Ф14.0 mm钻齿与钻头本体齿孔的过盈分析

掉齿是影响空气钻井潜孔钻头寿命的主要原因之一,而钻齿与本体齿孔的安装过盈量直接影响固齿强度。通过建立Ф215.9 mm潜孔钻头Ф14.0 mm钻齿与钻头本体齿孔过盈装配的力学模型,对过盈量为0.040、0.060、0.065、0.070、0.075、0.080和0.100 mm时的装配应力及本体材料的径向位移进行了模拟计算,并对钻齿施加工作载荷,检验了其固齿效果。通过分析可知:过盈量小于0.065 mm时本体材料处于弹性变形状态;过盈量不小于0.080 mm时,本体齿孔的应力值较大,局部接触位置超出材料的抗压强度;过盈量为0.065～0.075 mm时,既有弹性变形又存在轻微的塑性变形,此时的固齿强度能够满足实际工况的需要。考虑到塑性硬化的作用,推荐该钻头下钻齿与本体齿孔的安装过盈量为0.065～0.075 mm。      

空气锤钎头齿孔过盈配合数值模拟研究

传统方法在研究空气锤钎头齿孔过盈量问题时大都是针对单个齿孔进行的,而且对模型进行了过度简化,没有考虑钎头本体的复杂几何外形和相邻孔间应力的相互影响,无法得出整个钎头体上的应力分布。为此,分别用弹塑性力学方法和有限元方法对齿孔在不同过盈量下的应力分布情况进行了计算。结果表明,弹塑性分析与有限元分析结果一致,钎头中心齿齿孔过盈量取0.05～0.06mm、边齿齿孔过盈量取0.06～0.07mm时较合理,弹塑性力学方法的计算值比较保守,但仍有重要的参考价值。利用ANSYS软件对钎头齿孔过盈配合进行有限元计算,是改进齿孔设计的有效方法,此方法也可用来分析PDC钻头和牙轮钻头齿孔过盈配合问题。     

空气钻井潜孔钻头本体与钻齿的过盈分析

潜孔钻头是空气钻井中一种重要的破岩工具,钻齿镶嵌过程中的过盈量直接影响钻齿与钻头本体的接触强度.文章以(φ)311.1mm潜孔钻头用(φ)19mm钻齿为研究对象,建立了钻头本体与钻齿过盈配合的力学模型,并进行计算机模拟仿真.通过对过盈量分别为0.01、0.02、0.04、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1mm时钻齿与钻头本体的接触分析可知,过盈量小于等于0.07mm时,钻头本体均为弹性变形;当过盈量为0.08mm时,钻头本体接触区域局部开始发生塑性变形;当过盈量达到0.1mm时,钻头本体沿齿眼的应力值接近材料的强度极限.根据分析结果并考虑塑形强化的影响,推荐(φ)311.1mm潜孔钻头(φ)19mm钻齿的安装过盈量为0.07～0.08 mm.论文的研究工作为空气钻头钻齿的科学装配提供了理论依据.     

三牙轮钻头牙轮齿孔表面装配应力测试分析

采用应力电测法对三牙轮钻头牙轮齿孔表面装配应力进行了实际测试 ,测试结果表明 :单齿压入时 ,齿孔变形将受到牙轮纵横向刚度差异的影响 ,在一定过盈量情况下 ,齿孔变形呈椭圆趋势 ;随着过盈量的增加 ,齿孔孔表的周向应力和径向应力将全部变成拉应力 ,这是导致齿孔产生裂纹的重要因素 ;邻孔压齿对测试孔装配应力有明显的影响 ,影响程度与齿孔距有关 ;齿孔计算模型以及牙轮设计和加工过程中 ,必须考虑牙轮纵横向刚度以及邻孔压齿的影响。     

溶胀对螺杆泵定转子过盈量的影响分析

常规采油螺杆泵在井下环境中,定子橡胶因溶胀会产生不均匀变形,这是设计定转子不可忽略的影响因素。为了分析不同头数定转子的溶胀变形规律及溶胀率和过盈量间的合理配合关系,定子橡胶材料选用Mooney-Rivlin模型,转子处理成刚体,建立了两头、三头、四头和五头螺杆泵定转子刚柔接触有限元模型。根据溶胀与温胀定子变形的相似特点,采用温度比拟法模拟溶胀,研究了定子溶胀变形规律及溶胀对接触压力的影响。研究结果表明:考虑密封要求,当溶胀率小于2.5%时,设计的过盈量应为正值,齿凹处接触压力较大;溶胀率大于2.5%时,设计的过盈量应为负值,齿凸处接触压力较大;当定子头数较多时,溶胀变形量小且齿凹处的接触压力小,对溶胀的适应性强;国内常用的定子橡胶在井下的溶胀率为3.0%~5.0%,过盈量应取负值。在现场应用中,可根据试验测定的定子橡胶溶胀率,对应找到合理的配合过盈量,这对定转子初始过盈量的设计具有很好的指导意义。     

