专利名称：一种基于复合轴承的矿用三牙轮钻头的制作方法
技术领域：
本实用新型属于矿用牙轮钻头技术领域，具体涉及一种基于复合轴承的矿用三牙 轮钻头。
背景技术：
矿用三牙轮钻头作业过程中，数十吨的钻压作用在钻头上，钻头的轴承系统中承 受径向载荷由三道轴承构成，分别为(1)牙爪的滚柱轴承轴颈、滚柱和牙轮的大圆孔组成 的滚柱轴承，承受着径向载荷的80%左右；( 牙爪的滚珠轴承轴颈、滚珠和牙轮的滚珠轴 承孔组成滚珠轴承，主要起锁紧牙轮和牙爪的作用，同时也受着径向载荷的5%左右；(3) 牙爪的小轴颈和镶嵌在牙轮的小孔上的衬套组成的滑动轴承或牙爪的小轴颈和小滚柱及 牙轮的小孔组成的滚动轴承，承受着径向载荷的15%左右。由于牙爪轴颈受力方向固定，牙轮通过滚柱、滚珠及装在牙爪的小轴颈处的滑动 轴承或滚动轴承围绕着牙爪轴颈旋转，牙爪的滚柱轴承轴颈参与磨损的面积最小，滚柱在 其最大受力方向上的接触应力极大，以KX-74-250矿用三牙轮钻头为例，牙爪的滚柱轴承 轴颈在最大受力方向上的接触应力可达1600Mpa以上，故现行结构中牙爪的滚柱轴承轴 颈是最薄弱部位。解剖失效钻头测得牙爪的滚柱轴承轴颈的直径在最大受力方向上磨损 了 3 7mm，滚柱均勻磨损使直径减少1 2mm，牙轮的大圆孔均勻磨损使直径减少0. 3 0. 5mm。由于牙爪的滚柱轴承轴颈受到严重磨损，大大增加了滚柱轴承的间隙，致使滚柱出 现歪斜运行直至卡死牙轮而造成钻头报废。分析统计的资料显示矿用牙轮钻头失效的原因，80%左右是轴承的早期失效所 致，其中牙爪的滚柱轴承轴颈的早期失效占75%左右，故从结构上减少作用在牙爪的滚柱 轴承轴颈上的接触应力是提高钻头寿命的关键。
发明内容本实用新型旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种能大幅度降低牙爪的滚柱轴 承轴颈的接触应力、提高牙爪的滚柱轴承轴颈的承载能力、增加牙轮的结构强度和承载能 力、可提高使用寿命的基于复合轴承的矿用三牙轮钻头。为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是包括三个牙轮、三个牙爪；每个 牙爪上分别固定有牙爪轴颈，三个牙轮分别安装在三个牙爪轴颈上，每个牙爪轴颈均由滚 柱轴承轴颈、滚珠轴承轴颈和小轴颈组成，在滚珠轴承轴颈处装有滚珠，在小轴颈处装有滑 动轴承或滚动轴承；其特征在于(1)将滚柱轴承轴颈的直径和滚柱轴承轴颈与滚珠轴承轴颈之间的凸台的直径统 一，即构成圆柱体的大轴颈，大轴颈直径d的名义尺寸与牙轮的大圆孔直径D的名义尺寸相 同，牙轮的大圆孔的轴向长度L等于大轴颈的轴向长度L2，牙轮的大圆孔与大轴颈构成滑 动轴承；(2)在牙轮的大圆孔的内壁均勻地开有6 13个滚柱槽，每个滚柱槽内分别装有滚柱，滚柱、滚柱槽和大轴颈构成滚动轴承。在上述技术方案中滚柱槽的圆弧半径R大于或等于滚柱的半径r，滚柱槽圆弧半 径R的圆心均勻地分布在与牙轮的大圆孔同心的牙轮的D1/2处，Dl为滚柱槽圆弧半径R的 圆心所构成的圆的直径，Dl的名义尺寸为Dl = D+4r-2R其中D为牙轮的大圆孔直径；R为滚柱槽的圆弧半径；r为滚柱的半径。滚柱槽的宽度E = 2R，滚柱槽的轴向长度Ll比牙轮的大圆孔的轴向长度L小3 15mm,艮口 L-Ll = 3 15mm。