常规型抽油机悬点载荷结构设计毕业论文

常规型抽油机悬点载荷结构设计毕业论文目录第一章绪论 11.1游梁式抽油机技术发展 11.1.1我国抽油机的现状 11.2常规性游梁式抽油机的工作原理及节能原理 21.2.1工作原理 21.2.2节能机理 21.3节能型抽油机技术发展方向 41.3.1智能控制是采油设备发展的方向 41.3.2基础材料的研究应用即将造就一个立式抽油机时代 51.3.3采油设备向通用化和个性化发展 51.3.4采油设备向艺术性发展 51.4游梁式抽油机优化设计数学模型的研究 5第二章计算部分 72.1设计原始数据 72.2结构组成 72.3主要参数 82.4建立动力模型示功图 82.5运动学计算 92.5.1常规游梁式抽油机几何关系计算式 92.5.2光杆（悬点）加速度计算式 102.5.3悬点载荷计算式 102.5.4扭矩因数和光杆位置因数计算式 102.5.5减速器净扭矩计算式 102.5.6抽油机扭矩因数几几何计算 112.6设计原始参数 112.6.1参数 112.6.2抽油机几何结构尺寸 112.7运动学的运算 12第三章主要部件的设计计算 143.1电动机的选择计算 143.2计算传动比及减速器的选择 143.2.1抽油机的总传动比 143.2.2选减速器 153.2.3带的传动比 153.3传动装置的运动和动力参数的计算 153.4带传动的设计 16第四章抽油机的各结构的强度校核 194.1连杆的应力分析与强度校核 194.2曲柄连接设计强度校核 204.3游梁的应力分析及强度校核 224.4游梁支承的强度校核 254.5滚动轴承的选择和寿命计算 28结论 30参考文献 31致谢 32附录一中文译文 i附录二外文资料原文 v常规游梁式抽油机设计第一章绪论1.1游梁式抽油机技术发展抽油机产生和使用由来已久，迄今已有百年的历史。应用最早，普及最广的应属游梁式抽油机，早在120年前就诞生了，目前，在各个产油国仍在大面积地广泛应用。美国拥有40万台，我国拥有2.7万台，前苏联拥有4万台，一百多年，游梁式抽油机的结构和原理没有实质性的变化。结构简单，易损件减少。可靠性高，耐久性好，操作维修方便，是其百年经久不衰的根本原因。1.1.1我国抽油机的现状目前，我国抽油机主要制造厂有十几家，产品主要以游梁式抽油机为主，约占抽油机总数的98%至99%,有30多种规格，并已形成了系列，前置式抽油机，异相曲柄平衡抽油机，前置气平衡抽油机，配有CJT型节能拖动装置的常规型抽油机，和用窄V带传动的常规型抽油机等均与在各个油田推广应用，并取得了显著的经济效益。常冲程、低冲次的无梁式抽油机的研制也取得了也一些进展，如胜利油田设计并并与有关厂家协作生产的链条式常3冲程抽油机，已有近千台在各油田投入使用，在低冲程抽油机和抽稠油方面已初见成效。此外，桁架结构的滑轮组增拘束抽油机，滚筒式长冲程抽油机进入了实用阶段；次轮增距式长冲程抽油机的研制工作也取得了新的进展。重量轻、成本低、便于调速和调整冲程的液压抽油机，经过几年的研制和工业性试采油也积累了一定的经验，其它形式的新颖抽油机加代传动游梁式抽油机，新型遥杆抽油机，大轮式游梁抽油机，留连干游梁式抽油机也正处于开发和研制过程中。然而，游梁式抽油机的缺点是不容易实观长冲程、低冲次的要求，因而不能满足稠油井，深油井和含气井采油作业的需求。同时长冲程、低冲次的游梁式抽油机尚待完善，（如油田正在使用的链条式抽油机还存在链条寿命短，换向冲击载荷大河钢丝绳易断，导轨刚度不足容易变形等问题）而且品格还很少，不能适用于当前石油工业的发展，液压抽油机至今还处于研制阶段。所以我国抽油机的发展方向是：(1)改造现有常规型游梁式抽油机，加速开发新型节能抽油机；(2)加速开发各类长冲程抽油机；(3)继续加紧研制液压抽油机。1.2常规性游梁式抽油机的工作原理及节能原理1.2.1工作原理电动机通过皮带和减数器带动曲柄作匀速圆周运动，曲柄通过连杆带动四连杆机构的游梁以支架上中央轴承为支点，做上下摆动，带动游梁前端的驴头悬点连接抽油杆柱、油泵柱塞做上下往复直线运动，实现机械采油。