游梁式抽油机传动设计

本科论文目录TOC\o"1-3"\h\u27989摘要 I18917Abstract II13691引言 1291481设计目标 2303341.1游梁式抽油机简述 2219471.2游梁式抽油机研究目的及意义 3249011.3游梁式抽油机的发展趋势 4124952方案设计 6250662.1游梁式抽油机的工作原理 6196802.2游梁式抽油机的基本结构 7145552.3游梁式抽油机总传动方案 7141462.4平衡方式的确定 8230943主要部件的设计 9100643.1电机的设计 9114773.2V带的设计 11270653.3减速器的设计 13201973.4四连杆机构的设计 17325904主要部件的校核 22296884.1齿轮的强度校核 22213034.2中央轴承的使用寿命校核 22207275主要部件的三维造型 25193715.1底座的三维造型 25277485.2支架的三维造型 25209055.3游梁的三维造型 2676135.4平衡块的三维造型 2739095.5曲柄的三维造型 2774385.6连杆的三维造型 28249615.7整体装配造型 2819437结论 308654参考文献 3127505致谢 33摘要在石油工业中抽油机是必不可少的生产工具，在机械式开采油井时，抽油机可提供强大的动力，以此来带动其他相连接设备的运转。在石油工业发展史上游梁式抽油机最先应用于石油工业的开采，而且这种设备在全国各地得到推广。游梁式抽油机结构简单、制造过程方便、稳定性强、并且适用于各种生产场地，在与其他同种类型的设备相比，具有明显的优势，所以游梁式抽油机一直应用于采油工业中。在抽油机设备史上，游梁式抽油机已经进行了数代的改良，但还是存在一些不足之处，例如，长冲程时平衡效果差；结构设计不够完美；耗能较大；传动效率较低等。本文主要针对以上不足进行优化和改善，如下：在了解游梁式抽油机工作原理及其内部结构的同时进行对整体传动方案设计，设计出合理的机械结构，最终选择出电机与减速器的类型；对游梁式抽油机四连杆机构（曲柄-连杆-横梁-游梁）进行优化改良，并选择最合理的平衡方式；利用Solidworks和AutoCAD等软件对游梁式抽油机进行三维建模、整体装配和二维图绘制；对游梁式抽油机重要部件进行强度校核，对整体进行运动学仿真，并制作实物。关键词：游梁式抽油机；四连杆机构；减速器；电机选型；强度校核

AbstractIn

the

petroleum

industry,

the

pumping

unit

is

an

essential

production

tool.

In

the

mechanical

production

of

oil

wells,

the

pumping

unit

can

provide

a

strong

power

to

drive

the

operation

of

other

connected

equipment.In

the

history

of

petroleum

industry,

the

beam

pumping

unit

was

first

used

in

the

exploitation

of

petroleum

industry,

and

this

kind

of

equipment

was

popularized

all

over

the

country.The

beam

pumping

unit

is

not

complex

in

structure,

not

difficult

in

manufacturing

process,

strong

in

stability,

and

suitable

for

various

production

sites.

Compared

with

other

similar

types

of

equipment,

it

has

obvious

advantages,

so

the

beam

pumping

unit

has

been

used

in

the

oil

production

industry.In

the

history

of

pumping

unit

equipment,

the

beam

pumping

unit

has

been

improved

for

several

generations,

but

there

are

still

some

shortcomings,Forexample,thelongstroketimebalanceeffectispoor;thestructuredesignisnotperfect;theenergyconsumptionislarge;thetransmissionefficiencyislow.Inthispaper,theabovedeficienciesareoptimizedandimprovedasfollows:(1)At

the

beginning,

it

is

necessary

to

understand

how

the

beam

pumping

unit

works

and

its

internal

structure.

