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应用于长冲程抽油机,应用于,冲程,抽油机
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I 本科毕业设计 (论文 ) 题目：应用于长冲程抽油机的换向 减速器设计 用于长冲程抽油机的换向减速器设计 摘 要 本文主要介绍了对长冲程抽油机的换向减速器设计。根据企业实际需求，设计一个带有机械换向的减速器，采用电磁离合和内外齿轮传动方向相反的原理实现换向。通过分析与计算，此次设计减速器所选定的换向方案为机械自身换向。本文在确定设计方案以 后根据此方案在制定出减速器的传动原理简图。后续工作是对运动参数的分析计算从而确定电动机的选择。在这些前提下，通过不断的计算与修改从而设计出减速器齿轮，轴等主要零件。然后绘制出自己所设计减速器的三维与二维图，确保设计的合理性与可靠性。 关键词： 抽油机；换向；减速器；系统 on of to a a of in of of in is on of to of a to of 录 1 绪论 .未定义书签。 言 . 错误 !未定义书签。 景 . 错误 !未定义书签。 抽油机 减速器的概况 . 1 国内外的发展概况 . 3 2 设计总方案 .换向减速器的工作原理简图 . 5 设计内容及方案 . 5 3 换向减速器的详细设计 .电动机的选择 . 7 传动比 . 7 运动参数 . 8 换向减速器主要零件设计 . 皮带的选择 . 齿轮的设计 . 11 轴的设计 . 18 轴承的设计 . 26 向减速器箱体设计 . . . 换向减速器箱体的分析 . 30 换向减速器箱体的材料 . 30 向 减速器的润滑方式 . 换向减速器的三维建模 . 结论 . 参考文献 . 谢 .业设计（论文）知识产权声明 .业设计（论文）独创性声明 . 1 绪论 言 石油资源在当今世界已是十分珍贵的一种资源，它的开采情况与国家发展密切相连。一个国家在钻井技 术上的进步程度，往往反应了这个国家石油工业的发展状况， 中国石油储备建设相对滞后，与发达国家相比起步较晚。现如今，我国对石油的需求量远远大于开采量，许多石油是通过进口的，作为一个发展中的能源消费大国，在没有国际石油定价权的情况下，将如此之多的石油需求放在国际上，是非常不安全的。所以 拥有完善的采油设备，先进的采油技术是十分重要的。而减速器正是抽油机设备的关键所在。 减速器是一种相对紧密的机械，使用它的目的是降低转速，增加扭矩。它的种类繁多，型号各异，不同种类有不同用途。减速箱是抽油机的关键部件，现场反映，抽油机 的主要易损件之一也有减速箱。因此改善减速箱的工作情况，增加减速箱的承载能力，延长抽油机寿命，提高抽油机的经济效益是个非常重要的问题。 近年来，随着石油资源开采的过程逐渐处于后期阶段，开采深度加大，为了保证石油的产量和降低采油的能耗，长冲程、少冲次的滚筒式抽油机开始取代传统的游粱式抽油机，成为这种类型油井的开采主流设备。 景 油机减速器的概况 近年来 ,各国研究开发了各种新型抽油机 ,为更经济有效地开采石油做出了卓越贡献。在新型抽油机中 ,长冲程抽油机品种最多 ,占有更大的比例 ,具有较好的 抽油性能、提高石油产量、降低采油成本、提高经济效益等优点。根据技术发展预测结果 ,在今后很长一段时期内 ,长冲程、少冲次的滚筒式抽油机将是世界抽油机发展的主流和方向 ,也将会有更大的发展。而此种抽油机的关键是要有一个长期在大负载和扭矩下能稳定换向的机构，所以要设计一个减速器。 减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动或齿轮 蜗杆传动所组成的独立部件，常用在动力机与工作机之间作为减速的传动装置；在少数场合下也用作增速的传动装置，这时就称为增速器。