專利名稱：鏜桿連接部分的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按權(quán)利要求1前序部分的鏜桿連接部分。
由WO96/03605已知一種這一類型的鏜桿連接部分。它由一栓銷元件和一可與該栓銷元件螺紋連接的套管元件組成，栓銷元件具有一設(shè)置在一外軸肩和一栓銷端面之間的錐形外螺紋段和一設(shè)置在外軸肩和外螺紋段之間的、以及外螺紋段和栓銷端面之間的無螺紋段，套管元件具有一設(shè)置在一內(nèi)軸肩和一套管端面之間的錐形內(nèi)螺紋段和一設(shè)置在內(nèi)軸肩和內(nèi)螺紋段之間的以及一內(nèi)螺紋段和套管端面之間的無螺紋段，其中在螺紋連接狀態(tài)下栓銷元件和套管元件相互面對(duì)面的無螺紋段在外軸肩區(qū)域內(nèi)長(zhǎng)于在內(nèi)軸肩區(qū)域內(nèi)的無螺紋段。在螺紋連接時(shí)與套管端面相接觸的外軸肩構(gòu)成初級(jí)軸肩。在螺紋連接時(shí)在初級(jí)軸肩上出現(xiàn)的軸向力大于在內(nèi)軸肩上出現(xiàn)的力。這里螺紋連接至少以鏜桿連接部分屈服點(diǎn)的50％，最好是60％進(jìn)行。
在無螺紋段內(nèi)套管元件的外徑相對(duì)于套管元件的其余部分減小。當(dāng)初級(jí)軸肩開始起作用時(shí)這種橫截面縮小允許無螺紋段關(guān)系到栓銷元件的無螺紋段的伸長(zhǎng)所要求的鐓接。
已知的鏜桿連接部分有這樣的缺點(diǎn)，即在螺紋連接時(shí)和使用時(shí)所出現(xiàn)的應(yīng)力僅僅作為軸向應(yīng)力加以考慮，因此構(gòu)件不能得到充分利用。螺紋連接扭矩太小，因此插接面存在分離的危險(xiǎn)。這種分離減小交變載荷承載能力并可能導(dǎo)致疲勞斷裂。
在DE 32 45 819 B1中公布了一種類似的鏜桿連接部分。它具有和上述鏜桿連接部分同樣的特征。其中在這種結(jié)構(gòu)中外軸肩也構(gòu)成初級(jí)軸肩，它在螺紋連接時(shí)首先開始起作用。位于外軸肩區(qū)域內(nèi)的無螺紋段長(zhǎng)度同樣大于位于內(nèi)軸肩區(qū)域內(nèi)的無螺紋段長(zhǎng)度。其次建議，套管端面到內(nèi)軸肩的距離選擇得大于栓銷端面到外軸肩的距離。由此在用手工鐓接時(shí)當(dāng)套管端面貼合在外軸肩的時(shí)候，形成一間隙。
對(duì)于這種結(jié)構(gòu)也和前面說的一樣，只是部分地考慮總的應(yīng)力特性，因此構(gòu)件不能得到充分利用。
本發(fā)明的目的是，提供一種這一類型的鏜桿連接部分，它在尺寸比相同，也即相當(dāng)于已知鏜桿連接部分外徑與內(nèi)徑之比的情況下可以傳遞比已知結(jié)構(gòu)高得多的扭矩，或者在較細(xì)的尺寸比，也即在外徑與內(nèi)徑之比較小的情況下可以傳遞同樣大的扭矩。
這個(gè)任務(wù)從權(quán)利要求1的前序部分連同它所表示的特征出發(fā)加以解決。優(yōu)良的改進(jìn)結(jié)構(gòu)是從屬權(quán)利要求的內(nèi)容。
本發(fā)明的核心是，與已知結(jié)構(gòu)相反在按本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中內(nèi)軸肩構(gòu)成初級(jí)軸肩，并且位于內(nèi)軸肩區(qū)域內(nèi)的無螺紋段至少是位于外軸肩區(qū)域內(nèi)的無螺紋段長(zhǎng)度的兩倍，最好是三倍。
