CN212106612U

CN212106612U - 滑动推力轴承

Info

Publication number: CN212106612U
Application number: CN202020509211.9U
Authority: CN
Inventors: 谭春飞
Original assignee: China University of Petroleum Beijing
Current assignee: China University of Petroleum Beijing
Priority date: 2020-04-09
Filing date: 2020-04-09
Publication date: 2020-12-08
Anticipated expiration: 2030-04-09

Abstract

本实用新型提供了一种滑动推力轴承，包括：至少一个动环和静环，动环或静环包括：具有预定厚度的环状本体，在沿着所述厚度方向，环状本体包括相对的第一表面和第二表面，环状本体的第一表面向内沿着圆周方向间隔设置有多个安装孔；PDC复合摩擦部，包括硬质合金本体，硬质合金本体包括第一端和第二端，第一端固定在安装孔内，第二端焊接有预定厚度的金刚石层，PDC复合摩擦部镶嵌入安装孔的高度至少占整个PDC复合摩擦部高度的0.5；静环与动环的PDC复合摩擦部形成滑动摩擦副。本实用新型提供的滑动推力轴承具有较长的使用寿命，可靠性较高，能满足井下工具使用需求。

Description

滑动推力轴承

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。

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。

平底推力球轴承(GB301-84，见图1)由轴圈1、座圈2和钢球3三部分构成。其中，与轴配合的部分称轴圈1，与外壳配合的部分称座圈2。平底推力球轴承的极限转速较低。平底推力球轴承装配的关键点有两个：一个是保持架与钢球3压合质量的控制，另一个是推力球轴承组装后公称高度的控制。平底推力球轴承适用于轴向负荷较低、转速较低的机件上，例如，起重机吊钩、立式水泵、立式离心机、千斤顶、低速减速器等。当平底推力球轴承在高速条件下运转时，钢球3和滚道径向平面的接触角会受离心力影响，从而引起钢球3相对滚道的滑动。这种滑动造成的粘着磨损会损坏轴承。此外，特别是当平底推力球轴承冷却润滑介质中含有大量硬度比较高的固相颗粒(磨粒，如石英砂、岩屑等)时，平底推力球轴承的工作寿命比较短。

一般的，井下工具推力轴承寿命需要与井下工具整机寿命同步，至少需要能达到300～600h以上；而现有高载平底推力球轴承的工作寿命远远不能达到上述寿命要求。

因此，有必要提供一种新的滑动推力轴承替代现有平底推力球轴承，以较佳地满足井下工具使用需求。

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，具有较长寿命，可靠性高，能满足井下工具使用需求。

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：至少一个动环和静环，所述动环或静环包括：具有预定厚度的环状本体，在沿着所述厚度方向，所述环状本体包括相对的第一表面和第二表面，所述环状本体的第一表面向内沿着圆周方向间隔设置有多个安装孔；PDC复合摩擦部，所述PDC复合摩擦部包括硬质合金本体，所述硬质合金本体包括第一端和第二端，其中，所述第一端固定在所述安装孔内，所述第二端焊接有预定厚度的金刚石层，所述金刚石层的磨耗比在20×10⁴～100×10⁴之间所述PDC复合摩擦部镶嵌入所述安装孔的高度至少占整个所述PDC复合摩擦部高度的0.5；所述静环的PDC复合摩擦部与所述动环的PDC复合摩擦部形成滑动摩擦副。

在一个优选的实施方式中，所述PDC复合摩擦部露出所述环状本体的高度为h，所述PDC复合摩擦部的总高度为H，h/H在0.2至0.4之间。

在一个优选的实施方式中，所述PDC复合摩擦部的总高度H为5毫米-10毫米，所述金刚石层厚度为1.8毫米-2.2毫米。

在一个优选的实施方式中，所述PDC复合摩擦部呈圆柱体型，横截面直径为d；所述静环端面相邻两颗PDC复合摩擦部的中心轴线在圆周方向的距离S1<2×d，所述动环端面相邻两颗PDC复合摩擦部的中心轴线在圆周方向的距离S2<2×d。

在一个优选的实施方式中，所述静环端面相邻两颗PDC复合摩擦部的中心轴线在圆周方向的距离S1与所述动环端面相邻两颗PDC复合摩擦部的中心轴线在圆周方向的距离S2不相同。

在一个优选的实施方式中，所述静环端面上PDC复合摩擦部的总数量与所述动环端面上PDC复合摩擦部的总数量相差1颗以上。

在一个优选的实施方式中，所述滑动推力轴承包括一个静环和一个动环，所述静环的一个端面设置有PDC复合摩擦部，与所述动环的一个端面上的PDC复合摩擦部形成一对滑动摩擦副。

在一个优选的实施方式中，所述滑动推力轴承包括一个静环和两个动环，所述静环两个端面分别设置有PDC复合摩擦部，分别与两个所述动环端面上的PDC复合摩擦部形成两对滑动摩擦副。

在一个优选的实施方式中，当所述PDC复合摩擦部的高度为5毫米时，嵌入所述环状本体的高度为3.5毫米，出露高度为1.5毫米；当所述PDC复合摩擦部的高度为10.0毫米时，嵌入所述环状本体的高度为8.0毫米，出露高度2.0毫米。

有益效果

本实用新型实施方式提供一种滑动推力轴承，该滑动推力轴承中设置有PDC复合摩擦部，该PDC复合摩擦部用于摩擦的一端设置有金刚石层，该金刚石层的磨耗比达到20×10⁴～100×10⁴，耐磨性极高，特别适合用做在轴承冷却润滑介质中含有大量固相颗粒时轴承的摩擦副材质，能够大大延长滑动推力轴承的工作寿命；并且通过合理控制该PDC复合摩擦部镶嵌入安装孔的高度(即所述PDC复合摩擦部镶嵌入所述安装孔的高度至少占整个所述PDC复合摩擦部高度的0.5)，能够保证该PDC复合摩擦部在使用过程中不易从安装孔中发生脱落。

进一步的，PDC复合摩擦部在工作过程中发生滑动摩擦，会产生大量摩擦热。为了方便冷却润滑流体及时将摩擦热带走，PDC复合摩擦部出露高度不能过小；同时PDC复合摩擦部在工作过程中也会磨损，PDC复合摩擦部出露高度也是PDC复合摩擦部的最大允许磨损量。发明人对该出露高度与摩擦部的总高实h/H的比值进行了优选，该出露高度不仅能够保证冷却润滑流体的顺利流通，及时将摩擦热带走；而且具有较长的使用寿命。

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是现有技术中平底推力球轴承的结构示意图；

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动环的结构示意图；

图4是图3的剖面结构示意图；

图5是图3中动环的第一本体的结构示意图；

图6是本申请实施方式中提供的静环的结构示意图；

图7是图6的剖面结构示意图；

图8是图6中静环的第二本体的结构示意图；

图9是本申请实施方式中提供的另一种滑动推力轴承结构示意图。

附图标记说明：

1、轴圈；

2、座圈；

3、钢球；

4、动环；41、第一本体；42、第一摩擦部；43、第一安装孔；

5、静环；51、第二本体；52、第二摩擦部；53、第二安装孔。

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。

本实用新型实施方式提供了一种滑动推力轴承。如图2或图9所示，所述滑动推力轴承可以包括：至少一个动环4和静环5。

所述动环4或静环5包括：具有预定厚度的环状本体，在沿着所述厚度方向，所述环状本体包括相对的第一表面和第二表面，所述环状本体的第一表面向内沿着圆周方向间隔设置有多个安装孔；PDC复合摩擦部，所述PDC复合摩擦部包括硬质合金本体，所述硬质合金本体包括第一端和第二端，其中，所述第一端固定在所述安装孔内，所述第二端高温高压烧结焊接有预定厚度的金刚石层，所述PDC复合摩擦部镶嵌入所述安装孔的高度至少占整个所述PDC复合摩擦部高度的0.5；所述静环5的PDC复合摩擦部与所述动环4的PDC复合摩擦部形成滑动摩擦副。

