《抽油機(jī)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《抽油機(jī)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（19頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、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) 目 錄 一、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) .2 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 .3 （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： .6 （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 .10 （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) .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) 齒輪的設(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)

2、算 .22 （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 .42 （三）聯(lián)軸器和鍵聯(lián)接的選用說(shuō)明和計(jì)算 .48 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 .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) .52 （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) .55 （一） 、減速器

3、箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .55 （二） 、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 .57 八、附錄 .59 附表 .59 附圖 .61 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 35.351

4、KW, 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 初步確定傳動(dòng)系統(tǒng)總體方案如圖 26 所示。 選擇 V 帶傳動(dòng)和二級(jí)圓柱斜齒輪減速器（展開(kāi)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

5、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） 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 n 980 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 （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

6、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(guò)大，初步取 i 3.61，則減速器傳動(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 i 6.3，則 i i / i 3.92 5.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 n n / i 271.47/6.343.09 r/min n n / （i i ）11 r/min （2）各軸輸入功率 P P 40.770.94 42.3 kW P P 42.30.980.9941.04 kW P P 41.040.980.9939.82 kW

7、（3）各軸輸入轉(zhuǎn)矩 軸 T 9550 P / n =955042.3/271.47=1.488 kNm 軸 T 9550 P / n =955041.04/43.09=9.096 kNm 軸 T 9550 P / n =955039.82/11=34.5 kNm .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 ?。?% 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

8、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) 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(jiàn)圖 27 圖 27 .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(kāi)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 5

9、862HRC，有效硬化層深 0.50.9mm。經(jīng)查圖，取 1500MPa， 500Mpa。 （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 i 0.25 5，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)

10、 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 K 1.25 動(dòng)載荷系數(shù) K 估計(jì)齒輪圓周速度 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 K 1.17，初取 b/h6，再 查圖得 K 1.13 齒間載荷分配系數(shù) 查表得 K K 1.1 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) z z /cos 19/ cos 21.08 z z /cos 120/ cos 133.15 查圖得 Y 2.8 Y 2.17 Y 1.56 Y 1.82 （7） 重合度系

11、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（tg /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 Y 1 0.878 （9） 許用彎曲應(yīng)力 安全系數(shù)由表查得 S 1.25 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) N2N

12、1/u 5.47310 /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 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=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

13、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） 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(kāi)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)

14、，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，故取 z 33，z i z 3.9233129 傳動(dòng)比誤差 iuz / z 129/333,909 i 0.28 5，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 K 1.25 動(dòng)載荷系數(shù) K 估計(jì)齒輪圓周速度 v0.443m/s 查圖

15、得 K 1.01; 齒向載荷分布系數(shù) K 預(yù)估齒寬 b80mm 查圖得 K 1.171，初取 b/h6， 再查圖得 K 1.14 齒間載荷分配系數(shù) 查表得 K K 1.1 載荷系數(shù) KK K K K =1.251.011.11.141.58 （15） 齒形系數(shù) Y 和應(yīng)力修正系數(shù) Y 當(dāng)量齒數(shù) z z /cos 19/ cos 35.26 z z /cos 120/ cos 137.84 查圖得 Y 2.45 Y 2.15 Y 1.65 Y 1.83 （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

16、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 Y 1 0.669 （18） 許用彎曲應(yīng)力 安全系數(shù)由表查得 S 1.25 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/u 8.68710 /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)

17、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 =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

18、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.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，初步計(jì)算軸徑，取 由于軸端開(kāi)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)

19、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(kāi)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) 軸承的選擇及壽命計(jì)算 （一） 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(jiàn)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)

20、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 軸承壽命 計(jì)算 因 ，按軸承 B 計(jì)算 （二） 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(jiàn)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

21、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 具體受力情況見(jiàn)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

22、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=0.48, 則 , 軸承 B e=0.48, 則 軸承壽命 計(jì)算 因 ，按軸承 B 計(jì)算 圖 33 第四節(jié) 設(shè)計(jì)結(jié)果 1. 最終實(shí)際傳動(dòng)比 i V 帶 高速級(jí)齒輪 低速級(jí)齒輪 3.61 6.316 3.909 2. 各軸轉(zhuǎn)速 n (r/min) (r/min) (r/min) 271.47 42.98 11 3. 各軸輸入功率 P （kW） （kW） （kW） 42.3 41.04 39.82 4. 各軸輸入轉(zhuǎn)矩 T (kNm

23、) (kNm) (kNm) 1.488 9.096 34.57 5. 帶輪主要參數(shù) 小輪直徑 （mm） 大輪直徑 （mm） 中心距 a（mm） 基準(zhǔn)長(zhǎng)度 （mm） 帶的根數(shù) z 280 1000 1451 5000 6 6高、低速級(jí)齒輪參數(shù) 名稱 高速級(jí) 低速級(jí) 中心距 a(mm) 355 500 法面摸數(shù) (mm) 5 6 螺旋角 （） 1179836 1359049 小齒輪 左 右旋 向 大齒輪 右 左 齒 數(shù) 19 33 120 129 （mm） 97.050 203.704分度圓 直徑 (mm) 612.950 796.296 （mm） 107.050 215.704齒頂圓 直徑 (mm) 622.950 808.296 (mm) 84.550 188.704齒根圓 直徑 (mm) 600.450 781.296 （mm） 60 130齒 寬 （mm） 54 124 齒輪等級(jí)精度 6 6 材料及熱處理 20CrMnTi，齒面滲碳淬火， 齒面硬度 5862HRC 45 鋼，調(diào)質(zhì)后淬火，齒面硬 度 4050HRC 第五節(jié) 心得體會(huì)