知，小齒輪彎曲強(qiáng)度比大齒輪低，但兩者都超過(guò)了高可靠度安全系數(shù)，彎曲強(qiáng)度儲(chǔ)備有富裕。 3.3.4 校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度（高速級(jí)） 用校核式（5-20）計(jì)算齒面疲勞應(yīng)力： （3-17） 前面已選定及等系數(shù)。 由算得

44、 由及，從圖《抽油機(jī)》5-11查得 ，則 =451.22 由《抽油機(jī)》圖5-13，采用200號(hào)極壓工業(yè)齒輪油潤(rùn)滑，當(dāng)， 查得 由《抽油機(jī)》圖5-14，按，查得 則 安全。由計(jì)算可知，小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度比大齒輪高。 3.3.5 承載能力計(jì)算（高速級(jí)） （1） 由許用接觸應(yīng)力決定承載能力 取 （3-18） 則換算到輸出軸的承載能力為 （2）由許用彎曲應(yīng)力決定的承載能力 取

45、 （3-19） 則換算到輸出軸的承載能力為 3.3.6 低速級(jí)齒輪疲勞強(qiáng)度校核 計(jì)算過(guò)程從略，僅給出結(jié)果。 （1）齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核 安全。 （2）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 安全。 3.3.7 主要參數(shù)幾何尺寸計(jì)算 表3-1 齒輪幾何參數(shù)匯總表 名稱(chēng) 高速級(jí) 低速級(jí) 計(jì)算式 齒數(shù)Z , 模數(shù) mm mm 當(dāng)量模數(shù) 螺旋角β β=3333′ β=2646′ 傳動(dòng)比i i=4.556 i=3.159 分度圓直徑 d

46、 中心距A A=300mm A=421mm 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 齒寬 3.4 軸的設(shè)計(jì) 根據(jù)工作條件，初選軸的材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理，按照扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度法進(jìn)行最小直徑估算，即。初算軸徑時(shí)，若最小軸段開(kāi)有鍵槽，還要考慮鍵槽對(duì)軸段強(qiáng)度的影響。對(duì)直徑d>100mm的軸，有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑增大3%；有兩個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)增大7%。對(duì)直徑d100mm的軸，有一個(gè)鍵槽，軸徑增大5%~7%；有兩個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)增大10%~15%。 3.4.1 Ⅰ軸的設(shè)計(jì)及相關(guān)鍵的設(shè)計(jì) （1）高速軸的材料選用40Cr調(diào)質(zhì)，硬度241~286HBS

47、。 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》（第七版）表15-3得 由公式可得 因?yàn)楦咚佥S為外伸軸，且最小軸徑處需要安裝帶輪，需開(kāi)一鍵槽， 則 取 由此依次設(shè)計(jì)Ⅰ軸的軸徑（由帶輪端向箱體內(nèi)）為60mm—70mm—80mm—齒輪軸—80mm—70mm。 （2）裝帶輪的輪轂設(shè)計(jì) 取轂長(zhǎng)為= （3）軸上鍵的設(shè)計(jì) 查《機(jī)械零件手冊(cè)》取鍵長(zhǎng)L=100mm，采用圓頭普通平鍵A型，并得 鍵的尺寸為bh=1811mm，軸槽深度mm，輪轂深度mm 由于齒輪軸的直徑與齒輪的分度圓直徑相差不大，所以將齒輪與軸做成一體，稱(chēng)之為齒輪軸。 3.4.2 Ⅱ軸的設(shè)計(jì)及相關(guān)鍵的設(shè)計(jì) （1）Ⅱ軸材料選用40Cr調(diào)

