牙轮钻头轴承套装配应力有限元分析及试验.pdf

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1、2012年第41卷石油矿场机械第2期第33页OILFIELDEQUIPMENT文章编号：1001—3482(2012)02—0033—04牙轮钻头轴承套装配应力有限元分析及试验何畏，刘杰，邓嵘，汤海平，徐彤(1．西南石油大学机电工程学院，成都610500；2．四川石油管理局成都总机械厂，成都610051)摘要：应用弹性力学理论对新型牙轮钻头的轴承套过盈配合进行受力分析，指出该方法具有局限性。采用ANSYS有限元分析软件和接触问题的有限元法，对新型牙轮钻头轴承套的装配进行仿真研究，确定了装配过盈量的最佳值。通过试验验证了理论

2、分析的正确性和结构改进的可行性。关键词：牙轮钻头；轴承套；过盈量；ANSYS中图分类号：TE921．107文献标识码：AFiniteElementAnalysisofAssemblyStressandApplicationofRockBitBearingSleeveHEWei，LIUJie，DENGRong，TANGHai—ping，XUTong。(1．CollegeofMechanicalandElectricalEngineering，SouthwestPetroleumUniversity，Chengdu610500

3、，China；2．ChiefMachineryFactory，SichuanPetroleumAdministrationBureau，Chengdu610051，China)Abstract：Theoretically，thestressofbearingsleeveinterferencefitofnewtyperockbitbythee—Iasticitymechanicstheorywasanalyzed．BasedontheANSYSandfiniteelementmethodofcon—tactproblem，

4、maketheSimulationStudyofthenewrockbitbearingsleeveassemblyset．Thusdetermineassemblyprocessparametersofthebestvalueoverinterferencemagnitude．Throughexperimentalverification，demonstratethevalidityofthetheoreticalanalysisandtheconstructa—bilityofstructureimprovement．

5、Keywords：rollerbit；bearingbushing；interferencemagnitude；ANSYS牙轮钻头的质量直接影响着钻井速度，而钻头承套与牙轮、轴承之间通过过盈配合定位，从而使牙中轴承的磨损是导致钻头失效的主要原因_1]。因轮与轴承之间的滑动摩擦运动转换成轴承套之间的此，提高钻头轴承的寿命是钻头研究中的重要课题滑动摩擦运动，很大程度上提高了轴承和牙轮钻头之一。对于牙轮钻头的滑动轴承，由于载荷大而接的寿命。触面积小，再加上边缘效应的存在，接触压力分布很1牙轮钻头轴承套过盈配合受力分析不均匀，使局

6、部接触压力过大而导致轴承早期磨损、失效。为了更有效地改善轴承摩擦副之间的摩擦状参考厚壁圆筒的受力分析，牙轮钻头轴承套过况，提高滑动轴承的寿命，项目组提出一种新型结盈配合的应力分析可用组合厚壁筒理论来计算。根构，即分别在牙轮和轴承上镶1个轴承套。所镶轴据弹性力学理论【一，配合之后2个圆筒接触面上必承套摩擦表面分别镀有不同的耐磨镀层，使主轴颈将产生相互压紧的装配压力，在装配条件下可简化达到最佳的摩擦副优化配对和满意的工作性能，轴为圆筒套装而成，如图1所示。收稿日期：2011-08—09基金项目：四川I省科技支撑项目(2009G

7、Z0026)作者简介：何畏(1961一)，男，四川南充人，副教授，主要从事石油钻采设备的设计与研究，Email：liujie．0723@163．corn。石油矿场机械2012年2月2有限元分析轴承套与轴承是通过过盈配合来保证的。因此，过盈量大小的选择直接关系到牙轮钻头轴承耐磨效果与使用寿命。分析轴承与轴承套因过盈配合而产生的应力场分布规律，对钻头的几何尺寸设计与强度设计都具有十分重要的意义。对于过盈量的图1牙轮钻头轴承套过盈配合示意大小，通常是用试验的方法来确定。但试验法的费用高，周期长，其精度又受试验设备及测试技术等多假

8、设实心圆柱半径为b，外筒(轴承套)的外半种因素的影响。因此本文采用ANSYS分析软件的径为c，并假设2个实体的材料完全相同，应用厚壁参数化语言对过盈量进行分析。]，从而确定合理的筒轴对称理论可求出这2个实体的径向应力和周向过盈量。应力。2．1模型的建立与简化由拉梅公式和过盈量，可求出装配压力P为本文采用