CN109424327B - 花键驱动式钻钢联接器 - Google Patents

Abstract

本发明题为“花键驱动式钻钢联接器”。本发明提供一种组件，所述组件包括具有扭矩传输元件的第一构件，以及将第一构件和第二构件以可旋转驱动的关系连接在一起的联接器。联接器包括：中间段，该中间段设置在联接器的轴向前端和轴向后端之间；前段，该前段在中间段和轴向前端之间延伸；以及后段，该后段在中间段和轴向后端之间延伸。中间段包括扭矩传输元件，所述扭矩传输元件用于与第一构件的扭矩传输元件接合，以有利于从第一构件向联接器传输扭矩。当联接器与第一构件接合时，联接器的扭矩传输元件被自动地带入与第一构件的扭矩传输元件的扭矩传输关系。本文广泛地设想了其他变型和实施方案。

Description

花键驱动式钻钢联接器

技术领域

本发明涉及花键驱动式钻钢联接器。

背景技术

地下矿山(例如，煤矿)的扩建涉及挖掘或延伸最初具有无支撑顶板的隧道(或通道)。为了稳定和支撑隧道或通道的顶板，通常在各种位置将顶板螺栓插入顶板中。(也可对现有隧道或通道的顶板进行类似的程序，以提供额外的顶板支撑。)

为此，操作者通常经由可旋转钻头或顶板钻头在顶板中钻出对应的孔。然后将顶板螺栓插入每个孔中。通常，钻孔可在两英尺和大于二十英尺之间延伸到顶板中，并且每个钻孔通常填充有树脂(至少在其一部分上)，以帮助将相应的顶板螺栓固定在其中。然后将顶板支撑件诸如顶板面板(例如，直线金属板)附接到顶板螺栓的下端。由顶板面板不仅沿与顶板螺栓平行的方向，而且在从顶板支撑件与顶板之间的接触区域辐射的大范围的方向上，经由向顶板施加压缩力来有效地提供对顶板的支撑。

顶板钻头，其通常包括适于钻入岩层中的一个或多个切削刃(或切削介质)，通常连接到通过插入“钻钢”而旋转钻头的机器。钻钢通常为具有给定的外部和内部横截面形状(传统上例如对于两者都是六边形)的细长杆。因此，顶板钻头在钻刚的远侧端(或上端)连接到钻钢，并且钻钢在其近侧端(下端)连接到旋转地驱动钻钢(因此，引申开来，驱动顶板钻头)的机器。

上述部件之间的互连通常经由单独的“联接器”部件(或其他类型的中间联接)来进行；另选地，相邻部件可以直接相互连接而不需要居间部件。在常规布置中，钻钢(例如，具有六边形的外部横截面形状)插入具有兼容地成形的(例如，六边形)孔或凹陷部的卡盘中，其中卡盘本身连接到旋转驱动件或与其成一体。这有利于向钻钢提供扭矩，然后将其转移到(连接的)顶板钻头。一旦使用卡盘—钻钢—联接器—钻头的组件来钻探螺栓孔，旋转驱动器(或与其连接/成一体的卡盘)就从顶棚降低，并且钻钢和钻头通常在重力的影响下进行。在涉及在卡盘与钻钢之间使用联接器的布置中，联接器具有与钻钢的兼容内轮廓接合的外轮廓(例如，一般为六边形)；此类联接器可经由设置在联接器和卡盘两者上的给定轮廓而插入卡盘中(或与卡盘接合)。一般来讲，需要大量的人工干预才能使联接器或钻钢与卡盘以上述方式接合。

因此，上文所述的常规布置常常会遇到问题和不便。例如，除了在组装和操作部件的所述组合的过程中通常需要的相当大的操作者干预之外，一些联接连接可能通常对于在典型操作条件下旋转地驱动钻钢提供了不充分的强度。

发明内容

概括地讲，本发明的一个方面提供了一种组件，该组件包括：第一构件，该第一构件包括扭矩传输元件；联接器，该联接器用于将第一构件和第二构件以可旋转驱动的关系连接在一起；该联接器包括：轴向前端和轴向后端；中间段，该中间段设置在轴向前端和轴向后端之间；前段，该前段在中间段和轴向前端之间延伸；以及后段，该后段在中间段与轴向后端之间延伸；该中间段包括扭矩传输元件。该扭矩传输元件用于与第一构件的扭矩传输元件接合，以有利于从第一构件向联接器传输扭矩；其中当联接器与第一构件接合时，联接器的扭矩传输元件被自动地带入与第一构件的扭矩传输元件的扭矩传输关系。

本发明的另一方面提供了一种联接器，该联接器用于将可旋转切削组件中的第一构件和第二构件以驱动关系连接在一起，该联接器包括：轴向前端和轴向后端；中间段，该中间段设置在轴向前端和轴向后端之间；前段，该前段在中间段和轴向前端之间延伸；后段，该后段在中间段与轴向后端之间延伸；该中间段包括扭矩传输元件，该扭矩传输元件用于与第一构件的兼容元件接合，以有利于从第一构件向联接器传输扭矩；其中当联接器与第一构件接合时，扭矩传输元件被自动地带入与第一构件的兼容元件的扭矩传输关系。

