專利名稱：一種基于滾滑復(fù)合軸承的礦用三牙輪鉆頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于礦用牙輪鉆頭技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于滾滑復(fù)合軸承的礦用三牙 輪鉆頭。
背景技術(shù)：
礦用三牙輪鉆頭作業(yè)過程中，數(shù)十噸的鉆壓作用在鉆頭上，鉆頭的軸承系統(tǒng)中承 受徑向載荷由三道軸承構(gòu)成，分別為(1)牙爪的滾柱軸承軸頸、滾柱和牙輪的大圓孔組成 的滾柱軸承，承受著徑向載荷的80%左右；(2)牙爪的滾珠軸承軸頸、滾珠和牙輪的滾珠軸 承孔組成滾珠軸承，主要起鎖緊牙輪和牙爪的作用，同時也受著徑向載荷的5%左右；(3) 牙爪的小軸頸和鑲嵌在牙輪的小孔上的襯套組成的滑動軸承或牙爪的小軸頸和小滾柱及 牙輪的小孔組成的滾動軸承，承受著徑向載荷的15%左右。由于牙爪軸頸受力方向固定，牙輪通過滾柱、滾珠及裝在牙爪的 小軸頸處的滑動 軸承或滾動軸承圍繞著牙爪軸頸旋轉(zhuǎn)，牙爪的滾柱軸承軸頸參與磨損的面積最小，滾柱在 其最大受力方向上的接觸應(yīng)力極大，以KX-74-250礦用三牙輪鉆頭為例，牙爪的滾柱軸承 軸頸在最大受力方向上的接觸應(yīng)力可達1600Mpa以上，故現(xiàn)行結(jié)構(gòu)中牙爪的滾柱軸承軸 頸是最薄弱部位。解剖失效鉆頭測得牙爪的滾柱軸承軸頸的直徑在最大受力方向上磨損 了 3 7mm，滾柱均勻磨損使直徑減少1 2mm，牙輪的大圓孔均勻磨損使直徑減少0. 3 0. 5mm。由于牙爪的滾柱軸承軸頸受到嚴重磨損，大大增加了滾柱軸承的間隙，致使?jié)L柱出 現(xiàn)歪斜運行直至卡死牙輪而造成鉆頭報廢。分析統(tǒng)計的資料顯示礦用牙輪鉆頭失效的原因，80%左右是軸承的早期失效所 致，其中牙爪的滾柱軸承軸頸的早期失效占75%左右，故從結(jié)構(gòu)上減少作用在牙爪的滾柱 軸承軸頸上的接觸應(yīng)力是提高鉆頭壽命的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，目的是提供一種能大幅度降低牙爪的滾柱軸承軸 頸的接觸應(yīng)力、提高牙爪的滾柱軸承軸頸的承載能力、增加牙輪的結(jié)構(gòu)強度和承載能力、可 提高使用壽命的基于滾滑復(fù)合軸承的礦用三牙輪鉆頭。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是包括三個牙輪、三個牙爪；每個牙爪 上分別固定有牙爪軸頸，三個牙輪分別安裝在三個牙爪軸頸上，每個牙爪軸頸均由滾柱軸 承軸頸、滾珠軸承軸頸和小軸頸組成，在滾珠軸承軸頸處裝有滾珠，在小軸頸處裝有滑動軸 承或滾動軸承；其特征在于(1)將滾柱軸承軸頸的直徑和滾柱軸承軸頸與滾珠軸承軸頸之間的凸臺的直徑統(tǒng) 一為直徑為d的圓柱體，即為大軸頸；大軸頸直徑d的名義尺寸與牙輪的大圓孔直徑D的名 義尺寸相同，牙輪的大圓孔的軸向長度L等于大軸頸的軸向長度L2，牙輪的大圓孔與大軸 頸構(gòu)成滑動軸承；(2)在牙輪的大圓孔的內(nèi)壁均勻地開有6 13個滾柱槽，每個滾柱槽內(nèi)分別裝有滾柱，滾柱、滾柱槽和大軸頸構(gòu)成滾動軸承。在上述技術(shù)方案中滾柱槽的圓弧半徑R大于或等于滾柱的半徑r，滾柱槽圓弧半徑R的圓心均勻地分布在與牙輪的大圓孔同心的牙輪的D/2處，D1為滾柱槽圓弧半徑R的 圓心所構(gòu)成的圓的直徑，D1的名義尺寸為D1 = D+4r-2R其中D為牙輪的大圓孔直徑；R為滾柱槽的圓弧半徑；r為滾柱的半徑。滾柱槽的寬度E = 2R，滾柱槽的軸向長度Ll比牙輪的大圓孔的軸向長度L小3 15mm,即 L-Ll = 3 15mm。