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(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) fabs(t2-p3))p3=t1;
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\t e2=%f\t e3=%f\n",w3,e2,e3);
printf("\n");
}
}
计算结果:
p1=0.000000
p2=72.769769
p3=126.5590
机械课程设计减速器范例.doc