游梁式抽油机机械设计

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1、目录课程设计（论文）指导教师成绩评定表2攀枝花学院本科学生课程设计任务书3第一章 游梁式抽油机基本参数的确定.61.1曲柄摇杆机构杆长计算.61.2 悬点载荷与配重计算.71.3 驴头尺寸计算.9第二章 游梁式抽油机主要部件的设计.102.1 驴头的结构设计.102.2 配重的结构设计.102.3 连杆的结构设计.112.4 曲柄的设计.112.5 游梁的结构设计.122.6 横梁的结构设计.13第三章 游梁式抽油机主要部件的计算.143.1 连杆设计.143.2 驴头与游梁连接螺栓计算.153.3 游梁心轴的强度计算.173.4滑动轴承的强度计算.193.5计算游梁与支座连接设计强度计算.2

2、03.6游梁的受力分析及强度计算.203.7、曲柄销疲劳强度校核、轴承选择和轴承的强度校核.22参考文献.23设计小结.24课程设计（论文）指导教师成绩评定表题目名称评分项目分值得分评价内涵工作表现20%01学习态度6遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。02科学实践、调研7通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。03课题工作量7按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。能力水平35%04综合运用知识的能力10能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题，能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。05应用文献的能力5能独立查阅相关文献和从事其

3、他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。06设计（实验）能力，方案的设计能力5能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清晰、完整。07计算及计算机应用能力5具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。08对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力）10具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。成果质量45%09插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规范化程度5符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本文件第五条要求。10设计说明书（论文）质量30综述简练完

4、整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。11创新10对前人工作有改进或突破，或有独特见解。成绩指导教师评语指导教师签名： 年月日攀枝花学院本科学生课程设计任务书题目15抽油机机械设计1、课程设计的目的本课程设计为学生提供了一个既动手又动脑，自学，查资料，独立实践的机会。将本学期课本上的理论知识和实际有机的结合起来，锻炼学生实际分析问题和解决问题的能力，提高学生综合运用所学知识的能力，装配图、零件图的设计绘图能力。2、课程设计的内容和要求1)、设计原始数据额定功率(kW)冲程(m)冲次(n/min )游梁前臂长度(m)游梁后臂长度(m)额定扭矩MS(kN*m)游梁支

5、撑中心到底座距离(m)曲柄转动轴心到底座直距离(m)曲柄平衡块数曲柄偏置角(度)游梁支撑中心到曲柄转动轴心的水平距离(m)703663.16212042202.52)、要求：(1)完成传动系统与传动装置的设计计算(电机选择、带传动设计、减速器设计)；(2)完成曲柄摇杆机构的设计及曲柄平衡块、横梁、横梁轴的设计计算；(3)完成游梁与驴头的设计与计算；(4)完成支撑装置及支架的设计与计算。3)、课程设计成果(1)每人需绘总装配图一张或部装图三张；(2)每人需绘零件图二张；(3)编写设计说明书。3、主要参考文献1所学相关课程的教材2机械设计课程设计3机械设计手册4电动机手册5游梁式抽油机设计计算4、

6、课程设计工作进度计划(1)准备阶段（2天）(2)设计计算阶段（3天）(3)绘制总装配图或部装图(4天）(4)绘零件图（3天）(5)编写设计说明书（3天）说明(1) 每组参数由两人完成；(2) 设计内容不可相同；(3) 两人需完成整个抽油机传动系统与传动装置的设计计算以及主要机械装置的设计指导教师（签字）日期年 月 日教研室意见：年 月 日学生（签字）： 接受任务时间： 年 月 日注：任务书由指导教师填写。第一章 游梁式抽油机基本参数的确定1.1曲柄摇杆机构杆长计算 游梁转角55度，游梁旋转极限位置与水平夹角27.5度。驴头回转半径R，游梁前臂长L0曲柄长L1，连杆长L2，后臂长L3=1.92m

7、,游梁回转中心高Y1=4m,曲柄回转中心高Y2=2m；游梁回转中心与曲柄回转中心水平距离X=2.5m, 游梁回转中心与曲柄回转中心距离L。 后梁冲程 根据规定曲柄为后梁冲程的一半，L1=0.9m图1-1 执行机构原理简图图1-2 游梁水平示意图图1-3 游梁后臂上仰最大角示意图由图示两位置状态由冲程L0=3m驴头半径计算结果： 驴头半径 R=3.75m，连杆长度 L，曲柄长度 。1.2 悬点载荷与配重计算 图1-4游梁后臂上仰最大角示意图当游梁后臂上仰到最大是，配重mg平衡载荷； 此时曲柄和连杆共线，与水平夹角 后臂与连杆夹角当曲柄处于左边水平时，即游梁空载则配重与输出转矩平衡:T为减速器输出

