專利名稱：雙自由度鉆頭的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種機械鉆孔的裝置，特別是實現打空間曲線的鉆空設 備，屬于機械工具技術領域。
背景技術：
在石油鉆探、勘探等領域，需要鉆能有兩個自由度彎曲的孔，而目 前尚無設備能做到這一點。
發明內容
本發明的目的是為滿足市場的需要，研制一種能鉆具有兩個自由度 彎曲孔的雙自由度鉆頭。
本發明的技術方案是雙自由度鉆頭，其特征是設有機架3和左支 架20、右支架19，機架3上安裝左電機1、左圓錐齒輪4、系桿5，左 電機1驅動連接左圓錐齒輪4，系桿5上安裝上圓錐齒輪9和支撐板10， 上圓錐齒輪9和左圓錐齒輪4相嚙合，上圓錐齒輪9和支撐板10上分 別安裝連接后電機支撐板12-1和前電機支撐板12-2，右支架19安裝固 定在后電機支撐板12-1上，右支架19上安裝連接右上液壓缸(或氣缸) 15-1和右下液壓缸(或氣缸)15-2，左支架20上安裝左上液壓缸(或 氣缸)17-1和左下液壓缸(或氣缸)17-2，左支架20和右支架19通過 液壓缸(或氣缸)16連接，后電機支撐板12-1和前電機支撐板12-2 上安裝電機13，電機13通過軸11驅動連接鉆頭18。
所述的系桿5上安裝有右圓錐齒輪6，右圓錐齒輪6與上圓錐齒輪
9嚙合。左電機1與左圓錐齒輪4之間設有左減速器2，左電機1通過 左減速器2驅動連接左圓錐齒輪4。機架3上安裝右電機8，右電機8 通過右減速器7驅動連接系桿5。電機13與軸11之間設有切削減速器 14。
本發明結構新穎合理簡單，生產制造容易，成本低，采用雙自由度 轉動機構和進給機構，實現鉆有兩個自由度彎曲的孔，可廣泛應用于石 油鉆探、勘探等領域，提高鉆探效率、打孔質量。
圖1是本發明的雙自由度鉆頭進給機構原理示意圖； 圖2是本發明的雙自由度鉆頭雙自由度轉動結構示意圖； 圖3是本發明的雙自由度鉆頭雙自由度機構運動關系圖； 圖4是本發明的雙自由度鉆頭運動矢量示意圖。 圖中左電機l、左減速器2、機架3、左圓錐齒輪4、系桿5、右 圓錐齒輪6、右減速器7、右電機8、上圓錐齒輪9、支撐板IO、軸ll、 后電機支撐板12-1、前電機支撐板12-2、電機13、切削減速器14、右 上液壓缸(或氣缸)15-1、右下液壓缸(或氣缸)15-2、液壓缸(或氣 缸)16、左上液壓缸(或氣缸)17-1、左下液壓缸(或氣缸)17-2、鉆 頭18、右支架19、左支架20。
具體實施例方式
如圖l、 2所示，在機架3上安裝左電機1、右電機8、左圓錐齒輪 3、系桿5，左電機1通過左減速器2驅動連接左圓錐齒輪4，右電機8 通過右減速器7驅動連接系桿5，系桿5上安裝右圓錐齒輪6、上圓錐 齒輪9和支撐板10，上圓錐齒輪9分別和左圓錐齒輪3、右圓錐齒輪6 相嚙合。上圓錐齒輪9和支撐板10上分別安裝連接后電機支撐板12-1
和前電機支撐板12-2。右支架19安裝固定在后電機支撐板12-1上，右 支架19上安裝連接右上液壓缸(或氣缸)15-1和右下液壓缸(或氣缸) 15-2。左支架20上安裝左上液壓缸(或氣缸)17-l和左下液壓缸(或 氣缸)17-2，左支架20和右支架19通過液壓缸(或氣缸)16連接。后 電機支撐板12-1和前電機支撐板12-2上安裝電機13，電機13通過切 削減速器14驅動連接軸11，軸11上安裝連接鉆頭18。
雙自由度鉆頭進給機構原理如圖1，左上液壓缸(或氣缸)17-1、 左下液壓缸(或氣缸)17-2向外運動，和孔壁接觸并壓緊，右上液壓缸 (或氣缸)15-1、右下液壓缸(或氣缸)15-2向里運動，液壓缸(或氣 缸)16運動，推動鉆頭向前進給；左上液壓缸(或氣缸)17-1、左下液 壓缸(或氣缸)17-2向里運動，和孔壁脫離接觸，右上液壓缸(或氣缸) 15-1、右下液壓缸(或氣缸)15-2向外運動，和孔壁接觸并壓緊，液壓 缸(或氣缸)16松開，帶動右支架19向前運動。