在本实施方式中，该滑动推力轴承中设置有PDC复合摩擦部，并且通过合理控制该PDC复合摩擦部镶嵌入安装孔的高度，能够保证该PDC复合摩擦部在使用过程中不易从安装孔中发生脱落。

进一步的，所述PDC复合摩擦部露出所述环状本体的高度为h，所述PDC复合摩擦部的总高度为H，h/H在0.2至0.4之间。

PDC复合摩擦部在工作过程中发生滑动摩擦，会产生大量摩擦热。为了方便冷却润滑流体及时将摩擦热带走，PDC复合摩擦部出露高度不能过小；同时PDC复合摩擦部在工作过程中也会磨损，PDC复合摩擦部出露高度也是PDC复合摩擦部的最大允许磨损量。实验表明：h/H的比值在0.2-0.4之间，不仅能够保证冷却润滑流体的顺利流通，及时将摩擦热带走；同时具有较长的使用寿命。

在一个实施方式中，所述PDC复合摩擦部的总高度H为5毫米-10毫米，所述金刚石层厚度为1.8毫米-2.2毫米。

具体的，当所述PDC复合摩擦部的高度为5毫米时，嵌入所述环状本体的高度为3.5毫米，出露高度为1.5毫米。当所述PDC复合摩擦部的高度为10毫米时，嵌入所述环状本体的高度为8.0毫米，出露高度2.0毫米。

在本实施方式中，该金刚石层厚度作为摩擦接触层，其厚度可以等于或大于出露高度。所述金刚石层的磨耗比在20×10⁴～100×10⁴之间。通过在该硬质合金本体上高温高压烧结焊接该磨耗比的金刚石层，能够大大提高该摩擦部的耐磨性和使用寿命，特别适合用做在轴承冷却润滑介质中含有大量固相颗粒时轴承的摩擦副材质。当PDC复合摩擦部出露高度与总高度的比值在0.2-0.4之间，且出露高度为1.5毫米-3.0毫米时，PDC复合摩擦部的镶嵌效果是：既稳定可靠，又有足够的预留磨损量和散热条件，不易发生热磨损，大大延长了使用寿命。

在本实施方式中，所述PDC复合摩擦部呈圆柱体型，横截面直径为d；所述静环5端面相邻两颗PDC复合摩擦部的中心轴线在圆周方向的距离S1<2×d，所述动环4端面相邻两颗PDC复合摩擦部的中心轴线在圆周方向的距离S2<2×d。

如果静环5、动环4圆周方向相邻两颗PDC复合摩擦部外径(唇边)之间的圆周方向距离(弧长)大于PDC复合摩擦部直径，动环4相对静环5转动时动环4上的PDC复合摩擦部会陷入静环5两颗PDC复合摩擦部之间的缝隙。因此，两颗PDC复合摩擦部外径之间的最大圆周方向距离不能大于PDC复合摩擦部直径，也就是说相邻两颗PDC复合摩擦部中心轴线之间的圆周方向距离不能大于2倍PDC复合摩擦部直径。

所述静环5端面相邻两颗PDC复合摩擦部的中心轴线在圆周方向的距离S1与所述动环4端面相邻两颗PDC复合摩擦部的中心轴线在圆周方向的距离S2不相同。所述静环5端面上PDC复合摩擦部的总数量与所述动环4端面上PDC复合摩擦部的总数量相差1颗以上。

上述滑动推力轴承的静环5端面PDC复合摩擦部总数量与动环4端面PDC复合摩擦部总数量相差1颗(含1颗)以上。如果静环5上的PDC复合摩擦部数量与动环4上的PDC复合摩擦部数量一样，动环4运动时，动环4上的所有PDC复合摩擦部会同时与静环5上所有PDC复合摩擦部有最大接触面积和最小接触面积，这样滑动推力轴承动环4和静环5摩擦副之间的接触总面积就会发生较大幅度波动(即一会儿大，一会儿小)，当接触面积最小时PDC复合摩擦部受到的最大接触应力有可能达到或超过摩擦副材料的强度极限，就会很快被损坏，轴承就不能正常工作。

