天津大学油田抽油机设计
常规型抽油机课程设计
常规型抽油机课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解常规型抽油机的基本结构及其工作原理，掌握相关术语和概念。
2. 学生能够描述常规型抽油机在能源开采中的应用及其在我国石油工业中的重要性。
3. 学生能够解释抽油机在不同工作状态下的能量转换和效率计算。
技能目标：1. 学生能够通过模型观察和图示分析，识别常规型抽油机的各个部件及其功能。
2. 学生能够运用物理知识，进行简单的能量转换和效率计算，解决实际问题。
3. 学生通过小组合作，设计并实施一个小型的抽油机实验，提升动手能力和团队协作能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对石油工业和机械设备的学习兴趣，激发探索精神。
2. 增强学生的环保意识，理解能源开采与环境保护的关系。
3. 通过了解我国石油工业的发展，培养学生的国家自豪感和责任感。
课程性质：本课程为自然科学领域的实践活动，结合理论知识与实际操作，旨在提升学生的科学素养。
学生特点：考虑到学生所在年级，已具有一定的物理知识和实验能力，对新鲜事物充满好奇。
教学要求：注重理论与实践相结合，鼓励学生主动探究，强调知识的应用性和实际问题的解决能力。
通过分解目标为具体的学习成果，确保教学设计和评估的针对性和有效性。
二、教学内容1. 抽油机的基本结构：介绍常规型抽油机的组成部分，包括机架、减速箱、动力装置、泵体等，结合教材相关章节，通过图示和实物模型进行讲解。
2. 工作原理与能量转换：讲解抽油机如何将电能转换为机械能，进而实现泵送液体介质的过程，涉及物理学科中的力学和能量转换知识。
3. 抽油机在石油开采中的应用：分析常规型抽油机在石油开采中的作用，以及其在提高开采效率和降低成本方面的意义。
4. 效率计算与优化：引导学生运用物理学原理，进行抽油机效率的计算，探讨提高效率的方法和途径。
5. 实践活动：组织学生进行小组合作，设计并实施抽油机实验，观察不同参数对抽油效果的影响，培养实际操作能力和团队协作精神。
教学大纲安排：第一课时：抽油机的基本结构与工作原理介绍。
异相型游梁式抽油机设计
异相型游梁式抽油机设计摘要抽油设备中，以游梁式抽油机最为普遍，数量也最多。
游梁式抽油机具有机构简单、可靠性高等优点，因而在油田得到了广泛应用。
随着石油工业的发展，目前，为了增加抽油机的适应性、可靠性、经济性和先进性，提高抽油效率，减少动力消耗，改善抽油机的运动特性、动力特性与平衡特性。
因此国内外抽油机的总的发展趋势是向着超大载荷，长冲程，低冲次，精确平衡，自动化，智能化，节能化，高适应性方向发展。
异相型游梁式抽油机是油田应用最为广泛的一种节能型抽油机。
它的设计原理与方法对抽油设备具有通用性。
本文介绍了异相型游梁式抽油机工作原理与节能原理，进行了运动学和动力学分析计算、平衡计算。
为此，将曲柄回转运动分成24等分，逐点计算悬点的光杆因数、扭矩因数、加速度、载荷值；曲柄扭矩计算、平衡率计算及交变载荷系数计算等。
由于计算工作量大，在手算基础上采用了计算机的Excel软件优选了抽油机的几何尺寸。
对主要部件进行了选择计算，合理选择电动机和双圆弧齿轮减速器，设计了窄V带传动装置。
最后对各结构进行了应力和强度校核。
设计显示：如果异相型游梁式抽油机的几何尺寸得到优化，节能效果是显著的。
关键字：异相型抽油机，扭矩因数，悬点载荷，净扭矩AbstractPumping equipment, with the most common beam pumping unit, also most.beam pumping unit has the advantages of simple structure, high reliability, and has been widely applied in the field.Along with the development of the petroleum industry, now, in order to increase the adaptability of the pumping unit, reliability, economy