游梁式抽油机设计说明书课程设计.doc

学生课程设计（论文）题 目：游梁式抽油机第一部分 （电动机选择 带传动设计 减速器设计）学生姓名: 学 号： 所在院(系)： 专 业： 班 级： 指导教师： 职称： 2013年 1 月 14 日目录一.电机选择61.1 选择电机61.2 计算并分配传动比61.3 传动装置的运动和动力参数计算6二.带传动设计8三.齿轮设计103.1 高速级齿轮设计 103.2低速级齿轮设计 14四.轴的设计194.1 I轴的设计计算 194.2 II轴的设计计算204.3 III轴的设计计算23五.轴承寿命计算265.1 I轴轴承寿命计算 265.2 II轴轴承寿命计算275.3 III轴轴承寿命计算28六.键的校核30七.润滑及密封类型选择31八.减速器附件设计32九.主要尺寸及数据33十.参考文献34攀枝花学院本科学生课程设计任务书题目15抽油机机械设计1、课程设计的目的本课程设计为学生提供了一个既动手又动脑，自学，查资料，独立实践的机会。将本学期课本上的理论知识和实际有机的结合起来，锻炼学生实际分析问题和解决问题的能力，提高学生综合运用所学知识的能力，装配图、零件图的设计绘图能力。2、课程设计的内容和要求1)、设计原始数据额定功率(kW)冲程(m)冲次(n/min )游梁前臂长度(m)游梁后臂长度(m)额定扭矩MS(kN*m)游梁支撑中心到底座距离(m)曲柄转动轴心到底座直距离(m)曲柄平衡块数曲柄偏置角(度)游梁支撑中心到曲柄转动轴心的水平距离(m)702.1,2.5,36 32.45021.6200702.1,2.5,31232.45022200401.5,1.2,0.9121.81.44303.23201.2702,2.5,3631.925022202.5703,3.6,4,4.244.22.6257422203.35705.5,4.6,3.785.53.16212052.5204.1702.1,2.5,31232.45021.6200702.1,2.5,3632.45022200501.5,1.2,0.991.81.446.53.23201.2702,2.5,3931.925022202.5703,3.6,4,4.204.22.6257422203.35705.5,4.6,3.765.53.16212052.5204.1451.2,1.8,2.4,3.0123.52.3137003.06112123.2704,5,6463.1621202.82204.1181.2,1.8,2.4,3.0123.52.3123003.06102123.2555,4,335.5373007.22282.4555,4,3,35373002.14282.7203,5,455.053.2537003.30262.4451.2,1.8,2.4,3.093.52.3137003.06112123.2704,5,6,863.1621202.82204.1181.2,1.8,2.4,3.063.52.3123003.06102123.2555,4,355.5373007.22282.4555,4,365373002.14282.7203,5,4,65.053.2537003.30262.42)、要求(1)完成传动系统与传动装置的设计计算(电机选择、带传动设计、减速器设计)；(2)完成曲柄摇杆机构的设计及曲柄平衡块、横梁、横梁轴的设计计算；(3)完成游梁与驴头的设计与计算；(4)完成支撑装置及支架的设计与计算。3)、课程设计成果(1)每人需绘总装配图一张或部装图三张；(2)每人需绘零件图二张；(3)编写设计说明书。3、主要参考文献1所学相关课程的教材2机械设计课程设计3机械设计手册4电动机手册5游梁式抽油机设计计算4、课程设计工作进度计划(1)准备阶段（2天）(2)设计计算阶段（3天）(3)绘制总装配图或部装图(4天）(4)绘零件图（3天）(5)编写设计说明书（3天）说明(1) 每组参数由两人完成；(2) 设计内容不可相同；(3) 两人需完成整个抽油机传动系统与传动装置的设计计算以及主要机械装置的设计指导教师（签字）日期年 月 日教研室意见：年 月 日学生（签字）： 接受任务时间： 年 月 日注：任务书由指导教师填写。一.电机选择1.1 计算并选择电机根据传动比合理范围，取带传动的传动比为i=24，圆柱齿轮二级减速器传动比范围为i=840，则总传动比范围为i=i=（840）（24）=16160。减速器输出轴的转速为冲次=12r/min，电动机转速的可选范围为：=i=1921920r/min。由电机到减速器输出轴的总传递效率为：=式中，分别为V带传动,轴承，齿轮效率。