Опора бурового шарошечного долота Советский патент 1986 года по МПК E21B10/22 F16C33/00 

Изобретение относится к конструкциям породоразрушаюшего инструмента, в частности, к опорам шарошечных долот .

Цель изобретения - увеличение долговечности опоры.

На фиг.1 изображена опора шарошечного долота; на фиг,2 - втулка по;даипмика скольжения; на фиг.З - траектория движения шариков по беговой дорожке замкового подшипттика; на фиг.4 - распределение касательных напряжений при работе подшипника скольжения.

Опора шарошечного долота (фиг.1) состоит из цапфы и лапы 1 и шарошки 2, в которую впрессованы втулка 3 радиального и пята 4 упорного подшипников скольжения. Цапфа лапы 1 имеет на внешней поперхности роликовую А и тороидальную Ь беговые дорожки, а также шип В для подшипника скольж - нип. Аналогичные беговые дорожки Г и Л несет шарошка 2. Между беговыми дорожками шарошки 2 и цапфы лапы 1 размещены ролики 5 и шарики 6. Втулка 3 (фиг.2) имеет на периферийшлх участках радиальтле прорези, заполненные антифрикционным материалом 7.

Периферийные участки роликовых беговых дорожек цапфы лапы 1 и шарошки 2 на 1/7-1/10 длины образуюш.ей дорожки выполнены с твердостью, меньшей, чем на смежных участках. Аналогичное уменьшение твердости имеется вдоль линии сече}и1Я тороидальной беговой дорожки цапфы лапы плоскостью, расположенной под острым углом к нормальной плоскости к оси цапфы. Сечение проходит через зону в нагруженной части цапфы лапы 1, которая ограничивается углом контакта между дорожками замкового подшипника и шариками 6 (этот угол находится в пределах 30-60 ). Участок занимает 15- 20% длины окружности беговой дорожки цапфы лапы 1.

Получение требуемой твердости на заданных участках беговых дорожек может быть достигнуто как ука- зан1гых участков от цементации и пос- ледуюшей термической обработкой, так и другими методами, что в каждом конкретном случае определяется экономическими соображениями.

Угол oL наклона секущей плоскости к нормальной (фиг.З) определяется из следующих соображений. В процессе

работы долота щароипся 2 нагружается силами, которые можно разложить на составляющие, действующие вдоль оси цапфы лапы 1 и перпендикулярно к ней

На шарики 6, расположенные внизу цапфы, действуют обе составляющие, а на верхние шарики - только осевая составляющая, так как из-за технологических зазоров между беговыми

дорожками и шариками верхние шарики частично разгружаются.

Таким образом, точки контакта шариков 6 с беговой дорожкой цапфы лапы 1 находятся в различных нормальных плоскостях. Расстояние между этими плоскостями обычно находится в пределах f 0,5-1 мм.

Отсюда угол наклона секущей плоскости определяется из выражения

F

0 arctg - ,

где D - диаметр беговой дорожки замкового подшипника цапфы лапы в зоне контакта тел качения.

Если с нагруженной стороны цап(1)Ы лапы 1 вдоль сечения, проходящего через точки контакта шариков с беговыми дорожками цапфы, создать участок шириной t с уменьшенной твердостью, то тело качения, деформируя металл дорожки в этой зоне, образует строго соответствуюпщй телу качения участок дорожки с увеличенной длиной линии контакта дорожка - шарик. Это уменьшает концентрацию напряжений вдоль линии контакта и увеличивает стойкость замкового подшипника.

Выбор материала 7 для заполнения прорезей во втулке 3 осуществляется по следуюшд 1М критериям:

коэффициент треьгия пары антифрикционный материал - цапфа лапы должен быть меньше соответствующего коэффициента пары втулка - цапфа лапы;

коэффициент линейного расширения антифрикционного материала должен быть больше соответствующего коэф- фициента материала .

Из экономических соображений в качестве такого материала может быть использована электролитическая медь, впаянная в пазы втулки 3.

Дпина прорезей во втулке 3 находится в пределах 1/7-1/10 длины соответствующей образующей. Наличие ан3

тифрикционного материала на пери- фернйшлх участках ртулки скольжения позволяет уменьшить в этих местах сдвигопые усилия. Эти усилия при работе подпжпникор скольжения (фиг.4) определяются нормальной силой F и коэффициентом трения. Уменьшение величины коэффициента трения на периферийных участках втулки позволяет получить практически равномерное распределение сил в касательной плоскости вдоль образующей цапфы лапы и тем самым уменьшить величину сдвиговых напряжений на требуемых участках т.е. увеличить стойкость радиального подшипника скольжения в целом.Во время работы долота антифрикционный материал 7,имеющий коэффициент линейного расширения больший,чем соответствующий коэффициент втулки 3, нагреваясь, постоянно подается в рабочую зону и захватывается трушимися элементами неподвижной части цапфы лапы 1.

734

При бурении отсутствие сепаратора в подшипниках шарошек и увеличивающиеся по мере приработки долота радиальные зазоры создают условия для разворота роликов 5 на беговых дорожках. При развороте ролики 5 упираются своими краями в периферийные участки роликовой беговой дорожки шарошки 2, что создает на них увеличение концентраций напряжений. Аналогичное увеличение концентраций происходит по середине беговой дорожки цапфы лапы 1. Так как периферийные участки роликовой дорожки шарошки 2

имеют пониженную твердость, они частично деформируются и линия контак- та ролика 5 с шарошкой 2 обеспечивается вдоль прямой большой протяженности, что в итоге приводит к снижению величины напряжения вдоль линии контакта и увеличивает стойкость опоры в целом по сравнению с известной конструкцией.

Фиг. 2

Пасатегьная плоскость

Верт11иаг ьная плоскость

Фиг Ц

Редактор А.Сабо

Составитель С.Денисова

Техред М.Ходанич Корректор МЛЧароши

Заказ 4600/34Тираж 548 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий П3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственнс-пояиграфическое предприятие,г.Ужгород,ул.Проектная,4