一种用于螺杆钻具定子橡胶疲劳寿命的测试样件的制作方法

本实用新型涉及钻井设备技术领域，具体涉及一种用于螺杆钻具定子橡胶疲劳寿命的测试样件。

背景技术：

螺杆钻具马达是目前最广泛使用的一种井下动力钻具，主要用于定向井、水平井的造斜及扭方位施工，一部分也用于直井反扣或侧钻作业中。螺杆钻具的定子在转子旋转工作时，旋转摩擦产生的热量容易聚集在橡胶中，容易导致定子过早失效，从而降低螺杆钻具马达的工作效率和使用寿命。而国内、外关于提高螺杆钻具使用寿命的研究主要集中橡胶材料本身的压缩永久变形和压缩应力松弛作为特性指标、或常规的磨耗实验、或在定子橡胶配方的设计、或马达结构的设计(包括啮合线性设计、过盈量设计以及定子结构设计等)，以及一些相关零部件的加工技术上，没有关于实际工况下螺杆钻具马达的定子橡胶在交变载荷作用下的疲劳寿命室内实验方法和评价。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种用于螺杆钻具定子橡胶疲劳寿命的测试样件，测试出在实际的工况中橡胶衬套的疲劳性能，获得定子橡胶衬套在工作中的最长寿命状态及失效状态，使橡胶衬套的使用寿命得到有效的延长和保证。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种用于螺杆钻具定子橡胶疲劳寿命的测试样件，其特征在于，包括转子试样和定子试样，其中，转子试样包括转轮，转轮的端面上设有转轴，转轮的外表面周向分布有多个凸起，多个凸起使转轮的外轮廓成外摆线状；

定子试样包括底座和橡胶衬套，底座的上端面设有凹槽，凹槽的截面为圆弧形，橡胶衬套紧贴于凹槽固定于底座上，底座上沿凹槽的周围设有多个测温孔，测试时转子试样放置于定子试样中底座的凹槽内，转轮的外表面与底座凹槽上的橡胶衬套紧紧贴合。

按照上述技术方案，凹槽沿底座长度方向贯穿布置，转轴设置于转轮端面的中心轴线上，转轮的转动方向与凹槽的圆弧形面一致。

按照上述技术方案，凸起个数为3～9个。

按照上述技术方案，凸起沿轴向螺旋分布于转轮的外表面上使转轮的外表面呈螺旋状或凸起沿转轮周向均匀分布于转轮的外表面使转轮外表面的母线与转轮的轴线平行。

按照上述技术方案，转轮的直径和厚度的比值为3～6。

按照上述技术方案，橡胶衬套与底座粘贴固定，橡胶衬套的厚度在5～15mm。

按照上述技术方案，底座上设有固定孔，固定孔分布于橡胶衬套周围，固定孔个数为2～6个。

按照上述技术方案，测温孔个数为1～5个，沿橡胶衬套边缘分布。

按照上述技术方案，测温孔边缘距离橡胶衬套的边缘1～2mm。

按照上述技术方案，测温孔内设有温度传感器。

本实用新型具有以下有益效果：

通过转子试样在定子试样的橡胶衬套内旋转，模拟螺杆钻具在实际运转中定子橡胶衬套的工况，如定子橡胶衬套的受力工况和温度工况，进而测试出橡胶衬套的疲劳性能，从而依据不同工况下对螺杆钻具定子和转子的配合参数的选择具有指导性作用，提高橡胶衬套的使用寿命，也可以获得定子橡胶衬套在工作中的最长寿命状态及失效状态，使得马达定子能效大大提高，使橡胶衬套的使用寿命得到有效的延长和保证，依据检测到橡胶衬套的疲劳性能，还能对螺杆钻具的结构进行改进。

附图说明

图1是本实用新型实施例中用于螺杆钻具定子橡胶疲劳寿命的测试样件的立面图；

图2是本实用新型实施例中转轮外表面的母线与转轮的轴线平行时转子试样的立面图；

图3是本实用新型实施例中转轮的外表面呈螺旋状时转子试样的立面图；

图4是本实用新型实施例中定子试样的立面图；

图中，1-转子试样，2-定子试样，3-转轮，4-转轴，5-橡胶衬套，6-底座，7-凹槽，8-测温孔，9-固定孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。

