一种钻头的制作方法

1.本技术涉及钻头轴承密封领域，特别涉及一种钻头。


背景技术：

2.牙轮钻头的寿命主要与轴承寿命有关，轴承密封是轴承中很重要的组成部分，其主要作用是防止轴承内润滑脂的泄露，同时抵挡钻头体外的泥浆侵入轴承，从而保证钻头的使用寿命。
3.目前，牙轮钻头的密封主要有金属密封和橡胶密封。其中，橡胶密封中，一般采用的是轴承o型橡胶密封，因牙轮承载后的偏心旋转，要求o型橡胶圈有较大的挤压变形量，而大的挤压变形量又导致其滑动摩擦热的增加，且随着轴承使用过程中的磨损，轴承间隙变大，o型橡胶圈的密封可靠性大大下降。基于o型橡胶圈的使用过程中因挤压变形量较大易磨损的问题，将o型橡胶圈改进后形成了扁形橡胶圈，提升了密封的稳定性，但扁形橡胶圈使用过程中，高压侧泥浆中携带的砂砾等物质的侵蚀，导致橡胶圈在使用后泥浆侧靠近旋转轴的部位的橡胶依然容易出现磨损。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种钻头，以解决相关技术中橡胶圈因滑动摩擦热的增加和泥浆砂砾的侵蚀，橡胶容易出现磨损的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种钻头，其包括：牙轮、密封槽、第一密封圈和第二密封圈，所述密封槽开设于牙轮内部，所述密封槽两侧分别为轴承泥浆侧和轴承润滑脂侧；所述第一密封圈和第二密封圈均设置于密封槽内部，所述第一密封圈用于密封轴承润滑脂侧，所述第二密封圈用于密封轴承泥浆侧，所述第一密封圈和第二密封圈之间形成自润滑通道。
6.一些实施例中，所述密封槽包括：泥浆内侧面、润滑脂内侧面和槽底面，所述泥浆内侧面一侧为轴承泥浆侧；所述润滑脂内侧面一侧为轴承润滑脂侧；所述槽底面位于泥浆内侧面与润滑脂内侧面之间。
7.一些实施例中，所述槽底面与牙掌轴颈表面平行。
8.一些实施例中，所述第一密封圈包括：内周面、第一外侧面和第一内侧面，所述内周面与牙掌轴颈表面抵接；所述第一外侧面与润滑脂内侧面相对；所述第一内侧面和第二密封圈之间形成自润滑通道。
9.一些实施例中，所述第二密封圈包括：外周面、第二外侧面和第二内侧面，所述外周面与槽底面抵接；所述第二外侧面与泥浆内侧面相对；所述第二内侧面和第一内侧面之间形成自润滑通道。
10.一些实施例中，所述第一密封圈和第二密封圈回转截面均呈三角形。
11.一些实施例中，所述第一外侧面与第一内侧面的交叉线到内周面的距离为h1，所述第二外侧面与第二内侧面的交叉线到外周面的距离为h2，满足：1.00≤h2/h1≤1.13。
12.一些实施例中，所述第一外侧面与第一内侧面形成的夹角为α，所述第二外侧面与第二内侧面形成的夹角设为β，满足：0.5≤α/β≤1.5。
13.一些实施例中，所述槽底面到牙掌轴颈的距离为h，满足：0.8≤h/h1≤0.9。
14.一些实施例中，所述第一密封圈和第二密封圈硬度大于等于85邵a。
15.本技术提供的技术方案带来的有益效果包括：
16.本技术实施例提供了一种钻头，通过第一密封圈和第二密封圈匹配使用，可利用外界压力变化自动调节挤压变形量，实现可靠密封，第二密封圈密封轴承泥浆侧，泥浆的压力通过第二密封圈传递给第一密封圈从而实现第一密封圈挤压变形量的动态变化；第一密封圈和第二密封圈与轴承密封部位的受力也随着挤压变形量自动调节，缓解了密封部位的橡胶持续不断的滑动摩擦热，此外，第二密封圈辅助第一密封圈起到了抵挡外界泥沙的作用，防止了第一密封圈挤压变形过程中泥沙的侵入；同时第一密封圈和第二密封圈之间形成自润滑通道，可利用轴承内部压力实现自润滑，可持续不断的保证密封圈密封区域的良好润滑，提高密封圈的使用寿命和可靠性，由此可提高轴承密封寿命和可靠性。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例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技术的一些实施例，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。
