CN108019152A - 一种单金属密封轴承三牙轮钻头 - Google Patents
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Abstract
一种单金属密封轴承三牙轮钻头，包括牙掌（1）、牙轮（2）以及密封轴承结构；密封轴承结构包括一O型密封圈（3）；其特征在于：密封轴承结构还包括金属镶套（4）以及一金属硬质密封环（5）；金属镶套（4）位于牙轮（2）内腔端口处的端部的内缘周向上设有一圈嵌槽（41），金属硬质密封环（5）以该摩擦配合平面（51）与嵌槽（41）的轴向面（411）相贴合，金属硬质密封环（5）的内缘周向上设有一内凹的密封圈配合面（52），O型密封圈（3）卡嵌于密封圈配合面（52）与牙掌（1）的轴（11）之间；金属硬质密封环（5）的密封圈配合面（52）在所述牙轮（2）的轴向截面上的投影曲线的两端之间的连线与金属镶套（4）的轴线方向夹锐角。
Description
技术领域
本发明涉及钻头，具体涉及一种主要为矿山开采钻孔用的三牙轮钻头。
背景技术
由于矿山钻孔用的三牙轮钻头工作环境比较恶劣，因此使用寿命较短，据调查，传统三牙轮钻头的损坏绝大部分都是由于其轴承结构的失效，故其轴承结构的寿命是制约钻头寿命的关键因素之一。
传统三牙轮钻头采用开放式轴承结构，当钻机工作时，岩粉会进入轴承内部，使原轴承结构的钢材与钢材摩擦变为钢材、岩粉、钢材三者之间摩擦，直接导致轴承结构早期失效。
因此，现有的三牙轮钻头普遍使用密封轴承结构，密封轴承结构就是在牙掌上伸出的轴与牙轮之间设一O型弹性密封圈，可参见授权公告号为CN100567697C的发明专利，工作中O型弹性密封圈直接与牙轮摩擦，牙轮与轴承的摩擦生热，再加之工作中受井底地热、牙轮破碎岩石生热使工作温度很高，这些均导致O型弹性密封圈老化失效。
发明内容
本发明的目的是提供一种单金属密封轴承三牙轮钻头，提升密封结构寿命以最终提升钻头的寿命。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种三牙轮钻头，包括牙掌、套设于牙掌的轴上的牙轮以及设置在牙掌和牙轮之间的密封轴承结构；所述密封轴承结构包括一O型密封圈；
所述密封轴承结构还包括金属镶套以及一金属硬质密封环；所述金属镶套嵌置于牙轮与牙掌的轴之间，且所述金属镶套的外周面与牙轮过盈配合，而其内周面与牙掌的轴滑动配合；
所述金属镶套位于牙轮内腔端口处的端部的内缘周向上设有一圈“L”形截面的嵌槽，该嵌槽由轴向面和径向面组成，所述嵌槽的轴向面的朝向沿金属镶套的轴向，所述嵌槽的径向面的朝向沿金属镶套的径向；所述金属硬质密封环嵌设于嵌槽内，金属硬质密封环上对应于嵌槽的轴向面设有摩擦配合平面，金属硬质密封环以该摩擦配合平面与嵌槽的轴向面相贴合，所述金属硬质密封环的摩擦配合平面和嵌槽的轴向面的表面粗糙度Ra均小于或等于1.6μm；所述金属硬质密封环与嵌槽的径向面之间留有间隙；
所述金属硬质密封环的内缘周向上设有一内凹的密封圈配合面，所述O型密封圈卡嵌于金属硬质密封环的密封圈配合面与牙掌的轴之间；并且，所述金属硬质密封环的密封圈配合面在所述牙轮的轴向截面上的投影曲线的两端之间的连线与所述金属镶套的轴线方向夹锐角，以使所述O型密封圈的弹力作用于金属硬质密封环的密封圈配合面上形成分力，迫使金属硬质密封环以其摩擦配合平面与嵌槽的轴向面相贴紧。
上述方案中，所述牙掌轴上对应于O型密封圈也设有密封圈配合面，该牙掌轴的密封圈配合面在所述牙轮的轴向截面上的投影曲线的两端之间的连线与所述金属镶套的轴线方向也夹锐角。