48、質(zhì)，硬度241~286HBS 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》（第七版）表15-3得 由公式，可得 因?yàn)橹虚g軸最小直徑處安裝滾動(dòng)軸承，故取標(biāo)準(zhǔn)值 則Ⅱ軸軸徑依次為90mm—95mm—100mm—130mm—96mm—90mm。 （2）齒輪輪轂設(shè)計(jì) 齒輪2的輪轂長(zhǎng)度，齒輪3的輪轂長(zhǎng)度為 （3）軸上鍵的設(shè)計(jì) 兩鍵的型號(hào)均選用A型圓頭平鍵，查《機(jī)械零件手冊(cè)》可得，鍵的尺寸均為bh=2816mm 安裝齒輪2的鍵長(zhǎng)可選用 安裝齒輪3的鍵長(zhǎng)可選用 其它參數(shù)分別為： 齒輪輪轂上輪槽深度均為mm，軸上鍵槽的深度均為mm。 3.3.4 Ⅲ軸的設(shè)計(jì)及相關(guān)鍵的設(shè)計(jì) （1）Ⅲ軸材料選用40Cr調(diào)質(zhì)，硬

49、度241~286HBS 查查《機(jī)械設(shè)計(jì)》（第七版）表15-3得 由公式，可得 因?yàn)棰筝S為外伸軸，且最小軸徑處安裝聯(lián)軸器，開(kāi)有鍵槽 ，取 則軸徑依次為125mm—135mm—140mm—150mm—170mm—145mm—140mm。 （2）軸上鍵的設(shè)計(jì) 為了使所選用的軸頸與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需要同時(shí)選取聯(lián)軸器的型號(hào)。聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩為。 按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器的公稱(chēng)扭矩的條件，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選用“彈性柱銷(xiāo)齒式聯(lián)軸器ZL11型”，其公稱(chēng)扭矩為，孔徑范圍為d=120~130mm。 由于半聯(lián)軸器與軸配合轂孔長(zhǎng)度為L(zhǎng)=212mm，故取鍵長(zhǎng)；型號(hào)選用A型圓頭

50、平鍵，其尺寸為bh=3218mm，軸上鍵槽的深度為mm。 根據(jù)齒輪輪轂寬度選取，軸與齒輪相聯(lián)接的鍵長(zhǎng)為，型號(hào)選用A型圓頭平鍵，其尺寸為bh=3620mm，齒輪輪轂上輪槽深度為mm，軸上鍵槽的深度為mm。 3.5 軸的校核 現(xiàn)僅需精確校核輸出軸，詳細(xì)過(guò)程如下： 3.5.1 求低速級(jí)大齒輪上的力 已知大齒輪分度圓直徑為 而圓周力 徑向力 因?yàn)椴捎萌俗中锡X輪，則不受軸向力，即 3.5.2 求軸上載荷 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖。 圖3-1 軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖 如上圖，由（b）圖可求

51、出水平面支座反力 從而可得軸在水平面上所承受彎矩： 由（c）圖可求出垂直面支座反力 從而可得軸在垂直面上所承受彎矩： 則可得總彎矩為： 表3-2 軸上載荷計(jì)算表 載荷 水平面H 垂直面v 支座反力R 彎矩M 總彎矩 扭矩 3.5.3 按彎扭合成應(yīng)力校核軸上的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的界面（即危險(xiǎn)截面）的強(qiáng)度，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版式（15-5）及上表中的數(shù)值，并取。 軸的計(jì)算應(yīng)力

52、 （3-20） 前已選定軸的材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15-1查得 ，因此，故安全。 3.5.4 軸的精確校核 （1）判斷危險(xiǎn)截面 A-B段軸只受到扭矩作用，雖然鍵槽，軸肩及過(guò)渡配合所引起的應(yīng)力集中均將消弱軸的疲勞強(qiáng)度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕地確定的，所以A-B段軸的截面均不用校核。 從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響來(lái)看，安裝大齒輪處的軸截面由于過(guò)盈配合引起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重；從受載的情況來(lái)看，截面C上的的應(yīng)力最大。齒輪左端截面的應(yīng)力集中的影響的影響和齒輪右端截面的相近，但齒輪右端截面不受扭矩作用，故不必作強(qiáng)度

53、校核。截面C雖然應(yīng)力最大，但應(yīng)力集中不大，（過(guò)盈配合及鍵槽引起的應(yīng)力集中均在兩端）；而且這里軸的直徑最大，故截面C也不用校核；軸C-D段顯然也無(wú)需校核，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第三章附錄可知，鍵槽的應(yīng)力集中系數(shù)比過(guò)盈配合的小，而且齒輪左端截面左方比右方軸頸大，則僅需校核齒輪左端截面的右方即可。 （2）抗彎截面系數(shù)： 抗扭截面系數(shù)： 齒輪左端面右側(cè)的彎矩M為： 齒輪左端面右側(cè)的扭矩為： 截面上的彎曲應(yīng)力： 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力： 軸的材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15-1查得 ① 軸肩引起的應(yīng)力集中 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及 按《機(jī)械設(shè)計(jì)》附表3-2查取。本

54、節(jié)參考文獻(xiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七段。 因 經(jīng)插值后可查得， 又由附圖3-1可得軸的材料的敏性系數(shù)為 故有效應(yīng)力集中系數(shù)按式（附3-4）為 由附圖3-2得尺寸系數(shù)；由附圖3-3得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù) 軸按磨削加工。由附圖3-4得表面質(zhì)量系數(shù)為： 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即，則按《機(jī)械設(shè)計(jì)》式（3-12）及（3-12a）得綜合系數(shù)值為： 又由3-11及3-2得合金鋼的特性系數(shù) 取 取 計(jì)算安全系數(shù)值，按《機(jī)械設(shè)計(jì)》式（15-6）~（15-8）則得 （3-21） （3-2

55、2） （3-23） 可知在軸肩引起的應(yīng)力集中作用下是安全的。 ② 過(guò)盈配合引起的應(yīng)力集中 過(guò)盈配合處的值，由附表3-8用插入法求出，并取 于是得 則得綜合系數(shù)為： 所以安全系數(shù)值為 可知其在過(guò)盈配合引起的應(yīng)力集中作用下也是安全的。 所以軸的強(qiáng)度足夠，安全。 3.6 減速器軸承的設(shè)計(jì) 3.6.1 軸承材料的選擇 軸承需要耐磨、耐蝕，故選擇材料表面淬火，硬度48-55HRC。保證各強(qiáng)度要求。 3.6.2 軸承型號(hào)選擇 均選用深溝球軸承6000型

56、，其型號(hào)如下表3-3： 表3-3 6000型深溝球軸承參數(shù) 輸出軸：6228 基本尺寸為 中間軸：6218 基本尺寸為 輸入軸：6214 基本尺寸為 3.7 機(jī)體的設(shè)計(jì) 機(jī)體選用鑄鐵鑄造，其結(jié)構(gòu)尺寸如下表3-4： 表3-4 機(jī)體的結(jié)構(gòu)尺寸表 名稱(chēng) 符號(hào) 減速器型號(hào)及尺寸關(guān)系 機(jī)座壁厚 二級(jí)圓柱齒輪減速器 機(jī)蓋壁厚 二級(jí)圓柱齒輪減速器 機(jī)座凸緣厚度 機(jī)蓋凸緣厚度 機(jī)座底凸緣厚度 地腳螺釘直徑 地腳螺釘數(shù) 軸承旁連接螺栓 機(jī)蓋與機(jī)座聯(lián)結(jié)螺栓直徑 聯(lián)結(jié)螺栓的

57、間距 150~200 軸承端蓋螺釘直徑 窺視孔蓋螺釘直徑 定位銷(xiāo)直徑 至外機(jī)壁距離 至凸緣邊緣距離 軸承旁凸臺(tái)半徑 外機(jī)壁至軸承座端面距離 大齒輪頂圓與內(nèi)機(jī)壁距離 齒輪端面與內(nèi)機(jī)壁距離 機(jī)蓋，機(jī)座肋厚 軸承端蓋外徑 軸承端蓋凸緣厚度 軸承旁聯(lián)接螺栓的距離 s 取s= 3.8 減速器潤(rùn)滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)需要潤(rùn)滑的機(jī)構(gòu)主要是減速器中的齒輪和軸承；還有纏繞大盤(pán)及鏈輪軸的軸承。其中齒輪潤(rùn)滑選30號(hào)機(jī)械油；軸承潤(rùn)滑選鈉基潤(rùn)滑脂，通過(guò)油杯加到軸承里。 3.9