三牙轮钻头镶齿结合面微动磨损及承载能力研究

作者认为:镶齿三牙轮钻头的齿柱实际上是一与盲孔过盈配合的悬臂梁。文内对受载情况下的柱齿及齿孔进行了应力分析和刚度分析;推导出齿、孔不脱开的条件,即最大径向承载能力的计算公式。作者又在刚度分析的基础上对微动腐蚀磨损而引起掉齿的失效机理进行了探讨,并由此提出了一些改善固齿工艺的新途径。     

套损套变井机械整形工艺

针对常用套管整形器的特点及所存在的问题,研制开发了整形效果好、施工工艺简单、可操作性好、对套管外水泥环有保护作用的球面整形器.该工具整形范围为Φ85 mm～Φ120 mm,且具有以下优点操作方便,现场适用性强;结构设计合理,使套损面的整形覆盖率达100%;一次整形量20 mm以上,不用多次起下钻柱,劳动强度大幅下降;与其它类型的整形器相比,将原先的面接触改为多点接触,增大了单位面积上的作用力,有利于提高整形效果;球面体与套管的硬度差大,更有利于提高整形速度.由于该整形器的球面体采用固定的方式,因而不会造成脱粒现象.现场应用结果表明,该整形器可以满足内凹形套管变形整形扩径的需要.     

提高固紧牙轮钻头齿的途径

造成牙轮钻头硬质合金齿先期脱落的原因是工作期间固紧力的逐渐减弱,防止掉齿的关键就在于提高齿在齿孔材料的弹性状态下的固紧力。作者从分析齿在齿孔处于弹、塑性状态下的应力应变状态着手,提出一种提高齿孔在弹性状态下固齿力的方法—预应力措施。实现这种方法的工艺措施是挤压。     

基于温差法的齿轮与轴过盈配合分析

基于温差法过盈装配过程,建立了齿轮与轴的过盈装配有限元模型,分析了过盈配合后的等效应力、接触压力、剪切应力和位移量,并讨论了过盈量、摩擦因数和齿轮内孔倒圆角对过盈配合的影响。研究结果表明,齿轮和轴的应力和应变存在边缘奇异性,齿轮的最大等效应力和最大位移发生在距端部约1 mm处,轴的最大剪切应力发生在接触表面内2 mm处;过盈量与组件的应力和应变呈近似线性关系;摩擦因数不影响过盈配合后的应力、应变;当齿轮内孔倒圆角半径为1 mm时,可以明显地改善边缘奇异性。     

潜孔钻头本体三维弹塑性有限元分析

以QF-Ⅱ型潜孔钻头为原型,应用有限元分析软件ANSYS阐述了潜孔钻头本体结构的有限元模型建立、网格划分、材料的本构关系、边界条件的处理等相关问题,对不同牙齿过盈量时钻头本体应力的分布情况进行了模拟研究,并得出了相应的Von mises应力分布图,为合理进行潜孔钻头本体结构设计提供了依据和校验方法.     

NCS38气密封钻杆接头应力分析与结构优化研究

为适应更高的钻井环境要求,在NC38钻杆接头的基础上,设计了一种新型气密封钻杆接头NCS38。该新型接头设置了专门的径向金属密封结构以及辅助扭矩台肩,圆锥形密封面通过过盈配合实现密封,辅助扭矩台肩则可保护密封面。为了确定合适的密封锥度和密封过盈量,建立了NCS38接头的有限元模型,运用有限元方法进行了模拟计算。计算结果表明:不同的密封锥度和过盈量对密封面的密封性能和应力分布有较大影响,合理的锥度及过盈量参数可提高接头的密封性能。研究结果对于气密封钻杆接头的现场应用具有一定的指导作用。     

牙轮钻头镶齿结合面应力分析的边界元法

应用二维弹性问题边界元法的基本理论，对过盈配合结合面间的应力状态进行了分析，用分块子矩阵的形式推导出相应的系统方程。以牙轮钻头镶齿过盈配合结合面间的应力状态分析为实例，编制了相应的过盈配合通用计算程序。计算结果表明，应用边界元法得到的牙轮钻头镶齿和孔之间的应力和位移的数值解与弹性力学的解析解相当接近。     

