專利名稱：旋轉(zhuǎn)鉆頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)獨立權(quán)利要求前序部分的旋轉(zhuǎn)鉆頭。
現(xiàn)有技術(shù)相對于支桿的軸頸沿著軸向方向固定旋轉(zhuǎn)鉆頭的旋轉(zhuǎn)切刀的現(xiàn)有方式是將滾珠嵌入沿著所述軸頸的圓周延伸的通道中。滾珠通過一個孔被安裝在軸頸中，此后，所述孔由焊接到軸頸上的鎖定銷密封。這些滾珠最初不具有任何支承功能，但是當推力軸承(Stellite墊圈)磨損時，滾珠可能受到軸向應(yīng)變，這是不利的，因為這會很大程度地縮短旋轉(zhuǎn)切割鉆頭的工具壽命。
通過US-A-4,256,193已知上述類型的旋轉(zhuǎn)鉆頭，即，它不包括多個用于相對于支桿的軸頸軸向鎖定旋轉(zhuǎn)切刀的滾珠。所述旋轉(zhuǎn)鉆頭的旋轉(zhuǎn)切刀在它的開口端區(qū)域具有凸緣。當徑向軸承安裝到支桿上時，所述凸緣與位于旋轉(zhuǎn)切刀的所述開口端的徑向軸承的滾動體相互配合，以便相對于軸頸沿著軸向方向固定旋轉(zhuǎn)切刀。一個充填孔設(shè)置在支桿上，以便能夠安裝位于旋轉(zhuǎn)切刀開口端的徑向軸承的滾動體。充填孔超越凸緣而不干擾它，其最小直徑略大于將通過充填孔安裝的滾動體的直徑。由于充填孔是直的、與旋轉(zhuǎn)切刀的對稱軸線平行地延伸并且不干擾旋轉(zhuǎn)切刀的凸緣，所述充填孔將影響最接近旋轉(zhuǎn)切刀的開口端的徑向軸承的軸承座圈，即，充填孔通向軸承座圈并且沿著軸向方向去除了軸承座圈的一部分。當所有滾動體在最接近旋轉(zhuǎn)切刀的開口端的徑向軸承處被組裝之后，必須借助于設(shè)置在充填孔中的鎖定銷再造該被去除的部分。將再造軸承座圈的鎖定銷部分必須形成有一個彎曲部分，該彎曲部分必須與軸承座圈的彎曲部分對應(yīng)，并且所述部分必須高度精確地安裝。而且如果仔細觀察，明顯的風(fēng)險在于水平差將出現(xiàn)在鎖定銷和軸承座圈之間的過渡處，這自然會損壞實際的徑向軸承的壽命。
本發(fā)明的目的和特征本發(fā)明的一個主要目的是提供一種旋轉(zhuǎn)切刀，其中，旋轉(zhuǎn)切刀通過一個凸緣軸向地固定在軸頸上，而不會切入旋轉(zhuǎn)鉆頭的軸承結(jié)構(gòu)中。
本發(fā)明的另一目的是相對于現(xiàn)有設(shè)計的旋轉(zhuǎn)鉆頭改進旋轉(zhuǎn)鉆頭的徑向軸承結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的還一目的是相對于現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)鉆頭改進旋轉(zhuǎn)鉆頭的推力軸承結(jié)構(gòu)。
至少本發(fā)明的主要目的是通過已獲得獨立權(quán)利要求所指出的特征的旋轉(zhuǎn)鉆頭來實現(xiàn)的。本發(fā)明的優(yōu)選實施例被限定在從屬權(quán)利要求中。
附圖簡述以下參照附圖描述本發(fā)明的兩個實施例，其中

圖1是本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)鉆頭的第一實施例的剖視圖；圖2是沿著圖1中的A-A線的剖視圖；以及圖3是本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)鉆頭的另一實施例的剖視圖。