這種結(jié)構(gòu)有這樣的優(yōu)點(diǎn)，由于栓銷的無螺紋段長(zhǎng)，鏜桿連接部分的誤差可以得到更好的補(bǔ)償，并且在位于內(nèi)軸肩上的初級(jí)軸肩處由于較小的比較應(yīng)力可以承受較大的力。當(dāng)外插接面大于內(nèi)插接面時(shí)，這便自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)了。用這種方法外軸肩和內(nèi)軸肩得到最佳的利用。通過內(nèi)軸肩的預(yù)加載荷對(duì)于外軸肩得到確定的剩余的力，它可以在考慮加工誤差的情況下加以優(yōu)化，總體上來說可以比迄今為止的內(nèi)外軸肩的載荷分?jǐn)偢欣？傊纱说玫娇煽啃愿叩穆菁y連接扭矩或工作扭矩。
從栓銷端面到外軸肩的距離選擇得大于從套管端面到內(nèi)軸肩的距離。不管加工誤差多大都是這樣。這里栓銷細(xì)長(zhǎng)的前端充分地用作對(duì)于鏜桿連接部分預(yù)加載荷的柔軟彈性行程。根據(jù)長(zhǎng)度偏差大小的不同內(nèi)外軸肩承受不同的載荷，但是載荷不會(huì)超過屈服極限的90％。由于內(nèi)外螺紋的共同作用扭矩大致達(dá)到屈服極限的80％。
其次為了降低總的應(yīng)力建議，在保持對(duì)于栓銷和套管元件的外螺紋段和內(nèi)螺紋段的標(biāo)準(zhǔn)粗牙螺紋的條件下對(duì)于承載齒廓規(guī)定一15°到20°之間的較陡的角度，而不是按API的30°。當(dāng)角度例如為18°時(shí)軸向力的徑向分量幾乎減小到一半。45度的剪切面由此也得到加大。由此總的應(yīng)力更有利，構(gòu)件可以承受更大的力。通過以下方法得到進(jìn)一步的改進(jìn)，通過一定的重疊在靠近內(nèi)軸肩的螺紋部分內(nèi)可以承受一部分扭矩。這尤其是可以通過螺紋段不同的錐度達(dá)到。這里套管元件的錐度陡于栓銷元件。錐度差在0.03到0.3毫米/英寸的范圍內(nèi)。通過螺紋重疊內(nèi)軸肩負(fù)荷減小，從而可以進(jìn)一步加大螺紋連接扭矩。
結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步改進(jìn)涉及到套管外徑的磨損。為此建議，套管的外表面從端面直至大致超過螺紋的第三牙配置一減徑小段。由此保證即使在套管外徑磨損時(shí)仍然保持臨界橫截面，從而保持應(yīng)力比不變。一旦在套管的沉割槽區(qū)域內(nèi)也顯示出初期的磨損跡象，鏜桿連接部分必須更換，或者可能的話重新加工。
所推薦的結(jié)構(gòu)使得在較細(xì)長(zhǎng)的尺寸比，亦即在較小的外徑與內(nèi)徑之比時(shí)可以傳遞同樣大的扭矩。小的外徑與內(nèi)徑比，亦即大的管子內(nèi)徑和/或相應(yīng)地加大的環(huán)形腔外部一方面有利于減小鏜桿內(nèi)部的壓力損失，另一方面有利于在外環(huán)形腔內(nèi)鏜孔冷卻液連同鐵屑的無阻礙輸送。
在圖形中借助于一實(shí)施例對(duì)按本發(fā)明制作的鏜桿連接部分作較詳細(xì)的說明。它們表示

圖1a按本發(fā)明制作的套管元件的半側(cè)縱剖視，圖1b按本發(fā)明制作的栓銷元件的半側(cè)縱剖視，圖2按本發(fā)明制作的螺紋形狀的放大圖，圖3套管元件的一種變型方案的半側(cè)縱剖視。
