專利名稱：一種鑲齒變過盈結(jié)構(gòu)的牙輪鉆頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于石油、礦山及地質(zhì)鉆探的鑲齒變過盈結(jié)構(gòu)的牙輪鉆頭。
背景技術(shù)：
隨著油氣開發(fā)難度的加大，定向井、分支井、深井、超深井越來越多，勘探開發(fā)難度不斷加大，直接導(dǎo)致對破巖工具的性能要求也越來越高。隨著鉆壓、轉(zhuǎn)速等鉆井參數(shù)的提高，牙輪鉆頭承受了更大的鉆壓和扭矩，牙輪破裂、掉齒、斷齒等問題時(shí)有發(fā)生；另一方面，為了獲得更高的機(jī)械鉆速，在硬地層，需要加大牙輪鉆頭的布齒密度。在現(xiàn)有牙輪鉆頭的鑲齒過盈結(jié)構(gòu)(過盈量一致)條件下，已經(jīng)很難避免牙輪破裂、掉齒、斷齒等問題，更不能輕易加大布齒密度。因此需要一種新的鑲齒結(jié)構(gòu)來提高牙輪鉆頭的牙輪結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，增大固齒能力，使牙輪能夠承受更大的布齒密度。
發(fā)明內(nèi)容·[0003]本實(shí)用新型的目的是通過設(shè)計(jì)牙齒與齒孔變過盈量鑲裝結(jié)構(gòu)，不僅能夠改善齒孔應(yīng)力分布狀況，提高牙輪鉆頭的固齒能力，同時(shí)還能夠提高牙輪鉆頭的牙輪殼體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，使牙輪鉆頭能夠適應(yīng)高鉆壓、高轉(zhuǎn)速的工作條件，能夠?qū)崿F(xiàn)大布齒密度，特提供一種鑲齒變過盈結(jié)構(gòu)的牙輪鉆頭。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案一種鑲齒變過盈結(jié)構(gòu)的牙輪鉆頭由鉆頭本體、牙輪殼體、密封圈、牙輪定位防脫裝置和牙齒組成，其特征在于牙輪殼體的內(nèi)孔設(shè)置在鉆頭本體的牙爪軸頸上，牙輪殼體和牙爪軸頸配合表面之間安裝有密封圈和牙輪定位防脫裝置，牙輪殼體上鑲裝有硬質(zhì)合金牙齒，牙齒以變過盈配合形式鑲?cè)胙垒啔んw上的齒孔中；牙齒為柱形，齒身部位直徑由齒底向距離齒頂1/3處逐漸增大，過1/3處后再往齒頂方向逐漸減小，牙齒齒身部位母線為曲線；齒孔直徑保持不變，其母線為直線，牙齒與齒孔以變過盈量形式鑲裝。這樣牙輪在工作時(shí)齒孔所受到的最大應(yīng)力不是在齒孔壁厚最薄的齒孔端面處，而是在與牙齒齒身最大直徑配合的齒孔處，此處齒孔壁厚較厚，齒孔不易變形破裂，增大了固齒防脫能力；牙齒所受到的最大剪應(yīng)力并非在與齒孔端面接觸的地方，而是在齒身最大直徑處，齒身最大直徑部位已埋入齒孔中，減小了牙齒在齒孔端面處所受到的剪應(yīng)力，從而減少斷齒問題。變過盈配合形式鑲裝是指牙齒齒身的直徑大于齒孔直徑，并且過盈量是變化的；變過盈量形式的鑲裝結(jié)構(gòu)是指牙齒和齒孔的過盈量由齒孔口向齒底方向逐漸減小。用變過盈配合的方式使牙齒固定在牙輪殼體上。本實(shí)用新型的有益效果在于(1)改善了齒孔應(yīng)力分布，使固齒能力提高15% 30%，從而減少牙輪鉆頭掉齒斷齒事故，延長牙輪鉆頭使用壽命；(2)牙輪鉆頭牙輪殼體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度提高10% 25%，能夠適應(yīng)高密度布齒，從而使牙輪鉆頭能夠適應(yīng)高鉆壓、高轉(zhuǎn)速的工作條件，提高機(jī)械鉆速。
