新型材料在牙轮钻头轴承中的应用

在分析钻头轴承系统工件条件的基础上,提出了钻头轴承材料应其备的基本性能。通过对国产新型耐磨材料的物理机械性能的分析,模拟钻井工况的材料磨损对比试验的研究,以及与新材料相适应的轴承结构的设计分析,本文得出：与现有金属轴承相比,各种超硬材料的轴承均能更好地适应钻头的工况,其中尤以人造聚晶金刚石耐磨型最好,结构合理、加工性好,能充分发挥新材料性能优势的材料复合型轴承将会成为未来钻头轴承的最佳竞争者。     

牙轮钻头滑动轴承接触参数的计算及力学分析

应用边界元法计算两种牙轮钻头大滑动轴承的接触参数,讨论了外载荷、配合间隙、材料配对组合等因素对滑动轴承接触力学性质的影响。计算结果表明,小尺寸钻头上载荷的减小值与轴承结构尺寸的减小值不成比例关系,这是小直径钻头寿命短的原因之一。     

三牙轮钻头滑动轴承失效分析

三牙轮钻头轴承的使用寿命直接决定了钻头的寿命。为了弄清三牙轮钻头轴承的失效形式、原因及机理,进一步提高三牙轮钻头轴承的寿命,分别对现场失效的三牙轮钻头轴承进行宏观和微观分析。结果表明,密封系统失效是轴承失效的主要原因之一。同时,轴承所受载荷过大且分布不均,温度过高导致材料表面金属强度和耐磨性降低,以及轴承与牙轮之间配合间隙过大,工作时晃动导致受力不均等原因也是造成牙轮钻头轴承的快速失效的主要原因。     

单牙轮钻头轴承接触应力分析

采用Pro/M分析软件,利用接触问题的有限元法,对单牙轮钻头轴承内接触受力做了进一步的分析和研究。对轴承内应力的分布,轴向载荷与径向载荷的关系,钻头结构参数、钻压与接触应力和接触面积的关系作了论述,得出了轴颈上接触应力的分布规律曲线,提出了轴承设计应注意的问题。     

单牙轮钻头研究

本文简述了单牙轮钻头的工作原理和工作特性,采用空间解析几何学的方法,毫无简化地、完整地建立了单牙轮钻头几何学和运动学基本方程,通过台架试验对单牙轮钻头轴承载荷进行了测试分析,并根据单牙轮钻头运动基本方程编制了计算机仿真软件．采用本文的研究方法,能完成单牙轮钻头几何结构设计、性能设计,能在短时间内作出许多设计方案的对比。     

提高矿用牙轮钻头轴承寿命的稀土渗碳研究

研究了稀土元素对牙轮钻头渗碳过程的影响。试验结果表明，加入稀土元素，使渗碳速度提高20％-30％，经渗碳-渗硼复合强化后，钻头轴承的寿命提高24．8％-27．8％，其穿孔米道提高率达25％-28％。     

牙轮钻头滑动轴承仿生鲨鱼皮织构化表面润滑性能

牙轮钻头在超深井和大水平井的使用受到广泛关注,由于地层环境复杂化,为了使牙轮钻头有更高的稳定工作性。通过对合金材料表面织构化处理减摩效果的研究,结合鲨鱼皮减阻润滑的优势,针对牙轮钻头薄弱环节滑动轴承摩擦结合面进行了仿生鲨鱼皮织构化处理,基于所选取仿生织构的形貌参数构建滑动轴承流动润滑理论模型,采用有限差分法求解,获取润滑油的油压分布、承载能力及滑动轴承摩擦力,并探究阶跃冲击载荷下滑动轴承动压油膜的响应情况。结果表明：牙轮钻头滑动轴承流体润滑状态下,深径比大于0.3且面积率大于0.25的仿生表面织构对油膜承载力有增强效果;仿生表面织构在较低油膜压力下对油膜摩擦力影响突出,油膜摩擦力提高了14.12%;偏心率越大仿生表面织构对油膜承载力的提升效果越好,在偏心率为0.8时承载力提高效果达到200.45%;同时仿生织构的对滑动轴承流体润滑的轴向稳定性有提升效果。牙轮钻头滑动轴承仿生织构化处理有效地改善了滑动轴承润滑性能。可见,合适的织构尺寸能进一步提高滑动轴承处于流体润滑的适用工况范围,提高牙轮钻头的使用寿命。     