当悬点（抽油杆）上冲程时，抽油杆柱带动油泵活塞上行，油泵的游动阀（排出阀）受阀自重和油管液柱压力的作用而关闭，并提升柱塞上部的液体。与此同时柱塞下面的泵筒空间里的压力降低，当其压力低于套管压力时，该空间的液体将顶开油泵固定阀（吸入阀）而进入抽油泵活塞上冲程所让开的泵筒空间；当柱塞下行时，油泵的固定阀靠自重下落而关闭，泵筒的液体受到压缩，在柱塞继续下行过程中，泵的压力不断增高，当泵压力增至超过油管液柱压力时，将顶开油泵的游动阀是泵筒的液体进入油管。由于油泵柱塞在抽油机的带动下，连续做上下往复运动，因而油泵的固定阀和游动阀也将交替地关闭与打开，完成抽油泵的抽吸工作循环。概括地说：柱塞上行时，将柱塞之上的液体排入输油管线，将泵外的液体吸入泵；柱塞下行时，将柱塞之下油泵的液体吸入柱塞之上的油管。这样周而复始地工作时，原油就源源不断地被采出。图1-1工作原理图1.2.2节能机理作为一种采油设备是否节能可从两个方面表现出来，即在相同工况下，工作电耗的大小及产生液量的多少，用电动机驱动的抽油机，其输入的电能大部分转化位举生液体的机械功，其余部分则消耗于热损失和摩擦损失。异相机与常规机相比，在相同工况下，如果忽略产液量增加的因素，他们举升液体所做的机械功是相等的。因此，是否节能则取决于热损失和摩擦损失的大小。对于有杆泵系统来说，热损失即使电动机平衡电流的函数，同时也是电流波动量的函数。热损失的大小可通过一个周期载荷系数CLF来反映它可用下是来表达：1-1式中：I1～In—曲柄在位置1，2，3...,n处时电动机的瞬时电流，A;n—电流测量的次数。由式1-1可以看出，电流的均方根值愈大愈接近平均电流值，CLF愈小，热损失也愈小；反之；电流值均方根之愈大；CLF愈大，热损失也愈大，因为Tn就是电动机负载，Tn与I成正比例关系，所以Tn波动愈大，电流的均方根值也愈大；Tn波动愈小，电流的均方根之愈接近平均电流值。异相机的热损失小于常规机，这说明了使用异相机时，有杆泵系统的地面效率比使用常规机要高。有杆泵系统的井下效率是通过光杆功率PRHP来反映的，可用下式表达：1-2式中：HPh—举升液体所需功率，称“谁功率”；KWHPf—克服井下摩擦阻力等损失的动力，称“摩擦功率”；KW如前所述，在相同工况下，异相机和常规机相的HPh是相等的，但前者的HPf小于后者，因此，异相机的PRHP小于常规机，所以他的井下效率也较高。有杆泵系统中，电动机实耗动力Px可按下式计算，即：1-3式中：η—从电动机到悬点之间的地面传动效率；在相同工况下，异相机的PRHP和CLF均小于常规机，而且当两种机型配用同一类型的电动机及传动带时，二者之间η的差别也很小，由此可见，使用异相机市教委省电的，其节电率ηe可由下式算出，即：1-4式中：RXC—常规抽油机的实耗动力，KW；RXC—异相机的实耗动力，KW；综合近几年国文献中关于异相机大致可概括为：大偏置角异相机，ηe=20%～30%,小偏置角异相机，ηe=10%～20%。但应指出的是上述数据均为理论计算结果，在实际使用过程中，由于总宗宗因素的影响，ηe一般达不到上述指标的上限值。因此作为一个应用课题的研究，还是应以现场实验中实测得的节电率为准。有关专家比较一致人为的是在现阶段，把异相机的节电率定为ηe≈10%～15%市教委合适的，对于10型和10型以上的异相机壳去上限值ηe=15%。在K.E布郎教授主编的《升举法采油工艺》一书中讨论了游梁式抽油机的几何外形对泵行程的影响，指出：游梁式抽油机的几何外形及动力学设计，对其扭矩载荷，结构载荷，抽有杆载荷以及井下泵的排量有重大影响。模拟计算结果表明，前置抽油机与常规机相比，在相同工况下，前者的活塞有效行程增大5%,产量提高5%。异相机可增加产液量的原因有以下两点：(1)在上冲程即将结束时，异相机的光杆加速度明显比常规机要大，所以他有较大的惯性超冲程。又因为异相机上冲程运行时间长，抽油杆感和活塞的运行速度比常规机要低，所以由摩擦阻力产生的冲程损失也较小，故使用异相机时，活塞的有效行程较大。(2)因异相机上冲程运行时间较长，则固定法开启的时间也较长；同时，上冲程中活塞的运行速度较小，股友也进入泵筒的阻力减小，压差增大。