高速牙轮钻头单金属浮动密封机理与滚子轴承延寿研究

本项目将围绕油气钻井高速牙轮钻头用单金属浮动密封的工作机理、滚子轴承的接触疲劳延寿问题进行理论和实验研究。通过提出混合润滑状态下的理论模型并进行数值计算分析，建立单金属浮动密封的设计理论；通过对经典接触力学问题的研究，实现有限长圆柱滚子Lundberg理论对数凸型的工程化模拟替代，并建立带表面强化改性层时的滚子凸度设计理论；基于有限元接触模拟，揭示空心圆柱滚子的承载/变形机理，得出合理的空心度，进而建立有限长空心圆柱滚子弹流脂润滑的理论研究方法；基于低速脂润滑面接触滑动摩擦实验，验证金属密封在不同表面强化改性工艺下的摩擦学特性；最后基于重载低速脂润滑滚子轴承线接触摩擦副的摩擦学特性实验，检验滚子凸度设计、空心圆柱滚子的理论研究结论。项目研究成果能够为我国自主研制长寿命、高转速的滚动轴承牙轮钻头奠定坚实基础，有针对性地推广应用于各类牙轮钻头后能产生较大的经济效益，部分成果还可供其它行业借鉴。