取=0.96，=0.98，=0.97，则有：=0.96=0.85又=37.7kw所以电动机所需的工作功率为：P=44.4kw由P,综合考虑后选电动机型号为Y315S-10。其主要参数如下表：电动机型号额定功率/KW满载转速（）Y315S-10455902.01.2 计算总传动比并分配传动比1）传动装置总传动比：i=49.172）分配到各级传动比：i=已知带传动比的合理范围为24。故取，则i在840的范围内，故合适。分配减速器传动比，因为i=i，其中i为齿轮高速级的传动比，i为齿轮低速级的传动比。故可先取i=4.62，则i=3.55。1.3 传动装置的运动和动力参数计算电动机：转速：n=590输入功率：P=P=44.4KW输出转矩：T=9.55=9.55N4.计算各轴转速.输入功率.输入转矩1轴：转速：n=输入功率：P=输入转矩：T=Ti=N2轴：转速：n=输入功率：P=输入转矩：TN3轴：转速：n输入功率：P输入转矩：TN各轴运动和动力参数轴号功率（KW）输入转矩（N）转速（）电机轴44.47.195901轴42.622.07196.672轴40.519.0942.573轴38.5130.9912二带传动设计1.确定计算功率P据表8-7查得工作情况系数K=1.3。故有：P=KP据P和n由机械设计P图8-11选用D带。2.确定带轮的基准直径d并验算带速（1）初选小带轮的基准直径d，由机械设计表8-6和由机械设计P表8-8，取小带轮直径d=355mm。（2）验算带速v，有：v=在530之间带速合适。（3）计算大带轮基准直径d由机械设计P表8-8，圆整为1120mm。3.确定V带的中心距a和基准长度L(1) 由机械设计P式（8-20），初定中心距a=1050mm(2) 计算带所需的基准长度由机械设计P表8-2选带的基准长度L=5000mm（3） 计算实际中心距中心距的变化范围为11981423mm。4.验算小带轮上的包角5.计算带的根数z（1）计算单根V带的额定功率P由d和查表8-4a得P=13.70kW据，i=3和D型带，查8-4b得P=2.19kW由机械设计P表8-5得K=0.912，表8-2得K=0.96，于是：P=(P+P)KK=（13.70+2.19）0.9120.96=13.91kW（2）计算V带根数zz=，故取5根。6.计算单根V带的初拉力最小值（F）由机械设计P表8-3得D型带的单位长质量q=0.61kg/m。所以（F）=500=500=1002.7N 应使实际拉力F大于（F）。7.计算压轴力F压轴力的最小值为：（F）=2（F）sin=251002.70.96=9625.92N三齿轮设计3.1高速级齿轮设计1.选定齿轮类型，精度等级，材料齿数（1）按要求的传动方案，选用圆柱斜齿轮传动；（2）减速器主轴转速不高，故用8级精度；（3）材料的选择。由机械设计P小齿轮用20CrMnTi,渗碳淬火，齿面硬度为56-62HRC,=1500MP；;大齿轮用20Cr渗碳淬火,齿面硬度为56-62HRC,=1500MP,。（4）选小齿轮齿数为Z=20，大齿轮齿数Z可由Z=i，取93；（5） 初选螺旋角=14。2.按齿面接触疲劳强度设计按右式计算：d（1）确定公式中各数值1）试选K=1.6。2）由机械设计P图10-30选取区域系数Z=2.4333）由机械设计P图10-26可得：=0.75，=0.84。则：=0.75+0.84=1.59。4）由机械设计P表10-7选取齿宽系数=1。5）计算小齿轮传递的转矩，由前面计算可知：T=N6）由机械设计P表10-6查的材料的弹性影响系数Z=189.87）计算接触疲劳许用应力由机械设计P图10-19取接触疲劳寿命系数K=0.90，K=0.95,取,则有(2)计算1）计算小齿轮的分度圆直径d，由计算公式可得：2)计算圆周速度 v=3）计算齿宽b及模数。b=178.31=78.31mmm=3.80mmh=2.25m=2.253.80=8.55mmb/h=4）计算纵向重合度。=0.318=0.318120tan14=1.595）计算载荷系数K。已知使用系数K=1，据v=0.81m/s，8级精度。由机械设计P图10-8得K=1.06，由表10-4得K=1.488。由图10-13查得K=1.4，由机械设计P表10-3查得K=K=1.4，故载荷系数：K=KKKK=2.216)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径：d=d=78.31=87.21mm7）计算模数mm=4.23mm3.按齿根弯曲疲劳强度设计按公式：m（1）确定计算参数1）计算载荷系数。K=KKKK=2）根据纵向重合度=1.59，由机械设计P图10-28查得螺角影响系数Y=0.88。