專利名稱：耐高壓耐沖擊彈性滑塊軸承牙輪鉆頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于油田鉆井及地質(zhì)勘探的牙輪鉆頭，尤其涉及一種耐高壓 耐沖擊牙輪鉆頭。
背景技術(shù)：
目前在油田鉆井及地質(zhì)勘探領(lǐng)域廣泛使用牙輪鉆頭，如圖1所示，牙輪鉆頭主要 由牙輪2和牙掌4兩部分組成，牙輪2通過(guò)滑動(dòng)軸承或滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)與牙掌接合。牙掌4 設(shè)有大軸頸41和小軸頸42，牙輪2對(duì)應(yīng)設(shè)有大軸孔21和小軸孔22，牙輪的大軸孔21和小 軸孔22分別套裝在牙軸的大軸頸41和小軸頸42上，并通過(guò)在靠近大軸頸端部設(shè)置的一圈 環(huán)軸鎖緊滾珠8將牙輪2鎖定在大軸頸41上，也即鎖定在牙掌4上。鎖緊滾珠8的圓環(huán)滾 道是由大軸頸41外側(cè)的圓環(huán)型半圓截面凹槽形成的軸頸滾珠半滾道和由牙輪大軸孔孔壁 上對(duì)應(yīng)設(shè)置的圓環(huán)型半圓截面凹槽形成的軸孔滾珠半滾道閉攏形成。牙輪和牙掌間設(shè)有橡 膠密封圈3，牙輪2上鑲有合金齒1，牙輪鉆頭工作時(shí)，牙輪2圍繞牙掌大軸頸及小軸頸旋轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)，使牙輪上的合金齒1輪流破巖進(jìn)行油田鉆井或地質(zhì)勘探鉆孔。不論滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)還是滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)，軸承之間都有0. Imm左右的間隙。當(dāng)牙掌 軸頸有向下的作用力時(shí)，牙掌軸頸的下部和牙輪內(nèi)孔的下部接觸發(fā)生微小形變，力越大，形 變?cè)酱?，接觸面積越大。由于牙掌軸頸和牙輪內(nèi)孔都是剛性的，形變不會(huì)很大，所以制約了 牙掌軸頸和牙輪內(nèi)孔之間的接觸面積，使接觸面積也就是受力面積在截面方向看大部分保 持在60度的范圍內(nèi)，而且隨著離底部的變遠(yuǎn)，所受到的力也急劇下降，而在底端的力卻很 大，造成了牙掌軸頸和牙輪內(nèi)孔之間的力高度集中在底部很小的一個(gè)范圍內(nèi)，由此而產(chǎn)生 的弊端有1，牙輪鉆頭能承受的總載荷不大；2，力過(guò)于集中容易對(duì)牙輪內(nèi)孔造成傷害；3， 對(duì)密封系統(tǒng)不利，牙掌軸頸和牙輪內(nèi)孔之間大部分都是間隙，牙輪缺少約束，會(huì)產(chǎn)生劇烈震 動(dòng)，牙輪每分鐘能震動(dòng)600次左右，對(duì)密封系統(tǒng)造成很大傷害；4，對(duì)牙輪斷齒有一定的影 響。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型對(duì)現(xiàn)有剛性軸承結(jié)構(gòu)的牙輪鉆頭進(jìn)行改進(jìn)，提供一種耐高壓耐沖擊的 彈性軸承結(jié)構(gòu)的牙輪鉆頭。一種耐高壓耐沖擊彈性滑塊軸承牙輪鉆頭，包括牙輪、牙掌，牙掌設(shè)有大軸頸和小 軸頸；牙輪對(duì)應(yīng)設(shè)有大軸孔和小軸孔，所述的大軸孔內(nèi)壁設(shè)有滑道，牙輪的大軸孔和小軸孔 分別套裝在牙掌的大軸頸和小軸頸上，大軸孔內(nèi)壁的滑道內(nèi)裝有至少兩個(gè)彈性滑塊，大軸 孔內(nèi)壁與牙掌的大軸頸外壁之間通過(guò)所述的彈性滑塊形成滑動(dòng)摩擦配合。