本发明的附加方面提供了一种组件，该组件包括：第一构件，该第一构件包括扭矩传输元件；联接器，该联接器用于将第一构件和第二构件以可旋转驱动的关系连接在一起；该联接器包括扭矩传输元件，该扭矩传输元件用于与第一构件的扭矩传输元件接合，以有利于从第一构件向联接器传输扭矩；其中当联接器与第一构件接合时，联接器的扭矩传输元件被自动地带入与第一构件的扭矩传输元件的扭矩传输关系。

为了更好地理解本发明的示例性实施方案连同本发明的其他和另外的特征和优点，结合附图参考以下描述，并且本发明要求权利的实施方案的范围将在所附权利要求书中指出。

附图说明

图1提供了顶板钻头组件的分解正视图。

图2提供了卡盘的右侧等轴视图。

图3A和图3B分别提供了图2的卡盘的正视图和顶视图。

图4A提供了穿过图3A中的线4A-4A截取的轴向截面。

图4B提供了穿过图4A中的线4B-4B截取的完整的横截面。

图5提供了花键联接器的左侧等轴视图。

图6A提供了图5的花键联接器的正视图。

图6B提供了图5和图6A的花键联接器的中间段的近距离正视图。

图6C和图6D分别提供了沿图6A中的线6C-6C和6D-6D截取的横截面。

图7提供了顶板钻头组件的钻钢、花键联接器和卡盘部件的分解轴向截面图。

图8提供了图7的顶板钻头组件的横截面图，示出了在卡盘上具有花键的花键联接器上的花键之间的界面。

具体实施方式

应当容易理解，除所述的示例性实施方案外，如本文附图中总体描述和示出的本发明的实施方案的部件可以各种各样的不同构造来布置和设计。因此，如附图中所示的本发明的实施方案的以下更详细的描述并不旨在限制如权利要求所保护的本发明的实施方案的范围，而仅仅是本发明的示例性实施方案的代表。

在整个说明书中所提及的“一个实施方案”或“实施方案”(或类似表述)意指结合该实施方案描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施方案中”或“在实施方案中”或类似表述不一定都是指相同的实施方案。

此外，所描述的特征、结构或特性可以任何合适的方式在至少一个实施方案中组合。在以下描述中，提供了许多具体细节以便透彻地理解本发明的实施方案。然而，相关领域的技术人员可认识到，可在没有其至少一个具体细节的情况下实践本发明的实施方案，或者可用其他方法、部件、材料等来实践本发明的实施方案。在其他情况下，未详细示出或描述熟知的结构、材料或操作，以避免混淆本发明的各个方面。

现在描述转向附图。参考附图将最好地理解本发明的图示实施方案。以下描述仅意在举例说明，并且只示出了如本文权利要求的本发明的某些所选择的示例性实施方案。

根据至少一个实施方案，本文广泛设想的是允许例如通过使用中间联接器来使钻钢相对于卡盘自动对准的方法和布置。此类联接器，其本身与钻刚接合，可以包括成角度的花键，这些花键与卡盘中的直的凹陷部接合，从而允许上述自动对准，同时保持驱动钻钢的强度。从随后的讨论中可以更好地理解这些和其他特征以及变型。

图1提供了根据至少一个实施方案的顶板钻头组件10的分解正视图。如图所示，顶板钻头组件10包括一般用12表示的卡盘适配器(或卡盘)，该卡盘适配器本身可以连接到旋转驱动器或与旋转驱动器成一体。组件10还包括：一对花键联接器(其中每个花键联接器一般用14表示)；一对钻钢(其中每钻钢一般用16表示)；联接元件(其也可称为“钻头联接器”)，一般用18表示；以及顶板钻头，通常用20表示。

尽管图1中的顶板钻头组件10的部件为了清楚起见而沿共同的纵向轴线分解，但应当理解，为了操作的目的，这些部件将被组装在一起以形成组装好的顶板钻头组件。另外，钻钢16在这里以纵向缩短的形式(与其他部件成比例)示出，这可能不一定对应于它们在具体实施中的实际长度；可以理解，在很多具体实施中，与组件10中的其他部件相比，此类钻刚16实际上可在非常显著的纵向尺寸上成比例地延伸。此外，仅仅是为了说明的目的，示出了两个花键联接器14和两个钻刚16；可以理解，在变型实施方案中，这些部件各自可能只有一个，或者这些部件可能各自有三个或更多个。(应当指出的是，术语“花键联接器”在本文一般用于指图1至图6D中用14表示和在图7和图8中用114表示的部件；然而，应当理解，对于如此引用的部件，可以有各种各样的配置，并且不一定涉及“花键线”的使用。此外，术语“花键联接器”在本文中可以认为能够与“联接器”广泛地互换。)

