牙輪鉆頭浮動套軸承接觸應(yīng)力計(jì)算

以流變學(xué)、摩擦學(xué)及固體力學(xué)為理論依據(jù),在φ215.9mm(821英寸)牙輪鉆頭滑動軸承結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,綜合考慮浮動套滑動軸承的特點(diǎn)及牙輪鉆頭軸承的特殊性,以牙輪鉆頭軸承系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及失效分析、牙輪鉆頭潤滑脂的高溫流變性分析結(jié)果為研究基礎(chǔ),建立了粗糙表面牙輪鉆頭浮動套軸承潤滑性能參數(shù)的數(shù)學(xué)模型,并對模型進(jìn)行了求解。通過計(jì)算結(jié)果分析得出牙輪鉆頭浮動套軸承內(nèi)外間隙比在2.0~3.0之間時(shí),有利于浮動套軸承的正常運(yùn)轉(zhuǎn),該結(jié)論為牙輪鉆頭浮動套軸承的設(shè)計(jì)提供了理論和技術(shù)基礎(chǔ)。

針對石油鉆井用新型浮動套軸承理論模型和仿真軟件,設(shè)計(jì)了浮動套軸承工作機(jī)理理論模型和仿真軟件的試驗(yàn)驗(yàn)證方案,試驗(yàn)不同參數(shù)、不同工況下,被測件的摩擦力矩、溫升、摩擦損耗等性能,驗(yàn)證了新型浮動套軸承理論模型和仿真軟件的正確性,為進(jìn)一步完善新型浮動套軸承的理論模型,合理設(shè)計(jì)新型浮動套軸承奠定試驗(yàn)基礎(chǔ)。

應(yīng)用ansys的參數(shù)化設(shè)計(jì)語言apdl,研究了牙輪鉆頭滑動軸承表面滲碳層和鑲嵌的銅合金對軸承強(qiáng)度的影響。首先建立了牙輪鉆頭滑動軸承三維接觸有限元模型,然后利用網(wǎng)格劃分技術(shù)分別對其表面滲碳層、鑲嵌的銅合金和鉆頭本體進(jìn)行網(wǎng)格劃分和單元屬性定義,最后施加邊界條件進(jìn)行接觸有限元分析求解。結(jié)果表明,軸承接觸應(yīng)力峰值和mises應(yīng)力峰值位于銅合金和滲碳層結(jié)合部位。這一現(xiàn)象與實(shí)際使用的牙輪鉆頭滑動軸承失效的部位相吻合,說明接觸有限元分析的結(jié)果是正確可靠的。

采用ansys分析軟件的參數(shù)化設(shè)計(jì)語言apdl,利用接觸問題的有限元法,對三牙輪鉆頭牙輪和牙爪間的間隙進(jìn)行了分析和研究。首先建立了三牙輪鉆頭滑動軸承三維模型,然后利用網(wǎng)格劃分技術(shù)對牙輪和牙爪進(jìn)行網(wǎng)格劃分和單元屬性定義,最后施加邊界條件進(jìn)行接觸有限元分析求解。通過調(diào)整間隙,得出不同間隙的軸承接觸mises應(yīng)力峰值。經(jīng)過分析比較,推薦軸承mises應(yīng)力峰值較小的尺寸間隙,用以指導(dǎo)生產(chǎn)。

根據(jù)牙輪鉆頭浮動環(huán)軸承結(jié)構(gòu),建立其有限元模型和邊界條件,按軸承結(jié)構(gòu)的尺寸及間隙比(分別為1/3,1,2,3,4,5)進(jìn)行了浮動環(huán)應(yīng)力及工作狀態(tài)的動力仿真計(jì)算,結(jié)果與文獻(xiàn)[1]中的試驗(yàn)結(jié)果基本一致,這為浮動軸承的設(shè)計(jì)提供了一種行之有效的方法。

1.概述三牙輪石油鉆頭由三牙輪和三牙爪等零件組成,裝配后在牙輪與牙爪構(gòu)成的球狀環(huán)槽(道)中注入一定數(shù)量鋼球,形成球形軸承環(huán)道。裝配時(shí)必須保證牙輪、牙爪兩零件環(huán)槽(道)中心的一致(重合)性。因此,如何控制如圖1所示的牙輪、牙爪環(huán)槽(道)中心至基面尺寸(尺寸a隨產(chǎn)品型號而異)的精度要求,一度成為牙輪、牙爪加工中的測量難題。如果增大牙輪、牙爪環(huán)槽(道)中心至基面尺寸的公差,雖然可以緩解牙輪、

應(yīng)用彈性力學(xué)理論對新型牙輪鉆頭的軸承套過盈配合進(jìn)行受力分析,指出該方法具有局限性。采用ansys有限元分析軟件和接觸問題的有限元法,對新型牙輪鉆頭軸承套的裝配進(jìn)行仿真研究,確定了裝配過盈量的最佳值。通過試驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析的正確性和結(jié)構(gòu)改進(jìn)的可行性。

