耐高壓耐衝擊彈性滑塊軸承牙輪鑽頭的製作方法

2023-06-01 00:52:46 2

專利名稱：耐高壓耐衝擊彈性滑塊軸承牙輪鑽頭的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於油田鑽井及地質勘探的牙輪鑽頭，尤其涉及一種耐高壓 耐衝擊牙輪鑽頭。
背景技術：
目前在油田鑽井及地質勘探領域廣泛使用牙輪鑽頭，如圖1所示，牙輪鑽頭主要 由牙輪2和牙掌4兩部分組成，牙輪2通過滑動軸承或滾動軸承結構與牙掌接合。牙掌4 設有大軸頸41和小軸頸42，牙輪2對應設有大軸孔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，並通過在靠近大軸頸端部設置的一圈 環軸鎖緊滾珠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的圓環滾 道是由大軸頸41外側的圓環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 上對應設置的圓環型半圓截面凹槽形成的軸孔滾珠半滾道閉攏形成。牙輪和牙掌間設有橡 膠密封圈3，牙輪2上鑲有合金齒1，牙輪鑽頭工作時，牙輪2圍繞牙掌大軸頸及小軸頸旋轉 運動，使牙輪上的合金齒1輪流破巖進行油田鑽井或地質勘探鑽孔。不論滑動軸承結構還是滾動軸承結構，軸承之間都有0. Imm左右的間隙。當牙掌 軸頸有向下的作用力時，牙掌軸頸的下部和牙輪內孔的下部接觸發生微小形變，力越大，形 變越大，接觸面積越大。由於牙掌軸頸和牙輪內孔都是剛性的，形變不會很大，所以制約了 牙掌軸頸和牙輪內孔之間的接觸面積，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度的範圍內，而且隨著離底部的變遠，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孔之間的力高度集中在底部很小的一個範圍內，由此而產生 的弊端有1，牙輪鑽頭能承受的總載荷不大；2，力過於集中容易對牙輪內孔造成傷害；3， 對密封系統不利，牙掌軸頸和牙輪內孔之間大部分都是間隙，牙輪缺少約束，會產生劇烈震 動，牙輪每分鐘能震動600次左右，對密封系統造成很大傷害；4，對牙輪斷齒有一定的影 響。

實用新型內容本實用新型對現有剛性軸承結構的牙輪鑽頭進行改進，提供一種耐高壓耐衝擊的 彈性軸承結構的牙輪鑽頭。一種耐高壓耐衝擊彈性滑塊軸承牙輪鑽頭，包括牙輪、牙掌，牙掌設有大軸頸和小 軸頸；牙輪對應設有大軸孔和小軸孔，所述的大軸孔內壁設有滑道，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，大軸孔內壁的滑道內裝有至少兩個彈性滑塊，大軸 孔內壁與牙掌的大軸頸外壁之間通過所述的彈性滑塊形成滑動摩擦配合。所述的彈性滑塊在裝入滑道時，被施以預緊壓力，彈性滑塊所產生的形變約為其 極限形變的一半。預緊壓力的大小可以通過改變彈性滑塊的厚度和寬度來調節，組裝後彈 性滑塊在牙輪牙掌之間在受力時能繼續發生彈性形變。所述的大軸孔內壁的滑道為繞大軸孔軸線分布的環形滑道，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形滑道中。彈性滑塊可採用耐磨損的金屬材質，被施以預緊壓力時彈性滑塊的內側曲面半徑 和外側曲面半徑會發生變化，從而產生預緊力。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，便於牙輪的安裝就位。為了利用彈性滑塊所產生的形變而得到合適的預緊壓力，每個彈性滑塊的內側曲 面半徑大於牙掌大軸頸半徑，同時彈性滑塊外側曲面半徑大於牙輪大軸孔半徑。或者是每 個彈性滑塊的內側曲面半徑小於牙掌大軸頸半徑，同時彈性滑塊外側曲面半徑小於牙輪大 軸孔半徑。所述的彈性滑塊為6 16個，當然彈性滑塊的數量可以根據大軸孔內徑以及彈性 滑塊尺寸而調整，作為優選一般所述的彈性滑塊為8 12個。本實用新型的有益效果是牙掌軸頸和牙輪內孔不直接接觸，而是由圍繞在牙掌 軸頸的一圈的彈性滑塊和牙輪內孔間接接觸，彈性滑塊在牙掌軸頸和牙輪內孔之間在沒有 外載荷的情況下也存在形變和壓力。實現了牙掌和牙輪的無間隙配合，牙輪內孔所有部 位通過彈性滑塊對牙掌軸頸都有支撐作用，使鑽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於壓強小，所以鑽頭轉速可以更高，鑽頭運行更平 穩。避免了牙輪牙掌之間由於間隙配合產生的劇烈震動，對牙輪鑽頭的密封和合金齒都有 很好的保護作用。