18.图1为本技术实施例提供的整体正面剖视结构示意图；
19.图2为图1中a处局部放大结构示意图；
20.图3为本技术实施例提供的第一密封圈结构示意图；
21.图4为本技术实施例提供的第二密封圈结构示意图；
22.图5为本技术实施例提供的密封槽结构示意图。
23.图中：1、牙掌；10、牙掌轴颈；100、牙掌轴颈面；2、牙轮；20、密封槽；200、槽底面；201、泥浆内侧面；202、润滑脂内侧面；203、自润滑通道；21、流道；3、钢球；4、塞销；5、润滑油脂孔；6、第一密封圈；60、内周面；61、第一外侧面；62、第一内侧面；7、第二密封圈；70、外周面；71、第二外侧面；72、第二内侧面；73、内周部；8、轴承泥浆侧；9、轴承润滑脂侧。
具体实施方式
24.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
25.本技术实施例提供了一种钻头，其能解决相关技术中橡胶圈滑动摩擦热的增加和泥浆砂砾的侵蚀，橡胶容易出现磨损的问题。
26.参见图1至图5，本技术实施例提供了一种钻头，其包括：牙轮2、密封槽20、第一密封圈6和第二密封圈7，密封槽20开设于牙轮2内部，密封槽20两侧分别为轴承泥浆侧8和轴承润滑脂侧9；第一密封圈6和第二密封圈7均设置于密封槽20内部，第一密封圈6用于密封
轴承润滑脂侧9，第二密封圈7用于密封轴承泥浆侧8，第一密封圈6和第二密封圈7之间形成自润滑通道203。
27.本技术中，通过第一密封圈6和第二密封圈7匹配使用，可利用外界压力变化自动调节挤压变形量，实现可靠密封，第二密封圈7密封轴承泥浆侧8，泥浆的压力通过第二密封圈7传递给第一密封圈6从而实现第一密封圈6挤压变形量的动态变化；第一密封圈6和第二密封圈7与轴承密封部位的受力也随着挤压变形量自动调节，缓解了密封部位的橡胶持续不断的滑动摩擦热，此外，第二密封圈7辅助第一密封圈6起到了抵挡外界泥沙的作用，防止了第一密封圈6挤压变形过程中泥沙的侵入；同时第一密封圈6和第二密封圈7之间形成自润滑通道203，可利用轴承内部压力实现自润滑，可持续不断的保证密封圈密封区域的良好润滑，提高密封圈的使用寿命和可靠性，由此可提高轴承密封寿命和可靠性。
28.牙轮2上设置有轴承孔，牙掌1上具有牙掌轴颈10，牙轮2通过轴承孔与牙掌轴颈10相套接构成滑动轴承结构，钢球3从塞销孔放入滑动轴承结构中后，将塞销4放入塞销孔中焊接固定，通过钢球3可以将牙轮2轴向保持在牙掌轴颈10上，牙掌1上开设有润滑油脂孔5，润滑油脂孔5给滑动轴承结构提供润滑脂，当钻头工作时，滑动轴承结构内部压力发生波动，过高的压力会通过储油平衡系统进行调节将压力从储油囊卸出。密封槽20开设于牙轮2内部，即开设于牙轮2轴承孔外端处，在密封槽20内安装有第一密封圈6和第二密封圈7，牙掌轴颈10表面中牙掌轴颈10的外周表面为牙掌轴颈面100，第一密封圈6和第二密封圈7与牙掌轴颈面100相配置构成轴承动密封，第一密封圈6和第二密封圈7将外部的泥浆介质与滑动轴承内部的润滑脂隔开防止外部泥浆侵入。
29.第一密封圈6和第二密封圈7匹配使用，可利用外界压力变化自动调节挤压变形量实现可靠密封。第二密封圈7密封轴承泥浆侧8，泥浆的压力通过第二密封圈7传递给第一密封圈6从而实现第一密封圈6挤压变形量的动态变化；第一密封圈6密封轴承润滑脂侧9，其密封的挤压变形量随着第二密封圈7而变化，从而缓解密封部位的橡胶不断产生的滑动摩擦热。