如图所示，钻头联接器18将钻钢16和钻头20直接互连。众所周知，在钻头联接器18与钻头20之间可以另外插置有适配器，但在本示例中，在两个部件之间存在形状配合的连接。这仅仅是为了说明的目的示出，并且应当理解，为将钻头联接器18和钻头20互连，可以采用各种各样的具体实施中的任一种。就其本身而言，钻头20本身可以针对即将发生的具体实施而基本上以任何合适的方式构造(例如，钻进并钻穿矿山中的岩层)。

图2提供了根据至少一个实施方案的卡盘12的右侧等轴视图，而图3A和图3B分别提供了图2的卡盘的正视图和顶(左侧)视图。可以继续参考图2至图3B的全部。

众所周知，可以朝向卡盘12的轴向前端或“顶端”22，提供围绕卡盘12的内圆周设置的一组向内突起24(或“点”)，以用于接合将安装在钻孔中的顶板螺栓(例如，具有正方形横截面)。以将在下文更全面理解的方式，前端22也在内部适当地设定尺寸，以如本文广泛设想的那样容纳花键联接器。这里，仅以举例的方式，示出了八个突起24，各自由最内弧形表面和径向向外延伸的一对倾斜侧表面，从弧形表面的每个端限定。

在卡盘12的轴向后端或“底端”26处，可以以适当的方式容纳旋转驱动器。另外，卡盘12的外部可如图所示经由四个段，从前端22进行到后端26限定：第一段28，具有大体更大的外径；第二段30，具有略微减小的外径；第三段32，具有与第一段28类似的外径；以及第四段34，具有相对于第二段30略微减小的外径。就其本身而言，如图所示，第四段34可以包括与卡盘12的后端26相邻的终端斜面。一般来讲，这里的相对外径主要与将卡盘12装配到旋转驱动器中相关，并且可以以任何被认为合适的方式定制。例如，第二段30的直径的减小可以有助于为卡盘键提供间隙；纵向狭槽29(如图所示)、桥接段28和30可以容纳该键。(可以在卡盘12的直径相对侧处提供两个此类纵向狭槽29)。

图4A提供了穿过图3A中的线4A-4A截取的轴向截面，而图4B提供了穿过图4A中的线4B-4B截取的完整的横截面。可以继续参考图4A和图4B这两幅图。

如图所示，中心纵向孔大体经由若干段，从前端22到后端26限定，经由：突起区域24；第一环形腔室35；第一孔部分36；花键部分，该花键部分包括用于容纳花键联接器的轴向花键37和轴向凹陷部38；第二环形腔室39；和第二孔部分40。如图所示，第一孔部分具有与突起区域24和第一环形腔室35相比减小的内径。另外，第二环形腔室39具有与第一孔部分36类似或略微大的直径。

一般来讲，存在环形腔室35和39以在卡盘12形成期间为制造工具(例如，钻孔器)提供间隙。此外，腔室39的下部轴向端(在图4A中向右)，其形成与较小直径的第二孔部分40相邻的环形肩部，可以用作联接器的止动件(诸如在全文称为联接器14/114)。另外，第一孔部分36优选为圆柱形的，以便更好地容纳具有圆柱形外表面的钻钢。这表示具有六边形内轮廓的卡盘的区别，这种卡盘可以容纳具有六边形外轮廓的钻钢，如传统上已知的那样；已发现，与具有六边形外轮廓的钻钢相比，具有圆形或圆柱形外轮廓的钻钢具有几个优点，例如较安静的操作模式。因此，在第一孔部分36本身具有圆柱形内表面的情况下，它将被更好地构造成接纳和支撑(或“紧抱”)具有圆形或圆柱形外轮廓的钻钢。

在第一孔部分与第二环形腔室39之间，凹陷部38(处于其径向最外部分处)可基本上与限定第一孔部分36的圆柱形壁平齐，而花键37可径向向内延伸给定距离。在本示例中，花键37和凹陷部38各自提供六个，但在至少一个变型中，可以提供其他数量的花键37和凹陷部38(例如，花键37和凹陷部38各自四个或五个或更少，或者花键37和凹陷部38各自七个或八个或更多)。

一般来讲，并且通过下面进一步讨论将更好地理解的方式，花键37和凹陷部38可以优选地以空间上足以容纳联接器的花键(或其他突出元件)的方式设置和确定尺寸，同时保持足够的强度来向联接器传输扭矩。因此，例如，花键37可以各自具有足够小的宽度(如沿卡盘12的周向方向测量的)，以允许凹陷部38具有更大的(居间)宽度，同时每个宽度足够宽以便容易地成形(例如，锻造)并在旋转驱动器与联接器之间充分传输扭矩。每个花键37也可以具有预定形状的轴向前端表面，这有助于方便地成形和/或操作(例如，该端面可以平行于卡盘12的周向方向延伸，或者可以是圆形的)。