由于采用上述技术方案，本实用新型在牙轮的大圆孔的内壁开有滚柱槽，滚柱安 放在滚柱槽内，滚柱槽、滚柱和大轴颈构成滚动轴承，牙轮的大圆孔内壁与大轴颈构成滑动 轴承，两者构成滚动和滑动的复合轴承结构。因此，本实用新型具有如下的显著效果1、采用滚柱槽，可有效地制约滚柱歪斜运行所引起的卡死牙轮事故；2、增大大轴颈直径和长度，可大幅度降低作用在大轴颈受力面上的接触应力，并 提高了其承载能力；3、在牙轮的大圆孔的内壁均勻地开有滚柱槽，这种结构增强了牙轮的结构强度 和承载能力；4、大轴颈、滚柱槽、滚柱和牙轮的大圆孔构成了既有滚动又有滑动的复合轴承结 构，可显著提高矿用三牙轮钻头的使用寿命。本实用新型广泛用于矿山开采、水井和地质钻探中使用的牙轮钻头。
图1为本实用新型以一个牙爪1和一个牙轮2为例的一种结构示意图；图2为图1中的牙爪轴颈示意图；图3为图1中的A-A方向的剖面示意图；图4为图1中的牙轮2在B-B方向的剖面示意图；图5为图3中的牙轮2、滚柱槽8、滚柱3和大轴颈4的局部放大示意图；图6为图4中的牙轮2在C-C方向的剖面示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步的描述，并非对其保护范围 的限制实施例1一种基于复合轴承的矿用三牙轮钻头。包括三个牙轮2和三个牙爪1 ；如图1所 示，每个牙爪1上分别固定有牙爪轴颈，三个牙轮2分别装在三个牙爪轴颈上，每个牙爪轴 颈均由滚柱轴承轴颈、滚珠轴承轴颈5和小轴颈7组成，滚珠轴承轴颈5处装有滚珠6，小轴 颈7处装有滑动轴承或滚动轴承。本实施例将已有技术的滚柱轴承轴颈的直径和滚柱轴承轴颈与滚珠轴承轴颈5 之间的凸台的直径统一，即构成圆柱体的大轴颈4，如图2所示，大轴颈4直径d的名义尺寸与牙轮2的大圆孔9直径D的名义尺寸相同，牙轮2的大圆孔9的轴向长度L等于大轴颈 4的长度L2 ；如图4所示的牙轮2的大圆孔9与大轴颈4构成如图1和图3所示的滑动轴 承。牙轮2的大圆孔9如图4和图6所示，在其内壁沿均勻地开有11个滚柱槽8，每个滚柱 槽8内分别装有滚柱3，滚柱3、滚柱槽8和大轴颈4构成滚动轴承。本实施例中滚柱槽8如图4所示，滚柱槽8的宽度E = 2R ；滚柱槽8的圆弧半径 R如图5所示大于滚柱3的半径r ；滚柱槽8的圆弧半径R的圆心如图4所示均勻地分布在 与牙轮2的大圆孔9同心的牙轮2的D1/2处，Dl为滚柱槽8圆弧半径R的圆心所构成的 圆的直径，Dl的名义尺寸为Dl = D+4r-2R其中D为牙轮2的大圆孔9的直径；R为滚柱槽8的圆弧半径；r为滚柱3的半径。如图6所示，滚柱槽8的轴向长度Ll比牙轮2的大圆孔9的轴向长度L小10mm， 即 L-Ll = IOmm0实施例2一种基于复合轴承的矿用三牙轮钻头。牙轮2的大圆孔9内壁均勻地开有6 10 个滚柱槽8，滚柱槽8的轴向长度Ll比牙轮2的大圆大孔9的轴向长度L小3 10mm，即 L-Ll = 3 IOmm0其余同实施例1。实施例3一种基于复合轴承的矿用三牙轮钻头。牙轮2的大圆孔9的内壁均勻地开有12 13个滚柱槽8，滚柱槽8的轴向长度Ll比牙轮2的大圆孔9的轴向长度L小10 15mm，即 L-Ll = 10 15mm。其余同实施例1。本具体实施方式
