行與旋轉(zhuǎn)是逆時(shí)針時(shí)將描述的大體上相同的功能。
[0023]在正常操作下，輸出驅(qū)動(dòng)軸102旋轉(zhuǎn)得相對(duì)快于管狀外殼104。球頭螺桿130沿著凹槽128在與交叉點(diǎn)134處的螺旋形凸輪凹槽126的方向大體上相反的方向上(如箭頭302所指示)行進(jìn)。在圖3B提供的視圖中，此操作將使球頭螺桿130沿著圓周凹槽128從左向右行進(jìn)。因而，球頭螺桿130將通過(guò)交叉點(diǎn)134且大體上不與螺旋形凸輪凹槽126嚙入口 ο
[0024]現(xiàn)參看圖4A和4B，管狀外殼104的相對(duì)旋轉(zhuǎn)已開(kāi)始旋轉(zhuǎn)得相對(duì)快于輸出驅(qū)動(dòng)軸102。舉例來(lái)說(shuō)，圖1的鉆頭50可遭遇意外的阻力，其可減慢鉆頭50的旋轉(zhuǎn)以及輸出驅(qū)動(dòng)軸102的旋轉(zhuǎn)。管狀外殼104可按大體上其原始速度繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，這在此實(shí)施例中現(xiàn)在相對(duì)快于輸出驅(qū)動(dòng)軸102。因而，球頭螺桿130將沿著圓周凹槽128在大體上由箭頭402指示的方向上行進(jìn)。
[0025]當(dāng)球頭螺桿130到達(dá)交叉點(diǎn)134時(shí)，球頭螺桿130將退出圓周凹槽128且如大體上箭頭404所指示沿著螺旋形凸輪凹槽126向上行進(jìn)。由于球頭螺桿130相對(duì)于管狀外殼104是固定的，因此球頭螺桿130沿著螺旋形凸輪凹槽126在所指示的方向上的行進(jìn)將在大體上由箭頭406指示的方向上推進(jìn)從動(dòng)齒輪120。
[0026]在一些實(shí)施方案中，從動(dòng)齒輪120可通過(guò)重力朝著主動(dòng)齒輪110被推進(jìn)。舉例來(lái)說(shuō)，在垂直鉆探操作中，從動(dòng)齒輪120可位于主動(dòng)齒輪110上方，且從動(dòng)齒輪120的重量可足以使球頭螺桿130在方向402上行進(jìn)時(shí)最初進(jìn)入螺旋形凸輪凹槽126。
[0027]在一些實(shí)施方案中，從動(dòng)齒輪120可通過(guò)偏置構(gòu)件(未圖示)，例如彈簧、錐盤(pán)或任何其它適當(dāng)?shù)钠迷闯鲃?dòng)齒輪110被推進(jìn)。舉例來(lái)說(shuō)，在水平鉆探操作中，偏置構(gòu)件可提供足以使球頭螺桿130在方向402上行進(jìn)時(shí)最初進(jìn)入螺旋形凸輪凹槽126的力。此偏置構(gòu)件可使從動(dòng)齒輪120始終朝著主動(dòng)齒輪110被推動(dòng)，且在從動(dòng)齒輪120的相對(duì)速度相對(duì)于主動(dòng)齒輪110為負(fù)的時(shí)使球頭螺桿130進(jìn)入螺旋形凸輪凹槽126。
[0028]現(xiàn)參看圖5A和5B，當(dāng)球頭螺桿130如大體上箭頭404所指示沿著螺旋形凸輪凹槽126向上行進(jìn)時(shí)，從動(dòng)齒輪120繼續(xù)在大體上由箭頭406指示的方向上被進(jìn)一步推進(jìn)。當(dāng)從動(dòng)齒輪120在方向404上移動(dòng)時(shí)，齒輪齒122與主動(dòng)齒輪110的齒輪齒112嚙合。
[0029]現(xiàn)參看圖6A和6B，從動(dòng)齒輪120展示為與主動(dòng)齒輪110完全嗤合。在此配置中，管狀外殼104和主動(dòng)齒輪110的旋轉(zhuǎn)將通過(guò)齒輪齒112、122的嚙合來(lái)推進(jìn)從動(dòng)齒輪120的旋轉(zhuǎn)。當(dāng)齒輪齒112、122保持至少部分嚙合時(shí)，從動(dòng)齒輪120的旋轉(zhuǎn)將推進(jìn)輸出驅(qū)動(dòng)軸102的旋轉(zhuǎn)。
