螺杆钻具推力轴承受力分析与改进设计

Mechanical analysis and improved design for the thrust bearings of screwdrill

在钻井工作时,螺杆钻具通常承受大幅波动的轴向载荷,推力轴承作为传动轴总成的重要组成部分,是最易损坏失效的部位之一,这是由推力轴承的自身结构和工作环境决定的。利用有限元软件ANSYS-Workbench对常规LZ172螺杆的推力轴承的受力情况进行了仿真分析。结果表明:推力轴承顶层滚球应力峰值最大,波动也最为剧烈,这表明顶层滚球最易损坏,多层推力轴承分析应该着重考虑顶层滚球的应力分布情况;高钻压情况下,滚球的应力峰值迅速增加,各个滚球承担载荷不均的情况更明显,应尽量避免高钻压钻进;随着滚球直径的磨损,滚球应力峰值存在大幅波动,设计新型滚球推力轴承串时,可以优先考虑滚球直径18.4mm,相同载荷情况下可以降低推力轴承滚球的应力峰值。设计了一种螺杆钻具用圆锥滚子轴承,圆锥滚子轴承的应力峰值相对于滚球轴承大幅减小,该轴承可承受更大的轴向载荷,可以降低螺杆钻具发生井下事故的几率。