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1、 東 北 石 油 大 學(xué) 工程訓(xùn)練研究報(bào)告 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(dòng)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(jí) 裝備10-3 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號(hào) 1004031403 指導(dǎo)教師 許馮平 2011年12月20日

2、 目 錄 任務(wù)書 第1章 概述 1 1.1 抽油機(jī)的種類和特點(diǎn) 1 1.2 抽油機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 4 第2章 常規(guī)游梁式抽油機(jī)傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 4 2.1抽油機(jī)系統(tǒng)的工作原理 5 2.2目前還存在問(wèn)題 5 2.3系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)（運(yùn)動(dòng)）簡(jiǎn)圖 5 第3章 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 6 3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)分析與確定? 6 3.2 按K設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 7 3.3 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析 8 第4章 常規(guī)游梁式抽油機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)分析計(jì)算 10 4.1 傳動(dòng)比分配和電動(dòng)機(jī)選擇 10 4.2 各軸轉(zhuǎn)速計(jì)算 11 4.3各軸功率計(jì)算 11 4.4各軸扭矩計(jì)算 11 第

3、5章 齒輪減速器設(shè)計(jì)計(jì)算 11 5.1 高速級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 11 5.2 低速級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 13 第6章 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 15 6.1 帶鏈傳動(dòng)的方案比較 15 6.2 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 15 第7章 軸系部件設(shè)計(jì)計(jì)算 17 7.1 各軸初算軸徑 17 7.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 18 7.3軸的強(qiáng)度和剛度驗(yàn)算 21 7.4滾動(dòng)軸承壽命驗(yàn)算 17 第8章 連接件的選擇和計(jì)算 27 8.1 齒輪連接平鍵的選擇與計(jì)算 27 8.2 帶輪連接平鍵的選擇與計(jì)算 28 8.3螺紋連接件的選擇 28 第9章 設(shè)計(jì)結(jié)論匯總 29 總結(jié) 32 參 考 書 目 32

4、 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(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專業(yè) 裝備10-3班 姓名 楊彬 學(xué)號(hào) 100403140327 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(shí)，培養(yǎng)解決生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題的能力。 2、掌握一般的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和步驟。

5、 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(wèn)題的能力。 二、機(jī)械設(shè)計(jì)的一般過(guò)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(chǎng)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(shuō)明書和使用說(shuō)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(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。 抽

6、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)。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(guò)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)。 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(guò)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(guò)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

7、重量。 四、原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求 假設(shè)電動(dòng)機(jī)作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，抽油桿（或執(zhí)行系統(tǒng)）的運(yùn)動(dòng)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(hào) 1 2 3 4 沖程S(m) 1.4 1.6 1.8 2.0 沖次n(次/min) 5 6 7 8 懸點(diǎn)載荷P（kN） P1=40，P2=15 P1=20

8、，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(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)型號(hào)，分配減速傳動(dòng)系統(tǒng)中各級(jí)傳動(dòng)的傳動(dòng)比，并進(jìn)行傳動(dòng)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)

9、計(jì)）。 5、編寫研究報(bào)告一份。 設(shè)計(jì)說(shuō)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(jiǎn)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(guò)程；5）傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算；6）對(duì)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）1999 2、《機(jī)械原理》 高等教育出版社 孫桓等 主編 （第七版）2006 3、《機(jī)械設(shè)計(jì)》 高等教育出版社 濮良貴 主編 （第七版）2006 4、《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)》 科學(xué)出版社，王淑仁主編 2006 5、《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

10、版）1998 6、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(cè) 完成期限 指導(dǎo)教師 專業(yè)負(fù)責(zé)人 第1章 概述 抽油機(jī)是開采石油的一種機(jī)器設(shè)備，俗稱“磕頭機(jī)”，通過(guò)加壓的辦法使石油出井。當(dāng)抽油機(jī)上沖程時(shí)，油管彈性收縮向上運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)機(jī)械解堵采油器向上運(yùn)動(dòng)，撞擊滑套產(chǎn)生振動(dòng)；同時(shí)，正向單流閥關(guān)閉，變徑活塞總成封堵油當(dāng)抽油機(jī)下沖程時(shí)，油管彈性伸長(zhǎng)向下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)機(jī)械解堵采油器向下運(yùn)動(dòng)，撞擊滑套產(chǎn)生振動(dòng)；

