抽油机机械系统设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀设计 机械设计课程设计报告 抽油机机械系统设计 姓 名 号 指导老师 日 期 203 10 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 第一节 设计任务 ) 第二节 方案设计分析 ) 第三节 轴承的选择及寿命计算 7) 第四节 设计 结果 2) 第五节 心得体会 3) 第六节 附录 5) 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第一节 设计任务 抽油机是将原油从井下举升到地面的主要采油设备之一，常用的有杆抽油设备有三部分组成：一是地面驱动设备即抽油机；二是井下的抽油泵，它悬挂在油井油管的下端；三是抽油杆，它将地面设备的运动和动力传递给井下抽油泵。抽油机由电动机驱动，经减速传 动系统和执行系统（将转动变转为往复移动）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。 图 1 1 假设电动机做匀速转动，抽油机的运动周期为 T，抽油杆的上冲程时间与下冲程时间相等。冲程 S=次 n 11 次 /冲程由于举升原油，作用于悬点的载荷等于原油的重量加上抽油杆和柱塞自身的重量为 40冲程原油已释放，作用于悬点的载荷就等于抽油杆和柱塞自身的重量为 15 要求： 根据任务要求，进行抽油机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。 根据设计参数和设计要求，采用优化算法进行执行系统（执行机构）的运动尺寸设计，优化目标为抽油杆上冲程悬点加速度为最小，并应使执行系统具有较好的传力性能。 建立执行系统输入、输出（悬点）之间的位移、速度和加速度关系 ，并编程进行数值计算，绘制一个周期内悬点位移、速度和加速度线图（取抽油杆最低位置作为机构零位）。 选择电机型号，分配减速传动系统中各级传动的 传动比，并进行传动机构的工作能力设计计算。 对抽油机机械系统进行结构设计，绘制装配图及关键零件工作图。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第二节 方案设计分析 一 根据抽油机功率大，冲次小，传动比大等特点，初步决定采用以下总体方案，如框图所示： 图 2 1 1. 执行系统方案设计 图 22 图 2 3 由于执行机构是将连续的单向转动转化为往复移动，所以采用四连杆式执行机构，简单示意如图 2 2 所示 P 点表示悬点位置； 表示输入端，与减 速器输出端相连，逆时针方向旋转； 示输出端； 示机架； e 为悬臂长度，通常取 e/c=行程 S 等于 对于 过的角度与 e 的乘积。 抽油杆上冲程时间与下冲程时间相等，即上冲程曲柄转角与下冲程曲柄转角相等， 0，属于 曲柄摇杆机构， 。 为了研究方便，将机架旋转至水平位置， 如图 2 3 所示。 图中 位置分别表示悬点的最高和最低位置。行程 ，从图中可以看出以下关系： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 取 为设计变量，根据工程需求： 所以 ，始终满足最小传动角 的要求。 由于是 曲柄摇杆机构，故有 优化计算方法： 在限定范围内取 ，计算 c,a,b,d,得曲柄摇杆机构各构件尺寸，取抽油杆最低位置为机构零位：曲柄转角 ，求上冲程曲柄转过某一角度 时，摇杆摆角，角速度和角加速度 ，悬点加速度 找出上冲程过程中的悬点最大加速度 ,最后在所有的最大加速度中找出最小者，它所对应的机构尺寸极为最优者。 具体过程如下： 采用网格法进行优化，按增量 划分网格，网格交点作为计算点。 如图 2 4 所示。 图 2 4 图 2 5 在图 2 5 所示的铰链四杆机构 作一封闭矢量多边形，若以 a,b,c,d 分别表示各构件的矢量，该机构的矢量方程式为 a+b=c+d,以复数形式表示为 （ *） 规定角 以 x 轴的正向逆时针方向度量。按欧拉公式展开得 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 按方程式的实部和虚部分别相等，即 ， 消去 得 利用万能公式，以及根据该机构装配特点，得 从而可得 将式（ *）对时间求导数得 （ #） 消去 ，取实部得 将式（ #）对时间求导数得 消去 ，取实部得 。 