一種采用全浮動軸套超高速滾動儲油密封軸承的牙輪鉆頭的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種采用全浮動軸套超高速滾動儲油密封軸承的牙輪鉆頭，其特點(diǎn)主要是：采用了鋼絲擋圈（15）鎖緊牙輪（2）來防止牙輪（2）脫落；在牙掌（1）上增設(shè)了上返孔（28），并采用中長噴嘴（24）加強(qiáng)井底清洗；采用了油囊儲油系統(tǒng)來保證軸承工作過程的充分潤滑和平衡軸承內(nèi)外壓力差，采用O形橡膠圈（8）配合輪金屬環(huán)（9）以及浮動環(huán)（10）實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速條件下軸承的可靠密封；更為重要的是在滾動軸承處安裝了一個(gè)浮動軸套（13）將滾柱（14）與大軸頸（12）隔開，避免大軸頸（12）因接觸疲勞而過早受損，從而極大地提高鉆頭的使用壽命，提高鉆井的經(jīng)濟(jì)性。
【專利說明】一種采用全浮動軸套超高速滾動儲油密封軸承的牙輪鉆頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于巖石鉆井用的牙輪鉆頭技術(shù)，具體涉及一種采用全浮動軸套超高速滾動儲油密封軸承的牙輪鉆頭。
【背景技術(shù)】
[0002]在巖石鉆井技術(shù)中，一般以三牙輪鉆頭為主要工具，國內(nèi)外高轉(zhuǎn)速鉆井多采螺桿鉆具和蝸輪鉆具，鉆頭轉(zhuǎn)速為300— 600r/min，由于三牙輪鉆頭牙輪的轉(zhuǎn)速是鉆頭轉(zhuǎn)速的
1.5倍，在超高轉(zhuǎn)速下，牙輪轉(zhuǎn)速可達(dá)到450— 900r/min，因此，對鉆頭零件要求更高。三牙輪鉆頭適合采用滾動軸承，但是由于三牙輪鉆頭結(jié)構(gòu)緊湊，導(dǎo)致其三個(gè)牙輪的軸承承載面積之和不及單牙輪鉆頭的二分之一，滾動軸承的滾柱在高鉆壓高轉(zhuǎn)速條件下常常與軸頸產(chǎn)生接觸疲勞損壞，使軸頸根部產(chǎn)生裂紋，之后成塊狀剝落，導(dǎo)致軸承失效，影響滾動軸承牙輪鉆頭推廣應(yīng)用。過去的工作只要是提高接觸疲勞壽命，但收效甚微。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的以上不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種設(shè)計(jì)完善、性能全面的一種采用全浮動軸套超高速滾動儲油密封軸承的牙輪鉆頭。
[0004]為實(shí)現(xiàn)以上目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0005]一種采用全浮動軸套超高速滾動儲油密封軸承的牙輪鉆頭，其特征在于，包括輪金屬環(huán)、浮動環(huán)、0形橡膠圈、小軸、儲油囊、小軸套，上部設(shè)有螺紋連接的主體，均勻分布在主體下方的三個(gè)牙掌，所述牙掌根部設(shè)有通向主體外的上返孔，位于每兩個(gè)牙掌之間的中長噴嘴，從牙掌朝內(nèi)斜向伸出的大軸頸，套裝在大軸頸上的牙輪，布置在牙輪上的齒柱，套裝在大軸頸外壁上的浮動軸套，沿浮動軸套分布的滾柱；所述牙輪上設(shè)有臺階狀安裝盲孔，臺階狀安裝盲孔的大孔內(nèi)靠近臺階處設(shè)有內(nèi)壁環(huán)形槽，大軸頸靠近其頂端面設(shè)置有與所述內(nèi)壁環(huán)形槽對應(yīng)的外壁環(huán)形槽，外壁環(huán)形槽和內(nèi)壁環(huán)形槽內(nèi)安裝有連接用鋼絲擋圈，抵靠在大軸頸頂端面和所述臺階狀安裝盲孔的臺階面設(shè)有止推墊圈；所述大軸頸根部設(shè)有軸根臺階，牙輪的臺階狀安裝盲孔的大孔內(nèi)靠近口部設(shè)有牙輪端槽，大軸頸根部靠近軸根臺階處和牙輪端槽之間套裝有輪金屬環(huán)和0形橡膠圈，0形橡膠圈套在輪金屬環(huán)外圍；所述大軸頸頂端面上設(shè)有一小圓柱孔，小圓柱孔底部設(shè)有一個(gè)通向牙掌之外的傳壓孔，所述小軸的一端與小圓柱孔過盈配合，小軸另一端與牙輪的臺階狀安裝盲孔的小孔內(nèi)壁之間設(shè)有小軸套；所述小軸與小圓柱孔底部之間設(shè)有一個(gè)裝滿鉆頭脂的儲油囊，儲油囊與貫穿設(shè)置在小軸上的兩個(gè)交叉連通的通油孔連通，通油孔與設(shè)置在大軸頸外壁的儲油槽連通，儲油槽連通注油孔，所述注油孔設(shè)置在大軸頸內(nèi)并通往牙掌外。
