机电类毕业论文1.docx

西安石油大学本科毕业设计（论文）12型斜直井抽油机主体结构与动力设计分析摘 要：在难于建造底座的浅海、沼泽地、河流、湖泊地区，以及在城市大型建筑底部开采石油时，若从陆上或其周围向这些地区底部钻斜直井，可免去在水中建造昂贵的人工岛和避免城市建筑损坏与环境污染。可见在这些场合采用斜直井开采技术必将带来显著经济效益， 该机结构简单，结实可靠，操作维修方便，通用性好，适应性强.具有倾斜连杆机构换向，以倾斜的对准斜直井轴线，并做上下往复循环以适应不同的角度斜直井采油. 采用斜直井抽油机在斜直井上采油，对油田油井二次和三次加密及开发地貌复杂的油田具有重大意义.演算了抽油机的平衡，计算了平衡重；分析了悬点的静载荷，动载荷及最大最小动载荷；分析设计了抽油机的减速系统，对所设计的轴键，轴承进行了强度校核;并对所设计的抽油机进行了经济性分析。关键词：抽油机；斜直井；动力；设计 12 type inclined vertical wells pumping subject structure and power design analysisabstract： in the difficult construction of the base of the shallow water， marshes， rivers， lakes region， and the bottom of large buildings in the city when the exploitation of oil， from the land or around the bottom of these areas to drilling straight hole， the water can be removed from the construction of expensive city building artificial islands and to avoid damage and environmental pollution. can be seen on these occasions with straight hole mining technology will bring significant economic benefits， the aircraft structure is simple， robust， reliable， easy operation and maintenance， common good， strong adaptability. with a rake for the linkage to tilt alignment straight hole axis， and cycle back and forth up and down to accommodate different angles straight hole oil. with straight hole in the inclined straight inoue pumping oil， oil wells on the second and third encryption and development landscape of great significance to the complex field. calculus of the pumping unit balance， calculate the balance weight; of the suspension point of the static load， the maximum and minimum dynamic load and dynamic load; analysis and design of the pumping unit of the deceleration system， designed shaft key， bearing a strength check ; and pumping units designed for economic analysis.key words：pumping