根据至少一个实施方案，花键37轴向地延伸(例如，基本上以如图所示的方式)，并且各自具有从一个轴向端到另一个轴向端的恒定的横截面(相对于卡盘12的周向方向)。从图4A和图4B可以理解，每个花键37相对于卡盘12的周向方向可以具有大致梯形的横截面，使得其宽度(周向地测量)在花键37的至少一部分上径向向内逐渐变细；这允许每个凹陷部38具有从其径向最外区域到其径向最内区域基本上保持恒定或者甚至可以在该方向上发散(增大)的宽度(周向地测量)。

根据至少一个变型，花键37中的每个花键都不需要具有从一个轴向端到另一个轴向端的恒定的横截面。根据至少一个变型，花键37(无论横截面是恒定还是变化的)不需要如上所述的直的或圆形的轴向前端表面。具体地讲，此类(轴向前端)表面可以沿周向方向成角度，例如以匹配联接器的中间段的成角度的壁部分(例如，联接器14的中间部分48的成角度的壁部分60，如下面进一步讨论的)的角度。

根据至少一个变型，可以使用其他突出元件来代替轴向花键。例如，可以采用较小的突起(或突出元件)，这些突起具有给定厚度且具有给定横截面轮廓(例如，圆形、椭圆形、正方形、矩形等)，具有比图4A所示的花键37更小的相对轴向长度，并且仍然具有足够的强度来将扭矩从卡盘12传输到联接器。通过这种变型的说明性而非限制性的示例，可以穿过卡盘12钻出径向取向的孔(例如，钻入卡盘12的最初具有不间断的内部圆柱形表面的区域，该内部圆柱形表面限定孔或孔部分)，并将销插入那些(钻出的)孔中以达到与花键37类似或相似的目的。例如，通过相对于孔的紧密压配，可以确保此类销具有充分的强度和刚度。此类销可以是圆柱形的，但可以采用具有其他二维或三维形状的销或元件来达到类似或相似的目的。一般来讲，本文对卡盘的“花键”(例如，如用37表示)的任何引用可以被认为可与能够以刚刚讨论的基本上任何方式配置的“突出元件”互换。

图5提供了根据至少一个实施方案的花键联接器14的左侧等轴视图，而图6A提供了图5的花键联接器的正视图。另外，图6B提供了图5和图6A的花键联接器的中间段的近距离正视图。此外，图6C和图6D分别提供了沿图6A中的线6C-6C和6D-6D截取的横截面。可以继续参考图5至图6D的全部。

根据至少一个实施方案，花键联接器14包括：轴向前端或“顶端”42，该轴向前端或“顶端”被构造成延伸到钻钢的内部部分中(且与其接合)；以及轴向后端或“底端”44，该轴向后端或“底端”被构造成延伸到卡盘或钻钢中(且与其接合)。另外，花键联接器14可以如图所示经由若干段，从前端42进行到后端44限定：前段46；中间段48；以及后段50。如图所示，中间段48可以优选地沿花键联接器14的整个纵向范围设置在中心(或中间)部分处或朝向该部分，但也可以基本上设置在被视为功能上合适的任何位置处(在花键联接器14上)。

应当理解，花键联接器14，其如图所示(并且一般来讲如本文广泛设想的那样)基本上构造和成形，不仅可以用于将卡盘和钻钢(诸如卡盘12和相邻的钻钢16，如图1所示)互连，但也可以用于将两个相邻钻钢16(例如，如图1所示)互连。在后一种情况下，前段46和后段50将各自与相应的钻钢接合，而中间段48基本上保持未使用(尽管在存在弯曲应力的情况下，向联接器施加附加强度)。当然，可以使用除花键联接器14之外的部件(基本上如图所示构造和成形，或者如本文广泛设想的那样)来将两个钻钢互连，但实际上在涉及多于一个钻刚的组件中(例如，如图1所示)中可以利用两个或更多个花键联接器14，因而给予花键联接器14可能比其他情况更大的通用性。另外，花键联接器14甚至可以被构造成将钻钢和顶板钻头互连，从而替代诸如图1中用18表示的“钻头联接器”。

前段46通常包括用于接合钻钢的内部的多个侧面；这里，为了与钻钢的六边形内轮廓接合，示出了六个此类侧面，但也可以设想其他构型。(经由图5仅示出了一个说明性示例，其中对于前段46，多个浅的凹状弧形侧面经由较短的凸状弧形拐角部分互连，但应当理解，也可以设想各种各样的替代构型。)众所周知，在前段46内还可以包括设置在其对应的周向凹槽或凹陷部53中的固定环或“保持环”52。可移除环52(例如，由合适的金属形成)有助于将联接器14的前段46夹持到钻钢的内部(例如，六边形内轮廓)。如图所示，环52(及其凹陷部)可定位于花键联接器14的前端42和中间段48之间的中间点处，例如更靠近前端42。