圖Ia是現有採用滑動軸承連接結構的牙輪鑽頭的局部結構示意圖；圖Ib是圖Ia中沿A-A線剖視圖；圖2是本實用新型牙輪鑽頭的整體剖面結構示意圖；圖3a是本實用新型牙輪鑽頭的軸頸、軸孔及彈性滑塊部分的剖面結構示意圖；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是彈性滑塊的結構示意圖；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，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。
具體實施方式
參見附圖，本實用新型一種耐高壓耐衝擊牙輪鑽頭，包括鑲有合金齒1的牙輪2、 設有大軸頸41和小軸頸42的牙掌4，牙輪2對應設有大軸孔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上還設有供油 系統5，橡膠密封圈3，墊片6以及鎖緊滾珠8。大軸孔21內壁上繞大軸孔21軸線分布有環形滑道，環形滑道內裝有多個彈性滑 塊7，大軸孔21內壁與大軸頸41外壁之間通過彈性滑塊7滑動摩擦配合。[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依次拼放在環形滑道中。本實用新型耐高壓耐衝擊牙輪鑽頭中的大軸頸41和大軸孔21不是直接剛性接 觸，而是通過被壓縮的數個彈性滑塊7間接彈性接觸，彈性滑塊7在牙輪2、牙掌4組裝時在 牙掌大軸頸41和牙輪大軸孔21的擠壓下發生一半左右的形變，產生預緊壓力，預緊壓力的 大小通過改變彈性滑塊7的厚度和寬度來調節，組裝後彈性滑塊7在牙輪2、牙掌4之間受 力時能繼續發生彈性形變。為實現上述目的，本例中是採用彈性滑塊7內側曲面半徑大於 大軸頸41半徑，同時彈性滑塊7外側曲面半徑大於大軸孔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。本實用新型牙輪鑽頭工作原理如下傳統剛性滑動軸承為了組裝方便牙輪內孔比牙掌軸頸大0. 2mm左右，也就是牙輪 內孔和牙掌軸頸之間有0. Imm左右間隙。在牙輪鑽頭工作受力時，剛性軸承系統壓縮變形 量在0. 03mm左右，所以牙掌軸頸和牙輪內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，接觸部位壓強大，牙輪在牙掌軸頸上不穩定，震動無約束，對軸承 使用壽命，密封系統壽命，合金齒的壽命都會產生不利影響。而本實用新型牙掌軸頸和牙輪 內孔不直接接觸，而是由圍繞在牙掌軸頸的一圈12個彈性滑塊和牙輪內孔間接接觸，彈性 滑塊在牙掌軸頸和牙輪內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。彈性滑塊總形變在0. 25mm左右，遠遠大於牙輪內孔和牙掌軸頸之間有0. Imm左 右的間隙，這樣就實現了牙掌和牙輪的無間隙配合，牙輪內孔所有部位通過彈性滑塊對牙 掌軸頸都有支撐作用，使鑽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於壓強小，所以鑽頭轉速可以更高，鑽頭運行更平穩。以上所述，僅是本實用新型的優選實施例而已，並非對本實用新型的形狀材料和 結構作任何形式上的限制。凡是依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單 修改、等同變化與修飾，均仍屬於本實用新型技術方案的範圍內。
權利要求1.一種耐高壓耐衝擊彈性滑塊軸承牙輪鑽頭，包括牙輪、牙掌，牙掌設有大軸頸和小軸 頸；牙輪對應設有大軸孔和小軸孔，其特徵在於，所述的大軸孔內壁設有滑道，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，大軸孔內壁的滑道內裝有至少兩個彈性 滑塊，大軸孔內壁與牙掌的大軸頸外壁之間通過所述的彈性滑塊滑動摩擦配合。
2.根據權利要求1所述的耐高壓耐衝擊彈性滑塊軸承牙輪鑽頭，其特徵在於，所述的 大軸孔內壁的滑道為繞大軸孔軸線分布的環形滑道。
3.根據權利要求2所述的耐高壓耐衝擊彈性滑塊軸承牙輪鑽頭，其特徵在於，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形滑道中。
4.根據權利要求3所述的耐高壓耐衝擊彈性滑塊軸承牙輪鑽頭，其特徵在於，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.根據權利要求3或4所述的耐高壓耐衝擊彈性滑塊軸承牙輪鑽頭，其特徵在於，每個 彈性滑塊的內側曲面半徑大於牙掌大軸頸半徑，同時彈性滑塊外側曲面半徑大於牙輪大軸 孔半徑。
6.根據權利要求3或4所述的耐高壓耐衝擊彈性滑塊軸承牙輪鑽頭，其特徵在於，每個 彈性滑塊的內側曲面半徑小於牙掌大軸頸半徑，同時彈性滑塊外側曲面半徑小於牙輪大軸 孔半徑。
7.根據權利要求1 4任一項所述的耐高壓耐衝擊彈性滑塊軸承牙輪鑽頭，其特徵在 於，所述的彈性滑塊為6 16個。
8.根據權利要求7所述的耐高壓耐衝擊彈性滑塊軸承牙輪鑽頭，其特徵在於，所述的 彈性滑塊為8 12個。
專利摘要本實用新型公開了一種耐高壓耐衝擊彈性滑塊軸承牙輪鑽頭，包括牙輪、牙掌，牙掌設有大軸頸和小軸頸；牙輪對應設有大軸孔和小軸孔，所述的大軸孔內壁設有滑道，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，大軸孔內壁的滑道內裝有至少兩個彈性滑塊，大軸孔內壁與牙掌的大軸頸外壁之間通過所述的彈性滑塊滑動摩擦配合。滑塊在軸孔和軸頸之間具有預緊力，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，軸承能承受更大載荷；使軸孔和軸頸之間的間隙變為零，降低牙輪牙掌之間的相對震動，對牙輪鑽頭的密封和合金齒都有很好的保護作用。
文檔編號E21B10/24GK201857896SQ20102056125
公開日2011年6月8日 申請日期2010年10月14日 優先權日2010年10月14日
發明者薛中學 申請人:天津立林鑽頭有限公司