高转速耐高压耐冲击牙轮钻头制造技术

本实用新型专利技术涉及一种高转速耐高压耐冲击牙轮钻头，包括牙轮，牙掌，牙掌设大轴颈和小轴颈，牙轮对应设有大轴孔和小轴孔，牙轮的大轴孔和小轴孔分别套装在牙掌的大轴颈和小轴颈上，并通过嵌装于滚道中的滚柱与牙掌滚动摩擦连接，其特征在于在所述大轴颈外表面环周设有由宽度延伸至靠近大轴颈端部的轴颈圆环形凹槽形成的轴颈半滚道，大轴孔孔壁上与轴颈半滚道对应设有由轴孔圆环形凹槽形成的轴孔半滚道，滚道由轴颈半滚道和轴孔半滚道闭合形成；滚柱是端面为曲面的空腔加长型滚柱，滚柱柱面母线是外凸对数曲线或弧线。本实用新型专利技术的优点是提供出能承受更大载荷，抗冲击韧性增强的高转速耐高压耐冲击牙轮钻头，适用于高压深井钻井作业。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种用于油田钻井及地质勘探的牙轮钻头，尤其涉及一种高转速耐高压耐冲击牙轮钻头。
技术介绍
目前在油田钻井及地质勘探领域广泛使用牙轮钻头，如图1所示，牙轮钻头主要由牙轮20和牙掌40两部分组成，牙轮20通过滑动轴承或滚动轴承结构与牙掌接合。牙掌40设有大轴颈41和小轴颈42，牙轮20对应设有大轴孔21和小轴孔22，牙轮的大轴孔21和小轴孔22分别套装在牙掌的大轴颈41和小轴颈42上，并通过在靠近大轴颈端部设置的一圈环轴锁紧滚珠6将牙轮20锁定在大轴颈41上，也即锁定在牙掌40上。锁紧滚珠6的圆环滚道60是由大轴颈41外侧的圆环型半圆截面凹槽形成的轴颈滚珠半滚道和由牙轮大轴孔孔壁上对应设置的圆环型半圆截面凹槽形成的轴孔滚珠半滚道闭拢形成。牙轮和牙掌间设有橡胶密封圈30，牙轮20上镶有合金齿10，牙轮钻头工作时，牙轮20围绕牙掌大轴颈及小轴颈旋转运动，使牙轮上的合金齿20轮流破岩进行油田钻井或地质勘探钻孔。在采用滑动轴承结构连接时，牙掌轴颈和牙轮轴孔直接接触，接触面积大，能承受很大的钻井压力，但在高转速下牙掌轴颈和牙轮轴孔滑动摩擦加剧，产生高温，使牙轮轴孔磨损变大，很快失效，因此滑动轴承不适合高转速钻井。图1是现有采用滚动轴承结构及锁紧滚珠结构的牙轮钻头的局部结构示意图。如图所示，在牙轮大轴孔21内壁环周设有环形滚道90，牙掌的大轴颈41为圆滑的圆柱面，没有环形滚道，所以滚道内的一圈圆柱形滚柱50只是变滑动摩擦为滚动摩擦，解决了滑动摩擦的滑动磨损问题，适合高转速，但没有锁紧功能，采用这种滚动轴承结构带来的技术缺陷是：(1)由于在大轴颈41端部设有锁紧滚珠6，因此占用了一定空间，使圆柱形滚柱50的长度受到限制，现有圆柱形滚柱的长度一般小于20mm；(2)圆柱形滚柱50减小了牙掌大轴颈41和牙轮大轴孔21的接触面积；(3)圆柱形滚柱50的两端面为平面，端面的锐棱边沿容易产生应力集中；因此使现有采用滚动轴承连接方式的牙轮钻头的结构耐高压，耐冲击性能差，不适用于高压深井钻井作业。
技术实现思路
