毕业设计（论文）-低渗透井用智能型抽油机设计.doc

本科生毕业设计（论文） 题题 目：目：低渗透井用智能型抽油机设计 学生姓名：学生姓名： 系系 别：别： 机机电电工程工程 专业年级：专业年级： 机械机械设计设计制造及其自制造及其自动动化化 指导教师：指导教师： 2011 年 06 月 10 日 中国石油大学胜利学院本科生毕业设计（论文） 摘要 本课题主要针对低渗透井存在的各种问题，提出了低渗透智能型抽油机的设计思 路及设计过程。本设计从传动路线着手，先提出采用滚珠丝杠副传动的设计方案，以 改善传统抽油机所存在的问题，保证传动精度，电机部分采用可控电机，实现智能操 作。由此根据各参数及技术要求确定出个零部件的结构，经反复计算、修正最终确定 零件的结构及尺寸。根据各零部件的尺寸、安装要求及其他技术要求，最终设计出低 渗透智能型抽油机。 关键词关键词：抽油机；滚珠丝杠；低渗透；安装；定位 中国石油大学胜利学院本科生毕业设计（论文） ABSTRACT The main subject of low permeability wells for the various problems presented low permeability of intelligent design idea of pumping and the design process. Transmission line from the start of the design, first proposed by the design of ball screw drive to improve the problems of conventional pumping unit, to ensure transmission accuracy, the motor part is controlled motor, intelligent operation. Thus the technical requirements of the various parameters and determine the structure of two parts, the repeated calculation, the amendment to finalize the structure and size of parts. The size of the various components, installation requirements and other technical requirements, the final design of intelligent pumping unit of low permeability. Keywords: Pumping unit; Ball screw;Installation;Low permeability；Location 中国石油大学胜利学院本科生毕业设计（论文） 前言 抽油机是开采石油的一种机器设备，其作用是通过减速箱、曲柄连杆或其他杆件 机构等将动力机的旋转运动转变为抽油杆和抽油泵的往复运动，从而实现抽油和排油 过程，并悬挂抽油杆，承受载荷并通过加压的办法使石油出井，抽油机是一种地面动 力传动装置。 常用抽油机用于低渗透井用时存在一些问题：常用抽油机的速度较快，会存在低 渗透井的渗油速度小于抽油速度的情况。若将常用抽油机用于低渗透井采油时，会抽 出含沙量较高的油，不仅影响油液质量，而且会造成抽油机的功率浪费。 因此采油时有时会采用采用间歇采油，即等油液渗出量一定时再开机抽油。