CN101793491B - 螺杆钻具万向轴螺纹连接定向装配规 - Google Patents

Abstract

螺杆钻具万向轴螺纹连接定向装配规，应用于石油钻井用螺杆钻具万向轴总成装配检验。塞规包括圆柱体形刻度盘，在刻度盘的另一个端面上有外螺纹体。在刻度盘圆柱外表面有一周刻度，刻度为72个，在每个刻度上有相对应的刻度序号。环规有内螺纹。在环规圆环体外表面并排有上下两周刻度，上下两周刻度线在同一条直线上，每周刻度为72个，在两周的每个刻度上有相对应的刻度序号，并且上周刻度与下周刻度序号顺序差为12个刻度。先将塞规旋入零件一的内螺纹中，以零件一的定向装配点为准，记录测量数值；再利用环规测量出零件二的定向装配点的向位角，最后根据测量数值匹配零件一和零件二进行组装。能提高轴体的装配质量。

Description

螺杆钻具万向轴螺纹连接定向装配规

技术领域

本发明涉及石油钻井用螺杆钻具，特别涉及螺杆钻具万向轴总成的轴体定向装配检验，是一种检验螺杆钻具万向轴总成的轴体的专用工具。

背景技术

石油钻井用的螺杆钻具中，有一个部件是万向轴总成，螺杆钻具万向轴总成的主要作用是用来传递扭矩，克服转子在定子型腔中所产生的行星运动，以及消除万向轴弯壳体的弯角。万向轴总成中传递扭矩的是轴体。参阅图4。轴体由左活瓣4、右活瓣6和连接杆5组成。连接杆5的两端有外螺纹，连接杆5两端的外螺纹分别与左活瓣4和右活瓣6端部的内螺纹连接。左活瓣4和右活瓣6的结构是在接头的圆筒体上，采用线切割方法将接头圆筒体切割成两部分，两部分的相对之处有相互嵌入的圆弧体，在每部分切割的端部均匀分布有三个圆弧体，即每个圆弧体的中心点间隔弧度为120°(每个圆弧体的上顶点间隔弧度为120°)。轴体不仅能传递扭矩，还能起到万向轴的作用。轴体已经广泛应用于螺杆钻具中，本领域技术人员已经熟知。

在轴体装配过程中对左活瓣4与右活瓣6之间的向位角有较高要求，以增加轴体的灵活性，从而起到提高轴体的机械性能以及使用寿命。连接杆5与两端的左活瓣4、右活瓣6之间采用螺纹连接，组装完成后的左活瓣4与右活瓣6之间的向位角为30°，即装配符合设计要求。

目前，为了保证万向轴总成的轴体装配中的向位角符合要求，现有的装配方法是：将左活瓣4与连接杆5连接在一起，拿右活瓣6进行试装；如果试装配后左活瓣4与右活瓣6之间的向位角不符合要求，则重新拿另外的右活瓣6进行试装，直到左活瓣4与右活瓣6之间的向位角符合要求。如果没有合适的右活瓣6相匹配，则需要对左活瓣4或右活瓣6进行车削端面，但由于不知道应该车去多少才能达到装配要求，故只能凭经验车削端面。然后再试装配，直至组装后的左活瓣4与右活瓣6之间向位角符合要求为止，完成万向轴总成的轴体装配。

即便如此多次试装配也很难保证左活瓣4与右活瓣6向位角符合设计要求；同时频繁进行试装配很容易发生“烧扣”现象。另外，上述装配方法的工作复杂效率低，劳动强度大，万向轴总成的轴体一次装配合格率非常低。

发明内容

本发明的目的是：提供一种螺杆钻具万向轴螺纹连接定向装配规，在进行螺杆钻具万向轴总成的轴体装配过程中，能够利用装配规预测左活瓣与右活瓣向位角差值，然后采取相应措施，确保螺杆钻具万向轴总成的轴体装配一次合格，提高轴体装配质量。

