[發明專利]耐高壓耐沖擊彈性滑塊軸承牙輪鉆頭

有效

• 申請號: 201010506908.1
• 申請日: 2010-10-14
• 公開（公告）號: CN101956527A
• 公開（公告）日: 2011-01-26
• 發明（設計）人: 薛中學
• 申請（專利權）人: 天津立林鉆頭有限公司
• 主分類號: E21B10/22
• 分類號: E21B10/22;E21B10/24;E21B10/25
• 代理公司: 天津市三利專利商標代理有限公司 12107
• 代理人: 閆俊芬

技術領域

本發明涉及一種用于油田鉆井及地質勘探的牙輪鉆頭，尤其涉及一種耐高壓耐沖擊牙輪鉆頭。

背景技術

目前在油田鉆井及地質勘探領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，并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，牙輪鉆頭工作時，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輪流破巖進行油田鉆井或地質勘探鉆孔。

不論滑動軸承結構還是滾動軸承結構，軸承之間都有0.1mm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。由于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度的范圍內，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范圍內，由此而產生的弊端有：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。

發明內容

本發明對現有剛性軸承結構的牙輪鉆頭進行改進，提供一種耐高壓耐沖擊的彈性軸承結構的牙輪鉆頭。

一種耐高壓耐沖擊彈性滑塊軸承牙輪鉆頭，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，組裝后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。

彈性滑塊可采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。

所述的大軸頸在彈性滑塊和滾珠滾道之間的部位帶有組裝倒角，便于牙輪的安裝就位。

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于牙掌大軸頸半徑，同時彈性滑塊外側曲面半徑大于牙輪大軸孔半徑?；蛘呤敲總€彈性滑塊的內側曲面半徑小于牙掌大軸頸半徑，同時彈性滑塊外側曲面半徑小于牙輪大軸孔半徑。

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。

本發明的有益效果是：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小，所以鉆頭轉速可以更高，鉆頭運行更平穩。避免了牙輪牙掌之間由于間隙配合產生的劇烈震動，對牙輪鉆頭的密封和合金齒都有很好的保護作用。

附圖說明

圖1a是現有采用滑動軸承連接結構的牙輪鉆頭的局部結構示意圖；

圖1b是圖1a中沿A-A線剖視圖；

圖2是本發明牙輪鉆頭的整體剖面結構示意圖；

圖3a是本發明牙輪鉆頭的軸頸、軸孔及彈性滑塊部分的剖面結構示意圖；

圖3b是圖3a中沿A-A線剖視圖；

圖4是圖3a中B部位放大圖；

圖5a是彈性滑塊的結構示意圖；

圖5b是圖5a中沿A-A線剖視圖；

圖5c是圖5a的俯視圖；