and advanced, improve the efficiency of oil, reduce power consumption, improve the motion characteristics and pumping dynamic characteristics and balance.So the general development trend and pumping unit is large load, and long stroke to flush times, low precision balance, automation, energy saving, intelligent, and high adaptability.Out-of-phase type beam pumping unit is the most widely used oil pumping unit is an energy-saving.It's design principle and method of pumping equipment.The paper introduces the beam pumping unit type out-of-phase working principle and the energy saving principle, kinematics and dynamics analysis and calculation, the equilibrium calculation.Therefore, will turn into twenty-four equal crank movement point, the calculation of strength factor, hanging point torque factor, acceleration, load value, Crank torque calculation, balance ratio and alternating load coefficient calculation, etc. Due to the big workload is calculated based on the hand, using computers Excel the optimum geometric dimension of the pumping unit.The choice of main components, reasonable choice of double circular-arc gear reducer motors and narrow, design the V belt transmission device.Finally the stress on the structure and intensity.Design shows that: if out-of-phase type beam pumping unit, the optimized geometry size energy-saving effect is remarkable.Keywords: Out-of-phase type unit, torque factor, hanging point load, net torque目录前言 (1)1概述 (3)1.1国内外抽油机技术发展概况 (3)1.2抽油机的类型与结构及主要参数 (3)1.2.1 抽油机的类型 (3)1.2.2 抽油机的结构 (4)1.2.3 游梁式抽油机主要参数 (7)1.3近几年抽油机的研究重点及研究中应重视的问题 (7)1.3.1 抽油机的研究重点 (7)1.3.2 抽油机研究中应该重视的问题 (10)1.4异相型游梁式抽油机特、点工作原理与节能原理 (11)1.4.1 异相型游梁式抽油机特点 (11)1.4.2 工作原理 (11)1.4.3 节能原理 (11)2设计数据 (13)2.1设计数据 (13)2.2抽油机几何结构尺寸 (13)2.3抽油机模型示功图: (13)3设计与计算 (17)3.1异相型游梁式抽油机几何尺寸参数计算 (17)3.1.1 几何关系计算式 (17)3.1.2 符号含义 (17)3.1.3 各个点参数计算 (18)3.1.4 扭矩因数和光杆位置因数计算 (21)3.2抽油机运动学计算 (23)3.2.1 光杆（悬点）加速度计算式 (23)3.2.2 加速度计算 (23)3.2.3 加速度曲线 (24)3.3抽油机动力学计算 (24)3.3.1 悬点载荷计算式 (25)3.3.2 减速器扭矩计算 (26)3.3.3 曲柄轴净扭矩曲线 (27)3.3.4 平衡率、交变载荷系数CLF的计算 (28)P3.4传动系统设计 (28)3.4.1 电动机的计算与选择 (28)3.4.2 计算传动比及减速器的选择 (30)3.4.3 传动装置的运动和动力参数的计算及窄V带选择 (31)4 抽油机的各部件的强度计算与校核 (36)4.1连杆的应力分析与强度校核 (36)4.2游梁的应力分析及强度校核 (38)4.3滚动轴承的选择和寿命计算 (40)4.3.1 选取轴承并计算轴承支反力 (40)4.3.2 计算当量载荷 (41)4.3.3 计算轴承寿命 (42)5 结论 (43)6 谢辞 (44)7 参考文献 (46)异相型游梁式抽油机设计前言本设计通过对异相型游梁式抽油机的优化设计，改进了以往常规型抽油机的高能耗、曲柄净扭矩波动变化大、扭矩峰值高、加速度变化幅度大等特性。
机械课程设计---油田抽油机
机械原理机械设计课程设计计算说明书设计题目油田抽油机目录一、设计题目 (1)二、系统总体方案的确 (1)三、设计原始数据 (2)四、电动机的选择 (3)五、传动比的分配 (4)六、执行机构尺寸计算 (5)七、机构运动分析 (6)八、V带设计 (15)九、传动装置的运动和动力参数 (17)十、齿轮的传动计算 (18)十一、减速器机体的尺寸设计 (31)十二、轴的设计 (32)十三、键的选择及强度较核 (33)十四、轴承寿命计算及静强度 (35)十五、轴的强度较核 (37)十六、参考文献 (41)计算及说明主要结果一、设计题目：油田抽油机二、系统总体方案的确定：系统总体方案：电动机→传动系统→执行机构；初选三种传动方案，如下：(a)二级圆柱齿轮传动(b)为涡轮涡杆减速器(c)为二级圆柱圆锥减速器系统方案总体评价：（b）方案为整体布局最小，传动平稳，而且可以实现m c R 35604.1)2sin(sin ==ψθ，其中m c 5.1=； θsin 221R L C C =R L C AC L C C AC 2sin sin 21121==∠θR C AC L AC 2sin 222=∠其中，由于032][=α，则：02133775.242][=-=∠ψαA C C002173917.148)2][(180=-+-=∠ψαθC AC⎩⎨⎧==+==-1052667.11176882.121AC AC L a b L a b 解得：m a 1437893.0=，m b 2614775.1=；m b a c c b a d 410937.1]sin[)(2)(22=+-++=α七、 机构运动分析：1.数学模型 如图所示，取以A 点为原点、x 轴与AD 线一致的直角坐标系，标出向量和转角，由封闭向量多边形ABCD 可得1.35604R m =01224.33775C C A ∠=012148.73917AC C ∠=m a 1437893.0= m b 2614775.1=1.410937d m =122()()(/2)22122''"i i i AB BC BC l e l e l e ϕπϕπϕπϕϕϕ+++++33()(/2)233'"i i DC DC l e l e ϕπϕπϕϕ++=+实部和虚部分别相等可得22112222'cos 'cos "sin AB BC BC l l l ϕϕϕϕϕϕ++ 23333'cos "sin DC DC l l ϕϕϕϕ=+22112222'sin 'sin "cos AB BC BC l l l ϕϕϕϕϕϕ--+ 23333'sin "cos DC DC l l ϕϕϕϕ=-+解得2221122332332'cos()''cos()"sin AB BC DC DC l l l l ϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕ-+--=-（）222113232332'cos()'cos()'2"sin()AB BC DC BC l l l l ϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕ-+--=-2.