本發(fā)明優(yōu)選實施例的詳細描述示于圖1的旋轉(zhuǎn)鉆頭是所謂的開口旋轉(zhuǎn)鉆頭，它通常是用空氣冷卻。旋轉(zhuǎn)鉆頭包括至少一個支桿1和至少一個旋轉(zhuǎn)切刀3。支承軸頸5與支桿1一體地形成，旋轉(zhuǎn)切刀3安裝在軸頸5上。旋轉(zhuǎn)切刀3通常具有多個巖石切割裝置，優(yōu)選地是硬質(zhì)合金刀片4的形式。多個軸承結(jié)構(gòu)形成在旋轉(zhuǎn)切刀3和軸頸5之間，旋轉(zhuǎn)切刀3是對稱的并且可繞著旋轉(zhuǎn)軸線6相對軸頸5旋轉(zhuǎn)。
按照這種方式，一個徑向主軸承相對于旋轉(zhuǎn)切刀的開口端設(shè)置，所述徑向主軸承包括多個圓柱形第一滾動體7，滾動體7部分地與軸頸上的第一軸承座圈9相互配合，還部分地與旋轉(zhuǎn)切刀3的開口端內(nèi)側(cè)上的第二軸承座圈10相互配合。
一個徑向上蓋頂蓋軸承相對于主軸承更靠近軸頸5的自由端設(shè)置，所述上蓋頂蓋軸承類似地包括多個圓柱形第二滾動體11，滾動體11的直徑通常小于主軸承的滾動體7的直徑，滾動體11部分地與軸頸上的第三軸承座圈12相互配合，還部分地與旋轉(zhuǎn)切刀3內(nèi)側(cè)上的第四軸承座圈13相互配合。
第一支承盤14和第二支承盤15分別形成一個設(shè)置在軸頸5的前自由端區(qū)域處的第一推力軸承。第一支承盤14安放在旋轉(zhuǎn)切刀3上的第一凹部中，所述第一支承盤14沿著其圓周是有條紋的，以便更安全地安裝到所述第一凹部。第一支承盤14的材料優(yōu)選地是高速鋼。第二支承盤15安放在軸頸5的自由端上的第二凹部中，第二凹部通常是圓形的，而第二支承盤15是六邊形或八邊形的，因而可防止第二支承盤15相對于軸頸5旋轉(zhuǎn)。第二支承盤1 5的材料優(yōu)選地是硬質(zhì)合金。
第二推力軸承設(shè)置在主軸承和上蓋頂蓋軸承之間。由于本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)鉆頭沒有用于相對于軸頸5軸向固定旋轉(zhuǎn)切刀3的滾珠，因此，對于一個更大的推力軸承具有更大的空間。在所示實施例中，所述第二推力軸承由一個所謂的移動墊圈16構(gòu)成，它如圖1所示位于軸頸5的第一軸向支撐表面17和旋轉(zhuǎn)切刀3內(nèi)側(cè)的第二推力軸承表面18之間。作為一個示例但不局限于此，在一個直徑為121/4″(311mm)的旋轉(zhuǎn)鉆頭中，移動墊圈16沿著軸向方向的厚度至少為4mm，在本發(fā)明所示實施例的空氣冷卻旋轉(zhuǎn)鉆頭中這是尤其重要的。移動墊圈16的材料可以變化，作為示例但不局限于此，移動墊圈16的材料可以是上述提到的Stellite鈹銅、鋁銅和特定的鎳鋁銅。
在支桿1中設(shè)置有一個冷卻通道19，冷卻通道19分支成至少一個第一分支通道20和至少一個第二分支通道21，第一分支通道20終止于第一推力軸承，而第二分支通道21終止于第二推力軸承。
如圖1所示，旋轉(zhuǎn)切刀3在其開口端設(shè)置有向著旋轉(zhuǎn)切刀3的旋轉(zhuǎn)中心延伸的凸緣22，凸緣大體上沿著旋轉(zhuǎn)切刀3的開口的整個圓周延伸，但是，具有一個如圖2所示的短的中斷部分23。凸緣22與徑向主軸承中的滾動體7相互作用，即，它與所述滾動體7交疊，以防止旋轉(zhuǎn)切刀3相對于軸頸5軸向移動。
