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1、东北石油大学本科生毕业设计（论文）摘 要抽油机是指能把流体从地下抽出的装置。曲柄的旋转运动被改变成被固定在曲柄的一端的连杆臂的一双灵活的机构的往复运动并且曲柄的另一端通过这样的连接绕过多个滚筒延伸，然后垂直向下朝向井头。灵活的机构在其另一端以一定装置被连接到到光杆。灵活的机构和光杆，基于在同一垂直平面，因此，真正的垂直往复运动便传递给光杆。灵活的机构包括非金属肩带，有相当的宽度，以提供稳定的运动。多年来，油从地表下方的一个领域以抽油机的方式被抽出，这种方式是由抽油机的往复光杆连接到由钻具操作的潜水泵来实现的。不同类型的抽油机都是合适的，本发明涉及到一个抽油机以便于合理地应用在操作一个泵去把液体
2、从地下抽到地表的领域，如石油，是低于地表的领域并且由于抽油机的低姿态尤其在具有中心支点的喷灌系统领域中抽油机是很有效的。关键词：抽油机；曲柄；机构AbstractA pumping unit for pumping fluids from a location beneath the surface of a field.The rotary motion of a crankarm is changed to a reciprocating motion of a pair of flexible members by pitman arms pivotally secured at one
3、 end to the crankarm and at the other end to the flexible members which extend from such connection over a plurality of rollers and then vertically downward toward the well head.The flexible members are connected at their other ends to means connected to the polished rod.Portions of the flexible mem
4、bers and the polished rod lie in the same vertical plane so that true vertical reciprocating movement is imparted to the polished rod.The flexible members comprise non-metallic straps having a substantial width to provide stability of movement. For many years, oil from beneath the surface of a field
5、 has been pumped by means of a pumping unit .which reciprocates a polished rod connected to a drill string to operate a submerged pump. This invention relates to a pumping unit suitable for use in a field for operating a pump to remove fluids, such as oil, from beneath the surface of the field and i
6、s particularly useful in fields having center pivot sprin-kler irrigation systems because of the low profile of the pumping unit.Keywords: pumping unit；a crankarm；members第1章 概述1.1抽油机概述1.1.1抽油机的一般知识抽油机是有杆抽油的地面动力传动设备，是构成“三抽”系统的主要组成部分。抽油机的产生和运用由来已久，迄今已有百年历史。应用最早普及最广的属常规型游梁式抽油机，至今在世界各产油国中仍占绝对优势.结构简单、可拿咐