在圖1a中表示一按本發(fā)明制作的套管元件1的半側(cè)縱剖視，圖1b中表示按本發(fā)明制作的栓銷元件的半側(cè)縱剖視。套管元件1具有一位于內(nèi)軸肩3和套管端面4之間的錐形內(nèi)螺紋段5。在內(nèi)螺紋段5的起點(diǎn)和套管端面4之間設(shè)有一錐形無螺紋段6。在內(nèi)螺紋段5的末端和內(nèi)軸肩3之間有一做成圓柱形的第二無螺紋段7。套管元件1的外徑用一箭頭8表示。按本發(fā)明制作的、可與套管元件1螺紋連接的栓銷元件2具有一位于外軸肩9和一栓銷端面10之間的外螺紋段11。在外螺紋段11末端和外軸肩12之間有一做成圓柱形的無螺紋段12，在外螺紋段11的起點(diǎn)和栓銷端面10之間有一同樣做成圓柱形的第二無螺紋段13。
按照本發(fā)明內(nèi)軸肩3構(gòu)成初級(jí)軸肩，它在手工擰緊后首先起作用。這通過這樣的方法達(dá)到，即在栓銷端面10和外軸肩9之間的距離14大于內(nèi)軸肩3和套管端面4之間的距離15。按本發(fā)明制作的鏜桿連接部分的另一個(gè)主要特征是，套管元件1和栓銷元件2的兩個(gè)相互面對(duì)面的無螺紋段7、13的長(zhǎng)度16至少比套管元件1和栓銷元件2的兩個(gè)相互面對(duì)面的無螺紋段6、12的長(zhǎng)度17大兩倍。栓銷元件2的內(nèi)徑用箭頭18表示。
圖2中以放大圖表示按本發(fā)明制作的螺紋形狀。圖2上部局部表示套管1內(nèi)螺紋段5的11/2牙19.1,19.2。下部局部表示栓銷2外螺紋段11的1個(gè)牙20.1。兩個(gè)螺紋段5、11的基本形狀是按API的標(biāo)準(zhǔn)粗牙螺紋，對(duì)于可能高達(dá)100次的必要的經(jīng)常旋緊和插入，栓銷2和套管1的所謂的“插刺”是有利的。按照API規(guī)程導(dǎo)向齒廓21具有30°角。與此不同承載齒廓22的角度比較陡，在15°至20°的范圍內(nèi)，最好是18°。同樣對(duì)于栓銷2外螺紋段11的螺牙20.1也是一樣。
圖3中表示套管元件1一種變型方案的半側(cè)縱剖視。與圖1中所示的套管元件1不同，套管元件23的外表面具有一比外徑8縮小的車小段25。這一車小段幾乎是套管元件23外表面24磨損程度的一個(gè)標(biāo)志。隨著磨損的加大外表面24的外徑8越來越接近車小段25的直徑26。這里車小段25的直徑26這樣地選擇，使得對(duì)于其橫截面也給予最佳的應(yīng)力比。
權(quán)利要求
1．鏜桿連接部分，具有一栓銷元件，它具有一設(shè)置在外軸肩和栓銷端面之間的錐形外螺紋段和一設(shè)置在外軸肩和外螺紋段之間的無螺紋段，以及一設(shè)置在外螺紋段和栓銷端面之間的無螺紋段，它還具有一可與栓銷元件螺紋連接的套管元件，它具有一設(shè)置在內(nèi)軸肩和套管端面之間的錐形內(nèi)螺紋段，和一設(shè)置在內(nèi)軸肩和內(nèi)螺紋段之間的無螺紋段，以及一設(shè)置在內(nèi)螺紋段和套管端面之間的無螺紋段，其中在擰緊狀態(tài)下栓銷和套管元件相互面對(duì)面的無螺紋段在內(nèi)軸肩區(qū)域內(nèi)具有與位于外軸肩區(qū)域內(nèi)的栓銷和套管元件的無螺紋段不同的長(zhǎng)度，其特征在于內(nèi)軸肩(3,10)構(gòu)成初級(jí)軸肩，并在鏜桿連接部分裝配和擰緊到其屈服極限的90％以后，栓銷端面(10)拉緊在內(nèi)端面(3,10)上，直至達(dá)到其壓力超過由套管端面(4)施加在外軸肩(9)上的壓力為止，其中套管端面(4)主要拉緊在外端面(9)上，如果鏜孔過程中出現(xiàn)附加的扭矩的話，并且位于內(nèi)軸肩(3)區(qū)域內(nèi)的無螺紋段(7,13)至少是位于外軸肩(9)區(qū)域內(nèi)的無螺紋段(6,12)的長(zhǎng)度的兩倍。