这种 间歇采油方式容易出现很多问题：（1）经常开机、停机对机器的冲击很大，严重影 响机器的使用寿命；（2）产生沙埋现象，长时间容易造成机器不能正常工作，甚至 造成油井的堵塞；（3）机器开机时功率损耗非常大，经常开机会造成严重的能量损 耗；（4）由于电机转速较高，常用抽油机采用多级减速箱减速，但经多级减速后， 减速器输出的转速仍不理想，抽油机得不到理想的冲次，同时多级减速也会造成功率 的损耗。 本课题主要针对低渗透井存在的各种问题，提出了低渗透智能型抽油机的设计思 路及设计过程。本设计从传动路线着手，先提出采用滚珠丝杠副传动的设计方案，以 改善传统抽油机所存在的问题，保证传动精度，电机部分采用可控电机，实现智能操 作。论文部分主要介绍设计内容及设计步骤。 中国石油大学胜利学院本科生毕业设计（论文） 目录 第一章 概述.1 1.1 抽油机简述.1 1.2 常用抽油机存在的问题及解决方案.1 1.3 抽油机的设计要求.2 1.4抽油机的平衡.2 1.4.1 平衡原理.2 1.4.2 平衡方式.3 1.5 抽油机平衡方式的选用.3 第二章 抽油机的各种参数.4 第三章 滚珠丝杠副.6 3.1 滚珠丝杠副的基本知识.6 3.1.1 滚珠丝杠副的组成及工作原理.6 3.1.2 滚珠丝杠副的特点.6 3.2 滚珠丝杠副的安装方式及支承方式.7 3.3 防止滚珠丝杠副逆传动的方法.9 3.7 注意事项.10 第四章 滚珠丝杠副的选用.11 4.1 滚珠丝杠副的承载能力及其计算.11 4.2 滚珠丝杠副型号的选择.12 第五章 配重箱及配重块的设计.13 5.1 配重箱的粗略计算.13 5.2 配重箱的设计计算：.14 中国石油大学胜利学院本科生毕业设计（论文） 5.3 配重块的计算.15 第六章 抽油机滚珠丝杠部分的设计.18 6.1 滚珠丝杠部分的设计.18 6.2 轴承的选择.20 6.2.1 深沟球轴承.20 6.2.2 推力球轴承.21 6.3 套筒的设计.22 6.4 轴承座的设计.23 6.5 密封件的选用.24 6.6 滚珠丝杠的安装.24 第七章 联轴器的设计.27 7.1 齿式联轴器的基本知识.27 7.2 齿式联轴器的设计.27 第八章 电动机和减速箱的选用及安装.29 8.1 电动机和减速箱的的选用.29 8.2 电机减速箱的安装定位.30 第九章 导向轮.31 9.1 结构设计.31 9.2 各零件的设计、选用及安装.31 第十章 钢丝绳的选择及钢丝绳论的设计.33 10.1 钢丝绳的选择.33 10.2 钢丝绳论的设计.34 第十一章 井架结构.35 结论.36 参考文献.37 致谢.38 中国石油大学胜利学院本科生毕业设计（论文） 1 第一章 概述 1.1 抽油机简述 一抽油机的概念 抽油机属于地面动力传动装置，其作用是通过减速箱、曲柄连杆或其他杆件机构 等将动力机的旋转运动转变为抽油杆和抽油泵的往复运动，实现抽油和排油过程，并 悬挂抽油杆，承受载荷。 二抽油机的分类 目前常用的抽油机主要有游梁式抽油机和链条式抽油机。 （1）游梁式抽油机 游梁式抽油机也称梁式抽油机、游梁式曲柄平衡抽油机，指含有游梁，通过连杆 机构换向，曲柄重块平衡的抽油机，俗称磕头机。从采油方式上为有杆类采油设备 （从采油方式上可分为两类，即有杆类采油设备和无杆类采油设备）。 （2）链条式抽油机 链条式抽油机是我国技术人员独创的一种无游梁抽油机，具有惯性载荷小、冲程 长度大、重量轻、节省电能等优点，已在多个油田使用。 链条式抽油机的主要特点是采用了轨迹链条的换向机构，轨迹链条上有一个特 殊的链节，其上装有主轴销和滑块，主轴销可在滑块的铜套中转动，滑块和往返架相 连，并可在其中作水平滑动。 1.2 常用抽油机存在的问题及解决方案 一存在的问题 对于渗油量小的井，由于渗油量小于抽油量，容易使抽出的油含沙量较高，油液 质量不好，同时会造成抽油机的功率浪费。若采用间歇运动，容易出现： 沙子堆积，产生沙埋现象，长时间容易造成井的堵塞； 经常开机、停机对机器的冲击和摩擦较大，不利于机器的寿命； 中国石油大学胜利学院本科生毕业设计（论文） 2 能量损耗较严重。