CN212028324U - 滑动推力轴承及其聚晶金刚石止推环 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种滑动推力轴承及其聚晶金刚石止推环，所述止推环包括：具有预定厚度的环状基体，在沿着厚度方向，环状基体包括相对的第一表面和第二表面，环状基体的第一表面向内沿着圆周方向开设有环形槽；环状基体的第二表面向内沿着圆周方向开设有多个与环形槽相连通的通道；铸造碳化钨填充层，铸造碳化钨填充层位于环形槽和通道中，铸造碳化钨填充层在靠近环状基体的第一表面处形成有多个沿着圆周方向分布的安装孔；呈圆柱型的聚晶金刚石摩擦部，聚晶金刚石摩擦部安装在安装孔中，并且聚晶金刚石摩擦部的一端伸出第一表面预定高度。本实用新型提供的滑动推力轴承使用时具有较长的寿命，而且成本较低、可靠性较高。

Description

滑动推力轴承及其聚晶金刚石止推环

技术领域

本实用新型涉及工程元件技术领域，尤其涉及一种滑动推力轴承及其聚晶金刚石止推环。

背景技术

推力轴承是矿场井下工具(螺杆钻具、涡轮钻具、旋转导向、井下发电机等)的易损部件，在对井下工具进行维修时，更换止推轴承是主要工作内容之一。

现有技术中井下工具一般配置四支点滚动推力轴承，如图1所示，该四支点滚动推力轴承由静环1、动环2和钢球3组成。所述静环1、动环2和钢球3的材质为轴承钢(常采用55SiMoV)。为了在一定程度上提高该轴承钢的硬度，可以采用渗碳、渗氮或碳氮共渗等热处理及表面强化工艺措施，使得硬度达到HRC50～65。

但因井下工具工作环境中含有大量的固相颗粒(如铁矿粉、石英砂、岩屑等)，这些微颗粒会对轴承静环1、动环2及钢球3摩擦工作面造成严重的磨损(主要是磨粒磨损)，导致静环1、动环2及钢球3快速磨损。一般的，井下工具推力轴承的寿命能与井下工具整机的寿命同步，至少需要能达到300～600h以上。而井下工具四支点滚动推力轴承的工作寿命只有150～300h，并且冷却润滑循环流体介质中固相含量越高，推力轴承寿命越短，不能满足现实使用需要。

另外，现有技术中，为了提高轴承的使用寿命，也提出了一种新的滑动推力轴承的PDC止推环。但是该PDC止推环整体上制造成本高，易碎，不耐冲击。

因此，有必要提供一种新的滑动推力轴承及其聚晶金刚石止推环，以较佳地满足井下工具的使用需求。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本实用新型的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

实用新型内容

为了克服现有技术中的至少一个缺陷，本实用新型提供了一种滑动推力轴承及其聚晶金刚石止推环，不仅能保证使用时具有较长的寿命，而且成本较低、可靠性较高，能满足井下工具的综合使用需求。

为了实现上述目的，本实用新型提供了如下的技术方案。

一种滑动推力轴承，所述滑动推力轴承包括：具有预定厚度的环状基体，在沿着所述厚度方向，所述环状基体包括相对的第一表面和第二表面，所述环状基体的第一表面向内沿着圆周方向开设有环形槽；所述环状基体的第二表面向内沿着圆周方向开设有多个与所述环形槽相连通的通道；铸造碳化钨填充层，所述铸造碳化钨填充层位于所述环形槽和所述通道中，所述铸造碳化钨填充层在靠近所述环状基体的第一表面处形成有多个沿着圆周方向分布的安装孔；呈圆柱型的聚晶金刚石摩擦部，所述聚晶金刚石摩擦部安装在所述安装孔中，并且所述聚晶金刚石摩擦部的一端伸出所述第一表面预定高度。

在一个优选的实施方式中，所述环状基体材质的硬度为HRC30～HRC40。

在一个优选的实施方式中，所述铸造碳化钨填充层中铸造碳化钨的粒度为50～200目。

在一个优选的实施方式中，所述聚晶金刚石摩擦部的直径为4mm～19mm。

在一个优选的实施方式中，所述聚晶金刚石摩擦部的总高度为4mm～14mm，所述聚晶金刚石摩擦部出露所述环状基体的高度为1mm～3mm。

在一个优选的实施方式中，相邻2颗所述聚晶金刚石摩擦部的中心轴线之间在圆周方向上的距离小于所述聚晶金刚石摩擦部直径的2倍。

一种滑动推力轴承，所述滑动推力轴承包括相匹配的聚晶金刚石动环和聚晶金刚石静环，所述聚晶金刚石动环、所述聚晶金刚石静环为上述任一所述的聚晶金刚石止推环。

在一个优选的实施方式中，所述聚晶金刚石静环和所述聚晶金刚石动环的聚晶金刚石摩擦部的直径相同，所述聚晶金刚石静环上聚晶金刚石摩擦部的颗数与所述聚晶金刚石动环上聚晶金刚石摩擦部的颗数不同。

在一个优选的实施方式中，所述聚晶金刚石静环上聚晶金刚石摩擦部的颗数比所述聚晶金刚石动环上聚晶金刚石摩擦部的颗数多一颗。

有益效果

本实用新型实施方式提供一种滑动推力轴承及其聚晶金刚石止推环，针对现有技术中存在的PDC止推环整体上制造成本高，易碎，不耐冲击的问题，提供了一种新的聚晶金刚石止推环，改变了聚晶金刚石摩擦部与环状基体的连接方式，通过在环状基体上开设环形槽和与环形槽连通的通道，并且在环形槽和通道中设置铸造碳化钨填充层，后续铸造碳化钨填充层与聚晶金刚石摩擦部之间可以通过铜合金或镍合金或锌合金采用高温无压浸渍烧结方法焊接在一起，整体上，能够降低聚晶金刚石止推环的制造成本，提高止推环的耐冲击性能，延长使用寿命，能较好地满足井下工具的综合使用需求。

参照后文的说明和附图，详细公开了本实用新型的特定实施方式，指明了本实用新型的原理可以被采用的方式。应该理解，本实用新型的实施方式在范围上并不因而受到限制。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本实用新型公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本实用新型的理解，并不是具体限定本实用新型各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本实用新型的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本实用新型。在附图中：

图1是现有技术中轴承钢四支点滚动推力轴承结构示意图；

图2是本申请实施方式中提供的一种滑动推力轴承结构示意图；

图3是本申请实施方式中提供的聚晶金刚石滑动推力轴承中以聚晶金刚石动环为例的聚晶金刚石止推环结构示意图；

图4是图3的俯视图；

图5是聚晶金刚石止推环的环状基体剖面结构示意图；

图6是图5的俯视图。

附图标记说明：

1、静环；

2、动环；

3、钢球；

4、聚晶金刚石静环；

5、聚晶金刚石动环；51、环状基体；511、环形槽；5110、中心圆；512、通道；52、铸造碳化钨填充层；53、聚晶金刚石摩擦部；54、第一表面；55、第二表面。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请结合参阅图2至图6，本实用新型实施方式提供了一种滑动推力轴承。如图2所示，所述滑动推力轴承可以包括：相配对的聚晶金刚石静环4和聚晶金刚石动环5。所述聚晶金刚石静环4和聚晶金刚石动环5均为聚晶金刚石止推环。在本实施方式中，以聚晶金刚石动环5为例对聚晶金刚石止推环展开进行介绍，聚晶金刚石静环4可以类比参照。

如图3至图4所示，为本申请实施方式中所提供的一种聚晶金刚石止推环，该聚晶金刚石止推环可以包括：环状基体51、铸造碳化钨填充层52、聚晶金刚石摩擦部53。整体上，该聚晶金刚石摩擦部53通过铸造碳化钨填充层52过渡后与环状基体51相连接，能够降低聚晶金刚石止推环的制造成本，提高聚晶金刚石止推环的耐冲击性能，延长使用寿命。

