Опора бурового шарошечного долота

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„SU 252473

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3848612/22-03 (22) 30.01.85 (46) 23.08.86.Бюл. 11". 31 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро физико-механического института им.Г.В.Карпенко

AH УССР (72) К.И.Гронский, С.И.Кантор, С.П.Колодий, В.В.Кошевой, Я.В.Питын и Б.П.Сорока (53) 622.24.051.55(088.8) (56) Авторское свил тельство СССР

М 794152, кл. В 21 В 10/22, 1977.

Патент CIJA 9 4109974,кл.308-8.2, опублик. 1978, (54) (57) ОПОРА БУРОВОГО ШАРОШЕЧНОГО

ДОЛОТА, нключаюшая периферийный роликовый подшипник, замковый шарикоподшипник с беl оными дорожками, выд11 4 Е 21 В 10/22; F 16 С 33/00 полненными на цапфе и шарошке, и втулку радиального подшипника скольжения, отличающаяся тем, что, с целью увеличения долговечности опоры, периферийные участки беговых дорожек шарошки и цапфы роликоподшипника и участок беговой дорожки цапфы шарикоподшипника, ограниченный плоскостями нормальной к оси цапфы и составляющей с йормальной плоскостью острый угол в зоне угла контакта между беговой дорожкой цапфы и шариками, имеют твердость, меньшую, чем твердость смежных участков беговых дорожек подшипников, а на периферийных участках внутренней цилиндрической поверхности втулки радиального подшипника скольжения выполнены прорези, заполненные антифрикционным материалом.

12

Изобретение огносится к кон< трукциям породоразрушающего инструмента, в частности, к опорам шарошечных долот.

Цепь изобретения — увеличение долговечности опоры.

На фиг.! изображена опора шарошечного долота; на фиг.2 — втулка подшипника скольжения; на фиг.3 траектория движения шариков по беговой дорожке замкового подшипника; на фиг.4 — распределение касательных напряжений при работе подшипника скольжения.

Опора шарошечного долота (фиг.1) состоит из цапфы и лапы 1 и шарошки

2, и которую впрессованы втулка 3 радиального и пята 4 упорного подшипников скольжения. Цапфа лапы 1 имеет на внешней поверхности роликовую А и тороидальную Ь беговые дорожки, а также шип В дпя подшипника скольжения. Лналогичные беговые дорожки Г и

А несет шарошка 2. !!ежду беговыми дорожками шарошки 2 и цапфы лапы I раэмешепы ролики 5 и шарики 6. Втулка 3 (фиг.2) имеет ца периферийных участках радиальные прорези, заполненные антифрикционным материалом 7.

Периферийные участки роликовых беговых дорожек цапфь1 лапы 1 и шарошки 2 на 1/7-1/10 длины образующей дорожки выполнены с твердостью, меньшей, чем на смежных участках. Аналогичное уменьшение твердости имеется вдоль линии сечения 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 ггределах 30-60 ). Участок занимает 1520K длины окружности беговой дорожки цапфы лапы 1.

Получение требуемой твердости на заданных участках беговых дорожек может быть достигнуто как защитой указанных участков от цементации и последующей термической обработкой, так и другими методами, что в каждом конкретном случае определяется экономическими соображениями.

Угол наклона секущей плоскости к нормальной (фиг.3) определяется иэ следующих соображений. В процессе

52473

1 работы долота щарошка 2 нагружается силами, которые можно разложить на составляющие, действующие вдоль оси цапфы лапы 1 и перно.ндикулярно к ней

5 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 н шариками верхние шарики частично разгружаются.

Таким образом, точки контакта maриков 6 с беговой дорожкой цапфы лапы 1 находятся в различных нормаль-!

5 ных плоскостях. Расстояние между этими плоскостями обычно находится в пределах 1 = 0,5-1 мм.

Отсюда угол наклона секущей плоскости определяется из выражения

20 I. о! = arctg где D — диаметр беговой дорожки замкового подшипника цапфы лапы в зоне контакта тел качения.

Если с нагруженной стороны цапфы лапы 1 вдоль сечения, проходящего через точки контакта шариков с беговыии дорожками цапфы, создать участок шириной !. с уменьшенной твер30 достык, то тело качения, деформируя металл дорожки в этой зоне, образует строго соответствующий телу качения участок дорожки с увеличенной длиной линии контакта дорожка — шаЗ5 рик. Это уменьшает концентрацию напряжений вдоль линии контакта и увеличивает стойкость замкового подшипника.

40 Выбор материала 7 для заполнения прорезей во втулке 3 осуществляется по следующим критериям: коэффициент трения пары антифрикционный материал — цапфа лапы должен

45 быть меньше соответствующего коэффициента пары втулка — цапфа лапы; коэффициент линейного расширения антифрикционного материала должен быть больше соответствующего коэф50 фициента материала втулки.

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

Длина прорезей во втулке 3 находится в пределах 1/7-1/10 длины соответствующей образующей. Наличие анl25?47:3 тифрикционного материала на периферийных участках втулки скольжения позволяет уменьшить в этих местах сдвиговые усилия. Эти усилия при работе подшипников скольжения (фиг.4) определяются нормальной силой F u коэффициентом трения. Уменьшение величины коэффициента трения на периферийных участках втулки позволяет получить практически равномерное 10 распределение сил в касательной плоскости вдоль образующей цапфы лапы и тем самым уменьшить величину сдвиговых напряжений на требуемых участках, т.е. увеличить стойкость радиального <5 подшипника скольжения в целом. Во время работы долота антифрикционный материал 7,имеющий коэффициент линейного расширения больший,чем соответствующий коэффициент втулки 3, нагреваясь, 20 постоянно подается в рабочую зону и захватывается трущимися элементами неподвижной части цапфы лапы 1.

Пр» бурении отсутствие сепаратора н подшипниках шарашек и увеличиваюшиеся 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 I. Так как периферийные участки роликовой дорожки шарошки 2 имеют пониженную твердость, они частично деформируются и линия контакта 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. ьиая

Фиг 4

Составитель С.Денисова

Техред И.Ходанич Корректор М.111ароши

Редактор А.Сабо

Заказ 4600/34 Тираж 548 11одГисное

ВИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие,г.ужгород,ул.Проектная,4