另外，电机转速较高，经一级减速器减速后，输出的转速仍 不理想，抽油机得不到理想的冲次。 二解决方案 根据以上存在的问题提出解决方案：采用丝杠连接电机和抽油杆中间部分，丝杠 每分钟转数和导程的乘积即为抽油杆的速度，即使电机输出转速很高，传递到抽油杆 的速度也不会很大，可以解决以上存在的问题。 1.3 抽油机的设计要求 所设计的抽油机要求为：小柱塞、连续、慢速工作。 根据地下渗油的快慢，应使柱塞的冲程和冲次可调，同时要求： （1）冲次低，冲程尽量不要太短； （2）一般要求油液的液面高于泵 150 米左右，一般不超过 300 米； （3）注意泵效问题，由于泵的泄露及抽油时所受的阻力等都会对泵的效率 产生影响。 通常所用的传动路线为：电机-减速器-带轮-抽油杆，总的效率很低，此设计采 用滚珠丝杠传动，效率可达 99%以上，同时由于滚珠丝杠摩擦小，因此磨损小，效率 高。 电机选用带刹车系统的变频电机，在上行程和下行程中，电机的频率、转速均可 通过外接计算机控制调节，因此柱塞的冲程、冲次、频率及速度、加速度均可调，也 可以防止丝杠自行下滑。 1.4 抽油机的平衡 1.4.1 平衡原理 抽油机工作时，在上、下冲程中，电动机所承受的载荷相差很大。上冲程时，悬 点静载荷主要是抽油泵柱塞以上的液注重量与抽油杆重量之和，提起这部分重量电机 需要做很大的功；而下冲程时，液注重量转移到固定阀上，悬点仅承受抽油杆的重量， 电机不仅无需做功，反而由于抽油杆靠自重下落，使电机处于发电状态。因此，在上、 下冲程中，电机的负载极不均匀，加上悬点运动速度与加速度变化，更加剧了这种不 中国石油大学胜利学院本科生毕业设计（论文） 3 均匀性，结果使抽油机震动加剧，电机、抽油泵等效率降低，寿命缩短，抽油杆断裂 现象增加，能耗过多。应采用平衡装置，尽可能使电机在上、下冲程中的负载接近相 等，以避免上述不良现象。 1.4.2 平衡方式 目前的抽油机主要采用机械平衡和气动平衡两种平衡方式。 （1）机械平衡 根据平衡重装设的位置，机械平衡又分三种： 游梁平衡：在游梁的尾部装设一定重量的平衡板，这是一种简单的平衡方式， 适用于 3 吨以下的轻型抽油机。 曲柄平衡：这是一种在油田上常用的平衡方式。顾名思义是将平衡块装在曲柄 上，适用于重型抽油机。这种平衡方式减少了游梁平衡引起的抽油机摆动，调整比较 方便，但是，曲柄上有很大的负荷和离心力。 复合平衡：在一台抽油机上同时使用游梁平衡和曲柄平衡。此种平衡方式，小 范围调整时，可以调整游梁平衡：大范围调整时，则调整曲柄平衡，适用于中深井。 这样，只要平衡重配置合理，既可以消除下冲程时点击做负功的现象，又可以减 少上冲程时电机的能量消耗，使上、下冲程中点击做功接近相等。 （2）气动平衡 利用气体的可压缩性，使得上、下冲程时电机做功接近相等，已获得平衡。下冲 程时，抽油机自重和电机带动气缸活塞压缩气体，将能量以压能的形式储存起来；上 冲程时，气体膨胀推动活塞，帮助电机提起抽油杆柱及柱塞上部的液柱。对于一定的 气缸活塞面积，只要气体压力合适，同样可以达到平衡电机做功的目的。这种平衡方 式大多应用在链条式抽油机，游梁抽油机也有应用。 1.5 抽油机平衡方式的选用 本设计中，抽油机的平衡方式采用机械平衡，因此在丝杠上需加配重箱，以使抽 油机上下行程中的功率相差不大，以达到机械平衡。 中国石油大学胜利学院本科生毕业设计（论文） 4 第二章 抽油机的各种参数 一.原始参数 1.泵挂 m650 2.液面 m500 3.回压 MP5 . 0 4.油管 （外径，壁厚） 8 3 2mm 3 . 60mm5 5.油杆 （）mm 9 . 15 8 5 6.日产液 22.5 方 7.冲程 m3 8.最大悬点负荷 KN20 9.泵径 mm38 10.液阻 （估计）kg20 二计算参数 1.杆重 kgmmkg1040650/6 . 