CN210633597U - 新型聚晶金刚石止推轴承及拧紧工具 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种新型聚晶金刚石止推轴承，包括轴承本体以及复合片，螺纹连接与所述轴承本体上；所述复合片包括烧结为一个整体的聚晶金刚石圆片和硬质合金衬底，所述聚晶金刚石圆片高出于所述轴承本体表面。同时本实用新型还公开了一种拧紧工具，包括套筒，用于支撑和整体旋转；卡爪机构，设置于所述套筒侧壁下方，用于卡持复合片；以及调节机构，设置于所述套筒内部，用于改变卡爪机构的状态；所述卡爪机构向所述套筒内部延伸并与所述调节机构接触。本实用新型提供一种新型聚晶金刚石止推轴承，在原有的结构基础上，改变其连接方式，简化结构和装配方式，延长了使用寿命。同时本实用新型还提供了可配套使用的拧紧工具，具有使用便捷的特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及是井下动力工具技术领域，尤其涉及一种石油工业使用的新型聚晶金刚石止推轴承及拧紧工具。
背景技术
在石油钻井作业中，因为钻具轴承承受着冲击、摩擦、腐蚀等恶劣的工况，相对于径向的TC轴承，承受轴向力的串轴承寿命明显不足，成为钻具动力传导部件里最容易失效的元件。为了有效提高螺杆钻具的寿命，最好的办法就是提高轴向轴承的寿命，聚晶金刚石则是理想的材料。然而，由于金刚石材料的难加工性造成止推轴承制造的可靠性和精度很难保证。
实用新型内容
本实用新型为克服现有技术存在的问题，提供一种新型聚晶金刚石止推轴承，在原有的结构基础上，改变其连接方式，简化结构和装配方式，延长了使用寿命。同时本实用新型还提供了可配套使用的拧紧工具，具有使用便捷的特点。
本实用新型采用的技术方案是：
新型聚晶金刚石止推轴承，用于钻具动力传导，包括
轴承本体；以及
复合片，螺纹连接与所述轴承本体上；
其中，所述复合片包括烧结为一个整体的聚晶金刚石圆片和硬质合金衬底，所述聚晶金刚石圆片高出于所述轴承本体表面。
进一步地，所述轴承本体上设有带有内螺纹的安装孔，所述硬质合金衬底位于所述安装孔内，其表面开设有与所述内螺纹配合的外螺纹。
进一步地，从上到下，所述安装孔包括定位槽段和安装槽段且定位槽段的直径大于安装段的直径，所述内螺纹位于所述安装槽段上；从上至下，所述硬质合金衬底包括一体成型的定位段和安装段，所述外螺纹位于所述安装段上；所述定位段安装所述定位槽段内，所述安装段位于安装槽段内。
进一步地，所述内螺纹和外螺纹的螺纹牙型导向角度大，承载角度小。
进一步地，所述导向角度为10度～45度，承载角度为正5度～负5度。
拧紧工具，用于旋拧安装上述的新型聚晶金刚石止推轴承，包括
套筒，用于支撑和整体旋转；
卡爪机构，设置于所述套筒侧壁下方，用于卡持复合片；以及
调节机构，设置于所述套筒内部，用于改变卡爪机构的状态；
其中，所述卡爪机构向所述套筒内部延伸并与所述调节机构接触。
进一步地，所述套筒侧壁下方沿其高度放下开设至少两个豁口；
所述卡爪机构包括等豁口数量的卡爪，每个所述卡爪位于一个所述豁口内，其上端向套筒轴向中心方向水平延伸形成突出部，长度方向中部与所述豁口两侧轴连接，下端位于所述套筒下端外；
所述调节机构包括螺杆和螺母，所述螺母位于所述套筒内，直径大于多个突出部合围构成的圆的直径，其侧壁上设有与突出部配合的斜槽，所述螺杆穿过所述套筒顶部且与套筒之间无连接或者滑动接触，其下部与螺母连接。
进一步地，所述螺杆的下端位于所属套筒下端外，并安装有垫块。
进一步地，所述套筒侧壁下方沿其高度放下开设至少两个豁口；
所述卡爪机构包括等豁口数量的卡爪，每个所述卡爪位于一个所述豁口内，其上端向套筒轴向中心方向水平延伸形成突出部，长度方向中部与所述豁口两侧轴连接，下端位于所述套筒下端外；
