РОТОР Р-700 БУРОВОЙ УСТАНОВКИ С УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫМ ОПОРНЫМ УЗЛОМ-Курсовая работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

В курсовом проекте рассматривается опорный узел ротора Р-700, предназначенный для восприятия динамических нагрузок, действующих на ротор буровой установки. Опорный узел позволяет воспринимать вращающий момент, действующий на верхнем участке бурильной колонны при роторном бурении, или реактивный момент над забойным двигателем при бурении без вращения колонны бурильных труб.
Пояснительная записка включает в себя 3 раздела: техническую часть, экономическую часть и раздел безопасности и экологичности проекта. В техническую часть входят: назначение, описание конструкции ротора Р-700, патентная проработка опорного узла ротора, а также все необходимые расчеты для обеспечения работоспособности ротора. Экономическая часть рассматривает вопросы обеспечения экономической эффективности при внедрении нового опорного узла. Раздел безопасности и экологичности проекта рассматривает вопросы охраны труда и окружающей среды при проведений буровых работ.
Дипломный проект состоит из: графического материала объемом в количестве 10 листов формата А1, и пояснительной записки объемом машинописных листов, включающую рисунка, таблиц и формул, а также список литературы, включающий 12 пунктов.

4 Патентная проработка опорного узла

Рисунок 4.1 Роликовый подшипник

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к подшипникам качения. В сферическом роликовом подшипнике, содержащем наружное кольцо со сферической дорожкой качения, внутреннее кольцо с тремя тороидальными дорожками качения, три ряда бочкообразных роликов, установленных так, что ось роликов среднего ряда параллельна оси подшипника, а оси роликов крайних рядов наклонены под углом к ней, диаметр средней дорожки качения меньше диагонального размера между серединами крайних дорожек качения, а на внутреннем кольце между средней и крайними дорожками качения выполнены цилиндрические пояски. Подшипник содержит два сепаратора на три ряда роликов. Технический результат заключается в повышении грузоподъемности и частоты вращения.
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к подшипникам качения.
Известен сферический роликовый двухрядный подшипник нормальной серии, например подшипник 22228 СС/W33. Подшипник содержит наружное кольцо со сферической дорожкой качения, внутреннее кольцо с двумя тороидальными дорожками качения, два ряда бочкообразных роликов, установленных в сепараторе.
Соотношение длины ролика к его диаметру у таких подшипников составляет 0,8...1,0, за счет чего они обладают низким трением и высокой быстроходностью, но не способны воспринимать большую нагрузку.
Известен сферический роликовый двухрядный подшипник особо широкой серии ширин, например подшипник 24130 СС/W33. Подшипник содержит наружное кольцо со сферической дорожкой качения, внутреннее кольцо с двумя тороидальными дорожками качения, два ряда бочкообразных роликов, установленных в сепараторе.
Соотношение длины ролика к его диаметру у таких подшипников составляет 1,4...1,6, за счет чего они обладают повышенной грузоподъемностью, однако это же влечет за собой увеличение трения и невысокую частоту вращения.
Известен сферический роликовый подшипник по АС No 199575. Подшипник содержит наружное и внутреннее кольца с дорожками качения, два ряда бочкообразных роликов, оси которых расположены под углом к оси подшипника. С целью повышения грузоподъемности подшипник имеет третий ряд роликов, оси которых параллельны оси подшипника. Каждый ряд роликов размещен в отдельном сепараторе, а на внутреннем кольце имеется два средних бортика с галтелями, разделяющих среднюю и крайние дорожки качения.
За счет введения третьего ряда роликов соотношение длины ролика к его диаметру у таких подшипников составляет 0,8...1,0, за счет чего они обладают низким трением и высокой быстроходностью, при этом способны воспринимать большие нагрузки.
В данном подшипнике диаметр средней дорожки качения равен диагональному размеру между серединами крайних дорожек качения. Из чего следует, что усредненный радиальный зазор одинаков во всех рядах роликов. Это приводит к тому, что из-за технологически неизбежных случайных погрешностей в размерах дорожек качения при работе подшипника дорожки качения нагружаются неравномерно (один или оба крайних ряда остаются ненагруженными), что влечет перегрузку работающих роликов и, следовательно, снижает надежность и долговечность подшипника.
Кроме того, наличие двух средних бортиков с галтелями на внутреннем кольце усложняет изготовление подшипника, а галтели уменьшают рабочую длину роликов, что приводит к уменьшению грузоподъемности до 25% по сравнению с двухрядным подшипником особо широкой серии ширин.
Установка каждого ряда роликов в отдельный сепаратор также усложняет конструкцию подшипника.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание подшипника с большой грузоподъемностью и высокой частоты вращения, в котором исключается перегрузка роликов и имеющего более простую конструкцию.
Указанная задача решается тем, что в сферическом роликовом подшипнике, содержащим наружное кольцо со сферической дорожкой качения, внутреннее кольцо с тремя тороидальными дорожками качения, три ряда бочкообразных роликов, установленных так, что ось роликов среднего ряда параллельна оси подшипника, а оси роликов крайних рядов наклонены под углом к ней, диаметр средней дорожки качения внутреннего кольца меньше диагонального размера между серединами его крайних дорожек качения. На внутреннем кольце между средней и крайними дорожками качения выполнены цилиндрические пояски. Подшипник содержит два сепаратора на три ряда роликов.
На рисунке 4.1 изображен поперечный разрез роликового подшипника по изобретению. Роликовый подшипник содержит: наружное кольцо 1 со сферической дорожкой качения 2; внутреннее кольцо 3 с тремя тороидальными дорожками качения 4, 5, 6 и двумя цилиндрическими поясками 7, разделяющими среднюю 5 и крайние 4, 6 дорожки качения; три ряда бочкообразных роликов 8, 9, 10, установленных так, что ось О3-О3 роликов 9 среднего ряда параллельна оси подшипника О-О, а оси О1-О1 и О2-О2 роликов 8, 10 крайних рядов соответственно наклонены к ней под углом ; два сепаратора 11 и 12, причем сепаратор 11 удерживает ролик 8 и половину длины ролика 9, а сепаратор 12 – ролик 10 и половину длины ролика 9.
Поскольку подшипник содержит три ряда роликов, то соотношение длины ролика к его диаметру составляет оптимальную величину 0,8...1,0.
Зависимость между диаметром d3 средней дорожки качения, внутреннего кольца и диагонального размера d1 и d2 между серединами крайних дорожек качения внутреннего кольца соответственно определяется зависимостью:
D3 d1 - 2у = d2 - 2у, (4.1)
где у – упругая деформация в контактах: дорожка качения наружного кольца – ролик – дорожка качения внутреннего кольца или иначе сближение осей внутреннего и наружного колец от действия внешней нагрузки Fr на подшипник. Для наиболее эффективного использования подшипника нагрузка Fr принимается из условия:
0,02С Fr 0,05С, (4.2)
где С – динамическая расчетная грузоподъемность подшипника
На основании теории упругости у определяется по формуле:

= (6.2310Fr) (ZeLwcos) (4.3)

где Ze – полное количество роликов в подшипнике;
Lw – эффективная длина ролика;
- угол наклона осей роликов крайних рядов;
Fr – нагрузка на подшипник; может колебаться в пределах 0...0,2С.
Так как диаметр d3 средней дорожки качения внутреннего кольца меньше диагональных размеров d1 и d2 между серединами крайних дорожек качения внутреннего кольца соответственно, то, исходя из формулы (4.1), зависимость между усредненными радиальными зазорами Grкр среднего ряда роликов и Grкр крайних рядов роликов и имеет вид:
Grкр + 0,02С Grкр, (4.4)
где 0,02С – суммарная упругая деформация в контактах максимально нагруженных роликов с наружным и внутреннем кольцами при нагрузке 0,02С.
Таким образом, усредненный радиальный зазор Grкр в среднем ряду роликов больше зазоров Grкр в крайних рядах роликов.
Подшипник работает следующим образом: первоначальное ненагруженное состояние характеризуется тем, что под действием собственного веса наружного кольца, сепараторов, роликов происходит замыкание двух размерных цепей: корпус – дорожка качения наружного кольца – ролик – дорожка качения внутреннего кольца – вал механизма.
При этом усилие, приложенное от вала на корпус, распределяется между крайними дорожками качения внутреннего кольца и, соответственно, крайними рядами роликов.
Средний ряд роликов вследствие увеличенного размера не контактирует с дорожками качения наружного и внутреннего колец соответственно и нагрузку не передает. При приложении небольших нагрузок (0,02-0,05 динамической грузоподъемности С) подшипник благодаря соотношению длины ролика к его диаметру, равному 0,8...1,0, работает как двухрядный подшипник нормальной серии ширин, имеет низкое трение и высокую частоту вращения. При приложении больших нагрузок (0,05-0,2 динамической грзоподъемности С) вследствие упругих деформаций контактов: наружное кольцо – ролик – внутреннее кольцо выбирается дополнительный зазор, и подшипник начинает работать как двухрядный подшипник особо широкой серии ширин, то есть его грузоподъемность возрастает, при этом перегрузка роликов исключается.
Отсутствие средних бортиков на внутреннем кольце, а также установка двух сепараторов, на три ряда роликов упрощает изготовление подшипника.
Формула изобретения:
1. Сферический роликовый подшипник, содержащий наружное кольцо со сферической дорожкой качения, внутреннее кольцо с тремя тороидальными дорожками качения, три ряда бочкообразных роликов, установленных так, что ось роликов среднего ряда параллельна оси подшипника, а оси роликов крайних рядов наклонены под углом к ней, отличающийся тем, что диаметр средней дорожки качения внутреннего кольца меньше, чем диагональный размер между серединами его крайних дорожек качения, причем: d3 d1 -2у = d2 -2у, где d3 – диаметр средней дорожки качения внутреннего кольца; d1,d2 – диагональный размер между серединами крайних дорожек качения внутреннего кольца; у – упругая деформация в контактах: дорожка качения наружного кольца – ролик – дорожка качения внутреннего кольца или иначе сближение осей внутреннего и наружного колец от действия внешней нагрузки на подшипник.
2. Подшипник, отличающийся тем, что на внутреннем кольце между средней и крайними дорожками качения выполнены цилиндрические пояски.
3. Подшипник, отличающийся тем, что подшипник содержит два сепаратора на три ряда роликов.