[0030]圖7A至9B展示遠(yuǎn)離嚙合配置的處于各個(gè)脫離階段的實(shí)施例井下旋轉(zhuǎn)鎖定機(jī)構(gòu)100的俯視橫截面視圖和側(cè)視橫截面視圖。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)圖1的鉆頭50的阻力增大至管狀外殼104的旋轉(zhuǎn)速度超過(guò)輸出驅(qū)動(dòng)軸102的旋轉(zhuǎn)速度的點(diǎn)時(shí)，機(jī)構(gòu)100可放置在圖6A至6B所展示的嚙合配置下。圖7A至9B說(shuō)明大體上相反過(guò)程的實(shí)施例，所述過(guò)程在輸出驅(qū)動(dòng)軸102的旋轉(zhuǎn)速度超過(guò)管狀外殼104的旋轉(zhuǎn)速度時(shí)，諸如在鉆頭50上增大的阻力已被克服之后發(fā)生。
[0031]圖7A和7B展示處于類似于圖6A和6B所展示的大體上嚙合配置下的機(jī)構(gòu)100。然而，在圖7A和7B的實(shí)施例中，輸出驅(qū)動(dòng)軸102剛開(kāi)始旋轉(zhuǎn)得快于管狀外殼104。因而，球頭螺桿130將沿著螺旋形凸輪凹槽126在大體上由箭頭702指示的方向上被推進(jìn)。當(dāng)球頭螺桿130將沿著螺旋形凸輪凹槽126被推進(jìn)時(shí)，從動(dòng)齒輪120在大體上由箭頭704指示的方向上被縱向地推進(jìn)遠(yuǎn)離主動(dòng)齒輪110。
[0032]現(xiàn)參看圖8A和8B，當(dāng)球頭螺桿130繼續(xù)沿著螺旋形凸輪凹槽126在方向702上被推進(jìn)，且從動(dòng)齒輪120繼續(xù)在方向704上被推進(jìn)遠(yuǎn)離主動(dòng)齒輪110時(shí)，齒輪齒122變得越來(lái)越脫離齒輪齒112。當(dāng)球頭螺桿130到達(dá)交叉點(diǎn)134時(shí)，球頭螺桿130將退出螺旋形凸輪凹槽126且進(jìn)入圓周凹槽128。
[0033]現(xiàn)參看圖9A和9B，機(jī)構(gòu)100展示為處于脫離配置。從動(dòng)齒輪120展示成與主動(dòng)齒輪110縱向地充分分離，使得齒輪齒122脫離齒輪齒112。球頭螺桿130沿著圓周凹槽128在大體上由箭頭706指示的方向上行進(jìn)。當(dāng)球頭螺桿130在圓周凹槽128內(nèi)時(shí)，從動(dòng)齒輪120保持在圖9B所展示的脫離的縱向位置。
[0034]圖10是用于提供抗旋轉(zhuǎn)鎖定的實(shí)施例過(guò)程1000的流程圖。在一些實(shí)施方式中，過(guò)程1000可描述圖1至9B的井下旋轉(zhuǎn)鎖定機(jī)構(gòu)100的操作。
[0035]在1010處，提供井下旋轉(zhuǎn)鎖定機(jī)構(gòu)，諸如機(jī)構(gòu)100。機(jī)構(gòu)包括具有帶有內(nèi)壁105的縱向孔103的管狀外殼104。機(jī)構(gòu)100還包括安置在管狀外殼104的縱向孔103中的主動(dòng)齒輪110，所述齒輪具有緊固至管狀外殼104的縱向孔103的內(nèi)壁105的外圍邊緣，所述主動(dòng)齒輪具有包括第一多個(gè)齒輪齒112的上部部分，所述第一多個(gè)齒輪齒112安置在貫穿主動(dòng)齒輪的中心縱向孔的周圍。機(jī)構(gòu)100還包括可移動(dòng)地安置在管狀外殼104的縱向孔103中的從動(dòng)齒輪120，所述齒輪具有中心縱向孔，所述從動(dòng)齒輪具有包括第二多個(gè)齒輪齒122的下部部分。輸出驅(qū)動(dòng)軸102縱向地安置在管狀外殼104的縱向孔103中和從動(dòng)齒輪120的縱向孔中。
[0036]在1020處，使管狀外殼和主動(dòng)齒輪按第一旋轉(zhuǎn)速度在第一旋轉(zhuǎn)方向上旋轉(zhuǎn)。舉例來(lái)說(shuō)，如圖3A所示，管狀外殼104順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。
