专利名称：旋转钻头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据独立权利要求前序部分的旋转钻头。
现有技术相对于支杆的轴颈沿着轴向方向固定旋转钻头的旋转切刀的现有方式是将滚珠嵌入沿着所述轴颈的圆周延伸的通道中。滚珠通过一个孔被安装在轴颈中，此后，所述孔由焊接到轴颈上的锁定销密封。这些滚珠最初不具有任何支承功能，但是当推力轴承(Stellite垫圈)磨损时，滚珠可能受到轴向应变，这是不利的，因为这会很大程度地缩短旋转切割钻头的工具寿命。
通过US-A-4,256,193已知上述类型的旋转钻头，即，它不包括多个用于相对于支杆的轴颈轴向锁定旋转切刀的滚珠。所述旋转钻头的旋转切刀在它的开口端区域具有凸缘。当径向轴承安装到支杆上时，所述凸缘与位于旋转切刀的所述开口端的径向轴承的滚动体相互配合，以便相对于轴颈沿着轴向方向固定旋转切刀。一个充填孔设置在支杆上，以便能够安装位于旋转切刀开口端的径向轴承的滚动体。充填孔超越凸缘而不干扰它，其最小直径略大于将通过充填孔安装的滚动体的直径。由于充填孔是直的、与旋转切刀的对称轴线平行地延伸并且不干扰旋转切刀的凸缘，所述充填孔将影响最接近旋转切刀的开口端的径向轴承的轴承座圈，即，充填孔通向轴承座圈并且沿着轴向方向去除了轴承座圈的一部分。当所有滚动体在最接近旋转切刀的开口端的径向轴承处被组装之后，必须借助于设置在充填孔中的锁定销再造该被去除的部分。将再造轴承座圈的锁定销部分必须形成有一个弯曲部分，该弯曲部分必须与轴承座圈的弯曲部分对应，并且所述部分必须高度精确地安装。而且如果仔细观察，明显的风险在于水平差将出现在锁定销和轴承座圈之间的过渡处，这自然会损坏实际的径向轴承的寿命。
本发明的目的和特征本发明的一个主要目的是提供一种旋转切刀，其中，旋转切刀通过一个凸缘轴向地固定在轴颈上，而不会切入旋转钻头的轴承结构中。
本发明的另一目的是相对于现有设计的旋转钻头改进旋转钻头的径向轴承结构。
本发明的还一目的是相对于现有旋转钻头改进旋转钻头的推力轴承结构。
至少本发明的主要目的是通过已获得独立权利要求所指出的特征的旋转钻头来实现的。本发明的优选实施例被限定在从属权利要求中。
附图简述以下参照附图描述本发明的两个实施例，其中
图1是本发明的旋转钻头的第一实施例的剖视图；图2是沿着图1中的A-A线的剖视图；以及图3是本发明的旋转钻头的另一实施例的剖视图。
本发明优选实施例的详细描述示于图1的旋转钻头是所谓的开口旋转钻头，它通常是用空气冷却。旋转钻头包括至少一个支杆1和至少一个旋转切刀3。支承轴颈5与支杆1一体地形成，旋转切刀3安装在轴颈5上。旋转切刀3通常具有多个岩石切割装置，优选地是硬质合金刀片4的形式。多个轴承结构形成在旋转切刀3和轴颈5之间，旋转切刀3是对称的并且可绕着旋转轴线6相对轴颈5旋转。
按照这种方式，一个径向主轴承相对于旋转切刀的开口端设置，所述径向主轴承包括多个圆柱形第一滚动体7，滚动体7部分地与轴颈上的第一轴承座圈9相互配合，还部分地与旋转切刀3的开口端内侧上的第二轴承座圈10相互配合。
一个径向上盖顶盖轴承相对于主轴承更靠近轴颈5的自由端设置，所述上盖顶盖轴承类似地包括多个圆柱形第二滚动体11，滚动体11的直径通常小于主轴承的滚动体7的直径，滚动体11部分地与轴颈上的第三轴承座圈12相互配合，还部分地与旋转切刀3内侧上的第四轴承座圈13相互配合。
