864234470抽油機(jī)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 抽油機(jī)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)抽油機(jī)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 目目 錄錄 一、設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)任務(wù)書.2 二、傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì)二、傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì).3 （一）傳動(dòng)方案的分析和擬定（一）傳動(dòng)方案的分析和擬定.3 （二）電動(dòng)機(jī)的選擇（二）電動(dòng)機(jī)的選擇.4 （三）傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比的計(jì)算和分配：（三）傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比的計(jì)算和分配：.6 （四）傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算（四）傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算.7 三、傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算三、傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算.10 （一）高速級(jí)齒輪副的設(shè)計(jì)計(jì)算（一）高速級(jí)齒輪副的設(shè)計(jì)計(jì)算.10 1、按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì).10 2、按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)

2、.12 3、幾何尺寸計(jì)算：.14 4、齒輪傳動(dòng)參數(shù)計(jì)算總結(jié).14 5、齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).16 （二）低速級(jí)（二）低速級(jí)齒齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算輪的設(shè)計(jì)計(jì)算.16 1、低速級(jí)齒輪副設(shè)計(jì).16 2、低速級(jí)齒輪副校核.18 四、軸系零件的設(shè)計(jì)計(jì)算四、軸系零件的設(shè)計(jì)計(jì)算.22 （一）軸的設(shè)計(jì)計(jì)算（一）軸的設(shè)計(jì)計(jì)算.22 1、輸入軸的設(shè)計(jì)計(jì)算.22 2、輸出軸的設(shè)計(jì)計(jì)算.31 3、中間軸的設(shè)計(jì)計(jì)算.37 （二）滾動(dòng)軸承的校核（二）滾動(dòng)軸承的校核.42 （三）聯(lián)軸器和鍵聯(lián)接的選用說明和計(jì)算（三）聯(lián)軸器和鍵聯(lián)接的選用說明和計(jì)算.48 鍵連接的選擇與校核鍵連接的選擇與校核.48 1、高速級(jí)軸承鍵的選擇與校核.48 2、中

3、間級(jí)軸承鍵的選擇與校核.48 3、低速級(jí)軸承鍵的選擇與校核.49 聯(lián)軸器的選擇與校核聯(lián)軸器的選擇與校核.50 1、輸入端聯(lián)軸器的選擇與校核.50 2、輸出端聯(lián)軸器的選擇與校核.51 五、減速器的潤(rùn)滑設(shè)計(jì)五、減速器的潤(rùn)滑設(shè)計(jì).52 （一）齒輪的潤(rùn)滑設(shè)計(jì)（一）齒輪的潤(rùn)滑設(shè)計(jì).52 （二） 、軸承的潤(rùn)滑及設(shè)計(jì).53 六、箱體、機(jī)架及附件的設(shè)計(jì)六、箱體、機(jī)架及附件的設(shè)計(jì).55 （一）（一） 、減速器箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、減速器箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).55 （二）（二） 、減速器箱體的附件設(shè)計(jì)、減速器箱體的附件設(shè)計(jì).56 七、裝配圖和零件圖的設(shè)計(jì)與繪制七、裝配圖和零件圖的設(shè)計(jì)與繪制.57 八、附錄八、附錄 .59 附

4、表附表.59 附圖附圖.61 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)任務(wù) 抽油機(jī)是將原油從井下舉升到地面的主要采油設(shè)備之一，常用的有桿抽油設(shè)備有三部 分組成：一是地面驅(qū)動(dòng)設(shè)備即抽油機(jī)；二是井下的抽油泵，它懸掛在油井油管的下端；三 是抽油桿，它將地面設(shè)備的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給井下抽油泵。抽油機(jī)由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)減速 傳動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)（將轉(zhuǎn)動(dòng)變轉(zhuǎn)為往復(fù)移動(dòng)）帶動(dòng)抽油桿及抽油泵柱塞作上下往復(fù)移動(dòng)， 從而實(shí)現(xiàn)將原油從井下舉升到地面的目的。執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。 1、 原始數(shù)據(jù) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的曲柄的輸出功率為 35.351kw, 轉(zhuǎn)速為 n11r/min. 2、 傳動(dòng)裝置參考方案： 3.電動(dòng)機(jī)的選擇電動(dòng)機(jī)的選擇 初步確定傳動(dòng)系統(tǒng)總體