牙輪鉆頭

牙輪鉆頭簡介

牙輪鉆頭詳解

牙輪鉆頭分類

接觸體彈性模量(mpa)e1210000p e2210000 接觸體泊松比v10.3 v20.3 接觸橢圓長半軸aa0.306967 接觸橢圓短半軸bb0.306967 物體1表面在接觸點(diǎn)上處的主 曲率半徑。r1和r1'所在的平 面相互垂直。 r111.1251/r10.089888 r1'11.1251/r1'0.089888 物體2表面在接觸點(diǎn)上處的主 曲率半徑。r2和r2'所在的平 面相互垂直。 r211.1251/r20.089888 r2'11.1251/r2'0.089888 兩接觸體主曲率平面間的夾角ψ0 1/r1+1/r1'+1/r2+1/r2'0.359551 cosw0 0 1(2)11()11( 1111 1cos2 22 2 11 2211 rrrrr rrrr 3 2211 2 2 2 1 2 1 11

42crmo鋼具有良好的淬硬性,被廣泛用做轉(zhuǎn)盤軸承套圈材料。首先對42crmo鋼采取不同熱處理工藝進(jìn)行表面感應(yīng)淬火,以獲得不同的淬硬層深度;然后通過電子萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行壓痕試驗(yàn);最后對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究。研究發(fā)現(xiàn):決定轉(zhuǎn)盤軸承許用接觸應(yīng)力的因素除了材料的機(jī)械性能外,還包括材料熱處理后的表面硬度、淬硬層深度以及軸承的結(jié)構(gòu)參數(shù)等因素。

牙輪鉆頭軸承的性能與牙輪鉆頭的壽命密切相關(guān),其主要失效形式之一是粘著磨損。通過對軸承的受力分析,采用在牙輪鉆頭原大軸頸上鑲固定耐磨軸套,并用磁控濺射技術(shù)在軸套上生成tin/tialn復(fù)合涂層的改進(jìn)技術(shù)。經(jīng)臺架試驗(yàn)證明,該技術(shù)提高了軸承的高承載和抗磨損能力。

牙輪鉆頭的選型與應(yīng)用++

牙輪鉆頭的選型分析 作者：楊全，張智，李海洋，yangquan，zhangzhi，lihaiyang 作者單位：楊全,yangquan(威銳國際公司中國區(qū)(北京),北京,100025)，張智,李海洋,zhangzhi,lihaiyang(西南 石油大學(xué),成都,610500) 刊名： 重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版） 英文刊名：journalofchongqinguniversityofscienceandtechnology(naturalsciencesedition) 年，卷(期)：2012,14(5) 參考文獻(xiàn)(8條) 1.劉斌,樓一珊,吳惠梅,翟曉鵬吐哈盆地柯柯亞區(qū)塊侏羅系鉆探中的鉆頭選型[期刊論文]-新疆石油地質(zhì)2012(1) 2.劉天恩,付友義,竇同偉,于成水,孫景濤,王育新鉆頭選型新思路[期刊論文]-油氣

牙輪鉆頭的合理使用 （1）根據(jù)地層可鉆性值并參考鄰井地層，選擇進(jìn)尺多、速 度快、成本低、磨損正常的鉆頭。在上部松軟地層（可鉆性 級值小于5級），可選用機(jī)械鉆速高的銑齒鉆頭，在深井段 地層（可鉆性級值大于5），可選用尺多的鑲齒鉆頭。 （2）在易井斜地層，多選用牙輪偏移量小、無保徑齒及齒 多而短的牙輪鉆頭。 （3）井底應(yīng)清潔，無落物。 （4）下鉆速度要慢，防止頓鉆。在鉆頭矩井底1單根時(shí)， 要開泵和旋轉(zhuǎn)鉆頭，充分洗井，清除井底巖屑，避免下入過 快巖屑堵塞噴嘴或開泵過猛憋漏地層。 （5）鉆頭接觸井底后，在低鉆壓、低轉(zhuǎn)速下（鉆壓10～30 ｋn，轉(zhuǎn)速60ｒ/ｍｉｎ）跑合0.5ｈ以上，造好井底形狀后， 方可逐步提高鉆壓和轉(zhuǎn)速的設(shè)計(jì)值。 （6）做好鉆還試驗(yàn)，即固定鉆壓，改變轉(zhuǎn)速，或固定轉(zhuǎn)速， 改變鉆壓，使鉆壓和轉(zhuǎn)速合理匹配，達(dá)到高鉆速鉆進(jìn)。 （7）鉆進(jìn)中應(yīng)盡量提高泵壓，增大鉆頭水功