1 2.液重 kgmmkg570500/141 . 1 33 3.回压 （）kg100MP5 . 0 4.液阻 约kg200 合计 kgkgkgkgkg19102001005701040 取KNNkgNkg 7 . 1818718/8 . 91910KN20 5.配重 约（最大悬点负载，按 75%计算）kg150%80%60 三产液量及速度 1.每冲程产液 （泵效）kgkgmmkg9 . 291 . 2 85 . 0 3/141 . 1 3 85 . 0 2.每分钟冲程数 取 0.6 次598 . 0 60249 . 2 10005 . 2 中国石油大学胜利学院本科生毕业设计（论文） 5 3.单程平均时间 s502 6 . 0 60 4.最大上升速度 速度-时间（v-t）图如下图 2-1 所示： 图 2-1 速度-时间图 起重、减速时间设为 4S： 由图可求出最高上升速度为 min/6 . 3/0652. 046/3msm 5.平均移动速度 min/6 . 3/06 . 0 50/3msm 6.设丝杠导程为 mmP12 ， 则丝杠平均转速为 min/30012/10006 . 3rv 丝杠最高转速为 min/32612/1000913 . 3 max rv 四电机及减速器的各种选择参数 1.电机的选择 选用 2.2/1420 的电机 （即 2.2KW，1420r/min） 2.减速器的选择 减速比，取或 356 . 4 1 1420 326 32 . 4 1 u 25 . 4 1 或取（留有储备量） 41 . 3 1 u277 . 1 41 . 3 356 . 4 功率WsmKNvFP56.345/0652, 03 . 5 电机功率WuP 3 . 101 41 . 3 56.345 56.345 电机 中国石油大学胜利学院本科生毕业设计（论文） 6 第三章 滚珠丝杠副 3.1 滚珠丝杠副的基本知识 3.1.1 滚珠丝杠副的组成及工作原理 一滚珠丝杠副的组成 滚珠丝杠副是由丝杠，螺母，滚珠组成的机械元件。其作用是将旋转运动转变为 直线运动，或逆向由直线运动变为旋转运动。丝杠、螺母之间用滚珠做滚动体。 二滚珠丝杠副的工作原理 滚珠丝杠螺母传动是在丝杠与螺母之间放入适量的滚珠，使丝杠与螺母之间由滑 动摩擦变为滚动摩擦的螺旋传动，由丝杠、螺母、滚珠及滚珠循环返回装置等四个部 分组成，如图 3-1 所示 图 3-1 滚珠丝杠副的组成 当丝杠与螺母相对运动时，滚珠就沿着丝杠螺旋轨道面滚动。为防止滚珠沿轨道 面滚出，在螺母上设有滚珠循环返回装置，使得滚珠沿轨道面运动后，能通过这个装 置自动地返回其入口处，继续参加工作。 3.1.2 滚珠丝杠副的特点 一滚珠丝杠副的优点 中国石油大学胜利学院本科生毕业设计（论文） 7 （1）传动效率高。一般情况下，它的机械效率在 99%以上，同时它的逆传动效率 也很高，接近正传动效率，因此它可以比较容易地把直线运动转换为旋转运动； （2）灵敏度高。由于是滚动摩擦，动、静摩擦系数相差极小，无论是静止，还 是高、低速时，摩擦扭矩几乎不变，因而灵敏度高，传动平稳，无颤动、无爬行，同 步性好； （3）定位精度高 。滚珠丝杠副因其摩擦小、效率高，预紧后仍能轻快地传动， 因此它可以通过预紧完全消除间隙，使反向时无空行程，且可以通过预紧给予一定的 预变形来提高轴向刚度。可以实现无间隙传动，刚度强，温升小； （4）使用寿命长。滚珠丝杆副中的主要零件，如丝杠、螺母、滚珠和滚珠循环 返回装置中部分零件，均经热处理，并有很高的表面光洁度，再加上滚动摩擦的磨损 很少，因而有良好的耐磨性，使用寿命是普通滑动丝杠的 4 倍以上，磨损小，精度保 持期长； （5）使用、润滑和维修方便、可靠； （6）可逆向传动，不自锁。在垂直使用或需急停时，应附加自锁或制动装置。 二滚珠丝杠副的缺点 （1）不自锁。