如图5至图6所示，在本实施方式中，该环状基体51具有预定厚度，在沿着所述厚度方向，所述环状基体51包括相对的第一表面54和第二表面55。一般的，井下工具轴承基体材料在保证材料基本性能的前提下越硬越好，但如果轴承基体选用的材料太硬，后导致韧性差，容易裂。在本实施方式中，所述环状基体51材质的硬度为HRC30～HRC40，可以较佳地满足井下工具轴承的使用需求。具体的，环状基体51可以采用4145H优质合金钢棒料，经锻造、调质、车、钻、铣、磨加工形成一个第一表面54的环形槽511。

所述环状基体51的第一表面54向内沿着圆周方向开设有环形槽511。该环形槽511的深度为H。具体的，该环形槽511的深度需要保证在该环形槽511内设置一定厚度的铸造碳化钨填充层52后还具有一定的容纳空间用于安装聚晶金刚石摩擦部53。所述环状基体51的第二表面55向内沿着圆周方向开设有多个与所述环形槽511相连通的通道512。

在本实施方式中，铸造碳化钨填充层52设置在所述环形槽511和所述通道512中。所述铸造碳化钨填充层52中铸造碳化钨的粒度为50～200目。其中，所述铸造碳化钨填充层52在靠近所述环状基体51的第一表面54处形成有多个沿着圆周方向分布的安装孔。该安装孔用于安装聚晶金刚石摩擦部53。

具体的，该铸造碳化钨填充层52与聚晶金刚石摩擦部53之间可以通过铜合金或镍合金或锌合金采用高温无压浸渍烧结方法焊接在一起。采用高温无压浸渍烧结时，焊接材料通过该通道512从所述环状基体51的第二表面55流向第一表面54。

本申请实施方式中，由于采用高温无压浸渍烧结时焊接材料通过该通道512从所述环状基体51的第二表面55流向第一表面54，该通道512的数量与聚晶金刚石摩擦部53的颗数相同或相接近(例如，可以略少或略多)。

该通道512的直径可以为2毫米～8毫米(mm)。该通道512具有中心线，所述环形槽511具有中心圆5110，所述通道512横截面的中心位于该中心圆5110上，能够保证在通过该通道512和环形槽511注入铸造碳化钨时，形成厚度均匀的铸造碳化钨填充层52。

在本实施方式中，该聚晶金刚石摩擦部53可以呈圆柱型。所述聚晶金刚石摩擦部53的直径为4mm～19mm。具体的，该聚晶金刚石摩擦部53的直径可以与轴承的尺寸相匹配，当轴承具有较大直径时，该聚晶金刚石摩擦部53的直径可以选用较小的直径尺寸；当轴承具有较小直径时，该聚晶金刚石摩擦部53的直径可以选用较大的直径尺寸。

该聚晶金刚石摩擦部53采用优质金刚石微粉经过超高温高压烧结制得的，磨耗比达到5×10⁴～10×10⁴，耐磨性极高，特别适合应用于工况恶劣的井下工具推力轴承摩擦面，工作寿命长。

所述聚晶金刚石摩擦部53安装在所述安装孔中，并且所述聚晶金刚石摩擦部53的一端伸出所述第一表面54预定高度。在一个实施方式中，所述聚晶金刚石摩擦部53的总高度为4mm～14mm，所述聚晶金刚石摩擦部53出露所述环状基体51的预定高度(出露高度)h为1mm～3mm。该出露高度h范围，主要考虑轴承在井下工作时冷却润滑介质(钻井液)能流过去，同时考虑轴承的磨损，进行综合优选。随轴承的逐渐磨损，这个出露高度越来越小，直到出露高度被完全磨损。当该出露高度h在1mm～3mm之间时，不仅能够保证冷却润滑介质顺利流通，而且还具有较长的使用寿命。

在一个实施方式中，相邻2颗所述聚晶金刚石摩擦部53的中心轴线之间在圆周方向上的距离小于所述聚晶金刚石摩擦部53直径的2倍。

如图2所示，滑动推力轴承设有两个相互配合的圆柱聚晶金刚石止推环，其中一个止推环为聚晶金刚石静环4，另一个止推环为聚晶金刚石动环5。通常情况下，聚晶金刚石静环4和聚晶金刚石动环5各颗圆柱聚晶金刚石的直径相同，聚晶金刚石静环4上的聚晶金刚石摩擦部53的颗数与聚晶金刚石动环5上的聚晶金刚石摩擦部53的颗数相差1颗，以避免接触应力变化过大。

