一种全时接触减震型万向轴总成的制作方法

1.本技术涉及石油、天然气钻井用螺杆钻具技术领域，特别涉及一种全时接触减震型万向轴总成。


背景技术：

2.在石油和天然气开采中，螺杆钻具的应用越来越广泛。螺杆钻具包括旁通阀总成、马达总成、万向轴总成和传动轴总成，各个部件分别自上而下依次连接，其中万向轴的上端和马达转子连接，下端与传动轴连接，其作用是将马达转子的行星运动转化为传动轴的定轴运动，使马达产生的扭矩和转速平稳的传递给钻头。
3.随着油气开采致力于不断降低作业成本，其中通过提高螺杆钻具输出给钻头的工作扭矩已成为普遍采用的有效提高机械钻速、降低成本的一种有效方法，螺杆钻具扭矩增加，万向轴承受的扭矩加大，因此有必要提高万向轴的承载能力，延长万向轴的使用寿命。
4.相关技术中，万向轴总成有密封式的，也有非密封式的，但都包括上接头、球座、支撑球、中间轴、下接头等，具有传递马达扭矩和运动的主要功能。上接头和转子的下端连接，下接头和传动轴或水帽的一端连接，上接头和下接头是一个带有内齿结构的零件，上接头和下接头之间用一根两端带有外齿的中间轴分别转动连接，这样可以将马达产生的扭矩传递的钻头上。
5.但是，由于马达的转子安装到定子中后，转子中心线和定子中心线存在偏心距，以及螺杆钻具结构弯角的作用，两端带有外齿的中间轴的轴线和上接头以及下接头的轴线存在夹角，使得初始按照同轴设计的中间轴两端的外齿和上接头以及下接头的内齿不能同时接触，且中间轴的外齿和上接头以及下接头的内齿在马达转子旋转的过程中，存在周期性的间隙变化，导致接触应力周期性的变化。
6.万向轴总成的使用过程中，由于中间轴两端的一定数量的外齿和上接头以及下接头同样数量的内齿不能同时接触，且马达产生的扭矩很大，就会产生只有部分外齿和部分内齿接触的情况，这部分外齿和内齿上的作用力很大。随着马达的转动，这些外齿和内齿在交替的产生应力，马达的扭矩不能分散到每一对外齿和内齿上，容易造成外齿和内齿疲劳断裂，导致万向轴总成提前失效。


技术实现要素：

7.本技术实施例提供一种全时接触减震型万向轴总成，以解决相关技术中万向轴总成一定数量的外齿和上接头以及下接头同样数量的内齿不能同时接触，容易造成外齿和内齿疲劳断裂，导致万向轴总成提前失效的问题。
8.本技术实施例提供了一种全时接触减震型万向轴总成，包括：
9.万向轴，所述万向轴包括中间轴以及套设于所述中间轴端部的万向接头，所述中间轴的端部沿周向具有多个间隔设置的外齿，所述万向接头内沿周向设置有多个间隔设置的内齿，所述外齿与内齿相互啮合，借此进行可变角度地传动连接；
10.弹性件，沿所述万向轴的旋转方向，所述外齿接触所述内齿的齿面为外齿受力面，所述内齿接触所述外齿的齿面为内齿受力面，所述弹性件被配置在所述外齿受力面和内齿受力面之间，以使相邻的外齿和内齿全时接触。
11.在一些实施例中：所述弹性件为第一碟形弹簧。
12.在一些实施例中：所述第一碟形弹簧的轴线与外齿受力面或内齿受力面垂直，所述第一碟形弹簧设有一个或多个，多个所述第一碟形弹簧以对合、叠合或平铺的方式位于所述外齿受力面和内齿受力面之间。
13.在一些实施例中：所述外齿受力面和/或内齿受力面上开设有容纳所述弹性件的定位孔，所述弹性件至少部分暴露于定位孔外。
14.在一些实施例中：所述定位孔为圆形盲孔，所述定位孔的直径大于弹性件的外径。
15.在一些实施例中：所述万向接头内设有球座和球头，所述球座上设有滑动连接所述球头的球窝，所述球头活动连接在所述球座和中间轴之间；
16.所述球座远离球窝的一端设有弹性连接万向接头的减震元件，所述减震元件轴向弹性支撑球座与万向接头相互远离。
17.在一些实施例中：所述减震元件为第二碟形弹簧。
18.在一些实施例中：所述第二碟形弹簧的轴线与球座的轴线平行或共线，所述第二碟形弹簧设有一个或多个，多个所述第二碟形弹簧以对合、叠合或平铺的方式位于球座和万向接头之间。
19.在一些实施例中：所述万向接头内设有容纳所述减震元件的安装孔，所述球座远离球窝的一端位于所述安装孔内且与安装孔滑动连接。
20.在一些实施例中：所述万向接头的侧壁上开设有用于向万向接头内注入润滑脂的注油孔，所述外齿与内齿之间通过注油孔填充润滑脂，所述注油孔螺纹连接有油塞；
21.所述万向接头与中间轴之间设有分体环、密封套管和锁紧螺母，所述分体环位于所述万向接头内且与内齿的端面抵接，所述锁紧螺母的外壁与万向接头的内壁螺纹连接；
22.所述密封套管的一端夹持在所述分体环和锁紧螺母之间，所述密封套管的另一端与中间轴的外壁贴合，所述密封套管上套设有将密封套管锁紧在中间轴上的喉箍。
23.本技术提供的技术方案带来的有益效果包括：
24.本技术实施例提供了一种全时接触减震型万向轴总成，由于本技术的全时接触减震型万向轴总成设置了万向轴，该万向轴包括中间轴以及套设于所述中间轴端部的万向接头，中间轴的端部沿周向具有多个间隔设置的外齿，万向接头内沿周向设置有多个间隔设置的内齿，外齿与内齿相互啮合，借此进行可变角度地传动连接；弹性件，沿万向轴的旋转方向，外齿接触所述内齿的齿面为外齿受力面，内齿接触外齿的齿面为内齿受力面，弹性件被配置在外齿受力面和内齿受力面之间，以使相邻的外齿和内齿全时接触。
25.因此，本技术的全时接触减震型万向轴总成在外齿受力面和内齿受力面之间配置了弹性件，该弹性件能够弹性变形支撑相邻的外齿受力面和内齿受力面。可用弹性件的变形来弥补中间轴的外齿受力面和万向接头的内齿受力面之间的间隙，使中间轴的两端的多个外齿能同时接触到万向接头的多个内齿上。万向轴转动时，弹性件使中间轴两端的外齿和万向接头的内齿都能同时接触，分散马达产生的扭矩到每一个中间轴的外齿和万向接头的内齿上，降低每个外齿和内齿的接触应力，从而提高万向轴总成的使用寿命。
附图说明
26.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本技术实施例的结构示意图；
28.图2为图1中沿a-a方向的剖视图。
29.附图标记：
30.1、万向接头；2、减震元件；3、球座；4、球头；5、中间轴；6、弹性件；7、分体环；8、密封套管；9、锁紧螺母；10、喉箍；11、内齿；11a、内齿受力面；12、安装孔；13、油塞；31、球窝；51、外齿；51a、外齿受力面；51b、定位孔。
具体实施方式
31.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
32.本技术实施例提供了一种全时接触减震型万向轴总成，其能解决相关技术中万向轴总成一定数量的外齿和上接头以及下接头同样数量的内齿不能同时接触，容易造成外齿和内齿疲劳断裂，导致万向轴总成提前失效的问题。
33.参见图1和图2所示，本技术实施例提供了一种全时接触减震型万向轴总成，包括：
34.万向轴，该万向轴包括中间轴5以及套设于中间轴5两端的万向接头1，位于中间轴5顶端的万向接头1用于连接马达转子，位于中间轴5底端的万向接头1用于连接传动轴，中间轴5以及套设于中间轴5两端的万向接头1的外部还设有万向轴壳体(图中未画出)。
35.在中间轴1的端部沿周向具有多个间隔设置的外齿51，万向接头1内沿周向设置有多个间隔设置的内齿11，外齿51与内齿11相互啮合，借此万向接头1与中间轴5进行可变角度地传动连接，将马达转子的行星运动转化为传动轴的定轴运动。
36.弹性件6，沿万向轴的旋转方向(顺时针旋转)，外齿51接触内齿11的齿面为外齿受力面51a，内齿11接触外齿51的齿面为内齿受力面11a，弹性件6被配置在外齿受力面51a和内齿受力面11a之间，以使相邻的外齿51和内齿11全时接触。
37.两端带有外齿51的中间轴5的轴线和万向接头1的轴线存在夹角，使得初始按照同轴设计的中间轴5两端的外齿51和万向接头1的内齿11之间形成的间隙由弹性件6弥补并使其相互接触，使得各外齿51和内齿11都能传递马达转子的扭矩。
38.本技术实施例的全时接触减震型万向轴总成在外齿51外齿受力面51a和内齿11的内齿受力面11a之间配置了弹性件6，该弹性件6能够弹性变形支撑相邻的外齿受力面51a和内齿受力面11a。可用弹性件6的变形来弥补中间轴5的外齿受力面51a和万向接头1的内齿受力面11a之间的间隙，使中间轴5两端的多个外齿51能同时接触到万向接头1的多个内齿11上。
39.当万向轴转动时，弹性件6使中间轴5两端的外齿51和万向接头1的内齿11都能同
时接触，分散马达转子产生的扭矩到每一个中间轴5的外齿51和万向接头1的内齿11上，降低每个外齿51和内齿11的接触应力，从而提高万向轴总成的使用寿命。
40.在一些可选实施例中：参见图1和图2所示，本技术实施例提供了一种全时接触减震型万向轴总成，该全时接触减震型万向轴总成的弹性件6优选但不限于为第一碟形弹簧。第一碟形弹簧用于弹性支撑外齿受力面51a和内齿受力面11a。
41.本技术实施例选用的碟形弹簧的特点如下：行程短、负荷重；所需空间小；组合使用方便，既可以单个使用，又可以多个串联或并联使用；维修换装容易；经济、安全性高；使用寿命长等显著优点。尤其是具有负荷重和所需空间小的特性非常适用于本技术的万向轴总成。
42.在一些可选实施例中：参见图1和图2所示，本技术实施例提供了一种全时接触减震型万向轴总成，该全时接触减震型万向轴总成的第一碟形弹簧的轴线与外齿受力面51a或内齿受力面11a垂直。第一碟形弹簧在上内缘和下外缘处承受沿轴向作用的静态或动态载荷，轴向被压缩后产生变形，直至被压平，以储存能量形式作为活载荷。
43.本技术实施例的第一碟形弹簧的数量根据需要可设有一个或设置多个，当外齿受力面51a与内齿受力面11a之间设置多个第一碟形弹簧时，多个第一碟形弹簧可以采用对合、叠合或平铺的方式位于外齿受力面51a和内齿受力面11a之间来调整外齿受力面51a和内齿受力面11a之间的弹力。
44.在一些可选实施例中：参见图2所示，本技术实施例提供了一种全时接触减震型万向轴总成，该全时接触减震型万向轴总成的外齿受力面51a或内齿受力面11a上开设有容纳弹性件6的定位孔51b，弹性件6至少部分暴露于定位孔51b外，以保证弹性件6的两端能够分别接触外齿51和内齿11，使弹性件6产生弹性变形。
45.定位孔51b优选但不限于为圆形盲孔，且定位孔51b的直径大于弹性件6的外径，以满足弹性件6在定位孔51b内能够自由产生弹性变形。弹性件6部分暴露于定位孔51b外的高度应大于外齿受力面51a与内齿受力面11a之间最大间距。
46.在一些可选实施例中：参见图1所示，本技术实施例提供了一种全时接触减震型万向轴总成，该全时接触减震型万向轴总成的万向接头1内设有球座3和球头4，在球座3上设有滑动连接球头4的球窝31，在中间轴5的端部也设有滑动连接球头4的球窝31，球头4活动连接在球座3和中间轴5之间。
47.在球座3远离球窝31的一端设有弹性连接万向接头1的减震元件2，该减震元件2轴向弹性支撑球座3与万向接头1相互远离。减震元件2能缓冲由于传动轴上串轴承轴向游隙，以及马达转子在转动的过程中产生的上下微小轴向串动带来的冲击力，提高了螺杆钻具的使用寿命。
48.在一些可选实施例中：参见图1所示，本技术实施例提供了一种全时接触减震型万向轴总成，该全时接触减震型万向轴总成的减震元件2优选但不限于为第二碟形弹簧，第二碟形弹簧通过自身的弹性变形来抵消马达转子、中间轴5和传动轴上下轴向串动带来的冲击力。
49.本技术实施例选用的碟形弹簧的特点如下：行程短、负荷重；所需空间小；组合使用方便，既可以单个使用，又可以多个串联或并联使用；维修换装容易；经济、安全性高；使用寿命长等显著优点。尤其是具有负荷重和所需空间小的特性非常适用于本技术的万向轴
总成。
50.本技术实施例的第二碟形弹簧的轴线与球座3的轴线平行或共线，第二碟形弹簧的数量根据需要可设有一个或设置多个，当球座3与万向接头1之间设置多个第二碟形弹簧时，多个第二碟形弹簧以对合、叠合或平铺的方式位于球座3和万向接头1之间，来调整球座3和万向接头1之间的弹力。
51.在万向接头1内设有容纳减震元件2的安装孔12，球座3远离球窝31的一端位于安装孔12内且与安装孔12滑动连接。安装孔12用于为减震元件2和球座3提供定位和安装空间，以使减震元件2以设定的位置和方向来安装减震元件2，保证减震元件2在万向接头1内可靠减震。
52.在一些可选实施例中：参见图1所示，本技术实施例提供了一种全时接触减震型万向轴总成，该全时接触减震型万向轴总成的万向接头1的侧壁上开设有用于向万向接头1内注入润滑脂的注油孔。外齿51与内齿11之间通过注油孔填充润滑脂，以润滑外齿51与内齿11之间的接触面，以及润滑球头4与球座3、中间轴5之间的接触面，在注油孔螺纹连接有油塞13。
53.在万向接头1与中间轴5之间设有分体环7、密封套管8和锁紧螺母9，分体环7位于万向接头1内且与内齿11的端面抵接，锁紧螺母9的外壁与万向接头1的内壁螺纹连接。密封套管8的一端夹持在分体环7和锁紧螺母9之间，密封套管8的另一端与中间轴5的外壁贴合，密封套管8上套设有将密封套管8锁紧在中间轴5上的喉箍10。
54.工作原理
55.本技术实施例提供了一种全时接触减震型万向轴总成，由于本技术的全时接触减震型万向轴总成设置了万向轴，该万向轴包括中间轴5以及套设于中间轴5端部的万向接头1，中间轴5的端部沿周向具有多个间隔设置的外齿51，万向接头1内沿周向设置有多个间隔设置的内齿11，外齿51与内齿11相互啮合，借此进行可变角度地传动连接。
56.弹性件6，沿万向轴的旋转方向，外齿51接触内齿11的齿面为外齿受力面51a，内齿11接触外齿51的齿面为内齿受力面11a，弹性件6被配置在外齿受力面51a和内齿受力面11a之间，以使相邻的外齿51和内齿11全时接触。
57.因此，本技术的全时接触减震型万向轴总成在外齿受力面51a和内齿受力面11a之间配置了弹性件6，该弹性件6能够弹性变形支撑相邻的外齿受力面51a和内齿受力面11a。可用弹性件6的变形来弥补中间轴5的外齿受力面51a和万向接头1的内齿受力面11a之间的间隙，使中间轴5的两端的多个外齿51能同时接触到万向接头1的多个内齿11上。
58.当万向轴转动时，弹性件6使中间轴5两端的外齿51和万向接头1的内齿11都能同时接触，分散马达产生的扭矩到每一个中间轴5的外齿51和万向接头1的内齿11a上，降低每个外齿51和内齿11的接触应力，从而提高万向轴总成的使用寿命。
59.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本
领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
60.需要说明的是，在本技术中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
61.以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。