1、1.课程设计的原始数据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 5T/9，下冲程 时间 4T/9。冲程 S=1.4m，冲次 n11 次/min，上冲程由于举升原油，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 40kN，下冲程原油已释放，作用于 悬点的载荷就等于抽油杆和柱塞自身的重量为 15kN。 2.课程设计(论文) 的内容和要求( 包括技术要求、图表要求以及工作要求)：1.调研,收集资料,查阅文献十篇以上(其中外文资料不少于一篇) 。2.写开题报告：包括工作任务分析、调研报告或文献综述、方案拟订与分析以及实施计划等，开题报告须单独装订。 3. 专机要求
2、：外形美观，尺寸紧凑。 4.绘制装配图与零件图以及三维模拟。 5.撰写论文。 6.翻译外文资料。 7.整理，准备答辩。 ：目录：1 设计任务 *(1)2 设计内容 *(2)3 方案分析 *(2)4 设计目标 *(3)5 设计分析 *(3)6 电机选择 *(7)7 V 带传动设计 *(10)8 齿轮传动设计 *(11)9 轴的结构设计 *(19)10 轴承寿命校核 *(21)11 心得与总结 *(25)12 附录 *(26)设计任务： 抽油机机械系统设计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由三部分组成：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
3、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（将转动变换为往复移动）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。悬点执行系统与抽油杆的联结点悬点载荷 P(kN)抽油机工作过程中作用于悬点的载荷抽油杆冲程 S(m)抽油杆上下往复运动的最大位移冲次 n(次/min)单位时间内柱塞往复运动的次数悬点载荷 P 的静力示功图在柱塞上冲程过程中，由于举升原油，作用于悬点的载荷为 P1，它等于原油的重量加上抽油杆和柱塞自身的重量；在柱塞下冲程过程中，原油已释放，此时作用于悬点的载荷为 P2，它就等于抽油杆和柱塞自身的
4、重量。假设电动机作匀速转动，抽油杆（或执行系统）的运动周期为 T。油井工况为：上冲程时间 下冲程时间 冲程 S(M) 冲次 N(次/MIN) 悬点载荷 P(N)8T/15 7T/15 1.3 14设计内容：1. 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。2. 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。3. 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(
5、取抽油杆最低位置作为机构零位) 。4. 选择电动机型号，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。5. 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。6. 编写机械设计课程设计报告。方案分析：1.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。该系统的功率大，且总传动比大。减速传动系统方案很多，以齿轮减速器减速最为常见且设计简单，有时可以综合带传动的平稳传动特点来设计减速系统。在这里我选用带传动加上齿轮二级减速。执行系统方案设计：输入连续单向转动；输出往复移动输入、输出周期相同，输入转 1 圈的时间有急回。常见可行执行方案
6、有很多种，我选用“四连杆（常规）式抽油机”机构。设计目标：以上冲程悬点加速度为最小进行优化，即摇杆 CD 顺时针方向摆动过程中的 3max 最小，由此确定 a、b、c 、d。设计分析：执行系统设计分析：设计要求抽油杆上冲程时间为 8T/15，下冲程时间为 7T/15，则可推得上冲程曲柄转角为 192，下冲程曲柄转角为 168。找出曲柄摇杆机构摇杆的两个极限位置。CD 顺时针摆动C1C2 ，上 冲 程 ( 正 行 程 ) ， P1 ，=192，慢行程，B1 B2 ；CD 逆时针摆动C2C1 ，下 冲 程 ( 反 行 程 ) ， P2 ，=168，快行程，B2 B1 。 = 。曲柄转向应为逆时针，