3）计算当量齿数。Z=21.98Z=102.24）查取齿形系数由机械设计P表10-5查得Y=2.80，Y=2.1945）查取应力校正系数由机械设计P表10-5查得Y=1.55，Y=1.7776）计算大、小齿轮的，并加以比较=0.00658=0.00592（2）设计计算m 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取m=5mm，已可满足弯曲疲劳强度，用接触疲劳强度算得分度圆直径d=87.21mm来计算应有的齿数。于是由：Z=17.01,取Z=18，则：Z=83.16，取4.几何尺寸计算（1）计算中心距a=圆整为263mm（2）按圆整后的中心距修正螺旋角=因值在允许范围内，故等不必修正(3)计算大，小齿轮的分度圆直径（4） 计算齿轮宽度b=92.82mm圆整后取B=95mm，B=100mm5.大小齿轮各参数见下表低速级齿轮相关参数表6-2(单位mm)名称符号计算公式及说明模数mm=5压力角齿顶高=5齿根高=(+)m=6.25全齿高=(2+)m=11.25分度圆直径=m Z=90=m420齿顶圆直径=（）m=100=（）m=430齿根圆直径=()m=77.5=()m=407.5基圆直径3.2低速级齿轮设计1.选定齿轮类型，精度等级，材料齿数（1）按要求的传动方案，选用圆柱斜齿轮传动；（2）减速器主轴转速不高，故用8级精度；（3）材料的选择。由机械设计P小齿轮用20CrMnTi,渗碳淬火，齿面硬度为56-62HRC,=1500MP；;大齿轮用20Cr渗碳淬火,齿面硬度为56-62HRC,=1500MP,。（4）选小齿轮齿数为Z3=20，大齿轮齿数Z4可由Z4=i，取71；（5）初选螺旋角=14。2.按齿面接触疲劳强度设计按右式计算：d（1）确定公式中各数值1）试选K=1.6。2）由机械设计P图10-30选取区域系数Z=2.4333）由机械设计P图10-26可得：=0.75，=0.86。则：=0.75+0.86=1.61。4）由机械设计P表10-7选取齿宽系数=1。5）计算小齿轮传递的转矩，由前面计算可知：T=N6）由机械设计P表10-6查的材料的弹性影响系数Z=189.87）计算接触疲劳许用应力由机械设计P图10-19取接触疲劳寿命系数K=0.90，K=0.95,取,则有(2)计算1）计算小齿轮的分度圆直径d，由计算公式可得：2）计算圆周速度 V=3） 计算齿宽b及模数。b=1103.14=103.14mmm=1.41mmh=2.25m=2.251.41=5.0mm4)计算纵向重合度。=0.318=0.318120tan14=1.595）计算载荷系数K。已知使用系数K=1，据v=0.23m/s，8级精度。由机械设计P图10-8得K=1.02，由表10-4得K=1.52。由图10-13查得K=1.4，由机械设计P表10-3查得K=K=1.4，故载荷系数：K=KKKK=2.176)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径：=d3t=103.14=114.07mm7）计算模数mm=5.53mm3.按齿根弯曲疲劳强度设计按公式：m(1）确定计算参数1）计算载荷系数。K=KKKK=2）根据纵向重合度=1.59，由机械设计P图10-28查得螺角影响系数Y=0.88。3）计算当量齿数。Z=21.98Z=78.024）查取齿形系数由机械设计P表10-5查得Y=2.80，Y=2.2385）查取应力校正系数由机械设计P表10-5查得Y=1.55，Y=1.756）计算大、小齿轮的，并加以比较=0.00658（2）设计计算m对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取m=6mm，已可满足弯曲疲劳强度，用接触疲劳强度算得分度圆直径d3=114.07mm来计算应有的齿数。于是由：Z=18.44取Z3=19，则:Z=67.45，取4.几何尺寸计算（1）计算中心距a=圆整为270mm（2） 按圆整后的中心距修正螺旋角=因值在允许范围内，故等不必修正 （3) 计算大，小齿轮的分度圆直径（4） 计算齿轮宽度b=117.93mm圆整后取B=120mm，B=125mm5.大小齿轮各参数见下表低速级齿轮相关参数表6-2(单位mm)名称符号计算公式及说明模数mm=6压力角齿顶高=6齿根高=(+)m=7.5全齿高=(2+)m=13.5分度圆直径=m Z=114=m408齿顶圆直径=（）m=126=（）m=420齿根圆直径=()m=99=()m=393基圆直径四轴的设计4.1 I轴的设计计算1.求轴上的功率，转速和转矩由前面算得,2.