本发明的另一个目的是提供一种使用螺杆钻具万向轴螺纹连接定向装配规，完成螺杆钻具万向轴总成的轴体装配方法，一次完成螺杆钻具万向轴总成的轴体装配，并使左活瓣与右活瓣之间的向位角达到设计要求。

本发明采用的技术方案是：螺杆钻具万向轴螺纹连接定向装配规，主要塞规和环规组成，其特征在于：

所述的塞规包括圆柱体形刻度盘，在刻度盘的一个端面上有圆柱状把手，在刻度盘的另一个端面上有外螺纹体，外螺纹体有外螺纹。通过外螺纹体的外螺纹能把塞规旋入被检测的右活瓣端部的内螺纹上。刻度盘中心线与外螺纹体中心线在同一条直线上；在刻度盘圆柱外表面有一周刻度线，刻度线为72个，相邻刻度线之间的弧度相等，在每个刻度线上有相对应的刻度序号数值，简称刻度值。72个刻度线分为三组，每组刻度线分别有刻度值。如1、2、3、4……22、23；或2、4、6……20、24。

所述的环规为圆环体形，环规有内螺纹，通过环规内螺纹能把环规旋入被检测的和左活瓣相连的连接杆端部的外螺纹上。在环规圆环体外表面并排有上下两周刻度线，每周刻度线为72个，相邻两个刻度线对应的弧度相等，即刻度线的弧线距离相等，在两周的每个刻度线上有相对应的刻度序号数值，简称刻度值。每周72个刻度线分为三组，每组刻度线分别有刻度值；并且上周刻度线和下周相对应的刻度线的刻度值差为12。如：上周的某一刻度值是6，与上周刻度值为6的刻度线在同一条直线上的下周刻度值是18；又如：上周的某一刻度值是8，与上周刻度值为8的刻度线在同一条直线上的下周刻度值是20；上周的某一刻度值是10，与上周刻度值为10的刻度线在同一条直线上的下周刻度值是22，依次类推。

由于检测过程中，确定右活瓣上基准点不同，环规上的0刻度值有为两种：第一种塞规的外螺纹和环规的内螺纹规格相同，塞规与环规拧紧后，塞规上的0刻度线与环规上一周的6刻度线相对；同时塞规上的0刻度线与环规下一周的刻度18相对。第二种塞规的外螺纹和环规的内螺纹规格相同，塞规与环规拧紧后，塞规上的0刻度线与环规上一周的0刻度线相对；同时塞规上的0刻度线与环规下一周的刻度12相对。

相对就是说：当塞规与环规拧紧后，两条刻度线在同一平面内，并且这个平面通过塞规和环规的中心线。

为了能旋紧塞规，在圆柱状把手顶端有横向孔，在横向孔插有圆柱状手柄。

塞规外螺纹体的外螺纹规格与被检测的右活瓣的内螺纹规格相同；环规内螺纹规格与被检测的和左活瓣连接的连接杆的外螺纹规格相同。

螺杆钻具万向轴螺纹连接定向装配规的原理：螺旋线沿圆柱体旋转一周在轴线方向所移动的距离称为螺距。装配规(装配规包括：塞规和环规)的刻度值计算方法如下：

以零件的螺纹是

内平扣为例，螺距为6.35mm，设计装配规外圆均分成72等份。

1.每格刻度代表螺纹轴向距离值的计算：

$\frac{6.35\mathrm{mm}}{72}=0.088\mathrm{mm}$

即：装配规每一格对应的螺纹轴向距离为0.088mm。

2.每格角度值的计算：

即：装配规上的每一格对应的角度为5°。

设计塞规主体上有与右活瓣相同的外螺纹，将其圆周平均分成72个格，假如以0-72进行顺序排列，虽然能够获得测量所需要的功能，但每隔120°就会出现一个重复点，即在塞规圆周上的读数值中0、24、48、72的作用是相同的，因此把读数值与零件同一方向的瓣数相互对应，将读数值0-72分成3等份，每份24个刻度格对应120°。

