井底压力下牙轮钻头浮动套轴承性能分析

为了探究井底压力下215.9 mm牙轮钻头浮动套轴承的平衡转速比、摩擦学性能、油膜压力分布随内外间隙比的变化规律,修正了考虑浮动套轴承实际井下环境压力和牙轮钻头密封压差的Reynolds边界条件,利用MATLAB中的PDE Toolbox对浮动套轴承Reynolds方程进行数值求解,分析内外间隙比对浮动套轴承平衡转速比、油膜压力及摩擦因数的影响规律,结果表明:当环境压力为60 MPa、密封压差为20 MPa时,随内外间隙比增加,浮动套平衡转速比呈现先增大后减小的趋势;以轴承的摩擦因数和油膜压力作为综合评价指标,钻头浮动套轴承内外间隙比为2.0时,轴承的摩擦因数较小,油膜压力较高,其轴承综合性能较优;而当浮动套轴承内外间隙比为2.0时,随着环境压力的升高,浮动套轴承的摩擦扭矩和摩擦因数增加,从而加剧轴承的磨损。该研究为牙轮钻头浮动套轴承的结构参数优化及性能提升提供了基础理论支撑。

基于响应面法的牙轮钻头球面浮动套优化设计

为了提高牙轮钻头滑动轴承的寿命,消除球面浮动套的边缘应力集中现象,采用响应面法与有限元方法相结合对球面浮动套圆槽结构进行全面的优化。建立以浮动套外球面、内表面的接触线上中间应力σ_m与端部应力σ_e差值为目标函数,分别为σ_1、σ_2,以圆槽圆心到浮动套内表面的距离h、圆槽的半径r、圆槽圆心到浮动套端面的距离t为设计变量的优化数学模型。通过对模型的回归分析,求得圆槽的最优控制参数:r=0.53 mm、t=0.07 mm、h=1.10 mm。运用有限元仿真分析对最优结构参数进行可靠性验证,结果表明,优化后的球面浮动套内表面和外球面的接触应力分布较为均匀,降低了边缘应力的集中。

新型牙轮钻头球面浮动套轴承设计与分析

分析普通牙轮钻头浮动套轴承存在的缺陷,提出一种新型牙轮钻头球面浮动套轴承,并且利用ANSYS软件对其进行非线性接触有限元分析。结果表明,与普通浮动套轴承相比,新型牙轮钻头球面浮动套轴承通过修形设计和开槽等方式使接触应力分布更均匀,更容易形成动力润滑膜;在其表面沉积TiAlN复合涂层能有效提高浮动套的耐磨性。因此,该新型牙轮钻头球面浮动套轴承抗冲击能力、润滑能力和耐磨能力强,具有良好的实用价值。

牙轮钻头弹性球面浮动套轴承的设计与优化

针对现有牙轮钻头浮动套轴承存在的偏转问题和严重应力"边缘效应",设计了一种新型的弹性球面浮动套轴承.通过有限元方法对球面和平面浮动套的力学性能进行对比分析,并研究了矩形、椭圆形、圆形、三角形四种槽的中间修形对球面浮动套内外接触线上等效应力影响,优化了槽的尺寸.结果表明:球面浮动套的力学性能优于平面浮动套,但2种浮动套都存在严重的应力"边缘效应";通过中间修形有效改善了浮动套应力"边缘效应",其中圆形槽的效果最好且便于加工;当圆形槽半径R=0.6mm、圆心到内外表面的距离比a/b=19/21时,内外接触线上的最大等效应力之差减小到8.91 MPa,较优化前降低33.3%,减缓轴承局部过早发生疲劳失效.

粗糙表面下牙轮钻头浮动套轴承润滑机理研究

以流变学、摩擦学及固体力学为理论依据，在以15．9 mm（8 1/2英寸）牙轮钻头滑动轴承结构的基础上，综合考虑浮动套滑动轴承的特点及牙轮钻头轴承的特殊性，以牙轮钻头轴承系统结构及失效分析、牙轮钻头润滑脂的高温流变性分析结果为研究基础，建立了粗糙表面牙轮钻头浮动套轴承润滑性能参数的数学模型，并对模型进行了求解。通过计算结果分析得出牙轮钻头浮动套轴承内外间隙比在2．0-3．0之间时，有利于浮动套轴承的正常运转，该结论为牙轮钻头浮动套轴承的设计提供了理论和技术基础。

