專利名稱：一種井下馬達萬向軸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種油氣田鉆探設(shè)備，尤其涉及一種井下馬達萬向軸。
背景技術(shù)：
在油氣田鉆探過程中，需要使用一種動力驅(qū)動鉆頭旋轉(zhuǎn)來破碎地層，實現(xiàn)鉆井；井 下馬達就是這種以鉆井液為動力，把液體壓力能轉(zhuǎn)為機械能的容積式井下動力鉆具。當(dāng)泥 漿泵泵出的泥漿流經(jīng)旁通閥進入馬達，在馬達的進、出口形成一定的壓力差，推動轉(zhuǎn)子繞定 子的軸線旋轉(zhuǎn)，并將轉(zhuǎn)速和扭矩通過萬向軸和傳動軸傳遞給鉆頭，從而實現(xiàn)鉆井作業(yè)。由于馬達的轉(zhuǎn)子是偏心的，轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)時即產(chǎn)生繞自身中心線的自轉(zhuǎn)，又 會在偏心距的作用下繞定子中心線的公轉(zhuǎn)，將轉(zhuǎn)速和扭拒傳遞到鉆頭；在傳遞過程中，需要 將轉(zhuǎn)子的不平穩(wěn)的偏心轉(zhuǎn)動，傳遞到傳動軸的同心平穩(wěn)轉(zhuǎn)動，這一過程就由萬向軸來實現(xiàn)。目前，國內(nèi)使用的馬達萬向軸采用的是花瓣式和球鉸接式；花瓣式加工工藝復(fù)雜、 摩擦面無潤滑，所以使用壽命短，無法滿足正在興起的大扭拒低轉(zhuǎn)速井下馬達的要求；球鉸 接式萬向軸雖然有潤滑油潤滑，但是傳遞扭拒的接觸面屬于線接觸，同樣使用壽命短，無法 滿足正在興起的大扭拒低轉(zhuǎn)速井下馬達的要求。

實用新型內(nèi)容發(fā)明目的針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實用新型的目的是提供一種井下馬達 萬向軸，以滿足大扭拒、低轉(zhuǎn)速的使用需求。技術(shù)方案為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實用新型采用的技術(shù)方案為—種井下馬達萬向軸，包括設(shè)置在萬向軸殼體內(nèi)的上萬向節(jié)、芯軸和下萬向節(jié)，所 述的上萬向節(jié)和下萬向節(jié)分別設(shè)置在芯軸的兩端，所述的上萬向節(jié)和下萬向節(jié)分別通過球 形頂塊與芯軸接觸，在芯軸上下兩端均設(shè)有半圓擋鍵，在半圓擋鍵上設(shè)有球形套；在芯軸的 外周設(shè)有波紋形油封，波紋形油封與上萬向節(jié)和下萬向節(jié)連接，波紋形油封的球形面與球 形套的球面相接觸；在芯軸上設(shè)置有球頂柱面滑鍵，所述的球頂柱面滑鍵與芯軸、上萬向節(jié) 和下萬向節(jié)一起形成滑鍵配合。所述的球頂柱面滑鍵包括圓柱體，在圓柱體上設(shè)置有方板，所述的方板的頂部為 球面。所述的滑鍵配合為球頂柱面滑鍵的圓柱體設(shè)置在芯軸上對應(yīng)的圓柱孔內(nèi)，可在 芯軸對應(yīng)的圓柱孔內(nèi)轉(zhuǎn)動；球頂柱面滑鍵的方板設(shè)置在上萬向節(jié)或下萬向節(jié)對應(yīng)的鍵槽， 球頂柱面滑鍵的球面與上萬向節(jié)或下萬向節(jié)對應(yīng)的鍵槽根部圓柱形面相配合，上萬向節(jié)或 下萬向節(jié)對應(yīng)的鍵槽根部的圓柱面可沿著球頂柱面滑鍵頂部球面以同一圓心在球頂柱面 滑鍵頂部球面上轉(zhuǎn)動。在所述的芯軸的兩端均設(shè)置有4至8組球頂柱面滑鍵。在所述的上萬向節(jié)和下萬向節(jié)上均設(shè)有浮塞，在波紋形油封和芯軸之間設(shè)置有0 形密封圈，所述的浮塞與0形密封圈配合使用后形成萬向軸上下2個密封腔，在該密封腔內(nèi)設(shè)置有潤滑脂。在所述的上萬向節(jié)和下萬向節(jié)上均設(shè)有浮塞的移動腔體。所述的波紋形油封為2個，所述的波紋形油封的一端為固定端，另一端為自由端， 所述的固定端通過螺紋與上萬向節(jié)或下萬向節(jié)連接；所述的自由端在芯軸上上下移動。