本技术的主要目的在于针对上述问题，对现有滚动轴承结构的牙轮钻头进行改进，提供一种高转速耐高压耐冲击牙轮钻头。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高转速耐高压耐冲击牙轮钻头，包括牙轮、牙掌，牙掌设有大轴颈和小轴颈，牙轮对应设有大轴孔和小轴孔，牙轮的大轴孔和小轴孔分别套装在牙掌的大轴颈和小轴颈上，并通过嵌装于滚道中的滚柱与牙掌滚动摩擦连接，其特征在于在所述大轴颈外表面环周设有由宽度延伸至靠近大轴颈端部的轴颈圆环形凹槽形成的轴颈半滚道，在大轴孔孔壁上与轴颈半滚道对应设有由轴孔圆环形凹槽形成的轴孔半滚道，所述滚道由轴颈半滚道和轴孔半滚道闭合形成，所述滚柱为嵌装于该滚道内的加长型滚柱。-->所述滚柱的两端面为曲面，所述牙轮和牙掌上的圆环形凹槽的侧壁为与所述曲面对应的曲面侧壁。所述滚柱设有贯穿柱体的空腔。所述滚柱柱面母线是外凸对数曲线或弧线。所述加长型滚柱的长度比现有滚柱延长10～15mm。所述滚柱的材料为抗冲击轴承钢55SiMoVA。本技术的有益效果是：本技术提供出一种高转速耐高压耐冲击牙轮钻头，具体体现在：加长的滚柱同时具有承受钻头动载荷的滚动摩擦、锁紧牙轮、改善润滑条件等多种功能，滚柱受力面积加大，接触点的压强减小，使牙轮钻头能够承受更大的载荷，且避免牙轮本体上薄弱部位的出现，结构更加强固；空腔滚柱增加了滚柱柔性，改善了系统润滑，使钻头能适应震动冲击，增大润滑脂存储空间，有利于轴承系统润滑；滚柱端面为曲面，消除了滚柱两端由于锐棱带来的应力集中问题，同时改善了摩擦部位间的润滑条件，也方便了滚柱的安装；滚柱面母线采用外凸对数曲线或弧线，使偏载、过载现象大大减小，增加了滚柱承载能力，延长了轴承寿命；尤其，滚柱材料采用抗冲击轴承钢55SiMoVA，使其抗冲击韧性显著提高，本技术的载荷承受力是现有技术的1.6倍以上，适用于高压深井钻井作业。附图说明图1是现有采用滚动轴承连接结构及锁紧滚珠结构的牙轮钻头的局部结构示意图；图2是本技术的整体剖面结构示意图；图3是本技术的牙轮、牙掌连接部分的剖面结构示意图；图4是本技术滚柱的剖面结构示意图。图中：1合金齿，2牙轮，23大轴孔，24小轴孔，3橡胶密封圈，4牙掌，43大轴颈，44小轴颈，5滚柱，51滚柱端面，52滚柱柱面，53滚柱空腔，6锁紧滚珠，7供油系统，81牙轮锁紧时轴孔滚道和滚柱端面的接触面(受力面)，82牙轮锁紧时轴颈滚道和滚柱端面的接触面(受力面)，9滚道，91轴颈滚道，92轴孔滚道；10合金齿，20牙轮，21大轴孔，22小轴孔，30橡胶密封圈，40牙掌，41大轴颈，42小轴颈，50圆柱形滚柱，60滚珠圆环轨道，90滚道。以下结合附图和实施例对本技术详细说明。具体实施方式图2～图4示出一种高转速耐冲击牙轮钻头，包括镶有合金齿1的牙轮2、牙掌4，牙掌4设有大轴颈43和小轴颈44，牙轮2对应设有大轴孔23和小轴孔24，牙轮的大轴孔23和小轴孔24分别套装在牙掌的大轴颈43和小轴颈44上，并通过嵌装于滚道9中的滚柱5与牙掌4滚动摩擦连接，牙掌4上还设有供油系统7，橡胶密封圈3。如图2，图3所示，本技术的特征在于在上述大轴颈43外表面环周设有由宽度延伸至靠近大轴颈43端部的轴颈圆环形凹槽形成的轴颈半滚道91，在大轴孔23孔壁上与轴颈半滚道91对应设有由轴孔圆环形凹槽形成的轴孔半滚道92，上述滚道9由轴颈半滚道91和轴孔半滚道92闭合形成，上述滚柱5为嵌装于该滚道内的加长型滚柱。