又悬点的位移表达式为 s=e（ + ,速度表达式为 v=e ,加速度表达式为 ac=e 。 由于存在初始角，所以 要加上一个角度为 b/d),即 = + b/d). 从 0开 始到 360。 接下来采用 件进行编程计算和画图，具体程序在附录中。其中通过 机构优化设计程序运行得到结果为： 最小值 =,a=b= c=d= 过求悬点上冲程中最大速度的程序运行得到结果为： 最大速度 =m/s 2. 总体传动方案 初步确定传动系统总体方案如图 2 6 所示。 选择 V 带传动和二级圆柱斜齿轮减速器（展开式）。传动装置的总效率 为 V 带的效率， 为第一对轴承的 效率， 为第二对轴承的效率， 为第三对轴承的效率， 为每对齿轮啮合传动的效率（齿轮为 6 级精度，稀油润滑）。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 2 6 电动机所需工作功率为： P P / 行机构的曲柄转速为 n 11r/查表按推荐的传动比合理范围， V 带传动的传动比 i 2 4，二级圆柱斜齿轮减速器传动比 i 8 40，则总传动比合理范围为 i 16160，电动机转速的可选范围为 n i n（ 16 160） 11 176 1760r/合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，选定型号为 280S 6 的三相异步电动机，额定功率为 45定电流 载转速 n 980 r/步转速 1000r/ （ 1） 总传动比 由选定的电动机满载转速 n 和工作机 主动轴转速 n，可得传动装置总传动比为 i n/n 980/11 2） 传动装置传动比分配 i i i 式中 i ， i 分别为带 传动和减速器的传动比。 为使 V 带传动外廓尺寸不致过大，初步取 i 减速器传动比为 i i / i 据各原则，查图得高速级传动比为 i i i / i （ 1） 各轴转速 n n / i 980/n n / i r/n n / （ i i ） 11 r/ 2） 各轴输入功率 P P 42.3 P P 3） 各轴输入转矩 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 轴 T 9550 P / n =9550 kNm 轴 T 9550 P / n =9550 kNm 轴 T 9550 P / n =9550 1=34.5 kNm 确定计算功率 式中 为工作情况系数， 为电机输出功率 选择带型号 根据 ，查图初步选用型带 选取带轮基准直径 查 表 选 取 小 带 轮 基 准 直 径 ，则大带轮基准直径式中为带的滑动率，通常取（ 1% 2%），查表后取 验算带速 v 在 m/s 范围内，带充分发挥。 确定中心距 a 和带的基准长度 在 范围内，初定中心距 ，所以带长 查图选取型带的基准长度 ，得实际中心距 取 验算小带轮包角 ，包角合适。 确定 v 带根数 z 因 ，带速 ，传动比 i=表得单根 v 带所能传递的功率，功率增量 ，包角修正系数 ，带长修正系数，则由公式得 故选 6 根带。 确定带的 初拉力 单根普通带张紧后的初拉力为 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 计算带轮所受压力 利用公式 具体带与带轮的主要参数见图 2 7 图 2 7 （一）高速级齿轮传动的设计计算 齿 轮材料，热处理及精度 考虑此减速器的功率及现场安装的限制，故大小齿轮都选用硬齿面渐开线斜齿轮 （ 1） 齿轮材料及热处理 大小齿轮材料为 20面渗碳淬火，齿面硬度为 58 62查图，取 1500 500 （ 2） 齿轮精度 按 10095 1998，选择级，齿根喷丸强化。 初 步设计齿轮传动的主要尺寸 因为硬齿面齿轮传动，具有较强的齿面抗点蚀能力，故先按齿根弯曲疲劳强度设计，再校核持面接触疲劳强度。 （ 1） 计算小齿轮传递的转矩 kNm （ 2） 确定齿数 z 因为是硬齿面，故取 z 19， z i z 19 120 传动比误差 i u z / z 120/19 i 5 ，允许 （ 3） 初选齿宽系数 按非对称布置，由表查得 4） 初选螺旋角 初定螺旋角 15 （ 5） 载荷系数 K 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 使用系数 K 工作机轻微冲击，原动机均匀平稳，所以查表得 K 载荷系数 K 估计齿轮圆周速度 v s 查图得 K 齿向载荷分布系数 K 预估齿宽 b 40查图得 K 取 b/h 6，再查图得 K 间载荷分配系数 查表得 K K 荷系数 K K K K K = 6） 齿形系数 Y 和应力修正系数 Y 当量齿数 z z / 19/ z z / 120/ 图得 Y Y Y Y 7） 重合度 系数 Y 端面重合度近似为 【 ）】 【 1/19 1/120）】 因为 /则重合 度系数为 Y 8） 螺旋角系数 Y 轴向重合度 为 1 Y 1 9） 许用弯曲应力 安全系数由表查得 S 作寿命两班制， 7 年，每年工作 300 天 小齿轮应力循环次数 60 60 1 7 300 2 8 10 大齿轮应力循环次数 N1/u 10 /10 查图得寿命系数 , ;实验齿轮的应力修正系数 ,查图取尺寸系数 许用弯曲应力 比较 , 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 取 (10) 计算模数 按 1357整为标准模数 ,取 (11) 初算主要尺寸 初算中心距 ,取 a=355正螺旋角 分度圆直径 齿宽 ,取 , , 齿宽系数 (12) 验算载荷系数 圆周速度 查得 按 ， ，查得 ， 又因 ， 查图得 ， ， 则 K Y =Y =。从而得 满足齿根弯曲疲劳强度。 3校核齿面接触疲劳强度 （ 1） 载荷系数 ， ， ， ， （ 2） 确定各系数 材料弹性系数 查表得 节点区域系数 查图得 重合度系数 查图得 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 螺旋角系数 （ 3） 许用接触应力 试验齿轮的齿面接触疲劳极限 寿命系数 查图得 ， ；工作硬化系数 ； 安全系数 查表得 ；尺寸系数 查表得 ，则许用接触应力为： 取 （ 4） 校核齿面接触强度 ，满足齿面接触疲劳强度的要求。 （二）低速级齿轮传动的设计计算 齿轮材料，热处理及精度 考虑此减速器的功率及现场安装的限制，故大小齿轮都选用硬齿面渐开线斜齿轮 （ 1） 齿轮材料及热处理 大小齿轮材料为 45 钢。调质后表面淬火，齿面硬度为 40 50查图，取 1200 370 （ 2） 齿轮精度 按 10095 1998，选择级，齿根喷丸强化。 初步设计齿轮传动的主要尺寸 因为硬齿面齿轮传动，具有较强的齿面 抗点蚀能力，故先按齿根弯曲疲劳强度设计，再校核持面接触疲劳强度。 （ 10） 计算小齿轮传递的转矩 kNm （ 11） 确定齿数 z 因为是硬齿面，故取 z 33， z i z 33 129 传动比误差 i u z / z 129/33 3,909 i 5，允许 （ 12） 初选齿宽系数 按非对称布置，由表查得 13） 初选螺旋角 初定螺旋角 12 （ 14） 载荷系数 K 使用系数 K 工作机轻微冲击，原动机均匀平稳，所以查表得 K 载荷系数 K 估计齿轮圆周速度 v s 查图得 K 齿向载荷分布系数 K 预估齿宽 b 80查图得 K 取 b/h 6，再买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 查图得 K 间载荷分配系数 查表得 K K 荷系数 K K K K K = 15） 齿形系数 Y 和应力修正系数 Y 当量齿数 z z / 19/ z z / 120/ 图得 Y Y Y Y 16） 重合度系数 Y 端面重合度近似为 【 ）】 【 1/33 1/129）】 因为 /则重合度系数为 Y 17） 螺旋角系数 Y 轴向重合度 为 1 Y 1 18） 许用弯曲应力 安全系数由表查得 S 作寿命两班制， 7 年，每年工作 300 天 小齿轮应力循环次数 60 60 1 7 300 2 8 10 大齿轮应力循环次数 N1/u 10 /10 查图得寿命系数 , ;实验齿轮的应力修正系数 ,查图取尺寸系数 许用弯曲应力 比较 , 取 (10) 计算模数 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 按 1357整为标准模数 ,取 (11) 初算主要尺寸 初算中心距 ,取 a=500正螺旋角 分度圆直径 齿宽 ,取 , , 齿宽系数 (12) 验算载荷系数 圆周速度 查得 按 ， ，查得 ， 又因 ， 查图得 ， ， 则 K Y =Y =。从而得 满足齿根弯曲疲劳强度。 