所述的波紋形油封包括上密封接頭、0型圈、壓環(huán)、膠筒和下密封接頭；上密封接 頭上部為球形面，與球形套的球形面相配合，在上密封接頭上設(shè)有螺紋與上萬向節(jié)或下萬 向節(jié)的內(nèi)螺紋相配合；所述的0型圈將波紋形油封與上萬向節(jié)或下萬向節(jié)密封??；通過壓 環(huán)將上密封接頭和下密封接頭固定設(shè)置在膠筒的兩端。萬向軸是將馬達轉(zhuǎn)子的偏心旋轉(zhuǎn)，傳遞到傳動軸的同心平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)，同時傳遞著巨 大的扭拒到鉆頭來破碎巖石；在將偏心旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變成平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)這一過程中，萬向軸上下兩個 萬向節(jié)在完成著這種工作，整個工作原理是上萬向節(jié)將轉(zhuǎn)子的偏心旋轉(zhuǎn)通過萬向軸芯軸 傳遞到下萬向節(jié)，后再傳遞到傳動軸產(chǎn)生平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)；上下兩個萬向節(jié)在傳遞扭拒及轉(zhuǎn)速中， 隨芯軸一起旋轉(zhuǎn)外，還在芯軸上上下左右擺動，消除了偏心帶來的影響，實現(xiàn)了萬向的功 能；本實用新型的萬向軸上下兩個萬向節(jié)在芯軸上上下左右擺動時有潤滑油潤滑，使得萬 向軸內(nèi)的運動件靈活、可靠，大大減少了磨損，延長了使用壽命。有益效果本實用新型的井下馬達萬向軸，在整個井下馬達中起著承上啟下的作 用，它的靈活性和設(shè)計結(jié)構(gòu)直接影響著整個井下馬達傳遞扭拒及轉(zhuǎn)速的大小，以及馬達轉(zhuǎn) 子和傳動軸的強度，關(guān)系到整個井下馬達的使用壽命。該實用新型的井下馬達萬向軸，結(jié)構(gòu) 簡單、緊湊、使用靈活、可靠、功能齊全、使用壽命長、傳遞扭拒大等優(yōu)點，是花瓣式萬向軸的 替代品，具有比球鉸接式萬向軸強度高、傳遞扭拒大、結(jié)構(gòu)較之簡單的特點，適合于當(dāng)前鉆 井所需求的大扭拒、低轉(zhuǎn)速井下馬達。應(yīng)用井下馬達可實現(xiàn)直徑、斜井、大位移井、水平井、分支井、魚刺井的鉆井，提高 油公司的增產(chǎn)上儲；減少占用土地，有利于保護環(huán)境、縮短見井周期、杜絕或減少事故的發(fā) 生；有利于少投入、多產(chǎn)出，大大的降低了開發(fā)成本。本實用新型的萬向軸適合用于100、 165、172、197、244外徑尺寸的井下馬達配套，上述外徑尺寸的井下馬達基本囊括了鉆井所 需求的使用范圍。

圖1是井下馬達的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是井下馬達萬向軸的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是波紋形油封的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4球頂柱面滑鍵的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是圖4的B-B向剖視圖。圖6是圖4的A向視圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型做進一步的解釋。如圖1所示，為井下馬達結(jié)構(gòu)。井下馬達包括馬達部分1、萬向軸部分4和傳動軸 部分5。馬達部分1包括馬達定子2和設(shè)置在馬達定子2內(nèi)的馬達轉(zhuǎn)子3。傳動軸部分5包括傳動軸6和設(shè)置在傳動軸6外的傳動軸外殼7。萬向軸外殼上端與馬達外殼相連，萬 向軸外殼下端與傳動軸外殼7相連；萬向軸上端與馬達轉(zhuǎn)子3相連，萬向軸下端與傳動軸6 相連。