后段50与前段46的主体类似地构造，以接合钻刚和/或卡盘的一部分的内表面。这样，后段50可以最终插入卡盘的内孔部分，诸如图4A所示的卡盘12的第二孔部分40；一般来讲，此类接合将不会导致到花键联接器14的扭矩传输像从卡盘12的花键37(或其他突出元件)到花键联接器14的中间段48的扭矩传输一样多(例如，以将在下面更详细描述的方式)。另一方面，如果花键联接器14用于将两个钻钢互连(如上面进一步所述)，则后段50的侧面将确实用于扭矩传输(例如，以从钻钢的兼容内表面接收扭矩)。

就其本身而言，根据至少一个实施方案，中间段48一般来讲呈现比前段和后段46/50大的外径。(为了帮助在中间段48和每个侧接段46/50之间提供相互支撑，例如以帮助减轻过度弯曲应力的风险，过渡部分(例如“混合半径”部分或者基本上等于凹状弯曲衬圈或裙部的部分)可以如图所示分别设置在前段46的后端和段50的前端处)。在中间段48中还包括多个凹陷部(或多个凹槽)54，该多个凹陷部从中间段48的后肩朝向中间段48的前肩轴向地延伸给定距离。在本示例中，示出了六个凹陷部54，但应当理解，基本上可以提供任何合适的数量。另外，凹陷部54可以优选地围绕中间段48的圆周均匀地分布。以将在下文更全面理解的方式，这些凹陷部分54中的每个凹陷部分可以与卡盘的兼容花键(诸如卡盘12的花键37，如图4A和图4B所示)接合并容纳它们。

也如图所示，多个成角度的花键56可以围绕中间段48的圆周均匀地分布，各自插置在一对邻近凹陷部54之间。以将在下文更全面理解的方式，这些花键56中的每个花键可以与卡盘的兼容凹陷部(诸如卡盘12的凹陷部38，如图4A和图4B所示)接合并容纳在其中。从下面的讨论中还应理解，这种均匀的分布有助于确保花键联接器14相对于兼容卡盘自动对准，因为花键联接器14在插入时相对于花键联接器的中心纵向轴线的初始旋转位置不需要预先确定，以使凹陷部和花键54/56与卡盘的兼容花键和凹陷部快速地接合。

根据至少一个实施方案，并且如图6B更清楚地示出的那样，每个凹陷部54可以经由若干壁部分限定(其引申开来，基本上有助于限定相邻花键56的“边缘部分”)。首先，较长的轴向壁部分58(具有轴向长度b)和成角度的壁部分60相对于彼此形成角度a。(优选地，如图所示，限定成角度的壁部分60的线围绕中间段48的一部分圆周行进，其中，其二维投影例如如图6B所示是线性的且直的；角度a可以被理解为是相对于成角度的壁部分60和较长轴向壁部分58两者的二维线性投影以同样的方式测量的)。较短的轴向壁部分62(具有轴向长度c)，其平行于较长的轴向壁部分58并与其以周向距离d分开，从成角度的壁部分60的端(即，朝向中间段48的前端或“顶端”、朝向图中的右侧的端)轴向地延伸并且经由端壁部分64(例如，当以二维投影观察时可以是直的)与较长的轴向壁部分58互连。直的端壁部分64仅作为说明性示例示出，并且可以用其他构型代替，例如当在二维投影中观察时可以是半圆形的弧形壁部分。

一般来讲，应当理解，每个凹陷部54的壁部分58/60/62/64以及凹陷部本身的“底板”可以基本上被认为适合于生产和/或操作的任何方式构造。例如，如图所示，轴向壁部分58和62在沿花键联接器14的径向方向对齐的意义上可以是“竖直的”(即，在与从花键联接器14的中心纵向/旋转轴线垂直延伸的半径平行的方向上)；然而，根据至少一个变型，这些壁部分58/62中的任一者或两者可以相对于来自中心纵向轴线的半径以一定角度取向(基本上，以任何角度并且在被认为合适的任何方向上)。可存在斜面或(如图所示)凸状拐角半径作为每个壁部分58/62与相邻花键56之间的过渡，来代替“尖锐”拐角过渡。

类似地，成角度的壁部分60可以是“竖直的”，并且因此相对于来自中心纵向轴线的半径平行取向，或者另选地可以相对于这种“竖直”方向成角度。同样，可存在斜面或(如图所示)凸状拐角半径作为成角度的壁部分60和相邻花键56之间的过渡，来代替“尖锐”拐角过渡。另外，可存在凸状拐角半径而不是“尖锐”的拐角或顶点，作为成角度的壁部分60与较短的轴向壁部分62之间的过渡(当在中间段48的外圆周处观察并且二维投影时)。就其本身而言，较短的端壁部分64可以以类似于刚刚针对壁部分58/60/62描述的方式“竖直”取向，或者另选地(并且如图5、图6A和图6B所示)可以沿轴向和径向向内方向呈现非零的非竖直(例如，“浅”)斜率，作为到对应凹陷部54的“底板”的过渡，或者到延伸到凹陷部54的“底板”的小的、弧形的和凹状的过渡部分。