58、 剎車(chē)的設(shè)計(jì) 剎車(chē)裝置是保證抽油機(jī)安全、可靠工作的重要部件。在切斷動(dòng)力源后，剎車(chē)裝置應(yīng)能將曲柄平穩(wěn)可靠地制動(dòng)在任何位置。因此，抽油機(jī)剎車(chē)裝置應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度。而且要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操縱靈活，維修方便。 本設(shè)計(jì)采用內(nèi)張雙蹄式剎車(chē)裝置如下圖3-2所示 圖3-2 內(nèi)張雙蹄式剎車(chē)裝置圖 4 傳動(dòng)鏈及鏈輪的設(shè)計(jì) 4.1 傳動(dòng)鏈的設(shè)計(jì) ①鏈輪的齒數(shù)選擇 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表9-5得 ② 計(jì)算功率 查表9-9得，則 （4-1） ——傳遞功率 ——工作情況系數(shù) ③ 確定鏈條型號(hào)和節(jié)距P 一般鏈速低于時(shí)采用人工定期潤(rùn)滑，則根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖9-14和表

59、9-1可選取節(jié)距為的32A型號(hào)鏈條。由于工作需要選擇三排鏈。 確定鏈條鏈節(jié)數(shù)。初定中心距，則鏈節(jié)數(shù)為 節(jié)無(wú)需圓整。 為了保證鏈條松邊有一個(gè)合適的安裝垂度；實(shí)際中心距應(yīng)在較理論中心距小一些，即 理論中心距的減小量 則實(shí)際中心距 圓整為 查表得參數(shù)如下表4-1： 表4-1 鏈輪結(jié)構(gòu)參數(shù)表 名稱(chēng) 符號(hào) 尺寸 單位 節(jié)距 P 50.8 mm 滾子外徑 25.58 mm 內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬 31.55 mm 銷(xiāo)軸直徑 14.27 mm 內(nèi)鏈板高度 48.26 mm 排距 58.55 mm 抗拉載荷

60、 222.4 kN 每米質(zhì)量（單排） q 10.10 Kg/m 滾子鏈輪的標(biāo)記為 32A—3122GB1243.1—83 4.2 鏈輪的設(shè)計(jì) ①滾子鏈輪的基本參數(shù)的確定 分度圓直徑為： 齒頂圓直徑： 齒根圓直徑： 齒高為： 齒側(cè)凸緣直徑為： 齒寬： 倒角寬： 倒角半徑： 齒側(cè)凸緣圓角半徑： 鏈輪齒總寬： ②鏈輪轂機(jī)最大許用直徑的確定 查表9-4得，取 ③鏈傳動(dòng)作用在軸上的力（簡(jiǎn)稱(chēng)壓軸力） （4-2） 其中：——鏈

61、傳動(dòng)的有效圓周力（N） ——壓軸力系數(shù)，對(duì)于水平傳動(dòng)，對(duì)于垂直傳動(dòng) 則 ④ 低速鏈傳動(dòng)的靜力強(qiáng)度計(jì)算 （4-3） ——單排鏈的極限拉伸載荷，單位為kN，查表可得，鏈的緊邊工作拉力。 有效圓周力 鏈的離心力所引起的拉力 和與相比可忽略不計(jì)，則 則，安全 ⑤鏈輪軸的設(shè)計(jì) 鏈輪軸式通過(guò)聯(lián)軸器與減速器的輸出軸直徑相連的，并且抽油機(jī)抽油過(guò)程中的動(dòng)載荷都是由此軸承擔(dān)的，所以鏈輪軸的設(shè)計(jì)非常重要。 其軸頸依次為：125mm—140mm—164mm—150mm—140mm。 1）材料

