三牙轮钻头滑动轴承失效分析

三牙轮钻头轴承的使用寿命直接决定了钻头的寿命。为了弄清三牙轮钻头轴承的失效形式、原因及机理,进一步提高三牙轮钻头轴承的寿命,分别对现场失效的三牙轮钻头轴承进行宏观和微观分析。结果表明,密封系统失效是轴承失效的主要原因之一。同时,轴承所受载荷过大且分布不均,温度过高导致材料表面金属强度和耐磨性降低,以及轴承与牙轮之间配合间隙过大,工作时晃动导致受力不均等原因也是造成牙轮钻头轴承的快速失效的主要原因。     

牙轮钻头滑动轴承接触参数的计算及力学分析

应用边界元法计算两种牙轮钻头大滑动轴承的接触参数,讨论了外载荷、配合间隙、材料配对组合等因素对滑动轴承接触力学性质的影响。计算结果表明,小尺寸钻头上载荷的减小值与轴承结构尺寸的减小值不成比例关系,这是小直径钻头寿命短的原因之一。     

牙轮钻头滑动轴承材料磨损性能的正交试验

要保证牙轮钻头在高转速下的使用寿命，关键在于轴承，严重的粘着磨损即胶合，是牙轮钻头滑动轴承主要的失效形式，本文针对一系列可供选择的滑动轴承材料，以正交试验讨论了其相互配磨的摩擦系数与磨损量，为选择和配用滑动轴承材料提供了依据，试验分析知，经ＣＶＯ处理的硬质合金与硬质合金配磨时其摩擦系数较小，配磨副之间的磨损量最小，是理想的硬对硬滑动轴承材料．若为提高抗胶合性，则应选铅基巴氏合金等等．     

牙轮钻头滑动轴承接触参数的计算及力学分析

应用边界元法（ＢＥＭ）计算了两种牙轮钻头大滑动轴承的接触参数,讨论了外载荷、配合间隙、材料配对组合等因素对滑动轴承接触力学性质的影响。计算结果表明,小尺寸钻头上载荷的减小值与轴承结构尺寸的减小值不成比例关系,这是小直径钻头寿命短的原因之一。滑动轴承载荷增大时,峰值接触压力的变化幅度比接触区域的变化幅度大,前者又比载荷的变化幅度小,这说明该类接触问题是非线性的。轴承系统的径向间隙越小,相应的峰值接触压力越低;轴承摩擦副材料硬度越低,相应的峰值接触压力越低。     

液压缸活塞微织构化表面动压润滑性能理论研究

为研究液压缸活塞微织构化表面的动压润滑性能,在液压缸活塞表面加工开口形状为圆形、椭圆形、正方形、正六边形的微织构,利用雷诺方程对活塞表面与液压缸缸筒内圆之间的流场进行数学建模,并采用MATLAB软件进行仿真计算,研究微织构开口形状、活塞运动速度及微织构深径比对活塞表面动压润滑性能的影响。结果表明,在活塞表面加工4种不同开口形状的微织构均可改善活塞表面的动压润滑性能,其中椭圆形微织构的改善效果略差;随着活塞运动速度的提高,不同形貌微织构表面的摩擦因数均增大,活塞表面动压润滑性能变差;圆形微织构的深径比为0.009时,活塞表面的动压润滑性能较佳。     

高速牙轮钻头轴承表面强化技术实验研究

针对目前牙轮钻头因轴承耐磨性差、寿命短而不能适应高速钻井需要的问题,应用表面工程技术和摩擦学的相关理论,开展了牙轮钻头滑动轴承表面强化工艺和材料的系列实验研究,并测试其性能。进行了组织结构分析和耐磨性、耐冲击性能等实验研究。几种方法的对比实验表明：采用等离子堆焊DH-60粉末后轴承表面涂层致密、孔隙率低、组织结构致密、缺陷少、涂层与基体材料的结合强度高,并且磨损量较小,磨损后试样基本无裂纹等缺陷,耐磨性提高30%左右,可以有效提高牙轮钻头轴承的使用寿命。     