所述调节机构包括螺杆和滑块，所述滑块位于所述套筒内，呈上大下小的锥台状，下端直径大于多个突出部合围构成的圆的直径，所述螺杆穿过所述套筒顶部且与套筒之间螺纹连接，其下部与滑块顶部中央位置处连接。
进一步地，所述卡爪下端水向套筒轴向中心方向水平延伸形成卡持部。
本实用新型的有益效果是：
(1)本实用新型中，由于采用了聚晶金刚石材料，充分利用其摩擦系数小、承载能力强、耐磨损、热传导系数大的优点，作为滑动摩擦的材料代替传统的普通轴承钢制的串轴承，来实现井下钻具的长寿命稳定工作。
(2)本实用新型中，考虑聚晶金刚石加工难度大的为，本实施方式中，采用复合片结构，聚晶金刚石的厚度根据需求进行设计，然后将聚晶金刚石负载在硬质合金衬底上，并在硬质合金衬底和轴承本体上开设配合外螺纹和内螺纹，经聚晶金刚石固定在轴承本体上，大大降低了加工难度，同时使得加工的精度也得到保证。相比与直接将聚晶金刚石采用粘接和焊接的方式，本实施方式中，连接面积更大，稳定性成倍增加，装配方式简单、快捷。且局部复合片损坏时，可及时、快速的进行更换。
(3)本实用新型中采用特殊螺纹涉及，内螺纹和外螺纹的螺纹牙型导向角度大，承载角度小，便于上扣，承载角度小，防止脱扣。
(4)本实用新型中，设计了一种旋拧复合片的工具，适于聚晶金刚石圆片厚度较小，不易安装的情况，简单快捷，能对复合片施加一定预紧力，提高其使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或有现技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型中，新型聚晶金刚石止推轴承的三维结构示意图。
图2为本实用新型中，新型聚晶金刚石止推轴承的俯视结构示意图。
图3为图2中A-A向剖视结构示意图。
图4为图3中B处局部放大结构示意图。
图5为本实用新型中，复合片与轴承本体的安装分解结构示意图。
图6为本实用新型中，拧紧工具的三维结构示意图。
图7为本实用新型中，拧紧工具的正视图。
图8为图7中C-C向剖视结构示意图。
图9为实施例三中，拧紧工具的结构示意图。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。
下面结合附图对本实用新型/实用新型的实施例进行详细说明。
实施例1
一种新型聚晶金刚石止推轴承，如附图1～5所示，包括轴承本体1和复合片2，复合片2安装在轴承本体1上。
具体的，轴承本体1，整体呈管柱状，由42CrMo材料加工而成。在轴承本体1顶部表面开设若干柱形的安装孔11，安装孔11的布置形式以及直径大小可根据工艺要求进行加工，以适应不同环境需求。如附图1中所示，止推轴承本体1上的安装孔共设置21个，呈360°圆周均匀分布。从上到下，每个安装孔11包括柱形的定位槽段111和安装槽段112。定位槽段111和安装段112的轴向中心重合，且定位槽段111的直径略大于安装段112的直径。在安装段112的侧壁上开设内螺纹12。
复合片2，整体呈柱形，安装在轴承本体1的安装孔11内，包括聚晶金刚石圆片21和硬质合金衬底22，两者采用烧结工艺形成一个整体。从上至下，硬质合金衬底22包括一体成型的定位段221和安装段222。定位段221和安装段222轴向中心重合，且定位段221的直径、聚晶金刚石圆片21的直径与定位槽段111的直径一致且略大于安装段222的直径。定位段222的高度等于或者略大于定位槽段111的高度。在安装段222圆周侧壁上开设有与内螺纹12派和的外螺纹23，且安装段222的高端略大于安装槽段112的高度。内螺纹12和外螺纹23的螺纹牙型导向角度大，承载角度小。优选导向角度为10度～45度，承载角度为正5度～负5度。本实施例中，所述螺纹牙型的导向角度为30度，承载角度为0度。