中斷部分或凹部23是必要的，以便能夠安裝徑向主軸承的滾動體7。所述滾動體7的安裝需要穿過一個平行于旋轉(zhuǎn)軸線6延伸的充填孔24。凹部23實際上構(gòu)成了充填孔24的延伸部分，第二軸承座圈10與凹部23成直線的部分類似地與圖1中的充填孔24和凹部23的最低點在同一水平上。
而且如圖1所示，一個鎖定銷25安放在充填孔24中并通過焊接部26被固定。圖1和2也顯示所述鎖定銷25具有一個伸出的、半圓柱形唇部或跟部27，它基本上只占據(jù)鎖定銷25的橫截面的一半。因此，在凸緣22移動通過鎖定銷25時為凸緣22形成了一個自由空間25。
將旋轉(zhuǎn)切刀3安裝到軸頸5上，使得支承盤14和15固定在與它們相應(yīng)的凹部中。然后，移動墊圈16被放置在軸頸5上，軸頸5定向成使得移動墊圈16通過重力作用依靠在軸頸5的軸向支撐表面17上。上蓋頂蓋軸承的滾動體11被涂上油脂并放置在位于軸頸5上的它們的位置上。旋轉(zhuǎn)切刀3現(xiàn)在在軸頸5上被推動，推力軸承和上蓋頂蓋軸承在旋轉(zhuǎn)切刀3和軸頸5之間處于工作模式。由于旋轉(zhuǎn)切刀3的凸緣22，主軸承的滾動體7不能以與上蓋頂蓋軸承的滾動體11相應(yīng)的方式被安裝。當保持凹部23與所述充填孔24成直線時，滾動體7因此通過充填孔24一個接一個地被安裝。當主軸承的所有滾動體7已經(jīng)安裝后，設(shè)置鎖定銷25，它的唇部27抵靠最后插入的滾動體7，以防止依次進入徑向滾柱軸承的滾動體從所述軸承中脫出。鎖定銷25隨后通過焊接部26固定在充填孔24中。從圖1中顯然看出，盡管設(shè)置了凸緣22，但不需要切割第一軸承座圈，這對于主軸承的壽命顯然是非常重要的。
圖1和2的旋轉(zhuǎn)鉆頭因而易于操作，并且冷卻介質(zhì)，在此情況下是空氣，以通常方式經(jīng)通道19，20和21而被供給。
示于圖3的本發(fā)明旋轉(zhuǎn)鉆頭的另一實施例與圖1和2的實施例的差別在于，旋轉(zhuǎn)切刀3′的凸緣22′是相對于上蓋頂蓋軸承而設(shè)置的，即，凸緣22′與上蓋頂蓋軸承的滾動體11相互配合以便相對于軸頸5′軸向固定旋轉(zhuǎn)切刀3′。按照與圖1和2的實施例的相應(yīng)方式，凸緣22′具有凹部23′，凹部23′使得能夠?qū)L動體11安裝在上蓋頂蓋軸承11中。圖3的實施例中的鎖定銷25′要比圖1的實施例中的鎖定銷25長，但具有相同的主要設(shè)計，即，它在其前端部具有一個唇部27′，唇部27′基本上占據(jù)鎖定銷25′的橫截面的一半。按照與圖1和2的實施例的相應(yīng)方式，設(shè)置有充填孔24′，部分地用于安裝滾動體11和部分地用于接受鎖定銷25′。
將旋轉(zhuǎn)切刀3′安裝到軸頸5′上基本上與將旋轉(zhuǎn)切刀3安裝到軸頸5上相同，但是，徑向主軸承的滾動體7提前安裝在軸頸5′上，而上蓋頂蓋軸承的滾動體11之后通過充填孔24′安裝。而且在這種情況下，第三軸承座圈12，即與凸緣22′相關(guān)的軸頸5′的軸承座圈是完整的，這使得徑向上蓋頂蓋軸承具有正常的工具壽命。
在圖3的實施例中，只顯示了主冷卻通道19，但是，圖3的實施例類似地設(shè)置有冷卻介質(zhì)的分支通道，所述分支通道終止于推力軸承。