环规有与被测的和左活瓣相连的连接杆端部相同的内螺纹，刻度值的设计特点与塞规的设计特点基本相同，但由于装配工艺中有向位角要求，只要向位角能够保证在±30°的向位上就完全符合工艺要求，故利用这一特点将其圆周上设计成上下两环刻度以及相对应的读数值，并将上下两环的读数值错开60°即12个格。

本发明螺杆钻具万向轴螺纹连接定向装配规的使用方法：即完成螺杆钻具万向轴总成的轴体的装配方法：

装配螺杆钻具万向轴总成的轴体前，应首先去除左活瓣、右活瓣和连接杆表面上的毛刺或凸点，并清洗干净。

a.将塞规旋入左活瓣的内螺纹中并旋紧，以左活瓣上的一个圆弧体弧线顶点为基准点，记录左活瓣上基准点所对应的塞规上的刻度值。

b.将连接杆一端的外螺纹旋入右活瓣端部内螺纹中并旋紧，将环规旋入连接杆另一端的外螺纹上并旋紧，右活瓣上的一个圆弧体弧线顶点为基准点，读取基准点对应的环规上的刻度值。记录右活瓣上基准点所对应的环规上的刻度值。

c.当塞规记录的刻度值与环规记录的刻度值相同时，将被测的左活瓣的内螺纹与连接杆另一端的外螺纹连接并旋紧；当塞规记录的刻度值与环规记录的刻度值不相同，计算塞规上记录的刻度值与环规上记录的刻度值之差。进一步推算出左活瓣的内螺纹端面应当切削长度，采用车床切削左活瓣的内螺纹端面，应切削的长度是塞规记录的刻度值与环规上记录的刻度值之差乘以每格刻度所代表的螺纹轴向距离值，即每格刻度代表的螺纹轴向距离值为螺纹的螺距除以刻度格数所得的商。将加工后的左活瓣的内螺纹与连接杆另一端的外螺纹连接并旋紧。完成轴体的装配工作。

本发明的有益效果：本发明螺杆钻具万向轴螺纹连接定向装配规，能够提高轴体的装配合格率。

(1)实用性强，设计了直观的刻度值，通过塞规和环规的读数值对工件进行匹配。

(2)环规上下两环读数值增加了可选性，免去了反复试装过程，降低了工人的劳动强度以及零件的返修率。

(3)螺纹连接件定向装配规能用于各种不同型号轴体的装配，达到较准确的向位角工艺要求，大幅度提高了轴体的装配质量及装配合格率。

(4)对向位角进行了量化，通过测量能够获得返修时的准确数值以及组装后的向位角误差值，提高了生产效率。

附图说明

图1a是螺杆钻具万向轴螺纹连接定向装配规的塞规2结构示意图。

图1b是螺杆钻具万向轴螺纹连接定向装配规的环规3结构示意图。

图2是利用塞规2进行检测左活瓣4的刻度值示意图。

图3是利用环规3进行检测右活瓣6的刻度值示意图。

图4是完成装配后的螺杆钻具万向轴总成的轴体示意图。

图5a是塞规2与环规3旋紧后，塞规2和环规3上的刻度线展开示意图，表示刻度值的对应关系。

图5b是塞规2与环规3旋紧后，塞规2和环规3上的另一种刻度线展开示意图，表示刻度值的对应关系。

图中，1.手柄，2.塞规，3.环规，4.左活瓣，5.连接杆，6右活瓣。

具体实施方式

实施例1：以一个螺杆钻具万向轴螺纹连接定向装配规为例，对本发明作进一步详细说明。

参阅图1a和图1b。本发明螺杆钻具万向轴螺纹连接定向装配规，主要由手柄1、塞规2和环规3组成。

参阅图1a。塞规2包括圆柱体形刻度盘，刻度盘厚度20毫米，直径为111.25毫米。在刻度盘的一个端面上有一个圆柱状把手，在圆柱状把手顶端有横向孔，在横向孔插有圆柱状手柄1。在刻度盘的另一个端面上有外螺纹体，外螺纹体有外螺纹。塞规2外螺纹体的外螺纹规格与被检测的左活瓣4的内螺纹规格相同，规格是

