图 4 抽油机减速箱
第 3 章 执行系统设计
常规游梁式抽油机的执行系统一般采用曲柄摇杆机构如图 5 所示。
图 5 抽油机执行系统
机构综合依据悬点载荷 P、抽油杆冲程 S 和冲次 n 是抽油机工作的三个重 要参数。
e E
D
c
C
F
l1
d
b
aB
A l2
图 6 曲柄摇杆机构
机构运动基本要求：单向连续转动→往复摆动的变换；应具有急回特性；
机构运动应灵活、轻巧；设计时取 l1=1.08m，l2=0.81m，且取 e/c=4/3，摇杆 （游梁）摆角为 50°。
（1）行程速比系数
抽油杆上冲程时间为 8T/15，下冲程时间为 7T/15，则可推得行程速比系
数：
K
/ t2
t1
8
/ t1 t2 7
（1）
由此可得到四杆机构的极位夹角：
180 (K 1) /(K 1) 12 其中：1 192 ；2 168
图 1 抽油机系统示意图
2、原始数据
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，抽油杆 上冲程的时间为 8T/15，下冲程的时间为 7T/15。油井工况如下：
上冲程时间 下冲程时间 冲程 S(m) 冲次 n(次/min)
悬点载荷 F(kN)
8T/15
7T/15
1.3
12
P1=4；P2=1.5
（5）
（3）各构件尺寸
现在根据冲程要求确定摇杆长度 c、摆角 ψ 之后，我们再根据行程速比系
数进行机构其他尺寸的设计。
机构设计原理：根据“机械原理”教材中按机构行程速比系数设计机构，Leabharlann 如图 7 所示。r
图 7 曲柄摇杆机构设计原理图
以 c、ψ 及 θ 作圆 η，其半径为 r。“机械原理”教材作出圆 η，其中保证 C1OC2 2 ，θ 为机构的极位夹角。显然，圆上任意点 M， C1MC2 。
悬点载荷 P、抽油杆冲程 S 和冲次 n 是抽油机工作的三个重要参数。悬点 指执行系统与抽油杆的联结点，悬点载荷 P（kN）指抽油机工作过程中作用于 悬点的载荷；抽油杆冲程 S（m）指抽油杆上下往复运动的最大位移；冲次 n （次/min）指单位时间内柱塞往复运动的次数。
假设悬点载荷 P 的静力示功图如图 2 所示。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）
（2）冲程要求
据抽油机设计资料可知，通常取 e/c=1.35。但前述给定，这里取 e/c=4/3。
由此可得
S = eψ =4cψ/3
（3）
假设选定给定冲程 S=1.3m，并取摇杆（游梁）摆角为 50°，则根据式
（3）可以确定悬臂 e 和四杆机构摇杆 c 的长度。即
e = S/ψ
（4）
c =3S/4ψ
4、提交的设计资料
（1）1 号图 1 张：包括工作执行机构运动简图、位移图、速度图、加速度图； （2）0 号图 1 张：减速器装配图； （3）3 号图 2 张：减速器重要零件图（输出轴及大齿轮）； （4）设计计算说明书 1 份（30 页以上）。
第 2 章 系统方案设计
有杆式抽油机主要分为以下几类： 第 1 代抽油机：保持游梁和曲柄主体结构的抽油机； 第 2 代抽油机：以无游梁或者塔架长冲程为主体结构的抽油机; 第 3 代抽油机：以抽油、作业、侧试一体化，一次投资少等特 点的多功能无游梁抽油机。
机械设计综合课程设计
(指导书)
西华大学机械工程学院 机械基础教学部
第 1 章 设计任务书
1、设计题目
常规游梁式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 设备主要由三部分组成：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。
图 2 静力示功图
3、设计任务
（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，进行执行系统（执行机构）的运动尺寸设计， 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）编写设计报告一份。设计说明书应包括以下内容：1）摘要；2）概述： 抽油机发展概述；3）简述方案设计思路及讨论、改进；4）执行机构设计步骤 或分析计算过程；5）传动系统设计计算；6）对所设计的结果分析讨论；7） 感想与建议；8）参考文献 10-15 篇。
（6）
a ( AC2 AC1) / 2
（7）
上述可按作图法求出机构尺寸 a、b。综合可得到机构尺寸 a、b、c、d、 e。
也可采用解析法求解。具体如下：
1）在 OC2 D 中，根据正弦定理有
r csin( / 2) / sin
（8）
g lOD c sin( / 2) / sin 2）在 OAD 中，根据余弦定理有
常规游梁式抽油机如图 3 所示。系统包括：原动机、传动系统、执行机构 等组成。常规游梁式抽油机的执行系统一般采用曲柄摇杆机构。原动机一般采 用交流异步电动机。传动系统一般采用带传动、齿轮传动组成多级传动系统。
图 3 常规游梁式抽油机 系统减速箱一般多采用三轴二级齿轮减速，同时也起到支撑曲柄平衡块的 作用。所采用的齿轮按齿形不同分为：斜齿轮、人字形齿轮。按齿合形式不同 分为：圆弧形齿轮、渐开线齿轮。
若取 l1=1.08m，l2=0.81m，则机架 AD 的长度 d 根据图 6 可以确定，进而 以点 D 为圆心在圆 η 可以确定点 A。显然 A 就为机构的另外一个固定铰链点。
在图 7 中， AB1 a ， AC1 b a ， AC2 b a 。因此有
b ( AC1 AC2 ) / 2