框图设计3.程序和计算结果Visual C++ 程序#include "stdio.h"332.3697410231.481.044P d C mm n ≥==Ⅱ332.264171.06 1.069843.421.894P d C mm n ≥=⨯=Ⅲ 中间轴各轴段设计：1.各段轴的直径轴段1为轴承径，其直径应符合轴承内径标准，且31.4d mm ≥Ⅱ，由此选定35d mm =1。
前置式曲柄平衡抽油机设计讲解
“没问题，找个时间，我们有专业的顾问，可以为您解析”与企业老总谈：1、软件可以让数据分析处理更简单，工作效率更高2、使用管理软件能让管理成本大大降低3、软件可以很好的管理仓库的货品，合理控制存量4、进货价格的控制5、销售价格跟踪6、软件可以控制企业的经营风险7、软件的大量数据报表，为企业老板的决策提供依据与企业财务人员其它相关部门的人洽谈1、省时省力，减轻工作，提高工作效率2、提高收入产品易学、易用、易实施简单灵活的设计风格，导航式的界面，使得速达软件成为市场中最具亲和力的产品。
极高的性价比，使得速达软件成为市场中最具竞争力的产品。
如何介绍产品我们***软件服务集团公司，面向国内的中小型企业，推出了功能完整，技术先进且容易实施的自有品牌的管理软件，有ERP企业资源计划、SCM供应链管理、DRP分销资源计划，CRM客户关系管理、OA办公自动化、KM知识管理等软件，比如我们的***ERP产品－**，这套产品共有二十几个模块，不但涵盖了企业管理的方方面面，比如财务、采购、销售、仓管、物料控制、生产作业、车间管理、品质管理、人事薪资、考勤、海关贸易、POS等管理子系统。
结束语：强调软件的总体优势，其中操作简单易学易用，安全可靠，功能强大，高度集成等优势，可初步涉及软件实施的效果，以及项目的有效控制等，ERP项目从实施到上线，经常会被问到ERP的价值在哪里，常见的有一些效益指标，举几个例子罗列如下：1.平均库存下降30%;2.库存周转率上升30%;3.减少采购费5%;4.加班时间减少到原来的10%;5.设备可用率上升5%;……ERP项目建设70%是在梳理管理、30%才是做软件，ERP项目的成果70%是管理的改进，30%才是信息技术工具的改进。
那么上了ERP，它的价值在哪里呢，应该主要表现在如下几点：1.管理理念提升价值ERP项目建设有一半的时间在整理流程(BPR梳理)，在配置阶段还要持续地进行流程优化工作，BPR不是把企业现有的工作图纸化，而是把企业的工作先流程化而后再进一步优化，同时融入企业战略规划中期望推进的新管理理念，所以即使ERP这个软件没有投用，BPR的成果(已经优化的企业流程)如在企业中实行起来，其实无所谓再用什么工具，其管理效益都是不可估量的。
游梁式抽油机井抽油装置系统设计及应用
游梁式抽油机井抽油装置系统设计及应用第一篇：游梁式抽油机井抽油装置系统设计及应用课程设计课程游梁式抽油机井抽油装置系统设计及应用院系石油工程专业班级学生姓名学生学号指导教师****年**月**日游梁式抽油机井抽油装置系统设计及应用第1章前言1：1 设计的目的及意义油田开发是一项庞大而复杂的系统工程，必须编制油田开发总体建设方案—油田开发工作的指导性文件。
采油工程设计更是总体方案的重要组成部分和方案实施的核心，而游梁式抽油机的设计抽油装置系统设计更是采油课程设计的重中之重。
该课程为石油工程专业采油模块学生必修课，它是石油工程专业主干课《采油工程》的扩展和补充。
石油工程学生在学完专业基础课和专业课之后，为加深学生对采油工程深入了解，训练学生系统，全面和综合应用采油工程技术方法和设计能力，开设本课程。
目的是为了学生综合应用能力打下基础，培养学生毕业后能更快的适应和应用采油工程理论和技术方法解决采油工程问题。
有杆泵采油包括游梁式有杆泵采油和地面驱动螺杆泵采油两种方法。
其中游梁式有杆泵采油方法以结构简单、适应性强和寿命长等特点，成为目前最主要的采油方法。
