一种可实现自冷却的滚滑复合轴承的制作方法

本实用新型涉及钻探钻具技术领域，特别涉及一种可实现自冷却的滚滑复合轴承。

背景技术：

钻头是钻井工程中用以破碎岩石、形成井筒的破岩工具。现今钻井工程中所使用的常规钻头主要有三牙轮钻头、聚晶金刚石复合片钻头(即PDC钻头)和冲旋钻头(也称旋冲钻头或钎头)等。

PDC钻头是一种利用聚晶金刚石复合片(即PDC齿)对岩石的刮切或剪切作用破岩的钻头。由于在切削元件性能以及破岩方式方面具备了突出的优越性，所以PDC钻头在软至中硬地层的破岩效率明显高于三牙轮钻头。当PDC钻头在较硬地层钻进时，靠纯剪切状态破碎岩石，钻头心部切削齿相对外围切削齿切削线速度很低，PDC钻头头部难于侵入(吃入)井底岩石表面，导致PDC钻头钻进速度变慢，严重制约PDC钻头的破岩效率；特别是当PDC齿发生一定程度磨损后，侵入难度更高，导致钻头在井底打滑，钻速极慢。因此，在PDC钻头头部中心位置设置了破碎钻头，破碎钻头与钻头体间轴承连接。

现有技术中，轴承分为滑动轴承和滚动轴承。常规的滑动轴承承载面积大，能承受重载，但轴承摩擦副摩擦系数大，摩擦生热率高，在润滑和冷却条件较差的情况下，不适宜于较高转速的运行。滚动轴承摩擦副之间的接触为高副点线接触，轴承部件间在运转时作滚动运行，故摩擦系数小，摩擦生热率低，可承受高转速，但因其为点线接触，赫兹应力高，不适于在重载或冲击地状况下使用。因而，在破碎钻头与钻头体间设置的轴承连接存在以下技术问题：1、破碎钻头与钻头是在高载荷、强冲击及较高转速下连续不断地切削岩石，由于剧烈摩擦产生的热量会使钻头达到相当高的温度，当温度超过最大热负荷时，钻头对轴承的磨损速度明显上升，不具备冷却条件的情况下容易导致热磨损现象的发生。2、滚动轴承虽然摩擦生热率相对较低，但赫兹应力高，不具备高速重载的特性。

因此，针对上述技术问题，亟需研究一种在破碎钻头与钻头体高速转动切削岩石的时候，可快速冷却的连接轴承，以免在不具备冷却条件的情况下容易导致热磨损现象的发生。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于：为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种可实现自冷却的滚滑复合轴承，可快速实现自冷却，且可承受较高的载荷和转速。

本实用新型为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

一种可实现自冷却的滚滑复合轴承，包括内回转体、外回转体以及内回转体和外回转体之间的环形安装槽，所述环形安装槽内安设有若干个滚动体和若干个浮动支撑块，所述浮动支撑块内设有空心腔，所述空心腔内填设有低熔点金属，所述内回转体和所述浮动支撑块均采用具有伸缩性好的耐磨材料制成，所述浮动支撑块内的低熔点金属相变为液体时，所述浮动支撑块的高度大于所述滚动体的直径。

本实用新型基础方案的工作原理：滚滑复合轴承的内外回转体之间的环形安装槽中设置浮动支撑滑块，使轴承在做滚动的时候可由浮动支撑块分担部分机械载荷，减小滚动体的赫兹应力，可使该滚滑复合轴承承受较高的载荷和转速，满足破碎钻头和钻头组成的复合钻头在承受较重载荷转速运转的要求；复合钻头破岩前，空心腔内的低熔点金属在常温下为固体状态，破碎钻头可在滚滑复合轴承的内回转体中高速旋转，便于破碎钻头侵入岩石表面，并能攻破较硬地层，而此时由于破碎钻头及滚滑复合轴承的内回转体高速旋转，剧烈摩擦产生的热量可被低熔点金属吸收，降低滚滑复合轴承的温度，减小滚滑复合轴承热负荷，避免热磨损现象的发生；进一步，浮动支撑滑块内的低熔点金属吸收大量热量后由固体变为液体过程中吸热膨胀，体积变大，而滚滑复合轴承的内回转体和浮动支撑块均采用具有伸缩性好的耐磨材料制成，浮动支撑块由于低熔点合金的相变使得滚滑复合轴承的内回转体向内与破碎钻头抵死，由此使得破碎钻头和钻头体作为一体式结构高转速、强冲击的配合钻进，可有效提高复合钻头的钻进效率。

进一步，所述轴承用于在钻头心部安装可拆卸连接的破碎钻头。有益效果：可实现破碎钻头可拆卸安装在钻头的心部或呈一体连接设置在钻头心部，提高钻头心部的破岩效率，适应攻破较硬地层。

