润滑与密封

作者：张锐尧，赵霏，刘华清，张磊，叶道辉，朱忠喜

单位：长江大学石油工程学院;中石化石油机械股份有限公司,,中联煤层气有限责任公司晋西分公司,,中石油集团海洋工程有限公司钻井分公司,,中石油集团海洋工程有限公司钻井分公司,,中石化石油机械股份有限公司,,长江大学石油工程学院,

关键词：螺杆钻具;十字万向轴;滑动磨损;有限元仿真;现场试验

基金：中石化集团公司项目；国家重点研发计划项目（2022YFC2806500）；国家自然科学基金联合基金项目（U19B6003-05）

螺杆钻具十字万向轴是传递扭矩和转速的关键结构，其运动副中锁紧轴与球座之间产生相对滑动而导致本体结构加速磨损，显著降低了万向轴的使用寿命。为研究锁紧轴与球座的圆弧面半径对滑动磨损的影响规律，建立多种圆弧面半径的三维磨损仿真物理模型；基于赫兹接触理论和Archard磨损理论研究不同半径条件下的体积磨损量、最大变形量、最大滑移距离和最大穿透深度的变化规律；借助现场试验进一步研究非密封十字万向轴的锁紧轴和球座之间滑动磨损后所呈现的结构形态和易磨损区域分布。结果表明：在一定范围内，随着圆弧面半径逐渐增大，体积磨损量呈现先减小后增加的趋势，最大滑移距离和最大穿透深度逐渐减小，最大变形量受圆弧面半径的影响较小，推荐最优半径为28~30 mm。仿真分析和现场试验结果表明，锁紧轴和球座侧滑会导致锁紧轴圆弧凸面沿圆周方向出现明显的磨损且边沿处出现“尖角”，球座圆弧凹面边沿厚度减小，形成环形凹槽且呈“卷曲变形”。该研究可以为十字万向轴的运动副的结构优化设计及耐磨性的提高提供参考。

来源：2024年第5期

《润滑与密封》期刊编辑部

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