7、用、操作维修方便是其经久不衰的恨本原因。然而，随着油田的不断开发，要求抽油机具有长冲程、大负荷、能耗低、体积小、重量轻等性能特点来满足日益发展的油田开发的需要。70年代以来，有杆抽油技术有了突破性进展，各种新型的抽油机相继研制成功，投入生产。目前，国外至少有30家公司，国内至少有20家厂、院、校、所，在专门研究制造新型抽油机。1.1.2 抽油机的分类抽油机主要分游梁式油油机和无梁式抽油机两大类。游梁式抽油机的具体分类如下:按结构型式可分为;常规型、前置型、偏置型、斜井式、低矮式活动式;按减速器传动方式可分为:齿轮式、链条式、皮带式、行星轮式;按驴头结构可分为:上翻式、侧转式、分装式、整体式、旋
8、转式、大轮式、双驴头式、异驴头式;按平衡方式可分为:游梁平衡Y，曲柄平衡B,复合平衡F、天平平衡T,液力平衡、气动平衡、差动平衡;按驱动方式可分:普通异步电机驱动、多速异步电机驱动、变压异步电机驱动，大转差率电机驱动。超过转差率电机驱动、天然气发动机驱动、柴油机驱动。 无游梁式抽油机，因其机理不同，结构各异，尚无确定的分类方法和准则，一般可分为:低矮式:其特点是整机低矮;滚筒式(沉入式):其特征是无曲柄连杆机构，以纹车滚简为主体，其上缠绕柔性件，一端悬挂杆泵，一端悬挂平衡重.悬绳器和平衡重均沉没于地下，故这种抽油机又称沉入式或鼠洞式抽油机; 塔架式;其特点是具有高耸的立架，类似钻机井架。塔架高
9、度与冲程长度相谐; 常规式:其特点是具有带传动、减速器的曲柄连杆机构，以实现悬点的往复直线运动及换向; 缸式抽油机:其特点是以压力油缸或气动柱塞来驱动杆系上下往复运动; 增程式(又称增距式):其特点是具倍升机构，以实现悬点冲程的放大;链条式:其特点是以链条传动来传递动力;皮带式:其特点是以皮带传动来传递动力;绳索式:其特点是以钢丝绳来传递动力;此外，还有许多其它型式的无游梁抽油机。1.2 国内外抽油机的技术现状及发展趋势1.2.1国内外游梁式抽油机的技术现状抽油机的产生和使用由来巳久，迄今已有百年历史。应用最早，普及最广的应属游梁式抽油机.早在120年前就诞生了，目前，在世界各个产油国仍在大面
10、积地广泛应用。美国拥有40万台，我国拥有2. 7万台，前苏联拥有9万台，一百多年来，游梁式抽油机的结构和原理没有实质性变化.结构简单、易损件少、可靠性高、耐久性好，操作维修方便，是其百年经久不衰的很本原因。 1、美国美国生产抽油机的公司有十几家，品种复杂、型式繁多，其中以技术先进、实力雄厚的拉夫金（得克萨斯州）公司为权威。常规型游梁式抽油机按API标准制造。1988年第15版API Spec11E中规定了常规型游梁式抽油机系列有7种型号，悬点载荷9214kN，冲程0.47. 6m,减速器扭矩0. 737105. 32kNm，其中以悬点负荷25 165kN，冲程0. 71 3. 66m的抽油机居
11、多。规格最大的是3648一470一300型抽油机，悬点负荷213kN,冲程7. 62m,减速器扭矩420. 4kNm。减速器大多采用渐开线人字齿轮传动，中间没有退刀槽.也有少数采用螺旋齿轮传动、链条传动和皮带传动。采用宽翼工字钢游梁，强度高，重量轻。拉夫金公司采用W2499宽冀工字钢游梁，重680kg。前置式抽油机主要由拉夫金公司生产，该公司生产的马克型前置式抽油机，共有八个系列46个品种。拉夫金公司还生产前置式气平衡抽油机，该机比同级常规抽油机外形尺寸小35%,整机重量轻40%.该机共有26种规格，悬点负荷48. 47213. 19kN，冲程1.376. 1m，平衡气压力1. 052. 87
12、MPa,偏置式抽油机主要由CMl公司生产。共有九种规格，减速器扭矩7. 9126. 1kNm。偏置式抽油机又称异向曲柄抽油机，或称后置式抽油机，或称托马斯特(TM)抽油机，简称TM抽油机。这种抽油机的技术经济指标优越，深受用户欢迎。1986年已进入API标准。该机特点在于连杆与游梁之间夹角始终为90,曲柄转角上冲程为192。下冲程为168,惯性负荷小，峰值扭矩小，比同级常规抽油机小60%,该机游梁支架与减速器座底直接连接，改善了整体受力。此外，美国还有许多家公司生产和研制各种新型的游梁式抽细机。2、加拿大加拿大抽油机主要生产厂商是雷姆斯有限公司，该公司主要生产常规式、前置式、偏置式游梁抽油机之
