张晓东,罗毅,张也,何石,唐南

(1.西南石油大学 机电工程学院，成都 610500；2.西南油气分公司，成都 610016)

涡轮钻具具有钻速高、效率高及适合在所有地层中钻进和破岩等优点，在油田应用中显示出了良好的技术优势和经济效益，越来越受到钻井界的重视。但因其较高的钻速和恶劣的井下工况使得涡轮钻具的寿命不高，约为150～200 h。而影响涡轮钻具寿命最直接的因素就是其装用的滚动轴承，所以提高轴承寿命对保证涡轮钻具的工作寿命意义重大。

1 滚道受力分析

四点接触球轴承是为了解决涡轮钻具既要承受较大的轴向力还要承受轻微径向力而设计的专用非标轴承，目前正在使用的有圆形滚道和平面滚道2种。四点接触球轴承的接触问题是多体接触、摩擦、滑动、材料非线性问题及几何非线性问题的复合接触问题，有必要对其进行合理的简化。忽略轴承接触问题中涉及的几何非线性和材料非线性问题，使轴承接触问题归属于纯边界非线性问题[1]。以自制7"涡轮钻具轴承组(图1)为例进行分析，其结构参数为：D=150 mm，d=85 mm，B=35 mm，每套四点接触球轴承有16粒球，钢球直径为22.225 mm；工况条件为带固相颗粒的钻井液润滑，轴向重载。为简化计算，沿周向取轴承的1/16，并沿轴向再截取内、外圈的二分之一。

图1 7"涡轮钻具轴承组

由于轴承内、外圈为圆柱体，故在x-z平面内钢球与滚道的接触形式均为圆面-圆面接触；而在坐标系x-y平面内，钢球和滚道的接触形式可以为圆面-平面、圆面-弧形面、圆面-圆面。……