碳纤维抽油杆专用抽油机四杆机构运动弹性动力学分析及其仿真

摘要

随着科学技术的发展以及市场日益激烈的竞争，机械产品不断向高速化、精密化、轻量化、大功率化方向发展。为了得到机构较准确的运动规律，必须把构件看作弹性体，对其进行运动弹性动力学分析。 本文首先介绍了连杆机构的运动弹性动力学(KED)分析方法，包括刚体运动学分析和弹性动力学方程的建立及仿真。通过运动学分析，得出平面连杆机构在一个运动周期中各节点的位置、速度和加速度以及各杆件的角速度、角加速度等运动学参数。在运动学分析基础上，运用KED分析方法，对连杆机构进行运动弹性动力学研究，得出其动力学参数。 然后将该理论应用于抽油机四杆机构，详细介绍了其分析过程。将抽油机四连杆机构划分为多个有限单元，建立其单元运动微分方程和系统运动微分方程。运用时间有限元法，在时域上应用加权余量原理，通过三次Hermite插值函数得到时间有限元的递推算式，应用该算式求出机构在一个运动周期中各个广义坐标方向的弹性位移，同时求出机构不同位置时各构件上动应力分布情况、机构的各阶固有频率变化情况。 最后，利用Visual Basic 6.0程序设计软件编制了抽油机四杆机构运动弹性动力学计算软件。软件运行可靠，计算结果可以满足工程要求。以CYJ 8-3-48B为例，对其进行了计算。结果表明：抽油机固有频率随角度的变化在一个比较小的范围内波动，且激振频率小于第一阶固有频率，不会发生低阶谐振和共振。弹性变形量很小相对刚体位移可忽略。同时得到构件中的动应力，为疲劳分析提供依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1概述

1.2论文研究的目的和意义

1.3机构弹性动力学简述和发展现状

1.4有限元简介

1.5抽油机四杆机构研究现状

1.6本论文研究内容

1.7项目来源

第二章四杆机构运动学和弹性动力学分析

2.1引言

2.2四杆机构运动学分析

2.2.1单构件(曲柄)的基本数学模型

2.2.2双杆组的基本数学模型

2.3四杆机构弹性动力学分析

2.3.1单元位移模式

2.3.2梁单元变形时的运动学关系

2.3.3局部坐标系下单元的运动微分方程

2.3.4整体坐标系下单元的运动微分方程

2.3.5系统方程的建立

2.4本章小结

第三章动力学方程求解

3.1引言

3.2求解方法介绍

3.2.1直接积分法

3.2.2一阶常微分方程组初值问题的数值解法

3.2.3时间有限元解法

3.3用时间有限元法求解弹性动力学方程

3.3.1时间有限元法介绍

3.3.2递推格式的推导

3.4固有频率计算

3.4.1广义特征值转化为标准特征值问题

3.4.2特征值问题的解法

3.5动应力计算

第四章抽油机四杆机构运动弹性动力学分析

4.1引言

4.2抽油机四杆机构运动学分析

4.2.1几何分析

4.2.2运动学分析

4.3抽油机四杆机构弹性动力学分析

4.3.1机构固有频率

4.3.2连杆弹性位移

4.3.3连杆动应力

第五章抽油机四杆机构动力学计算软件

5.1引言

5.2软件介绍

5.2.1软件说明

5.2.2软件运行

5.2.3软件输入参数

5.2.4程序流程图

5.3总结

第六章结论

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

附录