一種具有螺旋槽止推軸承的牙輪鑽頭的製作方法
2023-05-27 22:15:56 4
專利名稱:一種具有螺旋槽止推軸承的牙輪鑽頭的製作方法
本發明涉及一種改進的鑽井用牙輪鑽頭，特別是具有若干條螺旋槽止推軸承的牙輪鑽頭。螺旋槽止推軸承也適用於具有旋轉運動、軸向載荷及軸承潤滑的一切井下鑽井工具如螺杆鑽具及蝸輪鑽具。
現有的牙輪鑽頭主要由帶切削齒的牙輪、帶軸頸的牙爪及密封潤滑系統組成。牙輪靠滾珠鎖在牙爪軸頸上，鑽柱帶動鑽頭旋轉，並對鑽頭施加鑽壓。鑽進時，牙輪與井底接觸並繞鑽頭軸線公轉的同時，繞本身軸線旋轉。在鑽壓及牙輪旋轉的作用下，牙輪上的切削齒破碎巖石。地層作用於牙輪的徑向載荷，由兩個徑向軸承承受，軸向載荷則由一個或兩個止推軸承承受。各個軸承是由貯存在鑽頭體內貯油腔的潤滑脂潤滑。並配置有密封圈防止泥漿進入軸承腔，同時防止軸承腔內的潤滑脂流出鑽頭體外。現有的牙輪鑽頭止推軸承在軸頸止推面上開一直油槽並堆焊耐磨合金，在牙輪止推面上鋃裝一系列減磨合金柱。索馬斯·威廉姆(Thomas、Willian)的英國專利(NO2085050 1982年4月21日)，對止推軸承作了改進，在上述結構基礎上、在牙輪止推面上有由裡向外開四條直油槽，刮接由於離心力影響向外甩出的油脂，使摩擦面得到潤滑。現有的牙輪鑽頭止推軸承潤滑不充分，採用抗磨及減摩合金材料來減少軸承的摩擦磨損，實驗及井下實踐證明磨損及摩擦熱較大，常導致軸承早期失效。
本發明應用流體動壓潤滑原理，提供一種螺旋槽止推軸承，其特徵是在牙爪軸頸上從外向裡開若干條螺旋盲槽，為了提高止推軸承的抗磨能力及減小微凸體比壓減小磨損，兩個止推面表面可用滲碳淬火或用其它表面硬化技術使硬度達到HRC60以上，表面光潔度可為
9～
10。螺旋槽的加工，可用電化學刻蝕法，或電火花加工方法或滲碳淬火前模鍛成型。裝配鑽頭時在螺旋槽內塗滿潤滑脂。當牙輪止推面繞牙輪軸線旋轉時，貯存在止推軸承外緣環形空間的潤滑脂被擠進螺旋槽內，由於螺旋槽是個盲槽，被擠進的潤滑脂越來越多，在槽內形成流體動壓力，潤滑脂被擠進摩擦接觸面，使兩個止推面得到充分潤滑，從而減少止推軸承的摩擦磨損，提高軸承壽命。
本發明因為利用螺旋槽從供油區擠進潤滑脂使止推面得到充分潤滑，摩擦磨損及摩擦熱比現有的鑽頭止推軸承小，軸承壽命長。由於可以省去在兩個止推面上堆焊及鋃裝價格昂貴的耐磨合金及減摩合金柱，從而節約了合金材料費用，以及堆焊及鋃裝 耐磨及減磨合金加工工時費用降低鑽頭製造成本。
以下將結合附圖對發明作進一步的詳細描述。
圖1表示現有的鑽頭及有關本發明鑽頭的局部結構圖，鑽頭的其餘部分與本圖相同。牙爪(1)帶有軸頸(2)。牙輪(3)的表面鋃裝或銑出切削齒(4)用來切削巖石，牙輪(3)靠從通道(7)裝入的一系列滾珠(5)鎖在軸徑(2)上。塞肖(8)中間車細連同右端銑扁裝進通道(7)防止滾珠(5)掉出，並在左端(9)焊死防止泥漿進入。潤滑脂貯存在貯油腔內(未畫出)，依靠泥漿壓力擠壓橡皮囊(未畫出)迫使潤滑脂通過油通道(6)、(10)、(11)、(12)潤滑大軸頸軸承(13)、小軸頸軸承(14)、止推軸承(15)，橡皮囊也起壓力平衡作用，密封圈(16)阻止外部泥漿進入軸承腔以及軸承腔內潤滑脂流出鑽頭體外。如前所述，鑽頭工作時，地層作用於牙輪(3)的徑向載荷由大軸頸軸承(13)及小軸頸軸承(14)承擔，軸向載荷則由止推軸承(15)承擔。止推軸承(15)由軸頸(2)上的止推面(B)及牙輪(3)上的止推面(A)組成，並由貯存在外緣環形空間(12)的潤滑脂供油潤滑。如前所述，現有的鑽頭止推軸承為了減小止推面的摩擦磨損，在軸頸(2)止推面(B)上堆焊耐磨合金並開一道油槽，在牙輪(3)止推面(A)上銀裝一組減摩合金，于于潤滑不充分，軸承的抗磨減摩作用主要靠價格昂貴的合金材料來解決，眾所周知，其摩擦係數及摩擦熱遠比用油脂充分潤滑大得多，常導致止推軸承的磨損及過熱，鑽頭早期失效。
