油田抽油机设计说明书

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：（b）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，计算及说明主要结果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()Qt12．3冲程()hm0．4摇杆长度()CDLm1．5EDCDLL1许用压力角[]()度32行程速比系数K1．08平衡重Gkg840泵筒和活塞的直径()Dm0．038下泵深度()Lm300计算及说明主要结果抽油杆直径()dm()qkgm不同直径抽油杆连接长度()lm10.019d12.350q1150l20.022d23.316q2150l四、电动机的选择：1．每日抽油量Q的计算：)(3602kgnhDQ其中，mD038.0,kgtQ3103.123.12,mh4.0,3860mkg；则min894.21rn，那么min894.21radAB；2．抽油机最大负荷maxF的计算：))(17901(21maxkNhnFFFs式中，1F为液柱质量负荷：)(10008.9)4(21kNLDF其中，L为抽油杆的总长度（单位：m），等于下井深度300m；kNLDF8675.210008.9)4(21sF为抽油杆质量负荷：)(10008.9)(2211kNlqlqFs其中，1q、2q和1l、2l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；mkgq350.21，mkgq136.32，mll15021；)(0644.810008.9)(2211kNlqlqFsmin894.21rn12.8675FkN8.0644()sFkN计算及说明主要结果则，)(7957.11)17901(21maxkNhnFFFs3．电动机所需功率dP：))(1055.9(6maxkWnTPd式中，为传动装置的总效率，n为曲柄轴转速)min(r，maxT为曲柄轴上的最大转矩)(mmN，可由下式计算：)(24.0maxmaxmmNhFT代入数据可得：)(94365624.0maxmaxmmNhFT又知，V带传动效率96.01，轴承传动效率985.02，齿轮传动效率97.03，联轴器传动效率99.04，则传动装置总效率：84177.0423421那么，6max(9.5510)2.58358()dPTnkW综上，选择电动机6132SY，额定功率kW3，额定转速min1000r；五、传动比分配：电动机满载转速min9601rn；那么，机构总传动比84763.431nni；取V带传动传动比40i；则高速齿轮传动比1i与低速齿轮传动比2i为9619075.10021iiii又因为25.121ii则，70167.31i，96134.22i；max11.7957()FkNmax943656()TNmm96.01,985.0297.03,99.040.841772.58358()dPkW电动机6132SYmin9601rn43.84763i40i70167.31i96134.22i计算及说明主要结果六、执行机构尺寸计算：执行机构如下图：根据原始数据有：mLCD5.1，mLLCDED5.1；行程速比系数05.1K；则，0092308.611180KK03245.155.12.0arcsin22arcsin2EDLh由于，则D点位于圆内，如下图：06.92308015.3245AD1C2CdabR计算及说明主要结果mcR35604.1)2sin(sin，其中mc5.1；sin221RLCCRLCACLCCAC2sinsin21121RCACLAC2sin222其中，由于032][，则：02133775.242][ACC002173917.148)2][(180CAC1052667.11176882.121ACACLabLab解得：ma1437893.0，mb2614775.1；mbaccbad410937.1]sin[)(2)(22七、机构运动分析：1.数学模型如图所示，取以A点为原点、x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ABBCADDC1.35604Rm01224.33775CCA012148.73917ACCma1437893.0mb2614775.11.410937dm计算及说明主要结果即0321ABiiiieeeBCADDCellll()A摆角分析：由式()A的实部和虚部分别相等可得123coscoscosABBCADDCllll123sinsinsinABBCDClll经计算解得22232arctan2arctanAMABCxBC1sinA1cosADABBll22221()cosADDCABBCADDCCllllll31231sinsinarctancoscosDCABADDCABlllll速度分析：将式()A对时间求导可得312(/2)(/2)(/2)123'''iiiABBCDClelele实部和虚部分别相等可得112233'sin'sin'sinABBCDClll112233'cos'cos'cosABBCDClll解得132123sin()''sin()ABBCll123132sin()''sin()ABDCll加速度分析：将式()A对时间求二阶导可得计算及说明主要结果122()()(/2)22122''iiiABBCBClelele33()(/2)233'iiDCDClele实部和虚部分别相等可得22112222'cos'cossinABBCBClll23333'cossinDCDCll22112222'sin'sincosABBCBClll23333'sincosDCDCll解得2221122332332'cos()''cos()sinABBCDCDCllll（）222113232332'cos()'cos()'2sin()ABBCDCBCllll2.框图设计计算及说明主要结果3.程序和计算结果VisualC++程序#includestdio.h计算及说明主要结果#includemath.hvoidmain(){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(p30)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)fabs(t2-p3))p3=t1;elsep3=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=0.000000p2=72.769769p3=126.559019w2=-2.484431w3=-2.484430e2=-44.913513e3=18.783482p1=10.000000p2=71.561406p3=125.466243w2=-2.788365w3=-2.283908e2=-31.081923e3=31.369448p1=20.000000p2=70.240175p3=124.487245w2=-2.977327w3=-1.988032e2=-16.251381e3=42.553314计算及说明主要结果p1=30.000001p2=68.859739p3=123.662513w2=-3.047687w3=-1.611395e2=-1.497938e3=51.513309p1=40.000001p2=67.473545p3=123.024492w2=-3.003909w3=-1.174145e2=12.248639e3=57.694626p1=50.000001p2=66.131434p3=122.595624w2=-2.856885w3=-0.699570e2=24.318151e3=60.866100p1=60.0