内平扣。刻度盘中心线与外螺纹体中心线在同一条直线上；在刻度盘圆柱外表面有一周刻度，刻度为72个，相邻刻度之间的弧度相等。72个刻度线分为三组，每组刻度线分别有刻度值。在每个刻度上有相对应的刻度序号。刻度序号：0、2、4、6……。

参阅图1b。环规3为圆环体形，环规3的外径为111.25毫米，厚度50毫米。环规3有内螺纹。环规3内螺纹规格与被检测的和左活瓣4相连的连接杆5的外螺纹规格相同。环规3内螺纹规格是

内平扣。在环规3圆环体外表面并排有上下两周刻度，上下两周刻度线在同一条直线上，每周刻度为72个，每个刻度的弧度相等，在两周的每个刻度线上有相对应的刻度值。每周72个刻度线分为三组，每组刻度线分别有刻度值；并且上周刻度线和下周相对应的刻度线的刻度值差为12。如上周刻度线刻度序号：0、2、4、6……，与上周刻度线刻度序号：0、2、4、6……分别对应的下一周刻度线刻度序号为12、14、16、18……。参阅图5a。环规3上一周6刻度线与塞规2的0刻度线相对，环规3下一周18刻度线与塞规2的0刻度线相对。

螺杆钻具万向轴螺纹连接定向装配规的使用方法是：

测量前应去除被测量件表面上的毛刺或凸点，并清洗干净被测量件表面。

a.将塞规2旋入一个左活瓣4的内螺纹中并旋紧，以左活瓣4上的一个圆弧体弧线顶点为基准点，记录左活瓣4上基准点所对应的塞规2上的刻度值。

b.将连接杆5一端的外螺纹旋入右活瓣6端部内螺纹中并旋紧，将环规3旋入连接杆5另一端的外螺纹上并旋紧，利用钢板尺以右活瓣6上的一个圆弧体弧线顶点为基准，读取环规3上的基准点对应的刻度值。记录右活瓣6上基准点所对应的环规3上的刻度值。

c.计算塞规2上的刻度值与环规3上的刻度值之差。当塞规2测量的刻度值与环规3测量的刻度值相同，将被测的左活瓣4的内螺纹与连接杆5另一端的外螺纹连接并旋紧，完成一个轴体的装配工作。

利用螺杆钻具万向轴螺纹连接定向装配规测量左活瓣4的内螺纹端面不相匹配时，需要修复左活瓣4的内螺纹端面，操作过程：

当塞规2测量的刻度值与环规3测量的刻度值不相同，采用车床切削左活瓣4内螺纹端面，切削长度按塞规2记录的刻度值与环规3上记录的刻度值之差为3时，已知装配规每格刻度代表的轴向距离为0.088mm，则需要车端面0.088×3＝0.264mm，车削后进行组装即可达到装配要求。另外，还可以利用装配规来计算向位角的角度误差，例如测量结果与基准点相差3个刻度格，已知装配规每格代表的角度为5°，那么这样装配完成后，计算出轴体向位角的误差为5×3＝15°。

实施例2。实施例2与实施例1不同点是：参阅图5b。环规3上一周0刻度线与塞规2的0刻度线相对，环规3下一周12刻度线与塞规2的0刻度线相对。另外，检测右活瓣6上的基准点不同，右活瓣6上的基准点采用的是上下弧线顶点对应的两条轴线的中线。

Claims (5)