如圖2所示，為萬向軸的結(jié)構(gòu)。萬向軸包括浮塞8、球形頂塊9、上萬向節(jié)10、球頂 柱面滑鍵11、半圓擋鍵12、球形套13、波紋形油封14、芯軸15、下萬向節(jié)16和外殼17?，F(xiàn)有的萬向軸在萬向節(jié)與芯軸之間，采用4至6個鋼球來傳遞轉(zhuǎn)速和扭拒；鋼球一 半坐在芯軸內(nèi)，另一半與萬向節(jié)半圓槽接觸來傳遞扭拒，由于鋼球與萬向節(jié)半圓槽是線接 觸，所以磨損快、使用壽命短、無法承受大扭拒。本實用新型的井下馬達萬向軸，上萬向節(jié)10、下萬向節(jié)16分別通過球形頂塊9與 芯軸15接觸，半圓擋鍵12分別鑲在芯軸15上下兩端，由球形套13頂在半圓擋鍵12上，再 通過波紋形油封14的球形面與球形套13的球面相接觸，波紋形油封14螺紋與上萬向節(jié) 10、下萬向節(jié)16螺紋連接，在芯軸15上設(shè)置有球頂柱面滑鍵11，球頂柱面滑鍵11與芯軸 15、上萬向節(jié)10和下萬向節(jié)16 —起形成滑鍵配合，就組成整個萬向軸部分4。如圖4、圖5和圖6所示，為球頂柱面滑鍵11的結(jié)構(gòu)。本實用新型的井下馬達萬 向軸上的球頂柱面滑鍵11下部圓柱體24插進芯軸15對應(yīng)的圓柱孔內(nèi)，球頂柱面滑鍵11 上部滑鍵平板25插進上萬向節(jié)10或下萬向節(jié)16對應(yīng)的鍵槽內(nèi)形成滑鍵配合；球頂柱面滑 鍵11頂部的球面26與上萬向節(jié)10或下萬向節(jié)16對應(yīng)的鍵槽根部圓柱形面相對應(yīng)。該滑 鍵配合為球頂柱面滑鍵11下部的圓柱體25插在芯軸15對應(yīng)的圓柱孔內(nèi)，并可在芯軸15 對應(yīng)的圓柱孔內(nèi)轉(zhuǎn)動，撥動芯軸15轉(zhuǎn)動來傳遞扭拒及轉(zhuǎn)速，起萬向轉(zhuǎn)動的一部分作用；球 頂柱面滑鍵11上部滑鍵平板25插進上萬向節(jié)10或下萬向節(jié)16對應(yīng)的鍵槽內(nèi)起到傳遞扭 拒及轉(zhuǎn)速，其上萬向節(jié)10或下萬向節(jié)16對應(yīng)的鍵槽根部的圓柱面可沿著球頂柱面滑鍵11 頂部球面26以同一圓心在球頂柱面滑鍵11頂部球面26上轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)另一部分萬向轉(zhuǎn)動作 用；上述兩部分轉(zhuǎn)動作用就形成整體的萬向軸作用。整體工作原理是上萬向節(jié)10、下萬向 節(jié)16連同球頂柱面滑鍵11 一起，可在芯軸15上左右轉(zhuǎn)動；上萬向節(jié)10和下萬向節(jié)16，可 在球頂柱面滑鍵11與芯軸15上，上下轉(zhuǎn)動。井下馬達萬向軸上的上下兩端，每端安裝有4 至8組球頂柱面滑鍵11。如圖3所示，為波紋形油封的結(jié)構(gòu)。波紋形油封14主要包括密封接頭18、0型圈 19、壓環(huán)20、膠筒21和下密封接頭22組成；上密封接頭18上部為球形面，與球形套13的 球形面相吻合，可在球形套13的球形面上以同一圓心上下左右轉(zhuǎn)動；上密封接頭18的螺紋 與上萬向節(jié)10或下萬向節(jié)16的內(nèi)螺紋相吻合，其上的0型圈19將波紋形油封14與上萬 向節(jié)10或下萬向節(jié)16密封??；將內(nèi)外波紋橡膠套與金屬波紋增強層粘接擠壓后，進行硫化 成波紋形膠筒21 ；膠筒21與上密封接頭18、壓環(huán)20、下密封接頭22內(nèi)外粘接擠壓，后將膠 筒與上密封接頭18、壓環(huán)20、下密封接頭22牢牢的連接在一起，形成波紋形油封14。本實用新型的井下馬達萬向軸波紋形油封14與浮塞8形成了對萬向軸內(nèi)所有活 動件的動密封，若干0形密封圈形成對萬向軸內(nèi)所有活動件的靜密封；萬向軸波紋形油封 14、浮塞8與若干0型圈形成了萬向軸上下兩個密封腔，密封腔內(nèi)注滿耐高溫的潤滑脂；地 面注滿耐高溫的潤滑脂的密封腔內(nèi)壓力很小，當(dāng)下入井內(nèi)，數(shù)千米井筒壓力對密封腔形成 巨大的壓差，此時，就由浮塞8、波紋形油封14的移動，壓縮密封腔內(nèi)的耐高溫潤滑脂，進行 了密封腔內(nèi)的壓力補償，大大縮小了密封腔內(nèi)壓力與外面壓力之間的壓差，并使得壓力腔