3校核齿面接触疲劳强度 （ 5） 载荷系数 ， ， ， ， （ 6） 确定各系数 材料弹性系数 查表得 节点区域系数 查图得 重合度系数 查图得 螺旋角系数 （ 7） 许用接触应力 试验齿轮的齿面接触疲劳极限 寿命系数 查图得 ， ；工作硬化系数 ； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 安全系数 查表得 ；尺寸系数 查表得 ，则许用接触应力为： 取 （ 8） 校核齿面接触强度 ，满足齿面接触疲劳强度的要求。 二 （ 1）高速轴 I 材料为 20调质处理，硬度为 241286得对称循环弯 曲许用应力 。按扭转强度计算，初步计算轴径，取 由于轴端开键槽，会削弱轴的强度，故需增大轴径 5%7%，取最小轴径 （ 2）轴 料为 45 钢，经调质处理，硬度为 217255得对称循环弯曲许用应力。按扭转强度计算，初步计算轴径，取 ，取安装小齿轮处轴径 （ 3）轴 料为 40调质处理，硬度为 241286得对称循环弯曲许用应力。按扭转强度计算，初步计算轴径，取 由于轴端开键槽，会削弱轴的强度，故需增大轴径 5%7%，取最小轴径 轴 I，轴 布置方案与具体尺寸分别如图 2 8，图 2 9，图 2 10 所示。 图 2 8 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 2 9 图 2 10 第三节 轴承的选择及寿命计算 （一） 第一对轴承 齿轮减速器高速级传递的转矩 具体受力情况见图 3 1 （ 1）轴 I 受力分析 齿轮的圆周力 齿轮的径向力 齿轮的轴向力 （ 2）计算轴上的支反力 经计算得垂直面内 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 3 1 水平面内 （ 3）轴承的校核 初选轴承型号为 32014 轻微冲击，查表得冲击载荷系数 计算轴承 轴承 B 受的径向力 计算附加轴向力 查表得 3000 型轴承附加轴向力 则 轴承 A ，轴承 B 计算轴承所受轴向载荷 由于 ，即 由此得 计算当量载荷 轴承 A e= 则 , 轴承 B e= 则 轴承寿命 计算 因 ，按轴承 B 计算 （二） 第二对轴承 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 齿轮减速器低速级传递的转矩 具体受力情况见图 3 2 （ 1）轴 力分析 齿轮的圆周力 齿轮的径向力 齿轮的轴向力 （ 2）计算轴上的支反力 经计算得垂直面内 水平面内 （ 3）轴承的校核 初选轴承型号为 32928 轻微冲击，查表得冲击载荷系数 计算轴承 轴承 B 受的径向力 计算附加轴向力 查表得 3000 型轴承附加轴向力 则 轴承 A ，轴承 B 计算轴承所受轴向载荷 由于 ，即 由此得 计算当量载荷 轴承 A e= 则 , 轴承 B e= 则 轴承寿命 计算 因 ，按轴承 A 计算 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 3 2 （三）第三对轴承 具体受力情况见图 3 3 （ 1）轴 力分析 齿轮的圆周力 齿轮的径向力 齿轮的轴向力 （ 2）计算轴上的支反力 经计算得垂直面内 水平面内 （ 3）轴承的校核 初选轴承型号为 32938 轻微冲击，查表得冲击载荷系数 计算轴承 轴承 B 受的径向力 计算附加轴向力 查表得 3000 型轴承附加轴向力 则 轴承 A ，轴承 B 计算轴承所受轴向载荷 由于 ，即 由此得 计算当量载荷 轴承 A e= 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 则 , 轴承 B e= 则 轴承寿命 计算 因 ，按轴承 图 3 3 第四节 设计结果 1. 最终实际传动比 i V 带 高速级齿轮 低速级齿轮 . 各轴转速 n (r/(r/(r/1 3. 各轴输入功率 P （ （ （ 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 . 各轴输入转矩 T (kNm) (kNm) (kNm) . 