一种井下方位定向工具的双螺旋传动机构的制作方法

本发明涉及一种双螺旋传动机构，尤其是一种井下方位定向工具的双螺旋传动机构。

背景技术：

连续管钻井技术是当前国际上比较先进的钻井技术之一，连续管钻井方位定向器是连续管钻井过程中的核心工具，此井下方位定向器具有定向精度更高、输出扭矩高、不受钻井液类型限制、调整工具面无需要起钻以及可靠地控制连续管钻进方向与井眼轨迹的特点。

螺旋传动机构在生产中应用广泛，给人们的生活带来了极大的便利，螺旋传动机构将平移运动转换为旋转运动，螺旋传动机构输出轴的旋转运动参数有输出轴的转角和输出轴的扭矩，不同输出摆角和输出扭矩的螺旋机构应用在生产生活的方方面面。螺旋传动机构分为单级螺旋传动机构和多级螺旋传动机构（多为双螺旋传动机构），单级螺旋传动机构具有结构简单，体积小的特点，但输出转角和输出扭矩不如多级螺旋传动机构；双螺旋传动机构具有输出转角和输出扭矩大的特点，但结构较复杂、体积较大，双螺旋传动机构分为同向布置（内外螺旋副螺旋方向相反）双螺旋传动机构和异向布置（内外螺旋副螺旋方向相同）双螺旋传动机构，同向布置方式比异向布置方式具有更大的输出扭矩，异向布置方式比同向布置方式具有更大的输出转角。

技术实现要素：

本发明的目的在于：提供一种能将水平运动转换为旋转运动，同时具有较高的精度与较高扭矩的井下方位定向工具的双螺旋传动机构。

本发明的技术方案是：

一种井下方位定向工具的双螺旋传动机构，它由中间螺杆、输出螺杆、固定螺母和固定筒构成；其特征在于：固定筒的一端固装有左挡块，固定筒的另一端固装有右挡块；左挡块和右挡块之间的固定筒内装有固定螺母，固定螺母通过销钉分别与左挡块和右挡块连接；固定螺母内活动安装有中间螺杆和输出螺杆，中间螺杆分别与固定螺母和输出螺杆内啮合连接，所述的中间螺杆一端穿过左挡块延伸至固定螺母外端，输出螺杆一端穿过右挡块延伸至固定螺母外端。

所述的固定螺母为管状体，固定螺母内壁上设置有螺母螺旋齿。

所述的中间螺杆为圆柱体，中间螺杆的一端设置有装配凹，装配凹内设置有推力轴承组，中间螺杆的另一端设置有装配盲孔。

所述的中间螺杆下端的外表圆周上设置有螺杆外螺旋齿，与螺杆外螺旋齿对应的装配盲孔内壁上设置有螺杆内螺旋齿，中间螺杆通过螺杆外螺旋齿与螺母螺旋齿的配合与固定螺母啮合连接。