圖2是圖1中止推軸承(15)部分的局部放大圖，表示本發明所提供的螺旋槽止推軸承的具體結構，圖2H是圖2G中軸頸(2)的止推面(B)的A向視圖，表示止推面(B)上螺旋槽的具體結構。
對照圖2H，G，如前所述，在鑽頭裝配前螺旋槽內塗滿潤滑脂，止推軸承外緣環形空間(12)為供油區，並充滿潤滑脂，止推面(B)上可開四條或六條螺旋槽(17)，螺旋升角可為65°～71°，螺旋槽寬可為2～4毫米，槽深可為0.05～0.25毫米。螺旋槽(17)從止推面外緣開到距小軸頸(14)1～2毫米處終止，在止推面(B)上形成一個不通的盲槽。如前所述，當牙輪(3)按A向觀察順時針旋轉時，貯存在環形空間(12)中的潤滑脂按圖2H中的箭頭(18)方向連續的被擠進螺旋槽(17)內，由於螺旋槽(17)是個盲槽，被擠進的潤滑脂越來越多，形成流體動壓力，潤滑脂被擠向整個止推面，從而使止推面(B)及止推面(A)得到充分潤滑，減小了止推面的摩擦及磨損。根據流體動壓潤滑理論，牙輪(3)轉速愈高，動壓潤滑效果越好，更適用於高速鑽進。螺旋槽(17)的另一個作用是當止推面間的微凸體接觸產生磨損時，剝離的微粒或混入潤滑脂中的微粒將被嵌藏在螺旋槽內，防止止推面的磨粒磨損。如前所述，為了提高止推面(A)及(B)的抗磨性，止推面(A)及(B)表面可進行滲碳淬火，或用其它表面硬化技術使兩止推面硬度大於HRC60以上，為了減小止推面的實際接觸壓力，兩止推面的表面光潔度可為
9～
10，也可以減小軸頸軸承(14)的直徑30％相應增大止推軸承(15)的表觀接觸面積，降低接觸比壓，因為較大的接觸壓力會造成接觸面的磨損，這在一般技術上是眾所周知的。由於本發明的止推面(15)得到充分潤滑，摩擦大部分發生在潤滑脂之間，如前所述本發明可省去在止推面(B)上堆焊耐磨合金，在止推面(A)上銀裝減摩合金柱。從而節約了材料及加工費，降低鑽頭成本。
圖3表示牙輪鑽頭整體結構圖。整個牙輪鑽頭由圖3所示的相同三個牙爪(1)及牙輪(3)焊接而成，牙輪鑽頭工作原理及結構特點，對照原1及圖3以及說明書，就很清楚。
圖3中17是潤滑脂存貯腔，18是橡皮囊，說明書中已提及，在原圖1中未畫出。
權利要求
1.一種適用於具有旋轉運動、軸向載荷以及軸承潤滑的井下的鑽井工具，其特徵在於該鑽井工具的止推軸承軸頸(2)的止推面[B]上有若干條螺旋槽。
2.一種按權利要求
1所述的鑽井工具，其特徵在於螺旋槽是由外向裡開的盲槽，可由4～6條組成。
3.一種按權利要求
2所述的鑽井工具，其特徵在於螺旋槽升角為65°～71°。
4.一種按權利要求
2、3所述的鑽井工具，其特徵在於螺旋槽槽寬為2～4毫米，槽深為0.05～0.25毫米。
5.一種按權利要求
1所述的鑽井工具，其特徵在於止推面(A)及止推面(B)，可進行表面滲碳淬火或用其它表面硬化技術使兩個止推面的硬度超過HRC60以上。
6.一種按權利要求
1所述的鑽井工具，其特徵在於兩個止推面的表面光潔度為
9～
10。
7.一種按權利要求
1所述的鑽井工具，其特徵在於螺旋槽的加工，可用電化學刻蝕法或電火花加工方法或滲碳淬火前模鍛成型。
8.一種按權利要求
1所述的鑽井工具，其特徵是可減小小軸頸軸承(14)的直徑30％，相應增大止推軸承接觸面。
專利摘要
本實用新型是一種具有螺旋槽止推軸承的牙輪鑽頭。它提供的是一種井下鑽井工具牙輪鑽頭止推軸承的改進。這種止推軸承的特點是在牙爪軸頸的止推面上由外向裡開若干條螺旋盲槽，鑽頭工作時，牙輪轉動並將貯存在止推面外緣環形空間的潤滑脂擠進螺旋槽內，由於螺旋槽是盲槽被擠進的油脂越來越多，在螺旋槽內形成流體動壓力，使止推面得到充分潤滑，減小止推面的摩擦，磨損及摩擦熱，從而提高軸承壽命。
文檔編號E21B10/08GK85201588SQ85201588
公開日1986年5月28日 申請日期1985年5月24日
發明者羅緯, 李文杰, 任韶然 申請人:華東石油學院北京研究生部, 上海第一石油機械廠導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan