牙轮钻头滚滑复合轴承.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107461156A(43)申请公布日2017.12.12(21)申请号201710926238.0(22)申请日2017.10.06(71)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)发明人张杰张瀚(51)Int.Cl.E21B10/22(2006.01)权利要求书1页说明书2页附图3页(54)发明名称牙轮钻头滚滑复合轴承(57)摘要本发明涉及一种牙轮钻头滚滑复合轴承，主要由牙轮、牙爪轴颈、内轴承圈与滚动体组成。牙轮、内轴承圈与空心圆柱滚子或圆柱滚子或滚针形成滚动轴承，牙爪轴颈与内轴承圈形成滑动轴承。该滚滑复合轴承充分发挥了滚动轴承和滑动轴承的优点，既保持了高承载力、高转速、又具有良好的润滑性能、散热能力和减振性能。因而该滚滑复合轴承特别适用于油气井、地热井、页岩气井等领域中，高速、重载、高温、冲击严重工况下的牙轮钻头。CN107461156ACN107461156A权利要求书1/1页1.牙轮钻头滚滑复合轴承，由牙轮(1)、牙爪轴颈(2)、内轴承圈(3)与空心圆柱滚子(4)组成，或由牙轮(1)、牙爪轴颈(2)、内轴承圈(3)与圆柱滚子(5)组成，或由带槽牙轮(6)、牙爪轴颈(2)、内轴承圈(3)与滚针(7)组成，其特征在于：滚滑复合轴承中无保持架，空心圆柱滚子(4)与圆柱滚子(5)采用满排布置，且滚子长度相同，牙轮(1)、内轴承圈(3)与空心圆柱滚子(4)或圆柱滚子(5)形成滚动轴承，带槽牙轮(6)、内轴承圈(3)与滚针(7)形成滚动轴承，牙爪轴颈(2)与内轴承圈(3)形成滑动轴承。2.按权利要求1所述的牙轮钻头滚滑复合轴承，其特征在于所述的空心圆柱滚子(4)为空心圆柱体，空心度为50％～65％，带槽牙轮(6)的内壁均匀开设有凹槽，可容纳滚针(7)。3.按权利要求1所述的牙轮钻头滚滑复合轴承，其特征在于所述的内轴承圈(3)的内表面上可开设各种形式油槽、或进行仿生非光滑表面设计、或内圈壁上开设油孔使得滑动轴承与滚动轴承的润滑介质可相互流通。2CN107461156A说明书1/2页牙轮钻头滚滑复合轴承技术领域[0001]本发明涉及一种滚滑复合轴承，特别涉及一种油气井、地热井、页岩气井用牙轮钻头滚滑复合轴承。背景技术[0002]牙轮钻头是最重要的钻井工具之一，在油气井、地热井、页岩气井及地质勘探等领域占据重要份额。而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。牙轮钻头最早采用滑动轴承，有限的润滑脂和强磨粒环境，使得它的磨损较为严重，且不耐冲击。随着轴承技术发展，滚动轴承逐渐被应用到钻头中，牙轮钻头滚动轴承是一种非标准轴承，多采用实心圆柱滚子为滚动体，它无内外套圈、无保持架，但圆柱滚子两端应力集中均较为严重，经常发生疲劳失效。随着钻井技术的发展，地热井、页岩气井的开发，要求牙轮钻头轴承要承受更高的温度和冲击载荷，而常规的滑动轴承和滚动轴承较难适应更复杂工况。因此，优化牙轮钻头轴承结构对提高牙轮钻头的使用寿命具有重要意义。发明内容[0003]本发明的目的是：设计了一种牙轮钻头滚滑复合轴承，综合滚动轴承和滑动轴承的优势，使其具有更高的承载能力、耐冲击、耐高温能力，从而延长牙轮钻头使用寿命，降低失效事故发生。[0004]为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：牙轮钻头滚滑复合轴承，由牙轮、牙爪轴颈、内轴承圈与空心圆柱滚子组成，或由牙轮、牙爪轴颈、内轴承圈与圆柱滚子组成，或由带槽牙轮、牙爪轴颈、内轴承圈与滚针组成。滚滑复合轴承中无保持架，空心圆柱滚子与圆柱滚子采用满排布置，且滚子长度相同，牙轮、内轴承圈与空心圆柱滚子或圆柱滚子形成滚动轴承，带槽牙轮、内轴承圈与滚针形成滚动轴承，牙爪轴颈与内轴承圈形成滑动轴承。[0005]作为进一步的技术方案，所述空心圆柱滚子为空心圆柱体，空心度为50％～65％，带槽牙轮的内壁均匀开设有凹槽，可容纳滚针。[0006]作为进一步的技术方案，所述内轴承圈的内表面上可开设各种形式油槽、或进行仿生非光滑表面设计、或内圈壁上开设油孔使得滑动轴承与滚动轴承的润滑介质可相互流通。[0007]本发明的有益效果是：(1)滚滑复合轴承充分发挥了滚动轴承和滑动轴承的优势，使得整个轴承系统具有较高的承载能力、同时保持高转速；(2)空心圆柱滚子可容纳更多的润滑介质，且具有良好的散热能力，同时具备更好的减振性能，其更适用于地热井、页岩气井的开发；(3)采用滚针轴承可节约更多的空间，保证钻头轴承的各部件基本尺寸和强度；(4)内轴承圈可开设各种形式油槽可增强滑动轴承的润滑性能，对其表面进行仿生设计可改善其摩擦学性能和润滑性能，在内轴承圈上开设油孔，可实现对滑动轴承与滚动轴承的3CN10746