11、同時(shí)，反向單流閥部分關(guān)閉，變徑活塞總成仍然封堵油套環(huán)形油道，使反向單流閥下方區(qū)域形成高壓區(qū)，這一運(yùn)動(dòng)又對(duì)地層內(nèi)的油流通道產(chǎn)生一種反向的沖擊力。 1.1游梁式抽油機(jī)種類及特點(diǎn) 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(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)。 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)

12、行平穩(wěn)，減速箱齒輪基本無(wú)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(zhǎng)。前置式抽油機(jī)可配置較小功率的電動(dòng)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)。 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(duì)于曲柄中心偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度，這種機(jī)型國(guó)外60年代發(fā)展起來(lái)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(dòng)抽油機(jī) 膠帶傳動(dòng)抽油機(jī)是美國(guó)80年代開發(fā)的新型抽油設(shè)備，該機(jī)通過(guò)二級(jí)膠帶傳動(dòng)，將電動(dòng)機(jī)的原動(dòng)力傳給曲柄膠帶輪，并帶動(dòng)游梁擺

13、動(dòng)。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(dòng)較平緩。由于省去了減速箱，故具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jiǎn)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?jī)?yōu)點(diǎn)，這種類型可用于新機(jī)制造，又可用于現(xiàn)場(chǎng)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

14、目前最簡(jiǎn)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(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)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)

15、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(dòng)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。 1.2 抽油機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 目前，抽油機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾個(gè)方面。 1）朝著大型化方向發(fā)展 隨著世界油氣資源的不斷開發(fā)，開采油層深度逐年增加，石油含水量也不斷增加，采用大泵提液采油工藝和開采稠油等都要求使用大型抽油機(jī)。因此，國(guó)外近幾年來(lái)出現(xiàn)了許多大載荷的抽油機(jī)，例如前置式氣平衡抽油機(jī)最大載荷213 ，氣囊平衡抽油機(jī)最大載荷227 。隨著生產(chǎn)的需要，將來(lái)還會(huì)有更大載荷的抽油機(jī)出現(xiàn)。 2）朝著低能耗方向發(fā)展 為了減少能耗，提高經(jīng)濟(jì)效益，近年來(lái)國(guó)、

16、內(nèi)外有關(guān)專家研制了許多節(jié)能型抽油機(jī)，如異相型抽油機(jī)、雙驢頭抽油機(jī)、擺桿抽油機(jī)、漸開線抽油機(jī)、磨擦換向抽油機(jī)等。 3）朝著高適應(yīng)性方向發(fā)展 抽油機(jī)應(yīng)具備較高的適應(yīng)性，以便拓寬其使用范圍，例如適應(yīng)各種自然地理和地質(zhì)構(gòu)造條件抽油的需要；適應(yīng)各種成分石油抽汲的需要；適應(yīng)各種類型油井抽汲的需要；適應(yīng)深井抽汲的需要；適應(yīng)長(zhǎng)沖程的需要；適應(yīng)節(jié)電的需要；適應(yīng)無(wú)電源和間歇抽汲的需要；適應(yīng)優(yōu)化抽油的需要等。 4）朝著長(zhǎng)沖程無(wú)游梁抽油機(jī)方向發(fā)展 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)、外研制并應(yīng)用了多種類型的長(zhǎng)沖程抽油機(jī)，其中包括增大沖程游梁抽油機(jī)、增大沖程無(wú)游梁抽油機(jī)和長(zhǎng)沖程無(wú)游梁抽油機(jī)。 5）朝著自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展 目前