[0037]在1030處，使輸出軸和從動(dòng)齒輪按小于第一旋轉(zhuǎn)速度的第二旋轉(zhuǎn)速度且在第一旋轉(zhuǎn)方向上旋轉(zhuǎn)。舉例來(lái)說(shuō)，如圖3A所示，輸出軸102也是順時(shí)針地按比管狀外殼104慢的速度旋轉(zhuǎn)。
[0038]在1040處，使從動(dòng)齒輪與主動(dòng)齒輪嚙合。舉例來(lái)說(shuō)，齒輪齒112可與齒輪齒122咬合，如圖5B所示。
[0039]在一些實(shí)施方式中，井下旋轉(zhuǎn)鎖定機(jī)構(gòu)進(jìn)一步包括固定至旋轉(zhuǎn)鎖定機(jī)構(gòu)的管狀外殼的球頭螺桿，其中球頭螺桿安置在連接至螺旋形凸輪凹槽的圓形圓周凹槽中，螺旋形凸輪凹槽安置在從動(dòng)齒輪的外部圓柱形表面上。舉例來(lái)說(shuō)，球頭螺桿130可大體上在圓周凹槽128內(nèi)行進(jìn)，圓周凹槽128連接至螺旋形凸輪凹槽126。
[0040]在一些實(shí)施方式中，使從動(dòng)齒輪與主動(dòng)齒輪嚙合可包括使球頭螺桿從圓形圓周凹槽傳送至螺旋形凸輪凹槽，以及使輸出軸和從動(dòng)齒輪按小于第一旋轉(zhuǎn)速度的第二旋轉(zhuǎn)速度且在第一旋轉(zhuǎn)方向上旋轉(zhuǎn)以沿著螺旋形凸輪凹槽推進(jìn)球頭螺桿以朝著主動(dòng)齒輪縱向地推進(jìn)從動(dòng)齒輪，使得第二多個(gè)齒輪齒變得與第一多個(gè)齒輪齒旋轉(zhuǎn)地嚙合。舉例來(lái)說(shuō)，如圖3A至6B的描述中所論述，球頭螺桿130從圓周凹槽128傳遞至螺旋形凸輪凹槽126中。管狀外殼104的旋轉(zhuǎn)沿著螺旋形凸輪凹槽126推進(jìn)球頭螺桿130，這又朝著與主動(dòng)齒輪110的接觸而推進(jìn)從動(dòng)齒輪120。
[0041]在1050處，使旋轉(zhuǎn)扭矩從主動(dòng)齒輪傳遞至從動(dòng)齒輪。舉例來(lái)說(shuō)，如圖6A至6B所展示，齒輪齒112可將旋轉(zhuǎn)能量傳遞至齒輪齒122。
[0042]在1060處，使輸出軸和從動(dòng)齒輪按大于第一旋轉(zhuǎn)速度的第三旋轉(zhuǎn)速度且在第一旋轉(zhuǎn)方向上旋轉(zhuǎn)。舉例來(lái)說(shuō)，如圖7A、8A和9A所示，輸出軸102按大于管狀外殼104的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)速度的速度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。在一些實(shí)施方式中，此情形可剛好在鉆頭50已克服意外的有阻力的地質(zhì)地層之后發(fā)生。
[0043]在1070處，使從動(dòng)齒輪脫離主動(dòng)齒輪。舉例來(lái)說(shuō)，如在圖7A至9B的描述中所論述，在從動(dòng)齒輪120縱向地移動(dòng)遠(yuǎn)離主動(dòng)齒輪110時(shí)，從動(dòng)齒輪120變得旋轉(zhuǎn)地脫離主動(dòng)齒輪HO。
[0044]在一些實(shí)施方式中，使從動(dòng)齒輪脫離主動(dòng)齒輪可包括使輸出軸和從動(dòng)齒輪按小于第一旋轉(zhuǎn)速度的第三旋轉(zhuǎn)速度且在第一旋轉(zhuǎn)方向上旋轉(zhuǎn)，以沿著螺旋形凸輪凹槽推進(jìn)球頭螺桿以縱向地推進(jìn)從動(dòng)齒輪遠(yuǎn)離主動(dòng)齒輪，使得第二多個(gè)齒輪齒變得旋轉(zhuǎn)地脫離第一多個(gè)齒輪齒，以及使球頭螺桿從螺旋形凸輪凹槽傳送至圓形圓周凹槽。舉例來(lái)說(shuō)，圖7A至9B展示輸出軸102順時(shí)針旋轉(zhuǎn)得快于管狀外殼104的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。從動(dòng)齒輪120與管狀外殼104的速度之間的相對(duì)差異沿著螺旋形凸輪凹槽126朝著圓周凹槽128推進(jìn)球頭螺桿130，這又縱向地推進(jìn)從動(dòng)齒輪120遠(yuǎn)離主動(dòng)齒輪110。當(dāng)從動(dòng)