抽油机课程报告抽油机方案设计论文Word文档下载推荐.docx

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这里选用“四连杆式抽油机”机构。

四、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αmax最小，由此确定a、b、c、d。

五、设计分析：

执行系统设计分析：

一周期运动循环图

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+d2>

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

βmax=180°

－θ－Ψ－（90°

－Ψ/2）＝90°

－θ－Ψ/2

∴取Ψ和β为设计变量

根据工程需要：

优化计算：

①.在限定围取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α（可按步长0.5°

循环计算）；

④.找出上冲程过程中的最大值αmax。

对于II型四杆机构，已知杆长为a,b,c,d，原动件a的转角与等角速度为（,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

应用网格法编程计算可得（具体程序见附录）

a=0.5584，b=1.5135,c=1.5090,d=2.2817

则e==1.6/0.7854=2.0372

六、电机选择：

①Matlab分析，悬点最大速度在上冲程且ωmax=0.4872rad/s，则νmax=0.9926m/s　。

根据工况初采用展开式二级圆柱齿轮减速，联合V型带传动减速，选用三相笼型异步电机，封闭式结构，电压380VY型

由电机至抽油杆的总传动效率为：

其中，分别为带传动、轴承、齿轮传动、联轴器和四连杆执行机构的传动效率。

取0.943，取0.987，取0.97，取0.99，取0.91。

预选滚子轴承，8级斜齿圆柱齿轮，考虑到载荷较大且有一定冲击，两轴线同轴度对系统有一定影响，可考虑用齿轮联轴器。

则

则电动机所需工作功率

根据手册推荐的传动比合理围，取V带传动的传动比为，二级圆柱齿轮减速器传动比，则总传动比的合理围为，故电机转速可选围为

Nd=ia*n=（16～160）×

14=224～2240r/min

符合这一围的同步转速有750，1000，1500r/min

考虑速度太小的电机价格、体积、重量等因素，不宜选取

比较后综合考虑，选定960r/min的电动机。

②确定传动装置的总传动比和分配传动比

分配传动比，初选V带

，以致其外廓尺寸不致过大，

则减速器传动比为

则展开式齿轮减速器，查手册,取高速级

，则

③计算传动装置的运动和动力参数

将传动装置各轴由高速至低速依次定为I、II、III轴以与

为相邻两轴间的传动比

为相邻两轴间的传动效率

为各轴的输入功率（kW）

为各轴的输入转矩（kW）

为各轴的转速（r/min）

则各轴转速：

I轴

II轴　

III轴

曲柄转轴　

各轴输入功率：

II轴

曲柄转轴

各轴输入转矩：

电机输出转矩

III轴　

曲柄转轴

七、心得与总结：

十几天的机械原理课程设计结束了。

从开始直到设计基本完成，我有许多感想。

我深切的感觉到，在这次设计中也暴露出我们的许多薄弱环节，很多学过的知识不能灵活应用，在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。

做作业的期间用到的手工制图又得到了巩固，SOLIDWORKS画图软件也在不断练习中进一步深入，学会了如何去应用工程手册。

此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要与时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰 

八、附录

1．优化设计程序

%①找出最优的四杆杆长

symsQ1Q2P1;

%Q1为，Q2为，P1为曲柄转角

P=0:

0.5*pi/180:

192*pi/180;

Qu1=45*pi/180:

0.1*pi/180:

55*pi/180;

xm=inf;

fori=1:

length（Qu1）;

Q1=Qu1（i）;

Qu2=5*pi/180:

（pi/2-pi/9-Q1/2-5*pi/180）;

forj=1:

length（Qu2）;

Q2=Qu2（j）;

c=1.6/1.35/Q1;

a=c*sin（Q1/2）*（sin（Q2+pi/15）-sin（Q2））/sin（pi/15）;

b=c*sin（Q1/2）*（sin（Q2+pi/15）+sin（Q2））/sin（pi/15）;

r=c*sin（Q1/2）/sin（pi/15）;

g=（c*sin（pi/15+Q1/2））/sin（pi/15）;

d=sqrt（r^2+g^2-2*r*g*cos（2*Q2+pi/15））;

m=pi-acos（（b^2+c^2-（a+d）^2）/2/b/c）;

ifm>

40*pi/180;