表面粗糙度对低速水润滑滑动轴承混合润滑性能的影响

针对船用滑动轴承在低速水润滑工况下液膜承载能力不足导致的局部固体接触碰磨问题,研究了表面粗糙度对水润滑滑动轴承混合润滑性能的影响。假设轴颈和轴承表面粗糙峰服从高斯分布,以粗糙峰高度综合标准差表征表面粗糙度,联立平均雷诺流体润滑方程和GreenwoodTripp(GT)固体表面接触方程,对比分析了全膜润滑和混合润滑下的液膜厚度和压力分布,针对几种典型转速研究了表面粗糙度对轴承的液膜承载力及其最大压力、粗糙峰接触承载力及其最大压力、偏心率和最小名义膜厚的影响。数值计算结果表明:在低速水润滑工况下,混合润滑模型的最大液膜压力比全膜润滑模型降低一个数量级以上,粗糙峰接触压力的产生使得最小名义膜厚增加;随着表面粗糙度的增加,液膜承载力、偏心率、最大液膜压力和最大粗糙峰接触压力呈减小趋势,粗糙峰接触承载力和最小名义膜厚呈增加趋势;在混合润滑下转速对最小名义膜厚和偏心率的变化曲线没有影响。该研究可对低速水润滑滑动轴承优化及可靠性设计提供一定的参考。     

牙轮钻头滑动轴承用钢粉末渗钒的试验研究

本文着重研究了牙轮钻头轴承用钢的粉末渗钒配方、工艺和渗层的组织结构。运用扫描电镜对渗层进行观察和成分分析;用X射线衍射仪确定渗层的相结构;初步探讨了渗钒层的形成机理。     

多圆弧与三角形复合织构表面的动压润滑性能

合理的表面织构能有效地改善摩擦副的动压润滑性能.建立了由多圆弧及三角形复合构成的织构表面的几何模型及流体力学控制方程;应用基于N-S方程的CFD软件FLUENT,对该复合织构表面的动压润滑性能进行数值分析.结果表明,复合织构表面的压力分布更加合理,举升力明显大于两种单一织构表面产生的举升力之和,即复合织构表面动压润滑效果更好.     

地勘牙轮钻头参数化绘图系统

地勘牙轮钻头参数化绘图系统是以 Auto CAD为开发平台 ,用 Auto L ISP语言进行二次开发而成的专用软件系统。将参数输入系统后 ,可实现计算机自动绘图。文中介绍了系统的开发和应用     

表面滑移对塑料瓦推力轴承润滑性能影响的理论分析

由于弹性金属塑料瓦表面存在滑移现象,所以将改变轴承的润滑性能．文章对具有表面滑移的雷诺方程和能量方程进行了推导和计算,结果表明：表面滑移对轴承润滑性能有一定的影响．     

基于热弹流混合润滑的内燃机滑动轴承零磨损

将零磨损的试验判据与多体动力学模型、热弹流润滑模型和微凸体接触模型相结合,建立了内燃机滑动轴承零磨损评价模型,并通过定义零磨损安全系数来预测轴承的零磨损可靠性同时将零磨损模型应用于某6缸柴油机主轴承设计.结果表明,采用所提出的方法能够预测轴瓦表面的零磨损安全系数的分布情况,为轴承零磨损设计提供理论依据.     

轴颈三维运动状态下的滑动轴承润滑分析

提出了轴颈圆周、径向和轴向三维运动状态下滑动轴承润滑分析的Reynolds方程,研究分析了轴颈轴向运动对滑动轴承的摩擦学性能的影响.计算结果表明,轴向运动的存在,对轴承油膜压力分布、轴承承载量、摩擦系数、维持力矩和端泄流量等摩擦学性能都有着较显著的影响.     

轴颈圆度误差对滑动轴承润滑性能的影响研究

分析了椭圆和齿形两种轴颈圆度误差对滑动轴承润滑性能的影响机理,推导了考虑轴颈圆度误差时的油膜厚度公式;针对某滑动轴承,分析了不同轴颈圆度误差与轴承油膜厚度、油膜压力、摩擦功耗、端泄流量和轴心轨迹之间的关系.结果表明,两种圆度误差都明显导致滑动轴承的润滑性能下降;椭圆误差改变滑动轴承的油膜承载区面积,部分时间可能改善轴承的润滑性能;齿形误差引起滑动轴承周期性的油膜波动,使油膜压力呈多峰分布.     