5、方案如圖 26 所示。 選擇 v 帶傳動(dòng)和二級(jí)圓柱斜齒輪減速器（展開式）。傳動(dòng)裝置的總效率 0.940.980.980.980.99 0.867； 為 v 帶的效率， 為第一對(duì)軸承的效率， 為第二對(duì)軸承的效率，為第三對(duì)軸承的 效率， 為每對(duì)齒輪嚙合傳動(dòng)的效率（齒輪為 6 級(jí)精度，稀油潤(rùn)滑）。 電動(dòng)機(jī)所需工作功率為： p p/ 35.351/0.86740.77 kw 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的曲柄轉(zhuǎn)速為 n11r/min，經(jīng)查表按推薦的傳動(dòng)比合理范圍，v 帶傳動(dòng)的傳 動(dòng)比 i 24，二級(jí)圓柱斜齒輪減速器傳動(dòng)比 i 840，則總傳動(dòng)比合理范圍為 i 16160，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為 n i n（16160）

6、111761760r/min。綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸、重量、價(jià)格和帶傳動(dòng)、減速 器的傳動(dòng)比，選定型號(hào)為 y2280s6 的三相異步電動(dòng)機(jī)，額定功率為 45kw，額定電流 85.9a，滿載轉(zhuǎn)速 n980 r/min，同步轉(zhuǎn)速 1000r/min。 4.傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和傳動(dòng)比分配傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和傳動(dòng)比分配 （1） 總傳動(dòng)比 由選定的電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速 n和工作機(jī)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速 n，可得傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比為 i n /n980/1189.091 （2） 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比分配 i i i 式中 i ，i 分別為帶傳動(dòng)和減速器的傳動(dòng)比。 為使 v 帶傳動(dòng)外廓尺寸不致過大，初步取 i 3.61，則減速

7、器傳動(dòng)比為 i i / i 89.091/3.6124.679。根據(jù)各原則，查圖得高速級(jí)傳動(dòng)比為 i6.3，則 ii / i3.92 5.傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算 （1）各軸轉(zhuǎn)速 n n/ i 980/3.61271.47r/min nn / i271.47/6.343.09 r/min nn/ （i i ）11 r/min （2）各軸輸入功率 p p 40.770.9442.3 kw pp 42.30.980.9941.04 kw pp 41.040.980.9939.82 kw （3）各軸輸入轉(zhuǎn)矩 軸 t 9550 p / n =955042.3/271.4

8、7=1.488 knm 軸 t9550 p/ n=955041.04/43.09=9.096 knm 軸 t9550 p/ n=955039.82/11=34.5 knm .帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 確定計(jì)算功率 式中為工作情況系數(shù)， 為電機(jī)輸出功 率 選擇帶型號(hào) 根據(jù)，查圖初步選用型帶 選取帶輪基準(zhǔn)直徑 查表選取小帶輪基準(zhǔn)直徑，則大帶輪基準(zhǔn)直徑 式中 為帶的滑動(dòng)率，通常 取（1%2%），查表后取 驗(yàn)算帶速 v 在m/s 范圍內(nèi)，帶充分發(fā)揮。 確定中心距 a 和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 在范圍內(nèi)，初定中心距，所以帶長(zhǎng) 查圖選取型帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度，得實(shí)際中心距 取 驗(yàn)算小帶輪包角 ，包角合適。 確定 v 帶根數(shù)