Then,

according

to

the

data,

the

overall

operation

design

scheme

is

carried

out,

the

reasonable

mechanical

structure

is

designed,

and

the

type

of

motor

and

reducer

is

finally

selected;(2)Thefourlinkmechanismofbeampumpingunitisoptimizedandimproved,andthemostreasonablebalancemodeisselected;(3)ByusingSolidWorksandAutoCADsoftware,3Dmodeling,overallassemblyand2Ddrawingofbeampumpingunitarecarriedout;(4)Checkthestrengthoftheimportantpartsofthebeampumpingunit,carryoutthekinematicsimulationofthewholeunit,andmaketherealobject.Keywords:beampumpingunit;four-barlinkage;reducer;motorselection;strengthcheck引言在石油开采工业的历史中，游梁式抽油机也有着悠久的发展历史，凭借其完善的功能，在油田生产中有着举足轻重的地位。游梁式抽油机在与其他抽油机相比，在结构、制造成本、技术完善、适用范围、可靠性、实用性等方面都有很大的优势。现如今，随着经济和科技的发展，抽油机为了顺应时代的发展需求也不断地进行升级和改造，很大程度上完善了抽油机的实用功能和结构类型，游梁式抽油机现如今仍然表现出强大的能力，所以我国依旧大量使用游梁式抽油机进行油田生产。但是，游梁式抽油机也有一定的缺点，一般的游梁式抽油机有自身的结构限制，这种限制导致其不能在进行工作时突破长冲程，这样的游梁式抽油机显得有一点笨重。所谓的结构受限制，是由于四杆机构在被固定的条件下，杆件长度也受到了实际情况的影响而被限制，四杆机构“死角”也会限制游梁的摆角，从而不易实现长冲程REF_Ref32628\r\h[1]。因为一般的游梁式抽油机安装的是四连杆结构，这样的结构装置导致抽油机容易失去平衡性、增加动载荷、耗能需求大等问题。游梁式抽油机平衡配重载荷和抽油载荷相结合的结构类似天平的结构，两者相互联系。游梁式抽油机安装这种结构后，在油田工作中，当平衡载荷的扭矩运行时，抽油载荷的扭矩也会同时工作，就这样，抽油机在连续的工作中，并不会消耗过多的动力，这样的结构大大提高了游梁式抽油机的平衡效果，同时也大大降低了抽油机在工作时需要消耗的能源。抽油载荷每时每刻都发生着变化，而平衡配重载荷不可能随着抽油载荷作完全一致的变化，这导致游梁式抽油机的节能技术变得复杂化REF_Ref507\r\h[2]。虽说目前为止游梁式抽油机发展还不够成熟，但在未来的发展中会有惊喜、奇迹等待着我们更深层的探索。游梁式抽油机一定会向长冲程、精准平衡、低能耗、自动化方向所发展。

1设计目标1.1游梁式抽油机简述游梁式抽油机属于有杆类的一种油田采油工具，在工作中，抽油机的连杆机构发挥其转向作用，而与此相对的曲柄重块是用来保持抽油机的平衡性，由于其独特的运行，人们大都称其为“磕头机”。游梁式抽油机现如今仍然广泛的应用于各个油田的采集，它基本上由四个部分结构而成，分别是辅助装备、动力系统、减速器、曲柄机构-连杆-油梁-驴头。游梁式抽油机在油田进行开采时，动力系统产生动能以此来带动各个系统的运行，当开始运行时，曲柄连杆机构和变速箱相互作用，然后驴头开始上下运动，与此同时，抽油杆带动着抽油泵的柱塞运动，游梁式抽油机就是运用这样的方式进行采油。游梁式抽油机在油田开采历史中，不断地随着时代的发展而完善，其功能和效果突出，在全国各地依然受用，与其他抽油机相比，游梁式抽油机具有平衡性好、工作能力强、承重能力高、结构简易、便于操作、安全可靠、使用寿命长、维修方便等的特点。但游梁式抽油机也有待优化的地方，例如长冲程时对能源的需求量大，采油效率低，平衡性差等。在不断的改造和完善中，游梁式抽油机现如今大致有两类，一类是常规游梁式抽油机，另一类就是异形游梁式抽油机REF_Ref1444\r\h[18]。异形游梁式抽油机是在常规游梁式抽油机的基础上发展起来的一种新型抽油机。在结构上，具有常规游梁式抽油机抽油简单、可靠、耐用的特点。在性能上，易于实现长行程，具有较好的节能特性REF_Ref1523\r\h[3]。图1.1游梁式抽油机1.2游梁式抽油机研究目的及意义抽油机是油田工业发展必不可少的设备，当油田工业出现时，抽油机也随之出现，至今已经有了几百年的发展历史，抽油机也在全国各地得到应用和传播。游梁式抽油机与其他类型的抽油机相比具有明显的优势，例如其能适用于各种场地、便于维修、安全性高、便于制造，结构精巧等优势，所以游梁式抽油机被广泛地应用于采油工业中。虽然游梁式抽油机已经相当先进，但也存在这一定的缺点，例如其对能源的需求量大、抽油效率较低、系统不够完善、平衡效果差。其中对能源需求量大和效率低下是最为突出的问题。在我国油田生产中，大都是采用的常规型游梁式抽油机，但是这类抽油机的工作效率并不是很高，在调查中显示，我国常规型游梁式抽油机的平均工作效率只有16%-23%，这样的工作效率并不能满足于现如今的油田生产需求。所以，如何降低常规型游梁式抽油机的能源消耗成为现如今需要解决的最大难题。在解决问题中，科技人员进行了各种实验，把一些节能的系统嫁接于常规型游梁式抽油机，这些节能的系统在一定程度上提高了抽油机的生产效率，但是这样的实验并不完美，加入新的结构会打乱原先抽油机自身内部结构的联系，新的节能系统的安装不知能否与其他系统相适应，能否达到1+1=2的效果又成为一个新的问题。因此，如何解决游梁式抽油机的节能系统设计和优化连杆机构尺寸这些问题成为关键，如果解决这些问题，那将会为我国油田工业的发展带来巨大的经济效益REF_Ref8179\r\h[9]。四杆机构是现如今游梁式抽油机采用的结构装置，这种四杆机构是变形的，这个机构是由游粱后臂、曲柄、连杆、曲轴中心和游梁支点五个关键部位所构成的，它们在工作中相互影响，相互作用，从而做到四杆机构的效果，其中影响抽油机动力功能的直接因素是该连杆各个杆件不同长度之间相互组合，不同的组合会造成不同的效果。本课题就以如何选择合适的连杆机构尺度展开讨论，在现如今抽油机的工作效率基础上，通过不断对各个尺度的作用进行实验，从而选出最佳方案，进一步提高抽油机的相关性能。1.3游梁式抽油机的发展趋势在国外，很多经济发达的国家生产游梁式抽油机，比如英国、德国、美国、法国和加拿大等。这些发达国家在制造抽油机方面不断探索，针对现如今抽油机出现的能耗高，采油效率不高等问题进行了积极探索，对于这些问题，国外研制出了各种新类型抽油机，例如：下偏杠铃系列抽油机，这类抽油机的节能效果非常明显；前置式气平衡抽油机，而这类抽油机的平衡性效果突出：双驴头式抽油机，这类抽油机的抽油效率非常可观。国外在抽油机技术上积极探索，抽油机技术快速发展，并且抽油机类型更加多样化、工作能力更加突出、能源消耗更加少、并且更加的信息化，自动化。我国与国外相比，抽油机制造历史较短，起步较晚，但是在我国相关人员的积极探索之下，我国抽油机制造技术快速发展，在上世纪80年代，我国就达到了抽油机自给自足的水平，不仅如此，我国还将自己生产的抽油机向其他国家出售。目前我国有多个抽油机生产厂家，制造的抽油机类型更是达到了上千种，其中游梁式抽油机是我国目前技术最高水平的成果，它价格低廉、结构简单、便于维修、可靠性强。我国虽然制造出了很多类型的抽油机，但是游梁式抽油机凭借其出色的工作能力在各种类型的抽油机中出类拔萃，我国现如今大部门油田就是采用游梁式抽油机进行工作生产。虽然我国游梁式抽油机技术已经很先进，但是常规性游梁式抽油机仍然有一定的问题所在，那就是常规型游粱式抽油机在能耗上的问题，常规型游梁式抽油机在工作中需要消耗大量的能源，在我国的油田生产中，大部分使用的就是常规型游梁式抽油机REF_Ref3299\r\h[21]。就根据我国目前油田开发和使用抽油机的情况来看，我国游梁式抽油机的技术需要不断的发展，我们可以借鉴西方的优秀经验，针对我国目前发展遇到的问题，我国游梁式抽油机需要更加的信息化、自动化、节能化、大型化、精准化，平衡化、高效化。

