1．设计任务(1)
2．设计内容(2)
3．方案分析(2)
4．设计目标(3)
5．设计分析(3)
6．电机选择(7)
7． V带传动设计(10)
8．齿轮传动设计(11)
9．轴的结构设计(19)
10．轴承寿命校核(21)
11．心得与总结(25)
12．附录(26)
机械设计课程设计
设计任务：抽油机机械系统设计
抽油机是将原油从井下举升到地面的主要采油设备之一。常用的有杆抽油设备由三部分组成：一是地面驱动设备即抽油机；二是井下的抽油泵，它悬挂在油井油管的下端；三是抽油杆，它将地面设备的运动和动力传递给井下抽油泵。
抽油机由电动机驱动，经减速传动系统和执行系统（将转动变换为往复移动）带动抽油杆及抽油泵柱塞作上下往复移动，从而实现将原油从井下举升到地面的目的。
悬点——执行系统与抽油杆的联结点
悬点载荷P(kN)——抽油机工作过程中作用于悬点的载荷
抽油杆冲程S(m)——抽油杆上下往复运动的最大位移
冲次n(次/min)——单位时间内柱塞往复运动的次数
悬点载荷P的静力示功图——在柱塞上冲程过程中，由于举升原油，作用于悬点的载荷为P1，它等于原油的重量加上抽油杆和柱塞自身的重量；在柱塞下冲程过程中，原油已释放，此时作用于悬点的载荷为P2，它就等于抽油杆和柱塞自身的重量。
假设电动机作匀速转动，抽油杆（或执行系统）的运动周期为T。油井工况为：
|
上冲程时间 |
下冲程时间 |
冲程S(m) |
冲次n(次/min) |
悬点载荷P(N) |
|
8T/15 |
7T/15 |
1.3 |
14 |
|
设计内容：
1. 根据任务要求，进行抽油机机械系统总体方案设计，确定减速传动系统、执行系统的组成，绘制系统方案示意图。
2. 根据设计参数和设计要求，采用优化算法进行执行系统(执行机构)的运动尺寸设计，优化目标为抽油杆上冲程悬点加速度为最小，并应使执行系统具有较好的传力性能。
3. 建立执行系统输入、输出(悬点)之间的位移、速度和加速度关系，并编程进行数值计算，绘制一个周期内悬点位移、速度和加速度线图(取抽油杆最低位置作为机构零位)。
4. 选择电动机型号，分配减速传动系统中各级传动的传动比，并进行传动机构的工作能力设计计算。
5. 对抽油机机械系统进行结构设计，绘制装配图及关键零件工作图。
6. 编写机械设计课程设计报告。
方案分析：
1.根据任务要求，进行抽油机机械系统总体方案设计，确定减速传动系统、执行系统的组成。
该系统的功率大，且总传动比大。减速传动系统方案很多，以齿轮减速器减速最为常见且设计简单，有时可以综合带传动的平稳传动特点来设计减速系统。在这里我选用带传动加上齿轮二级减速。
执行系统方案设计：
输入——连续单向转动；输出——往复移动
输入、输出周期相同，输入转1圈的时间有急回。
常见可行执行方案有很多种，我选用“四连杆（常规）式抽油机”机构。
设计目标：
以上冲程悬点加速度为最小进行优化，即摇杆CD顺时针方向摆动过程中的α3max最小，由此确定a、b、c、d。
设计分析：
执行系统设计分析：
设计要求抽油杆上冲程时间为8T/15，下冲程时间为7T/15，则可推得上冲程曲柄转角为192°，下冲程曲柄转角为168°。
找出曲柄摇杆机构摇杆的两个极限位置。
CD顺时针摆动——C1→C2，上 冲 程 ( 正 行 程 ) ， P1 ，
=192°，慢行程，B1 → B2；
CD逆时针摆动——C2→C1，下 冲 程 ( 反 行 程 ) ， P2 ，
=168°，快行程，B2→ B1。
θ =
。
曲柄转向应为逆时针，Ⅱ型曲柄摇杆机构
a2 + d 2 > b2 + c2
设计约束：
(1) 极位夹角
（2）行程要求
通常取e/c=1.35 S = eψ =1.35cψ
(3)最小传动角要求
(4) 其他约束
整转副由极位夹角保证。各杆长>0。
其中极位夹角约束和行程约束为等式约束，其他为不等式约束。
Ⅱ型曲柄摇杆机构的设计：
若以ψ为设计变量，因S=1.35cψ ，则当取定ψ时，可得c。根据c、ψ作图，根据θ作圆η，其半径为r。
各式表明四杆长度均为Ψ和β的函数
∴取Ψ和β为设计变量
根据工程需要：
优化计算：
①.在限定范围内取ψ、β，计算c、a、d、b，得曲柄摇杆机构各构件尺寸；
②.判断最小传动角；
③.取抽油杆最低位置作为机构零位：曲柄转角β=0，悬点位移S=0，求上冲程曲柄转过某一角度时摇杆摆角、角速度和角加速度α3（可按步长0.5°循环计算）；
④.找出上冲程过程中的最大值α3max。
对于II型四杆机构，已知杆长为a,b,c,d，原动件a的转角及等角速度为
(
,n 为执行机构的输入速度)
⑴. 从动件位置分析（如图所示），
为AD杆的角度
机构的封闭矢量方程式为：
（1.1）
欧拉公式展开
令方程实虚部相等
（1.2）
消去得，
（1.3）
其中 
又因为 
代入（1.3）得关于
的一元二次方程式，解得
（1.4）
B构件角位移可求得
（1.5）
⑵．速度分析
对机构的矢量方程式求导数得
（1.6）
将上式两边分别乘以
或
得
或 （1.7）＆（1.8）
⑶加速度分析
将（1.6）式对时间求导得
（1.9）
对上式两边同乘或得
或
