專利名稱：一種適用于鉆井作業(yè)的井下諧波齒輪傳動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及石油鉆井(工具)設(shè)備，特別是關(guān)于一種適用于鉆井作業(yè)的井下諧波齒輪傳動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
諧波傳動(dòng)是近代新發(fā)展起來的一種靠中間柔性構(gòu)件彈性變形來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力傳動(dòng)的傳動(dòng)方式，中間撓性構(gòu)件的變形過程基本上是一個(gè)對(duì)稱的諧波，因此叫諧波傳動(dòng)。前蘇聯(lián)從60年代初期開始，就大力開展諧波傳動(dòng)裝置的研制工作，并且在該領(lǐng)域進(jìn)行了較系統(tǒng)、教深入的基礎(chǔ)理論和試驗(yàn)研究，在諧波傳動(dòng)的類型、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用等方面有較大的發(fā)展。日本自70年代也開始引進(jìn)美國(guó)技術(shù)，大量研制諧波傳動(dòng)裝置，并在這一領(lǐng)域有了重大突破。 70年代中期，我國(guó)有關(guān)部門也開始進(jìn)行了諧波傳動(dòng)的研究和試制工作。按使用要求的不同， 諧波傳動(dòng)可以分為不同的形式，主要有諧波齒輪傳動(dòng)、諧波螺旋傳動(dòng)、諧波摩擦傳動(dòng)，諧波無級(jí)變速器和諧波聯(lián)軸節(jié)等。其中以諧波齒輪傳動(dòng)應(yīng)用最廣。諧波齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)是1) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕；2)傳動(dòng)比大而且范圍寬；3)同時(shí)嚙合的齒數(shù)多；4)傳動(dòng)精度高；5)傳動(dòng)效率較高；6)可以在密閉空間和介質(zhì)輻射的工況下傳遞運(yùn)動(dòng)，并在真空條件下具有足夠高的工作能力，這是其它傳動(dòng)所無法比擬的；7)若采用特種形式的傳動(dòng)，如具有電磁波發(fā)生器或圓盤波發(fā)生器的諧波傳動(dòng)，可以獲得小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，實(shí)現(xiàn)快速起動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。本世紀(jì)70年代以來，諧波齒輪傳動(dòng)裝置由于其自身的優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。 近兩年，諧波齒輪傳動(dòng)裝置也應(yīng)用于石油鉆井領(lǐng)域，主要用于深井、超深井等鉆井作業(yè)中， 用來降低井下鉆具的旋轉(zhuǎn)速度，是深井、超深井鉆井作業(yè)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，其性能的好壞將直接影響到鉆井的效率。深井、超深井鉆井作業(yè)中，普通的減速機(jī)構(gòu)體積龐大，不便于在狹小緊促的井下安裝，另外常規(guī)減速裝置傳動(dòng)比小，承載力小，工作不平穩(wěn)。諧波齒輪傳動(dòng)裝置可以降低速度，實(shí)現(xiàn)大的傳速比，尤其在高造斜井眼軌跡控制工具中，諧波齒輪傳動(dòng)裝置是必不可少的。由于需要造斜，因此需要實(shí)現(xiàn)鉆軸的偏轉(zhuǎn)，這就需要偏置機(jī)構(gòu)來解決。在高造斜井眼軌跡控制工具中偏置機(jī)構(gòu)是通過兩個(gè)偏心環(huán)互相作用來實(shí)現(xiàn)的，偏心環(huán)的旋轉(zhuǎn)可以達(dá)到造斜的目的。然而偏心環(huán)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力直接由鉆軸提供，但是主軸速度太高，偏心環(huán)不需要那么高的轉(zhuǎn)速，因此就需要諧波傳動(dòng)裝置來降低速度。由于諧波傳動(dòng)裝置的傳速比很大，因此通過諧波齒輪傳動(dòng)裝置可以實(shí)現(xiàn)偏心環(huán)的低速旋轉(zhuǎn)，達(dá)到準(zhǔn)確造斜，實(shí)現(xiàn)精確定位的目的。而普通的諧波齒輪傳動(dòng)裝置，徑向尺寸大，不能滿足安裝空間的要求，并且在井下工作傳動(dòng)效率低、承載能力低。現(xiàn)有的諧波齒輪傳動(dòng)裝置還無法滿足井下復(fù)雜的工作環(huán)境，因此針對(duì)深井、超深井等鉆井作業(yè)，還必須考慮安裝空間、質(zhì)量、傳動(dòng)扭矩和工作環(huán)境等各方面來設(shè)計(jì)諧波齒輪傳動(dòng)裝置。