机械原理课程设计-抽油机机械系统设计说明书.docx

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机 械 原 理 课 程 设 计 目录: 1. 设计任务 2. 总体结构分析 3. 执行机构分析 4. 曲柄摇杆机构的设计 5. 电动机的选择 6. 传动装置及传动比 7. 带传动设计计算 8. 齿轮传动设计 9. 轴的结构设计 10. 轴承寿命校核 11. 心得与总结 机械原理课程设计说明书 1设计任务: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主要由三部分组成: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。三部分之间的相互位置关系如图1所示。 ?? ? 图1 抽油机、抽油杆和抽油泵的相互位置关系? ? ?图2? 静力示功图? 常规游梁式抽油机是油田使用历史最悠久,使用数量最多的一种抽油机。该机采用具有对称循环四杆机构或近似对称循环 四杆机构,结构简单,运行可靠,操作维护方便,但长冲程时平衡效果差,效率低,能耗大,不符合节能要求,基本停止了生产。 抽油机由电动机驱动,经减速传动系统和执行系统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。 悬点载荷P、抽油杆冲程S和冲次n是抽油机工作的三个重要参数,其中: 悬点指执行系统与抽油杆的联结点; 悬点载荷P(kN)指抽油机工作过程中作用于悬点的载荷; 抽油杆冲程S(m)指抽油杆上下往复运动的最大位移; 冲次n(次/min)指单位时间内柱塞往复运动的次数 任务书要求,确定设计参数如下 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 1.8 14 P1=20,P2=5 2总体结构分析 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—往复运动 输入、输出周期相同,输入转 1 圈的时间有急回。 常见可行执行方案有很多种,我选用“四连杆(常规)式抽油机”机构。 系统的机构(运动)简图 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α3ma最小, 由此确定 a、b、c、d。 3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——C1→C2,上 冲 程 ( 正 行 程 ) , P1 , =192°,慢行程,B1 → B2; CD 逆时针摆动——C2→C1,下 冲 程 ( 反 行 程 ) , P2 , =168°,快行程,B2→ B1。 θ = 。 曲柄转向应为逆时针,Ⅱ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 = eψ =1.35cψ (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。 4曲柄摇杆机构的设计 如下图所示 任选固定铰链中心D的位置,由摇杆长度和摆角做出摇杆的两个极限位置C1D和C2D。 连接C1 和C2,做C1M垂直于C1 C2。 作,C1N与C1M交于点P,可见 作的外接圆,在此圆周上任取一点A作为曲柄的固定铰链中心连接AC1 和AC2因同弧所对圆周角相等,所以 因极限位置处曲柄与连杆共线,故AC1=b-a,AC1=b+a 从而得到 AD=d 图6 图解法按K设计四杆机构杆长 算a、d、b,得曲柄摇杆机构各构件尺寸优化计算: 表2 图解法设计四杆机构杆长数据 数据 L1 L2 L3 L4 1 800 1300 1900 2000 曲柄摇杆机构优化设计分析 利用进行编程计算和画图,其中通过数据机构优化设计程序运行得到结为: 杆长分别为:800,1300,1900,2000 杆长分别为:800,1300,1900,2000 由幅值和起始点和终止点数值可知,选用第三组杆长此时满足传动角条件,确定四杆杆长长度为L1=800;L2=1300;L3=1900;L4=2000. 其悬点位移和速度图为: 如图加速度有最小值=0.001m/ 悬点上冲程中最大速度为:=0.

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