组装时，复合片1的硬质合金衬底22伸入到安装孔11内，由于内螺纹12和外螺纹23配合，安装段222固定到安装槽段112内，定位段221固定到定位槽段111内，聚晶金刚石圆片21高出于轴承本体1表面，实现止推轴承安装。为了进一提高连接的可靠性和稳固性，在安装精度确认后，可以在外螺纹23和内螺纹12上涂覆少量粘接剂后在进行组装。
在钻具中，两个止推轴承成为一组，且两个止推轴上的复合片1相对设置。
本实施方式中，由于采用了聚晶金刚石材料，充分利用其摩擦系数小、承载能力强、耐磨损、热传导系数大的优点，作为滑动摩擦的材料代替传统的普通轴承钢制的串轴承，来实现井下钻具的长寿命稳定工作。
另一方面，考虑聚晶金刚石加工难度大的为，本实施方式中，采用复合片结构，聚晶金刚石的厚度根据需求进行设计，然后将聚晶金刚石负载在硬质合金衬底上，并在硬质合金衬底和轴承本体上开设配合外螺纹和内螺纹，经聚晶金刚石固定在轴承本体上，大大降低了加工难度，同时使得加工的精度也得到保证。相比与直接将聚晶金刚石采用粘接和焊接的方式，本实施方式中，连接面积更大，稳定性成倍增加，装配方式简单、快捷。且局部复合片损坏时，可及时、快速的进行更换。
再者，本实施方式中，内螺纹和外螺纹的螺纹牙型导向角度大，承载角度小，便于上扣，承载角度小，防止脱扣。
实施例2
拧紧工具，用于止推轴承上复合片与轴承本体的安装，如附图6～8所示，包括套筒3、卡爪机构4和调节机构5。卡爪机构4安装在套筒3侧壁下部，其下端用于卡持复合片，上端向套筒3内部延伸，且上端和下端以卡爪机构4与套筒的连接处为支点反向运动，即卡爪机构4上端向套筒3外侧方向散开时，其下端向套筒3方向收紧，反之亦然。调节机构5安装在套筒3内部，可沿套筒3轴向中心方向滑动并可与卡爪机构4上端接触，用于改变卡爪机构4的状态。使用时，卡爪机构4下端卡持在复合片2上聚晶金刚石圆片21圆周外，调节机构5向远离聚晶金刚石圆片21方向移动，使得卡爪机构4下端收紧，从而将拧紧工具与复合片固定。旋转套筒3，即可将复合片2旋入轴承本体1内固定。
具体的，套筒3，底部贯通的圆柱筒状，顶部中央为主处开设通孔31。在套筒3圆周侧壁下部开设若干销孔32，每两个销孔32为一组，每组销轴32均匀设置。在每组销孔32之间套筒3侧壁上沿套筒3高度方向开设一个豁口33。在套筒3侧壁上端设置滚花34。本实施方式中共设置了三组销孔，三个豁口33。
卡爪机构4，包括等销孔32组数的卡爪41。每个卡爪41位于一个豁口33内，下端位于套筒3外，并由销轴42穿过卡爪41长度反向的中部以及豁口33两边的销孔32进行固定。卡爪41的厚度等于或者略小于豁口33的宽度，以满足其偏转的要求。卡爪41的上端向套筒3轴向中心方向水平延伸形成突出部411，便于其与调节结构5接触。卡爪41的下端水向套筒3轴向中心方向水平延伸形成卡持部412，便于收紧时与复合片2接触。
调节机构5，包括螺杆51和螺母52。螺母52位于套筒3内，直径大于多个突出部411合围构成的圆的直径，其侧壁上开设与卡爪41的突出部411配合的斜槽521，斜槽521的倾斜方向为自螺母52顶面由套筒1中心向外侧倾斜。螺杆51穿过通孔31与螺母52连接，且螺杆51与通孔31之间无连接关系或者滑动接触并与套筒3的位置保持固定。本实施方式中，为了防止螺杆51挤压复合片3，在螺杆51的下端安装有垫块53，比如聚四氟乙烯垫块。
使用时，卡爪41下端处于松散状态，将卡持部412卡在复合片3的聚晶金刚石圆片31外，垫块53压铸复合片3，突出部411伸入到斜槽521内。旋转螺杆51，螺母52由于卡爪41上端的限制，其自身不旋转，沿螺杆51向远离复合片3反向移动。由于斜槽521作用，卡爪41上端向套筒1外散开，卡持部412收紧卡住复合片3。垫块53在螺杆51和螺母52配合下也压紧复合片3。旋套套筒3，即可将复合片3旋入轴承本体1内。该拧紧工具使得，分别从复合片的径向和轴向进行固定，稳定可靠。
实施例3
