柔性萬向軸的製作方法

2023-06-15 23:17:26 1

專利名稱：柔性萬向軸的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種自由彎度的萬向軸，特別涉及適合不同彎度變化要求 的螺杆鑽具使用的萬向軸。
背景技術：
螺杆鑽具在多個領域應用廣泛，如地質勘探，鑽井，修井，煤氣層的開 發，各種管道的穿越施工及國防工程方面的鑽進作業。而近幾年來在油氣田的 鑽井中，螺杆鑽具被用於特殊工藝井，而這時要求螺杆鑽具必須適應於各種角 度的轉換。如鑽定向井、大斜度井、水平井、大位移井、多分支井、叢式井等 同時也可以用其鑽直井。
螺杆鑽具由旁通閥總成、馬達總成、萬向軸總成、傳動軸總成這四大部分 組成。
目前螺杆鑽具中的萬向軸總成(在彎殼體內)，其彎度連軸體均採用固定彎 度範圍的連軸體，在鑽井作業時，每改變一種角度，必須更換相應角度的彎殼 體及連接軸體才能實現角度的變化。這是因為目前使用的連接軸是將厚壁管沿 徑向切割成互相嚙合的兩個分而不斷開的花瓣體，封閉的切割線構成一定間隙， 間隙的大小取決於彎度範圍的大小，由於兩個瓣體內腔通過球座及球體或撓杆 裝置來承受壓力，同時瓣體承受鑽具的扭矩傳遞，在使用中逐漸磨損，使瓣縫 的間隙逐漸加大，而球座及球體或撓杆的磨損也逐漸變小或變短，使軸向間隙 逐漸增大，所以瓣體在工作中承受一定的軸向壓力，它的工作縫隙也就逐漸變 小，使兩瓣體越來越不靈活，並加大了傳遞扭矩，更增加了瓣體切割間隙的加 大。當間隙增大到一定範圍時，在鑽具扭矩和拉力下，兩瓣體極易脫開，這樣 必然會造成鑽井事故，所以目前使用的萬向軸因鑽井要求的提高(指特殊工藝 井、大斜度井、水平井、大位移井、多分支井、叢式井、直井、測井)在鑽井 過程中如萬向軸的角度小就不能適應大彎度的鑽具鑽進，必須更換萬向軸，而彎度過大又使花瓣局部縫隙變小承受過大扭矩，加快了磨損的速度而使鑽具提 前失效。特別是瓣式萬向軸通過面與面的摩擦來傳遞扭矩，他不但工作壽命相 對較短，而且在工作中還消耗了大量的機械能，減小了鑽具的輸出扭矩，降低 了馬達的效率。所以說目前萬向軸的結構已不適應各種鑽井作業的需求。
本設計將以一種新穎簡潔而耐用的結構適應各種角度變化而給用戶帶來更 大的方便和效益。
實用新型內容
本實用新型所要解決的技術問題是提供一種結構簡單、使用壽命長、適應 各種角度變化的柔性萬向軸。
為解決上述技術問題，本實用新型的技術方案是柔性萬向軸，包括輸入 動力的第一接頭和輸出動力的第二接頭，所述第一接頭和所述第二接頭之間設 有萬向節，所述萬向節包括
彈性鋼絲或鋼條編織的彈性套筒，兩端固定安裝在所述第一接頭和第二接 頭上，用於傳遞扭矩並適應動力輸入軸和動力輸出軸的位置變化。
活絡節組件，安裝在所述彈性套筒內部，具有任意彎曲的自由度，用於防 止所述第一接頭和第二接頭之間的軸向移動，並阻止所述彈性套筒的彈性鋼絲 或鋼條向彈性套筒內腔破壞性彎曲，所述活絡節組件的兩端活絡節分別連接至 所述第一接頭和第二接頭，或者兩端活絡節分別作為所述第一接頭和第二接頭 的一部分。
作為一種優選的方案，所述彈性鋼絲或鋼條在所述套筒上左旋和右旋交替 設置。
作為一種優選的方案，所述活絡節組件包括至少三個活絡節，所述相鄰兩 活絡節端面之間具有一定間隙且端面上分別設有球面狀凹坑，所述凹坑內安裝 有鋼球。
作為對上述技術方案的改進，所述活絡節內設有連通球面狀凹坑和所述活 絡節外表面的潤滑通道。
