[发明专利]一种基于滚滑复合轴承的矿用三牙轮钻头

说明书

技术领域

本发明属于矿用牙轮钻头技术领域，具体涉及一种基于滚滑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；(2)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，滚柱均匀磨损使直径减少1～2mm，牙轮的大圆孔均匀磨损使直径减少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

本发明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滚滑复合轴承的矿用三牙轮钻头。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：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为直径为d的圆柱体，即为大轴颈；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匀地开有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的圆心均匀地分布在与牙轮的大圆孔同心的牙轮的D₁/2处，D₁为滚柱槽圆弧半径R的圆心所构成的圆的直径，D₁的名义尺寸为：

D₁＝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L1比牙轮的大圆孔的轴向长度L小3～15mm，即L-L1＝3～15mm。

由于采用上述技术方案，本发明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滚滑复合轴承结构。

因此，本发明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匀地开有滚柱槽，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滚滑复合轴承结构，可显著提高矿用三牙轮钻头的使用寿命。

本发明广泛用于矿山开采、水井和地质钻探中使用的牙轮钻头。

附图说明

图1为本发明以一个牙爪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；