根据至少一个实施方案，如果花键联接器14轴向地插入图2至图4B所示的卡盘12中(这里可以同时参考这些图)，则可以理解，卡盘12的轴向花键37将进入凹陷部54并且最初接触成角度的壁部60，或者将立即在轴向壁部分58与62之间滑动。在前一种情况下，如果(在上述轴向插入期间)轴向花键37最初接触成角度的壁部分60，则成角度的壁部分60将引导花键37的进一步移动，使得其最终在轴向壁部分58与62之间滑动，同时也促进联接器14相对于卡盘的相对旋转位移。在任何一种情况下，如前所述，腔室39的下部轴向端处的环形肩部可用作联接器14的止动件(即，限制轴向移动)。还可以理解，如上所述的类似的动作也将相对于其他轴向花键37和凹陷部54对并行地发生，因此提供了花键联接器14和卡盘12相对于彼此自动自对准的能力。

根据至少一个实施方案，角度a优选地选择为足够小以保持花键56的足够宽度(如沿周向方向测量的)，以允许每个花键56充分地吸收从卡盘12的花键传输的扭矩。换句话讲，太陡(即，具有较大值)的角度a可能导致花键56的扭矩吸收能力较弱。另一方面，太浅(即，具有较小值)的角度a会抑制本文讨论的自动对准能力；换句话讲，凹陷部54将接收卡盘12的花键37的周向“范围”更小。尺寸c可根据需要定制以帮助定义角度a。

尺寸b可以相对于中间段48的整体轴向长度而定制，以便有助于确保整个中间段48足够强以承载从卡盘12传输的扭矩。一般来讲，花键56可以分别在中间段48的后端(即，图6B中的向左)会聚到最小宽度的区域(如沿周向方向测量的)。这些最小宽度的区域可能是钝的(即，逐渐变细到某一有形的宽度，而不是尖锐的“点”)，并且可能是圆形的；无论哪种方式，该最小宽度都应该优选地能够帮助将卡盘12的花键37容易地容纳在相邻凹陷部54内。尺寸d可以以在其中适当地接纳卡盘12的对应花键37并且允许从花键37到中间段48(例如，经由较长的轴向壁部分58)传输扭矩的方式来定制。

应当理解，对于中间段48，其他构型也是可能的，以便提供与上述基本类似的功能。例如，壁部分60不一定是成角度的(当在二维投影中观察时)，而是可以呈现另一种形状，例如凸状地弯曲，这仍然允许将(卡盘12的)花键37引导和接纳到凹陷部54中。

如上所述，根据至少一个实施方案，凹陷部54和花键56围绕中间段48的圆周均匀地分布。在本示例中，各自提供六个，但在至少一个变型中，可以提供其他数量的凹陷部54和花键56(例如，凹陷部54和花键56各自四个或五个或更少，或者凹陷部54和花键56各自七个或八个或更多)。在观察图6C和图6D时，可以理解，当从中间段48的下部进展到上部时，在凹陷部54的成角度的部分内，每个凹陷部54的周向宽度减小，并且每个花键56的周向宽度增大。

图7提供了顶板钻头组件110的钻钢(116)、花键联接器(114)和卡盘(112)部件的分解轴向截面图，而图8提供了图7的顶板钻头组件在组装时的横截面图，示出了在卡盘上具有花键的花键联接器上的花键之间的界面。可以继续参考图7和图8这两幅图；另外，指示类似或相似部件的附图标号相对于图1至图6D增加100。

如图所示，卡盘112，其包括它的前端(122)和后端(124)，可被构造成容纳花键联接器114，其中花键联接器114的后端144插入卡盘112的前端122中。花键联接器114的凹陷部和成角度的花键(156)随后可以与卡盘112中的花键137和凹陷部138以与上文相对于图1至图6D所述类似的方式接合和相互作用。就其本身而言，图8示出了卡盘112和花键联接器114以以下这种方式完全接合并互连，即，联接器114的花键156(设置在其中间段148上)插置在卡盘112的相邻花键137之间。以基本上任何合适的方式，卡盘112的后端124可以安装在旋转驱动器上或与旋转驱动器接合。

另外，花键联接器114的前端142可以以上文相对于图1至图6D所述类似的方式插入钻刚116的内部。作为说明性而非限制性的示例，花键联接器114可至少朝向其前端142包括围绕联接器114的外圆周的大致六边形构型，该构型与钻钢116的六边形内轮廓以能够旋转地驱动钻钢的方式接合。

除了本文讨论的具体示例之外，根据至少一个实施方案可以设想各种各样的另选的和变型的构型。例如，卡盘和花键联接器上使用的花键和凹陷部可以“反向”。因此，可以在卡盘的内圆周上实现成角度的花键和凹陷部的图案(例如，如图6A和6B中用56/54表示)，同时可以在花键联接器的外周上实现“轴向”花键和凹陷部的图案(例如，如图4A和图4B中用37/38表示)。