第一支承盘14和第二支承盘15分别形成一个设置在轴颈5的前自由端区域处的第一推力轴承。第一支承盘14安放在旋转切刀3上的第一凹部中，所述第一支承盘14沿着其圆周是有条纹的，以便更安全地安装到所述第一凹部。第一支承盘14的材料优选地是高速钢。第二支承盘15安放在轴颈5的自由端上的第二凹部中，第二凹部通常是圆形的，而第二支承盘15是六边形或八边形的，因而可防止第二支承盘15相对于轴颈5旋转。第二支承盘1 5的材料优选地是硬质合金。
第二推力轴承设置在主轴承和上盖顶盖轴承之间。由于本发明的旋转钻头没有用于相对于轴颈5轴向固定旋转切刀3的滚珠，因此，对于一个更大的推力轴承具有更大的空间。在所示实施例中，所述第二推力轴承由一个所谓的移动垫圈16构成，它如图1所示位于轴颈5的第一轴向支撑表面17和旋转切刀3内侧的第二推力轴承表面18之间。作为一个示例但不局限于此，在一个直径为121/4″(311mm)的旋转钻头中，移动垫圈16沿着轴向方向的厚度至少为4mm，在本发明所示实施例的空气冷却旋转钻头中这是尤其重要的。移动垫圈16的材料可以变化，作为示例但不局限于此，移动垫圈16的材料可以是上述提到的Stellite铍铜、铝铜和特定的镍铝铜。
在支杆1中设置有一个冷却通道19，冷却通道19分支成至少一个第一分支通道20和至少一个第二分支通道21，第一分支通道20终止于第一推力轴承，而第二分支通道21终止于第二推力轴承。
如图1所示，旋转切刀3在其开口端设置有向着旋转切刀3的旋转中心延伸的凸缘22，凸缘大体上沿着旋转切刀3的开口的整个圆周延伸，但是，具有一个如图2所示的短的中断部分23。凸缘22与径向主轴承中的滚动体7相互作用，即，它与所述滚动体7交叠，以防止旋转切刀3相对于轴颈5轴向移动。
中断部分或凹部23是必要的，以便能够安装径向主轴承的滚动体7。所述滚动体7的安装需要穿过一个平行于旋转轴线6延伸的充填孔24。凹部23实际上构成了充填孔24的延伸部分，第二轴承座圈10与凹部23成直线的部分类似地与图1中的充填孔24和凹部23的最低点在同一水平上。
而且如图1所示，一个锁定销25安放在充填孔24中并通过焊接部26被固定。图1和2也显示所述锁定销25具有一个伸出的、半圆柱形唇部或跟部27，它基本上只占据锁定销25的横截面的一半。因此，在凸缘22移动通过锁定销25时为凸缘22形成了一个自由空间25。
将旋转切刀3安装到轴颈5上，使得支承盘14和15固定在与它们相应的凹部中。然后，移动垫圈16被放置在轴颈5上，轴颈5定向成使得移动垫圈16通过重力作用依靠在轴颈5的轴向支撑表面17上。上盖顶盖轴承的滚动体11被涂上油脂并放置在位于轴颈5上的它们的位置上。旋转切刀3现在在轴颈5上被推动，推力轴承和上盖顶盖轴承在旋转切刀3和轴颈5之间处于工作模式。由于旋转切刀3的凸缘22，主轴承的滚动体7不能以与上盖顶盖轴承的滚动体11相应的方式被安装。当保持凹部23与所述充填孔24成直线时，滚动体7因此通过充填孔24一个接一个地被安装。当主轴承的所有滚动体7已经安装后，设置锁定销25，它的唇部27抵靠最后插入的滚动体7，以防止依次进入径向滚柱轴承的滚动体从所述轴承中脱出。锁定销25随后通过焊接部26固定在充填孔24中。从图1中显然看出，尽管设置了凸缘22，但不需要切割第一轴承座圈，这对于主轴承的寿命显然是非常重要的。