兩個實施例共同之處是省略了用于將旋轉(zhuǎn)切刀3，3′相對于軸頸5，5′軸向鎖定的滾珠，諸如上述所討論的，這給第二推力軸承例如移動墊圈16一個增加的空間。該增大的空間可以使?jié)L動體7和11的長度比具有上述滾珠的現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)鉆頭的滾動體長。作為示例但不局限于此，如果滾動體7在直徑為121/4″(311mm)的旋轉(zhuǎn)鉆頭中制成增長6mm，可以獲得動態(tài)軸承允許負荷Cdyn＝133.8KN，這比對應(yīng)直徑的、具有用于軸向鎖定的滾珠的現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)鉆頭中的大16％。對于所示例的旋轉(zhuǎn)鉆頭的滾動體11，能夠制成增長5mm，可以獲得動態(tài)軸承允許負荷Cdyn＝49.45KN。這比對應(yīng)直徑的上述現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)鉆頭中的大10％。
本發(fā)明可以想象的修改兩種上述旋轉(zhuǎn)鉆頭是所謂的開口旋轉(zhuǎn)鉆頭，即，加壓介質(zhì)，通常是空氣，被吹入旋轉(zhuǎn)切刀3，3′和軸頸5，5′之間的空間，使得在所述空間中形成一定過量的壓力。該壓力防止雜質(zhì)，例如泥漿和鉆削物進入空間中而毀壞軸承。但是，本發(fā)明的原理也適用于所謂的密封旋轉(zhuǎn)鉆頭，其中，一個密封件設(shè)置在旋轉(zhuǎn)切刀的開口端和支桿的連接處。因此，可防止雜質(zhì)進入旋轉(zhuǎn)切刀和軸頸之間的空間。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)鉆頭，它包括帶有軸頸(5；5′)的支桿(1；1′)和可旋轉(zhuǎn)地安裝在軸頸(5；5′)上的旋轉(zhuǎn)切刀(3；3′)；旋轉(zhuǎn)切刀帶有巖石切削裝置(4)，所述旋轉(zhuǎn)切刀(3；3′)借助于徑向滾柱軸承(7，9，10；11，12，13)可旋轉(zhuǎn)地安裝在軸頸(5；5′)上，所述旋轉(zhuǎn)切刀(3；3′)通過凸緣(22；22′)沿軸向方向固定在軸頸(5；5′)上，凸緣(22；22′)與至少一個徑向滾柱軸承的滾動體相互配合；而且在旋轉(zhuǎn)切刀(3；3′)和軸頸(5；5′)之間也設(shè)置了推力軸承(14，15，16)；在支桿(1；1′)中設(shè)置有裝置(24)，用于在旋轉(zhuǎn)切刀(3；3′)已安裝到軸頸(5；5′)上之后將滾動體(7；11)插入到一對座圈(9，10；12，13)以形成一徑向滾柱軸承；以及在完成插入滾動體之后，在用于插入滾動體的所述裝置(24)中設(shè)置一個部件(25；25′)，以阻塞用于插入滾動體的所述裝置(24)，其特征在于，凸緣(22；22′)設(shè)置有凹部(23；23′)，凹部(23；23′)使得在將旋轉(zhuǎn)切刀(3；3′)安裝到軸頸(5；5′)上之后被安裝的滾動體(7；11)能夠通過；以及所述部件是由鎖定銷(25；25′)構(gòu)成，鎖定銷(25；25′)在其安裝位置的最內(nèi)側(cè)端部設(shè)置有一個唇部(27；27′)，唇部(27；27′)僅占據(jù)鎖定銷(25；25′)的橫截面的一部分。