[0006]上述技術(shù)方案的特點(diǎn)和進(jìn)一步改進(jìn)在于:
[0007]所述大軸頸是一個(gè)二階臺階軸，大軸頸靠近牙掌的第一階直徑大于靠近末端的第二階直徑，浮動軸套套裝在大軸頸的第二階上，并且浮動軸套外徑與大軸頸第一階外徑相
坐寸o[0008]所述牙輪的臺階狀安裝盲孔的大孔內(nèi)遠(yuǎn)離臺階處設(shè)置有滾柱槽，所述滾柱均勻分布在滾柱槽內(nèi)。
[0009]所述輪金屬環(huán)的徑向密封面包含斜面和平面，所述牙輪端槽底面包含與輪金屬環(huán)的徑向密封面對應(yīng)的斜面和平面，所述0形橡膠圈位于所述輪金屬環(huán)的徑向密封面和所述牙輪端槽底面之間。
[0010]所述浮動環(huán)軸向設(shè)置在軸根臺階與輪金屬環(huán)之間。
[0011]所述大軸頸的軸根臺階的端面和對應(yīng)的浮動環(huán)以及浮動環(huán)和對應(yīng)的輪金屬環(huán)的軸向面都是滑動密封。
[0012]所述主體的螺紋連接處設(shè)置有通水孔，通水孔出口設(shè)置有三個(gè)內(nèi)徑增大的中長噴嘴，每個(gè)中長噴嘴位于三個(gè)牙掌中的兩個(gè)牙掌之間，中長噴嘴伸出主體部分的側(cè)壁設(shè)有吸入孔。
[0013]所述牙輪上從頂部到根部依次設(shè)置有頂齒、主齒齒圈、邊齒與切徑齒齒圈、背錐齒齒圈，在邊齒與切徑齒齒圈中邊齒與切徑齒間隔排列。
[0014]所述牙掌外側(cè)和主體外側(cè)分別布置有體保徑齒。
[0015]本實(shí)用新型具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的有益效果。首先是，該鉆頭在軸根臺階和輪金屬環(huán)之間設(shè)置了一個(gè)浮動環(huán)，浮動環(huán)的兩個(gè)端面分別與軸根臺階和輪金屬環(huán)密封端面滑動密封，有效降低了滑動密封端面之間的相對速度，實(shí)現(xiàn)了高轉(zhuǎn)速條件下軸承的可靠密封；其次，還采用了鋼絲擋圈鎖緊牙輪來防止牙輪脫落；而且，還采用了中長噴嘴，中長噴嘴噴口設(shè)有吸入孔，能吸進(jìn)帶巖屑泥漿再噴向井底，加強(qiáng)了井底清洗，每個(gè)牙掌上都設(shè)有上返孔，使鉆頭中心部位泥漿迅速上返，可大幅提高鉆頭機(jī)械鉆井速度；特別是鉆頭內(nèi)部還采用了油囊儲油系統(tǒng)來保證軸承工作過程的充分潤滑和平衡軸承內(nèi)外壓力差；最為重要的是，本實(shí)用新型在鉆頭的滾動軸承處安裝了一個(gè)浮動軸套將滾柱與大軸頸隔開，鉆頭工作時(shí)軸承滾柱與套裝在大軸頸上的浮動軸套表面接觸，而浮動軸套與大軸頸產(chǎn)生滑動不斷變換浮動軸套表面與滾柱接觸區(qū)，避免大軸頸因接觸疲勞而過早受損，提高了軸承壽命，提高鉆井的經(jīng)濟(jì)性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0017]圖1為本實(shí)用新型的一種采用全浮動軸套超高速滾動儲油密封軸承的牙輪鉆頭的整體內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為圖1中鉆頭軸承部分和牙輪端槽密封部位的局部內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]在以上圖中:1、牙掌；2、牙輪；3、注油絲堵；4、注油孔；5、傳壓孔；6、儲油囊；7、小軸；8、0形橡膠圈；9、輪金屬環(huán)；10、浮動環(huán)；11、軸根臺階；12、大軸頸；13、浮動軸套；14、滾柱；15、鋼絲擋圈；16、止推墊圈；17、小軸套；18、頂齒；19、主齒；20、邊齒；21、切徑齒；22、背錐齒；23、體保徑齒；24、中長噴嘴；25、噴嘴密封圈；26、噴嘴擋圈；27、吸入孔；28、上返孔；29、通油孔；30、主體；31、牙輪端槽；32、儲油槽。
