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机械原理机械设计
课程设计计算说明书
设计题目 油田抽油机
天津大学 机械工程 学院
机械设计制造及自动化专业 1 班级
设 计 人 李 廷 江
指导教师 陈树昌、王多
2006年 01月 08日
目 录
设计题目………………………………………………………………1
系统总体方案的确……………………………………………………1
设计原始数据…………………………………………………………2
电动机的选择…………………………………………………………3
传动比的分配…………………………………………………………4
执行机构尺寸计算……………………………………………………5
机构运动分析…………………………………………………………6
V带设计………………………………………………………………15
传动装置的运动和动力参数…………………………………………17
齿轮的传动计算………………………………………………………18
减速器机体的尺寸设计…………………………………………31
轴的设计…………………………………………………………32
键的选择及强度较核……………………………………………33
轴承寿命计算及静强度…………………………………………35
轴的强度较核……………………………………………………37
参考文献…………………………………………………………41
计 算 及 说 明 主 要 结 果 设计题目:油田抽油机
系统总体方案的确定:
系统总体方案:电动机→传动系统→执行机构;
初选三种传动方案,如下:
(a)二级圆柱齿轮传动
(b)为涡轮涡杆减速器
(c)为二级圆柱圆锥减速器
系统方案总体评价:
()方案为整体布局最小,传动平稳,而且可以实现较大的传动比,但是抽油机要求长时间的工作,由于涡杆传动效率低,功率损失大,很不经济。图c方案布局比较小,但是圆锥齿轮加工较困难,特别的是大直径,大模数的锥轮,所以一般不采用。图a布局一般,传动效率好,加工比较方便,且适合长期的工作环境。
最终方案确定:电动机→传动系统→执行机构(如下图)
设计原始数据:
每日抽油量
12.3
冲程
0.4
摇杆长度
1.5
1
许用压力角
32
行程速比系数
1.08
平衡重
840
泵筒和活塞的直径
0.038
下泵深度
300
抽
油
杆
直径
不同直径抽油杆连接长度
电动机的选择:
每日抽油量的计算:
其中,
,,
,;
则,那么;
抽油机最大负荷的计算:
式中,为液柱质量负荷:
其中,为抽油杆的总长度(单位:),等于下井深度300;
为抽油杆质量负荷:
其中,、和、分别为不同直径抽油杆的每米长质量及连接长度,由原始数据查取;
,,;
则,
电动机所需功率:
式中,为传动装置的总效率,为曲柄轴转速,为曲柄轴上的最大转矩,可由下式计算:
代入数据可得:
又知,带传动效率,轴承传动效率,齿轮传动效率,联轴器传动效率,则
传动装置总效率:
那么,
综上,选择电动机,额定功率,额定转速;
传动比分配:
电动机满载转速;
那么,机构总传动比;
取带传动传动比;
则高速齿轮传动比与低速齿轮传动比为
又因为
则,,;
执行机构尺寸计算:
执行机构如下图:
根据原始数据有:,;
行程速比系数;
则,
由于,则点位于圆内,如下图:
,其中;
其中,由于,则:
解得:,;
机构运动分析:
1.数学模型
如图所示,取以A点为原点、轴与AD线一致的直角坐标系,标出向量和转角,由封闭向量多边形ABCD可得
即
摆角分析:由式的实部和虚部分别相等可得
经计算解得
速度分析: 将式对时间求导可得
实部和虚部分别相等可得
解得
加速度分析:将式对时间求二阶导可得
实部和虚部分别相等可得
解得
2.框图设计
3.程序和计算结果
Visual C++ 程序
#include stdio.h
#include math.h
void main()
{float ab=0.1437893,bc=1.2614775,cd=1.5,ad=1.41093,pi=3.141593,w1=21.894,w2,w3,e1,e2,e3,r,k,a,b,c,p1,p2,p3,t,t1,t2,t3;
r=(bc*bc-cd*cd-(ad-ab)*(ad-ab))/(2*cd*(ad-ab));
p3=atan(sqrt(1-r*r)/r);
if(p30)p3=p3+pi;
for(p1=0;p1=2*pi;p1+=pi/18)
{t=ad*ad+cd*cd+ab*
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