抽油机是有杆泵抽油的主要地面设备，按是否有梁，可将其分为游梁式抽油机和无游梁式抽油机。
游梁式抽油机是通过游梁与曲柄连杆机构将曲柄的圆周运动转变为驴头的上、下摆动。
依据详探成果和必要的生产试验资料，在综合研究的基础上对具有工业价值的油田，按石油市场的需求，从油田的实际情况和生产规律出发，提高最终采收率。
近些年来，为了满足采油工艺对长冲程、低冲次抽油机的需要，国内近年来研制出多种新型游梁式与无游梁式长冲程、低冲次、节能抽油机。
游梁式抽油机的设计受到了抽油机设计工作者的重视，并取得了明显的经济效益，游梁式抽油机的最基本特点是结构简单，制造容易，维修方便，特别是它可以长期在油田全天运转，使用可靠。
因此尽管它存在驴头悬点运动的加速度大，平衡效果差，效率低，在长冲程时体积较大和笨重的特点，但依旧是目前应用最广泛的抽油机。
常规游梁式抽油机主要结构参数的优化设计
常规游梁式抽油机主要结构参数的优化设计摘要：游梁式抽油机是油田目前主要使用的抽油机类型之一，主要由了驴头—游梁—连杆—曲柄机构、减速箱、动力设备和辅助装备等四大部分组成。
本文试图用现代设计方法中的优化设计法，对CYJ8-3-48B常规性游梁式抽油机进行结构参数的优化，并提出了将最大关键字：游梁式抽油机优化设计数学模型第一章常规游梁式抽油机1.1常规游梁抽油机的介绍游梁式抽油机，也称梁式抽油机、游梁式曲柄平衡抽油机，指含有游梁，通过连杆机构换向，曲柄重块平衡的抽油机，俗称磕头机。
从采油方式上为有杆类采油设备（从采油方式上可分为两类，即有杆类采油设备和无杆类采油设备）。
游梁式抽油机是一种变形的四连杆机构，其整机结构特点像一架天平，一端是抽油载荷，另一端是平衡配重载荷。
游梁式抽油机具有性能可靠、结构简单、操作维修方便等特点。
根据我国行业标准GB/T 29021《石油天然气工业——游梁式抽油机》，抽油机标准型号标注格式如下：游梁式抽油机类别代号：CYJ。
减速器齿轮齿形代号：无代号为渐开线齿形、H为点啮合双圆弧齿形。
平衡方式代号：Y为游梁平衡，B为曲柄平衡，F为复合平衡，Q为气动平衡。
游梁特征代号：直游梁不标注符号、Y为异相曲柄、S为双驴头、X为下偏杠铃、T为调径变矩、Q为前置型、W为弯游梁等。
示例：规格代号为8—3—37的常规型游梁式抽油机，减速器采用点啮合双圆弧齿轮，平衡方式为曲柄平衡，其型号为CYJ8—3—37HB。
抽油机工作时，电动机转速通过皮带传动到减速器，然后由减速器输出轴驱动曲柄、连杆、横梁、游梁（四连杆机构），把减速箱输出轴的旋转运动变为游梁与驴头的往复运动，并通过悬绳器带动抽油杆做上下往复的直线运动，实现对原油的抽汲。
如图1-1所示：1-悬绳器；2-底座；3-支架；4-支架轴；5-驴头；6-游梁；7-横梁；8-游梁平衡重；9-连杆；10-曲柄；11-减速器；12-电动机；13-刹车图1-1 常规型游梁式抽油机结构组成示意图1.2常规游梁式抽油机的几何参数间的关系为了方便计算我们将常规性游梁式抽油机简化为下图，如图1-2这其实是一个很典型的四连杆机构，其中R 为曲柄，当悬点处于下死点时，悬点位移为零，游梁后壁端点位于上死点，此时连杆P 与曲柄R 展开在一条直线上，我们将这一直线设为零度线，应用余弦定律，可得曲柄零度线与K 的夹角（曲柄初相角）Ф的解析式：Ф=])(2)(arccos[222R P K R P C K +++-且此时驴头在下死点位置的ψ角为：]2)(arccos[ψ222b CKR P K C +-+= 另外，当θ不等于0时，各几何参数关系如下：)cos(222φθ+++=KR R K J22H I K +=χ=)2arccos(222CJP J C -+ ᴘ=)]sin(arcsin[φθ+JR 所以ψ=χ+ᴘ另外驴头在上死点位置的ψ角为：]2)(arccos[ψ222t CKR P K C --+= 故悬点相对于下死点的位移是)ψψ(b -=A S A如图1-3，有瞬心法可得，3413314131P P P P ωω=即3413141313P P P P ωω= 且)ψsin()sin(1413---=βπαπR P P )ψsin(sin 3413--•=βπβCP P 所以βαωωsin sin 13C AR