井下低速重载滚动轴承力学性能及疲劳寿命计算研究

发布时间：2023-10-12 01:21

　　随着国内对石油、天然气需求的增加,在进行油气开采工作时对井下低速重载滚动轴承的性能要求也越来越高。井下低速重载滚动轴承作为井下钻具的重要组成部分,其疲劳寿命制约了井下钻具的工作效率和使用寿命。因此,能够简洁精确的计算井下低速重载滚动轴承的疲劳寿命,对滚动轴承结构优化和实际工作具有重要意义。本文以一种自主研发的固井设备中的井下低速重载滚动轴承为例子,并对滚动轴承的力学性能及疲劳寿命计算进行了研究,本文主要的研究内容如下:1.基于实际工况建立适用于井下低速重载滚动轴承的接触应力模型。首先根据已有的非赫兹接触理论及实际工况润滑油状态,验证井下低速重载滚动轴承的润滑状态;其次针对井下低速重载滚动轴承的实际工况,分析非赫兹接触理论模型与弹性流体动压润滑接触应力模型不适用的原因;最后利用非赫兹接触应力模型对弹性流体动压润滑接触应力模型进行了改进,得到更适用于实际工况的综合接触应力模型。2.对Basquin方程改进的基础上得到新的寿命模型。首先利用应变硬化指数n的简便确定方法对Basquin方程进行了改进,得到改进后的Basquin方程;其次利用综合应力模型得到实际工况下的应力幅度;最后利用改进后的...

【文章页数】：60 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景
        1.1.1 井下低速重载滚动轴承简介
        1.1.2 固井工艺介绍
        1.1.3 井下低速重载滚动轴承工况介绍
        1.1.4 井下低速重载滚动轴承失效形式
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 井下低速重载滚动轴承线接触应力研究现状
        1.2.2 滚动轴承的疲劳寿命预测方法现状
    1.3 研究内容与研究意义
    1.4 技术路线
第二章 井下低速重载滚动轴承的接触应力模型研究
    2.1 一种井下低速重载滚动轴承结构介绍
    2.2 实际工况中轴承润滑状态分析
        2.2.1 基于非赫兹接触理论的接触应力分析
        2.2.2 弹性流体动压润滑条件的确定
            2.2.2.1 轴承润滑脂参数的确定
            2.2.2.2 LGHB2 轴承润滑脂正常工况下运动学粘度的确定
            2.2.2.3 LGHB2 轴承润滑脂正常工况下密度的确定
            2.2.2.4 滚动体与滚道接触表面平均滚动速度的确定
            2.2.2.5 滚动体与滚道材料当量弹性模量的确定
            2.2.2.6 滚动体与滚道接触表面当量半径的确定
            2.2.2.7 形成弹性流体动压润滑条件的验证
    2.3 井下低速重载滚动轴承综合应力模型
    2.4 本章小结
第三章 井下低速重载滚动轴承疲劳寿命计算
    3.1 基于S-N曲线的Basquin公式
    3.2 Basquin公式的改进
        3.2.1 传统材料应变硬化指数n的计算方法
        3.2.2 材料应变硬化指数n的简便确定
        3.2.3 基于Basquin方程的改进公式
    3.3 综合应力模型下的应力幅度
    3.4 基于Basquin公式井下低速重载滚动轴承疲劳寿命的预测
        3.4.1 Basquin公式应力循环次数
        3.4.2 轴承疲劳寿命
    3.5 本章小结
第四章 井下低速重载滚动轴承疲劳寿命计算程序的开发
    4.1 井下低速重载滚动轴承疲劳寿命计算程序的研究
        4.1.1 疲劳寿命计算软件编程语言的选择
        4.1.2 疲劳寿命计算软件的设计准则与研究重点
    4.2 疲劳寿命计算软件的开发流程
    4.3 疲劳寿命计算软件的设计与实现
        4.3.1 轴承内部结构参数子界面
        4.3.2 轴承外部结构参数子界面
        4.3.3 轴承材料参数子界面
        4.3.4 轴承工况参数子界面
        4.3.5 润滑油性能参数子界面
        4.3.6 井下低速重载滚动轴承疲劳寿命计算的程序实现
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 研究总结
    5.2 研究展望
致谢
参考文献
附录



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