2方案设计2.1游梁式抽油机的工作原理游梁式抽油机工作原理很简单，主要就是电动机、减速装置、四连杆机构和驴头四部分的相互工作，电动机产生动能，通过皮带、减速器带动四连杆机构运动，并由驴头、抽油杆柱、油泵柱进行相互作用，这样就达到了采油的目的。游梁式抽油机进行工作时，在上冲程的过程中，巨大的动力会带动油泵活塞向上运动，根据阀自重和压力的作用，油泵的游动阀会关闭，以此柱塞上部的液体就会受到其影响，从而提升。柱塞上部液体的上升就会增加柱塞下面的泵筒空间，这样泵筒的压力就会降低。这时，套管的压力就比泵筒的压力大，压力差产生的动力就会迫使里面的液体冲出油泵固定阀，接下来液体就进入了油泵活塞此刻空缺的空间REF_Ref3299\r\h[21]；在柱塞进行下行运动时，会自动关闭油泵的固定阀，进入活塞的液体就是受到压缩，在运行的过程中，由于柱塞的下行，泵内的空间就会减少，从而增加了泵内的压力。此刻，泵内压力的增加就会大于油管内液柱里面的压力，泵筒里面的液体就会受到动力流入油管之中。抽油机在工作中具有一定的惯性，油泵柱塞不断地进行上下运动，压力互相变化，从而影响固定阀和游离阀的反复作用，抽油机的抽取就是在这样的反复中完成。总结地说：当柱塞上行时，柱塞上部的液体就会因为压力进入输油管线，泵内由于压力差就会吸入液体，在柱塞下降时，地下的石油就会被吸入油管内部。这样周而复始地工作时，原油就源源不断地被采出REF_Ref3583\r\h[4]。图2.1游梁式抽油机工作原理图2.2游梁式抽油机的基本结构游梁式抽油机主要由底座、支架、悬绳器、驴头、游梁、横梁轴承座、横梁、连杆、曲柄销装置、曲柄装置、平衡块、减速器、皮带轮、v带、电动机、刹车装置等部件组成，结构简图如下：图2.2游梁式抽油机结构简图2.3游梁式抽油机总传动方案抽油机抽油杆在运行时进行的是上下往复的直线运动、并且在实践中可以记录下抽油机运行时的冲程大小和次数，最后在根据抽油机的运行原理，就可以分析出游梁式抽油机在工作时的运动方案，以此分为以下三个部分：1.动力部分，由电动机产生动能；2.传动部分，运用多级减速器和V带进行传动；3.执行部分，由四杆结构完成。在抽油机工作时，电动机产生动能，通过V带传输，在减速箱处进行减速处理，然后由横梁、游粱、曲柄和连杆组成的四连杆机构改变原来的运动方式，使游粱驴头进行往复动作，这样抽油杆就会在驴头往复动作的影响下，也做出往复的直线运动。传动方案图如下：图2.3游梁式抽油机传动方案图2.4平衡方式的确定目前，国内外采用的主要机械平衡方式有:游梁平衡、曲柄平衡、复合平衡和气动平衡。1.游梁平衡:采取一种极为简单的平衡方式，常用于小于3吨的轻型抽油机。主要将一定重量的平衡板置于游梁尾端。2.曲柄平衡:将平衡装置安装在曲柄上，适用于重型抽油机。这种平衡方法减少了游梁平衡引起的抽油机摆动，调整方便，但曲柄负荷大，离心力大。3.复合平衡:一台抽油机同时拥有游梁平衡和曲柄平衡。其特点是：可随量程大小自由调节；小范围调节时，可调节游梁平衡；大范围调节时，可调节曲柄平衡。4.气动平衡:气体的可压缩性可以用来储存和释放能量以达到平衡。可用于10吨以上的重型抽油机。这种平衡方法降低了抽油机的动载荷和振动，但其装置要求精度高、加工复杂。由于游梁式抽油机具有长冲程和变冲程的特点，故应采用复合平衡。复合平衡能更精准的调节抽油机的平衡，使其更加稳定的工作。