考虑到使用异相机是漏失量将会增大，因此，增加的排液量大于漏失量增大而减小的排液量，则表明油井增产。经计算，只要漏失量小于50%，增加的漏失量均小于上述两项增量之和。所以，多次现场实验证明，使用异相机都有一定增产效果，而增产率却因具体情况的不同而有较大的差异。1.3节能型抽油机技术发展方向1.3.1智能控制是采油设备发展的方向智能化节能型游梁式抽油机是今后传统游梁式抽油机发展的的趋势和方向。变矩平衡原理和智能控制相结合，造就了一个新游梁式抽油机的新时代。游梁式抽油机发展的最高阶段是智能化。也就是油井有多少油就抽多少油悬点载荷有多大其配重就自动调到多大。这无疑是最理想的智能型抽油机。但是做到这一点受到技术和财力的限制难以实现，即使研制成功也难以推广。因此，游梁式抽油机的智能化问题也就是通过电子装置和机械方式使游梁式抽油机尽可能工作在平衡状态下。1.3.2基础材料的研究应用即将造就一个立式抽油机时代长冲程、低冲次、大排量、重负载抽油机是国外机械采油设备的发展方向。20世纪80年代以来，各种无游梁抽油机相继制成并投入使用，标志着我国有杆抽油机技术的发展有一个很大的提高。有关专家指出，今后我国10型以上抽油机，将大量采用无游梁抽油机在实现长冲程、大排量、重负载的同时，还具有体积小、重量轻、动负载小、冲次低、耗能少等一系列优点。当电气元件、材料、结构简单的问题得以解决以后，在10型以上抽油设备中将会出现一个立体抽油机时代。1.3.3采油设备向通用化和个性化发展将抽油机的机型、零部件进行统一规起来，特别是底座、基础（预埋件），这将节省大量的人力、物力和财力。在节能抽油机的推广中就可实现油井用机的互换。对实现抽油机品种的多样化，产品系列化、标准化、通用化，使用科学化极为有利。对特殊油田区块的特殊工况抽油机的研制，则应强调针对性强、个性突出的特点。1.3.4采油设备向艺术性发展采油设备向艺术性发展应结合工业造型设计和人机工程学等相关知识理念，使采油社备切底摆脱傻，大，笨，粗的形象，以新颖的造型和宜人性的新姿态出现在人们面前。采油设备的造型设计，是具有实用工能的造型。不仅要满足工作的需求，提供人们使用，而且要求其样式、形态、风格、气氛给人溢美的感觉和艺术享受，让人们看到它就是能接受它，爱惜它、不讨厌它。起到美化生产环境，满足人们审美要求的作用。1.4游梁式抽油机优化设计数学模型的研究游梁式抽油机是油田应用最多的抽油机机型，也是油田的耗能、费用支出大项。因此以设计性能优良、满足油田要求、制造成本低、运动动力性能优、节能效果好的抽油机占领市场一直是抽油机生产厂家和研究单位追求的目标，许多学者进行抽油机结构参数优化设计研究就是为达到这一目标而展开的。从1984年开始经过近20年的研究，特别是近lO年的研究，人们对抽油机优化设计的数学模型已经有了较清楚的认识，这对促进抽油机设计水平的提高具有重要意义。首先，在进行抽油机优化设计时应该取抽油机的主参数作为优化设计变量，即设计变量除包含抽油机的杆长等结构参数外，还应包括平衡参数等，在选取寻优目标函数时，除考虑运动参数的优选外，还必须进行动力参数的优化。一般应按照“能耗要小、质量要轻、练台性能指标要合理的多目标函数寻优准则进行。同时，人们的设计实践表明：选择不同的抽油机“模型示功图”作为设计抽油机的标准，所设计出的抽油机结构尺寸和平衡参数，抽油机的运动、动力性能是有区别的，因此在进行抽油机的优化设计前，有必要先对所设计抽油机的应用场合进行调研，按照其主要应用油田的示功图特性，选择合理的设计模型示功图，再进行抽油机参数的优选。对于抽油机优化设计算法的选取，普遍认为：选用在非劣解中寻优解的算法较为台适。这主要是因为抽油机优化设计是一多目标优化设计问题，在按照某一个或少数几个目标确定的最优解，有可能使其他性能指标严重变形，这样首先确定若干非劣解，就为设计人员进行分析和优选创造了更为广泛的选择空问。利用上述方法和理论建立的优化算法所设计的抽油机，一般比采用常规技术设计的抽油机总质量可减轻5％，能耗下降10％左右，有着显著的社会、经济效益。因此，抽油机优化设计技术应该在抽油机生产厂家广泛推广。