求作用在齿轮上的力已知高速级小齿轮的分度圆直径为：d=92.82mmF=44602NF=F=3.现初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理，由机械设计P表15-3，取A=106，于是得：因键槽影响，故将轴径增加4%5%,取轴径为67mm。又此段轴与大带轮装配，综合考虑两者要求取d=70mm。4.轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案通过分析比较，选用2图15-1的装配方案I II III IV V VI VII VIII（2）据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）I-II段是与带轮连接的其d=70mm，l=200mm，由机械传动装置设计手册P选键20X180GB1096。2）II-III段用于安装轴承端盖，轴承端盖的总宽度为20mm（由减速器及轴的结构设计而定）。根据轴承端盖的拆卸及便于对轴承添加润滑油的要求，取端盖与I-II段右端的距离为30mm。故取l=60mm，因其右端面需制出一轴肩故取d=75mm。3）初选轴承，因为有轴向力和径向力故选用圆锥滚子轴承，II-III段右端安装轴承，由机械传动手册P轴承目录里初选30316选d=，故d=80mm。又右边套筒长取151mm，所以l=196mm4）取安装齿轮段轴径为d=85mm，齿轮左端与左轴承之间用套筒定位，已知齿轮宽度为100mm为是套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于齿轮宽度故取lmm齿轮右边V-VI段为轴肩定位，轴肩高h0.07d，故取h=6mm则此处d=91mm。宽度b1.4h取l=20mm，由机械传动装置设计手册P表选键25X80GB1096。5）VI-VII段右边为轴承用轴肩定位，因为轴承仍选用圆锥滚子30316，所以d=80mm，所以此处轴肩高h0.07d，取h=6mm，故d=86mm，轴肩宽度取l=139mm，l=50mm。4.2 II轴的设计计算1.求轴上的功率，转速和转矩由前面算得2.求作用在齿轮上的力已知高速级小齿轮的分度圆直径为：d=407.22mm，F=44644NF=F=同理：,3.现初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理，由机械设计P表15-3，取A=106，于是得：因键槽影响，故将轴径增加4%5%,取轴径为109mm4. 轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案通过分析比较，选用下图的装配方案I II III IV V I V VII（2）据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）I-II段用于安装轴承和轴承端盖，轴承端盖的总宽度为20mm（由减速器及轴的结构设计而定）。初选轴承，因为有轴向力和径向力故选用圆锥滚子轴承，根据,由机械传动装置设计手册P轴承目录里初选30322d=，故d=110mm，l=70mm。2）II-III段用于安装齿轮，d=122mm，右端有套筒，l=140mm,由机械传动装置设计手册P查表选键32X100GB1096。3）III-IV装大齿轮，故d=130mm，l=91mm,由机械传动装置设计手册P查表选键36X70GB1096。4）IV-V为一轴肩，用于齿轮右边的定位，取d=136mm，lmm。5）V-VI段安装齿轮，d=122mm，l=121mm,由机械传动装置设计手册P查表选键32X100GB1096。6）VI-VII段安装轴承和端盖，d=110mm，l=70mm。5.轴的校验作图：,（1）对水平面进行计算（2） 对垂直面进行计算(3)求总的弯矩，即合成弯矩：(4) 按弯曲合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度，由上表的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取=0.6则：前以选定轴的材料为40，调质处理，查表的60Mpa,因此故安全。4.3 III轴的设计计算1.求轴上的功率，转速和转矩由前面算得2.求作用在齿轮上的力已知高速级小齿轮的分度圆直径为：F=146844NF=F=3.现初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45C，调质处理，由机械设计P表15-3，取A=97，于是得：因键槽影响，故将轴径增加4%5%,取轴径为148mm。