5內(nèi)損耗的潤滑脂得到補充。本實用新型的井下馬達萬向軸波紋形油封14，一端與萬向節(jié)連接并將上萬向節(jié) 10、下萬向節(jié)16與芯軸15連成一體，兩者之間有一道0型圈將密封腔封??；波紋形油封14 另一端是自由端，套在芯軸15上，并可在芯軸15上上下移動，波紋形油封14與芯軸15之 間有一道0形密封圈，將密封腔封??；波紋形油封14的自由端在外壓的作用下向里移動，可 壓縮密封腔內(nèi)的耐高溫潤滑脂，使得密封腔內(nèi)的壓力與密封腔外的壓力保持平衡，從而保 護了密封件密封效果、延長了密封件的使用壽命；另外，波紋形油封14的自由端在外壓的 作用下向里移動，彌補了由于密封腔內(nèi)各活動件的運動損耗掉的潤滑脂；本實用新型的井下馬達萬向軸兩端的浮塞8，在上萬向節(jié)10、下萬向節(jié)16內(nèi)有一 段移動腔體，浮塞8在外壓作用下向里移動，壓縮密封腔內(nèi)的潤滑脂，使得密封腔內(nèi)的壓 力與密封腔外的壓力保持平衡，同時彌補了由于密封腔內(nèi)各活動件的運動損耗掉的潤滑 脂。井下馬達萬向軸在整個井下馬達中起著承上啟下的作用，它的靈活性和設(shè)計結(jié)構(gòu) 直接影響著整個井下馬達傳遞扭拒及轉(zhuǎn)速的大小，以及馬達轉(zhuǎn)子和傳動軸的強度，關(guān)系到 整個井下馬達的使用壽命。該實用新型的井下馬達萬向軸，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、使用靈活、可 靠、功能齊全、使用壽命長、傳遞扭拒大等優(yōu)點，是花瓣式萬向軸的替代品，具有比球鉸接式 萬向軸強度高、傳遞扭拒大、結(jié)構(gòu)較之簡單的特點，適合于當(dāng)前鉆井所需求的大扭拒、的轉(zhuǎn) 速井下馬達。應(yīng)用井下馬達可實現(xiàn)直徑、斜井、大位移井、水平井、分支井、魚刺井的鉆井，提高 油公司的增產(chǎn)上儲；減少占用土地，有利于保護環(huán)境、縮短見井周期、杜絕或減少事故的發(fā) 生；有利于少投入、多產(chǎn)出，大大的降低了開發(fā)成本。本實用新型的萬向軸適合于100、165、 172、197、244外徑尺寸的井下馬達配套，上述外徑尺寸的井下馬達基本囊括了鉆井所需求 的使用范圍。
權(quán)利要求一種井下馬達萬向軸，包括設(shè)置在萬向軸殼體(17)內(nèi)的上萬向節(jié)(10)、芯軸(15)和下萬向節(jié)(16)，所述的上萬向節(jié)(10)和下萬向節(jié)(16)分別設(shè)置在芯軸(15)的兩端，其特征在于所述的上萬向節(jié)(10)和下萬向節(jié)(16)分別通過球形頂塊(9)與芯軸(15)接觸，在芯軸(15)上下兩端均設(shè)有半圓擋鍵(12)，在半圓擋鍵(12)上設(shè)有球形套(13)；在芯軸(15)的外周設(shè)有波紋形油封(14)，波紋形油封(14)與上萬向節(jié)(10)和下萬向節(jié)(16)連接，波紋形油封(14)的球形面與球形套(13)的球面相接觸；在芯軸(15)上設(shè)置有球頂柱面滑鍵(11)，所述的球頂柱面滑鍵(11)與芯軸(15)、上萬向節(jié)(10)和下萬向節(jié)(16)一起形成滑鍵配合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下馬達萬向軸，其特征在于所述的球頂柱面滑鍵(11)包 括圓柱體(24)，在圓柱體(24)上設(shè)置有方板(25)，所述的方板(25)的頂部為球面(26)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下馬達萬向軸，其特征在于所述的滑鍵配合為球頂柱面 滑鍵(11)的圓柱體(24)設(shè)置在芯軸(15)上對應(yīng)的圓柱孔內(nèi)，在芯軸(15)對應(yīng)的圓柱孔 