专利名称：双自由度钻头的制作方法
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之间设有切削減速器 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。
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l、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IO、轴ll、 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。
具体实施例方式
如图l、 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-l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0AYA 的建立如下以左圆锥齿轮4的轴线为Zi轴，上圆锥齿轮9的回转轴 线为X^由，Z,轴和Xi轴的交点为坐标原点Ou原点(K也是共轭球心C， 用右手法则确定L轴。
当右电机8不旋转时，系杆5静止，左电机1通过左减速器2驱动 左圆锥齿轮4旋转，左圆锥齿轮4驱动上圆锥齿轮9绕过共轭球心C的 坐标X i轴旋转，上圆锥齿轮9带动后电机支撑板12-1和前电机支撑板 12-2转动。从而驱动钻头18转动；当左电机1不旋转时，左圆锥齿轮 4不旋转，右电机8通过右减速器7驱动系杆5旋转，系杆5驱动上圆 锥齿轮9做如下的运动，运动关系如图3所示，"9,5为上圆锥齿轮9相 对于系杆5的运动，方向如图3所示，这时，上圆锥齿轮9的运动0)9
由两个运动合成，即绕过共轭球心C的X :轴的0)9, 5和绕过共轭球心C
的Zi轴的"s，方向如图3所示，其中|"5| H "9,5|tanP2 ，所以钻头 18的转动为两个运动合成，即绕过共轭球心C的Xt轴的"9,5和绕过共 轭球心C的Z^由的cos;当左电机l、右电机8联动时，即第一组、第二 组传动机构电机均工作时，钻头18的转动为绕过球心C的X j卩Z,轴 的空间复合转动。
没有减速器，则驱动力矩取决于电机的输出力矩。有了减速器，则 增加驱动力矩。
权利要求
1、一种双自由度钻头，其特征是设有机架和左支架、右支架，机架上安装左电机、左圆锥齿轮、系杆，左电机驱动连接左圆锥齿轮，系杆上安装上圆锥齿轮和支撑板，上圆锥齿轮和左圆锥齿轮相啮合，上圆锥齿轮和支撑板上分别安装连接后电机支撑板和前电机支撑板，右支架安装固定在后电机支撑板上，右支架上安装连接右上液压缸和右下液压缸，左支架上安装左上液压缸和左下液压缸，左支架和右支架通过液压缸连接，后电机支撑板和前电机支撑板上安装电机，电机通过轴驱动连接钻头。
2、 根据权利要求1所述的双自由度钻头，其特征是所述的系杆 上安装有右圆锥齿轮，右圆锥齿轮与上圆锥齿轮啮合。
3、 根据权利要求1所述的双自由度钻头，其特征是所述的左电 机与左圆锥齿轮之间设有左减速器，左电机通过左减速器驱动连接左 圆锥齿轮。
4、 根据权利要求1所述的双自由度钻头，其特征是所述的机架 上安装右电机，右电机通过右减速器驱动连接系杆。
5、 根据权利要求1所述的双自由度钻头，其特征是所述的电机 与轴之间设有切削减速器。
全文摘要
双自由度钻头，属于机械工具技术领域。在机架上安装左电机、左圆锥齿轮、系杆，左电机驱动连接左圆锥齿轮，系杆上安装上圆锥齿轮和支撑板，上圆锥齿轮和左圆锥齿轮相啮合，上圆锥齿轮和支撑板上分别安装连接后电机支撑板和前电机支撑板，右支架安装固定在后电机支撑板上，右支架上安装连接右上液压缸和右下液压缸，左支架上安装左上液压缸和左下液压缸，左支架和右支架通过气缸连接，后电机支撑板和前电机支撑板上安装电机，电机通过轴驱动连接钻头。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，适用于石油钻探、勘探等领域。
文档编号E21B7/04GK101200996SQ200710191849
公开日2008年6月18日 申请日期2007年12月21日 优先权日2007年12月21日
发明者周建华, 铭 姜, 钊 孙, 朱望东, 朱永伟, 李益民, 李鹭扬, 高建和, 高龙琴 申请人:扬州大学