unit；deviated well；power；design目 录第1章 绪论11.1抽油机的概况11.2斜直井抽油机的研究41.3斜直井抽油机的发展趋势51.4 本次设计的意义6第2章 传动参数的设计72.1 选择电动机的类型72.2 电机电容的计算72.3 电机的转速计算82.4确定传动装置的总传动比和分配传动比82.4.1 总传动比82.4.2 分配装置的传动比82.4.3 分配减速器的各级传动比92.5 计算传动装置的运动和动力参数92.5.1计算传动装置的运动和动力参数92.5.2各轴的输入功率102.5.3 各轴输入转矩103传动零件的设计123.1 带传动的设计123.1.1 确定计算功率123.1.2 选取窄v带的带型123.1.3 验算v带的速度133.1.4 确定v带基准长度li和中心距a133.1.5 带轮包角133.1.6 v带跟数设计143.2 带轮的设计143.2.1 作用在带轮轴上的压力q143.2.2 作用在轴上的压力153.2.3 带轮宽度153.3 低速级齿轮传动设计153.3.1 初步确定主要传动啮合参数153.3.2 按齿根弯曲疲劳强度初定模数163.3.3 初定齿轮传动参数173.3.4 校核齿根弯曲疲劳强度173.3.5 校核齿面接触疲劳强度193.3.6主要参数与几何尺寸计算203.4 轴的设计213.4.1 轴的设计及相关键的设计213.4.2 轴的设计及相关键的设计：223.4.3 轴的设计及相关键的设计233.5 轴的校核243.5.1 求低速级大齿轮上的力243.5.2 求轴上的载荷243.5.3 弯距的计算253.5.4 作水平和垂直面的弯矩图253.5.5 总弯距的计算263.5.6 画出合力矩弯矩图263.5.7 按弯距扭合成应力校核轴的强度273.5.8 精确校核轴的疲劳强度273.6 减速器轴承的设计293.6.1 轴承材料的选择293.6.2 轴、轴、轴、轴轴承型号的选择293.7 机体的设计293.8 减速器润滑系统的设计30第4章抽油机的平衡设计314.1游梁式抽油机的平衡314.2 平衡的原理314.3 平衡重的计算314.4 抽油机运动部件受力分析324.4.1 悬点载荷324.4.2 悬点静载荷324.4.3 悬点动载荷344.5 悬点最大载荷与最小载荷的计算36第5章 抽油机设计计算375.1 抽油机选点载荷计算375.1.1 悬点静载荷的大小和变化规律375.2 悬点动载荷的大小和变化规律395.2.1 惯性载荷395.2.2 振动载荷425.3 抽油机平衡重计算435.3.1 平衡的基本原理435.3.2机械平衡重的计算435.4抽油机减速箱曲柄扭矩的计算445.4.1 计算扭矩的基本公式445.4.2 计算mmax的公式45第6章 运动分析476.1各构件尺寸的确定476.2 悬点运动分析476.2.1 位置分析486.3.2 速度分析486.3.3 加速度分析48第7章 其他主要零部件设计497.1悬绳的选用497.1.1 绳丝根数的选择497.1.2 钢丝绳直径的确定50第8章 抽油机零件强度计算518.1主要零件强度计算518.1.1 游梁强度计算528.1.2 曲柄销强度计算548.1.3 疲劳强度计算578.1.4 支架轴承校核58第9章 抽油机性能分析609.1产品经济性分析60结 论63参考文献64致 谢65iii第1章 绪论1.1抽油机的概况抽油机属于地面动力传动装置，其作用是通过减速箱，曲柄连杆或其他杆件机构等，将动力机的旋转运动变为抽油杆和抽油泵的往复运动，实现抽油泵的吸油和排油过程，并悬挂抽油杆，承受荷重。通过对机位的调节实现一台斜直井抽油机适用于0-45度范围内任意井斜角的油井。就斜直井抽油机工况而言，装机井井斜角越大，支架和驴头前倾程度越大，整机稳定性就越差。因此要求整机设计必须遵从前轻后重、上轻下重的原则。经过反复研究，在难于建造底座的浅海、沼泽地、河流、湖泊地区，以及在城市大型建筑底部开采石油时，若从陆上或其周围向这些地区底部钻斜直井，可免去在水中建造昂贵的人工岛和避免城市建筑损坏与环境污染。可见在这些场合采用斜直井开采技术必将带来显著经济效益.目前，加拿大、美国已设计生产出用于斜直井采油的斜直井抽油机，而我国斜直井抽油机的研制工作才刚刚起步，尤其在方案优化设计方面还是空白.