【具體實(shí)施方式】
[0020]如圖1所示,一種采用全浮動軸套超高速滾動儲油密封軸承的牙輪鉆頭,其包括輪金屬環(huán)(9)、浮動環(huán)(10)、O形橡膠圈(8)、小軸(7)、儲油囊(6)、小軸套(17)，上部設(shè)有螺紋連接的主體(30 )，均勻分布在主體(30 )下方的三個(gè)牙掌(I)，牙掌(I)根部設(shè)有通向主體
(30)外的上返孔(28)，位于每兩個(gè)牙掌(I)之間的中長噴嘴(24)，從牙掌(I)朝內(nèi)斜向伸出的大軸頸(12)，套裝在大軸頸(12)上的牙輪(2)，布置在牙輪(2)上的齒柱，套裝在大軸頸(12)外壁上的浮動軸套(13)，沿浮動軸套(13)分布的滾柱(14);牙輪(2)上設(shè)有臺階狀安裝盲孔，臺階狀安裝盲孔的大孔內(nèi)靠近臺階處設(shè)有內(nèi)壁環(huán)形槽，大軸頸(12)靠近其頂端面設(shè)置有與內(nèi)壁環(huán)形槽對應(yīng)的外壁環(huán)形槽，外壁環(huán)形槽和內(nèi)壁環(huán)形槽內(nèi)安裝有連接用鋼絲擋圈(15)，采用鋼絲擋圈(9)鎖緊牙輪(2)，不會發(fā)生掉牙輪(2)事故，即使在軸承密封失效嚴(yán)重磨損后也不會掉牙輪(2);抵靠在大軸頸(12)頂端面和所述臺階狀安裝盲孔的臺階面設(shè)有止推墊圈(16);大軸頸(12)根部設(shè)有軸根臺階(11)，牙輪(2)的臺階狀安裝盲孔的大孔內(nèi)靠近口部設(shè)有牙輪端槽(31)，大軸頸(12)根部靠近軸根臺階(11)處和牙輪端槽(31)之間套裝有輪金屬環(huán)(9)和O形橡膠圈(8)，O形橡膠圈(8)套在輪金屬環(huán)(9)外圍；大軸頸(12)頂端面上設(shè)有一小圓柱孔，小圓柱孔底部設(shè)有一個(gè)通向牙掌(I)之外的傳壓孔(5)，小軸(7)的一端與小圓柱孔過盈配合，小軸(7)另一端與牙輪(2)的臺階狀安裝盲孔的小孔內(nèi)壁之間設(shè)有小軸套(17 );小軸(7 )與小圓柱孔底部之間設(shè)有一個(gè)裝滿鉆頭脂的儲油囊
(6)，儲油囊(6)與貫穿設(shè)置在小軸(7)上的兩個(gè)交叉連通的通油孔(29)連通，通油孔(29)與設(shè)置在大軸頸(12)外壁的儲油槽連通，由于浮動軸套(13)和止推墊圈(16)以及小軸套
(17)上都設(shè)有過油槽，使通油孔(29)可對軸承各處進(jìn)行潤滑，通油孔(29)通過儲油囊(6)連接傳壓孔(5)，可使軸承各處壓力平衡。儲油槽連通注油孔(4)，注油孔(4)設(shè)置在大軸頸
(12)內(nèi)并通往牙掌(2)外，在牙掌外的注油孔(4)上設(shè)有絲堵(3)，用以防止雜物進(jìn)入注油孔⑷。
[0021]如圖2所示，大軸頸(12)是一個(gè)二階臺階軸，大軸頸(12)靠近牙掌(I)的第一階直徑大于靠近末端的第二階直徑，浮動軸套(13)套裝在大軸頸(12)的第二階上，并且浮動軸套(13)外徑與大軸頸(12)第一階外徑相等。牙輪(2)的臺階狀安裝盲孔的大孔內(nèi)遠(yuǎn)離臺階處設(shè)置有滾柱槽，滾柱(14)均勻分布在滾柱槽內(nèi),確保滾柱(14)始終接觸正對滾柱槽的浮動軸套(13)。
[0022]從圖2中還可以看出，輪金屬環(huán)(9)的徑向密封面包含斜面和平面，所述牙輪端槽
(31)底面包含與輪金屬環(huán)(9)的徑向密封面對應(yīng)的斜面和平面，0形橡膠圈(8)位于輪金屬環(huán)(9)的徑向密封面和牙輪端槽(31)底面之間，浮動環(huán)(10)軸向設(shè)置在軸根臺階(11)與輪金屬環(huán)(9)之間；0形橡膠圈(8)在牙輪端槽(31)內(nèi)被徑向和軸向壓縮，產(chǎn)生推力推動輪金屬環(huán)(9)使其端面貼緊浮動環(huán)(10)端面和軸根臺階(11)端面，浮動環(huán)(10)與輪金屬環(huán)(9)都采用高速工具鋼制造，并且浮動環(huán)(10)端面和輪金屬環(huán)(9)端面與軸根臺階(11)端面都經(jīng)過拋光處理，大軸頸(2)的軸根臺階(11)的端面和對應(yīng)的浮動環(huán)(10)以及浮動環(huán)