拧紧工具，如附图9所示。与实施例2不同的是，调节机构5包括螺杆51和滑块52’。滑块52’，呈上小下大的锥台状，下端直径大于多个突出部411合围构成的圆的直径，位于套筒3内侧。螺杆51穿过通孔31并与通孔31侧壁螺纹连接，下端与滑块52’顶面中央连接。使用时，旋转螺杆51，使得滑块52’向远离复合片2的方向移动，卡爪41下端则收紧卡住复合片。旋套套筒3，即可将复合片3旋入轴承本体1内。该拧紧工具使得，分别从复合片的径向进行固定。
Claims (10)
1.新型聚晶金刚石止推轴承，用于钻具动力传导，其特征在于：包括
轴承本体；以及
复合片，螺纹连接与所述轴承本体上；
其中，所述复合片包括烧结为一个整体的聚晶金刚石圆片和硬质合金衬底，所述聚晶金刚石圆片高出于所述轴承本体表面。
2.根据权利要求1所述的新型聚晶金刚石止推轴承，其特征在于：所述轴承本体上设有带有内螺纹的安装孔，所述硬质合金衬底位于所述安装孔内，其表面开设有与所述内螺纹配合的外螺纹。
3.根据权利要求2所述的新型聚晶金刚石止推轴承，其特征在于：从上到下，所述安装孔包括定位槽段和安装槽段且定位槽段的直径大于安装段的直径，所述内螺纹位于所述安装槽段上；从上至下，所述硬质合金衬底包括一体成型的定位段和安装段，所述外螺纹位于所述安装段上；所述定位段安装所述定位槽段内，所述安装段位于安装槽段内。
4.根据权利要求2或3所述的新型聚晶金刚石止推轴承，其特征在于：所述内螺纹和外螺纹的螺纹牙型导向角度大，承载角度小。
5.根据权利要求4所述的新型聚晶金刚石止推轴承，其特征在于：所述导向角度为10度～45度，承载角度为正5度～负5度。
6.拧紧工具，用于旋拧安装权利要求1～3或5中任意一项所述的新型聚晶金刚石止推轴承，其特征在于：包括
套筒，用于支撑和整体旋转；
卡爪机构，设置于所述套筒侧壁下方，用于卡持复合片；以及
调节机构，设置于所述套筒内部，用于改变卡爪机构的状态；
其中，所述卡爪机构向所述套筒内部延伸并与所述调节机构接触。
7.根据权利要求6所述的拧紧工具，其特征在于：
所述套筒侧壁下方沿其高度放下开设至少两个豁口；
所述卡爪机构包括等豁口数量的卡爪，每个所述卡爪位于一个所述豁口内，其上端向套筒轴向中心方向水平延伸形成突出部，长度方向中部与所述豁口两侧轴连接，下端位于所述套筒下端外；
所述调节机构包括螺杆和螺母，所述螺母位于所述套筒内，直径大于多个突出部合围构成的圆的直径，其侧壁上设有与突出部配合的斜槽，所述螺杆穿过所述套筒顶部且与套筒之间无连接或者滑动接触，其下部与螺母连接。
8.根据权利要求7所述的拧紧工具，其特征在于；所述螺杆的下端位于所属套筒下端外，并安装有垫块。
9.根据权利要求6所述的拧紧工具，其特征在于：所述套筒侧壁下方沿其高度放下开设至少两个豁口；
所述卡爪机构包括等豁口数量的卡爪，每个所述卡爪位于一个所述豁口内，其上端向套筒轴向中心方向水平延伸形成突出部，长度方向中部与所述豁口两侧轴连接，下端位于所述套筒下端外；
所述调节机构包括螺杆和滑块，所述滑块位于所述套筒内，呈上大下小的锥台状，下端直径大于多个突出部合围构成的圆的直径，所述螺杆穿过所述套筒顶部且与套筒之间螺纹连接，其下部与滑块顶部中央位置处连接。
10.根据权利要求7～9中任意一项所述的拧紧工具，其特征在于：所述卡爪下端水向套筒轴向中心方向水平延伸形成卡持部。
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Cited By (1)
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| CN111894984A (zh) * | 2020-07-30 | 2020-11-06 | 广东钜鑫新材料科技股份有限公司 | Pdc轴承外环组件及其制造方法、pdc轴承内环组件及其制造方法和pdc轴承 |
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