新型高速牙轮钻头圆滚子轴承承载能力分析

研究了新型Ｇ８１／２高速牙轮钻头圆锥滚子轴承承载能力。简化分析了圆锥滚子轴承满装型结构的平均Ｈｅｒｔｚ接触应力，经计算，Ｇ８１／２钻头的最大平均Ｈｅｒｔｚ 接触应力仅为现有８１／２ＸＭＰ型钻头的三分之二。     

牙轮钻头高速圆锥滚子轴承系统的可靠性试验分析

牙轮钻头的机械可靠性寿命与钻头的切削系统和轴承系统的可靠度密切相关，在井底高速，复杂载荷作用下，滚动轴承的接触疲劳破坏是牙轮钻头失效的重要原因，鉴于当失效概率在１０％－６５％之外的试验寿命不服从二参数Ｗｅｉｂｕｌｌ分布的情况下，首次将三参数Ｗｅｉｂｕｌｌ分布引入牙轮钻头轴承系统的可靠性估计中，根据牙轮钻头高速圆锥滚子轴承系统的室内完全寿命模拟实验，采用极大似然估计方法对其寿命分布参数的可靠度进行估     

新型高速牙轮钻头圆锥滚子轴承润滑状态分析

用HAAKERV3流变仪对国产J783钻头脂高温流变特性所作的测定表明，这种钻头脂在高温时表现为典型的Bingham流体。根据实测结果建立了J783钻头脂的流变模型。利用Bingham非牛顿流体重载线接触弹性流体动压润滑的有关理论，并考虑钻头轴承表面的粗糙度，分析研究了新型圆锥滚子轴承高速牙轮钻头的润滑状态和典型工况下钻头轴承的脂润滑膜厚度。结果表明，新型高速牙轮钻头的圆锥滚子轴承处于边界润滑状态，钻头脂中的MoS2和Sb2O3起主要润滑作用。由此可见，有必要在所有牙轮钻头的滚动轴承表面采取强化措施，以提高边界润滑条件下钻头轴承摩擦副的抗摩擦磨损性能。     

影响满装型圆锥滚子轴承设计的诸因素分析

在高速牙轮钻头满装型圆锥滚子轴承的理论设计基础上，就生产中加工误差因素对满滚子自锁轴承自锁量的影响进行了理论分析，求得了牙轮、轴颈及滚动体尺寸偏差对自锁量影响的数学表达式。为满装型圆锥滚子轴承在设计、生产中的质量控制提供了可靠的理论依据。     

牙轮钻头空心滚子轴承载荷分析与计算

牙轮钻头空心滚子轴承是一种新型的滚动轴承,其结构特点主要是滚子中间开直孔,两端民。在研究空心滚子轴承载荷分布的基础上,运用Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ软件对空心滚子进行了有限元计算分析。结果表明,空心滚子轴承可使滚子承载更均匀,其最大载荷比常规滚子轴承降低１２．５％,而且可降低钻头工作时地动载荷,有利于提高牙钻头滚子轴承的寿命。空心滚子轴承制造容易,成本较低,具有一定的推广价值。     

牙轮钻头大圆弧鼓形滚子轴承设计

大圆弧鼓形滚子轴承对牙轮牙爪轴的轴线相互倾斜具有调节功能，因此实际接触应力相对较低，承载能力高，寿命长。它用于三牙轮钻头，特别是大规径钻头和高速钻头，是一种较好的轴承结构形式。在分析三牙轮钻头轴承结构和载荷特点的基础上，探讨了三牙轮钻头鼓形滚子轴承设计的原理和方法，以限制轴承的塑性变形为出发点，建立了鼓形滚子设计时应满足的接触静强度条件和几何条件，给出了有关的计算公式，并对钻头轴承的接触疲劳强度问题作了简要分析。     

牙轮钻头圆柱滚子轴承的凸度设计研究

基于对有限长线弹性接触问题数值解的一维简化处理,对比分析了迄今为止国内外采用较多的几种凸型圆柱滚子的接触情况,为牙轮钻头流动轴承圆柱滚子的凸度设计提供理论指导。     

新型牙轮轴承

瑞德公司研制的丝扣环牙轮夹持系统有效地克服了牙轮钻头的滚动轴承易失效和易发生掉牙轮事故的缺点,该夹持系统的特点是丝扣环旋入牙轮,成为一个摩擦式轴承夹持元件,在密封失效后,有足够大的磨损量,在1200多次现场应用中减少了掉牙轮的危险,其中在南密西西比使用后,使掉牙轮率由5％降至1％。     

新型高速牙轮钻头滑动轴承的试验研究

为了研制出能与动力钻具相匹配的牙轮钻头，作者从钻头轴承的材料选择入手，对硬质合金滑动轴承进行了分析，认为硬质合金的磨损抗力高，可应用于井下工具。在此基础上，进行了全尺寸牙轮钻头硬质合金滑动轴承的室内试验研究，结果表明：使用硬质合金滑动轴承可使牙轮钻头转速提高到２００～４００ｒ／ｍｉｎ。     