进一步，所述金属硬质密封环的密封圈配合面在所述牙轮的轴向截面上的投影曲线的两端之间的连线与所述牙掌轴的密封圈配合面在牙轮的轴向截面上的投影曲线的两端之间的连线相平行。
进一步，所述金属硬质密封环的密封圈配合面在所述牙轮的轴向截面上的投影曲线包括第一内凹曲线段、第一中间直线段和第二内凹曲线段；所述牙掌的轴的密封圈配合面在牙轮的轴向截面上的投影曲线包括第三内凹曲线段、第二中间直线段和第四内凹曲线段；所述第一中间直线段和第二中间直线段相平行。
上述方案中，所述金属镶套的洛氏硬度HRC为56-60； 所述金属硬质密封环的洛氏硬度HRC为54-57。
本发明工作原理及优点如下：本发明突破性的采用一金属硬质密封环与O型密封圈相组合构成密封件，既达到良好的密封效果，又大幅延长了密封件的使用寿命。安装时，将 O型密封圈压缩嵌置于金属硬质密封环与牙掌的轴之间，O型密封圈提供弹力，作用于金属硬质密封环上的密封圈配合面上产生分力，迫使金属硬质密封环以其摩擦配合平面与金属镶套上的嵌槽的轴向面紧密贴合，从而使轴承内部形成良好的密封状态。在工作状态下，牙轮带着金属镶套旋转，金属硬质密封环的摩擦配合平面与金属镶套上的嵌槽的轴向面形成滑动配合关系，而O型密封圈则保持静止状态，即以对金属硬质密封环的摩擦替代了现有技术中对O型密封圈的摩擦，并且由于金属硬质密封环的摩擦配合平面与金属镶套上的嵌槽的轴向面是光滑硬质平面之间的摩擦，耐磨性能很好，从而大幅延长了O型密封圈以及整个密封轴承结构的使用寿命，经实验，本发明与现有技术相比，能够延长寿命30%～40%。
并且，本发明结构很简单，其金属硬质密封环、O型密封圈以及镶套均可向外部专业厂家采购。
附图说明
图1为本发明实施例结构的主视图；
图2为本发明实施例结构的牙轮与牙掌配合处的全剖示意图；
图3为图2的A处局部放大示意图；
图4为本发明实施例的金属镶套的全剖示意图；
图5为本发明实施例的金属硬质密封环的全剖示意图。
以上附图中： 1、牙掌；11、轴；111、密封圈配合面；1111、第三内凹曲线段；1112、第二中间直线段；1113、第四内凹曲线段； 2、牙轮；3、O型密封圈；4、金属镶套；41、嵌槽；411、轴向面；412、径向面；5、金属硬质密封环；51、摩擦配合平面；52、密封圈配合面；521、第一内凹曲线段； 522、第一中间直线段； 523、第二内凹曲线段； 6、钢球；7、小金属镶套。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例：参见图1-5所示：
一种单金属密封轴承三牙轮钻头，包括牙掌1、套设于牙掌1的轴11上的牙轮2以及设置在牙掌1和牙轮2之间的密封轴承结构；所述密封轴承结构包括一O型密封圈3、金属镶套4、金属硬质密封环5、钢球6以及小金属镶套7。
如图1和图2所示，所述金属镶套4嵌置于牙轮2与牙掌1的轴11之间，且所述金属镶套的4外周面与牙轮2过盈配合，而其内周面与牙掌1的轴11滑动配合。具体，如图1和图2所示，牙掌1的轴11上设有大轴段和小轴段，大轴段和小轴段之间还设有钢球锁紧槽；金属镶套4嵌置于牙轮2与牙掌1的轴11的大轴段之间，而小金属镶套7嵌置于牙轮2与牙掌1的轴11的小轴段之间，小金属镶套7外周面也与牙轮2过盈配合，而其内周面与牙掌1的轴11滑动配合，钢球6对应钢球锁紧槽嵌设置于牙轮2与牙掌1的轴11之间，起到将牙轮2与牙掌1的轴11锁紧的作用，使钻头工作过程中避免牙轮2脱落。