1.一种螺杆钻具万向轴螺纹连接定向装配规，主要由塞规(2)和环规(3)组成，其特征在于：

所述的塞规(2)包括圆柱体形刻度盘，在刻度盘的一个端面上有圆柱状把手，在刻度盘的另一个端面上有外螺纹体，外螺纹体有外螺纹，刻度盘中心线与外螺纹体中心线在同一条直线上；在刻度盘圆柱外表面有一周刻度线，刻度线为72个，相邻刻度线之间的弧度相等，在每个刻度线上有相对应的刻度序号数值，简称刻度值，72个刻度线分为三组，每组刻度线分别有刻度值；

所述的环规(3)为圆环体形，环规(3)有内螺纹，在环规(3)圆环体外表面并排有上下两周刻度线，每周刻度线为72个，相邻两个刻度线对应的弧度相等，在两周的每个刻度线上有相对应的刻度序号数值，简称刻度值，每周72个刻度线分为三组，每组刻度线分别有刻度值；并且上一周刻度线和下一周相对应刻度线的刻度值差为12；

塞规(2)外螺纹体的外螺纹规格与被检测的左活瓣(4)的内螺纹规格相同，环规(3)内螺纹规格与被检测的和左活瓣(4)相连的连接杆(5)的外螺纹规格相同，塞规(2)的外螺纹和环规(3)的内螺纹规格相同。

2.根据权利要求1所述的螺杆钻具万向轴螺纹连接定向装配规，其特征是：塞规(2)与环规(3)拧紧后，塞规(2)上的0刻度线与环规(3)上一周的6刻度线相对；同时塞规(2)上的0刻度线与环规(3)下一周的18刻度线相对。

3.根据权利要求1所述的螺杆钻具万向轴螺纹连接定向装配规，其特征是：塞规(2)与环规(3)拧紧后，塞规(2)上的0刻度线与环规(3)上一周的0刻度线相对；同时塞规(2)上的0刻度线与环规(3)下一周的12刻度线相对。

4.根据权利要求1、2或3所述的螺杆钻具万向轴螺纹连接定向装配规，其特征是：在圆柱状把手顶端有横向孔，在横向孔插有圆柱状手柄(1)。

5.根据权利要求1、2或3所述的螺杆钻具万向轴螺纹连接定向装配规，其特征是：螺杆钻具万向轴螺纹连接定向装配规的使用方法是：

a.将塞规(2)旋入左活瓣(4)的内螺纹中并旋紧，以左活瓣(4)上的一个圆弧体弧线顶点为基准点，记录左活瓣(4)上基准点所对应的塞规(2)上的刻度值；

b.将连接杆(5)一端的外螺纹旋入右活瓣(6)端部内螺纹中并旋紧，将环规(3)旋入连接杆(5)另一端的外螺纹上并旋紧，右活瓣(6)上的一个圆弧体弧线顶点为基准点，读取基准点对应的环规(3)上的刻度值，记录右活瓣(6)上基准点所对应的环规(3)上的刻度值；

c.当塞规(2)记录的刻度值与环规(3)记录的刻度值相同时，将被测的左活瓣(4)的内螺纹与连接杆(5)另一端的外螺纹连接并旋紧；当塞规(2)记录的刻度值与环规(3)记录的刻度值不相同，计算塞规(2)上记录的刻度值与环规(3)上记录的刻度值之差，进一步推算出左活瓣(4)的内螺纹端面应当切削长度，采用车床切削左活瓣(4)的内螺纹端面，应切削的长度是塞规(2)记录的刻度值与环规(3)上记录的刻度值之差乘以每格刻度所代表的螺纹轴向距离值，即每格刻度代表的螺纹轴向距离值为螺纹的螺距除以刻度格数所得的商，将加工后的左活瓣(4)的内螺纹与连接杆(5)另一端的外螺纹连接并旋紧，完成轴体的装配工作。

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