抽油機(jī)課程設(shè)計(jì)

1、攀枝花學(xué)院學(xué)生課程設(shè)計(jì)題 目： 游梁式抽油機(jī)第二部分 （驢頭·游梁·橫梁·支架·曲柄·連桿） 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 所在院(系)： 專 業(yè)： 班 級(jí)： 指 導(dǎo) 教 師： 職稱： 2013年 月 日攀枝花學(xué)院本科學(xué)生課程設(shè)計(jì)任務(wù)書題目15抽油機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì)1、課程設(shè)計(jì)的目的本課程設(shè)計(jì)為學(xué)生提供了一個(gè)既動(dòng)手又動(dòng)腦，自學(xué)，查資料，獨(dú)立實(shí)踐的機(jī)會(huì)。將本學(xué)期課本上的理論知識(shí)和實(shí)際有機(jī)的結(jié)合起來，鍛煉學(xué)生實(shí)際分析問題和解決問題的能力，提高學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力，裝配圖、零件圖的設(shè)計(jì)繪圖能力。2、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求1)、設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)額定功率(kW)沖程(m

2、)沖次(n/min )游梁前臂長(zhǎng)度(m)游梁后臂長(zhǎng)度(m)額定扭矩MS(kN*m)游梁支撐中心到底座距離(m)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)軸心到底座直距離(m)曲柄平衡塊數(shù)曲柄偏置角(度)游梁支撐中心到曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)軸心的水平距離(m)702.1，2.5，3632.450222002)、要求： (1)完成曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及曲柄平衡塊、橫梁、橫梁軸的設(shè)計(jì)計(jì)算；(2)完成游梁與驢頭的設(shè)計(jì)與計(jì)算；(3)完成支撐裝置及支架的設(shè)計(jì)與計(jì)算。3)、課程設(shè)計(jì)成果(1)每人需繪總裝配圖一張或部裝圖三張；(2)每人需繪零件圖二張；(3)編寫設(shè)計(jì)說明書。 目錄第1章 驢頭 -4第2章 游梁-6第3章 橫梁 -9第4章 連桿裝置 -12第5

3、章 曲柄-15第6章 游梁心軸18參考文獻(xiàn) -22第1章 驢頭 圖1.1 游梁抽油機(jī)工作原理圖1.1 設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)額定功率：70Kw沖次：6次/min沖程：2.1,2.5,3.0m1.2 主要參數(shù)懸點(diǎn)載荷：抽油機(jī)驢頭懸點(diǎn)的實(shí)際載荷。 額定懸點(diǎn)載荷：抽油機(jī)正常工作允許的最大的懸點(diǎn)載荷。 光桿的最大沖程：調(diào)節(jié)抽油機(jī)的沖程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)使光桿獲得的最大位移。 最高沖次：調(diào)節(jié)帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比最小時(shí)的沖次數(shù)。 減速器的扭矩：減速器輸出軸允許的最大扭矩。1.3 驢頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驢頭是用來將游梁前端的往復(fù)圓弧運(yùn)動(dòng)變?yōu)槌橛蜋C(jī)的垂直往復(fù)運(yùn)動(dòng)。為了保證在一定沖程長(zhǎng)度下，將圓弧運(yùn)動(dòng)變?yōu)榇怪边\(yùn)動(dòng)，圓弧面長(zhǎng)度應(yīng)為： S狐=(1.

4、21.3)Smax式中，Smax-驢頭懸點(diǎn)（掛抽油桿處）的最大沖程長(zhǎng)度。 給定數(shù)據(jù)：最大沖程長(zhǎng)度Smax=3.0m.取S弧=1.2Smax=1.2×3.0m=3.6m. 游梁的擺角1設(shè)計(jì)為55º。由擺角1和驢頭的圓弧面長(zhǎng)度 S狐可求得弧面半徑R。 S狐=1RR= S狐/1=3.6m/55º=3.75m.給定數(shù)據(jù)：游梁前臂長(zhǎng)度L1=3m.驢頭寬度LAB=R-L1=3.75m-3m=0.75m.驢頭用厚為30mm的鋼板焊接而成?？紤]到經(jīng)濟(jì)性，節(jié)約資源與成本，驢頭上留有5個(gè)小孔，小孔的直徑為90mm。鋼板的標(biāo)準(zhǔn)及名稱GB/T3274-1988.碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)熱扎