17、，我國(guó)生產(chǎn)抽油機(jī)的廠家有十幾家，產(chǎn)品主要是以游梁式抽油機(jī)為主，其研制和開發(fā)的各種節(jié)能型游梁式抽油機(jī)，如偏置式節(jié)能抽油機(jī)、雙驢頭異型抽油機(jī)、偏輪式高效節(jié)能抽油機(jī)、漸開線抽油機(jī)均以在全國(guó)各油田得到了一定的推廣應(yīng)用，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。其中1）偏置式節(jié)能抽油機(jī)，一般可節(jié)電15%-35%；2）雙驢頭異型抽油機(jī)，一般可節(jié)電30%以上；3）偏輪式高效節(jié)能抽油機(jī)，一般可節(jié)電30%-50%；4）漸開線抽油機(jī)，一般可節(jié)電20%-30%。 另外，高轉(zhuǎn)差電機(jī)等節(jié)能電機(jī)在提高系統(tǒng)效率和節(jié)能方面有較大效果，但是造價(jià)較高，難以代替普通異步機(jī)。 在長(zhǎng)期的油田使用中，人們普遍認(rèn)為常規(guī)游梁式抽油機(jī)既有它的優(yōu)勢(shì)，也有能耗

18、高的缺點(diǎn)。為克服常規(guī)抽油機(jī)能耗高的缺點(diǎn)，目前國(guó)、內(nèi)外研究者主要采取了兩個(gè)途徑：一是在常規(guī)游梁式抽油機(jī)的基礎(chǔ)上改變結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)，即改變扭矩因數(shù)使懸點(diǎn)扭矩曲線產(chǎn)生變位，或按照變矩平衡原理，研制開發(fā)了許多節(jié)能高效的新型節(jié)能游梁式抽油機(jī)，使傳統(tǒng)的游梁式抽油機(jī)又呈現(xiàn)出了強(qiáng)大的生命力；另一個(gè)是從原理到結(jié)構(gòu)形式上另辟新徑，研制開發(fā)非四連桿機(jī)構(gòu)的新型節(jié)能抽油機(jī)，如立式無(wú)游梁抽油機(jī)、電動(dòng)潛油螺桿泵和無(wú)桿泵等。這兩大抽油機(jī)都已在油田上被廣泛采用。 第2章 常規(guī)游梁式抽油機(jī)傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 2.1系統(tǒng)的組成工作原理 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。 它的工作原理

19、是由交流電動(dòng)機(jī)恒速運(yùn)轉(zhuǎn)拖動(dòng)抽油泵，沿著重力作用方向進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而把原油從數(shù)百至 數(shù)千米的井下抽到地面。分析其負(fù)載特性可知其慣量較大，而不同的油井的粘度大小又很不同，當(dāng)油的粘度較大 時(shí)，泵的效率也變低，往往啟動(dòng)也很困難。該負(fù)載又是周期負(fù)載，上升、下降行程負(fù)載性質(zhì)亦不同，下降時(shí)尚帶 有位勢(shì)負(fù)載性質(zhì)。為適應(yīng)這些復(fù)雜的工況，抽油機(jī)的配置及其實(shí)際工作狀態(tài)往往只能是大馬拉小車。游梁式抽油 機(jī)運(yùn)動(dòng)為反復(fù)上下提升，一個(gè)沖程提升一次，其動(dòng)力來(lái)自電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的兩個(gè)重量相當(dāng)大的鋼質(zhì)滑塊，當(dāng)滑塊提升 時(shí)，類似杠桿作用，將采油機(jī)桿送入井中；滑塊下降時(shí)，采油桿提出帶油至井口，當(dāng)抽油機(jī)工作時(shí)，整個(gè)過(guò)程中 負(fù)載是變化的。工

