联轴器推力轴承作为潜油螺杆泵采油系统承受轴向载荷的关键部件,在实际工作中频繁承受大轴向载荷,很容易出现疲劳失效破坏,甚至会导致采油系统失去工作能力。因此提高推力轴承在持续轴向载荷作用下的承载能力,对提高潜油螺杆泵采油系统运行稳定性及延长验泵时间具有十分重要的意义。本文结合联轴器系统的结构特征,从结构设计角度出发进行优化设计。基于“均匀受载”的设计理念对结构进行创新,采用串联推力圆柱滚子轴承组代替原单一轴承。从理论、仿真、实验三方面对所提结构进行分析。首先,基于机械抗阻分析法对轴承组等效力学模型进行分析,得到对应等效机械网络,从理论上证明串联轴承组能实现轴向均载;其次,应用数值仿真分析法对轴承组均载率和承载能力进行分析,计算分析不同串级轴承组对轴向载荷的均载效果,发现串联轴承组能降低轴承应力,且随着串联轴承组级数的增加轴承承受的最大应力逐渐减小,均载率逐渐下降。四级轴承均载率为54%,继续增加串联级数将导致均载效果不佳;最后,设计串联轴承组均载实验设备并搭建均载试验台,对推力轴承组的承载能力和均载效果进行验证,结果表明均载率随着串联轴承组级数增加逐渐下降,二级轴承组实验均载率为80%,较仿真值小2.4%。三级轴承组实验均载率为56%,较仿真值小20%。证明轴承组结构的优化效果显著,有效提高了轴承承载能力。为进一步提高了轴承寿命和承载能力,从局部对轴承组关键零部件滚动体进行优化设计。针对推力圆柱滚子轴承滚动体存在应力沿母线分布不均匀的现象,对滚动体进行空心度和端面修行,得出最佳修行滚动体,有效改善滚动体应力集中现象。串联圆柱滚子轴承在串级低时均载效果较好,能有效降低轴承组中单一轴承受载,解决轴承寿命不足对螺杆泵下潜深度的限制,为有限径向空间下承受较大轴向载荷的其它重型设备提供一种可行方案。