作為一種優選的方案，所述活絡節組件包括至少三個活絡節，所述相鄰兩活絡節之間的一個活絡節端面上設有半圓柱狀凸起，所述相鄰兩活絡節之間的 另一活絡節端面上設有與半圓柱狀凸起相配合的半圓柱狀凹槽，所述中間活絡 節一個端面上的半圓柱狀凸起或半圓柱狀凹槽與另一個端面上的半圓柱狀凸起
或半圓柱狀凹槽的軸線相差90。。
作為對上述技術方案的改進，所述中間活絡節的一個端面上設置有半圓柱 狀凸起，另一個端面上設置有半圓柱狀凹槽。
由於採用了上述技術方案，萬向軸的萬向節的外部結構由彈性鋼絲或鋼條
編織的彈性套筒取代了花瓣式的連接體，由剛式的硬連接變為柔性的軟連接， 由它來主要承擔萬向軸的扭矩，在不主要承受壓力的情況下，轉動靈活方便， 有極高的耐磨性。在正常使用中，扭矩主要通過鋼絲或鋼條傳遞，在承受扭力 或其它力時，因為它是柔性的，減緩了力的衝擊，而且將扭矩轉變為拉力，所 以不容易斷裂，壽命更長。在彈性套筒的內腔安裝了即可防止所述第一接頭和 第二接頭之間的軸向移動、又能阻止所述彈性套筒的彈性鋼絲或鋼條向內腔破 壞性彎曲的活絡節組件，利用活絡節之間的縫隙，可形成各種不同角度的轉動 面，它的調節可以根據實際需要來完成，因此能滿足工礦中各種應用角度的實 現，滿足客戶的要求。

圖1是本實用新型實施例一的結構示意圖； 圖2是本實用新型實施例二的結構示意圖。
具體實施方式
實施例一
如圖1所示，柔性萬向軸，包括輸入動力的第一接頭l和輸出動力的第二 接頭2，所述第一接頭1和所述第二接頭2之間設有萬向節，所述萬向節包括:
彈性鋼絲或鋼條編織的彈性套筒3，兩端固定安裝在所述第一接頭1和第 二接頭2上，用於傳遞扭矩並適應動力輸入軸和動力輸出軸的位置變化；所述 彈性套筒3為彈性鋼絲或鋼條編織的至少兩層套筒。所述彈性鋼絲或鋼條在所述套筒上呈左螺旋和右螺旋交替設置，每根鋼絲或鋼條的兩端都固定在所述第
一接頭1和第二接頭2上。
活絡節組件4，安裝在所述彈性套筒3內部，具有任意彎曲的自由度，用 於防止所述第一接頭1和第二接頭2之間的軸向移動，並阻止所述彈性套筒3 的彈性鋼絲或鋼條向彈性套筒3的內腔破壞性彎曲，這種破壞性彎曲是指彈性 鋼絲或鋼條向彈性套筒3的內腔過度彎曲而發生塑性變形。所述活絡節組件4 的兩端活絡節41、 42分別連接至所述第一接頭1和第二接頭2，當然兩端活絡 節41、 42也可以分別作為所述第一接頭1和第二接頭2的一部分。
所述活絡節組件4包括至少三個活絡節，本實施例示出了四個活絡節的情 況，所述相鄰兩活絡節端面之間具有一定間隙且端面上分別設有球面狀凹坑， 所述凹坑內安裝有鋼球44。
所述活絡節41、 42、 43內設有連通球面狀凹坑和所述活絡節外表面的潤滑 通道45，潤滑通道45可保證泥漿通過彈性套筒3的縫隙進入到球面狀凹坑內， 起到潤滑鋼球44的作用，保證活絡節工作靈活。
本實施例通過以下幾個方面滿足現有範圍內工礦作業的需求
①萬向節的外部結構是由鋼絲或鋼條編制而成的，彎度的調整更加容易； ②經過鋼絲過濾的液體潤滑內部的各個部件以減少摩擦，延長了使用壽命；③ 因為承擔扭矩的彈性套筒是柔性的，能極大程度上減緩各種抗力，不易發生斷 裂，壽命更長；④因為它的摩擦力很小，傳遞扭矩時能夠極大地減少損失， 從而提高馬達的效率，節約能源。
實施例二-
本實施例與實施例一的結構基本相同，不同之處在於所述活絡節組件有所 區別。