(10)和對應(yīng)的輪金屬環(huán)(9)的軸向面都是滑動密封，適應(yīng)轉(zhuǎn)速能力比現(xiàn)有技術(shù)提高了一倍，0形橡膠圈(8)有徑向和軸向兩組密封功能，在軸向壓縮量較小時(shí)仍能可靠密封。
[0023]在圖1的上部，主體(30)的螺紋連接處設(shè)置有通水孔，通水孔出口設(shè)置有三個(gè)內(nèi)徑增大的中長噴嘴(24)，每個(gè)中長噴嘴(24)位于三個(gè)牙掌(I)中的兩個(gè)牙掌(I)之間，中長噴嘴(24)與主體(30)之間設(shè)有噴嘴密封圈(25)，中長噴嘴(24)噴嘴擋圈(26)固定在主體(30)內(nèi)；中長噴嘴(24)伸出主體(30)部分內(nèi)徑增大，在內(nèi)徑增大處的側(cè)壁設(shè)有吸入孔(27);在鉆井時(shí)，通過連接著牙輪鉆頭的螺桿中間的通水管道將水送入牙輪(2)內(nèi)部的通水孔，水從中長噴嘴(24)射出，清洗牙輪(2 )和井底，中長噴嘴(24)在噴水口處內(nèi)徑增大，高速噴射水流噴出時(shí)在中長噴嘴(24)噴口內(nèi)徑增大處形成負(fù)壓，負(fù)壓使吸入孔(27)吸進(jìn)帶巖屑的泥漿，這些巖屑泥漿再隨高壓水流噴向井底，提高了清洗效率；之后這些巖屑泥漿會通過牙掌(I)上的上返孔(28)迅速上返。
[0024]從圖1中還可以看出，牙輪(2)上從頂部到根部依次設(shè)置有頂齒(18)、主齒(19)齒圈、邊齒(20)與切徑齒(21)齒圈、背錐齒(22)齒圈，在邊齒(20)與切徑齒(21)齒圈中邊齒(20)與切徑齒(21)間隔排列；牙掌(I)外側(cè)和主體(30)外側(cè)分別布置有體保徑齒(23)，這些體保徑齒(23)沿主體(30)軸向每列之間交錯(cuò)排列。以上措施提高破巖效率和增加鉆頭保徑效果，讓鉆頭工作更加穩(wěn)定。
[0025]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本實(shí)用新型進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍。這樣，倘若本實(shí)用新型的這些修改和變型屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本實(shí)用新型也包含這些改動和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種采用全浮動軸套超高速滾動儲油密封軸承的牙輪鉆頭，其特征在于，包括輪金屬環(huán)(9)、浮動環(huán)(10)、O形橡膠圈(8)、小軸(7)、儲油囊(6)、小軸套(17)，上部設(shè)有螺紋連接的主體(30)，均勻分布在主體(30)下方的三個(gè)牙掌(1)，所述牙掌(I)根部設(shè)有通向主體(30)外的上返孔(28)，位于每兩個(gè)牙掌(I)之間的中長噴嘴(24)，從牙掌(I)朝內(nèi)斜向伸出的大軸頸(12)，套裝在大軸頸(12)上的牙輪(2)，布置在牙輪(2)上的齒柱，套裝在大軸頸(12)外壁上的浮動軸套(13)，沿浮動軸套(13)分布的滾柱(14);所述牙輪(2)上設(shè)有臺階狀安裝盲孔，臺階狀安裝盲孔的大孔內(nèi)靠近臺階處設(shè)有內(nèi)壁環(huán)形槽，大軸頸(12)靠近其頂端面設(shè)置有與所述內(nèi)壁環(huán)形槽對應(yīng)的外壁環(huán)形槽，外壁環(huán)形槽和內(nèi)壁環(huán)形槽內(nèi)安裝有連接用鋼絲擋圈(15)，抵靠在大軸頸(12)頂端面和所述臺階狀安裝盲孔的臺階面設(shè)有止推墊圈(16);所述大軸頸(12)根部設(shè)有軸根臺階(11)，牙輪(2)的臺階狀安裝盲孔的大孔內(nèi)靠近口部設(shè)有牙輪端槽(31)，大軸頸(12)根部靠近軸根臺階(11)處和牙輪端槽(31)之間套裝有輪金屬環(huán)(9)和O形橡膠圈(8)，O形橡膠圈(8)套在輪金屬環(huán)(9)外圍；所述大軸頸(12)頂端面上設(shè)有一小圓柱孔，小圓柱孔底部設(shè)有一個(gè)通向牙掌(I)之外的傳壓孔(5)，所述小軸(7)的一端與小圓柱孔過盈配合，小軸(7)另一端與牙輪(2)的臺階狀安裝盲孔的小孔內(nèi)壁之間設(shè)有小軸套(17);所述小軸(7)與小圓柱孔底部之間設(shè)有一個(gè)裝滿鉆頭脂的儲油囊(6)，儲油囊(6)與貫穿設(shè)置在小軸(7)上的兩個(gè)交叉連通的通油孔(29)連通，通油孔(29)與設(shè)置在大軸頸(12)外壁的儲油槽連通，儲油槽連通注油孔(4)，所述注油孔(4)設(shè)置在大軸頸(12)內(nèi)并通往牙掌(2)外。