A v A =•=则对速度公式对时间t 求导，可得加速度：βββφθβαω321sin ψsin cos sin )sin(cos sin )(++-=C RCP ARK a A式中游梁后臂C 与连杆P 之间的夹角β，由C 、J 、P 构成的三角形余弦定理得：)2arccos(222CP J P C -+=β曲柄半径R 与连杆P 之间的夹角α：)(2φθψβπα+---=悬点位移对曲柄转角θ的变化率是抽油机减速器曲柄轴扭矩计算的重要特性参数，即扭矩因数，βαωθθsin sin )(C AR v d dS TF A A ===第二章 常规游梁式抽油机的优化设计及数学模型2.1 优化设计优化设计是一门新兴学科，它是以电子计算机为工具，寻求最优设计参数和结构的现代设计方法之一。
抽油机设计计算
rQ=1.0m； MC==1000kg； RC=1.2m； JC=100kg.m2； ML=300kg； JL==300kg.m2； JB=1000kg.m2; MR=4000kg； =30000N； =36000N； =0.2m。
3.1假设条件
为了对异相曲柄平衡抽油机的优化设计，以放 映抽油机动力性能的最大扭矩因素为最小目标 函数优化抽油机的机构尺寸，将整个抽油机装 置简化为以曲柄为等效构件的运动情况，我们 做了以下假设条件：
异形游梁式抽油机 异形游梁式系列抽油机包括双驴头抽油机、 弯游梁抽油机和对常规游梁抽油机节能改造的 机型等机型。 异形游梁式抽油机是以常规抽油机为基础 模式而研制出的新机型，它采用变径圆弧状的 游梁后臂，游梁与横梁之间采用柔性件连接结 构，在主要结构上具有常规游梁式抽油机简单， 牢靠，耐用等特点，在性能上易于实现长冲程， 并且具有突出的节能特点。 平衡方式 1．游梁平衡：在游梁的尾部装设一定重量 的平衡板，这是一种简单的平衡方式，适用于3 吨以下的轻型抽油机。
τ＝0； JB1＝2.0kg.m2； JB2＝15.0kg.m2； JR1＝3.0 kg.m2； JR2＝8.0 kg.m2； JR3＝15.0 kg.m2； iB=5.0； iR1=5.5； i R2=5.45； mQ=500kg；
特s， ， ，
带入公式①得如下结果：
其中以下死点为位移零点，向上为位移正方 向，任意时间悬点的位移 为：
已知如下参量：
将
带入③得
图为悬点载荷F随theta的分段变化 F=(180000*pr+30000).*(theta>=0&theta<=0.1378*pi) +(66000).*(theta<=0.9631*pi&theta>=0.1378*pi)+(18 0000*pr489025.17).*(theta>=0.9631*pi&theta<=1.2136*pi)+(3 0000).*(theta>=1.2136*pi&theta<=2*pi);
带能量回馈功能抽油机智能控制柜的相关设计
２设计要求
数 字化 控制 柜是 本项 设计 的 重 点 ， 它涉 及到 电气 设计 、 自 动化 模块设 计 柜 体结 构设计 。电气设 计主要 通过对 现场应 用
６小 结 及 前 景 分 析
四 象限 智能 变频控 制柜 集数 据采 一 传一 控 与 电气传 动为 ～ 一 体 的整合 式数 字化 控制 柜 ， 使 油井 采控 方案 更加 集约 化 ， 能 够
关 键词 ： 四 象限； 智能调控 ； 简要机 理 ； 上位机
１四象限变频器技术原理介绍
调控 参数通 过 Ｇ Ｐ Ｒ Ｓ 发 送给 Ｄ Ｔ Ｕ， 然后 普 通的 变频器 的整流部 分大都 采用二 极管整 流桥 ， 只能 工 行参数 进行合理 的调控 ， Ｄ Ｔ Ｕ发 送给 控 制模 块 ， 控 制模 块 调控 变频 器或 者 交 流 伺服 电 作在 电动状 态 ， 所以称 之为 两象限变频 器 。 由于两 象限变频 器 无法 实现能 量的双 向流动 ， 所 以没有 办法将 电机 回馈 系统 的能 量送 回电网… 。而 抽油 机在一 个 冲次 内 ， 电流 Ｉ 及相 位 角‘ Ｐ 总 是 机， 最终得到合 理的调控 。
据 油 井工 况 ， 对抽 油机 运行 状 态进 行 自动优化 ， 实现 油 井优 化