柔性大偏心滑动轴承承载特性分析

本文用直接迭代法求解刚性和弹性下的滑动轴承弹流数值解,应用了低松弛迭代技术和变松弛因子的方法,使大偏心条件下的解更容易求得.而幂指数形式的粘压方程使求解问题与真实情况更吻合.计算结果表明本算法在大偏心下收敛快,计算量小、编程易于实现且适应面更宽.     

宽裕润滑参数下滚动轴承润滑特性研究

滚动轴承是精密机床、特种车辆等重大装备的关键支撑零部件,其润滑性能直接决定了轴承的稳定服役性能,进而影响到重大装备的工作性能指标.基于理论仿真及实验研究,开展了油气润滑滚动轴承宽域润滑参数下的运行特性研究.结合多相流动分析技术,研究了高速角接触球轴承内部油气的流动状态,揭示了轴承内部油气流动基本规律.在此基础上,设计了滚动轴承润滑性能试验验证平台,实验分析了不同润滑参数对轴承温度的影响规律,获取了特定转速下温升最小的轴承润滑参数,证实了滚动轴承不同润滑参数对其服役性能的影响程度.研究工作对于滚动轴承宽域润滑状态下的服役性能分析提供基础依据.     

推力滑动轴承结构参数的数值研究

以推力轴承扇形瓦块为研究对象,采用柱面坐标,通过对二维雷诺方程进行离散化求解,得出推力滑动轴承的无量纲压力分布,并通过数值计算研究方法,详细研究了瓦高比、长宽比和瓦块数对轴承润滑性能的影响规律,指出了推力滑动轴承最佳结构参数的确定方法,为推力滑动轴承的结构设计提供了理论支撑。     

多尺度表面织构流体润滑问题的快速求解方法

为解决传统数值方法在求解多尺度织构流体润滑问题时计算速度慢、效率低、规模受限等问题,提出了有限细胞算法.针对简单的织构模型,通过对比有限元、流体力学和细胞算法的计算结果,验证了算法计算结果的准确性.通过对比不同计算规模下有限元和细胞算法的数值试验结果,发现新算法的计算速度和计算规模都有显著提升.对于大规模多尺度的织构模型,使用细胞算法进行求解,发现新算法的计算时间与网格数目成线性关系,表明细胞算法对于大规模织构问题具有良好的快速求解能力,并且为工程中类似的多尺度问题提供了具体的解决思路.     

耦合因素对混合润滑滑动轴承特性的影响

低速工况下处于混合润滑状态的滑动轴承易因变形或倾斜而发生磨损。为分析轴颈倾斜和磨损对滑动轴承混合润滑特性的影响,建立了计入轴颈倾斜和弹性变形的平均流量方程、G-T接触方程和Archard磨损方程耦合模型,采用有限差分法及超松弛迭代法计算混合润滑状态下轴承特性参数和时变磨损参数,对比了轴颈倾斜前后或磨损前后轴承的润滑性能,并分析粗糙度和边界摩擦系数等因素对各性能参数的影响。搭建摩擦磨损试验台测试了倾斜状态下轴承的润滑特性,验证了理论模型的正确性。理论分析与试验结果表明：重载大偏心时轴承转变为混合润滑状态,轴颈倾斜程度越大,轴承越容易发生混合润滑;轴承倾斜后,压力峰值和接触区域形状发生改变,磨损量因而发生变化,并且磨损深度分布沿轴向或周向倾斜;磨损降低了油膜的动压效应,并且使膜厚比降低,导致油膜压力峰值下降约20%,接触压力峰值降低约90%,承载力最高下降约19.71%;对比磨损前后的轴承形貌发现,轴颈倾斜使得磨损集中于间隙减小的一端。该研究可为实际工程中轴承的设计提供理论依据。