30.在上述实施例的基础上，本实施例中，密封槽20包括泥浆内侧面201、润滑脂内侧面202和槽底面200，泥浆内侧面201一侧为轴承泥浆侧8；润滑脂内侧面202一侧为轴承润滑脂侧9；槽底面200位于泥浆内侧面201与润滑脂内侧面202之间。其中，槽底面200与牙掌轴颈10表面平行，更具体的，槽底面200与牙掌轴颈面100平行；
31.第一密封圈6包括内周面60、第一外侧面61和第一内侧面62，内周面60与牙掌轴颈10表面抵接，更具体的，抵接表明内周面60与牙掌轴颈面100相接触，形成密封；第一外侧面61与润滑脂内侧面202相对；第一内侧面62和第二密封圈7之间形成自润滑通道203。相对是指：在不同状态下，第一外侧面61与润滑脂内侧面202连接状态不同，在一些可能的实施例中，第一外侧面61与润滑脂内侧面202贴合，在另一些可能的实施例中，第一外侧面61与润滑脂内侧面202之间有间隙。
32.第二密封圈7包括外周面70、第二外侧面71和第二内侧面72，外周面70与槽底面200抵接；第二外侧面71与泥浆内侧面201相对；第二内侧面72和第一内侧面62之间形成自润滑通道203。更具体的，外周面70与槽底面200相接触形成密封；相对是指：在不同状态下，第二外侧面71与泥浆内侧面201连接状态不同，在一些可能的实施例中，第二外侧面71与泥浆内侧面201贴合，在另一些可能的实施例中，第二外侧面71与泥浆内侧面201之间有间隙。
33.由于牙掌轴颈面100与第一密封圈6的内周面60形成密封，槽底面200与第二密封圈7的外周面70形成密封，第一密封圈6和第二密封圈7相互匹配且随外界调节，因此设置槽底面200与牙掌轴颈10表面平行，方便第一密封圈6和第二密封圈7调节时依然与内周面60、外周面70形成密封。
34.具体的，设置第一密封圈6和第二密封圈7回转截面均呈三角形，使第一密封圈6和第二密封圈7可以在径向方向上对其本身的压缩量进行调整，径向方向上是指垂直于牙掌轴颈面100的方向，第一密封圈6和第二密封圈7通过一定径向压缩量被装入到密封槽20中，其中第一密封圈6的内周面60与牙掌轴颈面100相配置并形成密封，第一外侧面61与润滑脂内侧面202相对，第一内侧面62与第二密封圈7的第二内侧面72相邻，第二内侧面72和第一内侧面62之间形成自润滑通道203，第二密封圈7的外周面70与密封槽20的槽底面200抵接形成密封，第二外侧面71与密封槽20的泥浆内侧面201相对。
35.第二密封圈7上的第二外侧面71与第二内侧面72的相交处为内周部73，第二密封圈7被压缩后，内周部73与牙掌轴颈面100相配置并形成辅助密封，内周部73与牙掌轴颈面100密封接触面较小，因此滑动摩擦生热较小，内周部73还能防止外界泥浆侵入，对内周面60与牙掌轴颈面100抵接形成的密封处进行保护。
36.当外界轴承泥浆侧8的压力较大时，泥浆流体压力作用在第二密封圈7的第二外侧面71，第二密封圈7受力后第二内侧面72与第一密封圈6的第一内侧面62相互接触并将力向内挤压传递到第一密封圈6，第一密封圈6的内周面60进一步挤压牙掌轴颈面100，从而形成较大的密封力，提升了外界泥浆压力增加时的密封可靠性；当外界轴承泥浆侧8的压力变小时，第二密封圈7的第二外侧面71所受压力减小，第一密封圈6试图恢复到原始位置，则第一密封圈6的内周面60与牙掌轴颈面100的挤压量变小，内周面60与牙掌轴颈面100的密封力减小，此时第一密封圈6的内周面60与牙掌轴颈面100之间的摩擦生热降低。这个过程中，因轴承泥浆侧8压力变小，轴承润滑脂侧9的润滑脂同时通过流道21被泵入第一外侧面61与密封槽20的润滑脂内侧面202之间，对密封面提供润滑作用。