2．按權(quán)利要求1的鏜桿連接部分，其特征在于位于內(nèi)軸肩(3)區(qū)域內(nèi)的無螺紋段(7,13)是位于外軸肩(9)區(qū)域內(nèi)的無螺紋段(6,12)的長(zhǎng)度的三倍。
3．按權(quán)利要求1或2的鏜桿連接部分，其特征在于栓銷端面(10)和外軸肩(9)之間的距離(14)大于套管端面(4)和內(nèi)軸肩(3,10)之間的距離(15)。
4．按權(quán)利要求1至3之任一項(xiàng)的鏜桿連接部分，其特征在于內(nèi)(5)外(11)螺紋段設(shè)有一標(biāo)準(zhǔn)粗牙螺紋，其承載齒廓(22)具有一15°至20°范圍內(nèi)的角度，導(dǎo)向齒廓(21)具有一30°的角度。
5．按權(quán)利要求4的鏜桿連接部分，其特征在于承載齒廓(22)具有一18°的角度。
6．按權(quán)利要求1至5之任一項(xiàng)的鏜桿連接部分，其特征在于在套管元件(1)內(nèi)的內(nèi)螺紋段(5)具有比栓銷元件(2)內(nèi)的外螺紋段(11)陡的錐度。
7．按權(quán)利要求6的鏜桿連接部分，其特征在于錐度差為0.03至0.3mm毫米/英寸。
8．按權(quán)利要求1至7之任一項(xiàng)的鏜桿連接部分，其特征在于套管(23)的外表面(24)從端面(4)到大致超過螺紋的第三牙設(shè)有一車小段(25)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鏜桿連接部分,具有一栓銷元件,它具有一設(shè)置在外軸肩和栓銷端面之間的錐形外螺紋段,和一在外軸肩和外螺紋段之間的無螺紋段,以及一設(shè)置在外螺紋段和栓銷端面之間的無螺紋段;該連接部分還具有一可與栓銷元件螺紋連接的套管元件,它具有一設(shè)置在內(nèi)軸肩和套管端面之間的錐形內(nèi)螺紋段和一設(shè)置在內(nèi)軸肩和內(nèi)螺紋段之間以及內(nèi)螺紋段和套管端面之間的無螺紋段,其中在擰緊狀態(tài)下在內(nèi)軸肩區(qū)域內(nèi)栓銷和套管元件相互面對(duì)面的無螺紋段具有和在外軸肩區(qū)域內(nèi)的栓銷和套管元件的無螺紋段不同的長(zhǎng)度。內(nèi)軸肩(3,10)構(gòu)成初級(jí)軸肩,在鏜桿連接部分裝配并擰緊至其屈服極限的90%以后,栓銷端面(10)拉緊在內(nèi)軸肩(3,10)上直至其壓力超過由套管端面(4)施加在外軸肩(9)上的壓力為止,其中當(dāng)鏜孔時(shí)出現(xiàn)附加的扭矩時(shí),套管端面(4)主要拉緊在外端面(9)上,并且位于內(nèi)軸肩(3,10)區(qū)域內(nèi)的無螺紋段(7,13)的長(zhǎng)度至少是位于外軸肩(9)區(qū)域內(nèi)的無螺紋段(6,12)的兩倍。
文檔編號(hào)E21B17/042GK1305561SQ99807414
公開日2001年7月25日 申請(qǐng)日期1999年5月21日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月17日
發(fā)明者格哈德·克魯格, 埃里希·夸德弗利格 申請(qǐng)人:曼內(nèi)斯曼股份公司