內(nèi)轉(zhuǎn)動；球頂柱面滑鍵(11)的方板(25)設(shè)置在上萬向節(jié)(10)或下萬向節(jié)(16)對應(yīng)的鍵 槽，球頂柱面滑鍵(11)的球面(26)與上萬向節(jié)(10)或下萬向節(jié)(16)對應(yīng)的鍵槽根部圓 柱形面相配合，上萬向節(jié)(10)或下萬向節(jié)(16)對應(yīng)的鍵槽根部的圓柱面沿著球頂柱面滑 鍵(11)頂部球面以同一圓心在球頂柱面滑鍵(11)頂部球面上轉(zhuǎn)動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的井下馬達萬向軸，其特征在于在所述的芯軸(15)的兩 端均設(shè)置有4至8組球頂柱面滑鍵(11)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下馬達萬向軸，其特征在于在所述的上萬向節(jié)(10)和下 萬向節(jié)(16)上均設(shè)有浮塞(8)，在波紋形油封(14)和芯軸(15)之間設(shè)置有0形密封圈，所 述的浮塞(8)與0形密封圈配合使用后形成萬向軸上下2個密封腔，在該密封腔內(nèi)設(shè)置有 潤滑脂。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的井下馬達萬向軸，其特征在于在所述的上萬向節(jié)(10)和下 萬向節(jié)(16)上均設(shè)有浮塞(8)的移動腔體。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的井下馬達萬向軸，其特征在于所述的波紋形油封(14)為2 個，所述的波紋形油封(14)的一端為固定端，另一端為自由端，所述的固定端通過螺紋與 上萬向節(jié)(10)或下萬向節(jié)(16)連接；所述的自由端在芯軸(15)上上下移動。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的井下馬達萬向軸，其特征在于所述的波紋形油封(14) 包括上密封接頭(18)、0型圈(19)、壓環(huán)(20)、膠筒(21)和下密封接頭(22)；上密封接頭 (18)上部為球形面，與球形套(13)的球形面相配合，在上密封接頭(18)上設(shè)有螺紋與上 萬向節(jié)(10)或下萬向節(jié)(16)的內(nèi)螺紋相配合；所述的0型圈(19)將波紋形油封(14)與 上萬向節(jié)(10)或下萬向節(jié)(16)密封??；通過壓環(huán)(20)將上密封接頭(18)和下密封接頭 (22)固定設(shè)置在膠筒(21)的兩端。
專利摘要本實用新型公開了一種井下馬達萬向軸。該井下馬達萬向軸，包括設(shè)置在萬向軸殼體內(nèi)的上萬向節(jié)、芯軸和下萬向節(jié)，所述的上萬向節(jié)和下萬向節(jié)分別設(shè)置在芯軸的兩端，所述的上萬向節(jié)和下萬向節(jié)分別通過球形頂塊與芯軸接觸，在芯軸上下兩端均設(shè)有半圓擋鍵，在半圓擋鍵上設(shè)有球形套；在芯軸的外周設(shè)有波紋形油封，波紋形油封與上萬向節(jié)和下萬向節(jié)連接，波紋形油封的球形面與球形套的球面相接觸；在芯軸上設(shè)置有球頂柱面滑鍵，所述的球頂柱面滑鍵與芯軸、上萬向節(jié)和下萬向節(jié)一起形成滑鍵配合。該萬向軸，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、使用靈活、可靠、功能齊全、使用壽命長、傳遞扭拒大，使用范圍廣，適合于當(dāng)前鉆井所需求的大扭拒、低轉(zhuǎn)速井下馬達。
文檔編號E21B17/03GK201763265SQ20102025288
公開日2011年3月16日 申請日期2010年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月8日
發(fā)明者祝兆清 申請人:揚州天業(yè)石油機械有限公司