我国油田开发90%以上的油井都采用机械采油，而机械采油井中80%以上的油井均采用抽油机、抽油泵、抽油杆的三抽设备。目前油田普遍使用的抽油机多为游梁式抽油机。游梁式抽油机虽然结构简单、工作可靠，但其抽吸过程抽油泵活塞运动始终为简谐运动，所以惯性损失较大，工作效率较低。因此各种异型抽油机应运而生，如链条抽油机、皮带抽油机、直线电机抽油机、液压抽油机等等，这些抽油机各有其优缺点。本文主要建立了凸轮机构抽油机的工作原理，并对其零部件进行了初步结构设计；建立了凸轮机构抽油机的基本工作理论；对凸轮机构抽油机换向机构进行了理论模型、运动学、动力学分析。本文设计的单柱凸轮机构节能式抽油机是一种采用双螺旋往复机构的无游梁抽油机，通过单柱双向螺旋凸轮柱自动换向，抽吸过程抽油泵活塞运动绝大部分时间为匀速运动，所以惯性损失较小，效率较高。通过调节多节组合的螺旋凸轮柱节数实现冲程调节，应用变频调节或减速箱换挡两种方式实现冲次调节，它克服了游梁式抽油机的诸多麻烦，如：冲程有级调节、冲次调节中需要更换皮带轮等停机作业。该机机架采用塔架结构，有利于实现长冲程；通过前后移动天车台形成很大的修井空间，具有结构简单、占地面积小、制造使用成本低等优点。特别适用于油井深抽工艺或丛式井采油；并且利用ANSYS软件对凸轮机构抽油机井架及凸轮轴进行了静力学和模态分析。本文设计的凸轮机构抽油机是一种新型技能型抽油机，本文所涉及的相关的理论分析也为以后类似抽油机的设计提供理论指导。