13、外，此外，还有其它公司生产各种新型游梁式抽油机。3、法国法国抽油机主要生产厂商是玛普公司，除生产各种游梁式抽油机外，还生产各种无游梁式抽油机。4、前苏联前苏联抽油机按IDCT标准生产，以新系列游梁式推油机共有9个系列22种型号，减速器共有10种型号。悬点负荷10200种。冲程0.456m,减速器扭矩1 120kNm。平衡方式全部采用复合平衡或曲柄平衡重型采用气动平衡。为缩小尺寸，减轻重量，近年来将曲柄半径与驴头摆动半径比从0.4增大到0. 6。抽油机主要生产厂家是伊甲巴依油矿设备厂。5、罗马尼亚罗马尼亚抽油机生产厂家主要是火山工厂。这家工厂共生产两种系列产品。国内系列共22种规格，悬点载荷30
14、193kN.冲程1.25m,减速器有8种规格，扭矩5100kNm。6、中国我国的抽油机制造业已有40年历史，经过了进口修配、仿制试制、设计研制三个阶段。50年代以进口为主，修配为辅。6070年代在仿制的基础上进行试制，1975年制订国产抽油机基本型式与参数,1980年制订抽油机结构尺寸和技术条件。从此开始自行设计，研究制造国产抽油机，逐步实现国产化，不仅满足自给.而且还部分出口，目前，我国已有兰州石油机械厂、兰州通用石油机械厂、宝鸡石油机械厂、第二石油机械厂、第三石油机械厂、第四石油机械厂、江汉石油机械厂、抚顺石油机械厂、华东管道机修厂、大庆总机厂、玉门总机厂、大港总机厂等30多家抽油机制造厂
15、，年生产抽油机上万台，并有2项产品获国家银质奖,14项产品获部奖称号。兰石、兰通、宝石、江汉石油机械厂(原江汉总机厂)、第四石油机械厂、第二石油机械厂等厂家先后获得API商标使用许可证，抽油机出口美国，从而使国产抽油机打入国际市场，跻身于世界先进行列。兰石厂是我国生产抽油机的主要厂家，按国内技术生产的常规游梁式抽油机，共11种规格，悬点负荷80160kN，冲程35. 5m,减速器扭矩37105kNm,按AP1标准生产的常规型抽油机，共43种规格，悬点负荷34. 47165. 56kN，冲程0.914. 88m,减速器扭矩5. 53126kNm。兰石厂和宝石厂是我国生产前置式抽油机批量最大的厂家
16、，目前已生产该机500多台。兰石厂生产的pCYJ12-3. 6-a6 HB型前置式抽油机，悬点载荷120kn，冲程3. 6m ,减速器扭矩56kNm宝石厂生产的CYJQ16一6一105B型前置式抽油机，悬点负荷160kN，冲程6m减速器扭矩105kNm。1.2.国内外游梁式抽油机的发展趋势1.3 设计目的随着油田逐渐进入开发的中后期，油井含水比不断上升，动液面不断下降，油井出现水淹甚至强水淹现象。而新区开发也有不断增大产层深度的趋势，这就使机采油井的泵挂深度不断增加。为保证油井产量要加大抽油机的悬点负荷，从而导致抽油杆弹性变形加重，造成严重的冲程损失。补偿方法则依赖于加大抽油机的冲程长度，对于
17、高含水井、稠油井、深抽井等更需要加大抽油机的悬点载荷和冲程长度。然而，游梁式抽油机，尤其是常规型抽油机由于其自身的特点，其重量随冲程长度近似地呈直线关系增加。实际上，当悬点最大冲程长度超过4.5m时，游梁式抽油机就显得非常笨重，操作不方便，难以实现长冲程和大负荷。因此游梁式抽油机的冲程长度一般不超过6m。无游梁抽油机的最大优点在于没有笨重的游梁，大大降低运动系统的惯量，从而降低运动系统惯性负荷，无游梁抽油机容易实现长冲程，相对损失小。长冲程抽油机的相对冲次较低，大大降低运动系统加速度不但可提高泵效，还可提高三抽系统的工作寿命。无游梁抽油机在实现长冲程、大排量、重负荷的同时，还有体积小、重量轻、
18、动载小、耗能低等一系列特点.长冲程、大排量、重负荷有杆抽油是我国机采发展的主要方向。为了满足长冲程、低冲次的工艺要求，改善抽油设备的工作条件降低成本70年代以来，各种型式的无游梁式抽油机应运而生，相继问世，使有杆式机械采油技术有了突破性进展。1.4 设计要求1.双驴头节能抽油机的冲程为2-3米，抽油机的下泵深度为1400-1600米。2.方案可行；参数计算正确；结构合理；满足强要求；设计的双驴头节能抽油机能满足基本功能并符合设计规范。1.5 抽油机的工况条件及技术经济评估1.5.1抽油机的工况条件抽油机一年四季全天候野外作业，承受风吹、日晒、雨淋、雪压。新的油田又多发现在沙漠、荒原、沼泽、冻地
