表面织构形状对牙轮钻头轴承摩擦学性能影响的实验研究

发布时间：2021-07-17 11:49

　　牙轮钻头滑动轴承作为钻头破岩过程中传递载荷的关键部件,在低速重载的钻井过程中易发生黏着磨损失效。为改善牙轮钻头滑动轴承的耐磨性能,利用纳秒激光雕刻技术,在牙轮钻头滑动轴承轴颈表面加工了面积比为10%、深度为20μm的圆形、矩形、三角形及复合织构;基于赫兹相似理论,设计近似模拟钻头轴承工况的环-块配对副单元实验方案,并在UMT摩擦试验机上开展织构形状对钻头滑动轴承摩擦副摩擦因数、磨损量、温升变化和微观形貌影响规律的实验研究。结果表明:仿生织构的形状及布置方式对减摩和耐磨效果影响极大,其中圆形、矩形织构的减摩和耐磨性能最优,其次为三角形织构,而复合织构反而增大了摩擦因数及磨损量;单一织构对试件磨损量及温升的影响不大,而复合织构在增加摩擦的同时温度有明显升高,不利于井下高温环境下延长牙轮钻头寿命。 

【文章来源】：润滑与密封. 2020,45(03)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

牙轮钻头结构示意图

图1 牙轮钻头结构示意图表1 UMT试验机试验转化参数Table 1 UMT tester test parameters 名称 径向载荷p/N 转速范围n/(r·min-1) 温度t/℃ 轴颈直径d1/mm 轴套直径d2/mm 牙轮钻头 4 000～38 000 178～356 50～120 35 35.384 8 实验试件 430 180 50～120 36 36.4

表2 表面织构几何参数Table 2 Geometric parameters of various surface textures 织构类型 织构尺寸 面积率A/% 深度h/μm 圆形 Φ=300 μm 10 20 三角形 L=300 μm 10 20 矩形 a=300 μm;b=250 μm 10 20 复合织构 Φ=300 μm;L=300 μm,a=300 μm;b=250 μm 10 20 无 0 0 0通过布鲁克公司生产的UMT摩擦磨损试验机的环块模块提供径向载荷为430 N、转速为180 r/min的模拟工况,对不同织构类型的试样进行1h实验。采集实验过程中的摩擦因数、温度等参数,重复3次实验取平均值。对比不同织构试样的磨损形貌、磨损量、磨损体积的变化,分析仿生表面织构对钻头滑动轴承润滑减摩性能的影响。

【参考文献】：
期刊论文
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[5]粗糙表面下牙轮钻头浮动套轴承润滑机理研究[J]. 王国荣,郑家伟,亢旗军.  石油机械. 2006(05)
[6]牙轮钻头滑动轴承的特殊性及主要研究方向[J]. 伍开松,马德坤.  石油机械. 2001(04)
[7]牙轮钻头滑动轴承接触参数的计算及力学分析[J]. 陈家庆,王镇泉,蔡镜仑,姚振汉.  石油大学学报(自然科学版). 1999(01)
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博士论文
[1]表面织构对牙轮钻头滑动轴承润滑减磨的机理研究[D]. 钟林.西南石油大学 2016
[2]牙轮钻头浮动套轴承工作机理研究[D]. 王国荣.西南石油学院 2004

硕士论文
[1]基于微细加工表面织构的滑动轴承润滑特性研究[D]. 冀承成.哈尔滨工业大学 2015
[2]仿生表面织构对高速列车空气摩擦噪声影响的研究[D]. 陈仕洪.浙江大学 2014
[3]仿生鱼鳞形凹坑表面减阻性能的数值研究[D]. 钱风超.大连理工大学 2013



本文编号：3288121