牙轮钻头浮动套轴承的机理研究

由于浮动套轴承的浮动套可以转动,降低了摩擦功率,从而可以提高牙轮钻头的转速。使浮动套转动的主要参数是浮动套的内、外间隙值。根据牙轮钻头轴固定,牙轮转动的工作特点,进行牙轮钻头浮动套轴承单元实验,发现按国内、外现用内小外大的间隙值配置参数,浮动套不会转动。通过对重载低速工况下的牙轮钻头浮动套轴承的润滑状态进行理论分析,得出属于混合润滑或边界润滑状态的结论。并证明全膜润滑状态下的浮动套轴承计算公式,不适用于牙轮钻头浮动套轴承,后者需考虑金属接触及弹性变形的影响,间隙配置应使外间隙远小于内间隙。实验结果与理论分析相一致。本文得出的间隙配置原则,可供牙轮钻头浮动套轴承设计使用。

新型牙轮钻头浮动套轴承工作机理试验研究

针对石油钻井用新型浮动套轴承理论模型和仿真软件,设计了浮动套轴承工作机理理论模型和仿真软件的试验验证方案,试验不同参数、不同工况下,被测件的摩擦力矩、温升、摩擦损耗等性能,验证了新型浮动套轴承理论模型和仿真软件的正确性,为进一步完善新型浮动套轴承的理论模型,合理设计新型浮动套轴承奠定试验基础。

牙轮钻头滑动轴承浮动套优化设计

为了延长牙轮钻头滑动轴承的使用寿命,对带浮动套的牙轮钻头滑动轴承结构进行理论分析,并采用ANSYS软件对其进行有限元仿真。以浮动套的内、外间隙比和浮动套厚度为设计变量,以接触有限元分析的峰值接触压力为目标函数,用接触有限元方法建立了带浮动套的滑动轴承优化设计模型。优化结果表明,选择合适的浮动套内、外间隙比,不管其是否正常工作,都能大大改善牙轮钻头滑动轴承的接触压力和最大Mises应力,推荐内、外间隙比为2.2～2.8;浮动套能改善滑动轴承局部磨损,且浮动套厚度对其接触压力及峰值应力影响较小;选择合理的浮动套与不带浮动套的牙轮钻头滑动轴承相比,其接触压力降低了25.0%,最大Mises应力降低了32.2%。

仿真技术在牙轮钻头浮动套轴承设计中的应用

如何提高现有牙轮钻头轴承的工作性能，延长其在高转速下的使用寿命，是目前钻井工程领域迫切需要解决的问题之一。采用计算机仿真技术分析了牙轮钻头浮动套轴承的摩擦因数、扭矩、温度等性能参数与轴承结构参数的变化关系，找到了同一结构参数时载荷和钻头转速对轴承摩擦学性能的影响规律，认为215．9mm（8 1/2英寸）牙轮钻头浮动套内外间隙比应为2．0～3．0，为给定工况下牙轮钻头浮动套轴承结构的设计与优化提供了理论依据和方法。

牙轮钻头球面浮动套渗碳过程数值模拟

建立球面浮动套在渗碳过程中渗碳场有限元模型,分析了不同渗碳面条件下球面浮动套渗碳场变化规律和分布状态。模拟结果表明:以内外表面(D3、D5)为渗碳面的球面浮动套渗碳场比以内外表面及端面(D3、D4、D5、D6)为渗碳面的球面浮动套渗碳场分布合理。在整个渗碳过程中,球面浮动套内外表面含碳量先升高后降低,芯部含碳量一直升高。含碳量的分布规律满足球面浮动套内柔外刚的要求。

不对正情况下牙轮钻头浮动套轴承接触应力计算

文章分析了牙轮钻头滑动轴承接触力学性质的影响因素。在Marshek和Chen提出的理论基础上,对接触问题中的系数矩阵和间隙函数进行修正,同时采用新的确定两体接触区域的方法,分析计算了牙轮钻头浮动套轴承在不对正情况下与牙轮(或牙爪)接触的应力,并推导了间隙—接触应力的一般表达式。

牙轮钻头球面浮动套高频淬火过程温度场数值模拟

建立球面浮动套在淬火冷却过程中温度场有限元模型,分析温度场变化规律和分布状态,温度场模拟结果表明:在整个淬火过程中,球面浮动套截面沿径向温差先增大后减小,冷却到5s时,温差最大为162℃;冷却到50s时,外表面率先发生马氏体转变;当冷却到150s时,球面浮动套芯部温度为281℃,几乎完成马氏体转变。模拟温度值与实测温度值进行比较,一致性较好,证明所建模型有效。