第二章计算部分2.1设计原始数据悬点最大负载：80KN冲次：12次/分冲程：3m2.2结构组成CYJY14—5.4—73HB抽油机主要有底座,悬绳器，支架总成，驴头，游梁，横梁，连杆装置,曲柄装置，减速器，游梁支承，电机装置和刹车装置等部件组成。底座：有底盘、机座两部分组成、底盘由工字钢、槽钢组焊而成。机座由钢板焊成箱形结构、机座上安装减速器、底盘前端安装支架、后端安装电机装置、底座和机座两端各打有中心线标记，以安装找正时使用。悬线器：是驴头与光杆相互联接的部件。是由光杆卡瓦、支架、钢丝绳组成。钢丝绳穿入锥套，并用锌浇结成一体，锥套承受全部载荷。支架：由型钢组焊而成。支架下端与底座连接。支架配有梯子，供安装和检修使用。支架可根据用户要求提供塔式构架。三角支架或三点式支架。驴头：由钢板组焊而成，撤掉左（或右）侧两个销轴时可使驴头向右（或左）侧转180度，是修井作业非常方便，也可以根据用户要求提供上翻悬挂，自让位等其它形式的驴头。游梁：由钢板组焊而成，前端与驴头连接，后端与横梁连接；中部有四个长孔，固定在游梁支承上，靠四个调整螺栓对游梁进行微调，使驴头悬点对准井口中心。横梁：由钢板组焊而成箱型截面梁，其上装有支座，由芯轴，轴承座和一个双列向心球面滚子轴承组成。连杆装置：由无缝钢管和上、下接头组焊而成的连杆，连杆销，曲柄销及曲柄销轴承座组成。上端靠连杆销与横梁连结，下锥面配合有螺栓与轴承座相连，曲柄销用左右旋紧螺母紧固在曲柄上，曲柄销螺母可根据需要配备三棱梅花螺母。曲柄装置：两个曲柄装置对称的固装在减速器的从动轴上，曲柄上有若干个直径相同的曲柄销孔，将曲柄销紧固在不同的曲柄销孔里，既可得到不同冲程长度。曲柄装配有齿条，用来调节平衡块在曲柄上的位置。减速器：减速器为分流式两极圆弧齿轮传动机构，其技术规如前所述。减速器由电机通过五根窄V带（6V--）带动，从动轴两端装有曲柄，通过连杆、横梁牵动游梁上下摆动。主动轴一端安装有大袋轮，另一端安装刹车装置，主动轴和中间轴为齿轮轴。齿轮采用键和过盈配合与轴相联接。从动轴每端开有两个互为90度的键槽，抽油机工作相当时期后，将曲柄转过90度与新的键槽配合，使最大负载移到磨损较小的齿上，从而延长使用寿命。由O型密封嵌入的轴承盖、挡尘圈、回油槽和孔等组成了减速器轴端密封结构。箱体部分涂有密封胶。游梁支承：是由轴、轴承座和两个单列向心、短圆柱滚子轴承组成，轴承座与游梁相连结。电机装置：电机装在导轨上，导轨紧固在电机底座上。电机相对底座可前后移动。前后左右四个方向调整距离，电机的轴端靠锥套或键可安装不同直径的小带轮，使抽油机获得不同的冲次。刹车装置：刹车是外抱形式，也可根据用户要求提供涨式。这两种形式都可平移可靠地刹住转轴。2.3主要参数悬点载荷：抽油机驴头悬点的实际载荷。额定悬点载荷：抽油机正常工作允许的最大的悬点载荷。光杆的最大冲程：调节抽油机的冲程调节机构使光杆获得的最大位移。最高冲次：调节带传动的传动比最小时的冲次数。减速器的扭矩：减速器输出轴允许的最大扭矩。2.4建立动力模型示功图在设计抽油机之前，首先要确立抽油系统的地面示功图，它是抽油机动力分析的起始条件。所谓的模拟示功图是指在抽油机正常的工作条件下，能包容该机型各种工况，使抽油机的各项动力性能指标受到最恶劣工况考验的示功图。以现场实际示功图为基础，运用多元统计分析理论，结合理论研究成果和现场试验，给出了一种能预测在正常稀油工况下油井地面示功图参数的方法。模拟示功图可以用最大悬点载荷P1，最小悬点载荷P2，下死点载荷P3，上死点载荷P4及上冲程抽油杆柱伸长量S4、下冲程抽油杆柱伸长量Sx六大参数组成一个近似的四边形。模拟示功图：图2-1模拟示功图时，时，时，时，根据模拟出来的示功图，求出个直线的斜率，后代入程序命令进行演试：2.5运动学计算将曲柄回转运动分成24等份，间隔15°，曲柄中心线位于12点钟位置时记为0点，计算各点的扭矩因数及加速度。2.5.1常规游梁式抽油机几何关系计算式2-12-22-32-42-52-62-72-82-92.5.2光杆（悬点）加速度计算式2-102.5.3悬点载荷计算式2-11式中:——悬点载荷，KN；——吊重，KN；——结构不平衡重，KN；常规性抽油机G=0.