这里，加长型-->滚柱5的长度比现有滚柱延长10～15mm。上述滚柱的两端面51为曲面，上述牙轮2和牙掌4上的圆环形凹槽的侧壁为与该曲面对应的曲面侧壁，也即轴孔半滚道92和轴颈半滚道91的侧壁为曲面。本实施例中滚柱5的端面51为球面，牙轮2上的轴孔半滚道92和牙掌4上的轴颈半滚道91的侧壁为与该球面对应的球面侧壁。上述滚柱5设有贯穿柱体的空腔53。本实施例中，空腔53由沿轴向穿过柱体的长孔形成。滚柱柱面52的母线是外凸对数曲线或弧线。本例中滚柱柱面母线是弧线，滚柱5的材料为抗冲击轴承钢55SiMoVA。本技术的工作原理本技术在采用适合高转速的滚动轴承连接结构前提下，通过采用上述实施方案提高了牙轮钻头的耐高压、耐冲击特性。下面具体分析其工作原理。(1)本技术去掉现有技术中锁紧滚珠6结构，把其锁紧功能附加到滚柱5上，由于锁紧滚珠6的圆环滚道60在牙掌40的大轴颈41和牙轮20的大轴孔21上各占一半，所以锁紧滚珠6才能把牙轮锁在牙掌上；为使滚柱5也具备锁紧功能，将滚柱5的圆环滚道由现有技术中仅在牙轮20大轴孔上环周设有内凹环形滚道，大轴颈上不设滚道改为牙掌大轴颈和牙轮大轴孔各占一半滚道。如图2～图3所示，滚柱5通过牙掌4上的轴颈滚道91和牙轮2上的轴孔滚道92来锁紧牙轮牙掌，替代了图1中锁紧滚珠6锁紧结构。由于去掉了滚珠滚道，所以本技术中的滚柱滚道9可以加宽，可延伸到原来锁紧滚珠6的靠近大轴颈端部位置，也即，使滚柱5的长度在现有滚柱长度基础上可以加长，能比现有圆柱形滚柱50加长10mm～15mm，可达30mm以上，从而加大了滚柱5的受力面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高转速耐高压耐冲击牙轮钻头，包括牙轮、牙掌，牙掌设有大轴颈和小轴颈，牙轮对应设有大轴孔和小轴孔，牙轮的大轴孔和小轴孔分别套装在牙掌的大轴颈和小轴颈上，并通过嵌装于滚道中的滚柱与牙掌滚动摩擦连接，其特征在于在所述大轴颈外表面环周设有由宽度延伸至靠近大轴颈端部的轴颈圆环形凹槽形成的轴颈半滚道，在大轴孔孔壁上与轴颈半滚道对应设有由轴孔圆环形凹槽形成的轴孔半滚道，所述滚道由轴颈半滚道和轴孔半滚道闭合形成，所述滚柱为嵌装于该滚道内的加长型滚柱。

【技术特征摘要】
1.一种高转速耐高压耐冲击牙轮钻头，包括牙轮、牙掌，牙掌设有大轴颈和小轴颈，牙轮对应设有大轴孔和小轴孔，牙轮的大轴孔和小轴孔分别套装在牙掌的大轴颈和小轴颈上，并通过嵌装于滚道中的滚柱与牙掌滚动摩擦连接，其特征在于在所述大轴颈外表面环周设有由宽度延伸至靠近大轴颈端部的轴颈圆环形凹槽形成的轴颈半滚道，在大轴孔孔壁上与轴颈半滚道对应设有由轴孔圆环形凹槽形成的轴孔半滚道，所述滚道由轴颈半滚道和轴孔半滚道闭合形成，所述滚柱为嵌装于该滚道内的加长型滚柱。2.根据权利要求1所述的高转速耐高压耐冲击牙轮钻头，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛中学，
申请(专利权)人：天津立林钻头有限公司，
类型：实用新型
国别省市：12[中国|天津]