因其传动效率高，滚珠丝杠副一般不能自锁。因此在不允许产生 逆传动的地方，如横梁的升降系统等，必须加制动或自锁机构。 （2）结构比较复杂，工艺性差，成本高。 3.2 滚珠丝杠副的安装方式及支承方式 实践证明，螺母座、轴承及其支架的刚度不足，将严重影响滚珠丝杠副系统的刚 度（有时螺母座、轴承及其支架可达总变形量的 50%以上）。为此，螺母座和轴承支 架宜增添加强筋，以减少受力变形;；另外，他们与工作台或床身的接触面积要大， 要有足够的接触刚度;l 连接螺钉要粗而紧；定位销要紧密配合，以免松动。 由于丝杠主要承受轴向力，大多采用推力轴承作支承。在相同尺寸条件下， 推力球轴承轴向刚度比向心推力球轴承及圆锥棍子轴承的轴向刚度要大一倍以上。适 当减小滚珠直径，增加滚珠数量，还可以进一步提高推力球轴承的刚度（如直径减半， 数量加倍，可提高刚度 50%）。推力滚子轴承刚度又比推力球轴承大一倍左右。当轴 向载荷较小，或一个方向的轴向载荷较小时，可不用推力球轴承而用向心推力球轴承， 中国石油大学胜利学院本科生毕业设计（论文） 8 这样，可以减少轴承数量。按照怎样安排承受推力的轴承来分，有以下四种支承方式： （1）第一种支承方式，如图 3-2-1 所示:“双推一自由”支承方式。即两 向的推力轴承均装在一端，另一端自由。这种方式适用于短杠。 图 3-2-1 “双推一自由”支承方式 （2）第二种支承方式，如图 3-2-2 所示: “双推一支承”支承方式。即两方向 的推力轴承均装在一端，另一端装一个或两个向心球轴承，以避免或减少长丝杠因自 重而形成的弯曲(水平安装时)及高速回转时自由端的幌动。这时装推力轴承的一端要 远离热源(如液压马达)和丝杠常用段(因工作频繁而发热)，以免推力轴承因丝杠热伸 长而产生间隙。 图 3-2-2“双推一支承”支承方式 （3）第三种支承方式，如图 3-2-3 所示:“单推一单推” 支承方式。即推力轴 承分装于两端，这种支承方式可以对丝杠进行预拉伸安装。预拉伸安装的好处是: (a)减小或消除因丝杠自重而产生的弯曲变形; (b)在推力轴承预紧力不小于丝杠最大轴向载荷的 1/3 的条件下，丝杠的拉伸压 缩刚度可提高 4 倍; (c)丝杠不会因温升而伸长，温升时只不过减小了预拉伸应力，这样就提高了精 度。 这种支承方式的另一好处是:在任何情况下.，丝杠不承受压力，只承受拉力， 中国石油大学胜利学院本科生毕业设计（论文） 9 因而没有压杆稳定性问题。 图 3-2-3 “单推一单推” 支承方式 （4）第四种支承方式，如图 3-2-4 所示:“双推一双推”支承方式。即两端各装 两个推力轴承。这种支承方式轴承的刚度最高。只要轴承无轴向间隙，杠拉伸压缩刚 度可提高 4 倍。可以进行预拉伸安装，克服热膨胀。但是，当温升超过预计的温升时， 不会象第三种支承方式那样，使丝杠伸长和使轴承产生轴向间隙。只有在超过预计温 升太多的情况下，丝杠才有发生中间弯曲的危险。 这种支承方式只要两端推力轴承的预紧力不小于最大轴向载荷的 1/3，就不会 承受压力，只承受拉力，因而也没有压杆稳定性的问题。 这种支承方式的最大缺点是:实现预拉伸及其调整的方法较第三种支承方式复 杂。 图 3-2-4 “双推一双推”支承方式 3.3 防止滚珠丝杠副逆传动的方法 滚珠丝杠副的逆传动效率很高，不能自锁。用于传动垂直移动部件时，必须 防止当传动中断后，因部件自重而产生的逆传动。 由部件自重产生的使丝杠回转的扭矩为 f M 。防止逆传动的措施就是不让 f M 起 作用，具体方法有： 中国石油大学胜利学院本科生毕业设计（论文） 10 （1）采用不能逆传动的电液脉冲马达、步进电机等驱动元件。 （2）采用不能逆传动的蜗杆传动副等。但这些元件效率低，机械损失大。 （3）采用电磁或液压制动器，当电机一旦不传动时，制动器立即工作将丝杠刹 住。此外，还可选用本身带制动器的电动机。 （4）采用能锁住某一方向传动的超越离合器。 当部件垂直向上移动时，单向超越离合器可自由回转；逆传动时，可以被摩擦阻 尼装置产生的摩擦扭矩刹住，因而防止了逆传动。但是再垂直向下的正传动时，必须 克服这个额外加上的摩擦扭矩。 如果丝杠正、反转两个方向均不允许逆传动时，可再安装一套单向超越离合器和 阻尼装置。 （5）增加双螺母的预紧力。 3.7 注意事项 （1）尽可能避免将螺母与丝杠分开安装的设计。因螺母与丝杠分离后，滚珠将 掉出来。当不能避免时，应备一套筒套在丝杠螺纹的一端，其外径略小于丝杠螺纹滚 道的低径。螺母从丝杠拧出后，套筒即留在螺母内，这样滚珠不会脱落。 （2）安排推力轴承的位置时，尽可能使丝杠在重载荷时承受拉力而不承受压力。 （3）对于螺母的承载凸缘的安排，要尽量使丝杠承受拉伸（或压缩）载荷时， 螺母也同样受拉伸（或压缩）载荷。这样，变形的方向一致，滚珠及滚道受载均匀， 有利于长期保持精度。 （4）丝杠时按承受轴向载荷而设计的。如承受径向载荷，将使丝杠弯曲，滚珠 受载及运转情况恶化，寿命急剧降低。安装在丝杠上的齿轮等有径向载荷的元件，应 使其靠近丝杠的径向轴承，如安装多个齿轮时，应在另一端增加辅助支承。如螺母回 转时，螺母上安装向心轴承来承受径向载荷。减少丝杠螺母所受的颠覆力矩，力求部 件移动阻力的合力通过丝杠中心，或在通过丝杠中心且与导轨平面垂直的平面内。 中国石油大学胜利学院本科生毕业设计（论文） 11 第四章 滚珠丝杠副的选用 4.1 滚珠丝杠副的承载能力及其计算 滚珠丝杠副的承载能力用额定动载荷（C）和额定静载荷（ 0 C ）来表示，它的定 义、计算和选用方法与滚动轴承的基本相同。 按额定动载荷选用： 额定动载荷 C 是指一批相同规格的滚珠丝杠副，经过运转一百万（ 6 10 ）转（相 当于在转速的条件下，运转 500 小时）后,90%d 的滚珠丝杠副（螺纹滚min/ 3 1 33rn 道表面或滚珠）不产生疲劳剥伤（或称点蚀，是滚珠丝杠副的主要失效形式）时的轴 向载荷。 表 3-1 滚珠丝杠的预期工作寿命（h） h L 机床类别工作寿命（h） 一般机床，组合机床 数控机床，精密机床 机床的移动结构和辅助结构 10000 15000 5000080000 表 3-2 载荷性质系数 d f 载荷性质 d f 平稳、轻载冲击 中等冲击 较大冲击振动 11.2 1.21.5 1.52.5 表 3-3 动载荷硬度影响系数 H f 硬度（HRC） 585552.55047.54540 动载荷硬度影响系数 H f 1.01.111.351.561.922.43.85 中国石油大学胜利学院本科生毕业设计（论文） 12 （1）当量轴向载荷（），和当量转速的求法如下： d Pfkg d P d n （） （3-1） 3 2211 3 22 3 211 3 1 tn nnn d tntntn tnPtnPtnP P fkg 其中， 1 P 、 2 P n P 滚珠丝杠副承受的各种轴向载荷（ fkg ）； 1 n 、 2 n n n 承受 1 P 、 2 P n P 轴向载荷时的相应转速（r/min）； 1 t 、 2 t n t 与 1 n 、 2 n n n 相应地各占整个工作时间的百分比 （ 1 t + 2 t + + n t =100%）； 则 （） 2 . 510 8 . 9 5000 d Pfkg min/300rnd （2）额定动载荷值 C 的计算 实际应用中，由于预期的总运转时间（寿命）、转速、载荷性质等与得到额定动 载荷值的条件不同，必须根据已知条件，按式（3-2）折算成与之相当的额定动载荷 值，只有选用的滚珠丝杠副的额定动载荷值等于或大于由式（3-2）计算所得的 C 值， 这些滚珠丝杠副就可在给定的工作条件下和预期的寿命内安全地工作。 （3-2） d n Hdn P f fff C 其中，由机械设计手册查得,转速系数；482 . 