——重力加速度，；2.5.4扭矩因数和光杆位置因数计算式2-122-132.5.5减速器净扭矩计算式2-14式中:——扭矩因数：给定曲柄转角时，由四杆机构尺寸决定的纯光杆扭矩与纯光杆载荷之比；——悬点载荷，KN；——结构不平衡重，KN；——曲柄平衡重产生的最大力矩，KNm；注意：值计算结果为负时，仅表示扭矩方向与规定的旋向相反。将曲柄放在和位置，测出悬点载荷w1和w2。.和。2.5.6抽油机扭矩因数几几何计算计算减速器净扭矩是，平衡率应在70%以上，平衡计算式如下：2-15式中：——平衡率；——上冲程时，减速器最大净扭矩，KNm；——下冲程时，减速器最大净扭矩，KNm；2.6设计原始参数2.6.1参数悬点最大载荷:减速器额定扭转矩为:冲程:冲次:2.6.2抽油机几何结构尺寸表2-1抽油机几何结构尺寸：（单位：m）参数名称数值游梁前臂长度游梁后臂长度连杆长度曲柄半径游梁支承中心到底座底部的高度减速器输出轴到底座底部的高度游梁支承中心到减速器输出轴中心的水平距离2.7运动学的运算表2-2抽油机各运动参数数值表sinθ-M*sinθTn00-0.324163.900596-0.978740-43.5695723345-0.25882-0.27187-2.15759-1.18341-21.36552036-31.35942316330-0.5-0.1867-1.96144-1.31331-41.27500702-17.20615384315-0.70711-0.07979-1.78437-1.38774-58.37167026-3.255996202300-0.866030.039586-1.61859-1.41879-71.490400778.800124271285-0.965930.163713-1.45797-1.41251-79.7371787717.79400144270-10.285879-1.29735-1.37035-82.5523.07571789255-0.965930.399867-1.13194-1.29006-79.7371753424.49906549240-0.866030.499788-0.95705-1.16637-71.4903941322.38787063225-0.707110.580356-0.7683-0.99221-58.37166088-57.94171483210-0.50.637531-0.56216-0.76115-41.27499553-36.42209565195-0.258820.669126-0.33655-0.47135-21.36550754-22.48526091805.36E-080.674869-0.09087-0.129394.42384E-06-10.371848341650.2588190.655770.1745950.24737421.36551609-1.2778233451400.50.6132020.4595360.63081541.2750031910.298645831350.7071070.5482340.7642090.98317358.3716671321.888933131200.8660250.4614621.0895081.25876871.4903985629.988446131050.9659260.3534571.4364251.40728979.7371776330.810270729010.2259541.8047541.38201782.5521.86256894750.9659260.0839982.1908681.15704579.737176483.809347409600.866025-0.061382.5849480.75167971.49039635-19707107-0.19212.969830.24328658.371664-43.81685232300.5-0.287183.325087-0.2597541.27499936-54.76265116150.258819-0.331913.636164-0.6754721.36551182-51.61948829求均方根扭矩：，求得=29.85.