牙轮钻头圆柱滚子轴承的理论研究

滚动轴承牙轮钻头因摩擦扭矩小和摩擦发热低, 在与牙轮钻头的高速化进程中具有独特的优势。基于这种认识, 对现用牙轮钻头的圆柱滚子轴承进行了理论研究。从结构设计的角度探讨了采用满装型圆柱滚子轴承结构的可行性; 应用经典弹性理论, 计算了满装型结构的载荷分布; 以基本额定动载荷Ｃｒ 作为初期优化的目标函数, 选取４ 个设计变量, 分别采用复合形法、内点罚函数法和外点罚函数法对牙轮钻头圆柱滚子轴承进行了优化设计。研究表明, 现用牙轮钻头圆柱滚子轴承的确存在一些有待改进和完善之处; 所编制的结构设计计算、载荷分布和优化设计程序可直接用于对国内各种尺寸滚动轴承钻头的理论研究。     

牙轮钻头采用空心圆柱滚子轴承的理论探讨

为了提高牙轮钻头滚动轴承的抗接触疲劳能力 ,提出在牙轮钻头滚动轴承中采用空心圆柱滚子的方案 ,在对其接触情况进行了深入研究。首先应用弹性曲梁理论分析了单个空心圆柱滚子在径向对顶集中压力作用下的压缩变形以及滚子内外圆柱面上的拉压应力分布情况 ,并采用当量弹性模量法计算其与半空间平面接触时的接触应力分布。为了分析空心圆柱滚子轴承的载荷分布 ,在分析滚子与内外滚道接触变形量构成的基础上 ,提出了空心圆柱滚子载荷分布的迭代算法。结果表明 ,无论是单个滚动体的最大接触应力 ,还是整个轴承的载荷分布情况 ,只要有效控制空心滚子的空心度 ,采用空心圆柱滚子都将优于相应的实心圆柱滚子     

牙轮钻头滑动轴承混合润滑时的载荷计算

牙轮钻头滑动轴承实际工作时摩擦副之间处于混合润滑状态，此时金属微凸体和油膜一起承担载荷。文中给出了计算混合润滑时油膜和微凸体承载比例的计算方法，并以８１／２ＸＨＰ滑动轴承牙轮钻头为例，分析了钻头运转参数和最小油膜厚度对轴承摩擦副间载荷分配的影响，结果表明：钻头的运转参数直接影响轴承摩擦副间的润滑状况，在一定范围内，提高转速能够改善润滑状况。混合润滑时最小油膜厚度有一个下限门槛值，若低于此门槛值，则这种载荷分配计算方法不再适用。     

关于牙轮钻头滑动轴承配合间隙的讨论

牙轮钻头大径向滑动轴承的配合间隙值对整个钻头的工作性能有很大影响。从润滑理论的分析表明，最小油膜厚度随半径间隙变化的幅度很小；从接触力学理论的分析表明，适当减小径向间隙值，可以降低轴承接触压力峰值；从摩擦发热角度的分析表明，减小配合间隙可以降低摩擦发热和磨损量；普通合金钢滑动轴承半径间隙值不小于0．05mm，硬质合金硬-硬轴承半径间隙不小于0．035mm时可避免出现热卡死现象。最后结合牙轮钻头实际制造过程，提出适当减小现有轴承径向间隙值的措施。     

度量牙轮钻头滑动轴承粘着磨损失效的新准则

以现场失效的牙轮钻头滑动轴承解剖分析为依据 ,从理论上分析了其磨损失效过程 ,然后分析了影响牙轮钻头滑动轴承失效的主要因素 :摩擦系数、轴承配合接触表面压力的大小和分布以及相对运动速度等。最后对经典的混合摩擦滑动轴承的失效校核条件进行了改进 ,针对低速重载的牙轮钻头滑动轴承的特殊工况 ,提出了一种度量其失效的新判据。该判据的理论依据是牙轮钻头滑动轴承的局部摩擦能量损失不能超过其材料所规定的能量集度。     

模糊正交法在钻头轴承磨损性能研究中的应用

应用模糊正交的理论与方法,在建立牙轮钻头滑动轴承磨损性能多目标隶属函数的基础上,以模糊综合评价值作为目标函数,对影响轴承磨损性能各因素的主效应,两两因素之间的交互效应及全部因素水平搭配之间的交互效应进行了综合分析,弥补了方差分析只能研究单目标问题,不能全面反映实际情况的不足,为正确选择和配用滑动轴承材料提供了依据。各因素对牙轮钻头滑动轴承影响程度依次为配对副材料、润滑油粘度、下试样表面粗糙度、润滑油清洁度,除配对副材料外,润滑油对钻头滑动轴承的磨损性能也有重要影响。     

钻头及涡轮钻具轴承组件MoS2滑化处理研究

结合三牙轮钻头及涡轮钻具轴承组件的工况和失效分析,讨论了ＭｏＳ２滑化处理的依据和具体工艺,对牙轮钻头、涡轮钻具轴承组件用合金材料在渗碳渗氮等热处理后,实施ＭｏＳ２滑化处理,试验测试表明,此滑化膜可有效地抑制胶合的发生,用于高速重载的钻头及涡轮钻具轴承组件是可行的。