3主要部件的设计3.1电机的设计根据《梁式抽油机设计计算》REF_Ref4501\r\h[19]及设计要求，确定了游梁式抽油机的基本数据。抽油机最大载荷（）=；冲程（）=；冲次（）=；皮带传送比（）=5；减速器传送比（）=22；带传动、齿轮传动、球轴承的效率分别为。游梁式抽油机的电机功率：（3-1）为传至曲柄轴上的扭矩为抽油机冲次，=为传动效率由式(3-1)可知，实际扭矩和曲轴上产生的冲数决定了电机所需功率。但在整个运行过程中，曲轴上的扭矩会发生变化，只有在上下行程一定的时间才能达到最大值。在变负载条件下，电机的选择不能根据瞬时最大转矩来计算。否则，电机大部分时间不能满负荷工作，电能不能充分利用。在变负载条件下，电动机一般是根据负载电流或转矩的变化规律来选择，用均方根计算等效电流或转矩，即:（3-2）为曲柄轴上的等值扭矩等值扭矩是在运行过程中用恒定扭矩代替实际扭矩。等值扭矩和最大扭矩在抽油机运行时会产生一定的相互联系，通过实际操作的情况的记录再加上一定的分析，再加上一些不可知情况，在进行计算时，一般采用如下公式：（3-3）即电动机的功率为：（3-4）为最大扭矩，则最大扭矩为：（3-5）为冲程，为最大载荷，为最小载荷的实际数值按照来进行运算的，在现实中抽油机的工作和地底的油管都不能达到完美的标准，在生产中就会降低其生产的效率。电动机的运行能力和启动速度、电转机的旋转速度、皮带轮的长度、冲数的配合都会影响抽油机，因此这样计算最为符合抽油机运行的实际情况，即最大扭矩为：抽油机传动效率为：（3-6）则电机的功率为：已知皮带和减速器的传送比，可得：（3-7）电机的转矩为：（3-8）电机的转速为：根据查找《机械设计方法学》REF_Ref5072\r\h[8]，选取Y250M-8型号的电机，具体参数如下：表3.1电机参数表电机参数数值型号Y250M-8额定功率30kW额定电流63A额定转速730r/min功率因数0.8效率90.5%电机重量391kg3.2V带的设计以下设计计算过程中应用的公式均参考《机械原理》REF_Ref5216\r\h[5]和《机械设计》REF_Ref5249\r\h[6]。1.确定计算功率工作情况系数由《机械设计》表8-8得，则（3-9）2.选择V带的带型根据计算功率，由《机械设计》图8-11，V带选用C型。3.确定带轮的基准直径并验算带速初选小带轮的基准直径，由《机械设计》表8-7和表8-9中C型带的基准直径系列，取小带轮的基准直径验算带速（3-10）由《机械设计》表3得v<30m/s，故带速合格。计算大带轮的基准直径（3-11）4.确定V带的中心距a和基准长度1）根据《机械原理》式（8-20）得（3-12）初定中心距带的基准长度为（3-13）带的基准长度由《机械设计》表8-2得由《机械原理》式（8-23）得大带轮与小带轮的实际中心距为（3-14）由《机械原理》式（8-24），得（3-15）中心距的变化范围为5.验算小带轮上的包角通常小带轮上的包角小于大带轮上的包角，小带轮上的临界摩擦力小于大带轮上的临界摩擦力，因此打滑通常发生在小带轮上，需计算其合理性。（3-16）故小带轮符合要求6.计算带的根数z计算单根V带的额定功率由，查《机械设计》表8-4得根据和带的型号为C型，查《机械设计》表8-5得查《机械设计》表8-6得包角修正系数，表8-2得带长修正系数，于是（3-17）计算V带的根数z由《机械原理》式（8-26）得（3-18）则V带取5根。7.计算单根V带的初拉力由《机械设计》表8-3得C型带的单位长度质量，则单根V带的初拉力为（3-19）8.计算压轴力为了设计安装带轮的轴和轴承，需要计算带传动作用在轴上的轴压力，如果不考虑带两边的拉力差，则压轴力可以近似地按带两边的初拉力的合力计算，即（3-20）3.3减速器的设计游梁式抽油机选取的是二级直齿圆柱齿轮减速器，总传送比为为22，高速级齿轮传动比为4.4，低速级齿轮传动比为5。3.3.1减速器各轴的功率、转速及转矩以下设计计算过程中应用的公式均参考《现代机械设计与方法》REF_Ref8179\r\h[9]。1.各轴的功率电机功率为：第I轴功率为：第II轴功率为：第III轴功率为:2.各轴的转速电机转速为：第I轴转速为：第II轴转速为：第III轴转速为：3.各轴的转矩电机转矩为：第I轴转矩为：第II轴转矩为：第III轴转矩为：3.3.2减速器齿轮传动的设计以下设计计算过程中应用的公式均参考《机械设计》REF_Ref5249\r\h[6]和《机械原理》REF_Ref5800\r\h[12]高速级齿轮传动设计：1.选定齿轮的类型、精度等级、材料及齿数选用直齿圆柱齿轮传动，压力角为20°。游梁式抽油机为一般工作机器，根据《机械原理》表10-6，选用7级精度。材料选择，由《机械设计》表10-1，选择小齿轮材料为42Cr(调质)，齿面硬度320HBS，大齿轮材料为ZG358SiMn（调质），齿面硬度280HBS。选取小齿轮齿数，大齿轮齿数，取。2.计算接触疲劳许用应力由《机械设计》图10-25d查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为，安全系数，故（3-21）3.计算齿根弯曲疲劳许用应力由《机械设计》图10-24C查得小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为，安全系数，故（3-22）4.计算齿轮模数m确定齿轮的载荷系数K及其齿宽系数由《机械设计》表10-3查得载荷系数K=1.2，表10-7查得齿宽系数确定齿形系数和应力修正系数由《机械设计》图10-17查得齿形系数，图10-18查得应力修正系数。3）计算大小齿轮的并加以比较因为小齿轮的大于大齿轮，所以取计算齿轮模数m（3-23）则取齿轮模数5.计算分度圆直径d及中心距a分度圆直径：（3-24）中心距:（3-25）6.计算齿轮宽度b根据《机械设计》表10-7查得，则（3-26）考虑不可避免的安装误差，为了保证设计齿宽b和节省材料，一般将小齿轮略为加宽（5~10）mm，即取,而使大齿轮的齿宽等于设计齿宽，即。7.计算圆周速度v（3-27）低速级齿轮传动设计：1.选定齿轮的类型、精度等级、材料及齿数选用直齿圆柱齿轮传动，压力角为20°。游梁式抽油机为一般工作机器，根据《机械原理》表10-6，选用7级精度。材料选择，由《机械设计》表10-1，选择小齿轮材料为42Cr(调质)，齿面硬度320HBS，大齿轮材料为ZG358SiMn（调质），齿面硬度280HBS。选取小齿轮齿数，大齿轮齿数。2.计算接触疲劳许用应力由《机械设计》图10-25d查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为，安全系数，故3.计算齿根弯曲疲劳许用应力由《机械设计》图10-24C查得小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为，安全系数，故4.计算齿轮模数m确定齿轮的载荷系数K及其齿宽系数由《机械设计》表10-3查得载荷系数K=1.2，表10-7查得齿宽系数确定齿形系数和应力修正系数由《机械设计》图10-17查得齿形系数，图10-18查得应力修正系数。3）计算大小齿轮的并加以比较因为小齿轮的大于大齿轮，所以取计算齿轮模数m则取齿轮模数5.计算分度圆直径d及中心距a分度圆直径：中心距:6.