9、 z 因，帶速，傳動(dòng)比 i=3.61,查表得單根 v 帶所能傳遞的功率 ，功率增量，包角修正系數(shù)，帶長(zhǎng)修正系數(shù) ，則由公式得 故選 6 根帶。 確定帶的初拉力 單根普通帶張緊后的初拉力為 3 計(jì)算帶輪所受壓力 利用公式 具體帶與帶輪的主要參數(shù)見圖 27 圖 27 .齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 （一）高速級(jí)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 齒輪材料，熱處理及精度 考慮此減速器的功率及現(xiàn)場(chǎng)安裝的限制，故大小齒輪都選用硬齒面漸開線斜齒輪 （1） 齒輪材料及熱處理 大小齒輪材料為 20crmnti。齒面滲碳淬火，齒面硬度為 5862hrc，有效硬化層深 0.50.9mm。經(jīng)查圖，取 1500mpa，500mpa。

10、 （2） 齒輪精度 按 gb/t100951998，選擇級(jí)，齒根噴丸強(qiáng)化。 初步設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的主要尺寸 因?yàn)橛昌X面齒輪傳動(dòng)，具有較強(qiáng)的齒面抗點(diǎn)蝕能力，故先按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)， 再校核持面接觸疲勞強(qiáng)度。 （1） 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩knm （2） 確定齒數(shù) z 因?yàn)槭怯昌X面，故取 z 19，z i z 6.319120 傳動(dòng)比誤差 iuz / z 120/196.316 i0.255，允許 （3） 初選齒寬系數(shù) 按非對(duì)稱布置，由表查得0.6 （4） 初選螺旋角 初定螺旋角 15 （5） 載荷系數(shù) k 使用系數(shù) k 工作機(jī)輕微沖擊，原動(dòng)機(jī)均勻平穩(wěn)，所以查表得 k1.25 動(dòng)載荷系數(shù) k 估計(jì)齒

11、輪圓周速度 v0.75m/s 查圖得 k 1.01; 齒向載荷分布系數(shù) k 預(yù)估齒寬 b40mm 查圖得 k1.17，初取 b/h6，再 查圖得 k1.13 齒間載荷分配系數(shù) 查表得 kk1.1 載荷系數(shù) kk k k k=1.251.011.11.131.57 （6） 齒形系數(shù) y和應(yīng)力修正系數(shù) y 當(dāng)量齒數(shù) zz /cos19/ cos21.08 zz /cos120/ cos133.15 查圖得 y2.8 y2.17 y1.56 y1.82 （7） 重合度系數(shù) y 端面重合度近似為【1.88-3.2（）】 cos【1.883.2（1/191/120）】cos15 1.63 arctg（t

12、g/cos）arctg（tg20/cos15）20.64690 14.07609 因?yàn)?cos，則重合度系數(shù)為 y 0.25+0.75 cos/0.696 （8） 螺旋角系數(shù) y 軸向重合度 1.024,取為 1 y10.878 （9） 許用彎曲應(yīng)力 安全系數(shù)由表查得 s1.25 工作壽命兩班制，7 年，每年工作 300 天 小齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù) n160nkt 60271.4717300285.47310 大齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù) n2n1/u5.47310 /6.3160.86610 查圖得壽命系數(shù), ;實(shí)驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù),查圖取 尺寸系數(shù) 許用彎曲應(yīng)力 比較, 取 (10) 計(jì)算模數(shù) 按 g

13、b/t1357-1987 圓整為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù),取 (11) 初算主要尺寸 初算中心距,取 a=355mm 修正螺旋角 分度圓直徑 齒寬,取, 齒寬系數(shù) (12) 驗(yàn)算載荷系數(shù) 圓周速度 查得 按，查得， 又因， 查圖得， 則 k1.6，又 y=0.930，y =0.688，。從而得 滿足齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。 3校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度 （1） 載荷系數(shù) ， （2） 確定各系數(shù) 材料彈性系數(shù) 查表得 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 查圖得 重合度系數(shù) 查圖得 螺旋角系數(shù) （3） 許用接觸應(yīng)力 試驗(yàn)齒輪的齒面接觸疲勞極限 壽命系數(shù) 查圖得，；工作硬化系數(shù) ； 安全系數(shù) 查表得；尺寸系數(shù) 查表得，則許用接觸應(yīng)力為： 取 （4）