所述的输出螺杆为变径体，临近右挡块的输出螺杆上通过变径台肩装有限位轴承。

所述的输出螺杆的外表圆周上设置有输出螺杆螺旋齿；输出螺杆通过输出螺杆螺旋齿与螺杆内螺旋齿的配合与中间螺杆啮合连接。

所述的推力轴承组由推力轴承a和推力轴承b构成，推力轴承a和推力轴承b呈间隔状设置。

所述的螺杆外螺旋齿和螺杆内螺旋齿的螺旋朝向相同。

本发明的有益效果在于：

该井下方位定向工具的双螺旋传动机构的固定螺母与中间螺杆的外螺纹配合连接，构成第一级螺旋副（外螺旋副），输出螺杆与中间螺杆内螺纹配合连接，构成第二级螺旋副（内螺旋副），且外螺旋副的导程大于内螺旋副的导程。工作中在外力作用下中间螺杆可实现顺时针旋转前进与逆时针旋转后退。由于螺杆外螺旋齿和螺杆内螺旋齿的螺旋朝向相同，且外螺旋副导程大于内螺旋副导程，因此相比现有的单螺旋机构的异向布置（即外螺旋副螺旋方向与内螺旋副螺旋方向相反）的双螺旋机构、同向布置但外螺旋副导程小于内螺旋副导程的双螺旋机构，同时具有高扭矩输出和高精度控制的特点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中：1、中间螺杆，2、输出螺杆，3、固定螺母，4、和固定筒，5、左挡块，6、右挡块，7、销钉，8、螺母螺旋齿，9、推力轴承a，10、推力轴承b，11、螺杆外螺旋齿，12、螺杆内螺旋齿，13、输出螺杆螺旋齿，14、限位轴承。

具体实施方式

该井下方位定向工具的双螺旋传动机构由中间螺杆1、输出螺杆2、固定螺母3和固定筒4构成；固定筒4的一端固装有左挡块5，固定筒4的另一端固装有右挡块6；左挡块5和右挡块6之间的固定筒4内装有固定螺母3，固定螺母3通过销钉7分别与左挡块5和右挡块6连接固定。固定螺母3为管状体，固定螺母3内壁上设置有螺母螺旋齿8。

固定螺母3内活动安装有中间螺杆1，中间螺杆1为圆柱体，中间螺杆1的一端设置有装配凹，装配凹内设置有推力轴承组，推力轴承组由推力轴承a9和推力轴承b10构成，推力轴承a9和推力轴承b10在装配凹内呈间隔状设置。中间螺杆1的另一端设置有装配盲孔。装配盲孔内装有输出螺杆2，中间螺杆1一端穿过左挡块5延伸至固定螺母3外端，输出螺杆2一端穿过右挡块6延伸至固定螺母3外端。

中间螺杆1下端的外表圆周上设置有螺杆外螺旋齿11，与螺杆外螺旋齿11对应的装配盲孔内壁上设置有螺杆内螺旋齿12，中间螺杆1通过螺杆外螺旋齿11与螺母螺旋齿8的配合与固定螺母3啮合连接，由此构成第一级螺旋副（外螺旋副）；输出螺杆2的外表圆周上设置有输出螺杆螺旋齿13；输出螺杆2通过输出螺杆螺旋齿13与螺杆内螺旋齿12的配合与中间螺杆1啮合连接，由此构成第二级螺旋副（内螺旋副）。

输出螺杆2为变径体，临近右挡块6的输出螺杆2上通过变径台肩装有限位轴承14。

该双螺旋传动机构的内、外螺旋副为同向布置，即，螺杆外螺旋齿11和螺杆内螺旋齿12的螺旋朝向相同（外螺旋副螺旋方向与内螺旋副螺旋方向相同）；且外螺旋副的导程大于内螺旋副的导程。

该双螺旋传动机构在装配时，配合动力短节和单向传扭锁紧短节共同构成井下方位定向工具，其中，该双螺旋传动机构通过中间螺杆1和推力轴承组与动力短节的液压缸活塞杆连接，通过输出螺杆2与单向传扭锁紧短节的空心轴连接。工作时，中间螺杆1在液压缸活塞杆和双向的推力轴承组的作用下，可以实现顺时针旋转前进与逆时针旋转后退，其中，中间螺杆1在液压缸活塞杆和双向的推力轴承组的作用下旋转并轴向移动，输出螺杆2在中间螺杆1的作用下只能周向转动而不能轴向移动，输出螺杆2与中间螺杆1的转动方向相反；由此通过输出螺杆2带动单向传扭锁紧短节的空心轴旋转。

该双螺旋传动机构中间螺杆1的螺杆外螺旋齿11的结构参数为：中径=76mm、螺距p=18mm、线数n=6、导程l=n*p=108mm、牙顶间隙=1mm、基本牙型高度=0.5p=9mm、牙高=10mm、牙顶高z=0.25p=4.5mm、大径d=+2z=85mm、小径=65mm、牙根部宽度b=0.65p=11.7mm、牙型角=30°、摩擦因数=0.08、螺旋升角=24.34°、当量摩擦角=4.73°；