第三章主要部件的设计计算3.1电动机的选择计算η带=0.95，η减=η齿2*η轴3=0.972*0.983=0.8856.η轴=0.982=0.9604.η总=η带*η减*η轴=0.808.w=12*2/60=1.212=44.7kw根据查《机械设计手册第5卷》35—15表35.1-10选用Y系列电动机，额定功率：,。根据《机械设计手册第5卷》35—15表35.1-10和《机械设计手册第5卷》35—17表35.1-11查出电机的各项参数如下表：表3-1电机的各项参数(摘自JB/T5271-1991、JB/T5272-1991)型号额定功率/KW满载时堵转电流—额定电流堵转转矩—额定转矩噪声/Db(A)重量/kg转速/(r/min)额定电流/A效率(%)功率系数Y250S-64598087910.866.51.881215机座号安装尺寸DEFGHAA/2BCK200M651401858250406228.531116824外形尺寸ABACADHDL510550410600785电动机中心高，外伸轴段。3.2计算传动比及减速器的选择3.2.1抽油机的总传动比3.2.2选减速器暂取则。根据传动比及计算高速轴许用功率，查《机械设计手册第3卷》18—108表18.1-110，得中心距，公称传动比，型号为：ZLSH650—25—Ⅰ。根据《机械设计手册第3卷》18—105表18.1-107和《机械设计手册第5卷》18—108表18.1-110查出减速器的各项参数如下表：表3-2减速器的外形尺寸单位（mm）：(摘自JB1586-1975、JB1130-70)规格型号中心矩中心高轮廓尺寸B1aa1a2H0HLBZLSH6506502504009161300500500B2L1L2L3H1地脚螺钉d数量B31101025820538M308420地脚螺钉高速轴SL4L5L6L7lDbt5539532520085501653.5395S1低速轴TT1D2最大重量/kgl1D1b1t140614011032116.5470290759803.2.3带的传动比3.3传动装置的运动和动力参数的计算0轴（即电动机的输出轴）:,Ⅰ轴（减速器的高速轴）：Ⅱ轴（减速器的低速轴）： Ⅲ轴（曲柄转轴）：3.4带传动的设计(1)确定计算功率:由资料[1]120页查得，由资料[1]120页得：.(2)选取V带型号：根据，，由资料[1]121页选用SPB型窄V带。(3)确定带轮基准直径、：①选择小带轮直径，由表3-1确定，由于占用空间限制不严，取，时传动有利，按表取标准值为=400mm。②验算v:③确定从动轮基准直径:=。④定中心距a和带的基准长度。取为2800mm。确定带的计算基准长度：由资料[1]122页得：取标准=8000mm。（）确定实际中心距a⑤a的调整围。安装时的所需的最小间距。紧或补偿伸长所需的最大的轴向间距。验算包角：⑥确定带的根数Z：a)单根V带传递的额定功率：根据带型，和查表的：=10.91KWb）传动比的额定功率增量根据带规，和i查表得c）确定V带根数：由资料[1]122页得：式中小带轮包角修正系数，查表的。带长的修正系数，，取Z=6根⑦单根V带的预紧力：由资料[1]111页查得SPB型窄V带的每米长质量、,根据资料[1]122页得单根V带的预紧力为：⑧计算作用在轴上的压力⑨带轮的结构设计：由Y250S—6电动机轴外伸尺寸，可得小带轮的孔，轴毂长，且结构为辐板式。轮槽尺寸按资料[1]122页表8.6进行设计第四章抽油机的各结构的强度校核4.1连杆的应力分析与强度校核抽油机的连杆连接曲柄装置与横梁。通常连杆为无缝钢管，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下图所示:图4-1抽油机结构示意图曲柄销处的作用切线，连杆作用力，曲柄平衡重折合力，曲柄平衡质量造成的离心力，游梁上作用力有悬点载荷，连杆作用力，游梁支点的反作用力以及游梁重。根据游梁支点—的力矩平衡式：4-1引入结构不平衡重，则有：其中式中关于的计算：4-2代入，，则。利用余弦定理则有：连杆的横截面积：取外径，壁厚的无缝钢管。