改进浮动套设计减轻增压器振动、异声、烧套及漏油

Z12Y190B型柴油机上的20GJ增压器多年来一直存在着振动大和严重漏机油问题,存在着有时增压器发生异声、磨烧浮动套等机件问题,特别在大修柴油机上尤为严重,给柴油机制造和大修及其使用带来极大麻烦。本文分析论述了产生这些问题的原因和实质,提出了综合解决这些问题的理想方案—改进浮动套设计。通过试验和实施,证明这一方案是可行的、有效的。增压器整体振动平均降低了25.4％;浮动套润滑条件获得改善,由浮动套润滑不良而造成的增压器异声、烧套问题也得到了解决。并基本解决了增压器漏油现象。

考虑温度分布和初弹力影响的活塞环-缸套试验台研究

为探究活塞环初弹力作用下不同缸套温度对活塞环摩擦性能的影响,设计考虑缸套温度分布的活塞环初弹力摩擦性能试验台,其缸体-缸套组件基于浮动缸套方法设计,通过供油盖从顶部供润滑油,使用活塞环夹具安装活塞环,在缸套外壁安装3个环形电加热器对缸套进行预加热。当活塞环未加载荷仅在初弹力情况下,仅改变缸套温度分布,研究不同缸套温度分布对活塞环-缸套系统摩擦性能的影响。结果表明:随着缸套温度的升高,活塞环-缸套摩擦副摩擦力和摩擦功耗呈现先减小后增加的趋势,对于研究的活塞环-缸套摩擦副,在缸套温度为60~70℃时,摩擦力和摩擦功耗最小。因此存在合适的缸套温度,使得活塞环-缸套摩擦副的摩擦性能最优。

矿用三牙轮钻头浮动套磨损仿真分析与验证

为延长矿用三牙轮钻头使用寿命,探究其浮动轴承浮动套最易损坏位置和最大变形位置,首先对矿用三牙轮钻头进行力学分析,建立钻头的仿真模型,然后对浮动套受力情况进行仿真。仿真结果表明:浮动套在运转过程中,最易损坏位置为边缘处,最大变形位置为开口处,与实际情况相符。该研究为带浮动轴承的矿用三牙轮钻头的研发和浮动套内外间隙比的优化设计提供了参考。

用浮动缸套法测量活塞组摩擦损失及减少摩擦损失的优化途径

对近几年来发表的浮动缸套测量法进行了分析和评述。研究了缸套的径向支承、轴向力的平衡、燃气密封及减小高频振动等因素对浮动缸套测量方法的影响。应用“浮动缸套”测量装置的测量成果，说明了减少活塞组摩擦损失的优化途径和进展。

NGW-S型行星减速器浮动齿套推齿原因及改进措施

我矿暗井钢丝绳芯强力胶带输送机全长1059．8m，提升高度为262．8m，带速为2．9m／s，运输能力为450t／h，采用两台NGW／S型行星减速器。运输机自投产以来，经过近几年的运行发现了许多问题：主施动高压电机(两台)先后改型，液力联轴器也更换为新的产品；而减速器本身也经常发生事故，这是最易发生事故的地方。

多油楔浮动滑动轴承磨损实验研究

实验研究了三种不同结构的多油楔浮动滑动轴承,它们可用于不同载荷下的旋转机械,兼有普通径向滑动轴承和多油楔滑动轴承的优点。实验研究表明,这种轴承既可以提高运行过程中轴承的稳定性,又能够减少轴承的磨损,提高轴承的寿命。磨损试验研究发现,轴承间隙是影响轴承磨损量的重要因素之一。当外间隙一定,内间隙值在规定范围内时,多油楔浮动滑动轴承磨损量最小;内间隙值过大或过小,均会加剧轴承的磨损。实验研究工作为进一步设计研究此类轴承提供了一定的实验依据。

内燃机缸套-活塞间动态摩擦力与侧向力相干性的试验研究

为了测量缸套活塞之间的摩擦力响应,采用浮动缸套法设计搭建了缸套活塞摩擦力倒拖测量系统,通过台架试验获取了多种转速工况下缸套活塞组件间的摩擦力和侧向力曲线,并用连续小波变换对实测数据进行了时频分析。结合缸套模态分析对实测信号频域信息进行理论解析,结果表明:缸套摩擦力波动特性与其结构固有模态有关。

方钻杆旋塞阀的故障分析和改进

阐述了方钻杆旋塞阀的工作原理,分析了旋塞阀的主要故障。用Pro/E对旋钮进行结构有限元分析,讨论了旋钮的变形、应力与应变的分布。将浮动套轴承用于旋塞阀,在旋钮处安装一浮动套轴承,将旋钮的滑动摩擦变为浮动套轴承的滑动摩擦,减小开关阻力,为新型旋塞阀的研制提供一定的理论参考。