0 x f 取寿命，由机械设计手册查得寿命系数；hLh30008 . 1 h f 由表（3-2）查得载荷性质系数；8 . 1 d f 由表（3-3）查得动载荷硬度影响系数。1 H f 4.2 滚珠丝杠副型号的选择 若螺距为 12mm，使用外循环齿差调整预紧的双螺母滚珠丝杠副，则根据可供 选用的最小直径，滚珠丝杠的型号由机械设计手册查得，为 WCh 8012-3.5X1(其 额定动载荷值 C=8000)。fkg 中国石油大学胜利学院本科生毕业设计（论文） 13 第五章 配重箱及配重块的设计 滚珠丝杠上加配重箱的目的是为了在上、下行程中省力，以使电机省功，同时还 可达到机械平衡。 5.1 配重箱的粗略计算 第二章已经确定了配重的总质量为 1500kg。 配重箱的材料：灰铸铁，其密度为 3633 /107 . 6/107 . 6mkgcmkg 井架部分示意图如图 5-1-1，图 5-1-2 所示： 150 丝 丝 丝 丝 丝 丝 丝 800 500 150 500 a b 12 图 5-1-1 主视图示意图 中国石油大学胜利学院本科生毕业设计（论文） 14 27560 50 8080 100 100 图 5-1-2 俯视图示意图 5.2 配重箱的设计计算： 图 5-1 所示，取滚筒直径为，采油设备直径为，采油设备与800mm400mm 滚珠丝杠之间通过带传动连接，所选用的带厚度为 6.5。mm 其中，井架采用 80 60 和 150 100 的方钢。 计算配重箱的尺寸： 配重箱的长度：a250602758002415830mm 配重箱的宽度：c1800100mm14402802 配重箱尺寸示意图如 4-2 图所示: Wch 8012-3.5 1 型滚珠丝杠的螺母外径 mmD125 1 则箱体挖空部分的体积为： bbbRV625.12265 2 125 14 . 3 2 2 1 箱体的质量为 kgm1500 中国石油大学胜利学院本科生毕业设计（论文） 15 图 5-1-3 配重箱示意图 又有 kgbVcbam1500107 . 66256.122651440830- 6 挖空 解得 bmm32.187 箱体壁厚设计为 10，箱体顶部不封闭，为便于加铸铁块，可焊接厚度为 20mm 的钢板。mm 则箱体体积（不包括内部钢管）为： 7 2 101 . 3 2 125 1032.167810142032.1878301440 V 3 mm 箱体质量为： kgmmmmkgVm209101 . 3/107 . 6 376 1 取箱体质量为 M=210。kg 5.3 配重块的计算 配重总质量为 1500，则需加铸铁铁块质量为:kg kgkgkgm12902101500 铁 箱体上表面未焊接钢板时如图 4-3-1 所示，粗略计算铸铁块的位置： 中国石油大学胜利学院本科生毕业设计（论文） 16 150 810 830 1440 1420 B C A D 图 5-3-1 箱体俯视图 取铸铁块尺寸为:长 105mm，宽 65mm，高 45mm，则每块铸铁块的质量为： kgVm05 . 2 10.764565105 6- 铁块铁 则 A、B 区域每排可装 7 块铸铁块，每块间隙为 12mm，一共可排 9 排，每排间隙 为 5.5mm。 C、D 区域，每排可排 3 块铸铁块，共 2 排。 铸铁块分布如图 4-3-2 所示。 B C A 丝 9丝 图 5-3-2 铸铁块分布图。 中国石油大学胜利学院本科生毕业设计（论文） 17 则每层可排铸铁块 块，13826279n 可以排 层4 45 45.183 则铸铁块的总数为 块55213844 nN 铸铁块总质量 kgmNM 6 . 11315.02552 铁铁 与理论配重质量相比较 kg 4 . 158 6 . 11311290 还需要增加块，取 74 块。 