许用应力：式中：——安全系数故：取连杆材料Q235即可满足强度要求图4-2曲柄销的结构示意4.2曲柄连接设计强度校核CYJY8—3—37HB型抽油机曲柄连接图所示，已知曲柄销材料为：，曲柄销锥面大端直径：，曲柄销锥度：，采用螺纹，锥套材料为：号钢，锥套材料为：号钢，锥套外径：，材料的弹性模量：，泊松比：，曲柄销与锥套的实际配合长度：，曲柄销悬臂长：。强度校核：(1)求截面的最大弯矩M：4-3其中:，，，，此时:(2)求最小结合压力：取得：取，，(3)求螺纹预紧力：4-4式中：，，为锥角。(4)求拧紧力矩T：(5)校核螺纹根部的静强度：采用螺纹，螺纹小径，材料为，抗拉强度为，根据资料[2]，取，则有：显然螺纹根部强度足够。4.3游梁的应力分析及强度校核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。常规型抽油机游梁的工作应力最大点发生在悬点载荷最大时。游梁处于此位置时，在游梁上作用力有悬点载荷，连杆作用力，游梁支点的反作用力，以及游梁重量。此时抽油机的受力分析简图如下：其中：；；；式中：（查《机械设计手册》型钢的质量），代入Q的计算公式，图4-3游梁受力分析简图则有：关于的计算:.代入，，则。利用余弦定理则有：危险截面发生在截面处,游梁的横截面如下图所示：图4-4游梁截面示意图由《材料力学》知识可做剪力图(b)和弯矩图(c)：游梁横截面对中心轴对称，同一截面上的最大拉应力和最大压应力相等,计算最大应力时，只计算一个即可。在截面O上的弯矩是负的，最大拉应力与最大压应力发生在O上边缘各点,且，（其中：，）。下面求惯性矩：下面求惯性矩：由上图形可得对轴的惯性矩应为：4-5其中：最大拉应力：最大压应力：4.4游梁支承的强度校核轴的主要功能是支承旋转零件、传递力矩、力和运动。本设计的游梁支承轴主要功能是支承旋转零件。轴的主要材料是经过轧制或锻造而成的优质中碳钢和合金钢。其中最常用的是经调质处理的45号钢；不重要的或受力较小的轴，也可用Q235—A制造。对于受载较大的轴的尺寸和重量受到限制，或需要提高轴颈的耐磨性以及处于高温、低温、腐蚀等条件下工作的轴，可采用合金钢，所以只为了提高轴的刚度而选用合金钢是不经济的。球墨铸铁和一些高强度铸铁，由于它们铸造性能好，减振性能也好，应力集中敏感性能，适应于制造外形复杂的轴，如曲轴、凸轮等。为了提高轴的强度和耐磨性，可对轴进行热处理或化学处理，以及表面强化处理等。本设计中的游梁支承轴选用45号钢，调质处理，HBS为217～255。图4-5游梁支承的轴的示意图轴的强度计算：(1)轴的结构：如图①所示（轴的尺寸、各处配合、表面粗糙度均标注在上）(2)受力分析图5-5受力分析图①水平面受力分析:图5-6水平面受力图②对水平面受力分析所得弯矩图：图5-7弯矩图③垂直面受力分析图5-8垂直面受力图④对应垂直面受力分析的弯矩：图5-9对应垂直面受力的弯矩图⑤合成弯矩图：图5-10合成弯矩图(3)作弯矩图：水平弯矩图②，垂直弯矩图④，合成弯矩图⑤。水平面最大弯矩：垂直面最大弯矩：合成最大弯矩：(4)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。4.5滚动轴承的选择和寿命计算游梁支承选用圆柱滚子轴承，此轴承只承受径向载荷，可单向限制外壳的轴向移动。根据上面的计算，以及轴承载荷大小、性质、转速及工作需要，初选圆柱滚子轴承。表4-5圆柱滚子轴承型号2330圆柱滚子轴承参数dDB170mm360mm72mm715KN952KN(1)计算轴承支反力：由前面计算可知：水平支反力：垂直支反力：合成支反力：(2)计算当量载荷：(3)计算轴承寿命（取温度系数）：其中：，游梁此位置时，通过速度分析可得出游梁支承处的速度，预期工作寿命不应低于36000h（≈5年），显然179128＞36000，即轴承能达到预期使用要求。结论时光飞逝，岁月如梭，接近3个月的毕业设计即将结束，也意味着大学的学习生活即将落下帷幕。在设计开始的初期，我认真的阅读了老师发给我的关于常规型抽油机的材料。并在图书馆查阅了有管于常规型抽油机的资料。