雙自由度鉆頭的雙自由度轉動原理如圖2、圖3，動坐標系0AYA 的建立如下以左圓錐齒輪4的軸線為Zi軸，上圓錐齒輪9的回轉軸 線為X^由，Z,軸和Xi軸的交點為坐標原點Ou原點(K也是共軛球心C， 用右手法則確定L軸。
當右電機8不旋轉時，系桿5靜止，左電機1通過左減速器2驅動 左圓錐齒輪4旋轉，左圓錐齒輪4驅動上圓錐齒輪9繞過共軛球心C的 坐標X i軸旋轉，上圓錐齒輪9帶動后電機支撐板12-1和前電機支撐板 12-2轉動。從而驅動鉆頭18轉動；當左電機1不旋轉時，左圓錐齒輪 4不旋轉，右電機8通過右減速器7驅動系桿5旋轉，系桿5驅動上圓 錐齒輪9做如下的運動，運動關系如圖3所示，"9,5為上圓錐齒輪9相 對于系桿5的運動，方向如圖3所示，這時，上圓錐齒輪9的運動0)9
由兩個運動合成，即繞過共軛球心C的X :軸的0)9, 5和繞過共軛球心C
的Zi軸的"s，方向如圖3所示，其中|"5| H "9,5|tanP2 ，所以鉆頭 18的轉動為兩個運動合成，即繞過共軛球心C的Xt軸的"9,5和繞過共 軛球心C的Z^由的cos;當左電機l、右電機8聯動時，即第一組、第二 組傳動機構電機均工作時，鉆頭18的轉動為繞過球心C的X j卩Z,軸 的空間復合轉動。
沒有減速器，則驅動力矩取決于電機的輸出力矩。有了減速器，則 增加驅動力矩。
權利要求
1、一種雙自由度鉆頭，其特征是設有機架和左支架、右支架，機架上安裝左電機、左圓錐齒輪、系桿，左電機驅動連接左圓錐齒輪，系桿上安裝上圓錐齒輪和支撐板，上圓錐齒輪和左圓錐齒輪相嚙合，上圓錐齒輪和支撐板上分別安裝連接后電機支撐板和前電機支撐板，右支架安裝固定在后電機支撐板上，右支架上安裝連接右上液壓缸和右下液壓缸，左支架上安裝左上液壓缸和左下液壓缸，左支架和右支架通過液壓缸連接，后電機支撐板和前電機支撐板上安裝電機，電機通過軸驅動連接鉆頭。
2、 根據權利要求1所述的雙自由度鉆頭，其特征是所述的系桿 上安裝有右圓錐齒輪，右圓錐齒輪與上圓錐齒輪嚙合。
3、 根據權利要求1所述的雙自由度鉆頭，其特征是所述的左電 機與左圓錐齒輪之間設有左減速器，左電機通過左減速器驅動連接左 圓錐齒輪。
4、 根據權利要求1所述的雙自由度鉆頭，其特征是所述的機架 上安裝右電機，右電機通過右減速器驅動連接系桿。
5、 根據權利要求1所述的雙自由度鉆頭，其特征是所述的電機 與軸之間設有切削減速器。
全文摘要
雙自由度鉆頭，屬于機械工具技術領域。在機架上安裝左電機、左圓錐齒輪、系桿，左電機驅動連接左圓錐齒輪，系桿上安裝上圓錐齒輪和支撐板，上圓錐齒輪和左圓錐齒輪相嚙合，上圓錐齒輪和支撐板上分別安裝連接后電機支撐板和前電機支撐板，右支架安裝固定在后電機支撐板上，右支架上安裝連接右上液壓缸和右下液壓缸，左支架上安裝左上液壓缸和左下液壓缸，左支架和右支架通過氣缸連接，后電機支撐板和前電機支撐板上安裝電機，電機通過軸驅動連接鉆頭。本發明結構新穎合理簡單，生產制造容易，成本低，采用雙自由度轉動機構和進給機構，實現鉆有兩個自由度彎曲的孔，適用于石油鉆探、勘探等領域。
文檔編號E21B7/04GK101200996SQ200710191849
公開日2008年6月18日 申請日期2007年12月21日 優先權日2007年12月21日
發明者周建華, 銘 姜, 釗 孫, 朱望東, 朱永偉, 李益民, 李鷺揚, 高建和, 高龍琴 申請人:揚州大學