当今社会的快速发展，使得人类对于能源有更多的需求，而石油作为一种古老的化石能源一直是人类能源的主要来源。石油的过度开采导致各大油田的石油储藏量迅速减少，抽油机采油也开始逐渐向长冲程、低冲次方向发展。然而目前仍广泛使用的游梁式抽油机想要加大冲程，就要成倍的加大尺寸，而且存在效率低等缺点，造成了资源与能源的浪费，与当今建设资源节约型、环境友好型社会的理念背道而驰。与此同时，滚筒式抽油机以其冲程和冲次易调节、效率高、节能等优点逐渐显现出优势，滚筒式抽油机的发展受到了越来越多的重视。但目前困扰滚筒式抽油机发展的主要障碍是缺乏可靠好用的换向装置。本文以节能为出发点，以解决滚筒式抽油机换向问题为目的，基于非圆齿轮行星轮系的理论，设计一种适用于滚筒式抽油机的非圆行星齿轮换向装置。首先，确定非圆行星轮系的传动方案，经过比较选择合适的非圆齿轮，然后根据具体油井分析并仿真采用此种换向装置的滚筒式抽油机在不同冲程不同冲次下悬点载荷。其次，将悬点载荷等效到非圆行星齿轮换向装置输出端，按最极端情况分析各主要部件受力，并使用有限元的方法分析各主要部件的承载能力。最后，完成非圆行星齿轮换向装置的具体结构设计，建立三维模型，使用Proe/E软件完成一对椭圆齿轮啮合的运动仿真，使用ADAMS软件完成非圆行星轮系部件的运动仿真，将运动仿真结果与理论计算结果进行比较，验证理论分析的正确性。这种设计方法是通用的，对于其它油井，可以按照同样的方法进行设计。本文研究的非圆行星齿轮换向装置用于解决滚筒式抽油机的换向问题，能够为滚筒式抽油机的大量推广打下坚实的基础。