подшипниковая опора

Формула изобретения

Подшипниковая опора шарошки буровых долот, содержащая цапфу и установленные на ней подшипники качения, на которых закреплен корпус шарошки с возможностью свободного вращения, отличающаяся тем, что в качестве подшипников качения использованы два конических роликоподшипника, установленных враспор, при этом наружное кольцо подшипника, расположенного со стороны закрытого торца шарошки, установлено с возможностью смещения в осевом направлении и к нему прижата тарельчатая пружина регулировочным кольцом, расположенным соосно между подшипниками и имеющим конические радиальные отверстия, в которых установлены штифты, фиксирующие регулировочное кольцо в осевом направлении, кроме того, со стороны открытого торца на внутренней поверхности шарошки запрессована защитная шайба, к которой под действием упругого кольца, установленного в торце цапфы, прижато с возможностью свободного скольжения по ней металлическое кольцо.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, а именно к производству буровых долот для бурения скважин в нефте- и газопромыслах.

Известны конструкции подшипниковых опор шарошки буровых долот, содержащих цапфу, установленные на ней подшипники, на которых свободно вращается шарошка [1, 2 и др.]. В качестве подшипников используют подшипники скольжения, изготовленные из специального сплава меди-никеля-олова и имеющие твердосплавное покрытие, вкрапленное в торцовые подшипниковые поверхности тела цапфы. Недостатком этой конструкции является сложность изготовления, высокая стоимость и низкая стойкость при значительных нагрузках и высоких скоростях бурения.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемой (прототип) [3] является подшипниковая опора шарошки буровых долот, содержащая цапфу и установленные на ней подшипники качения, на которых закреплен корпус шарошки с возможностью свободного вращения. В качестве подшипников используют два радиальных роликовых подшипника, между которыми установлен радиально-упорный шариковый подшипник. Недостатком данной конструкции является низкая долговечность, так как эта конструкция не обеспечивает благоприятное распределение нагрузки между подшипниками, при наличии трех опорных подшипников возникает неопределенность базирования шарошки, повышенные осевые зазоры в радиально-упорном шариковом подшипнике вызывают повышенную вибрацию шарошки в процессе работы.

Задачей изобретения является повышение долговечности работы подшипниковой опоры шарошки за счет уменьшения осевых зазоров и обеспечения более благоприятного распределения нагрузки между подшипниками.

Указанная задача решается тем, что в известной подшипниковой опоре шарошки буровых долот, содержащей цапфу и установленные на ней подшипники качения, на которых закреплен корпус шарошки с возможностью свободного вращения, в качестве подшипников качения использованы два конических роликоподшипника, установленных в распор, при этом наружное кольцо подшипника, расположенного со стороны закрытого торца шарошки, установлено с возможностью смещения в осевом направлении и к нему прижата тарельчатая пружина регулировочным кольцом, расположенным соосно между подшипниками и имеющим конические радиальные отверстия, в которых установлены штифты, фиксирующие регулировочное кольцо в осевом направлении, кроме того со стороны открытого торца на внутренней поверхности шарошки запрессована защитная шайба, к которой под действием упругого кольца, установленного в торце цапфы, прижато с возможностью свободного скольжения по ней металлическое кольцо.

Основными признаками предполагаемого изобретения, отличающими его от прототипа, являются следующие:

1) В качестве подшипников качения используются конические роликоподшипники.

2) Подшипники установлены враспор.

3) Наружное кольцо одного из подшипников установлено с возможностью смещения вдоль отверстия шарошки.

4) В наружное кольцо подшипника упирается тарельчатая пружина, которая прижимается к нему специальной регулировочной шайбой.

5) Регулировочное кольцо имеет радиальные отверстия, в которых установлены штифты, фиксирующие регулировочное кольцо в заданном осевом положении.

6) С края отверстия шарошки запрессована защитная шайба.

7) С наружной стороны шарошки установлен защитный сальник, выполненный в виде металлического кольца, изготовленного из антифрикционного материала и поджимаемого к защитной шайбе упругим кольцом, установленном в торце цапфы.

