專利名稱：高轉(zhuǎn)速耐高壓耐沖擊彈性滾動(dòng)軸承牙輪鉆頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
高轉(zhuǎn)速耐高壓耐沖擊彈性滾動(dòng)軸承牙輪鉆頭技術(shù)領(lǐng)域[0001]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，尤其涉及一種高轉(zhuǎn) 速耐高壓耐沖擊牙輪鉆頭。
背景技術(shù)：
[0002]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。[0003]不論滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)還是滾滑軸承結(jié)構(gòu)都是剛性軸承結(jié)構(gòu)，軸承之 間都有0.1mm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[0004]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)，提供一種高轉(zhuǎn)速耐高壓 耐沖擊的彈性軸承結(jié)構(gòu)的牙輪鉆頭。[0005]一種高轉(zhuǎn)速耐高壓耐沖擊彈性滾動(dòng)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)有滾道，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)壁的滾道內(nèi)裝有至少兩 個(gè)彈性滑塊，彈性滑塊朝向大軸孔內(nèi)壁的一側(cè)沿大軸孔軸線方向分布有兩條溝槽，每個(gè) 溝槽內(nèi)均裝有滾柱，與每個(gè)彈性滑塊對(duì)應(yīng)的兩個(gè)滾柱之間裝有滑塊或隔離滾柱，大軸孔 內(nèi)壁與彈性滑塊外側(cè)通過滾柱形成滾動(dòng)摩擦配合，牙掌的大軸頸外壁與彈性滑塊內(nèi)側(cè)形 成滑動(dòng)摩擦配合。[0006]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改變彈性滑塊的厚度和寬度來調(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。[0007]所述的大軸孔內(nèi)壁的滾道為繞大軸孔軸線分布的環(huán)形凹槽，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滾道中。[0008]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。[0009]滑塊和隔離滾柱一般也采用耐磨損的金屬材質(zhì)。[0010]所述的彈性滑塊朝向大軸孔內(nèi)壁的一側(cè)的兩條溝槽分別位于彈性滑塊的兩個(gè)邊 緣部位，溝槽底面與滾柱外壁相配合。[0011]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，便于牙掌的安 裝就位。[0012]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。[0013]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)。[0014]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 掌軸頸的一圈彈性滑塊以及滾柱間接配合，彈性滑塊在牙掌軸頸和滾柱之間在沒有外載 荷的情況下也存在形變和壓力。實(shí)現(xiàn)了牙掌和牙輪的無間隙配合，牙輪內(nèi)孔所有部位都 通過彈性滑塊和滾柱對(duì)牙掌軸頸有支撐作用，使鉆頭能承受的最大載荷是原來剛性軸承 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)。


[0015]圖Ia是現(xiàn)有滾柱滾動(dòng)軸承連接結(jié)構(gòu)的牙輪鉆頭的結(jié)構(gòu)示意圖；[0016]圖Ib是圖Ia中沿A-A線剖視圖；[0017]圖&是現(xiàn)有滾滑軸承連接的結(jié)構(gòu)示意圖；[0018]圖勸是圖&中沿A-A線剖視圖；[0019]圖3是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；[0020]圖如是本實(shí)用新型牙輪鉆頭的局部結(jié)構(gòu)示意圖；[0021]圖4b是圖乜中沿A-A線剖視圖；[0022]圖如是圖如中B部位放大圖；[0023]圖5a是彈性滑塊的結(jié)構(gòu)示意圖；[0024]圖昍是圖5a中沿A-A線剖視圖；[0025]圖&是圖5a的俯視圖；[0026]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，71滾柱，72滑塊，73彈性滑塊，8鎖緊滾珠，9 組裝倒角。
具體實(shí)施方式
[0027]參見附圖，本實(shí)用新型一種高轉(zhuǎn)速耐高壓耐沖擊牙輪鉆頭，包括鑲有合金齒1 的牙輪2、牙掌4，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。[0028]大軸孔21內(nèi)壁繞大軸孔21軸線分布有環(huán)形凹槽即滾道，滾道內(nèi)裝有多個(gè)彈性滑 塊73，彈性滑塊73為弧瓦型，依次拼放在滾道中。[0029]彈性滑塊73朝向大軸孔21內(nèi)壁的一側(cè)的兩邊緣部分沿大軸孔21軸線方向分布 有兩條溝槽，每個(gè)溝槽內(nèi)均裝有滾柱71，與每個(gè)彈性滑塊對(duì)應(yīng)的兩個(gè)滾柱之間裝有滑塊 72。[0030]大軸孔21內(nèi)壁與彈性滑塊73外側(cè)通過滾柱71形成滾動(dòng)摩擦配合，大軸頸41外 壁與彈性滑塊73內(nèi)側(cè)形成滑動(dòng)摩擦配合。[0031]本實(shí)用新型牙輪鉆頭中大軸頸41和大軸孔21不是直接剛性接觸，而是通過被壓 縮的數(shù)個(gè)彈性滑塊73間接彈性接觸。彈性滑塊73在牙輪2、牙掌4組裝時(shí)在牙掌大軸 頸41和滾柱71的擠壓下發(fā)生一半左右形變，產(chǎn)生預(yù)緊壓力，預(yù)緊壓力的大小通過改變彈 性滑塊73的厚度和寬度來調(diào)節(jié)，組裝后彈性滑塊73在牙輪2、牙掌4之間在受力時(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73內(nèi)側(cè)曲面半徑大于大軸頸 41半徑，同時(shí)彈性滑塊73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73和滾珠滾道之間部位帶組裝倒角9。