减速器由于结构紧凑、效率较高、传递运动准确可靠、使用维护简单 ，并可成批生产，故在现代机械中应用很广。 减速器类型很多，按传动级数主要分为：单级、二级、多级；按传动件类型又可分为：齿轮、蜗杆、齿轮 杆 2 减速器系统框图 第一种，目前最多应用也是市面上出售最多的一种抽油机的型号是 油田抽油机专用减速机。它采用了双圆弧齿形圆柱齿轮，其具有承载能力大，使用寿命长，工作平稳，噪音小，密封性能好，安全可靠，安装使用方便 等特点，适用各种野外条件下的连续作业，也可适用于矿用绞车。 第二种，油田用硬齿轮减速机是按照国家标准（ 产的，主要包括 级）、 级）、 级）很 级）四大系列。 性能特点： 动比等主要均优化设计，主要零、部件性好。 火而成，齿轮硬度达 量轻、精度高、承载能力大、寿命长、可靠性高、传动稳、噪音低。 然冷却，当热力率不能满足时，可采用循环油润滑或风扇，冷却盘管冷却。 第 三种，抽油机专用摆线针轮减速机。采用行星传动原理，摆线针轮啮合，设计先进、结构新颖。 特点： 级减速时传动比为 1/67。两级减速时传动比为 1/99569；三级传动时传动比为 1/584158503。另外根据需要还可以采用多级组合，速比达到指定大。 于啮合部位采用了滚动啮合，一般一级传动效率为 90% 积小，重量轻。体积和普通圆柱齿轮减速机相比可减小 2/1。 命长。主要传动啮合件使用轴承钢磨削制造，因 此机械性能与耐磨性能均佳，又因其为滚动摩擦，因而故障少，寿命长。 传动过程中为多齿啮合，所以使之运转平稳可靠，噪声低。 易维修。 冲击，惯性力矩小，适用于起动频繁和正反转运转的特点。 第四种，三环减速机由三片相同的内齿环板带动一个外齿齿轮输出，故称为三环减速器，属平行轴一动轴齿轮传动减速器，齿轮啮合运动属于动轴轮系，具有少齿差行星传动特征，输出与输入轴间平行配置，又有平行轴圆柱齿轮减速器的特征。具有承载和超载能力强、传动比大、分级密集、效率高、结构紧凑、 体积小、质量轻、装拆维修方便、适用性宽广等优点。工作特点： 40 C+45 ，环境温度低于 0 时，启动前润滑油应预热。 2. 高速轴转速不得超过功率表中规定的最高值。 。 4. 适用于连续，短时或断续工作制，可正反转。 用电动机）和工作机之间应用非刚性联轴器且其轴心线应严格对中。 联轴器轴器 高速轴速轴 中间轴 低速轴速轴 电动机动机 3 还有一种不常用的：组合减速机。即为满足不同的作业需求，根据一定的原理将两个或多个部件组合在一起使用的减速机。常见的组合系列有无级变速器系列无级、 列 减速器组合；万能组合式减速机， 合减速机， 速机组合， 合减速机，蜗杆减速器与无级变速器组合， 列与 列组合， 列无级变速器， 级变速器 +减速器，多功能多面体硬齿面组合， 列无级变速器与 锥差动行星无级变速器与摆线针轮减速器组合等。 内外的发展状况 20 世纪 70 80 年代，世界上减速器技术有了很大的发展，且与新技术革命的发展紧密结合。通用减速器的发展趋势如下： (1)高水平 、高性能。圆柱齿轮普遍采用渗碳淬火、磨齿，承载能力提高 4倍以上，体积小、重量轻、噪声低、效率高、可靠性高。 (2)积木式组合设计。基本参数采用优先数，尺寸规格整齐，零件通用性和互换性强，系列容易扩充和花样翻新，利于组织批量生产和降低成本。 (3)型式多样化，变型设计多。摆脱了传统的单一的底座安装方式，增添了空心轴悬挂式、浮动支承底座、电动机与减速器一体式联接，多方位安装面等不同型式，扩大使用范围。 促使减速器水平提高的主要因素有： (1)理论知识的日趋完善，更接近实际（如齿轮强度计算方法、修形技术、变形计算、优化设计方法、齿根圆滑过渡、新结构等）。 (2)采用好的材料，普遍采用各种优质合金钢锻件，材料和热处理质量控制水平提高。 (3)结构设计更合理。 (4)加工精度提高到 6 级。 (5)轴承质量和寿命提高。 (6)润滑油质量提高。 自 20 世纪 60 年代以来，我国先后制订了 70圆柱齿轮减速器等一批通用减速器的标准，除主机厂自制配套使用外，还形成了一批减速器专业生产厂。目前，全国生产减速器的企业有数百家，年产通用减速器 25 万台左右，对发展我国的机械产品做出了贡献。 20世纪 60年代的减速器大多是参照苏联 20世纪 40 50年代的技术制造的，后来虽有所发展，但限于当时的设计、工艺水平及装备条件，其总体水平与国际水平有较大差距。 4 改革开放以来，我国引进一批先进加工装备，通过引进、消化、吸收国外先进技术和科研攻关，逐步掌握了各种高速和低 速重载齿轮装置的设计制造技术。材料和热处理质量及齿轮加工精度均有较大提高，通用圆柱齿轮的制造精度可从60 的 8 9 级提高到 88 的 6 级，高速齿轮的制造精度可稳定在 4 5 级。部分减速器采用硬齿面后，体积和质量明显减小，承载 能力、使用寿命、传动效率有了较大的提高，对节能和提高主机的总体水平起到很大的作用。 我国自行设计制造的高速齿轮减（增）速器的功率已达 42000齿轮圆周速度达 150m/s 以上。但是，我国大多数减速器的技术水平还不高，老产品不可能立即被取代，新老产品并存过渡会经历一段较长的时间。 进入 21 世纪，国外又陆续推出了更新换代的减速器，不但更突出了模块化设计的杰 出 特点，而且，在承载能力、总体水平，外观质量方面又有明显提高。 目前国内外实现这种长冲程上下换向方式主要有三类：电机换向，液压换向以及机械换向 。采用电机自身换向，其特点是其它附属结构简单，但是存在电机换向冲击大，系统工作周期短，稳定性差的缺陷；液压换向可以承受大冲击载荷，换向稳定，但设备成本较高，而且从已有设备来看，长期工作稳定性也欠佳，每年都需要对设备进行大修；目前机械换向类型较多，其中采用可换向的减速器，可以使其余附属采油设备结构大大简化。 5 2 设计总方案 向 减速器的工作原理简图 通过 对 课题的研究与理解绘制出减速器的工作原理简图如图 动原理简图 1. 电机 2. 带轮 3. 齿轮 2 4. 大带轮 5. 输入轴 6. 轴承 从动片 8. 齿轮 1 11. 离合器 2 从动片 12. 轴承 14. 齿轮 4 15. 中间轴 1 16. 齿轮 5 18. 中间轴 2 19. 锥齿轮 1 20. 输出轴 1 21. 锥齿轮 2 22. 锥齿轮 3 23. 输出轴 3 24. 输出轮 计内容及方案 设计一个换向减速箱，它把电动机的一个方向的转动变为周期性正反转运动，并使与之相联的驱动轮 对固定在其上的钢丝绳不断的进行缠绕和释放。 技术指标： 个冲程； 个输出轴安装直径 的轮子，两输出轴 6 互提 20 吨的重物， 双轴平行正反向输出； 0r/ d 米，每分钟上下 4 次。 目前有电机换向，液压换向以及机械换向方案可供选择。 电机换向优点： 其它附属结构简单。缺点：存在电机换向冲击大，系统工作周期短，稳定性差的缺陷 液压换向优点：液压换向可以承受大冲击载荷，换向稳定。 缺点：设备成本较高，而且从已有设备来看，长期工作稳定性也欠佳，每年都需要对设备进行大修。 通过对目前抽油机换向减速器方案的分析和比较，采用机械式换向减速器。 7 3 换向减速器的详细设计 动机的选择 传动效率如下表 示： 表 动效率 传动效率 传动装置 选用装置 效率 带传动 V 带 动轴承 球轴承 齿轮传动 八级精度 齿轮传动 八级精度 统的传动总效率为： 344 =机所需的输出功率为 ： /w(=的的电动机如下表 示： 表 机的选择 电机型号 额定功率 载转速 步转速 280540r/50r/动比 电动机选定以后根据电动机的满载转速和工作机的转速即可确定传动系统的总传动比。 