8、转矩，mg为配重重量，效率 悬点载荷 图1-5曲柄处于水平 F=30kN配重 mg=60kN 1.3 驴头尺寸计算驴头用来将游梁前端的往复圆弧运动变为抽油杆的垂直直线往复运动，为了保证在一定冲程长度下，将圆弧运动变为悬点的直线运动，驴头的圆弧面长度应为:为驴头悬点的最大冲程。由设计说明书知：=3m，取，则驴头的最大转角为， ，因此 计算结果: 第二章 游梁式抽油机主要部件的设计2.1 驴头的结构设计驴头的材料选厚为100mm耐磨板的45钢。其结构如图2-1所示：图2-1驴头2.2 配重的结构设计根据石油天然气行业标准知，配重一般由铸铁制成，边缘圆弧状便于安装后的回转。因此配重的结构简单，因此我

9、们选用配重的材料为HT150，由配重的质量和灰铸铁的密度计算出配重的体积，从而设计出的结构如图2-2所示：图2-2配重2.3 连杆的结构设计每台抽油机有两根连杆，它是连接曲柄装置与横梁的杆件，是传递转矩的主要受力杆件。其主件可用管材，也可用其他型材如工字钢、槽钢等。但一般多用厚壁无缝钢管制成，在无缝钢管的两端没有上下接头，上下接头通过焊接与无缝钢管连接在一起。上接头通过横梁销轴与横梁连接在一起，下接头通过螺栓与轴承盒连接在一起，从而完成力矩的传递。选用材料20钢的内径30mm、外径60mm的无缝钢管为主件，而上下接头均为QT7002铸成。其结构如图2-3所示： 图2-3连杆2.4 曲柄的设计曲

10、柄是传递减速器输出扭矩的主要部件，所以它必须具有一定的强度和传动可靠性。曲柄一般可用灰铸铁、球墨铸铁和铸钢制成。在曲柄平衡的抽油机上，两件曲柄共同承受的抽油机的全部载荷，因此要求曲柄有很高的载荷能力，同时为了调整方便和安全，曲柄上设有导轨、挡块、刻度线，可以根据抽油机工作条件调整平衡块位置，使抽油机保持平衡。在一系列要求下，用HT250制成大尺寸常规普通型曲柄，其结构如图2.4所示：图2-4 曲柄2.5 游梁的结构设计游梁是抽油机的主要承载部件，承担着抽油机的全部工作载荷，因此必须要有足够的强度和一定的刚度。由于此抽油机属于大、中型抽油机，因此游梁采用14号工子钢直接焊接成双腹板，其截面图如图

11、2-5所示：图2-5：游梁双腹板横截面形状图设计的游梁结构如图2-6所示：图2-6游梁2.6 横梁的结构设计横梁采用HT200铸造而成，其结构如图2-7所示：图2-7横梁第三章 游梁式抽油机主要部件的计算3.1 连杆设计 抽油机的连杆连接曲柄装置与横梁。连杆为无缝钢管，材料40正火回火。连杆在抽油机工作时，承受拉力或压力。连杆在不同位置时，所受的力大小不同，根据示功图选悬点载荷最大位置时对连杆进行校核。此时抽油机的位置如图3-1所示: 3-1 抽油机结构示意图连杆作用力，悬点载荷一根连杆截面积A，平衡块重mg此时 连杆的横截面积：取外D=40mm，壁厚6mm的无缝钢管。 许用应力： 式中：安全

12、系数 连杆：D=40mm，壁厚5mm的无缝钢管 连杆两端采用普通螺栓连接 单根连杆受最大拉力Tmax 该螺栓只受拉力，螺栓数目为2。螺栓受力 T=Tmax/2=14.65kN 设计螺栓 旋转Q235，性能等级为4.6的螺栓，屈服极限240Mpa.安全系数s=2.5 螺纹公称直径d=16mm。 M163.2 驴头与游梁连接螺栓计算由石油天然气行业标准SY/T5044-2003知，驴头与游梁采用普通螺栓连接，采用的螺栓为GB/T5782M30。其连接螺栓分布图如图3-2所示：图3-2螺栓分布简图当游梁处于极位时受力横向力Fa 和倾覆力矩M，如图3.3所示图3-3由余弦定理 最大轴向载荷 螺栓受到的