5、厚鋼板和鋼帶。（7 P3-83,表3-1-37，常用鋼板，鋼帶的標(biāo)準(zhǔn)摘要。）為了便于驢頭與游梁的鏈接，在驢頭的腹部上下各焊接一塊鋼板。板長(zhǎng)300mm,高為200mm,寬為20mm。每塊鋼板上均有4個(gè)螺栓孔。如圖1.2所示。圖1.2 驢頭的結(jié)構(gòu)兩鋼板間留有200mm的索道，在索道的上方焊接一個(gè)鋼絲繩懸掛點(diǎn)，鋼絲繩懸掛點(diǎn)選用的是低合金結(jié)構(gòu)鋼Q420(7 P3-21.表3-1-8，低合金鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能。)將低合金鋼加工成直徑為30mm，長(zhǎng)度為200mm的外螺紋結(jié)構(gòu)，再將其焊接在驢頭的索道上。1.4 懸點(diǎn)載荷G的計(jì)算由減速器部分計(jì)算得到減速器的輸出扭矩T=50 KN.m。T=GR-減速器輸出端

6、到驢頭懸點(diǎn)的總效率。R-驢頭的弧面半徑。查表1-1-3 常用零件的傳遞效率。8 P15 得齒式聯(lián)軸器傳遞效率1=0.99滾動(dòng)軸承傳遞效率2=0.99滑動(dòng)軸承傳遞效率3=0.97銷連接的傳遞效率4=0.95總效率=1222342=0.992 ×0.992 ×0.97 ×0.95=0.84.懸點(diǎn)載荷G=T/R=50KN.m×0.84÷3.0m=11.2KN.第2章 游梁游梁是抽油機(jī)主要承載部件，承擔(dān)著抽油機(jī)的全部工作載荷，因此必須要有足夠的強(qiáng)度和一定剛度。游梁由前臂和后臂組成。前臂長(zhǎng)3m，后臂長(zhǎng)2.4m。前臂與驢頭相連，后臂通過橫梁與連桿相連，中間

7、部分通過滾動(dòng)軸承與支架相連。中部有四個(gè)長(zhǎng)孔，固定在游梁支承上，靠四個(gè)調(diào)整螺栓對(duì)游梁進(jìn)行微調(diào)，使驢頭懸點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)井口中心。為了保證游梁的剛度強(qiáng)度，游梁用兩工字鋼焊接而成，橫截面如圖2.1所示。圖2.1 游梁的截面示意圖2.1 平衡重重力G1的計(jì)算由于平衡重是用來平衡懸點(diǎn)載荷的，所以平衡重對(duì)與平衡重等高的支架中線的力矩等于懸點(diǎn)載荷對(duì)支架軸的力矩，即G1L2=(G+G0)L1G1-平衡重的重力L2-后臂梁長(zhǎng)G0-驢頭重力（G=11KN）L2-前臂梁重力G1=8.83KN2.2 游梁的受力分析當(dāng)抽油機(jī)未工作時(shí)，游梁處于平衡位置。即游梁前臂端，后臂端對(duì)支架軸的力矩相等。設(shè)后臂端受力為F1，支架受力為F2則

8、GL1=F1L2F1=GL1/L2=11.2KN.m×3.0m÷2.4m=14.0KNF2=G+F1=11.2KN+14.0KN=25.2KN如圖2.2所示，做出游梁受力的剪力圖和彎矩圖。圖2.2得出游梁的最大的剪力為11KN,最大彎矩為14.6KN.m。游梁所受的最大彎曲正應(yīng)力max=Mmax/Wz (11 P169,公式6-4）Mmax-最大彎矩Wz-抗彎截面系數(shù)max=Fmax/A ( 11 P20 公式2-1）Fmax-最大力A-游梁橫截面面積。所以，Mmax/Fmax=W/A=14.6KN.m/11KN=1.3查表3-1-54 熱軋工字鋼 （7, P3-114)

9、得工字鋼的型號(hào)為40C高度h=400mm腿寬度b=146mm腰厚度d=14.5mm平均腿厚度t=16.5mm內(nèi)圓弧半徑r=12.5mm腿端圓弧半徑r1=6.3mm 如圖2.3所示。圖2.4 在游梁的前臂端上下對(duì)稱焊接如圖2.3所示的鋼板，用來與驢頭腹部鋼板螺紋連接。 圖2.5 在支架軸處用如圖2.4所示的A型耳板。（ 9 P22 耳板結(jié)構(gòu)圖)圖2.6 查表1.24 耳板結(jié)構(gòu)尺寸（9 ,P23 ) 支架軸的耳板材料為Q345 第3章 橫梁 3.1橫梁的受力分析受力分析圖如圖3.1所示圖3.1彎矩圖如圖3.2所示圖3.2根據(jù)公式G0L1=L2F計(jì)算得到F=13.75KN根據(jù)材料力學(xué)公式的WZ=bh