Так как шарошка опирается на два подшипника качения, то устраняется ее неопределенность базирования, повышается устойчивость ее работы. Два конических подшипника позволяют ей воспринимать радиальную нагрузку и осевую нагрузку в обоих направлениях. Установка регулировочного кольца с тарельчатой пружиной позволяют устранить осевые зазоры в опоре, а следовательно, снизить вибрации шарошки. Кроме того, это снижает контактные напряжения в подшипнике. Защитная шайба и сальник в виде металлического кольца, изготовленного из антифрикционного материала, и упругого кольца изолируют опору от внешней среды. Все это существенно повышает долговечность подшипниковой опоры шарошки.

Сущность изобретения поясняется рисунком, где показано осевое сечение шарошки.

На цапфе 1 запрессованы конические роликоподшипники 2 и 3. Подшипники 2 и 3 установлены в распор на расстоянии b между центральными плоскостями качения. В подшипниках 2 и 3 установлена шарошка 4 с возможностью свободного вращения вокруг своей оси. На наружной поверхности шарошки закреплено вооружение в виде твердосплавных штифтов (не показаны). Торец шарошки 4 установлен на расстоянии a до центральной оси качения подшипника 2 и на расстоянии c до вершины центрального штифта шарошки. С торца подшипник 3 поджимается шайбой 5, которая закреплена на цапфе с помощью болта и штифта (не показано). Между подшипниками 2 и 3 установлены регулировочное кольцо 6, имеющее радиально расположенные конические отверстия, и тарельчатая пружина 7. Регулировочное кольцо 6 центрируется в отверстии шарошки 4. В осевом направлении регулировочное кольцо 6 фиксируется коническими штифтами 8, тем самым прижимая тарельчатую пружину 7 к наружному кольцу подшипника 3. Наружное кольцо подшипника 3 установлено с возможностью осевого смещения под действием тарельчатой пружины 7. Со стороны большого торца шарошки запрессована защитная шайба 9. К защитной шайбе 9 прижимается кольцо 10, на которое воздействует упругое кольцо 11, установленное в пазу торца цапфы 1. Защитная шайба 9 и кольцо 10 выполнены из материалов, представляющих собой антифрикционную пару.

Работа шарошки осуществляется следующим образом. При вращении бурового долота (не показано) вокруг оси O-O на цапфе 1 в подшипниках 2 и 3 за счет трения о грунт свободно вращается шарошка 4. Радиальная нагрузка воспринимается обоими подшипниками 2 и 3, осевая нагрузка, действующая в направлении от оси вращения долота O-O, воспринимается подшипником 2. Осевая нагрузка, действующая в направлении к оси вращения долота O-O, воспринимается подшипником 3 через штифты 8, регулировочное кольцо 6 и упругую тарельчатую пружину 7. Смещение подшипника 3 относительно цапфы 1 предотвращается шайбой 5. Тепловая деформация цапфы 1 также компенсируется тарельчатой пружиной 7. Попадание в подшипники 2 и 3 внешней среды предотвращают защитная шайба 9, кольцо 10 и упругое кольцо 11. Кольцо 9 вращается вместе с шарошкой 4. Так как защитная шайба 9 и кольцо 10 выполнены из антифрикционных материалов, то при вращении шарошки 4 между шайбой 9 и кольцом 10 осуществляется проскальзывание, а упругое кольцо 11 и кольцо 10 остаются неподвижными относительно цапфы 1.

Наиболее высокая работоспособность шарошки обеспечивается при оптимальном соотношении между параметрами опоры а, b и c.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения заключается в следующем:

1. Повышается долговечность подшипниковой опоры шарошки, так как она устойчиво опирается на два подшипника, которые воспринимают и радиальную нагрузку и осевую нагрузку в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

2. Подшипниковая опора работает устойчиво, уменьшается вибрация шарошки, так как в подшипниках отсутствует осевой зазор.

3. Снижается стоимость долота, так как в качестве опоры используются стандартные подшипники, отпадает необходимость при изготовлении долота осуществлять высокоточную обработку рабочих поверхностей шарошки.

Источники информации:

1. Патент США N 114641976

2. Патент США N 114061376

3. Корнеев К.Е., Палий П.А. Буровые долота. Справочник. - Москва: изд. "Недра", 1965, стр. 14.