7、型曲柄摇杆机构a2 + d 2 b2 + c2设计约束：(1) 极位夹角（2）行程要求通常取 e/c=1.35 S = e =1.35c(3)最小传动角要求(4) 其他约束整转副由极位夹角保证。各杆长0。其中极位夹角约束和行程约束为等式约束，其他为不等式约束。型曲柄摇杆机构的设计：若以 为设计变量，因 S=1.35c ，则当取定 时，可得 c。根据 c、 作图，根据 作圆 ，其半径为 r。各式表明四杆长度均为 和 的函数取 和 为设计变量根据工程需要：优化计算：.在限定范围内取 、，计算 c、a、d、b，得曲柄摇杆机构各构件尺寸；.判断最小传动角；.取抽油杆最低位置作为机构零位：曲柄转角 =0
8、，悬点位移 S=0，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 3（可按步长 0.5循环计算）；.找出上冲程过程中的最大值 3max。对于 II 型四杆机构，已知杆长为 a,b,c,d，原动件 a 的转角 及等角速度为 (,n 为执行机构的输入速度). 从动件位置分析（如图所示）， 为 AD 杆的角度机构的封闭矢量方程式为：（1.1）欧拉公式展开令方程实虚部相等（1.2）消去 得， （1.3）其中 又因为 代入（1.3）得关于 的一元二次方程式，解得（1.4）B 构件角位移可求得 （1.5）速度分析对机构的矢量方程式求导数得（1.6）将上式两边分别乘以 或 得或 （1.7）（1.8）
9、加速度分析将（1.6）式对时间求导得（1.9）对上式两边同乘 或 得或应用 网格法 编程计算可得（具体程序见附录）a=0.4537 圆整为 0.454 ；b=1.2297 圆整为 1.230c=1.2261 圆整为 1.226 ；d=1.8539 圆整为 1.854则 e= =1.3/0.7854=1.655电机选择：Matlab 分析，悬点最大速度在上冲程且 rad/s，则 m/s 。根据工况初采用展开式二级圆柱齿轮减速，联合 V 型带传动减速，选用三相笼型异步电机 ，封闭式结构，电压 380V Y 型由电机至抽油杆的总传动效率为：其中， 分别为带传动、轴承、齿轮传动、联轴器和四连杆执行机构
10、的传动效率。 取 0.94， 取 0.98， 取 0.97， 取 0.99， 取 0.90。预选滚子轴承，8 级斜齿圆柱齿轮，考虑到载荷较大且有一定冲击，两轴线同轴度对系统有一定影响，可考虑用齿轮联轴器。则则电动机所需工作功率根据手册推荐的传动比合理范围，取 V 带传动的传动比为 ，二级圆柱齿轮减速器传动比 ，则总传动比的合理范围为 ，故电机转速可选范围为 r/min符合这一范围的同步转速有 750，1000，1500 r/min考虑速度太小的电机价格、体积、重量等因素，不宜选取电机型号功率kW转速r/min380V时电流 A效率%功率因素额定转矩额定电流最大额矩dBdB/A净重KgY250M
11、-6 55 983 104.2 91 0.87 1.8 6.5 2.0 87 465Y225M-4 55 1476 103.6 91.5 0.88 1.8 7.0 2.0 89 380比较后综合考虑，选定电机型号为 Y250M-6，其外形及安半装尺寸如下：机座号 A B C D E FxGD G H250M 406 349 168 75 140 20x12 67.5 250K AA AB AC AD BB HA HD L24 100 510 550 410 455 30 600 825确定传动装置的总传动比和分配传动比分配传动比，初选 V 带 ，以致其外廓尺寸不致过大，则减速器传动比为则展开式
12、齿轮减速器，由手册展开式曲线查得高速级 ，则计算传动装置的运动和动力参数将传动装置各轴由高速至低速依次定为 I、II 、III 轴以及为相邻两轴间的传动比为相邻两轴间的传动效率为各轴的输入功率（kW）为各轴的输入转矩（kW）为各轴的转速（r/min）则各轴转速：I 轴 II 轴 III 轴 曲柄转轴 各轴输入功率：I 轴 II 轴 III 轴 曲柄转轴 各轴输出功率分别为输入功率乘轴承效率 0.98，则各轴输入转矩：电机输出转矩 I 轴 II 轴 III 轴 曲柄转轴 IIII 轴的输出转矩则分别为各轴输入转转矩乘轴承效率 0.98V 带传动设计： 初选普通 V 带查表，由于载荷变动较大 取 1.3，P51kW故 选取为 D 型带，小带轮 355400mm 。查表初选 375mm大轮准直径 ，在允许范围内取 验算带速 v在 1020 之间，故能充分发挥 V 带的传动能力。
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