[发明专利]一种全尺寸织构化钻头滑动轴承实验装置及测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及井下工具摩擦学领域，特别是一种全尺寸织构化滑动轴承实验装置及测试方法。

背景技术

牙轮钻头作为主要的破岩工具，其工作性能成为了影响钻井质量和效率的关键因素，而滑动轴承作为牙轮钻头传递扭矩和运动形式的桥梁，其使用寿命是牙轮钻头使用的薄弱环节，提高轴承的摩擦学性能也成为了提高牙轮钻头工作性能的关键。牙轮钻头滑动轴承在工作环境下主要是从边界润滑到复合润滑的润滑状态，因此牙轮钻头滑动轴承的失效形式主要是黏着磨损。针对牙轮钻头特殊的结构及工作环境，在原有钻头滑动轴承基础上对其结构进行改进以提高牙轮钻头滑动轴承的使用寿命是非常困难的。

研究发现表面织构具有润滑减磨的效果，但目前在牙轮钻头工况下对钻头滑动轴承影响的机理并不清楚，因此有必要通过相似实验的方法研究表面织构及其几何参数对钻头滑动轴承摩擦性能的影响，进而找到工况下润滑减磨效果较好的表面织构参数。

发明内容

本发明的目的在于：针对牙轮钻头滑动轴承的主要失效形式（黏着磨损）及表面织构所具有的润滑减磨效果，提供一种全尺寸织构化钻头滑动轴承的实验装置及测试方法，用于分析牙轮钻头模拟工况下，全尺寸织构化牙轮钻头滑动轴承的摩擦学性能，进而得到在不同环境下的最优表面织构几何参数。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种全尺寸织构化钻头滑动轴承实验装置，包括旋转系统、加载机构、加热装置、润滑脂供给装置、数据采集系统及计算机、机架、滑动轴承轴颈和轴套试样，所述旋转系统包括变频电机、联轴器、旋转轴及主轴箱，所述加载机构包括油泵、液压缸及径向加载机构，所述加热装置包括加热圈，所述数据采集系统及计算机包括转速传感器、力传感器、扭矩传感器、铂电阻温度传感器、数据采集卡和计算机。

所述的滑动轴承轴颈和轴套试样材料分别为20Cr4Mo和20CrNiMo，根据动压轴承相似准则

其中为量纲化后的油膜厚度，为量纲化后的油膜压力，为滑动轴承轴颈的半径，为滑动轴承沿轴线方向的长度，为滑动轴承沿轴向的量纲化长度，为轴承沿轴向的坐标，为润滑介质粘度，为滑动轴承的油膜厚度，为参考压力，此处为，为轴承油膜的负载，为油膜轴承的公称直径

滑动轴承试样与牙轮钻头滑动轴承必须满足力学相似

表1牙轮钻头滑动轴承几何参数

轴套直径D/m轴颈直径d/m轴承宽径比B/d离心率0.05217160.0520.340.8

所述的滑动轴承轴颈和轴套试样可在轴颈外表面或轴套内表面加工有不同几何参数的表面织构，分析表面织构对滑动轴承摩擦性能的影响。

所述的滑动轴承轴颈内孔加工成一定的锥度，可用拧紧螺母使得轴颈与主轴形成过盈连接，轴套利用紧定销钉与夹具形成固定连接，而夹具与整个实验装置保持相对静止，保证了实验过程中滑动轴承轴颈和轴套间相对转速的要求。

所述的滑动轴承试样在轴套上加工有圆孔，用于实验时向滑动轴承轴颈和轴套接触表面加入润滑介质。

所述的滑动轴承轴颈与轴套的相对转速和轴颈与轴套表面的接触力根据动压轴承相似准则，应有相同的索默菲尔德数，即

其中：、为动压轴承1和2的转速，为相对间隙或间隙比。

所述的旋转系统为变频电机通过联轴器带动主轴旋转，主轴经主轴箱最后带动滑动轴承轴颈旋转

表2牙轮钻头实际工况