CN101196216A - 螺杆钻具球齿式万向轴 - Google Patents

Abstract

一种螺杆钻具球齿式万向轴，包括公接头、内球齿中间轴以及内球齿接头，内球齿中间轴与公接头及内球齿接头之间分别通过球齿式万向节连接，所说球齿式万向节包括端部为圆球状球节的外球齿联接轴，在球节的前半球面上均匀分布有多条外弧形齿，在内球齿中间轴和内球齿接头的端面各加工有球面凹槽，该球面凹槽内加工有内弧形齿，球节通过球头盖安装在内球齿中间轴或内球齿接头上的球面凹槽内。本发明转角小，传递扭矩大，稳定性能好，导向灵活，实现了全密封、油浴式润滑，因而可有效延长万向轴的使用寿命，从而提高螺杆钻具的整机使用寿命。

Description

螺杆钻具球齿式万向轴

技术领域

本发明涉及石油钻井或修井作业用的螺杆钻具，特别是涉及一种用于螺杆钻具的万向轴。

背景技术

在石油开采和修井作业中，井下动力钻具特别是螺杆钻具的应用已越来越广泛。螺杆钻具主要包括旁通阀总成、马达总成、万向轴总成和传动轴总成构成，各部分自上而下依次连接，其中万向轴的上端马达转子连接、下端与传动轴连接，其作用是将马达转子的行星运动转变为传动轴的定轴转动，使马达产生的扭矩和转速平稳地传递给钻头。可见，万向轴总成是螺杆钻具极为关键的部件，其结构性能直接关系到螺杆钻具的钻井效率和使用寿命。

目前螺杆钻具的万向轴主要有花瓣式和球笼式两种结构形式。花瓣式万向轴结构简单，制造容易，传递扭矩大，但加工精度低，运转不平稳，有惯性，转角大，机械效率低，一般是以泥浆作为润滑介质，磨损速度快，使用寿命短。专利号为200620084055.6的花瓣式万向轴虽有所改进，但仍然没能从根本上解决上述问题。

球笼式万向轴是以钢球传递扭矩，传动平稳，有润滑，导向灵活，但其加工精度要求高，制作难度大，且因钢球工作接触面小，传递扭矩受限，摩擦面易疲劳，同样存在使用寿命短的缺陷。

发明内容

本发明的目的就是针对上述现有技术的不足，提供一种结构简单紧凑、润滑性能好、传递扭矩大、使用寿命长的螺杆钻具球齿式万向轴。

为实现上述目的，本发明螺杆钻具球齿式万向轴，包括公接头、内球齿中间轴以及内球齿接头，内球齿中间轴与公接头、内球齿中间轴与内球齿接头之间分别通过球齿式万向节连接。所说的球齿式万向节包括与公接头或内球齿中间轴连接的外球齿联接轴，外球齿联接轴的端部为圆球状球节，在该球节的前半球面上均匀分布有多条外弧形齿，在内球齿中间轴和内球齿接头的端面各加工有球面凹槽，该球面凹槽内加工有与上述球节上的外弧形齿相啮合的内弧形齿，在内球齿中间轴和内球齿接头的端部固定有球头盖，球头盖带有与外球齿联接轴端部的球节后部球面相适应的球面凹槽，球头盖与内球齿中间轴及内球齿接头固定连接，球节活动安装在球头盖和内球齿中间轴或内球齿接头上的球面凹槽形成的球形内腔中。

如上所述螺杆钻具球齿式万向轴，在其外球齿联接轴的球节顶部加工有小球面凹槽，在内球齿中间轴和内球齿接头的球面凹槽的底部也分别加工有与上述小球面凹槽直径一致、位置对应的小球面凹槽，在上述小球面凹槽形成的空腔内安装有定位钢球。

如上所述螺杆钻具球齿式万向轴，在其内球齿中间轴和内球齿接头上加工有与球面凹槽相通的注油孔。球齿部分润滑密封可在球节后部球面上加工有环形槽，环形槽内装有密封圈，也可在球头盖的圆孔内装有密封圈。

如上所述螺杆钻具球齿式万向轴，其另一润滑方式是在内球齿中间轴和公接头上带有通向其端面的注油孔，在公接头与内球齿中间轴以及内球齿中间轴与内球齿接头连接处分别包覆弹性波纹护套。

由于本发明采用了球齿式联轴节结构，利用两球面上的弧形齿相互啮合传递扭矩，增加了受力接触面积，减小了受力面的接触应力，转角小，传递扭矩大，稳定性能好，导向灵活，端盖和内球齿中间轴、内球齿接头形成密封良好的球形内腔，实现了全密封、油浴式润滑，润滑效果好，因而可有效延长万向轴的使用寿命，从而提高螺杆钻具的整机使用寿命。本发明结构简单紧凑，制造成本低，适用范围广。