为了使轴承工作期间，动环4的PDC复合摩擦部与静环5的PDC复合摩擦部之间的接触总面积只发生较小幅度变化或基本不变，动环4上的PDC复合摩擦部数量与静环5上的PDC复合摩擦部数量不一样即可，也就是说PDC滑动推力轴承的静环5端面PDC复合摩擦部总数量与动环4端面PDC复合摩擦部总数量相差1颗(含1颗)以上。

在本申请说明书的实施方式中，该滑动推力轴承可以包括一个静环5和至少一个动环4。

在一个实施方式中，所述滑动推力轴承可以为单向滑动推力轴承，其可以包括一个静环5和一个动环4。所述静环5具有第二本体51，该第二本体51的一个端面向内设置多个第二安装孔53，该第二安装孔53中镶嵌有PDC复合摩擦部(第二摩擦部52)。该动环4具有第一本体41，该第一本体41的一个端面向内设置有多个第一安装孔43，该第一安装孔43中镶嵌有PDC复合摩擦部(第一摩擦部42)。该第二摩擦部52与第一摩擦部42形成一对滑动摩擦副。

请结合参看图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8，该滑动推力轴承包括动环4和静环5。

所述动环4可以包括呈环状的第一本体41。所述第一本体41沿着厚度方向的一侧设置有多个周向排布的第一安装孔43。该第一安装孔43内镶嵌有第一摩擦部42。该第一摩擦部42可以包括硬质合金本体，所述硬质合金本体包括第一端和第二端，其中，所述第一端固定在第一安装孔43内，所述第二端高温高压烧结焊接有预定厚度的金刚石层。

所述静环5可以包括呈环状的第二本体51。所述第二本体51沿着厚度方向的一侧设置有多个周向排布的第二安装孔53。该第二安装孔53内镶嵌有第二摩擦部52。该第二摩擦部52可以包括硬质合金本体，所述硬质合金本体包括第一端和第二端，其中，所述第一端固定在第二安装孔53内，所述第二端高温高压烧结焊接有预定厚度的金刚石层。

在一个具体的场景下，在所述动环4的一个端面直径为Ф145mm的同心圆圆周上设置直径为Ф16mm的PDC复合摩擦部24颗。动环4端面相邻两颗PDC复合摩擦部中心轴线之间的圆周方向距离S2＝18.98mm。PDC复合摩擦部总高度8.0mm。PDC复合摩擦部镶嵌入动环4基体盲孔43中的高度为6.0mm，即PDC复合摩擦部嵌入基体高度(H-h)与PDC复合摩擦部总高度H之比：(H-h)/H＝6.0/8.0＝0.75。

在所述静环5的一个端面直径为Ф145mm的同心圆圆周上设置直径为Ф16mm的PDC复合摩擦部25颗。静环5端面相邻两颗PDC复合摩擦部中心轴线之间的圆周方向距离S2＝18.22mm；PDC复合摩擦部总高度8.0mm，PDC复合摩擦部镶嵌入静环5基体盲孔53中的高度为6.0mm，即PDC复合摩擦部嵌入基体高度(H-h)与PDC复合摩擦部总高度H之比：(H-h)/H＝6.0/8.0＝0.75。

在另一个实施方式中，所述滑动推力轴承可以为双向滑动推力轴承，其可以包括一个静环5和两个动环4，所述静环5的两个端面分别设置有PDC复合摩擦部，分别与两个所述动环4的端面上的PDC复合摩擦部形成两对滑动摩擦副。