进一步，所述滚动体与浮动支撑块的数量相同，且所述滚动体与所述浮动支撑块相互间隔设置。有益效果：既可以通过滚动体保持轴承高转速的特性，又能通过浮动支撑块提高轴承的承载和耐冲击能力，且当浮动支撑块内的低熔点金属发生相变反应由固体变为液体，体积增大的时候，也可从滚滑复合轴承的内回转体外侧周向向内挤压，使得滚滑复合轴承的内回转体向内与破碎钻头锁紧效果更好。

进一步，所述浮动支撑块的两侧与所述滚动体相抵。有益效果：使得浮动支撑做和滚动体在环形安装槽内连接为一个整体，提高轴承抗击高载荷和强冲击及较高转速的能力。

进一步，所述低熔点金属为为熔点在60℃-85℃的铟基铋基合金。有益效果：采用铟基、铋基合金的低熔点金属作为相变材料，其安全无毒，不腐蚀铝和铜，热导率高；且铟基铋基合金的熔点可根据产生的热量调节，根据不同需要制得不同熔点的铟基铋基合金，方便取得。

进一步，所述低熔点金属为Sn或含Sn的合金。有益效果：Sn或含Sn的合金的低熔点金属相变稳定，长时间存放在浮动支撑块内也不容易变质。

进一步，所述浮动支撑块与内回转体和外回转体的连接面为弧形面，所述浮动支撑块呈平行块结构或者扇形块结构。有益效果：在浮动支撑块不膨胀体积变大的时候，作为与滚动体间的连接件，用于提高轴承抗击高载荷和强冲击及较高转速的能力，从而设置为与内回转体和外回转体相对应的连接面，以免与内回转体和外回转体产生磨损。

进一步，所述内回转体和所述浮动支撑块采用铜或铝合金制成。有益效果：铜或铝合金价格低，方便取得；铜或铝合金常温下为较硬固体，便于破碎钻头高速旋转；而铜或铝合金在高温下具有较好的延展性，在浮动支撑块体积膨胀增大的时候可顺利使得内回转体向内与破碎钻头抵死。

进一步，所述滚动体设为实心滚柱。有益效果：增强结构刚度，提高承载能力。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型钻头体心部设置有用于安装破碎钻头的滚滑复合轴承，可实现破碎钻头与钻头体可拆卸连接，从而破碎钻头与外部钻头为相互独立的旋转破岩钻进方式，通过破碎钻头侵入岩石表面后再由复合钻头共同钻井，提高钻头心部的破岩效率，可顺利攻破较硬地层。

2、本实用新型滚滑复合轴承内设有浮动支撑滑块和滚动体，滚动体与浮动支撑块的数量相同，且滚动体与浮动支撑块相互间隔设置，保持轴承较高转速特性的同时可由浮动支撑块分担部分机械载荷，减小滚动体的赫兹应力，可使该滚滑复合轴承承受较高的载荷和转速，满足破碎钻头和钻头组成的复合钻头在承受较重载荷转速运转的要求。

3、本实用新型中滚滑复合轴承内的浮动支撑滑块中空设置，且空心腔内填设有低熔点金属，低熔点金属常温下状态稳定，在破碎钻头或钻头体高速旋转的时候，剧烈摩擦产生的热量可被低熔点金属吸收，降低滚滑复合轴承及复合钻头的温度，减小滚滑复合轴承热负荷，避免热磨损现象的发生，延长钻头的使用寿命，降低钻井成本。

4、本实用新型中内回转体和浮动支撑块均采用具有伸缩性好的耐磨材料制成，优选为采用铜或铝合金制成，从而浮动支撑块由于低熔点合金吸收大量热量后相变使得滚滑复合轴承的内回转体向内与破碎钻头抵死，且浮动支撑块沿内回转体周向设置，由此滚滑复合轴承的内的浮动支撑块沿回转体外侧周向向内挤压，使得滚滑复合轴承的内回转体向内与破碎钻头锁紧效果更好；由此使得破碎钻头和钻头体由可拆卸的连接关系构成一体式结构高转速、强冲击的配合钻进岩石，可有效提高复合钻头的钻进效率。

附图说明

本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是；本实用新型一种可实现自冷却的滚滑复合轴承实施例的示意图；