根据至少一个实施方案，可以提供如本文广泛设想的若干优点。例如，可以理解，如本文广泛设想的那样，联接器和卡盘上的花键和凹陷部以类似方式的构型可以允许联接器相对于卡盘自动对准，同时仍然保持足够的强度以(旋转地)驱动与联接器接合的钻钢。如上所述，与六边形或其他多边形内轮廓相比，具有圆柱形内轮廓的卡盘将有助于更容易地容纳和支撑具有圆柱形外轮廓的钻钢。在联接器、卡盘和钻刚之间存在紧密配合的情况下，提供了非手动式操作，使得操作者不特别需要将一个或多个钻刚引导到正在钻探的顶板中。

简而言之，根据前述内容可以理解，根据本文广泛设想的至少一个实施方案，一种组件包括：第一构件(例如，卡盘)，该第一构件具有扭矩传输元件(例如，突出元件和/或凹陷部)；以及联接器，该联接器将第一构件和第二构件(例如，钻钢)以可旋转驱动的关系连接在一起。联接器包括：中间段，该中间段设置在联接器的轴向前端和轴向后端之间；前段，该前段在中间段和轴向前端之间延伸；和后段，该后段在中间段和轴向后端之间延伸。中间段包括用于与第一构件的扭矩传输元件接合的扭矩传输元件(例如，突出元件和/或凹陷部)，以有利于从第一构件向联接器传输扭矩。当联接器与第一构件接合时(例如，当联接器轴向地插入第一构件中，诸如插入第一构件的纵向孔中时)，联接器的扭矩传输元件被自动地带入与第一构件的扭矩传输元件的扭矩传输关系。

此外，总之，本文广泛设想的组件可包括：第一构件，该第一构件包括扭矩传输元件；联接器，该联接器用于将第一构件和第二构件以可旋转驱动的关系连接在一起；该联接器包括扭矩传输元件，该扭矩传输元件用于与第一构件的扭矩传输元件接合，以有利于从第一构件向联接器传输扭矩；其中当联接器与第一构件接合时，联接器的扭矩传输元件被自动地带入与第一构件的扭矩传输元件的扭矩传输关系。根据本文另外描述和示出的实施方案的至少一个变型，联接器的扭矩传输元件并非必须设置在联接器的“中间部分”上，而是相反一般可以设置成朝向或处于联接器的其中一个或另一个轴向端处，其方式足以执行本文大体描述的扭矩传输的功能。已经出于示例和描述的目的呈现了本公开，但是并不旨在是详尽的或限制性的。许多修改形式和变型形式对本领域的普通技术人员将是显而易见的。选择和描述实施方案是为了解释原理和实际应用，并且使本领域的其他普通技术人员能够理解本公开。

尽管本文已经参考附图描述了本发明的示例性实施方案，但是应当理解，本发明的实施方案并不限于那些精确的实施方案，并且在不脱离本公开的范围或精神的情况下，本领域的技术人员可以在其中作出各种其他改变和修改。

Claims (24)

1.一种组件，所述组件包括：

第一构件，所述第一构件包括扭矩传输元件和设置在第一构件中的纵向孔，其中，第一构件的扭矩传输元件设置在所述纵向孔内；

联接器，所述联接器用于将所述第一构件和第二构件以可旋转驱动的关系连接在一起；

所述联接器包括：

轴向前端和轴向后端；

中间段，所述中间段设置在所述轴向前端和所述轴向后端之间；

前段，所述前段在所述中间段和所述轴向前端之间延伸；和

后段，所述后段在所述中间段和所述轴向后端之间延伸；

所述中间段包括扭矩传输元件，所述扭矩传输元件设置于中间段的外圆周，用于与所述第一构件的所述扭矩传输元件接合以有利于从所述第一构件向所述联接器传输扭矩；

其中当所述联接器轴向地插入所述第一构件的纵向孔中时，所述联接器的所述扭矩传输元件被自动地对准并带入与所述第一构件的所述扭矩传输元件的扭矩传输关系。

2.根据权利要求1所述的组件，其中所述第一构件的所述扭矩传输元件围绕所述第一构件的所述纵向孔的内圆周均匀地分布。

3.根据权利要求1所述的组件，其中：

所述第一构件包括轴向前端和轴向后端；

所述第一构件的所述纵向孔包括第一孔部分，所述第一孔部分从所述扭矩传输元件朝向所述第一构件的所述轴向前端延伸；并且

所述第一构件的所述第一孔部分包括圆柱形内轮廓。

4.根据权利要求3所述的组件，其中所述联接器的所述扭矩传输元件包括凹陷部。

5.根据权利要求4所述的组件，其中所述第一构件的所述扭矩传输元件包括突出元件，所述突出元件与所述联接器的所述凹陷部接合。

6.根据权利要求5所述的组件，其中所述第一构件的所述突出元件包括花键，所述花键与所述联接器的所述凹陷部接合，所述第一构件的所述花键中的每个花键具有细长的轴向尺寸。

