[发明专利]牙轮钻头滑动轴承

说明书

技术领域

本发明涉及一种滑动轴承，尤其涉及一种牙轮钻头滑动轴承。

背景技术

随着钻井新技术的不断增多，如水平井钻井技术，分支井和丛式井技术，带螺杆钻具和涡轮钻具的钻井技术，以及深井和超深井钻井技术等，都要求钻头滑动轴承能够满足大钻压，高转速和高寿命的要求，因此研制新型结构的钻头滑动轴承势在必行。

目前，国内外的牙轮钻头、复合钻头中的轴承普遍采用线接触的大径向滑动轴承、小径向滑动轴承和平面接触的止推滑动轴承三者组合或者二者组合成的台阶式滑动轴承。这种台阶式组合滑动轴承在使用时，存在以下主要问题：

（1）在钻井过程中，由于这种台阶式组合滑动轴承之间没有球形浮动片，而钻头滑动轴承在承受随机变化的冲击和振动的轴向载荷和径向载荷时，会导致所述滑动轴承的局部接触峰值压力（p）很大。

（2）在钻井过程中，由于这种台阶式组合滑动轴承的轴颈和牙轮轴孔的匹配结构变化剧烈，导致牙轮壳体上应力集中严重，甚至出现牙轮破裂现象。

（3）目前随着先进钻井工艺技术的飞速发展，要求钻头的转速不断增加，这样导致钻头轴颈与牙轮轴孔之间的相对转速（v）跟着增加，同时也加剧了轴承发热量和磨损失效。

（3）在深井和超深井钻井过程中，由于钻头钻压大，工作环境温度高，导致轴承局部接触压力高，摩擦生热难以散发，局部温升高。最终轴承润滑效果下降或失效，使摩擦系数（f）增加，进而出现粘着磨损失效。

根据文献“伍开松，马德坤，度量牙轮钻头滑动轴承粘着磨损失效的新准则,石油机械，Vol.31（12），2003年”所述，导致滑动轴承失效的因素主要有：摩擦系数f，轴承局部峰值接触压力p和滑动轴承相对运动速度v。上述三种因素通常是高速重载滑动轴承出现局部高温粘着磨损失效（p、v、f与轴承的温升成正相关关系）的根本原因。

如图2所示，原有的牙轮钻头滑动轴承001采用的是台阶式滑动轴承，在使用过程中，由于承受的径向载荷为线接触且大轴颈002和小轴颈003上的载荷分配不均匀，所以局部接触压力会很大。实际失效钻头滑动轴承解剖分析已经发现大径孔的表面一般都会出现犁沟和擦伤的痕迹，随着时间的推移，通常滑动轴承都有粘着磨损的痕迹。同时钻头破碎岩石的过程中，由于牙齿004作用在岩石上的载荷为冲击动载荷，会产生冲击和振动，导致钻头的大轴颈002、小轴颈003与牙轮005的内孔006之间存在较大刚性冲击载荷，严重时会导致钻头滑动轴承失效。同时由于台阶式滑动轴承结构特点导致牙轮005的内孔006结构形状变化剧烈，因此牙轮005上应力集中现象会非常明显，甚至可有能导致牙轮005出现破裂失效。

针对上述问题，目前传统的牙轮钻头滑动轴承结构，已经很难满足要求，急需发明能够承受载荷更大，转速更高，摩擦阻力更小和使用寿命更长的新型滑动轴承结构。

上述可知，有必要对现有技术进一步完善。

发明内容

本发明是为了解决现有的牙轮钻头滑动轴承易失效、易损坏且使用寿命短的问题而提出一种结构简单，能够有效减缓磨损，不易失效、耐疲劳强度高且使用寿命长的牙轮钻头滑动轴承。

本发明是通过以下技术方案实现的：

上述的牙轮钻头滑动轴承，包括牙轮和钻头轴颈；所述牙轮的外侧壁设有牙轮齿；所述钻头轴颈匹配装设于所述牙轮内；所述牙轮的内部还设有内腔，所述内腔为轴剖面呈球冠形的腔体结构；所述钻头轴颈为一体式结构，其外轴颈为与所述内腔相匹配的球冠形结构；所述轴承还包括设于所述内腔和外轴颈之间的浮动片；所述浮动片为球冠形壳体结构且还均匀设置具有储油减震作用的小孔；所述浮动片的内表面与所述外轴颈之间呈球面接触滑动，所述浮动片的外表面与所述内腔之间呈球面接触滑动。

所述牙轮钻头滑动轴承，其中：所述钻头轴颈还包括内轴颈；所述内轴颈呈圆柱体结构。

所述牙轮钻头滑动轴承，其中：所述内轴颈和外轴颈之间还设有滚道。

所述牙轮钻头滑动轴承，其中：所述牙轮还包括台阶面、柱形孔和滚槽；所述台阶面设于所述牙轮的外端面；所述柱形孔与所述内轴颈相匹配，设于所述台阶面和滚槽之间；所述滚槽沿所述柱形孔内壁圆周设置且与所述滚道相匹配。

所述牙轮钻头滑动轴承，其中：所述台阶面上匹配设置有密封件。

所述牙轮钻头滑动轴承，其中：在所述滚道和滚槽配合形成的空间内设有多个滚珠。

所述牙轮钻头滑动轴承，其中：所述浮动片由减摩性和耐磨性较好的特殊材料制成。

所述牙轮钻头滑动轴承，其中：所述牙轮齿具有多个，相邻的所述牙轮齿之间还设有截面大致呈V型的凹槽。

有益效果：