图2是；本实用新型一种可实现自冷却的滚滑复合轴承实施例浮动支撑块膨胀前的示意图；

图3是：本实用新型一种可实现自冷却的滚滑复合轴承实施例浮动支撑块膨胀后的示意图。

附图标记：1-滚滑复合轴承、2-内回转体、3-外回转体、4-环形安装槽、5-滚动体、6-浮动支撑块、7-破碎钻头、8-钻头体。

具体实施方式

为了本技术领域的人员更好的理解本实用新型，下面结合附图和以下实施例对本实用新型作进一步详细描述。

如图1和图3所示，本实施例提供一种可实现自冷却的滚滑复合轴承，滚滑复合轴承1用于在钻头心部安装可拆卸连接的破碎钻头7，可实现破碎钻头7可拆卸安装在钻头的心部或呈一体连接的设置在钻头心部，提高钻头心部的破岩效率，适应攻破较硬地层；滚滑复合轴承1包括内回转体2、外回转体3以及内回转体2和外回转体3之间形成的环形安装槽4，环形安装槽4内安设有8个滚动体5和8个浮动支撑块6，滚动体5与浮动支撑块6相互间隔设置，且浮动支撑块6的两侧与滚动体5相抵，该滚滑复合轴承1既可以通过滚动体5保持轴承高转速的特性，又能通过浮动支撑块6和滚动体5在环形安装槽4内连接为一个整体，提高轴承抗击高载荷和强冲击及较高转速的能力。

进一步，浮动支撑块6内设有空心腔，空心腔内填设有低熔点金属，低熔点金属优选为熔点在60℃-85℃的铟基铋基合金，采用铟基、铋基合金的低熔点金属作为相变材料，其安全无毒，不腐蚀铝和铜，热导率高；且铟基铋基合金的熔点可根据产生的热量调节，根据不同需要制得不同熔点的铟基铋基合金，方便取得；低熔点金属亦可选或者Sn或含Sn的合金，Sn或含Sn的合金的低熔点金属相变稳定，长时间存放在浮动支撑块6内也不容易变质。内回转体2和所述浮动支撑块6均采用具有伸缩性好的耐磨材料制成，浮动支撑块6内的低熔点金属相变为液体时，浮动支撑块6的高度大于滚动体5的直径。具体地，内回转体2和浮动支撑块6采用铜或铝合金制成，铜或铝合金价格低，方便取得；铜或铝合金常温下为较硬固体，便于破碎钻。

头高速旋转；而铜或铝合金在高温下具有较好的延展性，在浮动支撑块6体积膨胀增大的时候由于低熔点金属相变为液体，浮动支撑块6的高度大于滚动体5的直径，从而浮动支撑块6可顺利在环形安装槽4内使得内回转体2向内与破碎钻头7抵死，进而使得破碎钻头7与设置在外回状体上的钻头相互锁紧，而绕着内回转体2周向设置的浮动支撑块6沿着破碎钻头7径向向内挤压破碎钻头7，使得滚滑复合轴承1的内回转体2向内与破碎钻头7锁紧效果更好。

此外，滚动体5设为实心滚柱，用以增强结构刚度，提高承载能力；浮动支撑块6与内回转体2和外回转体3的连接面为弧形面，浮动支撑块6呈平行块结构或者扇形块结构，在浮动支撑块6不膨胀体积变大的时候，作为与滚动体5间的连接件，用于提高轴承抗击高载荷和强冲击及较高转速的能力，从而设置为与内回转体2和外回转体3相对应的连接面，以免与内回转体2和外回转体3产生磨损。

本例中，轴承用于在钻头心部安装可拆卸连接的破碎钻头7，具体地，滚滑复合轴承1的内回转体2外回转体3之间的环形安装槽4中设置浮动支撑滑块，使轴承在做滚动的时候可由浮动支撑块6分担部分机械载荷，减小滚动体5的赫兹应力，可使该滚滑复合轴承1承受较高的载荷和转速，满足破碎钻头7和钻头组成的复合钻头在承受较重载荷转速运转的要求；复合钻头破岩前，空心腔内的熔点在85℃的铟基铋基合金在常温下为固体状态，破碎钻头7可在滚滑复合轴承1的内回转体2中高速旋转，便于破碎钻头7侵入岩石表面，并能攻破较硬地层，而此时由于破碎钻头7及滚滑复合轴承1的内回转体2高速旋转，剧烈摩擦产生的热量可被熔点在85℃的铟基铋基合金吸收，降低滚滑复合轴承1的温度，减小滚滑复合轴承1热负荷，可快速实现自冷却，避免热磨损现象的发生；进一步，浮动支撑滑块内的熔点在85℃的铟基铋基合金吸收大量热量后达到熔点由固体变为液体过程中吸热膨胀，体积变大，而滚滑复合轴承1的内回转体2和浮动支撑块6均采用铝合金制成，浮动支撑块6由于熔点在85℃的铟基铋基合金的相变使得滚滑复合轴承1的内回转体2向内与破碎钻头7抵死，内回转体2和外回转体3相互锁紧，由此使得破碎钻头7和钻头体8作为一体式结构高转速、强冲击的配合钻进，可有效提高复合钻头的钻进效率，实用性好，可推广应用。

以上所述，仅为实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，本实用新型的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。