所述的彈性滑塊在裝入滑道時(shí)，被施以預(yù)緊壓力，彈性滑塊所產(chǎn)生的形變約為其 極限形變的一半。預(yù)緊壓力的大小可以通過(guò)改變彈性滑塊的厚度和寬度來(lái)調(diào)節(jié)，組裝后彈 性滑塊在牙輪牙掌之間在受力時(shí)能繼續(xù)發(fā)生彈性形變。所述的大軸孔內(nèi)壁的滑道為繞大軸孔軸線分布的環(huán)形滑道，所述的彈性滑塊為弧瓦型，所有的彈性滑塊依次拼放在所述的環(huán)形滑道中。彈性滑塊可采用耐磨損的金屬材質(zhì)，被施以預(yù)緊壓力時(shí)彈性滑塊的內(nèi)側(cè)曲面半徑 和外側(cè)曲面半徑會(huì)發(fā)生變化，從而產(chǎn)生預(yù)緊力。所述的大軸頸端部帶有滾珠滾道，所述的大軸頸在彈性滑塊和滾珠滾道之間的部 位帶有組裝倒角，便于牙輪的安裝就位。為了利用彈性滑塊所產(chǎn)生的形變而得到合適的預(yù)緊壓力，每個(gè)彈性滑塊的內(nèi)側(cè)曲 面半徑大于牙掌大軸頸半徑，同時(shí)彈性滑塊外側(cè)曲面半徑大于牙輪大軸孔半徑。或者是每 個(gè)彈性滑塊的內(nèi)側(cè)曲面半徑小于牙掌大軸頸半徑，同時(shí)彈性滑塊外側(cè)曲面半徑小于牙輪大 軸孔半徑。所述的彈性滑塊為6 16個(gè)，當(dāng)然彈性滑塊的數(shù)量可以根據(jù)大軸孔內(nèi)徑以及彈性 滑塊尺寸而調(diào)整，作為優(yōu)選一般所述的彈性滑塊為8 12個(gè)。本實(shí)用新型的有益效果是牙掌軸頸和牙輪內(nèi)孔不直接接觸，而是由圍繞在牙掌 軸頸的一圈的彈性滑塊和牙輪內(nèi)孔間接接觸，彈性滑塊在牙掌軸頸和牙輪內(nèi)孔之間在沒有 外載荷的情況下也存在形變和壓力。實(shí)現(xiàn)了牙掌和牙輪的無(wú)間隙配合，牙輪內(nèi)孔所有部 位通過(guò)彈性滑塊對(duì)牙掌軸頸都有支撐作用，使鉆頭能承受的最大載荷是原來(lái)剛性軸承的2 倍以上，在載荷相同的情況下彈性軸承由于壓強(qiáng)小，所以鉆頭轉(zhuǎn)速可以更高，鉆頭運(yùn)行更平 穩(wěn)。避免了牙輪牙掌之間由于間隙配合產(chǎn)生的劇烈震動(dòng)，對(duì)牙輪鉆頭的密封和合金齒都有 很好的保護(hù)作用。

圖Ia是現(xiàn)有采用滑動(dòng)軸承連接結(jié)構(gòu)的牙輪鉆頭的局部結(jié)構(gòu)示意圖；圖Ib是圖Ia中沿A-A線剖視圖；圖2是本實(shí)用新型牙輪鉆頭的整體剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3a是本實(shí)用新型牙輪鉆頭的軸頸、軸孔及彈性滑塊部分的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖北是圖3a中沿A-A線剖視圖；圖4是圖3a中B部位放大圖；圖fe是彈性滑塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖恥是圖fe中沿A-A線剖視圖；圖5c是圖如的俯視圖；圖中1合金齒，2牙輪，21大軸孔，22小軸孔，3橡膠密封圈，4牙掌，41大軸頸，42 小軸頸，5供油系統(tǒng)，6墊片，7彈性滑塊，7a彈性滑塊，7b彈性滑塊，8鎖緊滾珠，9組裝倒角。
具體實(shí)施方式