諧波齒輪傳動(dòng)應(yīng)用于井下工具時(shí)，就必須要滿足井下的環(huán)境條件和井下減速機(jī)構(gòu)的要求1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕；2)便于安裝；3)工作平穩(wěn)；4)可以在密閉空間和油浴的條件下傳遞運(yùn)動(dòng)力)可以在高溫高壓等極端惡劣條件下工作。這些問題仍需要解決。[0005]針對(duì)上述問題，本實(shí)用新型的目的是提供一種適用于深井、超深井等鉆井作業(yè)的井下諧波齒輪傳動(dòng)裝置。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取以下技術(shù)方案一種適用于鉆井作業(yè)的井下諧波齒輪傳動(dòng)裝置，其特征在于包括一固定套設(shè)在空心軸上的波發(fā)生器，所述波發(fā)生器為一個(gè)內(nèi)圈為圓形、外圈為橢圓形的硬質(zhì)環(huán)形構(gòu)件，在所述波發(fā)生器的外部通過軸承套設(shè)一柔性齒輪，所述柔性齒輪為薄壁齒輪，柔性齒輪的外面嚙合連接一剛性齒輪，所述剛性齒輪固定在外接件上。所述空心軸的兩端分別連接偏置機(jī)構(gòu)和電磁離合器。所述波發(fā)生器通過鍵套裝在所述空心軸上。所述柔性齒輪由可產(chǎn)生彈性變形的薄金屬制作。所述波發(fā)生器、柔性齒輪以及剛性齒輪之間，設(shè)置有軸承潤(rùn)滑油路。所述柔性齒輪的內(nèi)徑略小于波發(fā)生器的外周長(zhǎng)。所述柔性齒輪比剛性齒輪的齒數(shù)少1 2個(gè)。本實(shí)用新型由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本實(shí)用新型諧波齒輪傳動(dòng)裝置體積小、重量輕，能適用于井下狹小的空間，而且在高溫高壓等極端惡劣條件下能夠很好地傳遞運(yùn)動(dòng)。2、本實(shí)用新型諧波齒輪傳動(dòng)裝置采用非軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，由橢圓形的波發(fā)生器的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)柔性齒輪發(fā)生變形轉(zhuǎn)動(dòng)，再由柔性齒輪變形嚙合剛性齒輪，由于柔性齒輪的齒數(shù)與剛性齒輪的齒數(shù)不一致，所以在波發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)，柔性齒輪向相反方向轉(zhuǎn)過兩個(gè)齒的角度，從而實(shí)現(xiàn)了大的減速比。3、齒與齒的嚙合是面接觸，加上同時(shí)嚙合齒數(shù)(重疊系數(shù))比較多，因而單位面積載荷小，承載能力能夠滿足井下的需求。4、由于柔齒輪承受較大的交變載荷，采用了抗疲勞強(qiáng)度高的薄金屬材料，提高了該裝置的使用壽命。5、本裝置兩端接電磁離合器和偏置機(jī)構(gòu)，將電磁離合器的高速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)變?yōu)槠脵C(jī)構(gòu)的低速轉(zhuǎn)動(dòng)，加之自身體積小，適合于下到深井、超深井等鉆井作業(yè)中。

圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)縱剖視圖；圖2是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)橫剖視圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖1、2所示，本實(shí)用新型主要由三個(gè)基本構(gòu)件組成波發(fā)生器1、柔性齒輪2和剛性齒輪3。波發(fā)生器1為一個(gè)內(nèi)圈為圓形、外圈為橢圓形的硬質(zhì)環(huán)形構(gòu)件，它通過鍵套裝在一空心軸4上。在波發(fā)生器1的橢圓形外表設(shè)置一圈或兩圈軸承5，軸承5的外面套裝柔性齒輪2。柔性齒輪2為在外力作用下可產(chǎn)生彈性變形的薄壁齒輪。柔性齒輪2的外面嚙合連接剛性齒輪3。上述的波發(fā)生器1、柔性齒輪2和剛性齒輪3，通過軸承或連接件連接， 構(gòu)成一個(gè)整體套裝在空心軸4上，整體中包括潤(rùn)滑油路和連接銷孔等。上述的柔性齒輪2 可為薄金屬制作。[0018]波發(fā)生器1隨空心軸4轉(zhuǎn)動(dòng)，為主動(dòng)；柔性齒輪2隨波發(fā)生器1轉(zhuǎn)動(dòng)，為從動(dòng)；剛性齒輪3固定在外端連接件上(外端連接件圖中未示出)，固定不動(dòng)。