油田抽油机设计.doc

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目录

一、设计题目……………………………………………………….1

二、系统总体方案的确定………………………………………….1

三、设计原始数据……………………………………………………2

四、电动机的选择……………………………………………………3

五、传动比的分配……………………………………………………4

六、执行机构尺寸计算………………………………………………5

七、机构运动分析……………………………………………………6

八、V带设计………………………………………………………..15

九、传动装置的运动和动力参数…………………………………..17

十、齿轮的传动计算………………………………………………..18

十一、减速器机体的尺寸设计……………………………………31

十二、轴的设计……………………………………………………32

十三、键的选择及强度较核………………………………………33

十四、轴承寿命计算及静强度……………………………………35

十五、轴的强度较核………………………………………………37

十六、参考文献……………………………………………………41

计算及说明

主要结果

一、设计题目：

油田抽油机

二、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）

三、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

四、电动机的选择：

1．每日抽油量的计算：

其中，

,

；

则，那么；

2．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，

3．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；

五、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，，；

六、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：

，；

七、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

VisualC++程序

#include"stdio.h"

#include"math.h"

voidmain（）

{floatab=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（p3<0）p3=p3+pi;

for（p1=0;p1<=2*pi;p1+=pi/18）

{t=ad*ad+cd*cd+ab*ab-bc*bc;

a=-sin（p1）;

b=ad/ab-cos（p1）;

c=t/（2*ab*cd）-ad/cd*cos（p1）;

t1=2*atan（（a+sqrt（a*a+b*b-c*c））/（b-c））;

t2=2*atan（（a-sqrt（a*a+b*b-c*c））/（b-c））;

if（fabs（t1-p3）

else

p3=t2;

p2=atan（（cd*sin（p3）-ab*sin（p1））/（ad+cd*cos（p3）-ab*cos（p1）））;

w2=-ab*sin（p1-p3）*w1/（bc*sin（p2-p3））;

w3=ab*sin（p1-p2）*w1/（cd*sin（p3-p2））;

e2=（ab*w1*w1*cos（p1-p3）+bc*w2*w2*cos（p3-p2）-cd*w3*w3）/（bc*sin（p3-p2））;

e3=（ab*w1*w1*cos（p1-p2）+bc*w2*w2-cd*w3*w3*cos（p3-p2））/（cd*sin（p3-p2））;

k=180/pi;

printf（"p1=%f\n",p1*k）;

printf（"p2=%f\tp3=%f\tw2=%f\n",p2*k,p3*k,w2）;

printf（"w3=%f\te2=%f\te3=%f\n",w3,e2,e3）;

printf（"\n"）;

}

}

计算结果:

p1=0.000000

p2=72.769769

p3=126.559019

w2=-2.484431

w3=-2.484430

e2=-44.913513

e3=18.783482

p1=10.000000

p2=71.561406

p3=125.466243

w2=-2.788365

w3=-2.283908

e2=-31.081923

e3=31.369448

p1=20.000000

p2=70.240175

p3=124.487245

w2=-2.977327

w3=-1.988032

e2=-16.251381

e3=42.553314

p1=30.000001

p2=68.859739

p3=123.662513

w2=-3.047687

w3=-1.611395

e2=-1.497938

e3=51.513309

p1=40.000001

p2=67.473545

p3=123.024492

w2=-3.003909

w3=-1.174145

e2=12.248639

e3=57.694626

p1=50.000001

p2=66.131434

p3=122.595624

w2=-2.856885

w3=-0.699570

e2=24.318151

e3=60.866100

p1=60.000001

p2=64.877241

p3=122.387481

w2=-2.621666

w3=-0.211548

e2=34.337162

e3=61.103199

p1=69.999998

p2=63.747411

p3=122.401019

w2=-2.315181

w3=0.267644

e2=42.199192

e3=58.717686

p1=79.999995

p2=62.770612

p3=122.627699

w2=-1.954367

w3=0.718851

e2=47.994850

e3=54.165222

p1=89.999992

p2=61.967983

p3=123.051075

w2=-1.554923

w3=1.126829

e2=51.930908

e3=47.958050

p1=99.999988

p2=61.353963

p3=123.648744

w2=-1.130682

w3=1.480411

e2=54.258965

e3=40.598618

p1=109.999985

p2=60.937083

p3=124.394013

w2=-0.693467

w3=1.772254

e2=55.223969

e3=32.538250

p1=119.999989

p2=60.720928

p3=125.257649

w2=-0.253286

w3=1.998339

e2=55.033478

e3=24.157602

p1=129.999986

p2=60.884558

p3=126.209258

w2=0.181308

w3=2.157377

e2=53.844452

e3=15.762409

p1=139.999982

p2=60.884558

p3=127.218323

w2=0.602811

w3=2.250238

e2=51.762512

e3=7.587976

p1=149.999979

p2=61.252480

p3=128.255132

w2=1.004373

w3=2.279408

e2=48.848763

e3=-0.192447

p1=159.999976

p2=61.798014

p3=129.291394

w2=1.379493

w3=2.248540

e2=45.130581

e3=-7.458399

p1=169.999973

p2=62.507637

p3=130.300691

w2=1.721789

w3=2.162068

e2=40.613712

e3=-14.133546

p1=179.999969

p2=63.364887

p3=131.258707

w2=2.024881

w3=2.024882

e2=35.293896

e3=-20.177828

p1=189.999966

p2=64.350401

p3=132.143449

w2=2.282351

w3=1.842072

e2=29.167301

e3=-25.579956

p1=199.999963

p2=65.441872

p3=132.935245

w2=2.487778

w3=1.618731

e2=22.239269

e3=-30.349710

p1=209.999960

p2=66.614082