计算齿轮宽度b根据《机械设计》表10-7查得，则考虑不可避免的安装误差，为了保证设计齿宽b和节省材料，一般将小齿轮略为加宽（5~10）mm，即取,而使大齿轮的齿宽等于设计齿宽，即。7.计算圆周速度v3.4四连杆机构的设计游梁式抽油机是由四杆结构构成的，这个结构由游粱后臂、曲柄、连杆、曲轴中心、游粱支点相互作用组合而成，这样的类型具有灵活性，不同构件不同长度的相互组合对抽油机的性能都会产生影响。根据《常规游梁式抽油机杆件尺寸的优化设计》REF_Ref6179\r\h[15]及设计要求，确定了游梁式抽油机的基本数据。极位夹角（）=；游梁前臂（A）=2500mm；游梁支点与曲柄中心之间的水平距离（I）=2422mm和竖直距离（H）=2400mm；最小转动角（）。图3.1四杆机构几何模型图基本参数及意义如下：R，曲柄半径；P，连杆长度；C，游梁后臂长度；K，机架长度；S，冲程；，游梁摆角；，传动角；游梁摆角为：（3-28）机架长度为：（3-29）（3-30）（3-31）传动角为：（3-32）（3-33）根据上面的数学模型，有两个方程和三个未知数，用传统的方法是不容易求解的。而采用曲柄长度R迭代法求解游梁连杆和后臂的长度P和C是一种简单的方法。具体步骤如下:利用Matlab软件使曲柄R从0变为其取值范围的上限，其步长为一定值REF_Ref6467\r\h[17]。对应于R的每次迭代，根据式(3-30)和式(3-31)，会产生与R值对应的P和C值。表3-2是迭代过程。这里，通过计算四杆机构的性能指标——最小传动角，确定最优解REF_Ref6506\r\h[16]。表3.2迭代R求P、C、R/(m)P/(m)C(m)K/(m)/(°)0.012.83061.10843.409721.48190.022.83131.10903.409719.54690.032.82961.11363.409717.61770.042.82881.11763.409715.69800.052.82641.12283.409713.79150.062.82491.12913.409711.90190.072.82321.13653.409710.02550.082.82131.14503.40978.18660.092.82021.15493.40976.36710.102.89161.16513.40974.57660.112.81671.17663.40972.81780.122.81411.18923.40971.09250.132.81121.20263.40970.59710.142.80481.21703.40972.24990.152.80121.23233.40975.43940.162.79431.24843.40976.97460.172.78331.26533.40978.46920.182.78241.28303.40979.92300.192.78131.30153.409711.33590.202.780.51.32073.409712.70810.212.77981.34063.409714.03980.222.77481.36103.409715.33130.232.76961.38223.409716.58330.242.76411.40393.409717.79620.252.75831.42623.409718.97090.262.75241.44913.409721.20860.272.74611.47253.409721.20860.282.73971.49643.409722.17330.292.32991.52073.409723.30310.302.72601.54553.409724.29890.312.72841.27083.409725.26160.322.71121.59643.409726.19220.332.70351.62213.409727.09120.342.69551.64883.409727.96080.352.68721.67563.409728.80030.362.67871.70273.409729.61140.372.66981.73043.409730.38520.382.66081.75783.409731.15170.392.65141.78583.409731.88240.402.64181.81453.409732.58780.412.63181.84273.409733.26890.422.62161.87153.409733.92620.432.61121.90053.409734.56050.442.60041.92983.409735.17240.452.58931.95933.409735.76250.462.57791.98903.409736.33150.472.56632.01893.409736.87990.482.55432.04903.409737.40820.492.54202.07933.409737.91760.502.52942.10983.409738.40670.512.51652.14043.409738.87770.522.50322.17123.409739.33040.532.48962.20223.409739.76530.542.47572.23323.409740.18250.552.46122.26453.409740.58260.562.44692.29593.409740.96550.572.43192.32743.409741.33170.582.41662.35903.409741.68130.592.10092.39083.409742.01450.602.38492.42263.409742.33190.612.36842.45463.409742.63200.622.35162.48673.409741.82560.632.33442.51893.409740.89980.642.31682.55123.409739.93210.652.29842.58363.409738.92450.662.28022.61603.409737.86990.672.26132.64863.409736.76340.682.24202.68133.409735.36820.692.22222.71403.409734.06320.702.20192.74683.409732.67220.712.18112.77973.409731.18120.722.15982.81273.409729.57220.732.13812.84573.409727.82110.742.11572.87883.409725.89540.752.29292.91203.409723.74390.762.06952.94523.409721.99390.772.05412.97853.409719.00120.782.02083.01183.409717.41060.791.99563.04533.409713.81920.801.96973.07873.40978.3665由表3.2可以看出，并非所有的解都能满足最小传动角的要求，说明只有满足要求的长度才能作为抽油机连杆机构的杆长。根据《具有急回运动特性的抽油机连杆机构尺寸参数的确定》REF_Ref7094\r\h[14]可知，最小传动角越大，机构的传力性能越好。因此，当曲柄R为0.61m时，为最优方案。这样游粱后臂C为2.455m,连杆P为是2.368m。

