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牙轮钻头浮动套轴承接触应力分析研究


     牙轮钻头是石油钻探的主要工具，它的使用寿命几乎直接取决于钻头轴承的寿命。牙轮钻头滑动轴承系统与一般机械滑动轴承相比，在轴承结构、承受的载荷、轴承的工作环境和滑动副之间的相对转速等方面都具有特殊性。而今后，牙轮钻头发展趋势是实现高速化，所以作为牙轮钻头一个重要组成部分，如何提高牙轮钻头滑动轴承的使用寿命和工作可靠性是目前亟待解决的问题。 
     在81/2"新型高速牙轮钻头设计中，分别采用螺纹锁紧环和浮动套滑动轴承，代替了目前牙轮钻头上常用的滚珠锁紧装置和滑动轴承。采用螺纹锁紧环，能提高牙轮轴向定位和锁紧能力，从而大大降低牙轮在高速钻进过程中发生脱落的可能性；采用浮动套滑动轴承，能降低相邻两摩擦面的滑动速度，因而能够提高整个轴承系统的转速而又不损失承载能力，同时它能够减少整个轴承系统的摩擦功率损失，并降低温升。 
     该文利用有限元、接触力学和摩擦学理论知识，同时结合国内外其它学者的研究，研究了螺纹锁紧环受力变形的情况，并建立了浮动套轴承外缘和内缘离散后接触应力、油膜压力及磨损量、寿命预测的数学计算模型。另外，针对普通浮动套轴承接触应力分布不均情况，就其外缘和内缘该文分别提出了全凸型、修正线型(直线+相交圆弧)和对数型等其它三种母线修形曲线。通过编制的仿真分析计算软件计算表明，母线修形对于改善滑动轴承接触应力分布，提高轴承磨损寿命都具有显著意义。