20、作分為兩個(gè)沖程，抽油機(jī)上沖程時(shí)，驢頭懸點(diǎn)需提起抽油桿柱和液柱，在抽油機(jī)未平衡的條件 下，電動(dòng)機(jī)就要作出很大的功，這時(shí)電動(dòng)機(jī)處于驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。在下沖過(guò)程時(shí)，抽油機(jī)桿柱轉(zhuǎn)拉動(dòng)對(duì)電動(dòng)機(jī)做功，使 電動(dòng)機(jī)處于類似發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。抽油機(jī)未平衡時(shí)，上、下沖程的負(fù)載極度不均勻，這樣將嚴(yán)重地影響抽油機(jī) 的連桿機(jī)構(gòu)、減速箱和電動(dòng)機(jī)的效率和壽命，惡化抽油桿的工作條件，增加它的斷裂可能性。為了消除這些缺點(diǎn) ，一般在抽油機(jī)的游梁尾部或曲柄上或兩處都加上平衡配重。這樣一來(lái)，在懸點(diǎn)下沖程時(shí)，要把平衡重從低處抬 到高處，增加平衡配重的位能。為了抬高平衡配重，除了依靠抽油桿柱下落所釋放的位能外，還要電動(dòng)機(jī)付出部 分能量。在上沖程

21、時(shí)，平衡重由高處下落，把下沖程時(shí)儲(chǔ)存的位能釋放出來(lái)，幫助電動(dòng)機(jī)提升抽油桿和液柱，減 少了電動(dòng)機(jī)在上沖程時(shí)所需給出的能量。目前使用較多的游梁式抽油機(jī)，都采用了加平衡配重的工作方式，為了 保證足夠大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，抽油機(jī)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)負(fù)荷率很低，一般在20％－30%.低負(fù)荷率運(yùn)行，造成功率因數(shù)低 ，效率低，電能浪費(fèi)大。 2.2 目前還存在的問(wèn)題 1）部分游梁式抽油機(jī)平衡輕，且四個(gè)平衡塊已經(jīng)調(diào)到外頭，無(wú)法達(dá)到平衡度100％。 2）部分游梁式抽油機(jī)平衡重，且四個(gè)平衡塊已經(jīng)調(diào)到里頭，無(wú)法達(dá)到平衡度100％。 3）平衡塊不能靈活滑動(dòng)，自行調(diào)整。 4）現(xiàn)在我隊(duì)取電流的方式還是依靠站上職工用鉗形

22、電流表取上下沖程中電流峰值,由于電流表自身的影響和 人工目測(cè)很難讀準(zhǔn)的數(shù)值從而產(chǎn)生不平衡的井報(bào)為平衡的問(wèn)題和平衡度失真的問(wèn)題。 2.3 系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)（運(yùn)動(dòng)）簡(jiǎn)圖 第3章曲柄搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)分析與確定? 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： （1） 懸點(diǎn)指執(zhí)行系統(tǒng)與抽油桿的聯(lián)結(jié)點(diǎn)； （2） 懸點(diǎn)載荷P（kN）指抽油機(jī)工作過(guò)程中作用于懸點(diǎn)的載荷； （3） 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； （4） 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)。 本小組為裝備10-2班第3小組，根據(jù)任務(wù)書要求，確定設(shè)計(jì)參數(shù)如下

23、表1 設(shè)計(jì)參數(shù) 上沖程時(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/15 7T/15 1.8 7 P1=20，P2=5 設(shè)計(jì)要求： 抽油桿上沖程時(shí)間為8T/15，下沖程時(shí)間為7T/15，則可推得上沖程曲柄轉(zhuǎn)角為192°，下沖程曲柄轉(zhuǎn)角為168°。 (1)??? 極位夾角 　　　 （2）行程要求 經(jīng)查閱資料可知，通常取e/c=1.35?????????? S = eψ =1.35cψ (3)最小傳動(dòng)角要求 3.2 按K設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 如下圖所示 1) 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

24、位置C1D和C2D。 2) 連接C1 和C2，做C1M垂直于C1 C2。 3) 作，C1N與C1M交于點(diǎn)P，可見 4) 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 5) 因極限位置處曲柄與連桿共線，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) 計(jì)算a、d、b，得曲柄搖桿機(jī)構(gòu)各構(gòu)件尺寸；取3組數(shù)據(jù) 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) L1 L2 L3 L4 1 800 1500 2500 1900 2 800 1600 2350

