[发明专利]双自由度钻头

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械钻孔的装置，特别是实现打空间曲线的钻空设备，属于机械工具技术领域。

背景技术

在石油钻探、勘探等领域，需要钻能有两个自由度弯曲的孔，而目前尚无设备能做到这一点。

发明内容

本发明的目的是为满足市场的需要，研制一种能钻具有两个自由度弯曲孔的双自由度钻头。

本发明的技术方案是：双自由度钻头，其特征是设有机架3和左支架20、右支架19，机架3上安装左电机1、左圆锥齿轮4、系杆5，左电机1驱动连接左圆锥齿轮4，系杆5上安装上圆锥齿轮9和支撑板10，上圆锥齿轮9和左圆锥齿轮4相啮合，上圆锥齿轮9和支撑板10上分别安装连接后电机支撑板12-1和前电机支撑板12-2，右支架19安装固定在后电机支撑板12-1上，右支架19上安装连接右上液压缸(或气缸)15-1和右下液压缸(或气缸)15-2，左支架20上安装左上液压缸(或气缸)17-1和左下液压缸(或气缸)17-2，左支架20和右支架19通过液压缸(或气缸)16连接，后电机支撑板12-1和前电机支撑板12-2上安装电机13，电机13通过轴11驱动连接钻头18。

所述的系杆5上安装有右圆锥齿轮6，右圆锥齿轮6与上圆锥齿轮9啮合。左电机1与左圆锥齿轮4之间设有左减速器2，左电机1通过左减速器2驱动连接左圆锥齿轮4。机架3上安装右电机8，右电机8通过右减速器7驱动连接系杆5。电机13与轴11之间设有切削减速器14。

本发明结构新颖合理简单，生产制造容易，成本低，采用双自由度转动机构和进给机构，实现钻有两个自由度弯曲的孔，可广泛应用于石油钻探、勘探等领域，提高钻探效率、打孔质量。

附图说明

图1是本发明的双自由度钻头进给机构原理示意图；

图2是本发明的双自由度钻头双自由度转动结构示意图；

图3是本发明的双自由度钻头双自由度机构运动关系图；

图4是本发明的双自由度钻头运动矢量示意图。

图中：左电机1、左减速器2、机架3、左圆锥齿轮4、系杆5、右圆锥齿轮6、右减速器7、右电机8、上圆锥齿轮9、支撑板10、轴11、后电机支撑板12-1、前电机支撑板12-2、电机13、切削减速器14、右上液压缸(或气缸)15-1、右下液压缸(或气缸)15-2、液压缸(或气缸)16、左上液压缸(或气缸)17-1、左下液压缸(或气缸)17-2、钻头18、右支架19、左支架20。

具体实施方式

如图1、2所示，在机架3上安装左电机1、右电机8、左圆锥齿轮3、系杆5，左电机1通过左减速器2驱动连接左圆锥齿轮4，右电机8通过右减速器7驱动连接系杆5，系杆5上安装右圆锥齿轮6、上圆锥齿轮9和支撑板10，上圆锥齿轮9分别和左圆锥齿轮3、右圆锥齿轮6相啮合。上圆锥齿轮9和支撑板10上分别安装连接后电机支撑板12-1和前电机支撑板12-2。右支架19安装固定在后电机支撑板12-1上，右支架19上安装连接右上液压缸(或气缸)15-1和右下液压缸(或气缸)15-2。左支架20上安装左上液压缸(或气缸)17-1和左下液压缸(或气缸)17-2，左支架20和右支架19通过液压缸(或气缸)16连接。后电机支撑板12-1和前电机支撑板12-2上安装电机13，电机13通过切削减速器14驱动连接轴11，轴11上安装连接钻头18。

双自由度钻头进给机构原理如图1，左上液压缸(或气缸)17-1、左下液压缸(或气缸)17-2向外运动，和孔壁接触并压紧，右上液压缸(或气缸)15-1、右下液压缸(或气缸)15-2向里运动，液压缸(或气缸)16运动，推动钻头向前进给；左上液压缸(或气缸)17-1、左下液压缸(或气缸)17-2向里运动，和孔壁脱离接触，右上液压缸(或气缸)15-1、右下液压缸(或气缸)15-2向外运动，和孔壁接触并压紧，液压缸(或气缸)16松开，带动右支架19向前运动。

双自由度钻头的双自由度转动原理如图2、图3，动坐标系O₁X₁Y₁Z₁的建立如下：以左圆锥齿轮4的轴线为Z₁轴，上圆锥齿轮9的回转轴线为X₁轴，Z₁轴和X₁轴的交点为坐标原点O₁，原点O₁也是共轭球心C，用右手法则确定Y₁轴。