由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明在牙輪的大圓孔的內(nèi)壁開有滾柱槽，滾柱安放在 滾柱槽內(nèi)，滾柱槽、滾柱和大軸頸構(gòu)成滾動軸承，牙輪的大圓孔內(nèi)壁與大軸頸構(gòu)成滑動軸 承，兩者構(gòu)成滾動和滑動的滾滑復(fù)合軸承結(jié)構(gòu)。因此，本發(fā)明具有如下的顯著效果1、采用滾柱槽，可有效地制約滾柱歪斜運行所引起的卡死牙輪事故；2、增大大軸頸直徑和長度，可大幅度降低作用在大軸頸受力面上的接觸應(yīng)力，并 提高了其承載能力；3、在牙輪的大圓孔的內(nèi)壁均勻地開有滾柱槽，這種結(jié)構(gòu)增強了牙輪的結(jié)構(gòu)強度和 承載能力；4、大軸頸、滾柱槽、滾柱和牙輪的大圓孔構(gòu)成了既有滾動又有滑動的滾滑復(fù)合軸 承結(jié)構(gòu)，可顯著提高礦用三牙輪鉆頭的使用壽命。本發(fā)明廣泛用于礦山開采、水井和地質(zhì)鉆探中使用的牙輪鉆頭。


圖1為本發(fā)明以一個牙爪1和一個牙輪2為例的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中的牙爪軸頸示意圖；圖3為圖1中的A-A方向的剖面示意圖；圖4為圖1中的牙輪2在B-B方向的剖面示意圖；圖5為圖3中的牙輪2、滾柱槽8、滾柱3和大軸頸4的局部放大示意圖；圖6為圖4中的牙輪2在C-C方向的剖面示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的描述，并非對其保護范圍的限 制實施例1一種基于滾滑復(fù)合軸承的礦用三牙輪鉆頭。包括三個牙輪2和三個牙爪1 ；如圖1 所示，每個牙爪1上分別固定有牙爪軸頸，三個牙輪2分別裝在三個牙爪軸頸上，每個牙爪 軸頸均由滾柱軸承軸頸、滾珠軸承軸頸5和小軸頸7組成，滾珠軸承軸頸5處裝有滾珠6，小 軸頸7處裝有滑動軸承或滾動軸承。
本實施例在上述已有技術(shù)的基礎(chǔ)上，將滾柱軸承軸頸的直徑和滾柱軸承軸頸與滾 珠軸承軸頸5之間的凸臺的直徑統(tǒng)一為直徑為d的圓柱體，即為如圖2所示的大軸頸4 ；大 軸頸4直徑d的名義尺寸與牙輪2的大圓孔9直徑D的名義尺寸相同，牙輪2的大圓孔9 的軸向長度L等于大軸頸4的長度L2 ；如圖4所示的牙輪2的大圓孔9與大軸頸4構(gòu)成如 圖1和圖3所示的滑動軸承。牙輪2的大圓孔9如圖4和圖6所示，在其內(nèi)壁沿均勻地開 有11個滾柱槽8，每個滾柱槽8內(nèi)分別裝有滾柱3，滾柱3、滾柱槽8和大軸頸4構(gòu)成滾動軸 承。本實施例中滾柱槽8如圖4所示，滾柱槽8的寬度E = 2R ；滾柱槽8的圓弧半徑 R如圖5所示大于滾柱3的半徑r ；滾柱槽8的圓弧半徑R的圓心如圖4所示均勻地分布在 與牙輪2的大圓孔9同心的牙輪2的D1A處，D1為滾柱槽8圓弧半徑R的圓心所構(gòu)成的圓 的直徑，D1的名義尺寸為D1 = D+4r-2R其中D為牙輪2的大圓孔9的直徑；R為滾柱槽8的圓弧半徑；r為滾柱3的半徑。如圖6所示，滾柱槽8的軸向長度Ll比牙輪2的大圓孔9的軸向長度L小10mm， 即 L-Ll = IOmm0實施例2一種基于滾滑復(fù)合軸承的礦用三牙輪鉆頭。牙輪2的大圓孔9內(nèi)壁均勻地開有 6 10個滾柱槽8，滾柱槽8的軸向長度Ll比牙輪2的大圓大孔9的軸向長度L小3 IOmm,即 L-Ll = 3 10mm。其余同實施例1。實施例3一種基于滾滑復(fù)合軸承的礦用三牙輪鉆頭。牙輪2的大圓孔9的內(nèi)壁均勻地開有 12 13個滾柱槽8，滾柱槽8的軸向長度Ll比牙輪2的大圓孔9的軸向長度L小10 15mm,艮口 L-Ll = 10 15mm。其余同實施例1。本具體實施方式
