[发明专利]凿岩钻头的计算机辅助设计

权利要求书

1、一种设计地钻钻头的方法，包括以下步骤：

(a)将用于多个地钻钻头的初始设计参数输入到计算机中；

(b)选择用于钻头中轴承的模板设计；

(c)调整设计参数；及

(d)重复步骤(b)和(c)，直到地钻钻头可以最优地支撑预 选的设计负荷。

2、如权利要求1所述的方法，其中步骤(b)包括以下步骤：

(i)将系统数据输入到计算机中；

(ii)计算轴承中的流体动力压力和粗糙面接触压力；

(iii)确定轴承中的力和力矩是否平衡；

(iv)如果轴承中的力或力矩不平衡，则调整系统数据；及

(v)重复步骤(ii)至(iv)，直到轴承产生的热平衡了传入和 传出轴承系统的热。

3、如权利要求2所述的方法，其中步骤(iii)还包括确定装填 角是否收敛的步骤。

4、如权利要求3所述的方法，其中步骤(iv)包括调整装填角。

5、如权利要求2所述的方法，其中步骤(iv)包括调整轴承的 偏心率比。

6、如权利要求2所述的方法，其中步骤(iv)包括修改轴承中 的润滑剂膜厚度。

7、如权利要求1所述的方法，其中步骤(c)还包括向轴承表面 添加表面纹理的步骤。

8、如权利要求7所述的方法，还包括使用数字模型来评估和确 定添加到轴承表面的表面纹理的设计。

9、一种设计用于地钻钻头的轴承的方法，包括以下步骤：

(a)将用于多个轴承的轴承系统数据输入到计算机中；

(b)计算轴承中的流体动力压力和粗糙面接触压力；

(c)确定轴承中的力和装填角是否收敛；

(d)如果轴承中的力或装填角不收敛，则调整系统数据；及

(e)重复步骤(b)至(d)，直到由轴承产生的热平衡了传入 和传出轴承系统的热。

10、如权利要求9所述的方法，其中步骤(b)包括以下步骤：

计算油脂粘性和油脂密度；

计算轴承和轴颈的热弹性与弹性变形；

计算轴承中的润滑剂膜厚度；及

计算跨轴承表面的流体动力压力分布；

计算跨轴承表面的粗糙面接触压力。

11、如权利要求9所述的方法，其中步骤(c)还包括调整装填 角直到装填角收敛的步骤。

12、如权利要求9所述的方法，其中步骤(c)还包括调整偏心 率比直到力收敛的步骤。

13、如权利要求9所述的方法，其中步骤(d)包括调整轴承中 的润滑剂膜厚度，直到实现温度收敛。

14、一种设计用于地钻钻头的轴承的方法，包括以下步骤：

(a)将用于一个或多个轴承的轴承系统数据输入到计算机中；

(b)计算轴承中的流体动力压力和粗糙面接触压力；

(c)确定轴承中的力、温度和装填角是否收敛；

(d)如果轴承中的力、温度或装填角不收敛，则调整系统数据； 及

(e)重复步骤(b)至(d)，直到计算出的力平衡了所选的系 统数据负荷。

15、如权利要求14所述的方法，其中步骤(b)包括以下步骤：

计算油脂粘性和油脂密度；

计算轴承和轴颈的热弹性与弹性变形；

计算轴承中的润滑剂膜厚度；

计算跨轴承表面的流体动力压力分布；及

计算跨轴承表面的粗糙面接触压力。

16、如权利要求14所述的方法，其中步骤(c)还包括调整装填 角直到装填角收敛的步骤。

17、如权利要求14所述的方法，其中步骤(d)包括调整偏心率 比直到计算出的力基本上等于给定负荷的步骤。