牙轮钻头在井底破岩中起着主导作用，它的使用寿命几乎直接取决于钻头轴承的寿命，而轴承的寿命在很大程度上有依赖密封的寿命。牙轮钻头目前的发展趋势是实现高速化，随着钻头转速的不断提高，在恶劣环境下工作的普通轴承密封这一环节的薄弱性将显得越来越突出。因此，在研究钻头的同时，决不可忽视对轴承寿命的研究和改进。 为了提高牙轮钻头轴承密封的可靠性，本文设计采用端面-径向组合密封结构，即在一只钻头中同时布置端面和径向密封，采用非线性有限元方法对密封结构进行分析和优化。碟形密封圈属于端面密封元件，依靠一定的轴向压缩量进行密封，由于端面内压力分布、温度分布不均，端面内的摩擦状况也不是处处相同。为改善碟形圈外径与牙轮的摩擦工况，更好地防止泥浆等有害物质的侵入，可将其外径略向上弯曲，弯边的长度及开口数可由实际工况的模拟来确定。改进的碟形密封圈不但具有端面密封能力，而且将具有一定的径向密封和擦拭功能。 最常用的钻头轴承密封圈是单个O形圈，主要以丁腈橡胶制作。它与低速密封轴承钻头已基本匹配，但其失效不可避免。为此，普通矩形槽密封被尝试着改为具有一定弧度的弧形槽，当径向密封作用的O形圈被置于设计合理的弧形槽内，其受力、变形和摩擦状况均得到改善，有助于密封寿命的提;锐有限元法对结构的分析和设计具有指导意义。通过矩形槽和弧形槽的对比研究发现，矩形槽O形圈在密封过程中出现两个高应力区，磨损发生在内径、外径两个表面_匕，弧形槽O形圈的高应力区仅出现在牙爪轴邻近的局部区域内，应力分布较前者更为均匀，磨损进发生在内径表面，其受力变形状况的改善将使密封寿命进一步提高。本文的研究表明，在伟l]约钻头寿命的轴承密封润滑系统中，采用端面一径向组合密封结构能够在一定程度上适应牙轮钻头转速提高的发展趋