同样的，当轴承因承压过大骤然引起内部润滑脂压力增加，且轴承内部即流道21中的润滑脂的压力增加时，来不及通过储油平衡系统通过储油囊卸出的压力会作用于第一密封圈6的第一外侧面61上，第一密封圈6受力后第一内侧面62与第二密封圈7的第二内侧面72相互接触并将力挤压传递到第二密封圈7，第二密封圈7的内周部73与牙掌轴颈10径向挤压量增加，即内周部73与牙掌轴颈面100径向挤压量增加，抵挡外界泥浆能力增加。同时第一密封圈6的内周面60与牙掌轴颈10之间的径向挤压量减小，即内周面60与牙掌轴颈面100之间的径向挤压量减小、密封力降低，此时第一密封圈6的内周面60与牙掌轴颈面100之间的摩擦生热降低，于此同时，润滑脂被挤入第一密封圈6的第一外侧面61与密封槽20的润滑脂内侧面202之间，对轴承密封面处提供润滑作用。
37.在上述实施例的基础上，本实施例中，经研究发现，第一密封圈6与第二密封圈7的尺寸、与密封槽20之间的尺寸关系以及硬度对第一密封圈6和第二密封圈7的寿命及密封可靠性有较大的影响。
38.第一外侧面61与第一内侧面62的交叉线到内周面60的距离为h1，第二外侧面71与第二内侧面72的交叉线到外周面70的距离为h2，满足：1.00≤h2/h1≤1.13；第一外侧面61与第一内侧面62形成的夹角为α，第二外侧面71与第二内侧面72形成的夹角设为β，满足：0.5
≤α/β≤1.5；槽底面200到牙掌轴颈10的距离为h，更具体的，槽底面200到牙掌轴颈面100的距离为h，满足：0.8≤h/h1≤0.9；第一密封圈6和第二密封圈7由丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶或其他耐磨合成弹性体制成，硬度大于等于85邵a。
39.通过参考以下实施例，可以更好地理解本发明，这些实施例被包括在此以仅描述示例性实施方案，而不应解释为涵盖本发明的全部范围：
40.在满足1.00≤h2/h1≤1.13、0.5≤α/β≤1.5、0.8≤h/h1≤0.9、第一密封圈6和第二密封圈7硬度大于等于85邵a的基础上，设置第一密封圈6的第一外侧面61与第一内侧面62的夹角α为80
°
，第一外侧面61与第一内侧面62交叉线到其内周面60的距离h1为6.5mm，第二密封圈7的第二外侧面71与第二内侧面72的夹角β为60
°
，第二外侧面71与第二内侧面72的交叉线到外周面70的距离h2为7.2mm，槽底面200到牙掌轴颈面100的距离h为5.8mm，第一密封圈6和第二密封圈7的硬度为87邵a。第一密封圈6和第二密封圈7被安装到密封试验机中进行密封试验评价，第二密封圈7的第二外侧面71外侧密封泥浆，第一密封圈6的第一外侧面61外侧密封润滑脂，第二密封圈7的第二外侧面71密封的泥浆按照一定频率循环打压0～2.0mpa，第一密封圈6和第二密封圈7在转速为450rpm下连续工作216万转后密封有效，两个密封圈的外观良好，基本无磨损痕迹。
41.为了更好地体现出满足1.00≤h2/h1≤1.13、0.5≤α/β≤1.5、0.8≤h/h1≤0.9、第一密封圈6和第二密封圈7硬度大于等于85邵a的好处，实施以下对比例；
42.对比例1：第一密封圈6的第一外侧面61与第一内侧面62的夹角α为80
°
，第一外侧面61与第一内侧面62的交叉线到其内周面60的距离h1为6.5mm，第二密封圈7的第二外侧面71与第二内侧面72的夹角β为60
°
，第二外侧面71与第二内侧面72的交叉线到外周面70的距离h2为6.42mm，即h2/h1＝0.988，槽底面200到牙掌轴颈面100的距离h为5.8mm，第一密封圈6和第二密封圈7的硬度为87邵a。第一密封圈6和第二密封圈7被安装到密封试验机中进行密封试验评价，第二密封圈7的第二外侧面71外侧密封泥浆，第一密封圈6的第一外侧面61外侧密封润滑脂，第二密封圈7的第二外侧面71密封的泥浆按照一定频率循环打压0～2.0mpa，第一密封圈6和第二密封圈7在转速为450rpm下连续工作216万转后密封有效第二密封圈7的第二内侧面72和第一密封圈6的第一内侧面62之间有泥浆进入，第一密封圈6的第一内侧面62与牙掌轴颈面100接触部位的橡胶有一定磨损。