在牙轮2的大圆孔的内壁开有滚柱槽8，滚柱3安放在滚柱槽8 内，滚柱3、滚柱槽8和大轴颈4构成滚动轴承；牙轮2的大圆孔9的内壁与大轴颈4构成 滑动轴承，两者构成滚动和滑动的复合轴承结构。因此，本具体实施方式
具有如下的显著效果1、采用滚柱槽8，可有效地制约滚柱3歪斜运行所引起的卡死牙轮事故；2、增大大轴颈4的直径和长度，可大幅度降低作用在大轴颈4受力面的接触应力， 并提高了其承载能力；3、在牙轮2的大圆孔9内壁开有滚柱槽8，如图4所示形状呈梅花瓣，这种结构增 强了牙轮2的结构强度和承载能力；4、大轴颈4、滚柱槽8、滚柱3和牙轮2的大圆孔9构成了既有滚动又有滑动的复 合轴承结构，可显著提高矿用三牙轮钻头的使用寿命。本具体实施方式
广泛用于矿山开采、水井和地质钻探中使用的牙轮钻头。
权利要求1.一种基于复合轴承的矿用三牙轮钻头，包括三个牙轮O)、三个牙爪(1)；每个牙爪 (1)上分别固定有牙爪轴颈，三个牙轮(1)分别安装在三个牙爪轴颈上，每个牙爪轴颈均由 滚柱轴承轴颈、滚珠轴承轴颈( 和小轴颈(7)组成，在滚珠轴承轴颈( 处装有滚珠(6)， 在小轴颈(7)处装有滑动轴承或滚动轴承；其特征在于(1)将滚柱轴承轴颈的直径和滚柱 轴承轴颈与滚珠轴承轴颈( 之间的凸台的直径统一，即构成圆柱体的大轴颈；大轴颈 (4)直径d的名义尺寸与牙轮(2)的大圆孔(9)直径D的名义尺寸相同，牙轮(2)的大圆孔 (9)的轴向长度L等于大轴颈的轴向长度L2，牙轮O)的大圆孔(9)与大轴颈4构成 滑动轴承；(2)在牙轮( 的大圆孔(9)的内壁均勻地开有6 13个滚柱槽(8)，每个滚柱槽(8) 内分别装有滚柱(3)，滚柱(3)、滚柱槽(8)和大轴颈(4)构成滚动轴承。
2.根据权利要求1所述的基于复合轴承的矿用三牙轮钻头，其特征在于所述的滚柱槽 (8)的圆弧半径R大于或等于滚柱(3)的半径r，滚柱槽(8)的圆弧半径R的圆心均勻地分 布在与牙轮O)的大圆孔(9)同心的牙轮O)的D1/2处，Dl为滚柱槽(8)圆弧半径R的 圆心所构成的圆的直径，Dl的名义尺寸为Dl = D+4r-2R其中D为牙轮O)的大圆孔9)的直径； R为滚柱槽(8)的圆弧半径； r为滚柱(3)的半径。
3.根据权利要求1或2所述的基于复合轴承的矿用三牙轮钻头，其特征在于所述的滚 柱槽⑶的宽度E = 2R，滚柱槽⑶的轴向长度Ll比牙轮⑵的大圆孔(9)的轴向长度L 小 3 15mm，即 L-Ll = 3 15mm。
专利摘要本实用新型涉及一种基于复合轴承的矿用三牙轮钻头。其技术方案是将滚柱轴承轴颈的直径和滚柱轴承轴颈与滚珠轴承轴颈(5)之间的凸台的直径统一，即构成圆柱体的大轴颈(4)；大轴颈(4)直径d的名义尺寸与牙轮(2)的大圆孔(9)直径D的名义尺寸相同，构成滑动轴承；在牙轮(2)的大圆孔内壁均匀地开有6～13个滚柱槽(8)，每个滚柱槽(8)内分别装有滚柱(3)，滚柱(3)、滚柱槽(8)和大轴颈(4)构成滚动轴承。滚珠轴承轴颈(5)处装有滚珠(6)，小轴颈(7)处装有滑动轴承或滚动轴承。本实用新型能大幅度降低大轴颈(4)的接触应力，提高大轴颈(4)的承载能力，增加牙轮(2)的结构强度和承载能力，提高矿用三牙轮钻头的使用寿命。
文档编号E21B10/22GK201851015SQ20102014204
公开日2011年6月1日 申请日期2010年3月23日 优先权日2010年3月23日
发明者从善海, 邱从明, 邱玲慧 申请人:武汉科技大学