10、²/6A=bhWz-抗彎截面系數(shù)查表得橫梁的抗彎截面系數(shù)Wz=1.85x10m橫梁所受的最大彎曲正應(yīng)力max=Mmax/Wzmax=Fmax/A max-最大彎曲正應(yīng)力Mmax/Fmax=W/AA-橫梁橫截面積可取L=1.8mA=15360mm²材料用Q235橫梁的結(jié)構(gòu)圖如圖3.3所示圖3.33.2橫梁心軸的設(shè)計(jì)橫梁心軸是用來連接游梁后臂耳板與橫梁，只受彎矩，不受扭矩。其結(jié)構(gòu)如圖3.4所示。圖3.4查表B.8橫梁心軸的配合尺寸D=64mm d=40mmL=144mm L1=38mm L2=68mm橫梁心軸的受力分析如圖3.5所示圖3.5F=F1+F2F=G1=8.83KN彎

11、矩圖如圖3.6所示根據(jù)材料力學(xué)公式的WZ=d/32Wz-抗彎截面系數(shù)查表得橫梁的抗彎截面系數(shù)Wz=1.66x軸所受的最大彎曲正應(yīng)力max=Mmax/Wzmax=Fmax/A max-最大彎曲正應(yīng)力Mmax/Fmax=W/AA-軸橫截面積R²=AR可取32mm3.3 橫梁心軸軸承的選用考慮到軸承所受載荷基本為徑向，且受力較大。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選用60000型深溝球軸承，代號(hào)為61810.其基本尺寸為D=65mm, d=50mm,B=7mm.3.4 深溝球軸承的壽命計(jì)算 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)公式 根據(jù)沖次數(shù)為6n/min 所以n=0.9r/min取=3 C=4.415KNLh=36000h3.5

12、軸承的潤(rùn)滑根據(jù)軸承的工作條件 采用油脂潤(rùn)滑。第4章 連桿4.1由于抽油機(jī)對(duì)稱分布，連桿，曲柄，平衡塊的數(shù)量均為2個(gè)。 連桿裝置：由無縫鋼管和上、下接頭組焊而成的連桿，連桿銷，曲柄銷及曲柄銷軸承座組成。上端靠連桿銷與橫梁連結(jié)，下錐面配合有螺栓與軸承座相連，曲柄銷用左右旋緊螺母緊固在曲柄上，曲柄銷螺母可根據(jù)需要配備三棱梅花螺母。曲柄裝置：兩個(gè)曲柄裝置對(duì)稱的固裝在減速器的從動(dòng)軸上，曲柄上有若干個(gè)直徑相同的曲柄銷孔，將曲柄銷緊固在不同的曲柄銷孔里，既可得到不同沖程長(zhǎng)度。曲柄裝配有齒條，用來調(diào)節(jié)平衡塊在曲柄上的位置。4.2 計(jì)算連桿，曲柄的長(zhǎng)度在圖1中，后臂，連桿，曲柄，曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)軸心到支架軸心的距離組合

13、成，四連桿，其中后臂為搖桿，其擺角為55º，因?yàn)榇饲B桿為對(duì)稱循環(huán)結(jié)構(gòu)，所以后臂端頭處于極限位置時(shí)，端頭到平衡位置的距離為曲柄長(zhǎng)度L3=sin27.5ºL2=1.1m支架軸心和曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)軸心到底座的距離分別為h1, h2.高度差h=0m.由勾股定理求的連桿長(zhǎng)度4·3連桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)連桿上端，下端連接結(jié)構(gòu)如圖4.1所示。圖4.14·4連桿上銷軸的設(shè)計(jì)連桿上端與游梁兩端的耳板用連桿上銷軸連接。連桿上銷軸如圖4.2所示。其中D的公差按m7選用（12 P38）圖4.2D=30mm ，L=110mm4·5連桿的應(yīng)力分析與強(qiáng)度校核 抽油機(jī)的連桿連接曲柄裝置與

14、橫梁。通常連桿為無縫鋼管，連桿在抽油機(jī)工作時(shí)，承受拉力或壓力。連桿在不同位置時(shí)，所受的力大小不同，根據(jù)示功圖選懸點(diǎn)載荷最大位置時(shí)對(duì)連桿進(jìn)行校核。此時(shí)抽油機(jī)的位置如下圖所示: 圖4.3抽油機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 曲柄銷處的作用切線，連桿作用力，曲柄平衡重折合力，曲柄平衡質(zhì)量造成的離心力，游梁上作用力有懸點(diǎn)載荷，連桿作用力，游梁支點(diǎn)的反作用力以及游梁重。根據(jù)游梁支點(diǎn)的力矩平衡式： 4-1 引入結(jié)構(gòu)不平衡重，則有： 其中式中關(guān)于的計(jì)算： 4-2 代入，則。 利用余弦定理則有： 連桿的橫截面積：取直徑42mm的實(shí)心桿。 許用應(yīng)力： 式中：安全系數(shù) 故：取連桿材料Q235即可滿足強(qiáng)度要求第5章 曲柄5.1 曲柄的