系统的总传动比为 i=wm （ =740/20 =37 8 系统的总传动比 i 是各串联机构传动比的连乘积，即 .初取传动比 ： 2速箱i ,中速级的传动比为 2i ，低速级的传动比为3i，则传动比的分配如下 2i = 1i =i 减速箱312所以 1i = 2i = 3i=动参数 （ 1）各轴的输入功率 P(P=45机轴： 51 输入轴： 滚带 中间轴 1： 齿滚 中间轴 2： 4p = 齿滚 输出轴： 锥滚 式中： P 为电动机的额定功率（ ,带为传送带的传动效率，滚为一对滚动球轴承的传动效率， 齿 为直齿轮的传动效率， 锥 为锥齿轮的传动效率。 （ 2）各轴的转速 n(r/电机轴： m 401 m 输入轴： m 7 027 4 0/12 带中间轴 1： m 0/123 中间轴 2： m 0/234 9 输出轴： m 45 式中： 电动机的满载转速， 1i 为高速级传动比， 2i 为低速级传动比。 （ 3）输入转矩 T 电机轴： 5 8 0 7 4 3740459 5 5 09 5 5 0 111输入轴： 1 1 0 3 9 2 83 7 0 5 09 5 5 0 222中间轴 1： 3 9 0 1 1 1 0 5 09 5 5 0 333中间轴 2： 9 8 8 8 5 6 5 09 5 5 0 444输出轴 : 1 8 1 5 5 5 4 5 09 5 5 0 555运动参数汇总如下表 示： 表 动参数汇总 轴 参数 电机轴 输入轴 中间轴 1 中间轴 2 输出轴 输入功率 P(45 速 n(r/740 370 入转矩 T(N580743 1103928 3901119 9888564 18155547 向减速器主要零件的设计 带的选择 10 有 (则： 4择带型： B 型 取滑动率 %1 则： 大带轮直径 370 2 2 11 n =198带轮转速 1 98 7 401 ( 212 D =370r/有： 492 1001982 12 92 1 001 982 12 初取中心距： 1+r 可得，应选用 7207承 2000N选轴承： 选用 7207承 （ 2） 中间轴上滚动轴承的设计 图 力分析 按承载较大的滚动轴承选择其型号。应 支承跨距不大，故采用两端单向固定式轴承组合方式，轴承类型选为角接触球轴承，型号 7000载荷轴向力： 457N= 取 e 值： e=向载荷附加轴向力： 22333 1542747 44 6302309 （ 67N 10N 28 轴承轴向力： 则： 因 右轴承压紧43 2 7 3433 F 由 r，确定 X、 Y 值： 9 38 0 2 5 18 9 7 04433 击载荷系数： （ 则： 因为 可得，应选用 7207承 2000N（ 3） 输出轴上滚动轴承的设计 29 图 力分析 按承载较 大的滚动轴承选择其型号。应支承跨距不大，故采用两端单向固定式轴承组合方式，轴承类型选为角接触球轴承，型号 7000载荷轴向力： 36N 取 e 值： e=向载荷附加轴向力： 62612802293 22 5 55 14661146 22 6 66 （ 轴承轴向力： 262 因 右侧轴承压紧56 1 5 084 8 2 055 由 r，确定 X、 Y 值： 4 61 0 8 2 61 8 2 06655 击载荷系数： 5555 9445 5546 因为 可得，应选用 72101600N选轴承： 选用 7210承 向减速器箱体的设计 体的分析 箱体是减速器中较为复杂的一个零件，设计时应力求各零件之间配置恰当，并且满 足强度，刚度，寿命，工艺，经济性等要求，以得到工作性能良好，便于制造，重量轻成本低廉的机器。 箱体按其结构形状的不同可以分为剖分式和整体式，按照其制造方式的不同可以分为铸造箱体和焊接箱体。