參見附圖，本實(shí)用新型一種耐高壓耐沖擊牙輪鉆頭，包括鑲有合金齒1的牙輪2、 設(shè)有大軸頸41和小軸頸42的牙掌4，牙輪2對(duì)應(yīng)設(shè)有大軸孔21和小軸孔22，牙輪的大軸 孔21和小軸孔22分別套裝在牙掌軸頸的大軸頸41和小軸頸42上，牙掌4上還設(shè)有供油 系統(tǒng)5，橡膠密封圈3，墊片6以及鎖緊滾珠8。大軸孔21內(nèi)壁上繞大軸孔21軸線分布有環(huán)形滑道，環(huán)形滑道內(nèi)裝有多個(gè)彈性滑 塊7，大軸孔21內(nèi)壁與大軸頸41外壁之間通過(guò)彈性滑塊7滑動(dòng)摩擦配合。[0025]彈性滑塊7為弧瓦型，所有的彈性滑塊依次拼放在環(huán)形滑道中，例如圖中可見相 鄰的彈性滑塊7a和彈性滑塊7b依次拼放在環(huán)形滑道中。本實(shí)用新型耐高壓耐沖擊牙輪鉆頭中的大軸頸41和大軸孔21不是直接剛性接 觸，而是通過(guò)被壓縮的數(shù)個(gè)彈性滑塊7間接彈性接觸，彈性滑塊7在牙輪2、牙掌4組裝時(shí)在 牙掌大軸頸41和牙輪大軸孔21的擠壓下發(fā)生一半左右的形變，產(chǎn)生預(yù)緊壓力，預(yù)緊壓力的 大小通過(guò)改變彈性滑塊7的厚度和寬度來(lái)調(diào)節(jié)，組裝后彈性滑塊7在牙輪2、牙掌4之間受 力時(shí)能繼續(xù)發(fā)生彈性形變。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本例中是采用彈性滑塊7內(nèi)側(cè)曲面半徑大于 大軸頸41半徑，同時(shí)彈性滑塊7外側(cè)曲面半徑大于大軸孔21半徑的方案，大軸頸41在彈 性滑塊7和滾珠滾道之間部位帶組裝倒角9。本實(shí)用新型牙輪鉆頭工作原理如下傳統(tǒng)剛性滑動(dòng)軸承為了組裝方便牙輪內(nèi)孔比牙掌軸頸大0. 2mm左右，也就是牙輪 內(nèi)孔和牙掌軸頸之間有0. Imm左右間隙。在牙輪鉆頭工作受力時(shí)，剛性軸承系統(tǒng)壓縮變形 量在0. 03mm左右，所以牙掌軸頸和牙輪內(nèi)孔之間有大部分面積不能接觸受力，接觸受力的 面積很小，造成受力集中，接觸部位壓強(qiáng)大，牙輪在牙掌軸頸上不穩(wěn)定，震動(dòng)無(wú)約束，對(duì)軸承 使用壽命，密封系統(tǒng)壽命，合金齒的壽命都會(huì)產(chǎn)生不利影響。而本實(shí)用新型牙掌軸頸和牙輪 內(nèi)孔不直接接觸，而是由圍繞在牙掌軸頸的一圈12個(gè)彈性滑塊和牙輪內(nèi)孔間接接觸，彈性 滑塊在牙掌軸頸和牙輪內(nèi)孔之間在沒有外載荷的情況下也存在0. 15mm左右的壓縮形變和 壓縮壓力。彈性滑塊總形變?cè)?. 25mm左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于牙輪內(nèi)孔和牙掌軸頸之間有0. Imm左 右的間隙，這樣就實(shí)現(xiàn)了牙掌和牙輪的無(wú)間隙配合，牙輪內(nèi)孔所有部位通過(guò)彈性滑塊對(duì)牙 掌軸頸都有支撐作用，使鉆頭能承受的最大載荷是原來(lái)剛性軸承的2倍以上，在載荷相同 的情況下彈性軸承由于壓強(qiáng)小，所以鉆頭轉(zhuǎn)速可以更高，鉆頭運(yùn)行更平穩(wěn)。以上所述，僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并非對(duì)本實(shí)用新型的形狀材料和 結(jié)構(gòu)作任何形式上的限制。