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用全浮動軸套超高速滾動儲油密封軸承的牙輪鉆頭，其特征在于，所述大軸頸(12)是一個(gè)二階臺階軸，大軸頸(12)靠近牙掌(I)的第一階直徑大于靠近末端的第二階直徑，浮動軸套(13)套裝在大軸頸(12)的第二階上，并且浮動軸套(13)外徑與大軸頸(12)第一階外徑相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用全浮動軸套超高速滾動儲油密封軸承的牙輪鉆頭，其特征在于，所述牙輪(2)的臺階狀安裝盲孔的大孔內(nèi)遠(yuǎn)離臺階處設(shè)置有滾柱槽，所述滾柱(14)均勻分布在滾柱槽內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用全浮動軸套超高速滾動儲油密封軸承的牙輪鉆頭，其特征在于，所述輪金屬環(huán)(9)的徑向密封面包含斜面和平面，所述牙輪端槽(31)底面包含與輪金屬環(huán)(9)的徑向密封面對應(yīng)的斜面和平面，所述O形橡膠圈(8)位于所述輪金屬環(huán)(9)的徑向密封面和所述牙輪端槽(31)底面之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用全浮動軸套超高速滾動儲油密封軸承的牙輪鉆頭，其特征在于，所述浮動環(huán)(10)軸向設(shè)置在軸根臺階(11)與輪金屬環(huán)(9)之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用全浮動軸套超高速滾動儲油密封軸承的牙輪鉆頭，其特征在于，所述大軸頸(2)的軸根臺階(11)的端面和對應(yīng)的浮動環(huán)(10)的軸向端面以及浮動環(huán)(10)和對應(yīng)的輪金屬環(huán)(9)的軸向端面之間都是滑動密封。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用全浮動軸套超高速滾動儲油密封軸承的牙輪鉆頭，其特征在于，所述主體(30)的螺紋連接處設(shè)置有通水孔，通水孔出口設(shè)置有三個(gè)內(nèi)徑增大的中長噴嘴(24)，每個(gè)中長噴嘴(24)位于三個(gè)牙掌(I)中的兩個(gè)牙掌(I)之間，中長噴嘴(24)伸出主體(30)部分的側(cè)壁設(shè)有吸入孔(27)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用全浮動軸套超高速滾動儲油密封軸承的牙輪鉆頭，其特征在于，所述牙輪(2 )上從頂部到根部依次設(shè)置有頂齒(18 )、主齒(19 )齒圈、邊齒(20 )與切徑齒(21)齒圈、背錐齒(22 )齒圈，在邊齒(20 )與切徑齒(21)齒圈中邊齒(20 )與切徑齒(21)間隔排列。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用全浮動軸套超高速滾動儲油密封軸承的牙輪鉆頭，其特征在于，所述牙掌(I) 外側(cè)和主體(30)外側(cè)分別布置有體保徑齒(23)。
【文檔編號】E21B10/16GK203441369SQ201320521558
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年8月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月23日
【發(fā)明者】劉新軍, 孫泰林, 武岳 申請人:陜西金剛石油機(jī)械有限公司