2.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)鉆頭，其特征在于，用于插入滾動體的裝置由充填孔(24；24′)構(gòu)成，所述充填孔(24；24′)最靠近旋轉(zhuǎn)切刀(3；3′)的旋轉(zhuǎn)軸線(6)的邊界線距離所述旋轉(zhuǎn)軸線(6)的距離與所述充填孔(24；24′)相連的軸頸(5；5′)的軸承座圈(9；12)距離所述旋轉(zhuǎn)軸線(6)的距離相同，以及所述充填孔(24；24′)最遠離旋轉(zhuǎn)軸線(6)的邊界線距離所述旋轉(zhuǎn)軸線(6)的距離與所述充填孔(24；24′)相連的旋轉(zhuǎn)切刀(3；3′)的軸承座圈(10；13)距離所述旋轉(zhuǎn)軸線(6)的距離相同。
3.如權(quán)利要求1或2所述的旋轉(zhuǎn)鉆頭，其特征在于，所述唇部(27；27′)用于防止依次進入徑向滾柱軸承的滾動體(7；11)從所述軸承中脫出。
4.如前述任一權(quán)利要求所述的旋轉(zhuǎn)鉆頭，其特征在于，一個墊圈(16)作為推力軸承設(shè)置在旋轉(zhuǎn)切刀(3；3′)和軸頸(5；5′)中間。
5.如權(quán)利要求4所述的旋轉(zhuǎn)鉆頭，其特征在于，墊圈(16)由Stellite鈹銅或鋁銅，尤其是鎳鋁銅構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求4或5所述的旋轉(zhuǎn)鉆頭，其特征在于，墊圈(16)的厚度比旋轉(zhuǎn)鉆頭產(chǎn)生的孔徑大1.5％。
7.如權(quán)利要求3所述的旋轉(zhuǎn)鉆頭，其特征在于，凹部(23；23′)具有與鎖定銷(25；25′)相對應(yīng)的形狀。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)鉆頭,它包括帶有軸頸(5)的支桿(1)和可旋轉(zhuǎn)地安裝在軸頸(5)上的旋轉(zhuǎn)切刀(3);旋轉(zhuǎn)切刀帶有巖石切削裝置(4),所述旋轉(zhuǎn)切刀(3)借助于徑向滾柱軸承(7,9,10;11,12,13)可旋轉(zhuǎn)地安裝在軸頸(5)上,所述旋轉(zhuǎn)切刀(3)通過凸緣(22)沿軸向方向固定在軸頸(5)上,凸緣(22)與至少一個徑向滾柱軸承的滾動體相互配合;而且在旋轉(zhuǎn)切刀(3)和軸頸(5)之間也設(shè)置了推力軸承(14,15,16);在支桿(1)中設(shè)置有裝置(24),用于在旋轉(zhuǎn)切刀(3)已安裝到軸頸(5)上之后將滾動體(7;11)插入到一對座圈(9,10;12,13)以形成一徑向滾柱軸承;以及在完成了插入滾動體之后,在用于插入滾動體的所述裝置(24)中設(shè)置一個部件(25),以阻塞用于插入滾動體的所述裝置(24)。凸緣(22)設(shè)置有凹部(23),凹部(23)使得在將旋轉(zhuǎn)切刀(3)安裝到軸頸(5)上之后被安裝的滾動體(7;11)能夠通過。部件是由鎖定銷(25)構(gòu)成,鎖定銷(25)在其安裝位置的最內(nèi)側(cè)端部設(shè)置有一個唇部(27),唇部(27)僅占據(jù)鎖定銷(25)的橫截面的一部分。
文檔編號E21B10/22GK1330744SQ9981436
公開日2002年1月9日 申請日期1999年12月15日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月18日
發(fā)明者倫納特·卡爾松 申請人:桑德維克公司