参见图1-5所示，所述金属镶套4位于牙轮2内腔端口处的端部的内缘周向上设有一圈“L”形截面的嵌槽41，该嵌槽41由轴向面411和径向面412组成，所述嵌槽41的轴向面411的朝向沿金属镶套4的轴向，所述嵌槽的41径向面412的朝向沿金属镶套4的径向，图中较佳举例是嵌槽41的轴向面411垂直于金属镶套4的直径方向，而槽的41径向面412垂直于金属镶套4的轴线方向，实际中轴向面411和径向面412也可作稍稍的倾斜，不一定要完全相互垂直。
参见图1-5所示，所述金属硬质密封环5嵌设于嵌槽41内，金属硬质密封环5上对应于嵌槽41的轴向面411设有摩擦配合平面51，金属硬质密封环5以该摩擦配合平面51与嵌槽41的轴向面411相贴合，所述金属硬质密封环5的摩擦配合平面51和嵌槽41的轴向面411的表面粗糙度Ra均小于或等于1.6μm，金属镶套4的洛氏硬度HRC为56-60，而金属硬质密封环5的洛氏硬度HRC为54-57。
参见图1-5所示，所述金属硬质密封环5与嵌槽41的径向面412之间留有间隙，以避免金属硬质密封环5在工作转动过程中与金属镶套4相干涉。
参见图1-5所示，详见图3，所述金属硬质密封环5的内缘周向上设有一内凹的密封圈配合面52，所述O型密封圈3卡嵌于金属硬质密封环5的密封圈配合面52与牙掌1的轴11之间；并且，所述金属硬质密封环5的密封圈配合面52在所述牙轮2的轴向截面上的投影曲线的两端之间的连线与所述金属镶套4的轴线方向夹锐角，图3举例夹角为20°，以使所述O型密封圈3的弹力作用于金属硬质密封环5的密封圈配合面52上形成分力，迫使金属硬质密封环5以其摩擦配合平面51与嵌槽的轴向面411相贴紧。具体，弹力作用于金属硬质密封环5的密封圈配合面52上会形成两个分力，一个力是使金属硬质密封环5以其摩擦配合平面51与嵌槽的轴向面411相贴紧的力，另一个是支撑住金属硬质密封环5的力，将金属硬质密封环5固定住，避免其发生窜动。
参见图1-5所示，优选的，所述牙掌1轴11上对应于O型密封圈3也设有密封圈配合面111，该牙掌1轴11的密封圈配合面111在所述牙轮2的轴向截面上的投影曲线的两端之间的连线与所述金属镶套4的轴线方向也夹锐角。具体，如图3所示，所述金属硬质密封环5的密封圈配合面52在所述牙轮2的轴向截面上的投影曲线包括第一内凹曲线段521、第一中间直线段522和第二内凹曲线段523；所述牙掌1的轴11的密封圈配合面111在牙轮2的轴向截面上的投影曲线包括第三内凹曲线段1111、第二中间直线段1112和第四内凹曲线段1113；所述第一中间直线段522和第二中间直线段1112相平行。
上述为较佳例子，实际中，将金属硬质密封环5的密封圈配合面52在所述牙轮2的轴向截面上的投影曲线的两端之间的连线与所述牙掌1轴11的密封圈配合面111在牙轮2的轴向截面上的投影曲线的两端之间的连线设计地相互平行，也可达到很好的效果。
安装时，将 O型密封圈3压缩嵌置于金属硬质密封环5与牙掌的轴11之间，O型密封圈3提供弹力，作用于金属硬质密封环5上的密封圈配合面52上产生分力，迫使金属硬质密封环5以其摩擦配合平面51与金属镶套4上的嵌槽41的轴向面411紧密贴合，从而使轴承结构内部形成良好的密封状态。在工作状态下，牙轮带着金属镶套4旋转，金属硬质密封环5的摩擦配合平面51与金属镶套4上的嵌槽41的轴向面411形成滑动配合关系，而O型密封圈3则保持静止状态，即以对金属硬质密封环5的摩擦替代了现有技术中对O型密封圈3的摩擦，并且由于金属硬质密封环5的摩擦配合平面51与金属镶套4上的嵌槽41的轴向面411是光滑硬质平面之间的摩擦，耐磨性能很好，从而大幅延长了O型密封圈3以及整个密封轴承结构的使用寿命，经实验，本发明与现有技术相比，能够延长寿命30%～40%。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种单金属密封轴承三牙轮钻头，包括牙掌（1）、套设于牙掌（1）的轴（11）上的牙轮（2）以及设置在牙掌（1）和牙轮（2）之间的密封轴承结构；所述密封轴承结构包括一O型密封圈（3）；其特征在于：