25、 2000 3 800 1300 1900 2000 3.3 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析 桿長(zhǎng)分別為：800,1500,2500,1900 利用Matlab軟件進(jìn)行編程計(jì)算和畫圖，其中通過(guò)3組數(shù)據(jù)機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)程序運(yùn)行得到結(jié)果為： 桿長(zhǎng)分別為：800,1600,2350,2000 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

26、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=0.001m/ 懸點(diǎn)上沖程中最大速度為：=0.63m/s 第4章. 常規(guī)游梁式抽油機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)分析 4.1電動(dòng)機(jī)選擇和傳動(dòng)比分配 4.1.1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,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。 4.1.2 傳動(dòng)比分配 4.1.2.1總傳動(dòng)比 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:。 4.1.2.2傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比分配

27、 初步選取V帶傳動(dòng)比為: ，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: 。 4.2 各軸轉(zhuǎn)速計(jì)算 4.3各軸功率計(jì)算 軸1： 軸2： 軸3： 4.4各軸扭矩計(jì)算 軸1： 軸2： 軸3： 第5章 齒輪減速器設(shè)計(jì)計(jì)算 5.1 高速級(jí)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255—321HBS， 大齒輪用ZG35SiMn調(diào)質(zhì)，齒面硬度241—269HBS，， 由表取 5.1.2 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)

28、 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 5.1.3 驗(yàn)算輪齒彎曲強(qiáng)度 齒形系 數(shù) 所以是安全的 5.1.4 齒輪的圓周速度 所以選用8級(jí)精度是合宜的 5.2 低速級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 5.2.1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48—55HRC 大齒輪用45 表面淬火，齒面硬度40—50HRC 取

29、 5.2.2 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 5.2.3 驗(yàn)算輪齒彎曲強(qiáng)度 齒形系數(shù) 則 所以是安全的 5.2.4 齒輪的圓周速度 第6章 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 6.1 帶鏈傳動(dòng)的方案比較 1）帶傳動(dòng)方案的優(yōu)點(diǎn) （1）、適用于中心距較大的傳動(dòng)；（2）、帶具有良好的的撓性，可緩和沖擊，吸收振動(dòng)；（3）、過(guò)載時(shí)帶與帶輪之間會(huì)出現(xiàn)打滑，打滑

30、雖使傳動(dòng)失效，但可防止損壞其他零件；（4）、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉。 2）帶傳動(dòng)方案的缺點(diǎn) （1）、傳動(dòng)的外廓尺寸較大；（2）、需要張緊裝置；（3）、由于帶的滑動(dòng)，不能保證固定不變的傳動(dòng)比；（4）、帶的壽命較短；（5）、傳動(dòng)效率較低。 3）鏈傳動(dòng)方案的優(yōu)點(diǎn) 與帶傳動(dòng)相比 （1）、鏈傳動(dòng)沒(méi)有彈性滑動(dòng)和打滑，能保持準(zhǔn)確的的平均傳動(dòng)比；（2）、需要的張緊力小，作用在軸上的壓力也小，可減少軸承的摩擦損失；（3）、結(jié)構(gòu)緊湊；（4）、能在溫度較高、有油污等惡劣環(huán)境下工作。 4）鏈傳動(dòng)方案的缺點(diǎn) 瞬時(shí)鏈速和瞬時(shí)傳動(dòng)比不是常數(shù)，因此傳動(dòng)平穩(wěn)性較差，工作中有一定的沖擊和噪音。 5）帶鏈傳動(dòng)的應(yīng)用范圍