4主要部件的校核4.1齿轮的强度校核以下设计计算过程中应用的公式均参考《机械设计课程设计》REF_Ref7162\r\h[22]。高速级齿轮的校核1.齿面接触疲劳强度校核（4-1）所以齿面接触疲劳强度满足要求。2.齿根弯曲疲劳强度校核根据《机械设计课程设计》查得直齿圆柱齿轮的重合度系数，则（4-2）所以齿根弯曲疲劳强度满足要求，并且小齿轮抵抗弯曲疲劳破坏能力大于大齿轮。低速级齿轮的校核1.齿面接触疲劳强度校核所以齿面接触疲劳强度满足要求。2.齿根弯曲疲劳强度校核根据《机械设计课程设计》查得直齿圆柱齿轮的重合度系数，则因此在计算中看来齿根的弯曲强度满足生产所需要的强度，而且小齿轮的弯曲疲劳破坏能力明显能胜于大齿轮4.2中央轴承的使用寿命校核在游梁式抽油机的使用过程中，圆柱滚子轴承更适用于抽油机，查《滚动轴承选型及应用常识》REF_Ref7371\r\h[13]，选用的轴承型号为N1028，这类型的轴承的承受负荷较低，可以限制一个方向的轴向位移，刚性好。其截面图形如下：图4.1轴承截面图该轴承有关性能参数如下：内径，外径，厚度，额定动载荷，额定静载荷，脂润滑极限转速为，油润滑极限转速为。1.计算当量动载荷P轴承所受到的载荷为，作用在轴承上的径向载荷和轴向载荷分别为、。由于远远小于，所以令,由《机械设计方法学》REF_Ref5072\r\h[8]表13-6查得。因为对支架的作用力由两个轴承承受，所以（4-3）2.计算轴承转速（4-4）为游梁摆角3.计算轴承使用寿命由《滚动轴承选型及应用常识》查得滚子轴承寿命指数，则：（4-5）根据游梁式抽油机的工作时间，游梁式抽油机是连续运行的一种机械，无时无刻都在运行，则其使用寿命为：在实践中，一般的游梁式抽油机可以连续使用大概十年的时间REF_Ref7675\r\h[10]，而这个型号的轴承可以使用更长时间，所以符合生产的要求。5主要部件的三维造型5.1底座的三维造型底板是支撑油泵的主要结构，亦称之为底盘或船型底座，底部有足够的强度。在安装时，将底座用固定件固定在专用混凝土基础上，有各种各样的方法来固定底部和混凝土的方法。常用的方法有螺钉固定和平行杆固定。平行杆的固定方式更便于油泵的安装和调试，但固定方式比较脆弱，容易分解或破坏，这也是一些抽油机发生倾覆的原因。地压螺杆的固定方法坚硬、牢固，不易人为分解破坏。其三维造型如下图：图5.1底座三维造型图5.2支架的三维造型支架是架高游梁、驴头的桁架构件，主要用型钢或钢板焊接而成。支架用螺丝钉牢牢地固定在抽油机底座上。中间轴座可固定在支架顶棚上，在支架顶端两侧设有平台。其三维造型如下图：图5.2支架三维造型图5.3游梁的三维造型游梁是主要的动力传输件之一，在其支架上安装支架轴承，前连驴头后连横梁。在抽油机工作中，动力来源于游梁支架的摆动，游梁必须承受各种载荷，因此这对游梁的刚度和强度有了更高的要求。此游梁采用箱型游梁，有着较高的强度和刚度。其三维造型如下图：图5.3游梁三维造型图5.4平衡块的三维造型平衡块通常是由铸铁制成。平衡块的中心标记铸在平衡块与弯曲带的匹配面附近。如果没有指示重心，则以安全锁上的中心孔为平衡块的中心。在调整和计算泵的平衡力矩时，平衡块应以重心相反的曲线比例尺作为平衡力矩的力臂。平衡块的结构形式可分为整体平衡块和组合平衡块两种。整体式平衡块通常用于小型抽油机，而组合式平衡块通常用于大型抽油机。其三维造型如下图：图5.4平衡块三维造型图5.5曲柄的三维造型曲柄作为传送减速器输出的主要零件，对于他的强度和稳固牢靠的传动要求极高。一般灰铸铁、球墨铸铁和铸钢是制作曲柄的主要材料REF_Ref8462\r\h[20]。为了使曲柄平衡，两个曲柄必须同时承受抽油机产生的所有载荷，所以曲柄的强度承载能力至关重要，与此同时不在曲柄上设有导轨、挡板、刻度线，也是考虑到能够方便调整曲柄，另一方面也是出于其使用安全度考虑。由此在抽油机正常工作时也可以据其条件需要随时调整平衡块的位置，使其不受影响。紧固条件下，挡块则是可以保证平衡块下落发生危险。其三维造型如下：图5.5曲柄三维造型图5.6连杆的三维造型梁式抽油机有两根连杆，这两根连杆是传递扭矩的主要受力构件。它的主要构件可以由管道和其他型材制成，如工字钢和槽钢等。为了确保顺利传输、传递力矩和一致性的工作时长两个连杆必须是完全一致的,也就是说,需满足一定的尺寸公差的要求,通常由特殊工艺来确保设备。其三维造型如下：图5.6连杆三维造型图5.7整体装配造型机械结构设计中每一个完整的机械都是由多种多样的，尺寸不一的零件构成。然而本次设计也不例外，除了以上展示的零件外，还有很多，而这些零件就是通过装配组到一起的，说到整体装配，它需要每个零件之间达到精准配合，想要达到这种配合，当然离不开尺寸的计算，以及对它结构构图的设计等等。本次的游梁式抽油机结构设计中，在结构、构图、以及计算上花费了大量的思考，最终终于设计并装配出了符合本次设计的游梁式抽油机，总体装配效果图如下：图5.7游梁式抽油机整体装配图