固定螺母3的螺母螺旋齿8结构参数为：中径=76mm、螺距p=18mm、线数n=6、导程l=n*p=108mm、牙顶间隙=1mm、基本牙型高度=0.5p=9mm、牙高=10mm、牙顶高z=0.25p=4.5mm、大径=87mm、小径=67mm、牙根部宽度b=0.65p=11.7mm、牙型角=30°、摩擦因数=0.08、螺旋升角=24.34°、当量摩擦角=4.73°。

输出螺杆2的输出螺杆螺旋齿13的结构参数为：中径=46mm、螺距p=18mm、线数n=5、导程l=n*p=90mm、牙顶间隙=1mm、基本牙型高度=0.5p=9mm、牙高=10mm、牙顶高z=0.25p=4.5mm、大径+2z=55mm、小径=35mm、牙根部宽度b=0.65p=11.7mm、牙型角=30°、摩擦因数=0.08、螺旋升角=31.91°、当量摩擦角

=4.73°；

中间螺杆1的螺杆内螺旋齿12的结构参数为：中径=46mm、螺距p=18mm、线数n=5、导程l=n*p=90mm、牙顶间隙=1mm、基本牙型高度=0.5p=9mm、牙高=10mm、牙顶高z=0.25p=4.5mm、大径=57mm、小径=37mm、牙根部宽度b=0.65p=11.7mm、牙型角=30°、摩擦因数=0.08、螺旋升角=31.91°、当量摩擦角

=4.73°。

该双螺旋传动机构由于外螺旋副螺旋方向与内螺旋副螺旋方向相同；且外螺旋副的导程大于内螺旋副的导程。因此对比于单螺旋机构、异向布置（即外螺旋副螺旋方向与内螺旋副螺旋方向相反）的双螺旋机构、同向布置但外螺旋副导程小于内螺旋副导程的双螺旋机

构，同时具有高扭矩输出和高精度控制的特点，双螺旋机构的工作参数为：（各参数代表含义为:中间螺杆位移；l:导程；f:液压作用力；d:中径；α:螺旋角；:当量摩擦角；m:输出扭矩，1：外螺旋；2：内螺旋），中间螺杆位移、输出螺杆转角

、中间螺杆转角、液压作用力、外螺旋副受力、内螺旋副受力

、理想输出扭矩

、实际输出扭矩、效率

、整个双螺旋行程角度、双螺旋总成

；不同螺旋机构的输出扭矩与控制精度的对比为：

（1）双螺旋同向布置：输出螺杆转角、中间螺杆转角、理想输出扭矩、

实际输出扭矩、效率η=31.16%；

（2）双螺旋同向布置：输出螺杆转角、

中间螺杆转角、理想输出扭矩

、实际输出扭矩

、效率η=26.98%；

（3）双螺旋异向布置；输出螺杆转角、

中间螺杆转角、理想输出扭矩

、实际输出扭矩

、效率η=80.72%；

（4）双螺旋异向布置：输出螺杆转角、

中间螺杆转角、理想输出扭矩

、实输出扭矩

、效率η=79.13%；

（5）单螺旋：输出螺杆转角、理想输出扭矩

、实际输出扭矩

、效率η=78.74%。

该双螺旋传动机构的输出螺杆2被固定筒4限制轴向位移。正向运动时，中间螺杆1在推力的作用下在固定螺母3内顺时针（从左向右看）旋转前进，由于受到中间螺杆1的推力作用，输出螺杆2在中间螺杆1内逆时针旋转；逆向运动时，中间螺杆1在推力的作用下在固定螺母3内逆时针旋转后退，由于受到中间螺杆1的推力作用，输出螺杆2在中间螺杆1内顺时针旋转，从而将外源推力转换为输出螺杆2的旋转运动。通过两级螺旋副的结构参数的设定，该双螺旋传动机构输出较高的扭矩，并具有较高的精度。