15、設(shè)計(jì)兩個(gè)曲柄裝置對(duì)稱的固裝在減速器的從動(dòng)軸上，曲柄上有若干個(gè)直徑相同的曲柄銷孔，將曲柄銷緊固在不同的曲柄銷孔里，既可得到不同沖程長(zhǎng)度。曲柄裝配有齒條，用來調(diào)節(jié)平衡塊在曲柄上的位置。 前面已經(jīng)計(jì)算出曲柄的長(zhǎng)度為1100mm。曲柄的一端與連桿用曲柄銷軸連接。另一端與減速器的輸出軸用滾動(dòng)軸承相連接。曲柄的結(jié)構(gòu)如圖5.1所示。圖5.15·2曲柄軸的設(shè)計(jì) 曲柄軸用來連接連桿和曲柄，如圖5.2所示。圖5.2D1和D2的公差分別按k6和n8選用，均應(yīng)滾壓加工。查表8.10曲柄軸與軸承的配合尺寸（一） （12 P39) 得曲柄軸的結(jié)構(gòu)尺寸 L1=72mm L2=56mm L=176mm d= 56m

16、m D=80mm d0=8mm。 5·3曲柄軸軸承型號(hào)的選擇查表E.1 游梁式抽油機(jī)用軸承 （12 P55)得 曲柄軸軸承型號(hào)60000，代號(hào)為61810查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)深溝球軸承表 （13 P6-143)得基本尺寸d=60mm D=80mm B=10mm 5.4 深溝球軸承的壽命計(jì)算根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)公式取C=4.415KN, n=1n/min=3Lh=36000h5.5 軸承的潤(rùn)滑根據(jù)軸承工作條件，選用油脂潤(rùn)滑。5·4曲柄連接設(shè)計(jì)強(qiáng)度校核 抽油機(jī)曲柄連接圖所示，已知曲柄鍵材料為：，材料的彈性模量： ，泊松比：合長(zhǎng)度：，曲柄強(qiáng)度校核：(1) 求截面的最大彎矩M： 4-3 其中:，

17、 此時(shí): (2) 求最小結(jié)合壓力： 取得： 取， (3) 求螺紋預(yù)緊力： 4-4 式中：，為錐角。 (4) 求擰緊力矩T： (5) 校核螺紋根部的靜強(qiáng)度： 采用螺紋，螺紋小徑，材料為，抗拉強(qiáng)度為，根據(jù)資料2，取，則有： 顯然螺紋根部強(qiáng)度足夠。第六章 游梁心軸6.1 心軸軸是用來連接游梁與支架。心軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖6.1所示，其中D和d1分別按h11和n6選用。 （12 P39)圖6.1L=320mm L1=16mm L2=160mm L3=64mmD=110mm d1=96mm d3=90mm6·2支架心軸軸承的選擇查表E.1 游梁式抽油機(jī)用軸承 （12 P55)選用型號(hào)60000，代

18、號(hào)為61816的深溝球軸承查表6-2-77深溝球軸承 （13 P6-304)得基本尺寸d=76mm D=90mm B=38mm 、5.4 深溝球軸承的壽命計(jì)算根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)公式取C=25.2KN, n=1n/min=3Lh=36500h5.5 軸承的潤(rùn)滑根據(jù)軸承工作條件，選用油脂潤(rùn)滑。6·3游梁支承的強(qiáng)度校核 軸的主要功能是支承旋轉(zhuǎn)零件、傳遞力矩、力和運(yùn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)的游梁支承軸主要功能是支承旋轉(zhuǎn)零件。軸的主要材料是經(jīng)過軋制或鍛造而成的優(yōu)質(zhì)中碳鋼和合金鋼。其中最常用的是經(jīng)調(diào)質(zhì)處理的45號(hào)鋼；不重要的或受力較小的軸，也可用Q235A制造。對(duì)于受載較大的軸的尺寸和重量受到限制，或需要提高軸頸的耐磨性以及處于高溫、低溫、腐蝕等條件下工作的軸，可采用合金鋼，所以只為了提高軸的剛度而選用合金鋼是不經(jīng)濟(jì)的。球墨鑄鐵和一些高強(qiáng)度鑄鐵，由于它們鑄造性能好，減振性能也好，