%判断传动角条件

x=0;

fork=1:

length（P）;

P1=P（k）;

P4=acos（（d^2+（a+b）^2-c^2）/2/d/（a+b））;

A=d*cos（P4）-a*cos（P1）;

B=d*sin（P4）-a*sin（P1）;

D=（A^2+B^2+c^2-b^2）/（-2）/c;

P3=2*atan（（B+sqrt（A^2+B^2-D^2））/（A-D））;

P2=atan（（b-c*sin（P3））/（A-c*cos（P3）））;

w1=2*12*pi/60;

w3=w1*a*sin（P1-P2）/c/sin（P2-P3）;

w2=w1*a*sin（P1-P3）/b/sin（P3-P2）;

x3=（-b*w2^2-a*w1^2*cos（P1-P2）-c*w3^2*cos（P3-P2））/c/sin（P3-P2）;

ifabs（x3）>

x;

x=abs（x3）;

%求出该种情况的最大角速度

end;

ifx<

xm;

%找出最优方案

xm=x;

%最大加速度

n1=Q1;

%

n2=Q2;

end;

%运行结束后，输入a,b,c,d表达式即可求解

c=1.6/1.35/n1

a=c*sin（n1/2）*（sin（n2+pi/15）-sin（n2））/sin（pi/15）

b=c*sin（n1/2）*（sin（n2+pi/15）+sin（n2））/sin（pi/15）

r=c*sin（n1/2）/sin（pi/15）;

g=（c*sin（pi/15+n1/2））/sin（pi/15）;

d=sqrt（r^2+g^2-2*r*g*cos（2*n2+pi/15））

%运行结果为

c=1.5090 

a=0.5584 

b=1.5135 

d=2.2817

2.绘出位移、速度、加速度图

%建立fun.m文件

functionPP3=fun（P1） 

%代替

a=0.5584;

b=1.5135;

c=1.5090;

d=2.2817;

e=2.0372;

P4=acos（（d^2+（a+b）^2-c^2）/2/d/（a+b））;

A=d*cos（P4）-a*cos（P1）;

D=（A^2+B^2+c^2-b^2）/（-2）/c;

P3=2*atan（（B+sqrt（A^2+B^2-D^2））/（A-D））;

PP3=（pi-acos（（c^2+（b+a）^2-d^2）/2/c/（b+a））-P3）*e;

P2=atan（（b-c*sin（P3））/（A-c*cos（P3）））;

w1=2*12*pi/60;

w3=w1*a*sin（P1-P2）/c/sin（P2-P3）;

ww3=-w3*e;

w2=w1*a*sin（P1-P3）/b/sin（P3-P2）;

x3=（-b*w2^2-a*w1^2*cos（P1-P2）-c*w3^2*cos（P3-P2））/c/sin（P3-P2）;

xx3=-x3*e;

%在主程序中运行

fplot（fun,[0,2*pi]）

如图

位移图

若将“代替”行替换为functionww3=fun（P1）

则运行fplot（fun,[0,2*pi]）后，

速度图

若将“代替”行替换为functionxx3=fun（P1）

则运行fplot（fun,[0,2*pi]）后，

加速度图

3.数值打印

程序如下：

P1=0:

5*pi/180:

2*pi;

s=P1;

%存放位移

v=P1;

%存放速度

x=P1;

%存放加速度

length（P1）;

A=d*cos（P4）-a*cos（P1（i））;