为适应斜直井采油技术发展的需要，我们对斜直井抽油机作了深入的探讨，提出了斜直井后置式游梁抽油机的优化设计方法，并开了一套用于各种抽油机动态图形仿真的软件，这套软件可以再现抽油机的运动，由于它采用交互方式，因而当发现抽油机某些地方设计不合理时，可以即时修改，并再现修改后的结果，为抽油机的设计与改造提供了强有力的实验手段.抽油机主要分两类：游梁式抽油机和无游梁式抽油机游梁式抽油机有以下几种：1. 常规游梁式抽油机 常规是游梁式抽油机是油田使用历史最悠久，使用数量最多的一种抽油机。该机采用具有对称循环四杆机构或近似对称循环四杆机构，结构简单，运行可靠，操作维护方便，但长冲程时平衡效果差，效率低，能耗大，不符合节能要求基本停止了生产。2. 前置式抽油机前置式抽油机平衡后的理论净扭矩曲线是一条比较均匀的接近水平的直线，因此其运行平稳，减速箱齿轮基本无反向负荷，连杆、游梁不易疲劳损坏，机械磨损小，噪声比常规式抽油机低，整机寿命长。前置式抽油机可配置较小功率的电动机，节能效果显著。与常规式抽油机相比，具有体积小、重量轻、节省钢材的优点。3. 偏置式抽油机偏置式抽油机又称异相曲柄平衡式抽油机，特点是平衡块中心线相对于曲柄中心偏转一个角度，这种机型国外60年代发展起来并得到api的承认。试验证明，经优化设计的偏置式抽油机节电可达20%。4. 胶带传动抽油机胶带传动抽油机是美国grooves公司于80年代开发的新型抽油设备，该机通过二级胶带传动，将电动机的原动力传给曲柄胶带轮，并带动游梁摆动。由于其四杆机构具有急回特性，而且其辅助平衡装置可做适当调整以获得偏置角，因而与常规机相比，其上冲程转矩因数小，炉头悬点加速度小。在相同的工况下，其悬点载荷值和曲柄胶带轮轴的净转矩都较小，曲柄轴净转矩曲线波动较平缓。由于省去了减速箱，故具有结构简单，制造成本低，维修及运行管理方便等特点。5. 下偏杠铃抽油机下偏杠铃游梁复合平衡抽油机是在原常规游梁抽油机的游梁尾端，利用变矩原理增加简单的下偏杠铃所形成的一种新型节能抽油机。该机继承和保留了原常规式游梁抽油机的全部优点，这种类型可用于新机制造，又可以用于现场在用的常规抽油机（含偏置机）的节能改造，其改造技术是目前最简单易行的，节能效果也较明显。6. 偏轮式游梁抽油机偏轮式游梁抽油机尾部装有一个偏轮结构。在偏轮与游梁中心和支架之间增设推杆，在游梁尾部、横梁、推杆与偏轮之间用轴承连接。它打破常规机四杆机构的框架，一游梁尾部的偏轮为中心，形成独特的六连杆体系，偏轮杆件均为刚性连接保持了常规机的特点。7. 双炉头游梁式抽油机该机是将常规机游梁与横梁的铰链连接，改为变径圆弧的后炉头、钢丝绳与横梁之间的软连接，构成变参数四杆机构来传递运动和扭矩，克服了原机构的死角，增加游梁摆角，冲程提高2070% 。由于采用变径圆弧的游梁后臂，使其实现负载大时平衡力矩大，负载小时平衡力矩小的工作状态。从而使减速器输出扭矩波动小，达到加强平衡，降低能耗的目的。这种机型是目前除常规机以外发展最迅速的机型。此外，还有很多新型游梁式抽油机，例如大轮式抽油机、重锤式游梁液压抽油机、大圈式抽油机，调径变矩游梁平衡抽油机、悬挂偏置游梁平衡抽油机、斜井抽油机、活动式抽油机、低矮型游梁抽油机、前置式气动平衡游梁式抽油机等。无游梁式抽油机有以下几种： 1. 链条式无游梁式抽油机胜利高原公司生产的长冲程、低冲次、rotaflex链条驱动的皮带式抽油机是一种全新结构的高性能有杆抽油设备，该机可以满足下泵深抽、大泵排液、长冲程低冲次抽调采油工艺中高含水期油井加深泵挂大排量的需要，是一种高效节能经济性好的机种。长冲程低冲次抽油机能增加抽油杆和井下泵寿命。通过增加冲程长度和减少冲次，降低了油管和杆柱接筛的磨损。rotaflex抽油机的独特设计减少了对扭矩的需要，可使用小减速箱。减少了原动机的循环负荷，提高了系统总效率，允许使用小功率电动机。每英尺每桶产量的能量消耗大大减低。rotaflex抽油机比常规抽油机操作和维修更安全。这种独特的抽油机突破了传统有杆泵系统在排量和深度上所不能达到的界限。2. 液压抽油机液压抽油机由液力、电动、气动元件结合组成。