参照图1～图4所示，本实用新型提供的一种实施例中用于螺杆钻具定子橡胶疲劳寿命的测试样件，其特征在于，包括转子试样1和定子试样2，其中，转子试样1包括转轮3，转轮3的端面上设有转轴4，转轮3的外表面周向分布有多个凸起，多个凸起使转轮3的外轮廓成外摆线状；

定子试样2包括底座6和橡胶衬套5，底座6的上端面设有凹槽7，凹槽7的截面为圆弧形，橡胶衬套5紧贴于凹槽7固定于底座6上，底座6上沿凹槽7的周围设有多个测温孔8，转子试样1放置于底座6的凹槽7内，转轮3的外表面与底座6凹槽7上的橡胶衬套5贴合；进行测试时将定子试样2固定于试验台上，转子试样1通过转轴4配装到试验台上方的试验主机上，试验台具有升降功能，通过试验台上升使转子试样1和定子试样2之间的过盈接触，试验主机驱动转子试样1旋转，在测试过程中可以在转轮3与橡胶衬套5之间加入一定的工作介质，可以更加真实模拟实际工作状况，通过转子试样1在定子试样2的橡胶衬套5内旋转，模拟螺杆钻具在实际运转中定子橡胶衬套5的工况，如定子橡胶衬套5的受力工况和温度工况，进而测试出橡胶衬套5的疲劳性能，从而依据不同工况下对螺杆钻具定子和转子的配合参数的选择具有指导性作用，提高橡胶衬套5的使用寿命，也可以获得定子橡胶衬套5在工作中的最长寿命状态及失效状态，使得马达定子能效大大提高，使橡胶衬套5的使用寿命得到有效的延长和保证，依据检测到橡胶衬套5的疲劳性能，还能对螺杆钻具的结构进行改进。

进一步地，凹槽7沿底座6长度方向贯穿布置，转轴4设置于转轮3端面的中心轴线上，转轮3的转动方向与凹槽7的圆弧形面一致。

进步一地，橡胶衬套5在径向截面的壁厚为等壁厚。

进一步地，凸起个数为3～9个。

进一步地，凸起沿轴向螺旋分布于转轮3的外表面上使转轮3的外表面呈螺旋状或凸起沿转轮3的周向均匀分布于转轮3的外表面使转轮3外表面的母线与转轮3的轴线平行。

进一步地，转轮3的直径和厚度的比值为3～6。

进一步地，橡胶衬套5与底座6粘贴固定，橡胶衬套5的厚度在5～15mm。

进一步地，底座6上设有固定孔9，固定孔9分布于橡胶衬套5周围，固定孔9个数为2～6个；用于将底座6固定于试验台上。

进一步地，测温孔8个数为1～5个，沿橡胶衬套5边缘分布。

进一步地，测温孔8边缘距离橡胶衬套5的边缘1～2mm。

进一步地，测温孔8内设有温度传感器。

进步一地，测温孔沿底座凹槽的圆弧边缘分布。

本实用新型的一个实施例中，本实用新型的工作原理：

所述的测试样件包括转子试样1和定子试样2，定子试样2由底座6和橡胶衬套5组成。橡胶衬套5与底座6粘接，橡胶衬套5在径向截面的壁厚为等壁厚。具体做法是：在一定的工作介质中，外表面多个凸起且为摆线形状的转子试样1在定子试样2上以一定的转速旋转，具体速度可以按照所构成的马达的实际工作公转速度，并且转子试样1和定子试样2接触的时候具有一定的过盈量，在测试的时候，记录转子试样1的多个凸起压过定子试样2的次数，在测试的过程中，记录橡胶温度的变化以及转子试样1和定子试样2的接触力的变化。在试样过程中，一旦发现橡胶产生了某种形式的失效，则将此次数结合转速转化为时间即可获得此定子橡胶的疲劳寿命。

以上的仅为本实用新型的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等效变化，仍属本实用新型的保护范围。