油田抽油机设计

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计算及说明主要结果系统方案总体评价：（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，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计算及说明主要结果泵筒和活塞的直径()Dm0．038下泵深度()Lm300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；min894.21rn12.8675FkN计算及说明主要结果mkgq350.21，mkgq136.32，mll15021；)(0644.810008.9)(2211kNlqlqFs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iiii8.0644()sFkN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i计算及说明主要结果又因为25.121ii则，70167.31i，96134.22i；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：70167.31i96134.22i06.92308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1.35604Rm01224.33775CCA012148.73917ACCma1437893.0mb2614775.11.410937dm计算及说明主要结果如图所示，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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计算及说明主要结果123132sin()''sin()ABDCll加速度分析：将式()A对时间求二阶导可得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计算及说明主要结果3.程序和计算结果VisualC++程序#includestdio.h#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;计算及说明主要结果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=42.553314p1=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=-2.856885计算及说明主要结果w3=-0.699570e2=24.318151e3=60.866100p1=60.000001p2=64.877241p3=122.387481w2=-2.621666w3=-0.211548e2=34.337162e3=61