19、、浅海滩、深海，地处边远，渺无人烟。抽油机所承受的负荷为周期性交变负荷，连续运转，无人监护。所以说抽油机的工作条件十分恶劣。抽油机一年四季全天候野外作业，承受风吹、日晒、雨淋、雪压。新的油田又多发现在沙漠、荒原、沼泽、冻地、浅海滩、深海，地处边远，渺无人烟。抽油机所承受的负荷为周期性交变负荷，连续运转，无人监护。所以说抽油机的工作条件十分恶劣。1.5.2抽油机的技术经济评估恶劣的工况条件，对抽油机提出以下技术要求:1、良好的可靠性抽油机常年连续运转，工况复杂多变，加之无人监护，管理不便，因而要求其工作必须可靠.对于油矿设备来说。可靠性是最重要的技术指标，抽油机发生故障将会造成停产待修、油井破坏
20、等重大事故和严重经济损失。2、良好的衬久性 抽油机效用寿命(或称设计寿命，或称服役期)是抽油机设计水平、制遣质量、管理水平的综合反映.提高产品寿命，正是抽油机技术进步的主攻目标。3、良好的二作性能 抽油机的工作性能指标.包括悬点负荷、冲程、冲次、减速器扭矩、单井井口产量等技术参数.随着油田不断开发，抽井含水比不断增大，泵挂深度不断增加，动液面不断下降，势必引起悬点负荷增大，同时引起减速器扭矩的增大。泵径、冲程、冲次也要恨据抽极工况的变化而经常调节。抽油机应该满足抽采工艺的要求，应能适应抽汲参数的变化。4、结构简单，易拐件少，操作维修方便 结构简单，势必故障率低;易损件少，必然可靠耐久。游梁式抽
21、油机历久不衰的根本原因就在于此。目前，我国抽油机的轴承和曲柄销寿命均不长，尚待得到根本解决。操作维修方便是油田现场最关心的技术，此项技术还必关系到产品市场的竞争。5、能源消耗低，材料消耗低我国拥有抽油机2. 7万台，以平均每台重15t计，则总重量为40多万t,每台以7万元价，则总资产近20亿元。如果，每台抽油机能降低一点材料消耗，则整个经济效益是十分可观的。一台抽油机平均每年耗电几十万度，2.7万台抽油机，每年共耗电300多亿度，其电耗居油田第二位，仅次于注水（注水占油田总电耗40%，抽油机占25%），如果，每台抽油机能节省一点能源消耗，则整个经济效益是相当惊人的。目前，抽油机单位千瓦的重量和
22、单位产量的能耗，越来越引起有识之士的重视。第2章 整体设计及基本参数的确定2.1整体结构的确定一、结构特点该曲柄连杆式无游梁抽油机的电动机、三角带、减速箱、连杆、横梁与普通游梁式抽油机基木相同。该机取消了游梁。支架顶部装有滑轮，柔性件绕过滑轮，一端与横梁连接。另一端与光杆连接。支架由工字钢焊成，下端与底座铰接，可调螺杆能将支架移向一侧，以便修井作业。曲柄是一铸铁件，要求有一定的强度和刚度。曲柄上加工有齿条，借助摇把齿轮，可以调节平衡块在曲柄上的位置，以求得最佳平衡工况，调节后除应紧固其固定螺丝外，必须在曲柄和平衡块间安装保险锁块。曲柄销子和曲柄间也是过盈配合，在销子头上用一螺母固定死销子和曲柄
23、，在曲柄上有3-5个圆柱孔，用以改变冲程长度。底座是支撑抽油机的主要构件，俗称底盘。底座采用型钢或钢板组焊而成，要有足够的强度和刚度。在抽油机安装时，用紧固件把底座固定在专门的混凝土基础上。底座与混凝土基础紧固的方式很多，常用的有地脚螺丝紧固和压杠紧固。压杠紧固方式比较便于抽油机的安装和调整校正，但对抽油机固定的牢固程度欠佳，且容易被拆卸和破坏；地脚螺丝紧固方式紧固牢靠程度高，且不易被人为地拆卸和破坏，但在安装和调整找正时，比较麻烦。二、工作原理电动机输出动力，经三角带和减速箱减速.由曲柄传给连杆，经过连杆换向传给横梁，再经柔性件传给悬点、光杆、抽油杆，最后变为井下泵柱塞的上下往复运动。三、性