抽油机的特点是：（1）冲程长度和速度可以任意调节，液控元件可通过仪表随时显示抽油杆的瞬时负荷，示功仪亦可预先装在抽油机上，以观察全机运行情况。（2）上下冲程的速度可以单独控制，上冲程慢下冲程快，使抽油杆受力比较平衡、合理。（3） 轻便。3. 数控抽油机数控抽油机是近几年研制的机电一体化的抽油装置，数控抽油机采用了全数控电力拖动系统，综合了微电子技术、电力电子技术、过程控制技术，是按照机电一体化的设计思想精心制作的电子机械装置，是一种能根据抽油井特征随机改变运动“姿态”的实时数字控制电动系统。使整个抽油机成为一个能根据外界工况而实时改变运动规律的机电一体化智能设备。美国national supply公司生产的智能抽油机节约电耗1030%。4. 宽带长冲程抽油机该机仍然采用普通异步交流电动机作为驱动力并采用了和游梁式抽油机相似的皮带传动及减速器作减速装置。该机的结构特点在于：加速器输出轴上安装一宽皮带轮，宽度带一端和悬绳器相连另一端安装于宽皮带轮上，在宽度带中间的适当位置上固定安装一个用于放平衡块的平衡框，通过宽皮带在带轮上的缠绕与释放达到冲程换向的目的。宽皮带在皮带轮上可以实现多层缠绕，因而可实现任意要求的冲程长度。5. 摩擦换向抽油机摩擦换向抽油机通过电动机正反转驱动减速器带轮摩擦轮转动，无触点换向开关换向，使抽油杆上下运动来抽吸油液。钢丝绳一端通过悬绳器与光杆连接，另一端与配重箱连接，根据示功图载荷的大小可调整配重铁，以调节摩擦轮两端的拉力差，做到精确平衡。该机结构简单，冲次可根据生产需要用旋钮任意无级调节，可以实现抽油机工作中上、下冲程速度的分别控制。冲程长度可根据需要设计配套高度的塔架，在最大冲程下实现任意冲程的调节。调平衡简单方便，操作强度低、操作时间短。电动机恒扭矩输出，启动无冲击电流，节电效果显著。此外，还有变平衡力矩抽油机、气囊平衡抽油机、双井平衡丛式井抽油机、自动平衡抽油机、轮式移动平衡抽油机、直线往复式抽油机、直线电动驱动抽油机等多种类型。1.2斜直井抽油机的研究采用斜直井抽油机在斜直井上采油，对油田油井二次和三次加密及开发地貌复杂的油田具有重大意义。为了满足大庆地区斜直井采油需要，研制了12型045度斜直井通用抽油机。其主要特点是：把抽油机将要适应045度井斜角分为四段，按抽油机四连杆机构优化设计原理，分别给出各段四连杆机构最佳数据，运用组合设计方法，将得到的四组四连杆机构数据组合设计在一台抽油机上，使其具有四个机位状态。通过对机位状态的调整，可适应045度范围内任意井斜角的油井，而抽油机本身又能在最佳状态工作。为了满足大庆地区斜直井采油需要，研制了10型xcyj10_3_37hb斜直井抽油机0_45度斜直井通用抽油机。按抽油机四连杆机构优化设计原理，分别给出各段四连杆机构最佳数据，运用组合设计方法，将得到的四组四连杆机构数据组合设计在一台抽油机上，使其具有四个机位状态。通过对机位状态的调整，可适应045度范围内任意井斜角的油井，他的好处有以下几点1.随着流量的增大，叶栅进出口液流转折角增大;2.随着流量的增大，在叶片吸力面最大弯度处能量损失增大，而在出口段能量损失减小。3.应选择合适的流量，才能保证在得到较大扭矩的同时，具有较小的能量损失。流量过大或过小，均使流体在叶栅内能量损失增大。人口处的液流角随流道的深人逐渐减小，到流道中部最大弯度处，液流成轴向流动，随着液流向出口处推进，液流角转折成顺着叶片出口角流动。流道内的吸力面最大弯度处液流角转成轴流方向后，速度急剧减小，开始脱流，在最大弯度至叶片出口处，属于脱流区，随着流量的增大，该区的液流转折点向出口端推移，使液流在吸力面出口段的脱流点向出口端推延，导致脱流段缩短。所以，在该段内能量损失随着流量的增大而减小。在压力面叶栅人口到最大弯度处，液流有轻微的扩散，出现旋涡，但随着流量的减小基本消失。此外，由于叶栅各几何结构参数相同，只是流量不同，所以随着流量的增加，叶栅流道中的流速增大，使流体层间的速度梯度增大，引起流体层间摩擦应力增大，液流阻力增大，且旋涡增强。1.3斜直井抽油机的发展趋势 随着石油工业的不断发展，世界抽油机将会朝着品种多样化；产品系列化，标准化，通用化；使用科学化等方向发展。今后抽油机的使用会更加科学化，抽油机的节能技术也会越来越先进，抽油机的产品质量将进一步提高。