够 经济 ， 同时 二极 管整流 桥 对 电网也 易产 生严 重的谐 波 污 染。 闭环 控制 。为 此 ， 设计 上 在抽 油机 本地 和远程 调控 中 ， 要能 通 过变 频器 实现 抽油 机的 本地 控制 ； 在 闭环控 制环 节 ， 要 能通 过
控制 方案 。 １ ． 具 备 回馈制 动方 式 ： 采 用 四象 限变频 调速 技 术 ， 能 够 将
负 载的惯性 能量 反馈给 电网 ， 降低 无功功率 ， 提 高功率 因数 ， 功 率 效率接近 于 １ ， 具有显 著的节能 降耗 效果 。 ２ ． 可选用 直接 转矩 控 制方 式 ： 丰 富的 外 围接 口， 满足 各种
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目录
设计题目 (1)
一、系统总体方案的确定 (1)
二、设计原始数据 (2)
三、电动机的选择 (3)
四、传动比的分配 (4)
五、执行机构尺寸计算 (5)
六、机构运动分析 (6)
七、V带设计 (15)
八、传动装置的运动和动力参数 (17)
九、齿轮的传动计算 (18)
十、减速器机体的尺寸设计 (31)
十一、轴的设计 (32)
十二、键的选择及强度较核 (33)
十三、轴承寿命计算及静强度 (35)
十四、轴的强度较核 (37)
十五、参考文献 (41)
一、设计题目：油田抽油机
二、系统总体方案的确定：
系统总体方案：电动机→传动系统→执行机构；
初选三种传动方案，如下：
(a)二级圆柱齿轮传动
(b)为涡轮涡杆减速器
(c)为二级圆柱圆锥减速器系统方案总体评价：
⎩⎨
⎧==+==-1052667
.11176882
.121AC AC L a b L a b 解得：m a 1437893.0=，m b 2614775.1=；
m b a c c b a d 410937.1]sin[)(2)(22=+-++=α
七、 机构运动分析：
1.数学模型
如图所示，取以A 点为原点、
x 轴与AD 线一致的直角坐标系，标出向量和转角，由封闭向量多边形ABCD 可得
AB BC AD DC +=+
即0321AB
i i i i e e e BC AD DC e l l l l ϕϕϕ+=+ ()A
摆角分析：由式()A 的实部和虚部分别相等可得
123cos cos cos AB BC AD DC l l l l ϕϕϕ+=+
123sin sin sin AB BC DC l l l ϕϕϕ+=
经计算解得
1.35604R m =
01224.33775C C A ∠=
012148.73917AC C ∠=
m a 1437893.0= m b 2614775.1=
1.410937d m =
22112222'sin 'sin "cos AB BC BC l l l ϕϕϕϕϕϕ--+ 23333'sin "cos DC DC l l ϕϕϕϕ=-+
解得
2221122332332'cos()''cos()"sin AB BC DC DC l l l l ϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕ-+--=-（）
222
113232332'cos()'cos()'2"sin()
AB BC DC BC l l l l ϕϕϕϕϕϕϕϕϕϕ-+--=-
2.框图设计
3.程序和计算结果
Visual C++ 程序
#include "stdio.h"
#include "math.h"
void main()
{float
ab=0.1437893,bc=1.2614775,cd=1.5,ad=1.41093,pi=3.141593,w1=21.894, w2,w3,e1,e2,e3,r,k,a,b,c,p1,p2,p3,t,t1,t2,t3;
r=(bc*bc-cd*cd-(ad-ab)*(ad-ab))/(2*cd*(ad-ab));
20.6)(0.5
0.6)16810.6;10f d d mm =⨯==取2d 间距：150200l mm = 轴承端盖螺钉直径：
30.5) 6.4
8;8f d mm d mm ==取
40.4) 4.8
6.4;f d mm d =取定位销直径：2(0.7
0.8)7