14、 校核齒面接觸強(qiáng)度 ，滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度的要求。 （二）低速級(jí)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 齒輪材料，熱處理及精度 考慮此減速器的功率及現(xiàn)場(chǎng)安裝的限制，故大小齒輪都選用硬齒面漸開線斜齒輪 （1） 齒輪材料及熱處理 大小齒輪材料為 45 鋼。調(diào)質(zhì)后表面淬火，齒面硬度為 4050hrc。經(jīng)查圖，取 1200mpa，370mpa。 （2） 齒輪精度 按 gb/t100951998，選擇級(jí)，齒根噴丸強(qiáng)化。 初步設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的主要尺寸 因?yàn)橛昌X面齒輪傳動(dòng)，具有較強(qiáng)的齒面抗點(diǎn)蝕能力，故先按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)， 再校核持面接觸疲勞強(qiáng)度。 （10） 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 knm （11） 確定齒數(shù) z 因?yàn)槭怯昌X面

15、，故取 z 33，z i z 3.9233129 傳動(dòng)比誤差 iuz / z 129/333,909 i0.285，允許 （12） 初選齒寬系數(shù) 按非對(duì)稱布置，由表查得0.6 （13） 初選螺旋角 初定螺旋角 12 （14） 載荷系數(shù) k 使用系數(shù) k 工作機(jī)輕微沖擊，原動(dòng)機(jī)均勻平穩(wěn)，所以查表得 k1.25 動(dòng)載荷系數(shù) k 估計(jì)齒輪圓周速度 v0.443m/s 查圖得 k 1.01; 齒向載荷分布系數(shù) k 預(yù)估齒寬 b80mm 查圖得 k1.171，初取 b/h6， 再查圖得 k1.14 齒間載荷分配系數(shù) 查表得 kk1.1 載荷系數(shù) kk k k k=1.251.011.11.141.58

16、（15） 齒形系數(shù) y和應(yīng)力修正系數(shù) y 當(dāng)量齒數(shù) zz /cos19/ cos35.26 zz /cos120/ cos137.84 查圖得 y2.45 y2.15 y1.65 y1.83 （16） 重合度系數(shù) y 端面重合度近似為【1.88-3.2（）】 cos【1.883.2（1/331/129）】cos12 1.72 arctg（tg/cos）arctg（tg20/cos12）20.41031 11.26652 因?yàn)?cos，則重合度系數(shù)為 y 0.25+0.75 cos/0.669 （17） 螺旋角系數(shù) y 軸向重合度 1.34,取為 1 y10.669 （18） 許用彎曲應(yīng)力 安全

17、系數(shù)由表查得 s1.25 工作壽命兩班制，7 年，每年工作 300 天 小齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù) n160nkt 6043.0917300288.68710 大齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù) n2n1/u8.68710 /3.9092.2210 查圖得壽命系數(shù), ;實(shí)驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù),查圖取 尺寸系數(shù) 許用彎曲應(yīng)力 比較, 取 (10) 計(jì)算模數(shù) 按 gb/t1357-1987 圓整為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù),取 (11) 初算主要尺寸 初算中心距,取 a=500mm 修正螺旋角 分度圓直徑 齒寬,取, 齒寬系數(shù) (12) 驗(yàn)算載荷系數(shù) 圓周速度 查得 按，查得， 又因， 查圖得， 則 k1.611，又 y=0.887，y

18、=0.667，。從而得 滿足齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。 3校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度 （5） 載荷系數(shù) ， （6） 確定各系數(shù) 材料彈性系數(shù) 查表得 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 查圖得 重合度系數(shù) 查圖得 螺旋角系數(shù) （7） 許用接觸應(yīng)力 試驗(yàn)齒輪的齒面接觸疲勞極限 壽命系數(shù) 查圖得，；工作硬化系數(shù) ； 安全系數(shù) 查表得；尺寸系數(shù) 查表得，則許用接觸應(yīng)力為： 取 （8） 校核齒面接觸強(qiáng)度 ，滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度的要求。 二二. .具體二級(jí)齒輪減速器軸的方案設(shè)計(jì)具體二級(jí)齒輪減速器軸的方案設(shè)計(jì) （1）高速軸 i 材料為 20crmnti,經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，硬度為 241286hbs，查得對(duì)稱循環(huán)彎曲許 用應(yīng)力。按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算，初步