24、能特点该型抽油机与游梁式抽油机相比具有结构简单结构简单、尺寸小、重量轻、动力性能优越、应用范围宽、节能效果明显等优点，但其悬点冲程长度为曲柄半径的两倍（即S=2R，R为曲柄半径），当悬点冲程长度大于3m时，曲柄装置就显得过于笨重，因此，这种结构的曲柄连杆式无游梁抽油机只适用于中短冲程，以悬点冲程长度不大于2.5m为宜。该机是一种曲柄连杆换向的无游梁抽油机，该机的结构及原理如图所示。2.2抽油机冲程和冲次的确定悬点从下死点到上死点虽然走了冲程长度S,但是由于抽油杆和油管柱的静变形结果，使抽油泵柱塞的有效冲程长度要比S小，所以=S- 而静变形的大小等于=+=+ =（1+） =式中= 称为变形分配系
25、数，一般可取0.60.9。下泵深度L=1500m动液面h=1000m,S=2.5m井下液体密度=880kg/柱塞以上每米液柱重21.24N/m。=21.24(1500-1000)=10.62kN 杆的直径取=22mm,= E=2.1= =0.2m=0.33m根据大庆地区的实际情况：一般考虑产液量为每天20吨以上，查阅异形游梁抽油机 不同参数下泵的理论排量初步确定S=2.5m，n=5r/min，泵径=56mm 活塞面积 =24.63 按这种数据其理论产液量一个冲程抽液量一天产液量=4.7=33.8kg=33.8吨基本满足大庆地区要求2.3悬点载荷计算悬点的最大载荷发生在上冲程静变形结束后一瞬间，
26、最大载荷等于静载荷加上动载荷（惯性载荷和振动载荷），悬点的最小载荷发生在下冲程静变形期结束后一瞬间。最小载荷等于静载荷减去动载荷作为实际计算，现将国内外所用的一些比较简便的公式列在下面，仅供参考。公式1 公式2 公式3公式4 公式5公式1可用于一般井深及低冲数油井。公式2、3和5都是把悬点运动规律简化为简谐运动。公式4只考虑了抽油杆产生的惯性载荷，公式2和公式5同时考虑了抽油杆柱和液柱的惯性载荷。考虑到摩擦力的影响，公式2和公式1中的液柱载荷采用（即作用在活塞整个截面面积上的液柱载荷），而公式5中采用（即作用在活塞环形面积F-上的液柱载荷）。曾对我国某油田的6口抽油井的悬点载荷用电阻应变仪进行
27、了准确的实际测量，并且用上述5个公式进行了计算。得出结论用公式2计算的结果接近于上述6口井的实际测量结果，而公式1的计算结果普遍较高，公式3和公式4普遍偏低。故选择采用公式2来计算悬点最大和最小载荷根据大庆地区的实际情况：下泵深度L=1500m,冲次n=5，泵径取d=56mm,抽油杆直径=22mm,井下液体密度=880kg/,动液面h=1000m,S=2.5m直径22mm抽油杆在空气中质量为30.1N/m，泵径为56mm，油管直径取73mm,在液体密度为880kg/的情况下，柱塞以上每米液柱重21.24N/m。=（+）（1+S/1790）=(+)（1+S/1790）=30.11500+21.2
28、4(1500-1000)(1+2.5/1790)=57.717KN =(1- S/1790)=30.1 1500(1-2.5 /1790)=43.826KN2.4抽油机减速箱曲柄轴最大扭矩计算 如果已经经过计算或实测绘出减速器曲柄轴扭矩曲线，便可通过曲线直接差的扭矩的最大值。虽然利用扭矩曲线确定最大扭矩是目前应用的较准确的方法，但绘制扭矩曲线比较复杂，因此在一般的计算中多采用直接计算的方法。 =0.4S/2=0.457.722.5/2=0.457.7172.5/2=24.11KNm第3章抽油机运动分析及基本尺寸确定3.1 抽油机的运动分析如图1所示，建立坐标系，设S为悬点位移。B点为绳轮中心，
29、D点为曲柄与连杆铰接点，O点为曲柄回转中心，E，C点为钢丝绳与绳轮的to点，A点过O点的水平线与过B点的铅垂线的交点。a1为AO的长度 , h为AB的长度，S1为圆弧EC的长度与直线CD长度之和，S0为位移初始值。S1=其中: ,为D点坐标。，为B点坐标。R为绳轮半径，r为曲柄长度，为圆弧EC对应的圆心角。设曲柄在铅垂位置时：S1= =0-曲柄顺时针转动时它与铅垂线DO的夹角。则=而=+=+=+所以S1=+= S1- S= + S0=+S0上式即为悬点位移公式。表示了S随变化的规律。用解析法求导，计算速度和加速度理论上可行。但对上式表示的悬点位移，求导非常麻烦，而且得到的公式也难于应用。所以，
