游梁式抽油机在现有采油机械中占绝大多数,针对其传统设计方法(自底向上)效率低,而采用自顶向下设计方法设计游梁式抽油机研究较少,因此本文根据抽油机基本参数信息,对游梁式抽油机进行自顶向下参数化设计,为减少设计成本,缩短产品设计周期具有重要意义。针对抽油机是个多构件的系统,其在工作过程中,抽油机的关键部件,尤其是连杆易在循环交变载荷下发生疲劳破坏。目前对抽油机关键部件进行疲劳预测一般采用静态施加载荷方法,这种方法分析不够准确,与实际不相符。因此如何使用动态方法对抽油机关键部件进行疲劳寿命研究,对其疲劳预测具有重要意义。本文以一种游梁式抽油机为研究对象,对其进行了自顶向下设计和联合仿真研究,具体研究工作及成果,主要体现有以下几个方面。(1)以Creo软件为平台,运用自顶向下的设计方法对该型游梁式抽油机进行参数化设计。针对抽油机结构复杂性,对其划分为四大模块。对每个模块建立子骨架模型,以此为中间枢纽传递顶层设计信息,保证了整个设计过程中数据紧密联系。采用此设计方法实现了模型快速设计效果,缩短了产品设计周期,使游梁式抽油机的设计效率大幅提升。(2)利用Mathcad参数计算与Creo之间参数传递完成了游梁式抽油机设计计算和模型设计。此设计方法从游梁式抽油机参数计算到其装配模型的形成,全过程若有参数计算,则其结果就能及时传递到几何模型上,且快速又准确,此设计方法弥补了传统设计计算的不足,促进了设计效率的提高。(3)基于AMESim软件中建立了游梁式抽油机系统的1D仿真模型,仿真分析了悬点运动和动力特性,将仿真得出的悬点位移、速度、加速度和载荷结果,与理论计算进行了对比分析,验证了其准确性。(4)在Motion软件中建立了游梁式抽油机的多刚体动力学模型,并基于AMESim 1D和Motion 3D联合仿真的方法,对游梁式抽油机进行了动力学仿真分析,得到了驴头悬点的运动规律以及抽油机四连机构各铰接处受力、减速器齿轮啮合力等主要动态作用力的时间历程。(5)对连杆柔性化的游梁式抽油机进行了刚柔耦合动力学仿真分析,得到了连杆的固有特性,表明了连杆本体中部固有振幅最大。通过将刚柔耦合动力学仿真结果与刚体动力学仿真结果对比分析,发现连杆柔性化之后能够更加真实地反映出连杆系的动态特性。对连杆进行应力、变形分析表明,连杆上的最大应力处位于连杆杆体结构过渡圆角处,最大变形发生在连杆结构两端部。(6)利用刚柔耦合动力学计算的结果,得出连杆的模态参与因子,将模态参与因子与模态进行线性叠加,得到连杆的载荷历程,并将其作为疲劳分析输入数据,利用Virtaul.Lab的Durability模块对连杆进行了系统级疲劳分析,获得准确地的连杆疲劳寿命值和损伤分布,确定了连杆疲劳损伤位置。研究结果可为抽油机关键部件疲劳寿命研究提供重要参考。此方法也为相似机械产品开发早期的疲劳损伤位置和疲劳寿命的预测提供了参考,同样对其它相关领域很实用。