13、最大轴向力设计螺栓 旋转Q235，性能等级为4.6的螺栓，屈服极限240Mpa.安全系数s=2 螺纹公称直径d=16mm。 M163.3 游梁心轴的强度计算 游梁心轴只受到弯矩作用，根据石油天然气行业标准SY/T5044-2003知游梁心轴的结构和各项数据，如图3-4所示：图3-4 游梁心轴计算游梁支反力，受力示意图如3-5所示： 图3-5游梁心轴受力示意图 N=78.875kN Fr=N/2=38.5kN 初定心轴直径Do 满足剪切应力要求，取40Cr，许用切应力为35Mpa，为游梁直径Fa为游梁横向力由游梁水平时连杆与竖直方向夹角 Fa=Ft*sin取 do=40mm 游梁支承的轴的示意图

14、去轴的强度计算： 对水平面受力分析所得弯矩图如3-6所示：3-6弯矩图 强度校核： 从合成弯矩图可知截面A、B处载荷最大，可能是危险截面，下面校核这个截面。故轴的强度满足要求。3.4滑动轴承的强度计算由于转速低承压大，故采用滑动轴承选用轴瓦材料锡青铜ZcuSn10P1, .轴承支撑力F=40767.7N 取B=75mm 所以满足要求。 滑动轴承如图3-7所示：图3-7滑动轴承3.5计算游梁与支座连接设计强度计算 由石油天然气行业标准SY/T5044-2003知，游梁与支座采用普通螺栓连接，游梁与支座采用的螺栓为GB/T5782M30。当游梁处于极位时螺栓连接横向载荷最大。 由于被连接件时钢和铸

15、铁，且连接面为干燥加工面取摩擦系数查的f=0.13 螺栓数目8 设计螺栓 旋转Q235，性能等级为4.6的螺栓，屈服极限240Mpa.安全系数s=1.5 螺纹公称直径d=16mm。 M163.6游梁的受力分析及强度计算 游梁是常规抽油机的重要承载构件。游梁是国产热轧钢板焊接的工字形截面。根据石油机械第24卷96增刊“组焊式抽油机游梁有限分析”中所建力学模型。对游梁进行受力分析，游梁在水平位置负载时弯矩最大，受力简图如图3-8所示： 图3-8 游梁受力分析简图有理论力学和材料力学知:对游梁后臂断点而言正常情况下游梁受到的剪力很小，可以忽略不计，因此横梁只受弯矩作用。通过经验和受力情况分析知，过游

16、梁支座的横截面为游梁的危险截面，危险点在游梁横截面的上边缘。危险点的正应力可由下式计算：式中：A游梁危险截面的横截面面积； 游梁危险截面上危险点的正应力； 游梁危险截面的抗弯模量。取游梁的各个尺寸为：w=500mm h=600mm k=20mm b=50mm把上面的尺寸代入上面的公式中，通过计算可得：游梁的最大应力由于游梁材料的许用应力为70MPa 43.66 MPa。所以尺寸满足强度要求。3.7、曲柄销疲劳强度校核、轴承选择和轴承的强度校核曲柄销轴受剪切应力。材料选用45钢调质，弯曲疲劳强度，剪切疲劳极限，取安全系数s=2.5。 定图3-9 曲柄销结构示意图选曲柄销处轴承只受径向力，预选6类

17、轴承。根据曲柄销轴径选取轴承6205CE,内径25mm，外径52mm，宽17mm。轴承受力等于连杆受力。即轴承受力。计算轴承寿命：查机械设计手册取基本额定载荷 ，取温度系数根据计算结果所选轴承达到预期寿命。符合要求。设计小结通过此次设计让我们进一步对机械设计课程有了更深的了解和认识，这次设计过程中遇到种种问题导致我不得不反复修改使得结果正确合理。比如：在选择材料过程时，如果材料选得不合理，将会导致设计出来的连杆，销，轴承等强度不够而失败。在一个就是设计过程中基本所有公式都是书上的，所以此次设计相当于让我们重温了一下机械设计，机械原理及工程制图。这次设计反应出自己许多的不足，让自己在做的时候能够重新做到再学习，把知识掌握的更好，为后面的学习夯实了基础。参考文献1机械设计基础高等教育出版社 杨可桢 程光蕴主编（第五版）19992机械原理 高等教育出版社 孙桓等 主编 （第七版）20063机械设计 高等教育出版社 濮良贵 主编 （第七版）20064机械原理课程设计 科学出版社，王淑仁主编 20065机械设计课程设计 华中科技大学出版社，唐增宝等主编（第二版）19986游梁式抽油机设计计算 石油工业出版社 张建军主编 20057单辉祖.材料力学I第三版，高等教育出版社；8石油天然气行业标准SY/T5044-2003，2003.08.01。