30、我们利用数值微分方法求速度二和加速度a0=- /(2 ),= -2+/ 至此，我们可以得到位移速度、加速度随曲柄转角变化的规律。称之为类速度、类加速度。设曲柄以常速转动，则悬点速度，v=/=(/)(/)=(/)=悬点加度:a=/=(/)(/)=(/)=3.2抽油机的悬点运动规律一、悬点静载荷的分析及变化规律 抽油杆柱自重 : 在上下冲程过程中，抽油杆柱的重力始终作用于游梁式抽油机驴头悬点上，它是一个不变载荷。油管内柱塞上的液柱重 和油管外液柱对柱塞下端 的压力 ：油管内柱塞上的液柱重和油管外液柱对柱塞下端的压力与抽油泵的工作状态有关。下冲程时，由于游动阀是开启的，而固定阀是关闭的，若不计井液流
31、经游动阀的阻力，则上述二项载荷均不作用于悬点上。上冲程时，由于游动阀是关闭的，而固定阀是开启的，此时这两项载荷作用在悬点上，其大小可用下式计算 ： 悬点静载荷的大小及变化规律 ：上冲程时下冲程时在上述悬点静载荷的计算中，没有考虑井口回压及套压的影响，在实际生产中若此二项压力较大，则必须对上述静载荷计算公式进行修正。静力示功图二、悬点动载荷的大小及变化规律 抽油杆柱动载荷： 在忽略抽油杆柱的弹性影响时，抽油杆柱被视为一个刚体，此时抽油杆柱的运动与驴头悬点是同步的，则抽油杆柱动载荷可由下式计算 液柱动载荷： 若忽略抽油杆柱的弹性和井液的可压缩性，在抽油泵柱塞与油管直径相同的情况下液柱的运动也是与悬
32、点同步的，但实际上柱塞直径与油管直径是不同的，这样就使得液柱运动速度和加速度与悬点处不同，为此引入加速度修正系数。液柱动载荷可由下式计算 上冲程时悬点动载荷为： 下冲程时悬点的动载荷为： 动力示功图第4章 抽油机部件的设计4.1 电动机和减速器的选择电动机所需功率=N/(9.55)(KW)式中，为传动装置的总效率，N为曲柄轴转速（r/min）,为曲柄轴最大扭矩（N m）又知，V带传动效率=0.96，轴承传动效率=0.985，齿轮传动效率=0.97，联轴器传动效率=0.99，则传动装置总效率：=0.84177=0.4S/2=0.457.7172.5/2=24.11KNm那么，=N/(9.55)=
33、24.115/9.550.84177=14.996KW故取电动机Y200L-8，额定功率15KW，额定转速730r/min.减速器传动比31 中心距750mm 扭矩26KNm4.2钢丝绳的选用和设计抽油机中所使用的钢丝绳，主要用来传递动力或承担悬吊重物（如悬点载荷）。当然也有平时不受力，只有在某种特殊条件（如故障时）下才受力的。在曲柄连杆式无游梁抽油机中钢丝绳所受的力主要是拉力，在钢丝绳选用时，主要根据其所要受的力来选择钢丝绳的规格和型号。1.钢丝绳的最大许用载荷 =T/n式中-钢丝绳许用的最大静拉力，N； T-钢丝绳的破断拉力，N； n-安全系数，一般取68。2.钢丝绳破断载荷的估算 T=式
34、中-钢丝间载荷不均匀系数，一般取=0.80.85； -钢丝的强度等级，MPa; -钢丝绳的钢丝根数； d钢丝直径，mm。钢丝绳的破断载荷也可用下式进行估算： T=0.5式中 D钢丝绳的公称直径， mm。按照上式计算出来的钢丝绳最大许用拉力，必须大于或等于钢丝绳工作时的实际拉力。钢丝绳规格和型号的选取，要根据钢丝绳工作条件和上述计算的进行。在曲柄连杆式无游梁抽油机设计中绳轮上的钢丝绳初选4根，所受总载荷为， =57.72KN所以 =4安全系数n=8由上式进一步得D=15.19 mm4.3连杆的设计连杆结构一般都是空心的，一般用无缝钢管制成，两端焊有连接头。正常工作时，上端连接头和横梁无转动，用销
35、子相连，为过盈配合。下端连接头和曲柄用曲柄销子连接，在连杆销处安有滚动轴承此图为实地参观大庆地区抽油机拍的连杆照片此图为设计的连杆空心结构4.4 绳轮的设计曲柄连杆式无游梁抽油机没有驴头和游梁，钢丝绳穿过绳轮和抽油杆连接来传递动力，因此要求绳轮有较高的承受强度的能力。可以仿齿轮来设计绳轮，如下图所示。4.5绳轮轴承的设计4.5.1轴的概述及轴设计的主要内容1.轴的概述轴是组成机器的主要零件之一。一切作回转运动的的传动零件（例如齿轮、蜗轮等），都必须安装在轴上才能进行运动及动力传递。因此轴的主要功能是支撑回转零件及传递运动和动力。2.轴设计的主要内容轴的设计也和其他零件的设计相似，包括结构设计和
