基于四杆机构的油田抽油机结构设计.doc

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1、目录摘要：（3） 一 设计任务 （4）二 方案设计分析 （5）1.执行方案设计 （5）2.连杆机构的组成和分类: （6）3.连杆机构常见的基本形式 （7）4铰链四杆机构基本类型的判别（7）5.判断此设计机构的类型（9）6此机构的基本运动原理（10）三 数据设计与计算（10）四 压力角的测量（12）五 设计心得（14）六 参考文献（15）附： 设计图纸 开题报告 设计任务书摘要：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。本设计主要关于抽

2、油机由电动机驱动，经减速传动系统通过四杆机构系统（将转动变换为往复移动的原理），带动抽油杆及抽油泵柱塞作上下往复移动，从而现将原油从井下举升到地面的目的。一 设计任务参照油田抽油机实物，运用四杆机构原理设计一个油田抽油机仿真模型。基本任务和要求：（1）原理设计、性能设计、结构设计（2）按比例画出该设计的机构简图（3）装备图的绘制（4）该机构的操作使用方法（5）设计过程中的心得体会二 方案分析设计1.执行方案设计 由于执行机构是将连续的单向转动转化为往复移动，所以采用四连杆式执行机构，简单示意如下图所示 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(

3、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。2.连杆机构的组成和分类:（1）组成连杆机构是用转动副和移动副将构件相互连接而成的机构,以实现运动变换和动力传递。 （2）按构件间相对运动的性质不同可分为空间连杆机构-各构件间的相对运动不在同一平面平面连杆机构-各构件间的相对运动均在同一平面或相互平行的平面内铰链四杆机构如图所示：AD-机架（固定不动）

4、AB、CD-连架杆（与机架相连的杆件）BC-连杆（机架相对的杆件）概念：1.曲柄能作整周旋转的杆件。2.摇杆不能作整周旋转的杆件，即只能作摆动。 3.连杆机构常见的基本形式为了更好的掌握四杆机构的工作原理，按其工作原理大致分为：曲柄摇杆机构，两连架杆中一个为曲柄一个为摇杆的铰链四杆机构 。双曲柄机构，两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构。其特点是当主动曲柄连续等速转动时，从动曲柄一般做不等速转动。在双曲柄机构中，如果两对边构件长度相等且平行，则成为平行四边形机构。这种机构的传动特点是主动曲柄和从动曲柄均以相同的角速度转动，而连杆做平动。 双摇杆机构，双摇杆机构是两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构。4铰链

5、四杆机构基本类型的判别1 当a+dc+b时： a为最短杆；d为最长杆与最短杆相邻的杆AD固定，此时为：曲柄摇杆机构最短杆AB固定，此时为 ：双曲柄机构。与最短杆相对的杆CD固定，此时为：双摇杆机构。2 当a+dc+b时：无论哪根杆固定都为 : 双摇杆机构。小结：1.最长杆和最短杆之和小于等于其余两杆之和时：与最短杆相邻的杆固定，此时为曲柄摇杆机构。最短杆固定，此时为双曲柄机构。与最短杆相对的杆固定，此时为双摇杆机构。2.最长杆和最短杆之和大于其余两杆之和时：无论哪根杆固定都为双摇杆机构。5.判断此设计机构的类型如下图所示，d=x2+y2=22+42;a2+d2b2+c2此机构为曲柄摇杆机构。6

6、此机构运动原理：主动轴曲柄AB以A为圆心AB长为半径做逆时针圆周运动，通过连架杆CB的作用，带动摇杆CD做往复摆动。三数据设计与计算P点表示悬点位置 AB杆表示输入端，与减速器输出端相连，逆时针方向旋转；CD表示输出端；AD 表示机架；e 为悬臂长度，通常取e/c=1.35;行程S等于CD相对于AD转过的角度与e的积。抽油杆上冲程时间与下冲程时间相等，即上冲程曲柄转角与下冲程曲柄转角相等，0，属于III型曲柄摇杆机构 .为了研究方便，将机架旋转至水平位置。参考某油田的工作需要设额定悬点载荷120（KN）最大冲程2.5（M）可知抽油杆行程为2.5m为方便设计计算1. 设抽油杆拉索工作弧为60，则

7、延伸杆长为：设从动件连架杆；工作摆角相对水平线为。（图2-29） 2. 设该机构无行程速度变化，可将主动轴置于点正下方4处；设主动杆长为,连杆长为。（图2-29）3. 经实测（或计算）： ；由: 得： ； 图2-29 图2-30 五压力角的测量测量得 压力角e=20测量得 压力角e=15测量得 压力角e=38由以上可知在运动过程中 压力角e始终小于40，所以该结构符合设计要求。设计心得经过一个多月的努力，我终于将机械设计课程设计做完了。在这次作业过程中，我遇到了许多困难，一次又一次的设计方案修改暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足，也暴露出其他许多薄弱环节，很多学过的知识不能灵活应用，在

8、这次作业后才渐渐掌握，以前学过的东西自己并不是都掌握了，很多知识都已很模糊，经过这次设计又回忆起来了。刚开始在机构设计时，由于没见过实物，令我非常苦恼。后来在老师的指导下,我找到了一些相关方面的图片资料,将之解决了。同时我还对四连杆机构的运动分析有了更进一步的了解。至于画装配图和零件图，由于前期在指导老师帮助下，计算减轻了难度也完成的比较充分，整个过程比较顺利。在此期间，我还得到了许多同学和老师的帮助。在此我要向他们表示最诚挚的谢意。这次毕业设计中也使得我和同学的关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家一起讨论商量，听听不同的看法让我更好的完成设计。 尽管这次作业的时间是漫长的,过程

9、是曲折的,但我的收获还是很大的.不仅仅掌握了四连杆执行机构， Auto CAD ,Word这些工具软件也在不断练习中进一步得到了巩固。对我来说，收获最大的是方法和能力。那些分析和解决问题的方法与能力。在整个过程中，我发现像我们这些学生最最缺少的是经验，没有感性的认识，空有理论知识，有些东西很可能与实际脱节。总体来说，我觉得做这种类型的作业对我们的帮助还是很大的，它需要我们将学过的相关知识都系统地联系起来，从中暴露出自身的不足，以待改进。有时候，一个人的力量是有限的，合众人智慧，才能更好的完成设计。 参考文献机械设计基础 徐春艳 主编 北京理工大学出版社 2006年8月机械设计吴克坚于晓红钱瑞明主编高等教育出版社 2003年3月第一版机械设计课程设计 卢颂峰 王大康 主编 北京工业大学出版社 1993年第一版Auto CAD 实例教程 丘志惠等 北京机械工业出版社 2002年5月14