一种用于螺杆钻具的传扭万向轴

本发明属于螺杆钻具，具体为一种用于螺杆钻具的传扭万向轴。

背景技术：

1、螺杆钻具是油气钻探最常用的井下动力工具，螺杆钻具的万向轴总成是极其关键的部分，常常因为承受较大的载荷，而过度磨损失效或断裂。

2、目前，常用的万向轴有球铰接式、花瓣式、插接式万向轴。球铰接式万向轴依靠滚珠和多弧面接触，良好润滑条件下有较好耐磨性，但对橡胶密封套的要求较高，一旦出现橡胶密封套破损，球铰接式万向轴的滚珠和多弧面磨损会急剧增加，短时间内损坏失效；花瓣式万向轴在传递扭矩时由于相对滑动，多为点接触，弧面槽接头根部接触应力大，易出现磨损和疲劳断裂等问题。

3、插接式万向轴传扭部分是可相互配合的平面，实现了大面积的面接触传扭，可大幅降低接触应力；但相互插合的配合面在偏转角度稍大时，特别是螺杆钻具的定子和转子偏心距较大时，接触方式不是面接触，而是点接触，在传递大扭矩时，接触点的应力极大，且接触点在万向轴旋转过程中存在相对滑动，造成剧烈研磨，加快其磨损失效，插接式万向轴难以满足螺杆钻具大扭矩、长寿命的工程实际需求。

4、因此，业界亟需一种新型传扭万向轴，解决在井下空间有限的条件下，传递大扭矩、大载荷时万向轴磨损严重的问题。本发明提出一种用于螺杆钻具的传扭万向轴，采用完全平面啮合接触方式传递扭矩，采用球面接触传递轴向力，因接触面积大，能大幅度减小接触应力，在接触部位发生相对滑动过程中显著减小磨损，提升承载能力，提升万向轴寿命，具有较好的应用前景。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于螺杆钻具的传扭万向轴，以解决钻井作业中万向轴啮合面特殊的接触方式造成的过快磨损问题。

2、本发明的目的通过如下技术方案来实现：一种用于螺杆钻具的传扭万向轴，其特征在于，包括上活绞、第一销轴、上传扭体、第二销轴、连杆、第三销轴、下传扭体、第四销轴、下活绞、紧定螺钉、球座、密封圈、小钢球、柱塞。

3、所述上活绞下部通过第一销轴连接上传扭体；所述上传扭体下部通过第二销轴与连杆上部连接，所述连杆下部通过第三销轴与下传扭体连接，下传扭体通过第四销轴与下活绞连接；所述上活绞与下活绞在结构上完全一致；所述上传扭体与下传扭体在结构上完全一致，且上部的接触面和下部的接触面在空间上相互垂直；所述第一销轴、第二销轴、第三销轴、第四销轴在结构上完全一致；所述上传扭体和下传扭体的上部、下部都分别啮合球座可传递轴向力。

4、所述上活绞的接触面与上传扭体上部的接触面啮合接触；所述上传扭体下部的接触面与连杆上部的接触面啮合接触；所述连杆下部的接触面与下传扭体上部的接触面啮合接触；所述下传扭体与下活绞的接触面啮合接触，即可通过面接触来传递大扭矩，且上活绞接触面、上传扭体的上接触面和下接触面、连杆上部连杆接触面和下部连杆接触面、下传扭体的上接触面和下接触面、下活绞的接触面，及球座的球形面、上传扭体的上球形面和下球形面、下传扭体的上球形面和下球形面，都需堆焊耐磨合金，提高万向轴的耐磨性能和传递扭矩的能力。

5、所述第一销轴的环形槽和上传扭体的球珠槽之间可安装小钢球，所述小钢球的直径小于环形空间的直径，其余销轴的环形槽和球珠槽都具有此类特征，防止销轴掉落。

6、所述小钢球可通过柱塞定位，防止四处滚动。

7、所述柱塞可通过紧定螺钉定位，防止在通道内晃动。

8、所述上活绞与上传扭体配合时接触面的间隙小于上活绞与第一销轴之间的间隙；所述上传扭体与连杆配合时接触面的间隙小于连杆与第二销轴之间的间隙；所述连杆下部与下传扭体配合时接触面的间隙小于连杆与第三销轴之间的间隙；所述下传扭体下部与下活绞配合时接触面的间隙小于下活绞与第四销轴之间的间隙。