结论在设计过程中，首先，按照本课题，搜集资料，设计参数，并对其进行了认真的研究。其次，分析了游梁式抽油机的工作原理，并对抽油机的各杆尺寸进行了优化设计。对游梁式抽油机的电机型号、皮带和减速器选型等问题进行了全面的分析和计算。接着，对齿轮和轴承进行了校核，并验算了其强度和使用寿命。最后，对游梁式抽油机三维模型进行建模，并绘制了总体装配和部分零件的二维图纸。本次设计还有一些问题并未解决，因设计时间有限，希望在今后的学习中能解决存在的问题。但这次设计激励着我在设计的道路上越走越远，今后的学习会更加的努力。

参考文献马军鹏,郭怀玉,鲍远孰等.常规抽油机节能改造新技术的研究和应用[J].青海石油,2006，24（2）：53-55张爱兴，肖建洪等.抽油机平衡测试的新方法与典型实例分析[J].油气田地面工程,2003，22（1）：34-35郭东，白雪明，钱强.异形游梁式抽油机的动力及节能分析[J].华北石油管理局,1994，17（1）：71-76张学鲁.游梁式抽油机技术与应用[M].北京:石油工业出版社,2001：3-21孙恒,葛文杰等.机械原理[M].北京:高等教育出版社,2013：32-48濮良贵.机械设计[M].北京：高等教育出版社,2013:145-370赵松年，李恩光.现代机械创新产品分析与设计[M].机械工业出版社,2000：32-39聊林清等.机械设计方法学[M].重庆大学出版社,2000：99-106任中全,寇子明,赵灿.现代机械设计理论与方法[M].煤炭工业出版社,2007：47-55陈涛平，胡靖邦.石油工程[M].石油工业出版社,2000：13-22常子恒.石油勘探开发技术[M].石油工业出版社,2000：77-84孙桓，陈作摸，葛文杰.机械原理[M].高等教育出版社,2006：44-65袁新.滚动轴承选型及应用常识[J].轴承技术,2002，(4)：44-56黄清世.具有急回运动特性的抽油机连杆机构尺寸参数的确定[J].石油机械,1989,17(7)：8-12周光厚.常规游梁式抽油机杆件尺寸的优化设计[J].石油机械，1990,18(2)：10-17赵丛楷.游梁式抽油机优化设计的数学模型[D].石油机械,1993：2-7苏金明，张莲花，刘波.MATLAB工具箱应用[M].电子工业出版社,2004：15-32刘洪智，郭东.异相型游梁式抽油机[D].北京石油工业出版社,1997：31-42张建军.游梁式抽油机设计计算[M].北京:石油工业出版社,1999：70-78刘鸿文.材料力学上册[M].北京:高等教育出版社,1992：60-75李振智.采油专业常用技术标准汇编[M].北京:石油工业出版社,2002：25-31孔云鹏，田万禄，张祖立，黄秋波.机械设计课程设计[M].沈阳:东北大学出版社,2000：17-24致谢时光飞逝，岁月如梭，这次毕业设计即将结束了，也意味着大学的学习生涯即将落下帷幕。此次毕业设计中，在老师的指导和同学们的帮助之下让我学到了很多，有了他们才有更出色的自我。首先要感谢我的指导老师，当我遇到困难时，她总是能耐心为我解答，她那随和的待人风格和对工作的严谨细致、一丝不苟的作风对我的影响很大，使我受益匪浅。她循循善诱的教导和不拘一格的思路给我无尽的启发。其次感谢其他老师，这次设计是对大学四年所学知识的总体考验，能顺利完成与各位老师平时的教导也是分不开的，谢谢大学四年中各位老师为我们传授知识以及对我们的谆谆教导。最后在此感谢指导老师的辛勤教导，让我成长了很多。感谢院里的所有老师能够指出我的不足。感谢和我一起学习四年的同学，有了你们的陪伴、支持和鼓励，我才能充实的度过了大学的美好时光。