8;d d mm d ===取2至外壁距离：122,18,16;c = 2至凸缘边缘距离：220,16,14;c =
216c mm == 12)52=110mm ∆=取210mm = 35.5);(d 3(1 1.2)89.6;t d mm t ===取≈2: s D
40mm
查表20-3，对于40Cr 材料的轴C=106-98。
轴上有键槽时，会削弱轴的强度。
对于直径100d mm ≤的轴，单键时轴径增大5%-7%，双键时增大10%-15%，故
3
32.4802368
1.06 1.0610223.5240
P d C mm n ≥=⨯=Ⅰ 3
32.3697410231.481.044
P d C mm n ≥==Ⅱ 3
32.26417
1.06 1.069843.421.894
P d C mm n ≥=⨯=Ⅲ 中间轴各轴段设计：
1.各段轴的直径
轴段1为轴承径，其直径应符合轴承内径标准，且
31.4d mm ≥Ⅱ，由此选定35d mm =1。
因此，轴承代号为
32007。
轴段2与齿轮配合，且便于安装d d >21，取其标准系列
40d mm =2
轴段3为定位轴肩，轴肩高度
取 2.5h mm =，则32240545d d h mm =+=+= 轴段4与齿轮配合，440d mm =
0.988Z β=
1063[]1140H H σσ=<=
疲劳强度足够
1.3H
S '= 12 1.6N
N Z Z ''==
max []1403.1H σ=
max max 1227.45[]H H MPa σσ=<
1
2 3 4
5
2.轴水平面支反力31.3910AH F N =⨯
31.2110BH F N =⨯
3.两轴承所受的径向载荷即合成后的支反力
22
22331 6.69 1.3910 6.8310R AV AH F F F N =+=+⨯=⨯ 22223327.69 1.21107.8710R BV BH F F F N =+=+⨯=⨯
（二）计算轴承所受的轴向载荷 1.计算内部轴向力
轴承型号32009，为圆锥滚子轴承，由标准查得性能参数为 0058.8,81.5, 1.5,0.8C kN C kN Y Y ====
由表21-11，圆锥滚子轴承的内部轴向力2R
S F F Y
=
，则 3
311 6.8310 2.281022 1.5R S F F N Y ⨯===⨯⨯
3
3227.8710 2.621022 1.5
R S F F N Y ⨯===⨯⨯
2.计算轴承所受的轴向载荷 轴上个轴向力的方向
→ → ← ←
1S F 2X F 1X F 2S F
由式（21-8），（21-9）可列出
取两者中较大者
23.5d mm ≥Ⅰ 31.4d mm ≥Ⅱ
43.4d mm ≥Ⅲ
取两者中较大者 （三）计算当量动载荷
由式（21-5），()P R A P f XF YF =+由表21-8取冲击载荷因数
1.2P f =。
系数X ，Y 与判断因子e 有关，由手册中查的32009
轴承，0.39e = 轴承Ⅰ
113460
0.516830
A R F e F ==> 故0.4, 1.5X Y ==,则 111() 1.2(0.46830 1.53460)9506.4P R A P f XF YF N =+=⨯⨯+⨯=
轴承Ⅱ
222620
0.337870
A R F e F ==< 故1,0X Y ==,则 22 1.278709444P R P f F N ==⨯=
(四)寿命计算
因12P P >,且两轴承型号相同，故只按Ⅰ轴承计算寿命即可。
取1P P =由式（21-7）有
10
66310101058500()()92305606076.649506.4
h
C L h n P ε===⨯ 寿命高于43800 h ，故满足寿命要求。
（五）静强度计算 1.计算轴承静载荷
由式（21-13），当量静载荷000R A P X F Y F =+,由表21-13，32009型圆锥滚子轴承000.5,0.8X Y ==,故
35d mm =1
40d mm =2
345d mm =
440d mm = 35d mm =5
260l mm =
140l mm =
3310l mm =∆=
540l mm =
442l mm =。