了解了一些有关于抽油机的结构的问题，还看了一些有关于抽油机节能方面的书，为以后的常规型抽油机的设计做好了准备。在设计过程中，我增强了自己发现问题，分析问题并解决问题的能力。首先，按照指导老师给定的课题，设计参数。我开始搜集了一些有关抽油机的书目，并对其进行了认真的分析。其次，我对抽油机的各杆长尺寸进行了优化设计，并认真分析了抽油机的工作原理和节能原理。我还对抽油机的几何参数，运动学参数及传动参数等问题进行了全面的分析和计算。再次，选择了合理的连杆及油梁的截面尺寸和材料，并验算了轴的强度和寿命。最后，按照所设计的各部分零，部件的尺寸绘制出抽油机的总装备图和部分零、部件图。本次设计的容和整个设计过程为我们今后的工作打下了良好的基础。此次设计得到了广大老师和同学的支持、指导及帮助，尤其是得到了我的指导老师高老师的大力指导，我在此由衷地表示感谢！参考文献[1]孔志礼,冷兴聚,魏延刚.机械设计[M].:东北大学,2000:100～120[2]建军.游梁式抽油机设计计算[M].北京:石油工业,1995:70～78[3]鸿文.材料力学上册[M].北京:高等教育,1992:60～75[4]振智.采油专业常用技术标准汇编[M].北京:石油工业,2002:25～31[5]孔云鹏,田万禄,祖立,黄秋波.机械设计课程设计[M].:东北大学,2000:17～24[6]洪智,郭东.异相型游梁式抽油机[M].北京:石油工业,1997:31～42[7]秀娟,姜士湖.游梁式抽油机模块化设计及仿真[J].油气田地面工程.2004,23(8):16～16[8]志礼等,机械设计手册[M].:东北大学,2003:25～34[9]江耕华等,机械传动设计手册上册[M].北京:煤炭工业,1982:22～28[10]文清.抽油机及其节能技术[M].北京:北京科学,1990:12～21[11]JonahingNile,LeeTM,LindensDA.AnoteontheintegationoffuzzysystemswithneuralnetworksunderaTLTTframwork.FuzzySetsandSystems,1997,87(3):277～289[12]TomohiroTakagi,MachoSurgeon.Fuzzyidentificationofsystemsanditsapplicationtomodelingandcontrol.IEEETrans,1985,15(1):116～132致谢为期一个学期的毕业设计结束了，我的大学四年生涯也即将圈上一个句号。毕业设计是我对这四年的来的大学生活进行的总结，是对我们知识的一个测试，也是一个自我的检验。一个好的设计，仅仅依靠自己的力量是很难完成的，因为你总会遇见困难，或许老师、同学的一个简单的提示就可以让你豁然开朗、让你茅塞顿开，在此次设计过程中，我深刻体会到了这一点的重要性，同时我也深深的领悟到团队精神的重要，互助精神的必要。最后感谢我的导师的亲切关怀和悉心教导。四年的求学生涯在师长、亲友的大力支持下，走得辛苦却也收获满囊，在论文即将付梓之际，思绪万千，心情久久不能平静。伟人、名人为我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和赞美献给一位平凡的人，我的导师。我不是您最出色的学生，而您却是我最尊敬的老师。您治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄阔，为我营造了一种良好的精神氛围。授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，树立了宏伟的学术目标，领会了基本的思考方式，从论文题目的选定到论文写作的指导,经由您悉心的点拨,再经思考后的领悟,常常让我有“山重水复疑无路,柳暗花明又一村”。她严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。我还要感谢在一起愉快的度过毕业论文小组的同学们，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。