减速器的箱体多采用剖分式结构。 剖分式箱体又箱座与箱盖两部分组成，用螺栓连接起来构成一个整体。剖分式与减速器内传动件轴心线重合，有利于轴系部件的安装和拆卸。立式大型减速器可采用若干个剖分面，剖分接和面必须有一定的高度，并且要求仔细加工。为了保证箱体的刚度，在轴承处设有加强肋，箱体底座有一定的厚度和高度，以保证安装的稳定性和刚度。 近年来，减速器箱体的设计出现了一些外形简单，整齐的造型。以方形小圆角过渡代替传统的大圆角曲面过渡，上下箱体的联接处的外凸缘改为内凸缘结构，加强肋和轴承座均设计在箱体内部等等。 体的材料 常用 铸铁制造。这是因为铸造的减速箱刚性好，易得到美观的外形，易切削，适应于成批生产。 向减速器润滑方式 向减速器润滑方式，润滑油牌号及密封方式的选择 高速级小齿轮 圆周速度： 1160 1000100060 ( s 31 高速级大齿轮圆周速度： 2260 10001 0 0 060 2 2 29 1 1 s 低速级小齿轮圆周速度： 2260 10001 0 0 060 2 2 21 5 s 低速级 大齿轮圆周速度： 1360 10001 0 0 060 3 6 2 s （ 1）齿轮润滑方式的选择 V=4321 , s V2 m/s,齿轮采用油润滑。 V12 m/s，齿轮采用浸油润滑。 即将齿轮浸于减速器油池内，当齿轮转动时，将润滑油带到啮合处，同时也将油甩直箱壁上用以散热。 (2)齿轮润滑剂的选择由表 6得，齿轮润滑油选用工业闭式齿轮油，代号是： 84 运动粘度为： 位为： 2 ， 40 ）。 高速级大齿轮齿顶圆线速度： 2V 2260 10001 0 0 060 2 2 29 1 1 ( s 低速级大齿轮齿顶圆线速度： 1360 10001 0 0 060 3 6 2 s 滚动轴承内径和转速的乘积为： 高速轴： dn=35801=28035mmr/间轴 1： dn=35r/间轴 2： dn=50r/速轴 : dn=50r/动轴承润滑剂的选择 :可见， dn 均未超过 2105mm r/于脂润滑易于密封，结构简单，维护方便，在较长的时间内无须补充及更换润滑剂，所以滚动轴承的润滑选用脂润滑。 脂的种类为通用锂基润滑脂（ ,代号为 点不低于 175 ，工作锥入度 ,25 每 150g 265295（ 1/10 c. 密封方式的选择 32 滚动轴承在透盖处的密封选择：滚动轴承在透盖处的密封选择。 滚动 轴承靠近箱体内壁的密封：使用挡油环。 箱体密封选择：箱体剖分面上应该用水玻璃密封或者密封胶密封。 放油螺塞：采用材质为石棉橡胶板的油封垫。 凸缘式轴承端盖：使用调整垫片组进行密封。 检查孔盖：采用软钢纸板进行密封。 33 4 换向减速器的三维建模 根据设计零件的尺寸大小，画出各个零件图，利用三维软件进行配合，形成一个整体图。其部分零件图如下图所示： 图 齿轮 图 齿轮 图 齿轮 图 齿轮 图 34 图 齿轮 图 配图 图 轮组 35 结论 这次关于长冲程抽油机换向减速器的毕业设计使我真正理论联系实际、深入了解设计概念和设计过程的实践考验，对于提高我机械设计的综合素质大有用处。通过这次毕业设计实践，使我对机械设计有了更多的了解和认识 在这次设计中，我越发觉得机械设计是机械工业的基础 ,是一门综合性相当强的技术课程，它融目前 我们已经学过的所用专业知识于一体。通过本次设计，让我把以上学科的知识融会贯通了起来，更重要的是，通过长达几个月的机械设计过程，我对机械设计和机械行业有了更深的认识，这是一个需要稳重、耐心、以及细心的人舞台，只有牢固的掌握的了各种基本功，才能在这个舞台上展示出自己的风采，并进行创新
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