而且，无游梁抽油机也会被推广，特殊工况的抽油机也会得到相应的发展。为了描述之后世界抽油机的技术发展远景，据有专家多年来对世界抽油机的研究，提出了预测： 增大冲程游梁抽油机：它是常规游梁抽油机的发展方向。据预测，到今后，世界增大冲程抽油机将会有一定的技术发展，其数量将会有一定的增加，增大冲程机构更简单，有效，寿命更长。 长冲程无游梁抽油机：由于长冲程无游梁抽油机没有游梁，不采用曲柄连杆机构进行换向，也不采用增大冲程机构，利用抽油机本身的机构运动特性来实现长冲程抽油机。这种抽油机不仅实现长冲程，而且还可以实现超长冲程。此外，它还有排量稳定。动载荷小，事故较少，噪音较低，抽油运转平稳，平衡效果好，抽油杆匀速运动抽油等优点。所以，预测在今后，世界长冲程无游梁抽油机将采用现代国际和航天技术，使抽油机更先进。根据技术发展预测，在2012年以后，长冲程无游梁抽油机仍然是世界抽油机的发展主流和方向。气囊平衡抽油机：加拿大研究开发的气囊平衡抽油机，是一种液缸式抽油机，采用液压驱动，气囊平衡方式，采用无摩擦活塞，磁性传感器等专利的技术。可节电10%-40%，提高了抽油机的功率这种抽油机的平衡效果很好，能使抽油机的功率利用率，使98%的能量得到充分的利用。这种抽油机的平衡效果很好，能使抽油杆的载荷有80%90%得到平衡。抽油机的体积小，品质轻，仅为常规抽油机品质的五分之一。价格便宜，是常规抽油机的50%。可选用大直径抽油机泵采油，以提高石油产量。用于山区或森林地区用直升飞机运，运用于沼泽地带整体浮运；以提高石油产量。到今后世界气囊平衡抽油机将会用于山区，森林地区，寒冷地区进行抽油。 斜直井抽油机：斜直井抽油机工况而言，装机井井斜角越大，支架和驴头前倾程度越大，整机稳定性就越差。因此要求整机设计必须遵从前轻后重、上轻下重的原则。经过反复研究，在难于建造底座的浅海、沼泽地、河流、湖泊地区，以及在城市大型建筑底部开采石油时，若从陆上或其周围向这些地区底部钻斜直井，可免去在水中建造昂贵的人工岛和避免城市建筑损坏与环境污染。可见在这些场合采用斜直井开采技术必将带来显著经济效益。该机结构简单，结实可靠，操作维修方便，通用性好，适应性强.具有倾斜连杆机构换向，以倾斜的对准斜直井轴线，并做上下往复循环以适应不同的角度斜直井采油. 采用斜直井抽油机在斜直井上采油，对油田油井二次和三次加密及开发地貌复杂的油田具有重大意义1.4 本次设计的意义 在半年的毕业设计中，了解到抽油机的国内外发展概况，以及在以后抽油机的发展方向。尤其，在此次毕业设计12型斜直井抽油机的主体结构与动力分析中，对抽油机的工作原理，整体的结构有了更深的认识。最后，鉴于初次涉及对如此完整的石油矿场机械设计，因此，在设计的过程中，由于经验不足和有关认识的欠缺，必然会存在许多缺点和问题，我敬请各位老师和同学批评指导。通过对机位的调节实现一台斜直井抽油机适用于0一45度范围内任意井斜角的油井。就斜直井抽油机工况而言，装机井井斜角越大，支架和驴头前倾程度越大，整机稳定性就越差。因此要求整机设计必须遵从前轻后重、上轻下重的原则。经过反复研究，确定了如图1所示的斜直井抽油机总体框架结构。第2章 传动参数的设计 图2.1 传动装置运动简图2.1 选择电动机的类型 按工作的要求和条件，选择三相型异步电动机，封闭式结构，电压380，y型。2.2 电机电容的计算电动机所需的工作功率按下面的式子计算pd=pwa kw （2-1）由式子 pw=fv 1000kw （2-2）因此 pd=fv1000a kw （2-3）由电动机到驴头的传动总效率a为 a=15224203式中0 1 2 3 4分别为v带，圆锥齿轮，轴承，圆柱齿轮，四连杆的传动效率0=0.96 1=0.98 2=0.97 3=0.99 4=0.99 则 n =0.960.9850.970.990.992=0.79 速度v1=2.5760=0.29ms v2=3560=0.25ms v3=1.8960=0.27ms为了使电动机能正常工作所以取v=0.29ms所以 pw=1200.29=34.8kw pd=pwa=34.80.79=44.05kw2.3 电机的转速计算 曲柄轴的最大转速是9转每分钟，v带传动的合理传动比i1=2-4，两级圆柱齿轮减速器的传动比i2=8-40，则总传动比合理范围为ia=16-160，故电动机的可选范围为 