62、選擇：40Cr調(diào)質(zhì)，硬度241~286HBS 2）軸上鍵的選擇 鍵的型號(hào)：A型圓頭普通平鍵 鍵長(zhǎng)為：L=125mm 尺寸為：bh= 3620mm， mm， mm 3）軸承的選擇 軸承材料為40Cr，表面淬火，硬度為48~55HRC 軸承型號(hào)：圓錐滾子軸承32028（GB／T 297--1994） 基本尺寸：dDB=14021045mm 5 抽油機(jī)夾緊裝置的設(shè)計(jì) 5.1 夾緊力的確定： 抽油機(jī)是靠鏈輪連接的夾持塊夾住碳纖維桿，并且通過(guò)鏈條的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)帶動(dòng)碳纖維桿的。 夾緊裝置是由兩個(gè)液壓缸組成的，所以每個(gè)液壓缸提供的壓力為 5.2 夾緊裝置的確定

63、 5.2.1 液壓缸尺寸的確定 (1)工作壓力的確定 不同用途的機(jī)械，工作條件不同，工作壓力范圍也不同，由于我們要設(shè)計(jì)的液壓缸的體積大小受空間范圍要求，所以體積不能太大，但是壓力過(guò)高，對(duì)液壓缸的選材要求又很高。綜合考慮以上條件，參考《液壓與氣壓傳動(dòng)》表4-7，選取工作壓力為P=31.5Mp. (2) 液壓缸內(nèi)徑的確定： （5-1） 則 （5-2）對(duì)進(jìn)行圓整，取。 查《液壓與氣壓傳動(dòng)》表4-5，得活塞桿直徑為

64、 (3) 液壓缸行程 根據(jù)所設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及尺寸，查表得液壓缸最大工作行程為 (4) 液壓缸長(zhǎng)度的確定 一般液壓缸的長(zhǎng)度不超過(guò)其液壓缸內(nèi)徑的20倍，故根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸選取液壓缸長(zhǎng)度為 。 (5) 液壓缸缸體壁厚的確定 液壓缸材料選用EG270-500，其抗拉強(qiáng)度為。根據(jù)液壓缸壁厚的計(jì)算公式： （5-3） 式中：——工作壓力，； ——液壓缸內(nèi)經(jīng)，； ——缸筒的許可壓力，，為安全系數(shù)，此處取，則；

65、 根據(jù)所設(shè)計(jì)需求及安全性，選取壁厚。 (6) 缸筒壁厚校核 由于，則屬于厚壁，壁厚應(yīng)按下式進(jìn)行校核： （5-4） 式中：——缸筒直徑，； ——缸筒試驗(yàn)壓力； 當(dāng)缸的額定壓力時(shí)，取， 當(dāng)缸的額定壓力時(shí)，?。? ——缸筒的許可壓力，，為材料的抗拉強(qiáng)度，為安全 系數(shù)，一般取，則； 則 （5-5） 故 滿(mǎn)足要求。 (7) 活塞桿直徑校核 活塞桿直徑按下式進(jìn)行校核

66、 （5-6） 式中：——活塞桿上的作用力，； ——活塞桿材料的需用應(yīng)力，； 則 即 (8) 固定螺栓直徑 液壓缸固定螺栓直徑按下式計(jì)算： （5-7） 式中： ——液壓缸負(fù)載，； ——固定螺栓個(gè)數(shù)，； ——螺紋擰緊系數(shù)，，； ——材料的屈服點(diǎn)，螺栓材料選用，其屈服強(qiáng)度。 則 ，故取螺栓。 (9) 活塞桿長(zhǎng)度的確定 綜合考慮空間尺寸的問(wèn)題，選活塞桿長(zhǎng)度。 5.2.2 液壓泵的選擇 此泵需要同時(shí)向兩個(gè)油缸同時(shí)供液，活塞運(yùn)動(dòng)速度為： 油缸的工作壓力： 缸體內(nèi)底面積: 所以 總流量： 功率： 根據(jù)流量和壓力選擇液壓泵型號(hào)為：YB—80型單級(jí)葉片泵。 表5-1 YB—80型單級(jí)葉片泵參數(shù)表 型號(hào) 流量 轉(zhuǎn)速 工作壓力 容積效率 總效率 傳動(dòng)功 重量 YB--80 80 960