圖I是本牙輪鉆頭牙齒與齒孔變過盈量鑲裝結(jié)構(gòu)的整體示意圖。圖2是牙齒與齒孔變過盈量鑲裝結(jié)構(gòu)的局部示意圖。圖3是牙齒結(jié)構(gòu)圖。圖中1、鉆頭本體，2、牙輪殼體，3、牙爪軸頸，4、密封圈，5、牙輪定位防脫裝置，6、牙齒，7、齒孔,8、齒底,9、齒頂，10、齒身。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)。參看圖1，一種鑲齒變過盈結(jié)構(gòu)的牙輪鉆頭由鉆頭本體I、牙輪殼體2、密封圈4、牙輪定位防脫裝置5和牙齒6組成，牙輪殼體2的內(nèi)孔設(shè)置在鉆頭本體I的牙爪軸頸3上，牙輪殼體2和牙爪軸頸3配合表面之間有密封圈4和牙輪定位防脫裝置5，牙輪殼體2上鑲裝有硬質(zhì)合金牙齒6，牙齒6以變過盈配合形式鑲?cè)胙垒啔んw2上的齒孔7中。參看圖2，牙齒6被埋入牙輪殼體2上的齒孔7中。參看圖3，結(jié)合圖1，齒孔7直徑保持不變，其母線為直線；牙齒6為柱形，齒身10采用直徑由齒底8向距齒頂9三分之一處逐漸增大再沿齒頂9方向逐漸減小并且齒身10部位母線為曲線的幾何結(jié)構(gòu)，牙齒6和齒孔7采用變過盈量結(jié)構(gòu)配合。這樣牙輪鉆頭在工作時(shí)齒孔7所受到的最大應(yīng)力不是在齒孔7壁厚最薄的齒孔7端面處，而是在與牙齒6齒身10最大直徑處配合的齒孔7上，此處齒孔7壁厚較厚，齒孔7不易變形破裂，增大了固齒防脫能力；牙齒6所受到的最大剪應(yīng)力并非在與齒孔7端面接觸的地方，而是在牙齒6齒身10最大直徑處，牙齒6齒身10最大直徑部位已埋入齒孔7中，減小了牙齒6在齒孔7端面處所受到的剪應(yīng)力，從而減少斷齒問題，達(dá)到增大固齒力，減小牙輪受力，提高牙輪結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，增大布齒密度的目的。
權(quán)利要求1.一種鑲齒變過盈結(jié)構(gòu)的牙輪鉆頭，由鉆頭本體、牙輪殼體、密封圈、牙輪定位防脫裝置和牙齒組成，其特征在于牙輪殼體(2 )的內(nèi)孔設(shè)置在鉆頭本體(I)的牙爪軸頸(3 )上，牙輪殼體(2)和牙爪軸頸(3)配合表面之間安裝有密封圈(4)和牙輪定位防脫裝置(5);牙輪殼體(2)上鑲裝有硬質(zhì)合金牙齒(6)，牙齒(6)以變過盈配合形式鑲?cè)胙垒啔んw(2)上的齒孔(7)中；牙齒(6)為柱形，齒身(10)部位直徑由齒底(8)向距離齒頂(9)三分之一處逐漸增大，過1/3處后再往齒頂(9)方向逐漸減小，牙齒(6)的齒身(10)部位母線為曲線；齒孔(7)直徑保持不變，齒孔(7)的母線為直線。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變過盈量鑲齒的牙輪鉆頭，其特征是上述變過盈配合形式是指一牙齒(6)的直徑大于齒孔(7)的直徑，其過盈量是變化的。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變過盈量鑲齒的牙輪鉆頭，其特征是上述變過盈量形式鑲裝結(jié)構(gòu)是指牙齒(6)和齒孔(7)的過盈量由齒孔(7) 口向齒底(8)方向逐漸減小，用變過盈配合的方式使牙齒(6 )固定在牙輪殼體(2 )上。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于石油、礦山及地質(zhì)鉆探的鑲齒變過盈結(jié)構(gòu)的牙輪鉆頭，其技術(shù)方案是牙輪殼體內(nèi)孔設(shè)置在鉆頭本體的牙爪軸頸上，牙輪殼體和牙爪軸頸配合表面之間安裝密封圈和牙輪定位防脫裝置；牙輪殼體上鑲裝有硬質(zhì)合金牙齒，牙齒以變過盈量結(jié)構(gòu)鑲?cè)胙垒啔んw的齒孔中；牙齒為柱形，齒身部位直徑由齒底向距離齒頂1/3處逐漸增大，再往齒頂方向逐漸減小，齒身部位母線為曲線；齒孔的直徑保持不變，其母線為直線。本實(shí)用新型改善了齒孔的應(yīng)力分布，使固齒能力提高15-30%，牙輪殼體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度提高10%～25%，從而能夠適應(yīng)高密度布齒，延長牙輪鉆頭的壽命，提高牙齒抗沖擊性能及機(jī)械鉆速，使牙輪鉆頭能適應(yīng)高鉆壓高轉(zhuǎn)速的工作條件。
文檔編號E21B10/52GK202510035SQ201220098589
公開日2012年10月31日 申請日期2012年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月16日
發(fā)明者劉佳良, 李斌, 楊春雷, 查世玉 申請人:西南石油大學(xué)