高速牙轮钻头轴承密封副设计与有限元分析

用于石油天然气勘探开发的牙轮钻头轴承润滑密封系统的寿命,在很大程度上决定了钻头的使用寿命。为了提高轴承密封的可靠性,根据其工作的摩擦学特性,通过有限元分析,对钻头轴承端面—径向组合密封的结构进行了分析研究,据此设计了新型密封副。理论与实践证明,采用该新型组合密封结构能适应高速牙轮钻头轴承密封的发展需要。     

牙轮钻头滑动轴承接触参数的计算及力学分析

应用边界元法（ＢＥＭ）计算了两种牙轮钻头大滑动轴承的接触参数,讨论了外载荷、配合间隙、材料配对组合等因素对滑动轴承接触力学性质的影响。计算结果表明,小尺寸钻头上载荷的减小值与轴承结构尺寸的减小值不成比例关系,这是小直径钻头寿命短的原因之一。滑动轴承载荷增大时,峰值接触压力的变化幅度比接触区域的变化幅度大,前者又比载荷的变化幅度小,这说明该类接触问题是非线性的。轴承系统的径向间隙越小,相应的峰值接触压力越低;轴承摩擦副材料硬度越低,相应的峰值接触压力越低。     

牙轮钻头滑动轴承材料磨损性能的正交试验

要保证牙轮钻头在高转速下的使用寿命，关键在于轴承，严重的粘着磨损即胶合，是牙轮钻头滑动轴承主要的失效形式，本文针对一系列可供选择的滑动轴承材料，以正交试验讨论了其相互配磨的摩擦系数与磨损量，为选择和配用滑动轴承材料提供了依据，试验分析知，经ＣＶＯ处理的硬质合金与硬质合金配磨时其摩擦系数较小，配磨副之间的磨损量最小，是理想的硬对硬滑动轴承材料．若为提高抗胶合性，则应选铅基巴氏合金等等．     

热轧辊堆焊层成份,组织对其热疲劳和耐磨性能的影响

研究了复合式热轧辊五种典型堆焊层成份及组织对其抗热疲劳性和耐磨性的影响,并从中寻求出了能满足热轧辊工作要求的最佳成份及相应的最佳组织结构。     

圆柱滚子球面凸轮轮廓曲面的设计

用球面坐标建立了圆柱滚子球面凸轮的轮廓曲面解析方程，为此种凸轮的设计计算和数控加工提供了理论依据。     

砂轮粒度及其修整影响GCr15钢磨削表面质量的研究

本文探讨了砂轮粒度及其修整对滚动轴承钢Gcr15磨削表面质量的影响。采用不同粒度、不同修整导程的砂轮分别在外圆磨床上进行切入式横磨,对磨削力、磨削温度、工件表层显微硬度及其表面粗糙度等影响均作了试验研究。结果表明,合理选择砂轮粒度与修整导程是提高滚动轴承钢磨削表面质量的重要途径之一。     

钻头齿面堆焊用硬质合金耐磨性试验

为了选择更合适的钻头齿面强化材料,对多种粒度的球状烧结碳化钨和粒状铸造碳化钨堆焊层分别作了磨料磨损试验,以评价其抗磨性能。用Ni基合金作钎料,在高真空度下将硬质合金颗粒焊至20Ni4Mo表面。试验采用多种冲击能量,磨料介质为石英砂、水和少量悬浮剂,用天平称出磨损失重。结果表明:球状烧结碳化钨或不同类型和粒度混合的碳化钨堆焊层都比现行采用的粒状铸造碳化钨具有更好的抗冲击磨料磨损能力。用球状烧结碳化钨代替粒状铸造碳化钨作钢齿钻头齿面堆焊材料是提高齿面强化效果的有效途径。     

采用精度储备的滑动轴承配合设计

介绍了滑动轴承中采用精度储备的配合设计方法，通过实例说明采用精度储备是延长零件使用寿命的行之有效的技术措施。     

流体动压润滑轴承的有限元分析法

介绍了用有限元方法求解流体动压润滑轴承的理论，导出计算压力分布、承载量、摩擦力矩、端泄流量的数值求解公式。给出了求解此问题的计算机程序及程序框图。