尺寸型號(iadc) 英寸mm鑲齒牙輪鉆頭鋼齒牙輪鉆頭 6152.4517,537,617,637126.127.216.217.316.346.347 61/2165.1517,537126.127.216.217.316.346.347 77/8200.0517,527,547,617,627,637126.127.216.217.316.346.347 81/2215.9437,447,517,537,617,627,637126.127.216.217.316.346.347 91/2241.3437,517,537,547,617126.127.216.217.316.346.347 9

再生資源網(wǎng)http://www.***.***/ 本文摘自再生資源回收-變寶網(wǎng)（www.***.***） 牙輪鉆頭的特點(diǎn) 牙輪鉆頭在鉆井開井工程中是非常重要的一種工具，牙輪鉆頭是一種在不斷實(shí)踐中產(chǎn)生 的工具，所以實(shí)用性非常的高。今天小編就重點(diǎn)介紹一下它的幾個方面，希望對大家有 所幫助。 一、牙輪鉆頭 牙輪鉆頭是使用最廣泛的一種鉆井鉆頭。牙輪鉆頭工作時(shí)切削齒交替接觸井底，破 巖扭矩小，切削齒與井底接觸面積小，比壓高，易于吃入地層；工作刃總長度大，因而 相對減少磨損。牙輪鉆頭能夠適應(yīng)從軟到堅(jiān)硬的多種地層。 二、牙輪鉆頭的種類及用途 牙輪鉆頭按牙輪數(shù)量可分為單牙輪鉆頭、三牙輪鉆頭和組裝多牙輪鉆頭。按切削材 質(zhì)可分為鋼齒（銑齒）和鑲齒牙輪鉆頭。國內(nèi)外使用最多、最普遍的是三牙輪鉆頭。在 石油、地以及各種鉆探行業(yè)中牙輪鉆頭是不可缺少的重要部分，但是牙輪鉆頭對一些鉆

三牙輪鉆頭是應(yīng)用最廣泛的鉆井鉆頭（www.***.***）之一，具有適應(yīng) 地層廣，機(jī)械鉆速高的特點(diǎn)。三牙輪鉆頭由切削結(jié)構(gòu)、軸承結(jié)構(gòu)、鎖緊元 件、儲油密封裝置、噴嘴裝置等二十多種零部件組成。 三牙輪鉆頭的分類 1、軸承類型：滾動軸承和滑動軸承 2、密封類型：橡膠密封和金屬密封 3、按牙齒的固定方式分為：鑲齒（硬質(zhì)合金齒）三牙輪鉆頭和銑齒（鋼 齒）三牙輪鉆頭 三牙輪鉆頭的工作原理 牙輪鉆頭在鉆壓和鉆柱旋轉(zhuǎn)的作用下，牙齒壓碎并吃入巖石，同時(shí)產(chǎn) 生一定的滑動而剪切巖石。當(dāng)牙輪在井底滾動時(shí)，牙輪上的牙齒依次沖擊、 壓入地層，這個作用可以將井底巖石壓碎一部分，同時(shí)靠牙輪滑動帶來的 剪切作用削掉牙齒間殘留的另一部分巖石，使井底巖石全面破碎，井眼得 以延伸。 [1] 產(chǎn)品優(yōu)勢 石油鉆井和地質(zhì)鉆探中應(yīng)用最多的還是牙輪鉆頭。牙輪鉆頭在旋轉(zhuǎn)時(shí) 具有沖

牙輪鉆頭在井底破碎巖石過程中受頂部鉆壓、自身動載荷以及井底接觸巖石的隨機(jī)沖擊碰撞作用,存在牙齒與巖石交替壓入、刮切和滾動的運(yùn)動狀態(tài),受力情況相當(dāng)復(fù)雜?；趲r石彈塑性本構(gòu)關(guān)系和等效塑性應(yīng)變的巖石破壞準(zhǔn)則,考慮井底圍壓以及鉆頭與巖石互作用隨機(jī)接觸碰撞,采用有限單元法建立了牙輪鉆頭與井底巖石互作用下系統(tǒng)非線性動力學(xué)模型。探討了牙輪鉆頭在破碎井底巖石過程中的運(yùn)動規(guī)律及力學(xué)性能,對巖石破碎坑的形成過程進(jìn)行了仿真,為有效預(yù)測和控制井眼軌跡的形成,實(shí)態(tài)工況下整體鉆柱系統(tǒng)耦合非線性動力學(xué)研究提供了理論依據(jù)。

為適應(yīng)高轉(zhuǎn)速復(fù)合鉆井的需要,對高速滾動牙輪鉆頭軸承用滾動體新型材料進(jìn)行了力學(xué)性能測試、單元軸承壽命試驗(yàn),通過對比分析,發(fā)現(xiàn)優(yōu)選的2種滾動體材料單元軸承壽命指標(biāo)與現(xiàn)用k鋼和國外某公司的h鋼單元軸承壽命指標(biāo)相差較大,h鋼與k鋼具備一定的抗接觸疲勞剝落性能優(yōu)勢,在高轉(zhuǎn)速條件下,都存在一定的應(yīng)用潛力。