19、計(jì)算軸徑，取 由于軸端開鍵槽，會(huì)削弱軸的強(qiáng)度，故需增大軸徑 5%7%，取最小軸徑 （2）軸 ii 材料為 45 鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，硬度為 217255hbs，查得對(duì)稱循環(huán)彎曲許用應(yīng)力 。按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算，初步計(jì)算軸徑，取 ，取安裝小齒輪處軸徑 （3）軸 iii 材料為 40cr，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，硬度為 241286hbs，查得對(duì)稱循環(huán)彎曲許用應(yīng)力 。按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算，初步計(jì)算軸徑，取 由于軸端開鍵槽，會(huì)削弱軸的強(qiáng)度，故需增大軸徑 5%7%，取最小軸徑 軸 i，軸 ii，軸 iii 的布置方案與具體尺寸分別如圖 28，圖 29，圖 210 所示。 圖 28 圖 29 圖 210 第三節(jié)第三節(jié) 軸承的選擇及

20、壽命計(jì)算軸承的選擇及壽命計(jì)算 （一）（一） 第一對(duì)軸承第一對(duì)軸承 齒輪減速器高速級(jí)傳遞的轉(zhuǎn)矩 具體受力情況見圖 31 （1）軸 i 受力分析 齒輪的圓周力 齒輪的徑向力 齒輪的軸向力 （2）計(jì)算軸上的支反力 經(jīng)計(jì)算得垂直面內(nèi) 圖 31 水平面內(nèi) （3）軸承的校核 初選軸承型號(hào)為 32014 輕微沖擊，查表得沖擊載荷系數(shù) 計(jì)算軸承 a 受的徑向力 軸承 b 受的徑向力 計(jì)算附加軸向力 查表得 3000 型軸承附加軸向力 則 軸承 a ，軸承 b 計(jì)算軸承所受軸向載荷 由于，即 b 軸承放松，a 軸承壓緊 由此得 計(jì)算當(dāng)量載荷 軸承 a e=0.43, 則 , 軸承 b e=0.43, 則 軸承壽

21、命計(jì)算 因，按軸承 b 計(jì)算 （二）（二） 第二對(duì)軸承第二對(duì)軸承 齒輪減速器低速級(jí)傳遞的轉(zhuǎn)矩 具體受力情況見圖 32 （1）軸 ii 受力分析 齒輪的圓周力 齒輪的徑向力 齒輪的軸向力 （2）計(jì)算軸上的支反力 經(jīng)計(jì)算得垂直面內(nèi) 水平面內(nèi) （3）軸承的校核 初選軸承型號(hào)為 32928 輕微沖擊，查表得沖擊載荷系數(shù) 計(jì)算軸承 a 受的徑向力 軸承 b 受的徑向力 計(jì)算附加軸向力 查表得 3000 型軸承附加軸向力 則 軸承 a ，軸承 b 計(jì)算軸承所受軸向載荷 由于，即 b 軸承放松，a 軸承壓緊 由此得 計(jì)算當(dāng)量載荷 軸承 a e=0.36, 則 , 軸承 b e=0.36, 則 軸承壽命計(jì)算 因，按軸承 a 計(jì)算 圖 32 （三）第三對(duì)軸承（三）第三對(duì)軸承 具體受力情況見圖 33 （1）軸 iii 受力分析 齒輪的圓周力 齒輪的徑向力 齒輪的軸向力 （2）計(jì)算軸上的支反力 經(jīng)計(jì)算得垂直面內(nèi) 水平面內(nèi) （3）軸承的校核 初選軸承型號(hào)為 32938 輕微沖擊，查表得沖擊載荷系數(shù) 計(jì)算軸承 a 受的徑向力 軸承 b 受的徑向力 計(jì)算附加軸向力 查表得 3000 型軸承附加軸向力 則 軸承 a ，軸承 b 計(jì)算軸承所受軸向載荷 由于，即 b 軸承放