[0032]本實(shí)用新型牙輪鉆頭工作原理如下[0033]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0.1mm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 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。[0034]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)左右的彈性滑塊73和滾柱71以及滑塊72和牙輪內(nèi)孔間接接觸；彈性滑塊73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， 滾柱71變滑動(dòng)摩擦為滾動(dòng)摩擦，大大提高了鉆頭的轉(zhuǎn)速；滑塊72則在極端條件下起到保 護(hù)彈性滑塊73的作用。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 之間的0.1mm左右間隙，這樣就實(shí)現(xiàn)了牙掌和牙輪的無間隙配合，牙輪內(nèi)孔所有部位都 通過彈性滑塊和滾柱對(duì)牙掌軸頸有支撐作用，使鉆頭能承受的最大載荷是原來剛性軸承 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)。[0035]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1.一種高轉(zhuǎn)速耐高壓耐沖擊彈性滾動(dòng)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)有滾 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)壁的滾道內(nèi) 裝有至少兩個(gè)彈性滑塊，彈性滑塊朝向大軸孔內(nèi)壁的一側(cè)沿大軸孔軸線方向分布有兩條 溝槽，每個(gè)溝槽內(nèi)均裝有滾柱，與每個(gè)彈性滑塊對(duì)應(yīng)的兩個(gè)滾柱之間裝有滑塊或隔離滾 柱，大軸孔內(nèi)壁與彈性滑塊外側(cè)通過滾柱滾動(dòng)摩擦配合，牙掌的大軸頸外壁與彈性滑塊 內(nèi)側(cè)滑動(dòng)摩擦配合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高轉(zhuǎn)速耐高壓耐沖擊彈性滾動(dòng)軸承牙輪鉆頭，其特征在于， 所述的大軸孔內(nèi)壁的滾道為繞大軸孔軸線分布的環(huán)形凹槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高轉(zhuǎn)速耐高壓耐沖擊彈性滾動(dòng)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滾道中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高轉(zhuǎn)速耐高壓耐沖擊彈性滾動(dòng)軸承牙輪鉆頭，其特征在于， 所述的彈性滑塊朝向大軸孔內(nèi)壁的一側(cè)的兩條溝槽分別位于彈性滑塊的兩個(gè)邊緣部位， 溝槽底面與滾柱外壁相配合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高轉(zhuǎn)速耐高壓耐沖擊彈性滾動(dòng)軸承牙輪鉆頭，其特征在于， 所述的彈性滑塊在裝入滾道時(shí)，通過施以預(yù)緊壓力產(chǎn)生形變。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高轉(zhuǎn)速耐高壓耐沖擊彈性滾動(dòng)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
7.根據(jù)權(quán)利要求3 5任一項(xiàng)所述的高轉(zhuǎn)速耐高壓耐沖擊彈性滾動(dòng)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。
8.根據(jù)權(quán)利要求3 5任一項(xiàng)所述的高轉(zhuǎn)速耐高壓耐沖擊彈性滾動(dòng)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。
9.根據(jù)權(quán)利要求1 6任一項(xiàng)所述的高轉(zhuǎn)速耐高壓耐沖擊彈性滾動(dòng)軸承牙輪鉆頭，其 特征在于，所述的彈性滑塊為6 16個(gè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的高轉(zhuǎn)速耐高壓耐沖擊彈性滾動(dòng)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)用新型公開了一種高轉(zhuǎn)速耐高壓耐沖擊彈性滾動(dòng)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)有滾道，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)壁的滾道內(nèi)裝有至少兩個(gè)彈性滑塊，彈性滑塊朝向大軸孔內(nèi)壁的一側(cè)沿大軸孔軸線方向分布有兩條溝槽，每個(gè)溝槽內(nèi)均裝有滾柱，與每個(gè)彈性滑塊對(duì)應(yīng)的兩個(gè)滾柱之間裝有滑塊或隔離滾柱。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)彈性滑塊和滾柱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，降低了軸孔和軸頸之間的壓強(qiáng)，軸承能承受更大載荷，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)E21B10/22GK201810210SQ20102056126
公開日2011年4月27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