43.对比例2：第一密封圈6的第一外侧面61与第一内侧面62的夹角α为80
°
，第一外侧面61与第一内侧面62的交叉线到其内周面60的距离h1为6.5mm，第二密封圈7的第二外侧面71与第二内侧面72的夹角β为60
°
，第二外侧面71与第二内侧面72的交叉线到外周面70的距离h2为7.2mm，槽底面200到牙掌轴颈面100的距离h为6.4mm，即h/h1＝0.985，第一密封圈6和第二密封圈7的硬度为87邵a。第一密封圈6和第二密封圈7被安装到密封试验机中进行密封试验评价，第二密封圈7的第二外侧面71外侧密封泥浆，第一密封圈6的第一外侧面61外侧密封润滑脂，第二密封圈7的第二外侧面71密封的泥浆按照一定频率循环打压0～2.0mpa，第一密封圈6和第二密封圈7在转速为450rpm下连续工作80万转后密封失效。
44.对比例3：第一密封圈6的第一外侧面61与第一内侧面62的夹角α为80
°
，第一外侧面61与第一内侧面62的交叉线到其内周面60的距离h1为6.5mm，第二密封圈7的第二外侧面71与第二内侧面72的夹角β为60
°
，第二外侧面71与第二内侧面72的交叉线到外周面70的距离h2为7.2mm，槽底面200到牙掌轴颈面100的距离h为5.8mm，第一密封圈6和第二密封圈7的
硬度为75邵a。第一密封圈6和第二密封圈7被安装到密封试验机中进行密封试验评价，第二密封圈7的第二外侧面71外侧密封泥浆，第一密封圈6的第一外侧面61外侧密封润滑脂，第二密封圈7的第二外侧面71密封的泥浆按照一定频率循环打压0～2.0mpa，第一密封圈6和第二密封圈7在转速为450rpm下连续工作216万转后密封有效，第二密封圈7的内周部73发生弯曲变形，自润滑通道203内部有泥浆进入，第一密封圈6的第一内侧面62与牙掌轴颈面100接触部位的橡胶出现严重磨损。
45.对比例4：第一密封圈6的第一外侧面61与第一内侧面62的夹角α为30
°
，第一外侧面61与第一内侧面62的交叉线到其内周面60的距离h1为6.5mm，第二密封圈7的第二外侧面71与第二内侧面72的夹角β为80
°
，即α/β＝0.375，第二外侧面71与第二内侧面72的交叉线到外周面70的距离h2为7.2mm，槽底面200到牙掌轴颈面100的距离h为5.8mm，第一密封圈6和第二密封圈7的硬度为87邵a。第一密封圈6和第二密封圈7被安装到密封试验机中进行密封试验评价，第二密封圈7的第二外侧面71外侧密封泥浆，第一密封圈6的第一外侧面61外侧密封润滑脂，第二密封圈7的第二外侧面71密封的泥浆按照一定频率循环打压0～2.0mpa，第一密封圈6和第二密封圈7在转速为450rpm下连续工作216万转后密封有效，第一密封圈6和第二密封圈7的外观基本良好，其中第一密封圈6的内周面60出现周向磨痕。
46.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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技术和简化描述，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技术的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
47.需要说明的是，在本技术中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
48.以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。