一种小尺寸螺杆钻具用球铰型万向轴的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种适用于石油、天然气钻井领域的螺杆钻具配置使用的球铰型万向轴，特别涉及一种小尺寸螺杆钻具用球铰型万向轴。
【背景技术】
[0002]螺杆钻具是一种容积式井下动力钻具，近30年以来在石油、天然气钻井和修井领域获得了广泛应用。它由旁通阀总成、马达总成、万向轴总成和传动轴总成等四个部分组成，其中万向轴总成上端和马达转子连接，下端与传动轴连接。在钻井工程中，限制螺杆钻具应用的问题之一就是螺杆钻具的使用寿命，其中万向轴的使用寿命是一个关键因素。由于转子的行星运动中既有公转部分又有自传部分，万向轴需将转子的行星运动转化为传动轴的定轴运动，从而将马达产生的扭矩和转速可靠、平稳地传递给钻头。在转化运动、传递扭矩和转速的过程中，万向轴受力状况复杂，承受交变载荷，然而由于径向空间有限，万向轴的结构和体积均受到限制，万向轴就成为影响螺杆钻具使用寿命的关键部件。
[0003]目前螺杆钻具球铰型万向轴的典型结构，如图1所示，其结构为:上活铰22、球座23、上锁母24、分体环25、密封套26、喉箍27、连杆28、下锁母29、传动钢球30、承压钢球31、下活铰32和丝堵33。承压钢球31装置在球座23和连杆28的球窝面内，使得连杆28能够绕承压钢球31摆动，同时由承压钢球31承受轴向力。4?8个传动钢球30分别装置于连杆28端部外圆表面上的球窝内以及上活铰22、下活铰32内壁上的圆弧槽内，此结构不仅允许连杆28能够绕承压钢球31摆动，同时传动钢球30实现了扭矩和转速的传递。密封套26的大端由分体环25和上锁母24或下锁母29紧固连接在上活铰22或下活铰32空间内部，小端由喉箍27卡紧在连杆28上。典型球铰型万向轴的缺点是:1、承压钢球31位于连杆28端部的球窝面内，连杆28端部的周向同时分布有4?8个装置传动钢球30的球窝面，为保证连杆28的强度要求、连杆28摆动时与球座23之间的径向间隙要求，承压钢球31的直径尺寸有一定限制(接触面小进而限制了万向轴的轴向力承载能力)，小尺寸螺杆钻具中承压钢球31的直径尺寸限制更明显，故设有承压钢球31与连杆28内部的结构会降低小尺寸螺杆钻具万向轴的轴向力承载能力；2、密封套26的大端由分体环25和上锁母24或下锁母29紧固连接在上活铰22或下活铰32的空间内部，而小尺寸螺杆钻具径向空间小，上活铰22、下活铰32没有足够的内部空间容纳其它零件，密封套26大端的密封方式不适用于小尺寸螺杆钻具。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种小尺寸螺杆钻具用球铰型万向轴，该万向轴结构简单紧凑、受力均匀合理，能可靠、平稳地传递转速和扭矩，提高了万向轴的承载能力。
[0005]本实用新型所采用的技术方案为:一种小尺寸螺杆钻具用球铰型万向轴，包括连杆，所述连杆的两端分别连接上活铰和下活铰，在连杆与上活铰之间、连杆与下活铰之间均设置有球座和多个传动钢球，这些传动钢球安设在连杆上端外壁与上活铰内壁之间，以及连杆下端外壁与下活铰内壁之间，其特征在于:所述连杆的两端均为外凸球面，所述连杆两端的外凸球面咬合设置在对应球座的内凹球窝面内，所述连杆的上端通过上密封装置和上活铰密封配置，下端通过下密封装置和下活铰密封配置，在两个密封装置内均充满了平衡内外压力的润滑剂。
[0006]按上述技术方案，所述上密封装置包括与上活铰密封连接的上锁母、与上锁母密封连接的上密封套，所述上密封套通过弹性挡圈密封卡装在连杆上；所述下密封装置包括与下活铰密封连接的下锁母、与下锁母密封连接的下密封套，所述下密封套通过弹性挡圈密封卡装在连杆上。
[0007]按上述技术方案，在上锁母上设置有凸台，在上密封套内对应设置有形状相配合的凹槽，上锁母的凸台嵌设在上密封套的凹槽内，上密封套通过弹性挡圈密封卡装在上锁母上；在下锁母上设置有凸台，在下密封套内对应设置有形状相配合的凹槽，下锁母的凸台嵌设在下密封套的凹槽内，下密封套通过弹性挡圈密封卡装在下锁母上。
[0008]按上述技术方案，所述上密封套设有大端和小端，上密封套的大端密封卡装在上锁母上，小端密封卡装在连杆上，所述下密封套设有大端和小端，下密封套的大端密封卡装在下锁母上，小端密封卡装在连杆上。
[0009]按上述技术方案，上锁母与上活铰通过螺纹连接，下锁母与下活铰通过螺纹连接，两者的螺纹旋向相反。
[0010]按上述技术方案，位于连杆上端的传动钢球安设在连杆上端外壁的球窝内以及上活铰内壁开口圆弧槽内，位于连杆下端的传动钢球安设在连杆下端外壁的球窝内以及下活铰内壁的开口圆弧槽内。
[0011]按上述技术方案，在上活铰内设置有上端润滑剂流通通道与上密封装置连通，在下活铰内设置下端润滑剂流通通道与下密封装置连通。
[0012]按上述技术方案，所述上端润滑剂流通通道包括在上活铰内均匀分布的多个第一轴向油孔、在连杆上端球座上设置的多条第一轴向油槽和第一环形油槽，第一轴向油孔与第一轴向油槽通过第一环形油槽连通；所述下端润滑剂流通通道包括在下活铰内均匀分布的多个第二轴向油孔、在连杆下端球座上设置的多条第二轴向油槽和第二环形油槽，第二轴向油孔与第二轴向油槽通过第二环形油槽连通。
[0013]本发明的有益效果是:1、连杆的外凸球面直接与球座配合，球面直径较大，接触面大、应力小，结构简单紧凑，提高了万向轴的承载能力和传递转速、扭矩的平稳性，适用于小尺寸螺杆钻具；2、密封套的曲面线型简单合理、易于加工，密封套的紧固方式简单可靠，降低了成本。
【附图说明】
[0014]图1是现有的典型球铰式万向轴的结构示意图。
[0015]图2是本实用新型的结构示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
[0017]如图2所示，本实施例提供了一种小尺寸螺杆钻具用球铰型万向轴，它包括上活铰1、下活铰15、连杆7、球座2、传动钢球13、上密封装置和下密封装置；在上活铰1、下活铰15的盲孔内分别安设有带内凹球窝面的球座2，连杆7两端头部均为外凸球面，其两端的外凸球面均咬合在对应球座2的内凹球窝面内，以承受轴向力；连杆7两端与上活铰1、下活铰15之间