B=d*sin（P4）-a*sin（P1（i））;

s（i）=PP3;

w3=w1*a*sin（P1（i）-P2）/c/sin（P2-P3）;

v（i）=ww3;

w2=w1*a*sin（P1（i）-P3）/b/sin（P3-P2）;

x3=（-b*w2^2-a*w1^2*cos（P1（i）-P2）-c*w3^2*cos（P3-P2））/c/sin（P3-P2）;

x（i）=xx3;

s 

位移v 

速度x加速度

运行j=0:

5:

360;

[j;

s;

v;

x]’后

即可得下面表格数据

角度（。

）

位移m

速度m/s

加速度m/s^2

0.0000

-0.0260

1.6549

185

1.5952

0.0888

-0.9212

5

0.0041

0.0586

1.6663

190

1.5995

-0.0186

-1.0188

10

0.0163

0.1433

1.6583

195

1.5990

-0.1278

-1.0950

15

0.0366

0.2274

1.6301

200

1.5931

-0.2369

-1.1438

20

0.0649

0.3098

1.5812

205

1.5814

-0.3440

-1.1611

25

0.1007

0.3897

1.5125

210

1.5634

-0.4472

-1.1452

30

0.1437

0.4661

1.4255

215

1.5389

-0.5444

-1.0976

35

0.1930

0.5382

1.3230

220

1.5076

-0.6337

-1.0224

40

0.2479

0.6055

1.2084

225

1.4695

-0.7137

-0.9257

45

0.3075

0.6675

1.0856

230

1.4250

-0.7833

-0.8143

50

0.3708

0.7237

0.9587

235

1.3744

-0.8420

-0.6946

55

0.4368

0.7743

0.8320

240

1.3182

-0.8899

-0.5718

60

0.5046

0.8191

0.7091

245

1.2573

-0.9271

-0.4496

65

0.5732

0.8584

0.5933

250

1.1923

-0.9545

-0.3302

70

0.6418

0.8923

0.4870

255

1.1239

-0.9726

-0.2146

75

0.7098

0.9211

0.3921

260

1.0530

-0.9822

-0.1031

80

0.7766

0.9450

0.3097

265

0.9803

-0.9840

0.0048

85

0.8416

0.9641

0.2400

270

0.9064

-0.9786

0.1096

90

0.9047

0.9783

0.1830

275

0.5320

-0.9667

0.2122

95

0.9653

0.9878

0.1378

280

0.7576

-0.9486

0.3131

100

1.0236

0.9923

0.1032

285

0.6839

-0.9249

0.4131

105

1.0792

0.9916

0.0775

290

0.6114

-0.8957

0.5126

110

0.1321

0.9854

0.0585

295

0.5405

-0.8613

0.6119

115

0.1823

0.9733

0.0438

300

0.4718

-0.8220

0.7113

120

1.2299

0.9552

0.0305

305

0.4059

-0.7779

0.8106

125

1.2748

0.9305

0.0156

310

0.3431

-0.7292

0.9097

130

1.3170

0.8991

-0.0038

315

0.2840

-0.6760

1.0080

135

1.3656

0.8606

-0.0308

320

0.2291

-0.6184

1.1048

140

1.3934

0.8149

-0.0680

325

0.1789

-0.5566

1.1991

145

1.4277

0.7618

-0.1176

330

0.1339

-0.4907

1.2897

150

1.4593

0.7013

-0.1812

335

0.0946

-0.4209

1.3751

155

1.4882

0.6334

-0.2594

340

0.0615

-0.3476

1.4535

160

1.5142

0.5583

-0.3517

345

0.0351

-0.2709

1.5229

165

1.5372

0.4763

-0.4565

350

0.0158

-0.1914

1.5811

170

1.5571

0.3876

-0.5709

355

0.0040

-0.1096

1.6258

175

1.5736

0.2930

-0.6903

360

180

1.5864

0.1931

-0.8093

4．参考资料：

1、《机械原理》高等教育桓等主编（第七版）2006

2、《机械原理课程设计》科学，王淑仁主编2006

3、《机械原理课程设计手册》高等教育，邹慧君主编2007

4、其它机械原理课程设计书籍和有关机械方案设计手册