7.根据权利要求6所述的组件，其中所述第一构件的所述花键中的每个花键：

包括相对的轴向端；并且

相对于所述第一构件的周向方向具有从所述轴向端中的一个轴向端到所述轴向端中的另一个轴向端的恒定的横截面。

8.根据权利要求1所述的组件，其中所述联接器的所述扭矩传输元件包括突出元件。

9.根据权利要求8所述的组件，其中所述第一构件的所述扭矩传输元件包括凹陷部，所述凹陷部与所述联接器的所述突出元件接合。

10.根据权利要求9所述的组件，其中所述联接器的所述突出元件包括花键，所述花键与所述第一构件的所述凹陷部接合，所述花键中的每个花键具有细长的轴向尺寸。

11.根据权利要求10所述的组件，其中所述联接器的所述花键各自由至少一个边缘部分限定，所述至少一个边缘部分相对于中心纵向轴线以非零锐角取向。

12.根据权利要求10所述的组件，其中所述联接器的所述扭矩传输元件包括凹陷部，所述凹陷部设置在所述花键之间。

13.根据权利要求12所述的组件，其中所述联接器的所述凹陷部中的每个凹陷部：

包括相对的轴向端；并且

当在所述联接器的周向方向上测量时，从所述轴向端中的一个轴向端到所述轴向端中的另一个轴向端发生宽度变化。

14.根据权利要求12所述的组件，其中所述联接器的所述凹陷部中的至少一个凹陷部包括：

成角度的壁部分；和

第一轴向壁部分，所述第一轴向壁部分在平行于中心纵向轴线的方向上延伸；

其中当在二维投影中观察时，所述成角度的壁部分和所述第一轴向壁部分相对于彼此形成非零锐角。

15.根据权利要求14所述的组件，其中：

所述成角度的壁部分从所述联接器的所述中间段的后端处的第一端延伸到第二端；

所述至少一个凹陷部包括第二轴向壁部分，所述第二轴向壁部分：

平行于所述第一轴向壁部分延伸；并且

从所述成角度的壁部分的所述第二端延伸。

16.根据权利要求10所述的组件，其中所述联接器的所述花键围绕所述中间段的圆周均匀地分布。

17.根据权利要求9所述的组件，其中，当在所述第一构件的周向方向上测量时，所述第一构件的所述凹陷部各自为恒定宽度。

18.根据权利要求1所述的组件，其中：

所述联接器的所述前段、所述中间段和所述后段中的每一者由最大外径限定；并且

所述中间段的所述最大外径大于所述前段和所述后段两者的最大外径。

19.根据权利要求1所述的组件，其中：

所述联接器的所述前段包括多侧外轮廓，所述多侧外轮廓用于与所述第二构件的兼容内轮廓接合；并且

所述联接器的所述后段包括多侧外轮廓，所述多侧外轮廓用于与钻钢的兼容内轮廓接合。

20.根据权利要求1所述的组件，其中所述第一构件包括卡盘，所述卡盘与旋转驱动器接合并且在所述旋转驱动器和所述联接器之间传输扭矩。

21.一种联接器，所述联接器用于将可旋转切削组件中的第一构件和第二构件以驱动关系连接在一起，所述联接器包括：

轴向前端和轴向后端；

中间段，所述中间段设置在所述轴向前端和所述轴向后端之间；

前段，所述前段在所述中间段和所述轴向前端之间延伸；

后段，所述后段在所述中间段和所述轴向后端之间延伸；

所述中间段包括扭矩传输元件，所述扭矩传输元件设置于中间段的外圆周，用于与所述第一构件的兼容元件接合，以有利于从所述第一构件向所述联接器传输扭矩；

其中当所述联接器轴向地插入所述第一构件的纵向孔中时，所述扭矩传输元件被自动地对准并带入与设置在所述第一构件的纵向孔内的扭矩传输元件的扭矩传输关系。

22.根据权利要求21所述的联接器，其中所述联接器的扭矩传输元件包括：

凹陷部；和

突出元件，所述突出元件设置在所述凹陷部之间。

23.根据权利要求22所述的联接器，其中：

所述突出元件包括花键，所述花键与所述第一构件的兼容凹陷部接合，每个花键具有细长的轴向尺寸；并且

所述花键各自由至少一个边缘部分限定，所述至少一个边缘部分包括当在二维投影中观察时，在不平行于中心纵向轴线的方向上延伸的部分。

24.一种组件，所述组件包括：

第一构件，所述第一构件包括扭矩传输元件和设置在第一构件中的纵向孔，其中，第一构件的扭矩传输元件设置在所述纵向孔内；

联接器，所述联接器用于将所述第一构件和第二构件以可旋转驱动的关系连接在一起；

所述联接器包括扭矩传输元件，所述扭矩传输元件设置于联接器的外圆周，用于与所述第一构件的所述扭矩传输元件接合，以有利于从所述第一构件向所述联接器传输扭矩；

其中当所述联接器轴向地插入所述第一构件的纵向孔中时，所述联接器的所述扭矩传输元件被自动地对准并带入与所述第一构件的所述扭矩传输元件的扭矩传输关系。

Images