4.轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案通过分析比较，选用下图的装配方案I II III IV V VI VII VIII（2）据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）I-II段，根据最小直径d=150mm，l=100mm，由机械传动装置设计手册P查表选键40X80GB1096。2）II-III段用于安装轴承和轴承端盖，轴承端盖的总宽度为20mm（由减速器及的结构设计而定）。初选轴承，因为有轴向力和径向力故选用圆锥滚子轴承，由机械传动装置设计手册P轴目录里初选30232d=，d=160mm，l=68mm。3）III-IV段用于安装齿轮，d=170mm，右端有套筒，l=116mm，由机械传动装置设计手册P查表选键45X100GB1096。4）IV-V段d=180mm，lmm。5）V-VI段安装齿轮，d=170mm，l=116mm，由机械传动装置设计手册P查表选键45X100GB1096。6）VI-VII段安装轴承和端盖，d=160mm，l=68mm。7）VII-VIII段，l=100mm，由机械传动装置设计手册P查表选键40X80GB1096.5 轴承寿命计算5.1 I轴轴承寿命计算1.求轴上的载荷2.预期寿命：3.求当量载荷已知由机械设计P表13-7知，P表13-5得当 时，X=1，Y=0，当时X=0.4，Y=1.8，其中。则应有：，“压紧”“放松”判别：，1被放松，2被压紧故，当量载荷：，则X=1，Y=0。，则X=0.4，Y=1.8。由机械设计P表13-11取则有P=4. 验算轴承取，圆锥滚子轴承5.2 II轴轴承寿命计算1.求轴上载荷2.预期寿命：3.求当量载荷已知由机械设计P查表知，由机械设计P查表13-5得当 时，X=1，Y=0，当时，X=0.4，Y=1.7，其中。则应有，“压紧”“放松”判别：，3被放松，4被压紧故，当量载荷：，则X=0.4，Y=1.7。，则X=1，Y=0。由机械设计P表13-11取则有4.验算轴承取，圆锥滚子轴承5.3 III轴轴承寿命计算1.求轴上的载荷2.预期寿命：3.求当量载荷已知由机械设计P表13-7知，由P表13-5得当 时，X=1，Y=0，当时X=0.4，Y=1.4，其中。则，“压紧”“放松”判别：，5被放松，6被压紧故，当量载荷：，则X=1，Y=0。，则X=0.4，Y=1.4。由机械设计P表13-11取则有5.验算轴承取，圆锥滚子轴承六.键的校核6.1.I轴上键的强度校核由机械设计P表6-2得许用挤压应力为I-II段键与键槽接触疲劳强度故此键能安全工作。IV-V段与键槽接触疲劳强度故此键能安全工作。6.2.II轴上键的校核由机械设计P表6-2表得许用挤压应力为II-III段和V-VI段与键槽接触疲劳强度故此键能安全工作。7. 润滑及密封类型选择7.1润滑方式齿轮采用飞溅润滑，在箱体上的四个轴承采用脂润滑，在中间支撑上的两个轴承采用油润滑。7.2密封类型的选择1.轴伸出端的密封轴伸出端的密封选择毛毡圈式密封。2.箱体结合面的密封箱盖与箱座结合面上涂密封胶的方法实现密封。3.轴承箱体内，外侧的密封（1）轴承箱体内侧采用挡油环密封。（2）轴承箱体外侧采用毛毡圈密封。八.减速器附件设计8.1观察孔及观察孔盖的选择与设计观察孔用来检查传动零件的啮合，润滑情况，并可由该孔向箱内注入润滑油。平时观察孔盖用螺钉封住。为防止污物进入箱内及润滑油渗漏，在盖板与箱盖之间加有纸质封油垫片，油孔处还有虑油网。 查表15-3选观察孔和观察孔盖的尺寸分别为和。8.2油面指示装置设计油面指示装置采用油标指示。8.3通气器的选择通气器用来排出热膨胀，持气压平衡。查表15-6选 型通气帽。8.4放油孔及螺塞的设计放油孔设置在箱座底部油池的最低处，箱座内底面做成外倾斜面，在排油孔附近做成凹坑，以便能将污油放尽，排油孔平时用螺塞堵住。查表15-7选型外六角螺塞。8.5起吊环的设计为装卸和搬运减速器，在箱盖上铸出吊环用于吊起箱盖。8.6起盖螺钉的选择为便于台起上箱盖，在上箱盖外侧凸缘上装有1个启盖螺钉，直径与箱体凸缘连接螺栓直径相同。8.7定位销选择为保证箱体轴承座孔的镗孔精度和装配精度，在精加工轴承座孔前，在箱体联接两端，各装配一个定位销。采用圆锥销，直径是凸缘连接螺栓直径的0.8倍。九.主要尺寸及数据箱体尺寸：36 箱体壁厚=10mm 箱盖壁厚=8mm 箱座凸缘厚度b=15mm箱盖凸缘厚度b=15mm 箱座低凸缘厚度b=25mm地脚螺栓直径d=24mm地脚螺栓数目n=4轴承旁联接螺栓直径d=M16机座与机盖联接螺栓直径d=M12联接螺栓