图1和2的旋转钻头因而易于操作，并且冷却介质，在此情况下是空气，以通常方式经通道19，20和21而被供给。
示于图3的本发明旋转钻头的另一实施例与图1和2的实施例的差别在于，旋转切刀3′的凸缘22′是相对于上盖顶盖轴承而设置的，即，凸缘22′与上盖顶盖轴承的滚动体11相互配合以便相对于轴颈5′轴向固定旋转切刀3′。按照与图1和2的实施例的相应方式，凸缘22′具有凹部23′，凹部23′使得能够将滚动体11安装在上盖顶盖轴承11中。图3的实施例中的锁定销25′要比图1的实施例中的锁定销25长，但具有相同的主要设计，即，它在其前端部具有一个唇部27′，唇部27′基本上占据锁定销25′的横截面的一半。按照与图1和2的实施例的相应方式，设置有充填孔24′，部分地用于安装滚动体11和部分地用于接受锁定销25′。
将旋转切刀3′安装到轴颈5′上基本上与将旋转切刀3安装到轴颈5上相同，但是，径向主轴承的滚动体7提前安装在轴颈5′上，而上盖顶盖轴承的滚动体11之后通过充填孔24′安装。而且在这种情况下，第三轴承座圈12，即与凸缘22′相关的轴颈5′的轴承座圈是完整的，这使得径向上盖顶盖轴承具有正常的工具寿命。
在图3的实施例中，只显示了主冷却通道19，但是，图3的实施例类似地设置有冷却介质的分支通道，所述分支通道终止于推力轴承。
两个实施例共同之处是省略了用于将旋转切刀3，3′相对于轴颈5，5′轴向锁定的滚珠，诸如上述所讨论的，这给第二推力轴承例如移动垫圈16一个增加的空间。该增大的空间可以使滚动体7和11的长度比具有上述滚珠的现有旋转钻头的滚动体长。作为示例但不局限于此，如果滚动体7在直径为121/4″(311mm)的旋转钻头中制成增长6mm，可以获得动态轴承允许负荷Cdyn＝133.8KN，这比对应直径的、具有用于轴向锁定的滚珠的现有旋转钻头中的大16％。对于所示例的旋转钻头的滚动体11，能够制成增长5mm，可以获得动态轴承允许负荷Cdyn＝49.45KN。这比对应直径的上述现有旋转钻头中的大10％。
本发明可以想象的修改两种上述旋转钻头是所谓的开口旋转钻头，即，加压介质，通常是空气，被吹入旋转切刀3，3′和轴颈5，5′之间的空间，使得在所述空间中形成一定过量的压力。该压力防止杂质，例如泥浆和钻削物进入空间中而毁坏轴承。但是，本发明的原理也适用于所谓的密封旋转钻头，其中，一个密封件设置在旋转切刀的开口端和支杆的连接处。因此，可防止杂质进入旋转切刀和轴颈之间的空间。
权利要求
1.一种旋转钻头，它包括带有轴颈(5；5′)的支杆(1；1′)和可旋转地安装在轴颈(5；5′)上的旋转切刀(3；3′)；旋转切刀带有岩石切削装置(4)，所述旋转切刀(3；3′)借助于径向滚柱轴承(7，9，10；11，12，13)可旋转地安装在轴颈(5；5′)上，所述旋转切刀(3；3′)通过凸缘(22；22′)沿轴向方向固定在轴颈(5；5′)上，凸缘(22；22′)与至少一个径向滚柱轴承的滚动体相互配合；而且在旋转切刀(3；3′)和轴颈(5；5′)之间也设置了推力轴承(14，15，16)；在支杆(1；1′)中设置有装置(24)，用于在旋转切刀(3；3′)已安装到轴颈(5；5′)上之后将滚动体(7；11)插入到一对