所述密封轴承结构还包括金属镶套（4）以及一金属硬质密封环（5）；所述金属镶套（4）嵌置于牙轮（2）与牙掌（1）的轴（11）之间，且所述金属镶套的（4）外周面与牙轮（2）过盈配合，而其内周面与牙掌（1）的轴（11）滑动配合；
所述金属镶套（4）位于牙轮（2）内腔端口处的端部的内缘周向上设有一圈“L”形截面的嵌槽（41），该嵌槽（41）由轴向面（411）和径向面（412）组成，所述嵌槽（41）的轴向面（411）的朝向沿金属镶套（4）的轴向，所述嵌槽的（41）径向面（412）的朝向沿金属镶套（4）的径向；所述金属硬质密封环（5）嵌设于嵌槽（41）内，金属硬质密封环（5）上对应于嵌槽（41）的轴向面（411）设有摩擦配合平面（51），金属硬质密封环（5）以该摩擦配合平面（51）与嵌槽（41）的轴向面（411）相贴合，所述金属硬质密封环（5）的摩擦配合平面（51）和嵌槽（41）的轴向面（411）的表面粗糙度Ra均小于或等于1.6μm；所述金属硬质密封环（5）与嵌槽（41）的径向面（412）之间留有间隙；
所述金属硬质密封环（5）的内缘周向上设有一内凹的密封圈配合面（52），所述O型密封圈（3）卡嵌于金属硬质密封环（5）的密封圈配合面（52）与牙掌（1）的轴（11）之间；并且，所述金属硬质密封环（5）的密封圈配合面（52）在所述牙轮（2）的轴向截面上的投影曲线的两端之间的连线与所述金属镶套（4）的轴线方向夹锐角，以使所述O型密封圈（3）的弹力作用于金属硬质密封环（5）的密封圈配合面（52）上形成分力，迫使金属硬质密封环（5）以其摩擦配合平面（51）与嵌槽的轴向面（411）相贴紧。
2.根据权利要求1所述三牙轮钻头，其特征在于：所述牙掌（1）轴（11）上对应于O型密封圈（3）也设有密封圈配合面（111），该牙掌（1）轴（11）的密封圈配合面（111）在所述牙轮（2）的轴向截面上的投影曲线的两端之间的连线与所述金属镶套（4）的轴线方向也夹锐角。
3.根据权利要求2所述单金属密封轴承三牙轮钻头，其特征在于：所述金属硬质密封环（5）的密封圈配合面（52）在所述牙轮（2）的轴向截面上的投影曲线的两端之间的连线与所述牙掌（1）轴（11）的密封圈配合面（111）在牙轮（2）的轴向截面上的投影曲线的两端之间的连线相平行。
4.根据权利要求2所述单金属密封轴承三牙轮钻头，其特征在于： 所述金属硬质密封环（5）的密封圈配合面（52）在所述牙轮（2）的轴向截面上的投影曲线包括第一内凹曲线段（521）、第一中间直线段（522）和第二内凹曲线段（523）；所述牙掌（1）的轴（11）的密封圈配合面（111）在牙轮（2）的轴向截面上的投影曲线包括第三内凹曲线段（1111）、第二中间直线段（1112）和第四内凹曲线段（1113）；所述第一中间直线段（522）和第二中间直线段（1112）相平行。
5.根据权利要求1所述单金属密封轴承三牙轮钻头，其特征在于：所述金属镶套（4）的洛氏硬度HRC为56-60； 所述金属硬质密封环（5）的洛氏硬度HRC为54-57。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20180511 |
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |