04的凹槽D317里面沿轴向移动，且传动花键203的侧面315挤压凹槽D317的侧面，使得扭矩从上花键202传递给下花键一 204。此时，传动花键203继续沿轴向压缩弹簧205。
[0062]当本发明所承受的扭矩大于扭矩设定值时(扭矩设定值由弹簧205的压缩量决定)，传动花键203的接触面A303与上花键202的接触面B309在各自的弧顶接触滑动，传动花键203的凸台D314在下花键一 204的凹槽D317里面沿轴向移动，使得传动花键203的接触面A303的弧顶与下花键一 204的端面平齐，此时，上花键202不受传动花键203和下花键一 204的约束，不能带动传动花键203转动，使得上花键202相对于传动花键203和下花键一 204产生空转，不把过载的转矩传递到其他井下工具上，从而实现在扭矩过载情况下的对工具的保护。
[0063]当输入的扭矩值小于设定的过载保护扭矩时，弹簧205的回复力使得传动花键203的接触面A303对上花键202的接触面B309产生滑动摩擦，且传动花键203的凸台D314发生轴向位移，使得上花键202的扭矩继续通过传动花键203传递给下花键一 204。
[0064]在本实施例中，所述弹簧205为圆柱螺旋压缩弹簧、蝶形弹簧或波形弹簧中任意一种。
[0065]在本实施例中，所述上花键202的接触面B309和下花键二206的圆弧面D402为波浪形圆弧面或锯齿形斜面中任意一种。
[0066]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，本发明并不局限于上述方式，在不脱离本发明原理的前提下，还能进一步改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种扭矩过载保护工具，其特征在于，包括动力外筒(101)、过载保护装置(102)、轴承总成(103)、密封总成(104)和输出轴(105);所述过载保护装置(102)包括中心轴(201)、上花键(202)、下部传动装置、弹簧(205)和锁紧螺母(405)，上花键(202)、下部传动装置、弹簧(205)和锁紧螺母(405)均与中心轴(201)共轴；所述动力外筒(101)与过载保护装置(102)相连，过载保护装置(102)下部依次连轴承总成(103)和密封总成(104)，中心轴(201)与输出轴(105)相连； 所述中心轴(201)下端设有凸台B(307)和螺纹A(305)，上端设有台阶(301)和凸台A(302); 所述上花键(202) —段设有一圈均匀分布的凸台C(310)，凸台C(310)顶端为接触面B(309)，凸台C(310)间隙形成凹槽C(311);所述上花键(202)安装于中心轴(201)上，通过凸台A(302)固定，上端与台阶(301)抵紧;所述上花键(202)具有圆柱形外表面A(312)，在外表面A(312)的径向方向外侧设有凸台A(302)，凸台A(302)嵌入动力外筒(101)上对应的键槽，配合传递扭矩。2.根据权利要求1所述的一种扭矩过载保护工具，其特征在于，所述下部传动装置由传动花键(203)和下花键一 (204)组成，所述传动花键(203)外侧设有一圈放射状均匀分布的凸台D(314)，凸台D(314)—侧为接触面A(303)，上花键(202)的接触面B(309)嵌入传动花键(203)的接触面A(303)中，相互配合传递扭矩;所述下花键一(204)—段设有一圈均匀分布的凹槽D(317)，凸台D(314)嵌入凹槽D(317)中，相互配合传递扭矩； 所述上花键(202)的接触面B(309)和传动花键(203)的接触面A(303)为相连凹凸面； 所述弹簧(205) —端与传动花键(203)的端面(316)接触，使上花键(202)的接触面B(309)与传动花键(203)的接触面A(303)之间的滑动摩擦转化成轴向位移，进而转换成弹簧(205)的压缩位移； 所述下花键一 (204)的一个端面上沿轴向方向设有凹槽D(317)，在下花键一 (204)的内表面(318)沿径向向外设有凹槽E(319)，凸台B(307)嵌入凹槽E(319)，相互配合传递扭矩。3.根据权利要求2所述的一种扭矩过载保护工具，其特征在于，所述扭矩过载保护工具在顺时针或逆时针旋转且扭矩不超过设定的过载保护扭矩时，动力外筒(101)将扭矩传递给上花键(202)，上花键(202)通过接触面B(309)与传动花键(203)的接触面A(303)发生接触，通过摩擦力和周向推力带动传动花键(203)转动，进而带动下花键一(204)转动传递扭矩；当旋转扭矩超过设定的过载保护扭矩时，上花键(202)受到的扭矩过大，接触面B(309)与接触面A(303)之间的轴向推力大于摩擦力和周向推力，轴向推力带动传动花键(203)挤压弹簧(205)，使上花键(202)的接触面B(309)与传动花键(203)的接触面A(303)发生相对转动，而不带动下花键一 (204)转动，上花键(202)与下花键一 (204)之间的滑动摩擦转化成轴向位移，从而转换成弹簧(205)的压缩位移，无法将扭矩传递到中心轴(201)上，从而无法通过中心轴(201)将扭矩传递出去，达到了保护下部井下工具的目的。4.根据权利要求2所述的一种扭矩过载保护工具，其特征在于，所述上花键(202)的接触面B( 309)和传动花键(203)的接触面A( 303)为波浪形圆弧面或锯齿形斜面。5.根据权利要求1所述的一种扭矩过载保护工具，其特征在于，所述下部传动装置由下花键二( 206)和锁紧螺母(405)组成;所述下花键二( 206)上部设有一圈均匀分布的凹槽F(320)，凹槽F(320)上设有凸形圆弧面D(402);下花键二 (206)中部直径小于上部;所述锁紧螺母(405)通过螺纹A(305)安装在中心轴(201)上的；所述弹簧(205)环绕在下花键二 (206)中部，一端抵紧下花键二(206)上部的轴肩，另一端抵紧锁紧螺母(405);所述下花键二(206)端面由凹形圆弧面E(403)和凸形圆弧面D(402)间隔组成;所述上花键(202)由接触面B(309)和凹槽C(311)分别与下花键二(206)的凹形圆弧面E(403)和凸形圆弧面D(402)接触。6.根据权利要求5所述的一种扭矩过载保护工具，其特征在于，所述扭矩过载保护工具在顺时针或逆时针旋转且扭矩不超过设定的过载保护扭矩时，动力外筒(101)将扭矩传递给上花键(202)，上花键(202)通过接触面B(309)与传动花键(203)的圆弧面D(402)发生接触，通过摩擦力和周向推力带动下花键二 (206)转动；当旋转扭矩超过设定的过载保护扭矩时，上花键(202)受到的扭矩过大，接触面B(309)与圆弧面D(402)之间的轴向推力大于摩擦力和周向推力，轴向推力带动下花键二(206)挤压弹簧(205)，使上花键(202)的接触面B(309)与传动花键(203)的圆弧面D(402)发生相对转动，而不带动下花键二 (206)转动，上花键(202)与下花键二 (206)之间的滑动摩擦转化成轴向位移，从而转换成弹簧(205)的压缩位移，无法将扭矩传递到中心轴(201)上，从而无法通过中心轴(201)将扭矩传递出去，达到了保护下部井下工具的目的。7.根据权利要求5所述的一种扭矩过载保护工具，其特征在于，所述上花键(202)的接触面B(309)和下花键二 (206)的圆弧面D(402)为波浪形圆弧面或锯齿形斜面。8.根据权利要求1所述的一种扭矩过载保护工具，其特征在于，所述弹簧(205)为圆柱螺旋压缩弹簧、蝶形弹簧或波形弹簧中任意一种。
【专利摘要】本发明公开了一种扭矩过载保护工具，其特征在于，包括动力外筒、过载保护装置、轴承总成、密封总成和输出轴；所述过载保护装置包括中心轴、上花键、下部传动装置、弹簧和锁紧螺母，上花键、下部传动装置、弹簧和锁紧螺母均与中心轴共轴；上花键与下花键一之间通过传动花键传递扭矩；所述动力外筒与过载保护装置相连，过载保护装置下部依次连轴承总成和密封总成，中心轴与输出轴相连。本发明通过上花键与下部传动装置之间接触面的滑动接触，实现了弹簧压缩力对扭矩值的控制，当旋转扭矩超过设定的过载扭矩时，实现内部旋转，防止过大扭矩对中心轴连接的井下工具造成伤害，当旋转扭矩不超过设定的分离扭矩时，可以持续输出扭矩，完成作业。
【IPC分类】E21B4/00
【公开号】CN105569562
【申请号】CN201610102355
【发明人】王川, 周旭, 王国荣, 黎俊, 谢真强
【申请人】西南石油大学
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2016年2月25日