本實施例中，所述活絡節組件4包括至少三個活絡節，本實施例示出了六 個活絡節的情況，所述相鄰兩活絡節之間的一個活絡節端面上設有半圓柱狀凸 起51，所述相鄰兩活絡節之間的另一活絡節端面上設有與半圓柱狀凸起相配合 的半圓柱狀凹槽，所述中間活絡節一個端面上的半圓柱狀凸起或半圓柱狀凹槽與另一個端面上的半圓柱狀凸起或半圓柱狀凹槽的軸線相差90。。
本實施例中，所述中間活絡節的一個端面上設置有半圓柱狀凸起，另一個
端面上設置有半圓柱狀凹槽。這種結構使得中間活絡節完全相同，從而可以選
擇任意節數組合，降低生產成本，便於維修更換。
本實施例的所述活絡節組件除了居於實施例一的所述活絡節組件的作用
外，還具有傳遞扭矩的作用，從而分擔了彈性套筒的扭矩傳遞，延長了使用壽命。
以上實施例僅僅是本實用新型最佳實施方式的距離，而不是對本實用新型 保護範圍的限制。作為本領域的普通工程技術人員，任何基於本實用新型的發 明精神而作出的等效技術變換，都在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.柔性萬向軸，包括輸入動力的第一接頭和輸出動力的第二接頭，所述第一接頭和所述第二接頭之間設有萬向節，其特徵在於所述萬向節包括彈性鋼絲或鋼條編織的彈性套筒，兩端固定安裝在所述第一接頭和第二接頭上，用於傳遞扭矩並適應動力輸入軸和動力輸出軸的位置變化；活絡節組件，安裝在所述彈性套筒內部，具有任意彎曲的自由度，用於防止所述第一接頭和第二接頭之間的軸向移動，並阻止所述彈性套筒的彈性鋼絲或鋼條向彈性套筒內腔破壞性彎曲，所述活絡節組件的兩端活絡節分別連接至所述第一接頭和第二接頭，或者兩端活絡節分別作為所述第一接頭和第二接頭的一部分。
2. 如權利要求l所述的柔性萬向軸，其特徵在於所述彈性鋼絲或鋼條在 所述套筒上左旋和右旋交替設置。
3. 如權利要求1或2所述的柔性萬向軸，其特徵在於所述活絡節組件包 括至少三個活絡節，所述相鄰兩活絡節端面之間具有一定間隙且端面上分別設 有球面狀凹坑，所述凹坑內安裝有鋼球。
4. 如權利要求3所述的柔性萬向軸，其特徵在於所述活絡節內設有連通 球面狀凹坑和所述活絡節外表面的潤滑通道。
5. 如權利要求1或2所述的柔性萬向軸，其特徵在於所述活絡節組件包 括至少三個活絡節，所述相鄰兩活絡節之間的一個活絡節端面上設有半圓柱狀 凸起，所述相鄰兩活絡節之間的另一活絡節端面上設有與半圓柱狀凸起相配合 的半圓柱狀凹槽，所述中間活絡節一個端面上的半圓柱狀凸起或半圓柱狀凹槽與另一個端面上的半圓柱狀凸起或半圓柱狀凹槽的軸線相差90。。
6. 如權利要求5所述的柔性萬向軸，其特徵在於所述中間活絡節的一個端面上設置有半圓柱狀凸起，另一個端面上設置有半圓柱狀凹槽。
專利摘要本實用新型公開了一種柔性萬向軸，所述萬向軸的萬向節的外部結構由彈性鋼絲或鋼條編織的彈性套筒取代了花瓣式的連接體，由剛式的硬連接變為柔性的軟連接，由它來主要承擔萬向軸的扭矩，轉動靈活方便，有極高的耐磨性。在正常使用中，扭矩主要通過鋼絲或鋼條傳遞，在承受扭力或其它力時，因為它是柔性的，減緩了力的衝擊，而且將扭矩轉變為拉力，所以不容易斷裂，壽命更長。在彈性套筒的內腔安裝了活絡節組件，利用活絡節之間的縫隙，可形成各種不同角度的轉動面，它的調節可以根據實際需要來完成，因此能滿足工礦中各種應用角度的實現，滿足客戶的要求。
文檔編號E21B17/05GK201377522SQ20082017324
公開日2010年1月6日 申請日期2008年10月16日 優先權日2008年10月16日
發明者豐士俊, 馮寶忠, 單連茂, 王福濤, 波 賀 申請人:濰坊盛德石油機械製造有限公司