31、 （1）、帶傳動(dòng)適用于中小功率的傳動(dòng)；目前V帶傳動(dòng)應(yīng)用最廣，一般帶速為v=5-25m/s，傳動(dòng)比i<=7，傳動(dòng)效率為0.90-0.95。 （2）、鏈傳動(dòng)廣泛應(yīng)用于礦山機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、石油機(jī)械、機(jī)床及摩托車中；通常，鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)比i<=8；中心距a<=5-6m；傳動(dòng)效率p<=100kW；圓周速度v<=15m/s；傳動(dòng)效率約為0.95-0.98。 6.2 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，減速器軸轉(zhuǎn)速為 計(jì)算過(guò)程： （1） 計(jì)算功率 查表13—8得=1.6，故 （2） 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)

32、算 （3） 求大、小帶輪基準(zhǔn)直徑 由表，現(xiàn)取，得： ， 由表?。m使略有減小，但其誤差小于5%，故允許）。 （4） 驗(yàn)算帶速 帶速在范圍內(nèi)，合適。 （5） 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 （6） 驗(yàn)算小帶輪包角 ，合適。 （7） 求帶根數(shù) 令， 查表得 由，查表得，查表得，由此可得 取4根。 （8） 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；

33、小帶輪直徑d1=140mm較小，采用實(shí)心式； 大帶輪直徑d2=425mm>350mm，采用輪輻式； 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得輪緣寬B=82mm。 第7章 軸系部件設(shè)計(jì)計(jì)算 7.1 各軸初算軸徑 高速軸I 材料為40MnB調(diào)質(zhì)，硬度 241—286HBS 有一鍵槽 中間軸II 材料為40Cr調(diào)質(zhì) 有一鍵槽 低速軸III 材料為40鋼調(diào)質(zhì) 有二鍵槽 高速軸 7.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 中間軸 低速軸 7.3軸的強(qiáng)度剛度驗(yàn)算 （1） 、高速軸

34、 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） 、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 （2） 、中間軸

35、 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 (3) 、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

36、 （2）、水平面的支承反力 （3） 、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 7.4 軸承的選擇和壽命計(jì)算 （一)、高速軸 查表知， （1）

37、、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 (3) \低速軸 查

38、表知， （1）、計(jì)算所需的徑向基本額定動(dòng)載荷值 取 第8章 連接件的選擇和計(jì)算 8.1 齒輪連接平鍵的選擇與計(jì)算 8.1.1高速級(jí)軸上鍵的選擇與計(jì)算 高速級(jí)輸入軸（1）上小齒輪與軸為連體式不需要平鍵連接。 中間軸（2）大齒輪軸徑為,查表 選鍵 鍵的強(qiáng)度校核： 不合理 使用雙鍵 合理 8.1.2低速級(jí)軸上鍵的選

39、擇與計(jì)算 低速級(jí)中間軸（2）上小齒輪為連體式不需要鍵的連接。 低速級(jí)輸出軸（3）上大齒輪處軸徑為 查表10-9 選鍵 鍵的強(qiáng)度校核： 不合理 故使用雙鍵 合理 8.2 大小帶輪上鍵的選擇與計(jì)算 大帶輪處 帶輪寬 選鍵 所以合理 小帶輪處 電機(jī)為 最大轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)子軸直徑為65mm 選鍵 所以不合理 故使用雙鍵 合理 8.3螺紋連接件的選擇 表4 螺紋連接件選擇 螺紋連接件名稱 尺寸 地腳螺栓直徑 M24 地腳螺栓數(shù)目 6 軸承旁螺栓直徑 M20 機(jī)蓋與基座連接螺栓直徑 M12 軸承蓋螺栓直徑 M10 窺

40、視孔蓋螺栓直徑 M8 定位銷直徑 M10 第9章 設(shè)計(jì)結(jié)論匯總 9.1已知條件： 設(shè)計(jì)參數(shù) 上沖程時(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/15 7T/15 1.8 7 P1=20，P2=5 9.2結(jié)論 1. 四桿機(jī)構(gòu)桿長(zhǎng) a b c d 800 1300 1900 2000 2. 最終實(shí)際傳動(dòng)比 V帶 高速級(jí)齒輪 低速級(jí)齒輪 3.0 7.94 5.88 3. 各軸轉(zhuǎn)速 (r/min) (r/min) (r/min) 326.97 41.14 7.0