附图说明

图1是本发明的纵向半剖视图，示出了其整体结构；

图2是本发明另一实施例的纵向半剖视图；

图3是本发明又一实施例的纵向半剖视图；

图4是外球齿联接轴的纵向剖视图；

图5是球头盖的剖视图；

图6是内球齿中间轴的纵向剖视图。

具体实施方式

图1所示实施例1，本发明包括与螺杆钻具马达转子连接的公接头1、内球齿中间轴4以及与螺杆钻具传动轴连接的内球齿接头8，内球齿中间轴4与公接头1和内球齿接头8之间分别通过球齿式万向节连接，所说的球齿式万向节包括通过螺纹与公接头1或内球齿中间轴4固定连接的外球齿联接轴2，外球齿联接轴2的端部为圆球状的球节，球节的后部为光滑球面，在球节的前半球面上均匀分布有多条外弧形齿21。在内球齿中间轴4和内球齿接头8的端面加工有球面凹槽41，球面凹槽41内加工有与上述球节上的外弧形齿21相啮合的内弧形齿42，在内球齿中间轴4和内球齿接头8的端部焊接有球头盖3，球头盖3带有与外球齿联接轴2端部的球节后部球面相适应的球面凹槽31，球节通过球头盖3活动安装在球头盖3和内球齿中间轴4或内球齿接头8上的球面凹槽41所形成的球形内腔中。当外弧形齿21和内弧形齿42啮合后形成一个外廓线所包络的完整球状，球节与球面凹槽41的中心重合。外弧形齿21和内弧形齿42的齿侧间隙根据转角的要求制作。在外球齿联接轴2的球节顶部加工有小球面凹槽22，在内球齿中间轴4和内球齿接头8的球面凹槽41的底部也分别加工有小球面凹槽43，在上述小球面凹槽形成的空腔内安装有定位钢球5。定位钢球5的圆心位于外弧形齿21和内弧形齿42最大圆相切的轴心点上，外弧形齿21与定位钢球5的配合留有适应转角的间隙，因此当外球齿联接轴2把不同轴的力传递给内球齿中间轴4或内球齿接头8时形成有控制的角度转换。定位钢球5的作用是控制外球齿联接轴2的转角符合转子的偏摆角，同时又支撑转子的压力。在内球齿中间轴4和内球齿接头8上加工有与球面凹槽41相通的注油孔7，在球节后部光滑球面上加工有环形槽，环形槽内装有O型橡胶密封圈6，形成密封润滑。

图2所示实施例2与实施例1的区别仅在于其润滑密封方式是在球头盖3的圆孔内装有骨架油封9。

图3所示实施例3是在内球齿中间轴4和公接头1上带有通向其端面的注油孔10，在公接头1与内球齿中间轴4以及内球齿中间轴4与内球齿接头8连接处分别通过焊接方式包覆有弹性波纹护套11，以对万向节形成润滑密封。

使用时本球齿式万向轴上端连接马达转子、下端连接传动轴，就把马达转子的不同轴转动转变为传动轴的同轴转动。

Claims (6)

1.一种螺杆钻具球齿式万向轴，包括公接头(1)、内球齿中间轴(4)和内球齿接头(8)，其特征在于：内球齿中间轴(4)与公接头(1)和内球齿接头(8)之间分别通过球齿式万向节连接，所说的球齿式万向节包括与公接头(1)或内球齿中间轴(4)连接的外球齿联接轴(2)，外球齿联接轴(2)的端部为圆球状球节，在球节的前半球面上均匀分布有多条外弧形齿(21)，在内球齿中间轴(4)和内球齿接头(8)的端面加工有球面凹槽(41)，球面凹槽(41)内加工有与上述球节上的外弧形齿(21)相啮合的内弧形齿(42)，在内球齿中间轴(4)和内球齿接头(8)的端部固定有球头盖(3)，球头盖(3)带有与外球齿联接轴(2)端部的球节后部球面相适应的球面凹槽(31)，球节活动安装在球头盖(3)和内球齿中间轴(4)或内球齿接头(8)上的球面凹槽(41)形成的球形内腔中。

2.根据权利要求1所述的螺杆钻具球齿式万向轴，其特征是在外球齿联接轴(2)的球节顶部加工有小球面凹槽(22)，在内球齿中间轴(4)和内球齿接头(8)的球面凹槽(41)的底部也分别加工有小球面凹槽(43)，在上述小球面凹槽(22)(43)形成的空腔内安装有定位钢球(5)。

3.根据权利要求1或2所述的螺杆钻具球齿式万向轴，其特征是在内球齿中间轴(4)和内球齿接头(8)上加工有与球面凹槽(41)相通的注油孔(7)。

4.根据权利要求3所述的螺杆钻具球齿式万向轴，其特征是在球节后部球面上加工有环形槽，环形槽内装有密封圈(6)。

5.根据权利要求3所述的螺杆钻具球齿式万向轴，其特征是在球头盖(3)的圆孔内装有密封圈(9)。

6.根据权利要求1或2所述的螺杆钻具球齿式万向轴，其特征是在内球齿中间轴(4)和公接头(1)上带有通向其端面的注油孔(10)，在公接头(1)与内球齿中间轴(4)以及内球齿中间轴(4)与内球齿接头(8)连接处分别包覆弹性波纹护套(11)。

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