[發明專利]牙輪鉆頭用空心滾滑復合軸承

無效

• 申請號: 201310011517.6
• 申請日: 2013-01-11
• 公開（公告）號: CN103075106A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 韓傳軍;張杰
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B10/22
• 分類號: E21B10/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于石油、天然氣的勘探、鉆井技術領域，具體涉及一種高速、重載工況下牙輪鉆頭用的空心滾滑復合軸承。?

背景技術

軸承是牙輪鉆頭的重要組成部分，它的失效直接關系著整個鉆頭的使用壽命，影響著整個鉆井周期。牙輪鉆頭中最早使用的是滑動軸承，1932年出現了滾動軸承，并一直沿用至今，其主要由牙輪軸孔和牙爪軸頸等組成。與普通滑動軸承相比，牙輪鉆頭的滑動軸承有其特殊性，包括結構特殊性、載荷特殊性、工作環境的特殊性以及相對轉速的特殊性?；瑒虞S承的主要失效形式是粘著磨損，主要是由于牙輪鉆頭在工作過程中的摩擦溫升引起了軸承表面金相組織發生了改變、硬度降低、抗磨性能減弱。牙輪鉆頭的滾動軸承是一種非標準軸承，多采用大圓柱滾子軸承—鋼球—小徑向滑動軸承或者大圓柱滾子軸承—鋼球—小圓柱滾子軸承，它無內外套圈、無保持架、承載力大、耐沖擊，但是轉速較低，而且有限的潤滑脂和強磨粒環境，使得它的失效較為嚴重，工作壽命較低。隨著鉆井技術的發展，浮動套軸承被引入到牙輪鉆頭，但是這種浮動套軸承中的內軸承或外軸承的潤滑供油問題又成為影響軸承整體性能的主要矛盾，而且抗沖擊能力較弱。因此，為滿足深井、超深井技術的發展，對牙輪鉆頭用軸承新結構的設計一直是石油工程技術人員的研究重點。?

發明內容

本發明的目的是為了克服上述技術的不足，設計了一種牙輪鉆頭用的新型空心滾滑復合軸承，可以有效地降低軸承各部件之間的摩擦磨損，提高其承載能力，并具有吸振、減振功能，從而可以有效地延長牙輪鉆頭的使用壽命。?

為了實現上述目的，本發明設計了一種新型空心滾滑復合軸承，它融合了滑動軸承、滾動軸承和浮動套軸承的結構和優點。本發明所采用的技術方案為：在牙輪內孔和牙爪軸頸之間均勻布置數量相等的空心圓柱滾子、滾柱和扇形滑塊，或在牙爪軸頸與滾動體和滑塊之間可以設置帶油孔的滑套。?

具體地說，本發明所述的空心滾滑軸承由牙輪(1)、牙爪軸頸(2)與空心圓柱滾子(3)、空心滑塊(4)組成，或由牙輪(1)、牙爪軸頸(2)與空心圓柱滾子(3)、帶滾柱槽的滑塊(6)、滾柱(7)組成，或由牙爪軸頸(2)、牙輪(8)與空心圓柱滾子(3)、滾柱(7)等組成。滾柱(7)安裝在滑塊(6)的滾柱槽內，或安裝在牙輪(8)的滾柱槽內，與牙爪軸頸(2)構成滾動軸承；在空心圓柱滾子(3)、空心滑塊(4)、帶滾柱槽的滑塊(6)與牙爪軸頸(2)之間可以設置帶油孔的滑套(5)。?

如上所述的空心滾滑復合軸承，圓柱滾子(3)的空心度為50%～65%，且兩端采用圓角過渡。空心滑塊(4)的空心度為40%～60%，內部過渡處均采用圓角結構?？招慕Y構可以減輕整個牙輪鉆頭軸承的重量，但不會降低其承載能力，同時可以降低整個軸承的剛度，起到了吸振和緩沖的作用，特別是軸承高速運轉時，可以極大的改善整個牙輪鉆頭的動態性能?？招慕Y構的滾滑體可以貯存更多的潤滑油，充分保證了各接觸面之間的良好潤滑，降低了添加潤滑油的頻率，同時也避免在軸孔壁開設油槽，提高了整個軸承的承載強度。空心結構增加滾滑體的散熱面積，同時也有助于潤滑油的自由流動，使潤滑油充分發揮其冷卻作用，對高速重載工況下的牙輪鉆頭來說，這將會極大的降低接觸面由于溫度過高而引起的粘著磨損，降低其失效概率?？招膱A柱滾子(3)的兩端采用圓角結構，可以降低空心圓柱滾子(3)兩端的應力奇異性，避免局部應力過大引起過早失效。?

如上所述的空心滾滑復合軸承，在牙輪內孔壁均勻開有5～10個滾柱槽，或在滑塊(6)的內弧面中部開設滾柱槽。每個滾柱槽內裝有滾柱(7)，則滾柱槽、滾柱(7)與牙爪軸頸(2)或滑套(5)構成滾動軸承。滾柱槽的圓弧半徑R大于或等于滾柱(7)的直徑為d，若牙爪軸頸(2)的外徑為D，則滾柱槽圓弧半徑R的圓心所構成圓的直徑D′為：?

D′=D+2d-2R?

如上所述的空心滾滑復合軸承，在滾動體和滑塊與牙爪軸頸之間設有滑套，且在滑套柱面上沿圓周方向對稱布置可供潤滑油脂流動的通孔，孔的大小、數量及布置位置可根據滑套直徑和寬度等靈活確定，孔太大或數量太多則對內外軸承油膜承載面積影響較大，降低了軸承的承載能力，孔太小或數量太少則潤滑油介質的流量不能達到預期目的。孔與滑套內外兩圓柱面的交界線上采用倒角過渡。?

本發明融合了滑動軸承、滾動軸承和浮動套軸承的優點，克服了采用單種軸承的缺點，并采用空心滾動體、滑動體結構，改善了軸承各部件的受力狀況，降低了摩擦磨損，增加了摩擦散熱能力，可以有效的實現吸振、減振功能，并能夠保持高轉速特性。因而，本發明的空心滾滑復合軸承更適用于高速、重載、大沖擊工況下的牙輪鉆頭中。?