9、所述上活绞内部过盈安装有球座，所述球座的球形面的球心与上活绞的销轴孔中心线重合；所述上传扭体的上球形面球心与第一销轴孔中心线重合，即球心和中心线一一重合于交点a；所述上传扭体下部球形面球心和第二销轴孔中心、球座球形面球心和连杆上部的连杆销轴孔中心线一一重合于交点b；所述下传扭体的上部球形面球心和上部的销轴孔中心、球座球形面球心和连杆下部的销轴孔中心线一一重合于交点c；所述下传扭体下部的球形面球心和销轴孔中心、球座球形面的球心和下活绞销轴孔中心线一一重合于交点d，保证动态轴向力传递过程中的平稳性，球面球心与销轴轴线重合，使得上传扭体、连杆、下传扭体、下活绞等零件绕销轴的摆动不易卡顿，且轴向载荷由球面承载，显著提升承载能力。

10、所述传扭万向轴下部分结构的配合关系和上部分类似。

11、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

12、充分利用井下轴向空间，加长上、下传扭体长度，使销轴处于空间异面并垂直的状态，将上活绞、上传扭体、连杆、下传扭体、下活绞的侧接触面作为主要传递扭矩部位；用第一销轴去限制上传扭体的运动，用第二销轴去限制连杆的运动，用第三销轴去限制下传扭体的运动，用第四销轴去限制下活绞的运动，限制零件只能绕着销轴轴线在单个方向上摆动。第一销轴与上活绞销轴孔的间隙大于上活绞接触面和上传扭体上接触面之间的间隙，其余销轴和销轴孔与接触面的间隙与之类似，以保证面接触功能的实施，最终上活绞的旋转运动可演变为下活绞绕自身轴线的自转运动和距离上活绞轴线一定距离的偏心旋转运动，实现扭矩和旋转运动的传递；且所有接触面变得更为宽大，在相同扭矩作用下使得接触应力更小，从而减轻在相对滑移时的磨损；

13、上活绞内部安装有上球座，其球形面的球心与上活绞的销轴孔中心线重合，上传扭体的球形面球心与第一销轴孔中心线重合，其余球形面与销轴孔中心线皆具有此特点，即在装配完成之后，球心和中心线一一重合于一点，球面的球心与销轴轴线重合，使得上传扭体、连杆、下传扭体、下活绞等零件绕销轴轴线的摆动不易卡顿，且轴向载荷由球面承载，显著提升承载能力，确保万向轴动态轴向压力传递功能的完整实现；

14、本发明使用一段时间后，易磨损部位可以进行更换。本发明结构更加简单，加工更为方便，大大提高了螺杆钻具的整体可靠性和作业效率。

1.一种用于螺杆钻具的传扭万向轴，其特征在于，包括上活绞（1）、第一销轴（2）、上传扭体（3）、第二销轴（4）、连杆（5）、第三销轴（6）、下传扭体（7）、第四销轴（8）、下活绞（9）、紧定螺钉（10）、球座（11）、密封圈（12）、小钢球（13）、柱塞（14）；

2.根据权利要求1所述的一种用于螺杆钻具的传扭万向轴，其特征在于，所述上活绞（1）内部过盈安装有球座（11），所述球座（11）的球形面（1102）的球心与上活绞（1）的销轴孔（104）中心线重合；所述上传扭体（3）的上球形面（301）球心与第一销轴孔（302）中心线重合，即球心和中心线一一重合于交点a（15）；所述上传扭体（3）下球形面（308）的球心和第二销轴孔（309）中心、球座（11）球形面（1102）的球心和连杆（5）上部的连杆销轴孔（501）中心线一一重合于交点b（16）；所述下传扭体（7）上部的球形面球心和上部的销轴孔中心、球座（11）的球形面（1102）球心和连杆（5）下部的连杆销轴孔中心一一重合于交点c（17）；所述下传扭体（7）的下部球形面球心和下部的销轴孔中心、球座（11）的球形面（1102）球心和下活绞（9）销轴孔中心一一重合于交点d（18）。

3.根据权利要求1所述的一种用于螺杆钻具的传扭万向轴，其特征在于，所述上活绞（1）的上活绞接触面（103）、上传扭体（3）的上接触面（305）和下接触面（306）、连杆（5）上部的连杆接触面（503）和下部的连杆接触面、下传扭体（7）的上接触面和下接触面、下活绞（9）的接触面，及球座（11）的球形面（1102）、上传扭体（3）的上球形面（301）和下球形面（308）、下传扭体（7）的上球形面和下球形面，都需堆焊耐磨合金。

4.根据权利要求1所述的一种用于螺杆钻具的传扭万向轴，其特征在于，所述上传扭体（3）的球珠槽（307）和环形槽（201）的环形空间内部安装小钢球（13）；所述小钢球（13）的直径小于环形空间的直径。

5.根据权利要求1所述的一种用于螺杆钻具的传扭万向轴，其特征在于，所述上传扭体（3）上有安装孔a（303）和安装孔b（304），所述安装孔a（303）和安装孔b（304）结构上完全一致，所述安装孔a（303）和安装孔b（304）的轴线在空间上相互垂直且不相交，安装孔内均放置柱塞（14）；紧定螺钉（10）压紧所述柱塞（14）。