一种牙轮钻头用深穴空心圆柱滚子轴承.pdf

1、10申请公布号CN103321578A43申请公布日20130925CN103321578ACN103321578A21申请号201310244549022申请日20130620E21B10/2220060171申请人西南石油大学地址610500四川省成都市新都区新都大道8号72发明人韩传军张杰梁政黄显萍管西旗54发明名称一种牙轮钻头用深穴空心圆柱滚子轴承57摘要本发明涉及一种高速、重载工况下的牙轮钻头用的深穴空心圆柱滚子轴承，主要由牙爪轴颈、牙轮与深穴空心圆柱滚子组成，或由牙爪轴颈、牙轮与填充型圆柱滚子组成。其技术方案是牙爪轴颈、牙轮与空心圆柱滚子或填充型圆柱滚子之间构成滚动轴承。空心圆柱滚

2、子两端采用深穴结构；采用满排布置，无保持架。填充式圆柱滚子是在深穴空心圆柱滚子内部填充聚四氟乙烯、硅橡胶等阻尼材料。本发明中圆柱滚子采用空心结构和深穴结构有效地降低了滚子端部的应力集中，增加了润滑油的流动空间，可以有效地降低摩擦生热量，同时空心结构和填充结构均具有吸振、减振功能，提高了轴承的使用寿命，因而该轴承特别适用于高速、重载、冲击较大工况下的牙轮钻头。51INTCL权利要求书1页说明书3页附图4页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图4页10申请公布号CN103321578ACN103321578A1/1页21一种牙轮钻头用的深穴空心圆柱滚子轴承，由

3、牙爪轴颈1、牙轮3与深穴空心圆柱滚子10组成，或由牙爪轴颈1、牙轮3与填充型圆柱滚子11组成。2按权利要求1所述的用于牙轮钻头的深穴空心圆柱滚子轴承，其特征在于所述的深穴空心圆柱滚子10的空心度为5065。3按权利要求1所述的用于牙轮钻头的深穴空心圆柱滚子轴承，其特征在于所述的深穴空心圆柱滚子10的两端采用深穴结构，其结构有圆柱型深穴空心圆柱滚子10、圆锥型深穴空心圆柱滚子13和球面型深穴空心圆柱滚子16。4按权利要求1所述的用于牙轮钻头的深穴空心圆柱滚子轴承，其特征在于填充型圆柱滚子11由深穴空心圆柱滚子外圈10和滚子芯12组成，滚子芯12的材料为聚四氟乙烯、硅橡胶等具有吸振、减振性能的阻尼

4、材料。5按权利要求1所述的用于牙轮钻头的深穴空心圆柱滚子轴承，其特征在滚子轴承中无保持架，圆柱滚子采用满排布置，且滚子长度相同。权利要求书CN103321578A1/3页3一种牙轮钻头用深穴空心圆柱滚子轴承技术领域0001本发明属于石油、天然气的勘探、钻井技术领域，具体涉及一种高速、重载工况下牙轮钻头用的深穴空心圆柱滚子轴承。背景技术0002轴承是牙轮钻头的重要组成部分，它的失效直接关系着整个钻头的使用寿命，影响着整个钻井周期。牙轮钻头的滚动轴承是一种非标准轴承，多采用实心圆柱滚子或空心圆柱滚子为滚动体，它无内外套圈、无保持架，其承载力大，但是转速较低，而且有限的润滑脂和强磨粒环境，使得它的磨

5、损较为严重。通过有限元软件分析可知，在承载过程中无论是实心结构还是空心结构的圆柱滚子两端应力集中均较为严重，经常发生过早的疲劳失效，且钻井过程中的冲击载荷也容易引起轴承的过早失效。因此，对牙轮钻头用轴承新结构的设计对提高牙轮钻头的使用寿命，缩短钻进周期，提高油气产量有重要的意义。发明内容0003本发明的目的是为了克服上述技术的不足，设计了一种牙轮钻头用的深穴空心圆柱滚子轴承，可以有效地改善圆柱滚子端部的应力集中现象，提高其承载能力，并具有吸振、减振功能，从而可以有效地延长牙轮钻头的使用寿命。0004为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为在牙轮内孔和牙爪轴颈之间满排布置深穴空心圆柱滚子或填充

6、型圆柱滚子。0005具体地说，本发明所述的深穴空心圆柱滚子轴承由牙爪轴颈1、牙轮3与深穴空心圆柱滚子10组成，或由牙爪轴颈1、牙轮3与填充型圆柱滚子11组成。深穴空心圆柱滚子结构有圆柱型深穴空心圆柱滚子10、圆锥型深穴空心圆柱滚子13和球面型深穴空心圆柱滚子16。相应地，填充型圆柱滚子结构也有圆柱深穴填充型圆柱滚子11、圆锥深穴填充型圆柱滚子14和球面深穴填充型圆柱滚子17。0006如上所述的深穴空心圆柱滚子轴承，圆柱滚子的空心度为5065，且两端采用深穴结构。空心结构和深穴结构可以减轻整个牙轮钻头轴承的重量，但不会降低其承载能力，同时可以降低整个轴承的刚度，起到了吸振和缓冲的作用，特别是轴承

7、高速运转时，可以极大的改善整个牙轮钻头的动态性能。空心结构的滚动体可以贮存更多的润滑油，充分保证了各接触面之间的良好润滑，同时也有助于润滑油的自由流动，使润滑油充分发挥其冷却作用，对高速重载工况下的牙轮钻头来说，这将会极大的降低接触面由于温度过高而引起的粘着磨损，降低其失效概率。圆柱滚子的两端采用深穴结构，可以降低圆柱滚子两端的应力集中现象，避免了滚子两端接触应力过大引起的疲劳失效。0007如上所述的深穴空心圆柱滚子轴承，填充式圆柱滚子由具有深穴空心结构的圆柱滚子壳体和内部的滚子芯组成。滚子芯的材料为具有吸振性能的阻尼材料，既保证滚子的承载能力，改善了滚子端部的应力集中现象，同时提高了轴承的减

8、振性能。0008本发明克服了采用实心或空心圆柱滚子轴承的缺点，采用了深穴空心圆柱滚子，说明书CN103321578A2/3页4或在其内部填充阻尼材料，改善了圆柱滚子端部的应力集中现象，降低了疲劳失效率，有效的提升了轴承的吸振、减振功能，并能够保持高转速特性。因而，本发明的深穴空心圆柱滚子轴承轴承更适用于高速、重载、冲击工况下的牙轮钻头。附图说明0009图1是具有深穴空心圆柱滚子的牙轮钻头的结构示意图。0010图2是本发明第一个实施例中圆柱滚子的剖视图。0011图3是本发明第二个实施例中圆柱滚子的剖视图。0012图4是本发明第三个实施例中圆柱滚子的剖视图。0013图5是本发明第四个实施例中圆柱滚

9、子的剖视图。0014图6是本发明第五个实施例中圆柱滚子的剖视图。0015图7是本发明第六个实施例中圆柱滚子的剖视图。0016图中1、牙爪，2、密封圈、3、牙轮，4、合金齿，5、锁紧滚珠，6、小轴径，7、小轴孔，8、大轴径，9、大轴孔，10、圆柱型深穴空心圆柱滚子，11、圆柱深穴填充型圆柱滚子，13、圆锥型深穴空心圆柱滚子，14、圆锥深穴填充型圆柱滚子，16、球面型深穴空心圆柱滚子，17、球面深穴填充型圆柱滚子。具体实施方式0017下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。0018按照图1所示，本发明牙轮钻头用深穴空心圆柱滚子轴承由牙爪1、牙轮3与深穴空心圆柱滚子10组成。圆柱滚子的空心

10、度为5065，且两端采用深穴结构。圆柱滚子均匀布置在牙轮与牙爪之间，无保持架。牙轮、牙爪与圆柱滚子构成了滚动轴承。0019按照图2所示，本发明牙轮钻头用深穴空心圆柱滚子轴承的第一种实施例中采用圆柱型深穴空心圆柱滚子10。圆柱滚子的两端采用圆柱型深穴结构，深穴直径大于滚子内孔直径。0020按照图3所示，本发明牙轮钻头用深穴空心圆柱滚子轴承的第二种实施例是在第一种实施例的基础上，在深穴空心圆柱滚子10内部添加了滚子芯12，滚子芯12为聚四氟乙烯、硅橡胶等具有吸振性能的阻尼材料。0021按照图4所示，本发明牙轮钻头用深穴空心圆柱滚子轴承的第三种实施例中采用圆锥型型深穴空心圆柱滚子13。圆柱滚子的两端

11、采用圆锥型深穴结构，圆锥最大直径大于滚子内孔直径。0022按照图5所示，本发明牙轮钻头用深穴空心圆柱滚子轴承的第四种实施例是在第三种实施例的基础上，在深穴空心圆柱滚子13内部添加了滚子芯15，滚子芯15为聚四氟乙烯、硅橡胶等具有吸振性能的阻尼材料。0023按照图6所示，本发明牙轮钻头用深穴空心圆柱滚子轴承的第五种实施例中采用球面型型深穴空心圆柱滚子16。圆柱滚子的两端采用球面型深穴结构，球径大于滚子内孔直径。0024按照图7所示，本发明牙轮钻头用深穴空心圆柱滚子轴承的第二种实施例是在第一种实施例的基础上，在球面深穴空心圆柱滚子16内部添加了滚子芯18，滚子芯18为聚四说明书CN103321578A3/3页5氟乙烯、硅橡胶等具有吸振性能的阻尼材料。说明书CN103321578A1/4页6图1图2说明书附图CN103321578A2/4页7图3图4说明书附图CN103321578A3/4页8图5图6说明书附图CN103321578A4/4页9图7说明书附图CN103321578A