钻头牙齿过盈配合计算机仿真模拟实验研究

用弹塑性接触有限元法 ,建立了牙齿与牙轮体孔眼过盈配合的有限元力学模型 ,用ANSYS5 51软件对该力学模型进行了计算机仿真模拟 ,模拟并分析了牙齿压入孔眼的全过程 ,并根据孔眼的过盈量值 ,计算出了不同时刻需要在牙齿上施加的动态载荷。详细分析了孔眼壁附近的等效应力随牙齿压入深度的变化关系。当过盈量为 0 0 1 0、 0 0 2 0、 0 0 80和 0 1 0 0mm时 ,将牙齿全部压入孔眼内需要的压力分别为 1 2 4、 2 3 7、 46 1和 49 5kN ;当过盈量大于 0 0 35mm时 ,牙轮体内孔壁附近开始出现塑性变形 ,变形主要发生在孔眼根部 ;当过盈量超过 0 1 0 0mm时 ,牙齿不能全部压入。设计牙齿时必须把牙齿根部设计成有倒角的形式。     

铝合金钻杆接头装配过盈量优选

合理的装配过盈量对于铝合金钻杆接头的正常使用非常重要。以铝合金钻杆接头为研究对象,采用解析法和有限元法对装配扭矩进行计算,并对不同装配过盈量下接头的关键性能指标进行综合分析,对过盈量进行了优选。解析计算时将锥形稳定配合面和锥螺纹接触面分成2部分并采用微元法;利用高级非线性软件Msc.Marc建立了钻杆接头的2D轴对称模型,并采用Newton-Raphs法求解接触非线性问题。分析结果表明,在材料弹性范围内,随着过盈量的增大,装配扭矩基本呈线性增大;过盈量的增大会导致锥形稳定配合面及螺纹面接触力的增大,从而增大螺纹上载荷分布的非均化程度和接头破坏失效的概率。解析法所得的装配扭矩与有限元仿真结果误差较小,与实物试验结果对比效果也较好。     

牙齿过盈配合接触问题的计算机模拟研究

用弹塑性接触有限元法,建立了牙齿与牙轮体孔眼过盈配合的有限元力学模型,用ANSYS551软件为计算机仿真模拟器,分析了牙齿压入孔眼的全过程,并根据孔眼的过盈量值,反算出了不同时刻需要在牙齿上施加的动态载荷.详细地分析了孔眼壁附近的等效应力随牙齿压入深度的变化关系.结果表明,过盈量超过0.035mm时,牙轮体内开始出现塑性变形.计算机模拟实验结果为实际压入过程提供了实用的理论数据,对牙齿过盈量的优化设计具有重要的指导意义.     

牙齿过盈配合接触问题的计算机模拟研究

用弹塑性接触有限元法,建立了牙齿与牙轮体孔眼过盈配合的有限元力学模型,用ANSYS5.51软件为计算机仿真模拟器,分析了牙齿压入孔眼的全过程,并根据孔眼的过盈量值,反算出了不同时刻需要在牙齿上施加的动态载荷.详细地分析了孔眼壁附近的等效应力随牙齿压入深度的变化关系.结果表明,过盈量超过0.035mm时,牙轮体内开始出现塑性变形.计算机模拟实验结果为实际压入过程提供了实用的理论数据,对牙齿过盈量的优化设计具有重要的指导意义.     

特殊螺纹接头上扣螺纹过盈量设计

针对特定工况要求设计的低钢级、薄壁油管特殊螺纹上扣扭矩较低问题,首先采用蒙特卡洛方法对不同加工偏差组合的接头进行有限元模拟分析,得到上扣螺纹过盈量与台肩扭矩的线性关系,由此初步确定满足工况要求的上扣螺纹过盈量设计值。然后利用实物上卸扣方法进行了试验验证。结果表明,利用有限元方法可快速分析实际特殊螺纹接头在不同上扣螺纹过盈量下的台肩扭矩分布,最大台肩扭矩与实物上卸扣试验结果基本一致。     

抽油机减速箱齿轮与轴过盈联接的设计计算

为使抽油机减速箱中齿轮与轴之间所采用的过盈配合加键联接的过盈量选取趋于合理,提出了过盈配合的选用原则是:既要使联接具有足够的固持力,又要保证零件在装配应力下不致损坏。还介绍了计算过盈量的方法和步骤,并列举了工程计算实例加以说明。     

机加工工艺对钻头牙轮开裂的影响

造成钻头牙轮破裂的原因是多方面的。其中钻头机加工对牙轮开裂的影响较大。为此从齿孔锥度、过盈量的工艺和机加工角度分析了牙轮开裂的原因．提出了防止机加工钻头牙轮开裂的建议。     

硬质合金组合密封环的研究

讨论了机械密封用镶嵌式硬质合金组合密封环套合过盈量的计算方法,得出了各种轴径用的过盈量曲线。对合理过盈量进行计算后得出了其使用温度范围和套合加热温度。所得到的δ-d、T使-d和T套-d曲线,对机械密封环的制造和选用都提供了既方便又可靠的方法。