3 . 77 05 . 2 4 . 158 n 则一共需要铸铁块块62674552 总 N 原设计的配重箱箱体高度还需加高一层，mmh2284545.183 因考虑需要留有大于 50mm 的余量，取箱体高度为 310mm。 则箱体和配重块的总质量（不包括焊接钢板和钢管）为： 5.02626 2 125 103008101420310830144010.76 2 6- 总 M kg1453 计算的配重箱质量略小于理论所求的配重箱质量，故还需加铸铁块 块2305 . 2 / )14531500( n 共需铸铁块 649 块 则箱体和配重块的总质量为： kgmnmM5.415395.02649209 1 铁总 计算总质量略大于理论配重箱质量，此设计比较合理。 中国石油大学胜利学院本科生毕业设计（论文） 18 第六章 抽油机滚珠丝杠部分的设计 6.1 滚珠丝杠部分的设计 本设计采用螺距为，使用外循环齿差调整预紧的双螺母滚珠丝杠副，供选mm12 用的滚珠丝杠的型号由机械设计手册查得，丝杠型号为 WCh 8012-3.5X1，材料 可选用氮化钢 35CrMoAl，该丝杠的外径为，抽油杆行程为 3.6m,考虑配重箱mm80 的尺寸，取丝杠传动部分的长度为。为减轻丝杠的重量，丝杠采用中空结构，mm4300 在强度允许的情况下中空部分取。mm60 轴与联轴器连接处开键槽，尺寸根据轴径参考机械设计手册选择。与轴承配 合处加工时要保证精度要求及表面粗糙度要求。安装时采用螺母调整轴向位置，考虑 防松问题，选用圆螺母与止动垫片，因此在轴上需开装止动垫片内卡抓的卡槽。 丝杠各部分结构及尺寸如图 6-1 所示： 其中，加工时将丝杠与轴用的销连接为一体，配合采用紧过盈，然后将mm12 丝杠和轴承作为一体同时加工，以保证丝杠与轴的同心度，保证丝杠的传动精度。轴 用于安装轴承及联轴器等零件。 中国石油大学胜利学院本科生毕业设计（论文） 19 图 6-1 丝杠零件图 中国石油大学胜利学院本科生毕业设计（论文） 20 6.2 轴承的选择 由于丝杠传动过程中同时承受轴向力和径向力，因此选用深沟球轴承和推力球 轴承，并成对使用。 6.2.1 深沟球轴承 一基本组成 深沟球轴承是滚动轴承中最为普通的一种类型。基本型的深沟球轴承由一个外圈， 一个内圈、一组钢球和一组保持架构成。 深沟球轴承类型有单列和双列两种，单列 深沟球轴承类型代号为 6，双列深沟球轴承代号为 4 二原理 深沟球轴承主要用于承受纯径向载荷，也可同时承受径向载荷和轴向载荷。当其 仅承受纯径向载荷时，接触角为零。当深沟球轴承具有较大的径向游隙时，具有角接 触轴承的性能，可承受较大的轴向载荷 。深沟球轴承的摩擦系数很小，极限转速也 很高， 特别是在轴向载荷很大的高速运转工况下，深沟球轴承比推力球轴承更有优 越性。 三构造 深沟球轴承结构简单，与别的类型相比易于达到较高的制造精度，所以便于成系 列大批量生产， 制造成本也较低， 使用极为普遍。深沟球轴承除基本型外， 还有 各种变型结构，如：带防尘盖的深沟球轴承，带橡胶密封圈的深沟球轴承，有止动槽 的深沟球轴承，有装球缺口的大载荷容量的深沟球轴承，双列深沟球轴承 四特性 深沟球轴承是最具代表性的滚动轴承，用途广泛。适用于高转速甚至极高转速的 运行，而且非常耐用，无需经常维护。该类轴承摩擦系数小，极限转速高， 结构简 单，制造成本低，易达到较高制造精度。 尺寸范围与形式变化多样，应用在精密仪 表、低噪音电机、汽车、摩托车及一般机械等行业，是机械工业中使用最为广泛的一 类轴承。主要承受径向负荷，也可承受一定量的轴向负荷。 选取较大的径向游隙时轴向承载能力增加，承受纯径向力时接触角为零。有轴向 力作用时，接触角大于零。一般采用冲压浪形保持架，车制实体保持架，有时也采用 中国石油大学胜利学院本科生毕业设计（论文） 21 尼龙架。 深沟球轴承是最常用的滚动轴