nd=ia.n=(16-160) 9=144-1440rmin 根据容量和转速，有上可考虑电动机和传动装置的尺寸，重量，价格饿减速器的传动所以选定电动机的型号为y280m-8，其主要性能如下：表2-1电动机的性能型号额度功率kw满载额度转矩最大转矩最小转矩转速电流效率功率因子y280m-6459809.091.70.801.82.01.0 2.4确定传动装置的总传动比和分配传动比 2.4.1 总传动比： （2-4） 2.4.2 分配装置的传动比 分配传动比时考虑以下的原则：（1） 各级传动的传动比应在合理的范围内。（2） 应注意使各级传动件尺寸斜调，结构均称合理。（3） 尽量使传动装置外阔尺寸紧凑或重量较小。（4） 尽量使各级大齿轮侵入油深度合理。（5） 要考虑传动零件之间不会干涉碰撞。由式 ia=i0.i （2-5）式中ia i分别是v带传动和减速器的传动比。取v带传动比i0=4，则减速器传动比为： 2.4.3 分配减速器的各级传动比按展开式布置，考虑润滑条件，为使两极大齿轮直径相近，由展开式曲线查得：=7.2则 ： 2.5 计算传动装置的运动和动力参数2.5.1计算传动装置的运动和动力参数为了进行传动件的设计计算，要推算出各轴的转速及转矩（或功率）。所以将传动装置各轴由高速至低速依次定义为i轴ii轴.，以及i0i1.为相邻两轴间的传动比；0102。为相邻两轴间的传动效率；pp。为相邻两轴间的输入功率（kw）；tt。为相邻两轴间的转矩（n.m）；。为相邻两轴间的转速（rmin）；则可按电动机至工作机运动路线推算，得到各轴的运动和运动参数。各轴转速-电动机满载转速-电动机至工作轴的传动比轴： 轴：轴：2.5.2各轴的输入功率各轴间的功率关系为p=pd01 kwp=p12=pd0112 kwp=p23=pd011223 kw其中（01=1 12=23 23=23）所以各轴的功率为：轴 轴 轴 各轴输出功率 轴-轴输出功率分别为轴 轴 轴 2.5.3 各轴输入转矩t1=td01 n.m其中td为电动机的输出转矩，按公式计算：电动机轴输出转矩由公式 （26）得：轴 轴 轴 轴-轴的输出转矩分别为输入转矩乘以轴承的效率：轴功率p(kw)转矩t(nm)转速n(r/min)传动比 i效率 名称输入输出输入输出电动机4543898040.96轴43.242.31683.61650.22457.20.98轴41.140.311525.211294.734.035.340.98轴39.038.258503573336.3710.99卷筒轴37.837.456759561926.37表2-2运动和运动参数计算结果整理表3传动零件的设计（1）传动方案设计 方案一电动机 皮带传动 圆锥齿轮减速器 四连杆机构 方案二电动机 皮带传动 圆柱齿轮减速器 四连杆机构（2）传动方案的对比方案一和方案二中用的是电机和带传动最传统的方式。方案一中用的是圆锥齿轮减速器，在方案二中用的是圆柱齿轮减速器，圆柱齿轮减速器的传动效率要比圆锥齿轮减速器高。方案二的发展前景远远大于方案一，经过比较，选用方案二。3.1 带传动的设计已知电动机的型号为 y280s-6额定功率为 45kw转速为 980r/min带传动比i为 4一天运转时间为 24小时3.1.1 确定计算功率计算功率为： （31）3.1.2 选取窄v带的带型根据和小带轮转速 n确定用v带带型。窄v带能承受较大的预紧力，故选15n/15j型窄v带。 选取标准值：d2=710mm3.1.3 验算v带的速度由公式带速在525m/s范围内，带速合适。3.1.4 确定v带基准长度li和中心距a （32）初取a0=1500mm由公式取基准长度带长li=4500mm计算中心距及其变动范围 （33） =1500+ =1527.94mm =1527.94-0.0154500 =1460.44mm=1527.94+0.034500=1662.94mm3.1.5 带轮包角 （34） =1800- =160.120 所以合适。3.1.6 v带跟数设计 （35）i=4查得 p0=6.31 p0=0.34ka=1.2 查表得 =5.81取整值 z=6根3.2 带轮的设计3.2.1 作用在带轮轴上的压力q 由公式 （36）查表得q=0.020kg/m =755.93n使实际初拉力大于对于新安装的v带，初拉力1.5，运转后为1.3。