带轮主要参数 小 轮 直 径（ 大轮直径（ 中心距 a（ 基准长度（ 带的根数 z 280 1000 1451 5000 6 6高、低速级齿轮参数 名称 高速级 低速级 中心距 a(355 500 法面摸数 (5 6 螺旋角 （ ） 11 79836 13 59049 旋 向 小齿轮 左 右 大齿轮 右 左 齿 数 19 33 120 129 分度圆 直径 （ 顶圆 直径 （ 根圆 直径 (文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 齿 宽 （ 60 130 （ 54 124 齿轮等级精度 6 6 材料及热处理 20面渗碳淬火，齿面硬度 58625 钢，调质后淬火，齿面硬度 4050文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第五节 心得体会 经过一个月的努力 ,我终于将机械设计课程设计做完了 我遇到了许多困难 ,一遍又一遍的计算 ,一次 又一次的设计方案修改这都暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足 由于对件的基本操作和编程掌握得还可以 ,不到半天就将所有需要使用的程序调试好了 令我非常苦恼 我找到了问题所在之处 ,将之解决了 在传动系统的设计时 ,面对功率大 ,传动比也大的情况 ,我一时不知道到底该采用何种减速装置 经过计算 ,发现蜗轮尺寸过大 ,所以只能从头再来 取了盲目计算的教训 ,在动笔之前 ,先征求了 钱老师的意见 ,然后决定采用带传动和二级圆柱齿轮减速器 ,也就是我的最终设计方案 由于前期计算比较充分 ,整个过程用时不到一周 ,在此期间 ,我还得到了许多同学 和老师的帮助 整个作业过程中 ,我遇到的最大 ,最痛苦的事是最后的文档 用起来很不方便 ;最可恶的是在此期间 ,一种电脑病毒 ”手 ” 四处泛滥 ,将我辛辛苦苦打了几天的文档全部毁了 那么多文字就这样在片刻消失了 ,当时我真是痛苦得要命 . 尽管这次作业的时间是漫长的 ,过程是曲折的 ,但我的收获还是很大的 蜗杆传动机构的设计步骤与方法 ;也不仅仅对制图有了更进一步的掌握 ; 熟练掌握也是必需的 收获最大的是方法和能力 在整个过程中 ,我发现像我们这些学生最最缺少的是经验 ,没有感性的认识 ,空有理论知识 ,有些东西很可能与实际脱节 我觉得做这种类型的作业对我们的帮助还是很大的 ,它需要我们将学过的相关 知识都系统地联系起来 ,从中暴露出自身的不足 ,以待改进 一个人的力量是有限的 ,合众人智慧 ,我相信我们的作品会更完美 ! 毛燕 (02001504) 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2004年 9月 18日 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第一节 附录 一 序 求悬点的位移，速度和加速度表达式的程序： a b c d a1 =B=-a*C=(A2+B2+c2)/(2*c); *B+2+B2)/(; a2=B+c*(A+c*); w3=w1*a*(c*; w1*a*(b*; s=c*(a3+c2-a*b)/(d*c)v=c*w3 c*(b*+a*c*(c* 机构优化设计程序： =45:5; ,0,0,0; i=1:) q=F(i)*80; c=q);a=c*q/2); K=1.1*c:.6*c; j=1:) b=K(j); d=b2+c2); P=0:80;m=0; t=1:) (t)*80; a1=a1+b/d); 1*0; A=B=-a*C=(A2+B2+c2)/(2*c); =C *B+2+B2)/(; *A/B); a2=B+c*(A+c*); w3=w1*a*(c*; w1*a*(b*; c*(b*+a*c*(c*; z= if mz m=z; if m) m,a,b,c,d 求悬点位移的程序： s=a=b=c=d=1*0; 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 a1=a1+b/d); A=B=-a*C=(A2+B2+c2)/(2*c); =C *B+2+B2)/(; *A/B); s=c*(a3+c2-a*b)/(d*c) 求悬点速度的程序： v=a=b=c=d=1*0; a1=a1+b/d); A=B=-a*C=(A2+B2+c2)/(2*c); =C *B+2+B2)/(; *A/B); a2=B+c*(A+c*); w3=w1*a*(c*; v=c*求悬点加速度的程序： ac=a=b=c=d=1*0; a1=a1+b/d); A=B=-a*C=(A2+B2+c2)/(2*c); =C *B+2+B2)/(; *A/B); a2=B+c*(A+c*); w3=w1*a*(c*; w1*a*(b*; c*(b*+a*c