随着工业技术的迅速发展,人类社会对于能源的需求更加迫切。石油被誉为是“工业的血液”,在人类的能源消费中,占有着绝对的主导地位。然而,伴随着油井储油量的下降,石油开采的难度越来越大,传统的抽油机效率低,环境适应能力差,能源利用率低,已经很难满足现代油田的需求。新型的无游梁式抽油机体积小,能耗低,环境适应能力强,正是现代油田急需的采油设备。然而,因其缺乏经济实用、可靠性高的换向机构,目前并不能被广泛的使用。因此,本课题针对一种新型的滚筒式抽油机使用的非圆齿轮行星轮系换向机构,进行了非圆齿轮承载能力的分析和行星轮系整体动力学的研究,分析了该换向机构对应抽油机冲程的影响因素,对换向机构的传动方案和关键零部件进行了优化设计,并通过运动仿真验证了优化设计的正确性。首先,针对非圆齿轮由于几何形状特殊而导致的齿面接触强度难以校核的问题,结合非圆齿轮的啮合原理,根据赫兹接触理论提出了适用于非圆齿轮的齿面接触应力计算模型。研究了不同的设计参数对齿面接触应力的影响。发现非圆齿轮在回转过程中,齿面接触应力呈现周期性变化,且非圆齿轮的偏心率是影响应力波动的主要原因。该研究为非圆齿轮设计提供了理论依据和校核方法。其次,分析了非圆齿轮在回转过程中所具有的激励形式并给出了计算方法。考虑轮齿的时变啮合刚度和阻尼,采用集中参数法建立了非圆齿轮副的扭转振动模型。将非圆齿轮的振动模型推广,考虑抽油机换向机构中行星轮的平移振动形式,建立了抽油机换向机构的平移—扭转耦合动力学模型,并得到了运动微分方程。通过求解方程,定量地研究了在不同条件下,不同激励对行星轮系的动态响应,为后面抽油机换向机构的减振提供了参考。最后,对换向机构的传动方案和关键零部件进行了优化设计,建立了换向机构的三维模型。通过运动仿真软件对优化后的换向机构进行了运动仿真,对比了换向机构优化前和优化后的传动特性,验证了优化设计的合理性和正确性。通过以上的研究,对新型滚筒式抽油机的换向机构进行了优化,提升了承载能力,减小了振动,且获得了更长的冲程,满足了目前油田对于采油设备的需求,为新型滚筒式抽油机的推广和使用提供了新的理论依据。