请参看图9以及图3、图4、图5、图6、图7，一种双向滑动推力轴承沿着轴向可以包括：动环4、静环5和动环4。在任意一个动环4的一个端面直径为Ф145mm的同心圆圆周上分别设置直径为Ф16.0mm的PDC复合摩擦部24颗，动环4端面相邻两颗PDC复合摩擦部中心轴线之间的圆周方向距离S2＝18.98mm；PDC复合摩擦部总高度8.0mm，PDC复合摩擦部镶嵌入静环5基体盲孔中的高度为6.0mm，即PDC复合摩擦部嵌入基体高度(H-h)与PDC复合摩擦部总高度H之比：(H-h)/H＝0.75。

在所述静环5的两端面直径为Ф145mm的同心圆圆周上分别设置直径为Ф16.0mm的PDC复合摩擦部25颗。静环5端面相邻两颗PDC复合摩擦部中心轴线之间的圆周方向距离S2＝18.22mm；PDC复合摩擦部总高度8.0mm，PDC复合摩擦部镶嵌入静环5基体盲孔中的高度为6.0mm，即PDC复合摩擦部嵌入基体高度(H-h)与PDC复合摩擦部总高度H之比：(H-h)/H＝0.75。

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

1.一种滑动推力轴承，其特征在于，包括：至少一个动环和静环，所述动环或静环包括：具有预定厚度的环状本体，在沿着所述环状本体的厚度方向，所述环状本体包括相对的第一表面和第二表面，所述环状本体的第一表面向内沿着圆周方向间隔设置有多个安装孔；

PDC复合摩擦部，所述PDC复合摩擦部包括硬质合金本体，所述硬质合金本体包括第一端和第二端，其中，所述第一端固定在所述安装孔内，所述第二端焊接有预定厚度的金刚石层，所述金刚石层的磨耗比在20×10⁴～100×10⁴之间；所述PDC复合摩擦部镶嵌入所述安装孔的高度至少占整个所述PDC复合摩擦部高度的0.5；

所述静环的PDC复合摩擦部与所述动环的PDC复合摩擦部形成滑动摩擦副。

2.如权利要求1所述的滑动推力轴承，其特征在于，所述PDC复合摩擦部露出所述环状本体的高度为h，所述PDC复合摩擦部的总高度为H，h/H在0.2至0.4之间。

3.如权利要求2所述的滑动推力轴承，其特征在于，所述PDC复合摩擦部的总高度H为5毫米-10毫米，所述金刚石层厚度为1.8毫米-2.2毫米。

4.如权利要求1所述的滑动推力轴承，其特征在于：所述PDC复合摩擦部呈圆柱体型，横截面直径为d；

所述静环端面相邻两颗PDC复合摩擦部的中心轴线在圆周方向的距离S1<2×d，所述动环端面相邻两颗PDC复合摩擦部的中心轴线在圆周方向的距离S2<2×d。

5.如权利要求4所述的滑动推力轴承，其特征在于：所述静环端面相邻两颗PDC复合摩擦部的中心轴线在圆周方向的距离S1与所述动环端面相邻两颗PDC复合摩擦部的中心轴线在圆周方向的距离S2不相同。

6.如权利要求4所述的滑动推力轴承，其特征在于：所述静环端面上PDC复合摩擦部的总数量与所述动环端面上PDC复合摩擦部的总数量相差1颗以上。

7.如权利要求3所述的滑动推力轴承，其特征在于：当所述PDC复合摩擦部的高度为5毫米时，嵌入所述环状本体的高度为3.5毫米，出露高度为1.5毫米；当所述PDC复合摩擦部的高度为10.0毫米时，嵌入所述环状本体的高度为8.0毫米，出露高度2.0毫米，所述出露高度小于或等于所述金刚石层厚度。

8.如权利要求1所述的滑动推力轴承，其特征在于：所述滑动推力轴承包括一个静环和一个动环，所述静环的一个端面设置有PDC复合摩擦部，与所述动环的一个端面上的PDC复合摩擦部形成一对滑动摩擦副。

9.如权利要求1所述的滑动推力轴承，其特征在于：所述滑动推力轴承包括一个静环和两个动环，所述静环两个端面分别设置有PDC复合摩擦部，分别与两个所述动环端面上的PDC复合摩擦部形成两对滑动摩擦副。