凡是依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單 修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種耐高壓耐沖擊彈性滑塊軸承牙輪鉆頭，包括牙輪、牙掌，牙掌設(shè)有大軸頸和小軸 頸；牙輪對(duì)應(yīng)設(shè)有大軸孔和小軸孔，其特征在于，所述的大軸孔內(nèi)壁設(shè)有滑道，牙輪的大軸 孔和小軸孔分別套裝在牙掌的大軸頸和小軸頸上，大軸孔內(nèi)壁的滑道內(nèi)裝有至少兩個(gè)彈性 滑塊，大軸孔內(nèi)壁與牙掌的大軸頸外壁之間通過(guò)所述的彈性滑塊滑動(dòng)摩擦配合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高壓耐沖擊彈性滑塊軸承牙輪鉆頭，其特征在于，所述的 大軸孔內(nèi)壁的滑道為繞大軸孔軸線分布的環(huán)形滑道。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的耐高壓耐沖擊彈性滑塊軸承牙輪鉆頭，其特征在于，所述的 彈性滑塊為弧瓦型，所有的彈性滑塊依次拼放在所述的環(huán)形滑道中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的耐高壓耐沖擊彈性滑塊軸承牙輪鉆頭，其特征在于，所述的 大軸頸端部帶有滾珠滾道，大軸頸在彈性滑塊和滾珠滾道之間的部位帶有組裝倒角。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的耐高壓耐沖擊彈性滑塊軸承牙輪鉆頭，其特征在于，每個(gè) 彈性滑塊的內(nèi)側(cè)曲面半徑大于牙掌大軸頸半徑，同時(shí)彈性滑塊外側(cè)曲面半徑大于牙輪大軸 孔半徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的耐高壓耐沖擊彈性滑塊軸承牙輪鉆頭，其特征在于，每個(gè) 彈性滑塊的內(nèi)側(cè)曲面半徑小于牙掌大軸頸半徑，同時(shí)彈性滑塊外側(cè)曲面半徑小于牙輪大軸 孔半徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 4任一項(xiàng)所述的耐高壓耐沖擊彈性滑塊軸承牙輪鉆頭，其特征在 于，所述的彈性滑塊為6 16個(gè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的耐高壓耐沖擊彈性滑塊軸承牙輪鉆頭，其特征在于，所述的 彈性滑塊為8 12個(gè)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種耐高壓耐沖擊彈性滑塊軸承牙輪鉆頭，包括牙輪、牙掌，牙掌設(shè)有大軸頸和小軸頸；牙輪對(duì)應(yīng)設(shè)有大軸孔和小軸孔，所述的大軸孔內(nèi)壁設(shè)有滑道，牙輪的大軸孔和小軸孔分別套裝在牙掌的大軸頸和小軸頸上，大軸孔內(nèi)壁的滑道內(nèi)裝有至少兩個(gè)彈性滑塊，大軸孔內(nèi)壁與牙掌的大軸頸外壁之間通過(guò)所述的彈性滑塊滑動(dòng)摩擦配合。滑塊在軸孔和軸頸之間具有預(yù)緊力，使牙掌軸頸和牙輪軸孔之間的大部分表面都受壓力作用，從而降低了軸孔和軸頸之間的壓強(qiáng)，軸承能承受更大載荷；使軸孔和軸頸之間的間隙變?yōu)榱?，降低牙輪牙掌之間的相對(duì)震動(dòng)，對(duì)牙輪鉆頭的密封和合金齒都有很好的保護(hù)作用。
文檔編號(hào)E21B10/24GK201857896SQ20102056125
公開日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2010年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月14日
發(fā)明者薛中學(xué) 申請(qǐng)人:天津立林鉆頭有限公司