3.2.2 作用在轴上的压力 （37） =8889.74n3.2.3 带轮宽度 b=100m 带轮用铸造的方法制造，选用钢材 ht=100. 3.3 低速级齿轮传动设计3.3.1 初步确定主要传动啮合参数低速级传动比：i1=i/ih=38.5/7.16=5.37 初选z3=22。 则z4 =z3=5.3722=118.4取 z4=119=5.41采用单斜齿，暂取=15取=0.4 则取得太大时浪费材料，应力减少缓慢。故取=14，=2.3， =0.3，u=23.3.2 按齿根弯曲疲劳强度初定模数 （3-8）小齿轮转矩 t2=11525.3103nmm暂取载荷系数k=1.7查机械手册，图23.3-14当=0.334，=15时，k=0查表23.3-12 =2.073（n/mm2）0.14查图23.3-15a当=5.41时，=1.00查图23.3-16a当=15时， y=0.68查图23.3-17当zv3=，yf1=2.1当zv4=，yf2=1.81齿端修薄，许用应力=暂取 yn3=yn4=1 yx3=yx4=1查表23.3-13取：=1.6因为 所以按小齿轮计算 =8.24取mn=8。 3.3.3 初定齿轮传动参数取a=580mm则 取b3=247mm3.3.4 校核齿根弯曲疲劳强度查表23.3-9齿根弯曲应力按下式计算 （3-9）查表23.3-23中等冲击=1.5查图23.3-12当 齿轮组精度为8级时 =1.01查图23.3-13按非对称布置，=1.25查图23.3-16，时，=0.62查图23.3-17当zv3=， yf3=2.01当zv4=， yf4=1.81=查表23.3-9 安全系数sf=小齿轮应力循环次数：n3=60rn1t =60134.2643800 (按5年) =9107大齿轮应力循环次数：n4= n3/i1=9.0107/5.41=1.67107查图2.3.3-22yn3=1 yn4=1.05查图23.3-23zn3=1 zn2=1.25故安全。3.3.5 校核齿面接触疲劳强度查表23.3-9齿面接触应力按下式计算 （3-10）查表23.3-11按组精度为7级 kh2=1.42查表23.3-12 ze=31.37（n/mm2）0.27查图23.3-16b当时，z=0.43查图23.3-15b当=5.37时， zn=1.05查图23.3-19当m=8mm，=23.93时，=1.0当zv4=129.42时，=0.96=0.5（za3+ za4） =0.5(1.0+0.96)=0.98查表23.3-19安全系数查图23.3-22=1 =1.5查图23.3-24采用150号中极压工业齿轮油润滑，当v=150mm2/s时，=1.06查表23.3-15=1.3 安全3.3.6主要参数与几何尺寸计算=8，= /cos=8.2271z3=22，z4=119，d3=d4=180.99+20.98=195.39mm =979.2+20.98=993.6mm=180.99-21.18=163.39mm=979.2-21.18=961.6mm=0.5（180.99+979.2）=580mm=250mm =247mm 表3-1齿轮几何参数汇总表名称代号单位小齿轮大齿轮中心距mm580传动比5.41模数mm8螺旋角齿数22119分度圆直径dmm180.99979.2齿顶圆直径mm195.39993.6齿根圆直径mm163.39961.6齿宽bmm250247端面压力角203.4 轴的设计3.4.1 轴的设计及相关键的设计 高速轴的材料选用表面淬火，硬部度查表得由公式 （311）取由此依次设计轴的轴径为（由带轮端向箱体内） 装带轮的轮毂设计取毂长 查表取键长采用圆头普通平键a型。查表得键的尺寸为：轴槽深度，轮毂深度由于齿轮轴的直径与齿轮的分度圆直径相差不大，所以将齿轮与轴作成一体，称之为齿轮轴。图3.1 高速轴3.4.2 轴的设计及相关键的设计： 选择材料表面淬火，硬部度 查表得a=100由公式得取则轴的轴径依次为： 轴上键的设计键的型号：a型圆头平键，键长为查表得键的尺寸为：其他参数都为：轮槽的深度轮毂的深度图3.2 传动轴3.4.3 轴的设计及相关键的设计 材料及最小直径的确定轴选用表面淬火，硬部度查表得a=100由公式得，其轴径依次为： 轴上键的设计为了使所选用的轴径与联轴器的孔径相适应，故需要同时选取联轴器的型号。