36、工作能力计算两个方面内容。轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。轴的结构设计不合理，会影响轴的工作能力和轴上零件的工作可靠性，还会增加轴的制造成本和轴上零件装配的困难等。因此，轴的结构设计是轴设计中重要的内容。轴的工作能力计算是指轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算。多数情况下，轴的工作能力主要取决于轴的强度。这是只需对轴进行强度计算，以防止断裂或塑性变形。而对刚度要求高的轴（如车床主轴）和受力大的细长轴，还应进行刚度计算，以防止工作时产生过大的弹性形变。对于高速运转的轴，还应进行振动稳定性计算，以防止发生共振而破坏。3.轴的材料的
37、选择轴的材料主要是碳钢和合金钢，钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件，有的则直接用圆钢。合金钢比碳钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能，因此，在传递大动力，并要求减小尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及处于高温或低温条件下工作的轴，常采用合金钢。本设计轴的载荷中等，故选用45钢进行设计计算。4.5.2 轴的结构设计轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。轴的结构主要取决于以下因素：轴在机器中的安装位置及形式；轴上安装的零件的类型、尺寸、数量以及和轴连接的方法；载荷的性质、大小、方向及分布情况；轴的加工工艺等。由于影响轴的结构的因素较多，且其结构形式又要随着具体情况的不同而异，所以轴没有标准的结
38、构形式。设计时，必须针对不同的情况进行具体分析。但是，不论何种具体条件，轴的结构都应满足：轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置；轴上的零件应便于拆装和调整；轴应具有良好的制造工艺性等。下面是轴结构设计中要解决的几个主要问题。1.拟定轴上零件的装配方案拟定轴上零件的方案是进行轴的结构设计的前提，他决定着轴的基本形式。所谓装备方案，就是预定出轴上主要零件的装配方向、顺序和相互联系。拟定装配方案时，一般应考虑几个方案，进行分析比较与选择。2.轴上零件的定位为了防止轴上零件受力时发生沿轴向或周向的相对运动，轴上零件除了有游动或空转的要求外，都必须进行周向和周向定位，以保证其准确的工作位置。轴上零件的轴
39、向定位是以轴肩、套筒、轴端挡圈、抽成端盖和圆螺母等来保证的。周向定位的目的是限制轴上零件与轴发生相对转动。常用的周向定位零件有键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合等，其中紧定螺钉制用在传力不大之处。3.各轴段直径和长度的确定零件在轴上的定位和装拆方案确定后，轴的形状便大体确定。各轴段所需的直径与轴上的载荷大小有关。初步确定的直径时，通常还不知道支反力的作用点，不能决定弯矩的大小与分布情况，因而还不能按轴所受的具体载荷及其引起的反应力来确定轴的直径。但在进行轴的结构设计之前，通常以求得轴所受的扭矩。因此，可按轴所受的扭矩初步估算轴所需的直径。将初步求出的直径作为承受扭矩的轴段的最小直径,然后再按轴
40、上零件的装配方案和定位要求，从处起逐一确定各段轴的直径。在实际设计中，轴的直径亦可凭设计者的经验取定，或参考同类型机器用类比的方法确定。有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径。安装标准件（如滚动轴承、联轴器、密封圈等）部位的轴颈，应取为相应的标准值及所选配合公差。确定各轴段长度时，应尽可能是结构紧凑，同时还要保证零件所需的装配或调整空间。轴的各段长度主要是根据各零件与轴配合部分的轴向尺寸和相邻零件间必要的空隙来确定的。为了保证轴向定位可靠，与齿轮和联轴器等零件相配合的轴段长度一般应比轮毂常度短23mm。4.提高轴的强度的常见措施轴和轴上零件的结构，工艺以及轴上零件的安装布置等对轴的强度有很大影响