41、 4. 各軸輸入功率 （kW） （kW） （kW） 5.57 5.4 5.24 5. 各軸輸入轉(zhuǎn)矩 (kN·m) (kN·m) (kN·m) 0.16 1.2 7.15 6. 帶輪主要參數(shù) 小輪直徑（mm） 大輪直徑（mm） 中心距（mm） 基準(zhǔn)長(zhǎng)度（mm） 帶的根數(shù) 140 425 795 2500 4 7．高、低速級(jí)齒輪參數(shù) 名稱 高速級(jí) 低速級(jí) 中心距(mm) 362.375 461 摸數(shù) (mm) 3.25 4 齒 數(shù) 25 30 198 176.4 分度圓 直徑

42、 （mm） 81.25 120 (mm) 643.5 704 齒 寬 （mm） 70 90 （mm） 65 18 齒輪等級(jí)精度 8 8 材料及熱處理 20CrMnTi，齒面滲碳淬火，齒面硬度58~62HRC 20CrMnTi，齒面滲碳淬火，齒面硬度58~62HRC 總結(jié) 經(jīng)過(guò)小組成員的共同努力,我們終于完成了機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的工程訓(xùn)練任務(wù)——常規(guī)游梁式抽油機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在完成任務(wù)的過(guò)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,由于對(duì)Mat

43、lab軟件的基本操作和編程的不了解，使四桿機(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?？鄲?后來(lái)在老師的指導(dǎo)下,我們學(xué)會(huì)了借助Matlab軟件進(jìn)行優(yōu)化分析獲得最優(yōu)桿長(zhǎng)；在傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí),面對(duì)功率大,傳動(dòng)比也大的情況,我們一頭霧水，后來(lái)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(guò)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、Matlab和Auto CAD ,Word等也有了更好的掌握；在整個(gè)過(guò)程中, 我們還暴露出很多問(wèn)題，再設(shè)計(jì)之初比較懈怠，結(jié)

44、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(guò)本次訓(xùn)練，是對(duì)我們很好的鍛煉，最后感謝老師的悉心幫助以及小組成員的團(tuán)結(jié)一致，保證了訓(xùn)練任務(wù)的順利完成。 參 考 文 獻(xiàn) 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）1999 2、《機(jī)械原理》 高等教育出版社 孫桓等 主編 （第七版）2006 3、《機(jī)械設(shè)計(jì)》 高等教育出版社 濮良貴 主編 （第七版）2006 4、《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)》 科學(xué)出版社，王淑仁主編 2006 5、《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）1998 6、游梁式抽油機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算 石油工業(yè)出版社 張建軍主編

45、2005 7、游梁式抽油機(jī)技術(shù)與應(yīng)用 石油工業(yè)出版社 張學(xué)魯主編2001 東北石油大學(xué)工程訓(xùn)練成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)表 課程名稱 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 題目名稱 常規(guī)游梁式抽油機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 楊彬 學(xué)號(hào) 100403140327 指導(dǎo)教師姓名 許馮平 職稱 教授 序號(hào) 評(píng)價(jià)項(xiàng)目 指 標(biāo) 滿分 評(píng)分 1 工作量、工作態(tài)度和出勤率 按期圓滿的完成了規(guī)定的任務(wù)，難易程度和工作量符合教學(xué)要求，工作努力，遵守紀(jì)律，出勤率高，工作作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)，善于與他人合作。 20 2 設(shè)計(jì)質(zhì)量 課程設(shè)計(jì)選題合理，計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)練準(zhǔn)確，分析問(wèn)題思路清晰，結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，文理通順，撰寫規(guī)范，圖表完備正確。 45 3 創(chuàng)新 工作中有創(chuàng)新意識(shí)，對(duì)前人工作有一些改進(jìn)或有一定應(yīng)用價(jià)值。 5 4 答辯 能正確回答指導(dǎo)教師所提出的問(wèn)題。 30 總分 評(píng)語(yǔ)： 指導(dǎo)教師： 年 月 日