联轴器的计算转距，考虑到转距变化很大，故取 （312）按照计算转距应小于联轴器公称转距的条件，查手册得选用hl12型“弹性柱销联轴器”，其公称转距为100000nm半联轴器与轴配合毂孔长度故键长轴与齿轮相联接的键长为其他参数都为图3.3 输出轴3.5 轴的校核在确定轴承的支点时，从手册中查取a值。因此，简支梁一端支点到一段齿轮的距离为359mm。第二轴承到另齿轮的距离为189mm。3.5.1 求低速级大齿轮上的力因已知大齿轮分度圆直径为 （313） （314） （315）3.5.2 求轴上的载荷求水平面支座反力 ：作水平面里的轴的受力简图图3.4水平受力分析垂直面的支反力：作垂直面里的轴的受力简图图3.5垂直受力分析3.5.3 弯距的计算水平面：3.5.4 作水平和垂直面的弯矩图(1) 水平弯矩图图3.6（2） 作垂直面里的弯矩图图3.73.5.5 总弯距的计算3.5.6 画出合力矩弯矩图图3.8作出输出轴的扭矩图图3.9 表3-2 轴上载荷计算表载荷水平面h垂直面v支反力r弯矩m总弯矩扭矩t3.5.7 按弯距扭合成应力校核轴的强度按弯扭合成应力校核轴的强度根据机械设计第八版式15-5及所算得数据，以及轴的单项旋转，扭矩应力为脉动循环应力，取。轴的计算应力为： （316） 故安全3.5.8 精确校核轴的疲劳强度通过比较和分析得出该轴的危险截面在齿轮两侧。截面左侧：抗弯截面系数：抗扭截面系数：截面左侧的弯矩m为：截面上的扭矩t3为：截面上的弯曲应力：截面上的扭转切应力：周的材料为40cr调质处理，查表得截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数：因经查表可得又由附图可得材料的敏性系数为故有效应力集中系数为由附图得，尺寸系数，扭转系数按磨削加工查得轴的质量系数为。轴未经表面强化处理，即，得综合系数值为又得材料特性系数：于是计算安全系数值 （317）、（318） 故可知其安全。截面右侧： 抗弯截面系数：抗扭截面系数：弯曲应力：扭转切应力：由附表插入法查出：轴按磨削加工，由附图得表面质量系数为：故得综合系数为：轴右侧的安全系数为：故该轴在截面右侧的强度也足够。所以轴是安全的。3.6 减速器轴承的设计3.6.1 轴承材料的选择轴承需要耐磨，耐蚀，故选择材料表面淬火，硬部度。保证各强度要求。3.6.2 轴、轴、轴、轴轴承型号的选择轴和轴均选用深沟球轴承，其型号分别为6312、16024、16036、16036型。（gb/t276-1994）3.7 机体的设计机体选用铸铁铸造，其结构尺寸如下：表3-3 机体的机构尺寸名称符号减速器型号及尺寸关系mm机座壁厚二级机盖壁厚二级机座凸缘厚机盖凸缘厚机座底凸缘厚地脚螺钉直径名称符号减速器型号及尺寸关系mm地脚螺钉数8轴承旁联结螺栓联结螺栓的间距150-200轴承旁端盖螺钉窥视孔盖螺钉定位销直径至外壁机盖与机座联栓凸台高h200外机壁至轴承座端面距离大齿轮顶圆与内机壁距离 取20齿轮端面与内机壁距离 取203.8 减速器润滑系统的设计该系统需要润滑的机构主要是减速器中的齿轮和轴承，还有缠绕大盘及链轮轴的轴承。其中齿轮润滑选30号机械油，轴承润滑选钠基润滑脂通过油杯加到轴承里。第4章 抽油机的平衡设计4.1游梁式抽油机的平衡从悬点载荷的变化规律可以看出，游梁式抽油机在整个工作循环内载荷是不均匀的。对静载荷来说，上冲程时，驴头悬点需要提起抽油杆和油柱，这时电动机要付出很大的能量。到下冲程时，抽油杆依靠自重可以下落不但不需要电动机付出能量，反而对电动机做功，使电动机处于发电的状态。因此，电动机在上，下冲程的载荷是非常不均匀的，而悬点运动的速度和加速度的变化又加剧这种不均匀。载荷的不均匀性严重影响了四杆机构，减速器和电动机的效率和寿命，也恶化了抽油杆的工作条件，使抽油杆断裂次数显著增加，所以，在梁式抽油机-抽有泵装置中必须合理的解决平衡问题，尽可能消除负功，使电动机，减速器的载荷速度均匀，以避免上述的这种缺点。4.2 平衡的原