论文的研究方法和手段有哪些

（1）调查法

调查法是科学研究中最常用的方法之一。它是有目的、有计划、有系统地搜集有关研究对象现实状况或历史状况的材料的方法。一般是通过书面或口头回答问题的方式获得大量数据，进而对调查中收集的大量数据进行分析、比较、总结归纳，为人们提供规律性的知识。

（一）典型例子

调查法中最典型的例子是问卷调查法。它是通过书面提问收集信息的一种方法，即调查人员编制调查项目表，分发或邮寄给相关人员，询问答案，然后收集、整理、统计和研究。

（二）研究步骤

1.确定调查课题

确定题目时要注意选题是否具有研究的必要性和可能性，同时要注意选题切忌太大，也要避免无意义的重复劳动。

2.制定调查计划

要明确调查课题、调查目的、调查对象、调查范围、调查手段、调查步骤、时间安排。

3.收集材料

收集材料时要尽可能保持材料的客观性，尽可能采取多种手段或途径。

4.整理材料

将收集到的材料进行整理，以便后续总结归纳、形成结论。

5.总结研究

对整理完的材料进行分析、总结、归纳，得出一般性的结论。

（三）特点

调查法相对其他研究方法来说较为耗时耗力，但也有其优势，即获得的一手资料信息真实具体，能够对研究对象有更加准确、清晰的认识。

（2）观察法

观察法是指人们有目的、有计划地通过感官和辅助仪器，对处于自然状态下的客观事物进行系统考察，从而获取经验事实的一种科学研究方法。

（一）典型例子

皮亚杰的儿童认知发展理论就是通过观察法提炼总结出来的；儿童心理学创始人——普莱尔，也是在一次次地使用观察法后，提出了儿童心理学领域中的诸多理论。

（二）研究步骤

1.明确观察对象

在选择和确定研究问题的基础上确定观察者与观察对象。

2.制定观察计划

在观察计划中要规定明确的观察目的、重点、范围以及要搜集的材料。

3.做好观察准备

观察准备是否充分，往往影响观察的成败。

4.做好记录

在观察过程中要时时记录，不放掉任何一个关键信息。

（三）特点

观察法具有拓展人们的感性知识、启发思想等优点，但是由于其强调研究要在自然