假设聚晶金刚石静环4和聚晶金刚石动环5上圆周方向每相邻两颗聚晶金刚石之间的距离大于聚晶金刚石直径，聚晶金刚石静环4和聚晶金刚石动环5转动时聚晶金刚石动环5上的某一颗聚晶金刚石摩擦部53在某一瞬间有可能掉入聚晶金刚石静环4的两颗聚晶金刚石摩擦部53之间的缝隙。因此，止推环(包括聚晶金刚石静环4和聚晶金刚石动环5)上任何两颗相邻聚晶金刚石摩擦部53之间的距离不能大于聚晶金刚石摩擦部53的直径。

在本实施方式中，所述聚晶金刚石静环4上聚晶金刚石摩擦部53的颗数与所述聚晶金刚石动环5上聚晶金刚石摩擦部53的颗数不同。如果聚晶金刚石静环4上的聚晶金刚石摩擦部53数量与聚晶金刚石动环5上的聚晶金刚石摩擦部53数量一样，聚晶金刚石动环5运动时，其上的所有聚晶金刚石摩擦部53会同时陷入聚晶金刚石静环4上的所有聚晶金刚石摩擦部53之间的间隙，这样推力轴承就会损坏，也就不能正常工作。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以上所述仅为本实用新型的几个实施方式，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容，可以对本实用新型实施方式进行各种改动或变型而不脱离本实用新型的精神和范围。

Claims (9)

1.一种滑动推力轴承的聚晶金刚石止推环，其特征在于，包括：

具有预定厚度的环状基体，在沿着所述厚度方向，所述环状基体包括相对的第一表面和第二表面，所述环状基体的第一表面向内沿着圆周方向开设有环形槽；所述环状基体的第二表面向内沿着圆周方向开设有多个与所述环形槽相连通的通道；

铸造碳化钨填充层，所述铸造碳化钨填充层位于所述环形槽和所述通道中，所述铸造碳化钨填充层在靠近所述环状基体的第一表面处形成有多个沿着圆周方向分布的安装孔；

呈圆柱型的聚晶金刚石摩擦部，所述聚晶金刚石摩擦部安装在所述安装孔中，并且所述聚晶金刚石摩擦部的一端伸出所述第一表面预定高度。

2.如权利要求1所述的滑动推力轴承的聚晶金刚石止推环，其特征在于，所述环状基体材质的硬度为HRC30～HRC40。

3.如权利要求1所述的滑动推力轴承的聚晶金刚石止推环，其特征在于，所述铸造碳化钨填充层中铸造碳化钨的粒度为50～200目。

4.如权利要求1所述的滑动推力轴承的聚晶金刚石止推环，其特征在于，所述聚晶金刚石摩擦部的直径为4mm～19mm。

5.如权利要求1所述的滑动推力轴承的聚晶金刚石止推环，其特征在于，所述聚晶金刚石摩擦部的总高度为4mm～14mm，所述聚晶金刚石摩擦部出露所述环状基体的高度为1mm～3mm。

6.如权利要求1所述的滑动推力轴承的聚晶金刚石止推环，其特征在于，相邻2颗所述聚晶金刚石摩擦部的中心轴线之间在圆周方向上的距离小于所述聚晶金刚石摩擦部直径的2倍。

7.一种滑动推力轴承，其特征在于，所述滑动推力轴承包括相匹配的聚晶金刚石动环和聚晶金刚石静环，所述聚晶金刚石动环、所述聚晶金刚石静环为权利要求1至6任一所述的聚晶金刚石止推环。

8.如权利要求7所述的滑动推力轴承，其特征在于，所述聚晶金刚石静环和所述聚晶金刚石动环的聚晶金刚石摩擦部的直径相同，所述聚晶金刚石静环上聚晶金刚石摩擦部的颗数与所述聚晶金刚石动环上聚晶金刚石摩擦部的颗数不同。

9.如权利要求8所述的滑动推力轴承，其特征在于，所述聚晶金刚石静环上聚晶金刚石摩擦部的颗数比所述聚晶金刚石动环上聚晶金刚石摩擦部的颗数多一颗。

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