座圈(9，10；12，13)以形成一径向滚柱轴承；以及在完成插入滚动体之后，在用于插入滚动体的所述装置(24)中设置一个部件(25；25′)，以阻塞用于插入滚动体的所述装置(24)，其特征在于，凸缘(22；22′)设置有凹部(23；23′)，凹部(23；23′)使得在将旋转切刀(3；3′)安装到轴颈(5；5′)上之后被安装的滚动体(7；11)能够通过；以及所述部件是由锁定销(25；25′)构成，锁定销(25；25′)在其安装位置的最内侧端部设置有一个唇部(27；27′)，唇部(27；27′)仅占据锁定销(25；25′)的横截面的一部分。
2.如权利要求1所述的旋转钻头，其特征在于，用于插入滚动体的装置由充填孔(24；24′)构成，所述充填孔(24；24′)最靠近旋转切刀(3；3′)的旋转轴线(6)的边界线距离所述旋转轴线(6)的距离与所述充填孔(24；24′)相连的轴颈(5；5′)的轴承座圈(9；12)距离所述旋转轴线(6)的距离相同，以及所述充填孔(24；24′)最远离旋转轴线(6)的边界线距离所述旋转轴线(6)的距离与所述充填孔(24；24′)相连的旋转切刀(3；3′)的轴承座圈(10；13)距离所述旋转轴线(6)的距离相同。
3.如权利要求1或2所述的旋转钻头，其特征在于，所述唇部(27；27′)用于防止依次进入径向滚柱轴承的滚动体(7；11)从所述轴承中脱出。
4.如前述任一权利要求所述的旋转钻头，其特征在于，一个垫圈(16)作为推力轴承设置在旋转切刀(3；3′)和轴颈(5；5′)中间。
5.如权利要求4所述的旋转钻头，其特征在于，垫圈(16)由Stellite铍铜或铝铜，尤其是镍铝铜构成。
6.如权利要求4或5所述的旋转钻头，其特征在于，垫圈(16)的厚度比旋转钻头产生的孔径大1.5％。
7.如权利要求3所述的旋转钻头，其特征在于，凹部(23；23′)具有与锁定销(25；25′)相对应的形状。
全文摘要
本发明涉及一种旋转钻头,它包括带有轴颈(5)的支杆(1)和可旋转地安装在轴颈(5)上的旋转切刀(3);旋转切刀带有岩石切削装置(4),所述旋转切刀(3)借助于径向滚柱轴承(7,9,10;11,12,13)可旋转地安装在轴颈(5)上,所述旋转切刀(3)通过凸缘(22)沿轴向方向固定在轴颈(5)上,凸缘(22)与至少一个径向滚柱轴承的滚动体相互配合;而且在旋转切刀(3)和轴颈(5)之间也设置了推力轴承(14,15,16);在支杆(1)中设置有装置(24),用于在旋转切刀(3)已安装到轴颈(5)上之后将滚动体(7;11)插入到一对座圈(9,10;12,13)以形成一径向滚柱轴承;以及在完成了插入滚动体之后,在用于插入滚动体的所述装置(24)中设置一个部件(25),以阻塞用于插入滚动体的所述装置(24)。凸缘(22)设置有凹部(23),凹部(23)使得在将旋转切刀(3)安装到轴颈(5)上之后被安装的滚动体(7;11)能够通过。部件是由锁定销(25)构成,锁定销(25)在其安装位置的最内侧端部设置有一个唇部(27),唇部(27)仅占据锁定销(25)的横截面的一部分。
文档编号E21B10/22GK1330744SQ9981436
公开日2002年1月9日 申请日期1999年12月15日 优先权日1998年12月18日
发明者伦纳特·卡尔松 申请人:桑德维克公司