在牙輪2的大圓孔的內(nèi)壁開有滾柱槽8，滾柱3安放在滾柱槽8 內(nèi)，滾柱3、滾柱槽8和大軸頸4構(gòu)成滾動軸承；牙輪2的大圓孔9的內(nèi)壁與大軸頸4構(gòu)成 滑動軸承，兩者構(gòu)成滾動和滑動的滾滑復(fù)合軸承結(jié)構(gòu)。因此，本具體實施方式
具有如下的顯著效果1、采用滾柱槽8，可有效地制約滾柱3歪斜運行所引起的卡死牙輪事故；2、增大大軸頸4的直徑和長度，可大幅度降低作用在大軸頸4受力面的接觸應(yīng)力， 并提高了其承載能力；3、在牙輪2的大圓孔9內(nèi)壁開有滾柱槽8，如圖4所示形狀呈梅花瓣，這種結(jié)構(gòu)增 強了牙輪2的結(jié)構(gòu)強度和承載能力；4、大軸頸4、滾柱槽8、滾柱3和牙輪2的大圓孔9構(gòu)成了既有滾動又有滑動的滾 滑復(fù)合軸承結(jié)構(gòu)，可顯著提高礦用三牙輪鉆頭的使用壽命。本具體實施方式
廣泛用于礦山開采、水井和地質(zhì)鉆探中使用的牙輪鉆頭。
權(quán)利要求
一種基于滾滑復(fù)合軸承的礦用三牙輪鉆頭，包括三個牙輪2、三個牙爪1；每個牙爪1上分別固定有牙爪軸頸，三個牙輪1分別安裝在三個牙爪軸頸上，每個牙爪軸頸均由滾柱軸承軸頸、滾珠軸承軸頸5和小軸頸7組成，在滾珠軸承軸頸5處裝有滾珠6，在小軸頸7處裝有滑動軸承或滾動軸承；其特征在于(1)將滾柱軸承軸頸的直徑和滾柱軸承軸頸與滾珠軸承軸頸5之間的凸臺的直徑統(tǒng)一為直徑為d的圓柱體，即為大軸頸4；大軸頸4直徑d的名義尺寸與牙輪2的大圓孔9直徑D的名義尺寸相同，牙輪2的大圓孔9的軸向長度L等于大軸頸4的軸向長度L2，牙輪2的大圓孔9與大軸頸4構(gòu)成滑動軸承；(2)在牙輪2的大圓孔9的內(nèi)壁均勻地開有6～13個滾柱槽8，每個滾柱槽8內(nèi)分別裝有滾柱3，滾柱3、滾柱槽8和大軸頸4構(gòu)成滾動軸承。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于滾滑復(fù)合軸承的礦用三牙輪鉆頭，其特征在于所述的滾 柱槽8的圓弧半徑R大于或等于滾柱3的半徑r，滾柱槽8的圓弧半徑R的圓心均勻地分布 在與牙輪2的大圓孔9同心的牙輪2的D1/2處，D1為滾柱槽8圓弧半徑R的圓心所構(gòu)成 的圓的直徑，D1的名義尺寸為Dl = D+4r-2R其中D為牙輪2的大圓孔9的直徑；R為滾柱槽8的圓弧半徑；r為滾柱3的半徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于滾滑復(fù)合軸承的礦用三牙輪鉆頭，其特征在于所述 的滾柱槽8的寬度E = 2R，滾柱槽8的軸向長度L1比牙輪2的大圓孔9的軸向長度L小 3 15mm，艮口 L—L1 = 3 15mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于滾滑復(fù)合軸承的礦用三牙輪鉆頭。其技術(shù)方案是將滾柱軸承軸頸的直徑和滾柱軸承軸頸與滾珠軸承軸頸5之間的凸臺的直徑統(tǒng)一為直徑為d的圓柱體，即為大軸頸4；大軸頸4直徑d的名義尺寸與牙輪2的大圓孔9直徑D的名義尺寸相同，構(gòu)成滑動軸承；在牙輪2的大圓孔內(nèi)壁均勻地開有6～13個滾柱槽8，每個滾柱槽8內(nèi)分別裝有滾柱3，滾柱3、滾柱槽8和大軸頸4構(gòu)成滾動軸承。滾珠軸承軸頸5處裝有滾珠6，小軸頸7處裝有滑動軸承或滾動軸承。本發(fā)明能大幅度降低大軸頸4的接觸應(yīng)力，提高大軸頸4的承載能力，增加牙輪2的結(jié)構(gòu)強度和承載能力，提高礦用三牙輪鉆頭的使用壽命。
文檔編號E21B10/22GK101832106SQ20101013247
公開日2010年9月15日 申請日期2010年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月23日
發(fā)明者從善海, 邱從明, 邱玲慧 申請人:武漢科技大學(xué)