41、，所以应在这些方面进行充分考虑，以利提高轴的承载能力，减少轴的尺寸和机械质量，降低制造成本。1. 合理布置轴上零件以减少轴的载荷2. 改进轴上零件的结构以减小轴的载荷3. 改进轴的结构以减小应力集中的影响4. 改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度5.轴的结构工艺性轴的结构工艺性是指轴的结构形式应便于加工和装配轴上的零件，并且生产率提高，成本降低。一般的说，轴的结构越简单，工艺性越好。因此，在满足使用要求前提下，轴的形式尽量简化。为了便于装配零件并去掉毛刺，轴端应制出45的倒角；需要磨削加工的轴段，应留有砂轮越程槽；需要切制螺纹的轴段，应留有退刀槽。他们的尺寸可参看标准或手册。4.5.3 轴的设计
42、计算可得轴的直径设计公式 （4-24）查表我所设计的轴材料选择45钢取得=107前文算到P=15KW n=5r/min所以： （4-25）又因为截面上有一个键槽故d1.05=162.09mm取=170mm =188mm 键槽处直径d=180mm 根据上述各标准确定最终确定轴轴强度校核部分。4.6 V带的设计 初步选取4根V带，由电动机型号Y200L-8，额定功率15KW，额定转速730r/min.减速器传动比31，单根V带的计算功率是根据传递的功率P和带的工作条件而确定的 式中-计算功率，kW;-工作情况系数；P-所需传递额定功率，P=15kW；查阅机械设计手册 V带的设计取1.3 V带的=1
43、.315= 19.5kW.已知小带轮转速730r/min，V带计算功率6kW.查阅普通V带选型图选C型带， 带型4ZV15J-5380.小带轮直径=200mm.大带轮直径 =4.71200=942mm.带传动的中心距 8002284带速=7.64m/s第5章 主要零部件校核曲柄连杆式无游梁式抽油机零件主要包括:曲柄、曲柄销、连杆、绳轮、绳轮轴承、支架等。 曲柄连杆式无游梁式抽油机的支架属于空间钢架结构，可用结构力学的方法进行内力分析和强度计算；在已知个轴承支反力后，轴承的寿命校核比较容易；轴的强度计算也不算太大。 通过对曲柄的受力分析及减速器扭矩的计算，可确定作用于减速箱有关零件上的外负荷，通
44、过对零件的受力分析便可确定其内力，并进行强度计算。下面仅就抽油机连杆、轴承、曲柄销等主要零件的强度计算进行研究。 曲柄连杆式无游梁式抽油机的主要零件都承受交变载荷的作用，因此其强度计算包括静强度和疲劳强度计算两部分。 当进行静强度计算时，假定抽油泵柱塞瞬时卡住（如在柱塞和泵筒间落入砂粒，即砂卡）而抽油机继续工作，那么在悬点处产生的最大载荷有可能超过工作时悬点的最大允许载荷。短时间作用在悬点的最大载荷为=式中-悬点短时间作用的最大载荷，在计算抽油机零件静强度时，悬点计算负荷P取为；-考虑到柱塞瞬时卡住时悬点载荷的增加倍数，=1.5-2.0。当进行疲劳强度计算时，由于决定疲劳强度的不是最大应力的大
45、小，而是应力幅值，故在疲劳轻度计算时，悬点计算负荷P不能取为常数，而必须用悬点示功图确定悬点瞬时计算负荷P。由于在抽油机使用范围内，不同的下泵深度和不同的抽汲参数直接影响抽油机悬点的大小及示功图的形状，因此也直接影响抽油机零件的应力状态。因此当确定抽油机零件的应力以进行疲劳强度计算时，应该讨论在该型抽油机使用范围内的三种下泵深度情况-最小的、最大的和平均的下泵深度。一般可考虑一下两种抽汲工况：(1)在给定的最小下泵深度条件下，用最大的冲程长度和最大的冲数以及尽可能小的泵径抽汲所需的产量；(2)在给定的最大或平均下泵深度条件下，用最大的冲程长度，尽可能小的冲数和泵径抽汲所需的产量；在利用以上两种抽汲工况确定的悬点示功图时，还应遵循以下基本原则：调节下泵深度及沉没度等参数，使抽油机工作时的的悬点最大载荷（即示功图上的载最大值）达到抽油机悬点的最大允许负荷。5.1绳轮轴承的强度校核轴的设计通常都是在初步完成结构设计后进行校核计算，计算准则是满足轴的强度或刚度要求，必要时还应校核轴的震动稳定性。按扭转强度条件计算，通常用这种方法初步估算轴颈。 （4-23）式中：扭转切应力，Mpa； T轴所受的扭矩，Nmm； 轴的抗扭截面系数，； n轴的转速，r/min； P轴传递的功率，kW； d计算截