机械原理课程设计抽油机

机械原理课程设计报告。

—抽油机机械系统设计。

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目录。第一节设计任务1)

第二节方案设计分析2)

第三节轴承的选择及寿命计算17)

第四节设计结果22)

第五节心得体会23)

第六节附录25

第一节设计任务。

抽油机是将**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**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=1.4m，冲次n＝11次/min，上冲程由于举升**，作用于悬点的载荷等于**的重量加上抽油杆和柱塞自身的重量为40kn，下冲程**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。

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。

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。

第二节方案设计分析。

一。抽油机机械系统总体方案设计。

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2－11. 执行系统方案设计。

图2－2 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；

ab杆表示输入端，与减速器输出端相连，逆时针方向旋转；

cd表示输出端；

ad 表示机架；

e 为悬臂长度，通常取e/c=1.35;

行程s等于cd相对于ad转过的角度与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，θ＝0，属于iii型曲柄摇杆机构，。

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：

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iii型曲柄摇杆机构，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ac=1.35c,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abcd看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。

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（+arcos）,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arccos(b/d),即=+ arccos(b/d). 从0°开始到360°。

接下来采用matlab软件进行编程计算和画图，具体程序在附录中。其中通过⑵机构优化设计程序运行得到结果为：

最小值=1.2141m/,a=0.505m,b= 2.112m, c=1.320m, d= 2.439m

通过⑺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 =0.7954 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η

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