第28卷第1期 2015年1月
文章编号：1002-6673（2015）01-03203
机电产品开发与制新
Development & Imnovatioe of Machinery & Electriral Product
螺杆钻具用新型推力球轴承的设计及力学分析
许庆刚1，孙裘莞2，张继升3
Vol.28,No.1 Jan.,2015
（1.长城钻探工程有限公司委内瑞拉综合项目部，辽宁盘锦124000；2.北京铁路局北京工务段，北京100077；
3.中国石油西南油气田分公司蜀南气矿工艺研究院，四川泸州646000）
摘要：推力轴承组是螺杆钻具传动轴总成中的薄弱环节之一，它直接影响着爆杆钻具的使用寿命。在传统
四点接触球轴承的基础上设计了一种新型推力球轴承。并利用有限元软件对设计的推力球轴承进行了力学分析，研究了轴向载荷、滚殊直径和演道曲率半径对其力学性能的影响。结果发现，与常规的四点接触球轴承相比，政进后的推力球轴承较的应力更小。其中，滚殊的等效应力和接触应力随轴向载荷和浪道曲率率径的增大而增大，随着滚球直径的增大而减小，且均成非线性规律变化。
关键调：螺杆钻具；推力球轴承：有限元：力学性能
中图分类号：TE921.2
文献标识码：Adoi:10.3969/j.issn.1002-6673.2015.01.011
Structure Improvement and Mechanics Analysis of the Thrust Ball Bearing for PDM
XU QingGang', SUN Xuan-Meng’, ZHANG JSheng
(1.The Great Wall Drilling Engineering Company Limited, Panjin Liaoning 124000, China: 2. Railway Service Section, Bejing Railway Administration, Beijing 100077, China;
3. Shunan Gas Mine of Southwest Oil and Gas Field Branch, PCL, Luzhou Sichuan 646000, China)
Abstract: The thrust bearing group is one weak link of PDM (positive displacement motor) drill, which affects the service life of the drlling tool. A new thrust ball bearing group in PDM drill was improved. The mechanics analysis was finished by using finite element software, and the effects of axial load, ball diameter and raceway curvature radius on the mechanical properties of ball bearing were studied. The result shows that the stress of the improved structure is smaller compared with the conventional fourpoint contact ball bearing, And, the equivalent stress and contact stress of the ball increased with the increase of axial load, raceway curvature radius, and decreased with the increase of ball diameter with a nonlinear law.
Key words: PDM; thrust ball bearing; finite element; mechanical properties
0引言
螺杆钻具的传动轴总成主要由主轴壳体、传动轴、推力轴承组、径向滑动轴承和其他辅助零件等组成。其中的推力轴承组为多级串联的四点接触球轴承，一般为 5~13级，这种轴承能够承受较大的轴向载荷，占用空间小，结构紧凑，而且可以承受双向载荷。由于井底悉劣的工作环境，经常发生过早的失效，如滚珠和滚道的磨损、破裂等，缩短了整个娠杆钻具的使用寿命，影响了钻进速度。如2005~2006年闻长庆石油勘探局西川石油工具厂修理的178套螺杆钻具中，因推力轴承、传动
修精日期：2014-12-18
作者简介：许庆则（1965-），男，山东人，工程师。主要从事机械
设计及力学分析相关工作。 32
万方数据
轴和传动轴壳体损坏的有102套，约占螺杆钻具损坏成因的57%，其中寿命不超过60h的绝大部分问题都出在传动轴上。长庆油田勘探局钻井二处统计螺杆钻具137 套，其中报度58套，修复79套，由于推力轴承损坏的 29套，占失效总数的21.2%。因而本文对螺杆钻其用的四点接触推力球轴承进行了结构改进，设计了一种新
型推力球轴承，并对其力学性能进行了分析。 1推力球轴承组的设计
图1为本文设计的爆杆钻具用推力球轴承组。这种推力球轴承结构与普通推力球轴承的结构基本相同，它主要由轴承外圈、内圈、滚珠和套简等组成，在这种推力轴承组中，钻井液通道呈“迷宫式”结构，相对于“直通式”结构其冷却效果更好，而且不容易产生