剛性齒輪3帶有內(nèi)齒， 它相當(dāng)于行星系中的中心輪；柔性齒輪2帶有外齒，它相當(dāng)于行星齒輪；波發(fā)生器1則相當(dāng)于行星架。當(dāng)波發(fā)生器1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)柔性齒輪2旋轉(zhuǎn)，柔性齒輪2在橢圓形波發(fā)生器1作用下產(chǎn)生變形，在波發(fā)生器長(zhǎng)軸兩端處柔性齒輪2與剛性齒輪3完全嚙合，在短軸兩端處柔性齒輪2與剛性齒輪3完全脫開。在波發(fā)生器長(zhǎng)軸與短軸的區(qū)間，柔性齒輪2與剛性齒輪3 有的逐漸進(jìn)入嚙合，處于半嚙合狀態(tài)，稱為嚙入；有的則逐漸退出嚙合，處于半脫開狀態(tài)，稱為嚙出。由于波發(fā)生器1的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，使得嚙入、完全嚙合、嚙出、完全脫開這四種情況依次變化，循環(huán)不已，可實(shí)現(xiàn)減速或增速，能夠得到固定的傳動(dòng)比。柔性齒輪2的內(nèi)孔直徑略小于波發(fā)生器1的外周長(zhǎng)，利于嚙合變速。由于柔性齒輪比剛性齒輪的齒數(shù)少1 2個(gè)，所以當(dāng)波發(fā)生器1轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)，柔性齒輪2向相反方向轉(zhuǎn)過兩個(gè)齒的角度，從而實(shí)現(xiàn)了大的減速比。由圖1、圖2可知，一般的諧波傳動(dòng)裝置都是軸對(duì)稱的，本實(shí)用新型并非關(guān)于主軸對(duì)稱，這也是由它在井下的作用而決定的。本實(shí)用新型是專門為高造斜井眼軌跡控制工具而設(shè)計(jì)的傳動(dòng)裝置。由于諧波齒輪傳動(dòng)裝置一端與偏置機(jī)構(gòu)相連，另一端與電磁離合器相連，又為了實(shí)現(xiàn)電磁離合器離合與制動(dòng)的雙重功能，諧波齒輪傳動(dòng)裝置必須設(shè)計(jì)得不完全對(duì)稱。本實(shí)用新型的尺寸、結(jié)構(gòu)均是根據(jù)井下高造斜井眼軌跡控制工具的要求而精心設(shè)計(jì)。 在裝置的兩端有很多銷孔，這些都是為了便于同磁離合器與偏置機(jī)構(gòu)的連接而設(shè)計(jì)的，同時(shí)動(dòng)力的傳遞也是從電磁離合器傳遞到諧波齒輪傳動(dòng)裝置，再經(jīng)諧波齒輪傳動(dòng)裝置減速后傳遞到偏置機(jī)構(gòu)。將空心軸高速旋轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞到偏置機(jī)構(gòu)，變?yōu)榈退傩D(zhuǎn)，使得偏置機(jī)構(gòu)容易控制，從而使得高造斜井眼軌跡控制工具造斜更加準(zhǔn)確，測(cè)量定位更加精確，提高了鉆井效率。
權(quán)利要求1.一種適用于鉆井作業(yè)的井下諧波齒輪傳動(dòng)裝置，其特征在于包括一固定套設(shè)在空心軸上的波發(fā)生器，所述波發(fā)生器為一個(gè)內(nèi)圈為圓形、外圈為橢圓形的硬質(zhì)環(huán)形構(gòu)件，在所述波發(fā)生器的外部通過軸承套設(shè)一柔性齒輪，所述柔性齒輪為薄壁齒輪，柔性齒輪的外面嚙合連接一剛性齒輪，所述剛性齒輪固定在外接件上。
2.如權(quán)利要求1所述的一種適用于鉆井作業(yè)的井下諧波齒輪傳動(dòng)裝置，其特征在于 所述空心軸的兩端分別連接偏置機(jī)構(gòu)和電磁離合器。
3.如權(quán)利要求1所述的一種適用于鉆井作業(yè)的井下諧波齒輪傳動(dòng)裝置，其特征在于 所述波發(fā)生器通過鍵套裝在所述空心軸上。
4.如權(quán)利要求2所述的一種適用于鉆井作業(yè)的井下諧波齒輪傳動(dòng)裝置，其特征在于 所述波發(fā)生器通過鍵套裝在所述空心軸上。
5.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種適用于鉆井作業(yè)的井下諧波齒輪傳動(dòng)裝置， 其特征在于所述柔性齒輪由可產(chǎn)生彈性變形的薄金屬制作。
6.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種適用于鉆井作業(yè)的井下諧波齒輪傳動(dòng)裝置， 其特征在于所述波發(fā)生器、柔性齒輪以及剛性齒輪之間，設(shè)置有軸承潤(rùn)滑油路。
7.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種適用于鉆井作業(yè)的井下諧波齒輪傳動(dòng)裝置， 其特征在于所述柔性齒輪的內(nèi)徑略小于波發(fā)生器的外周長(zhǎng)。
8.如權(quán)利要求5所述的一種適用于鉆井作業(yè)的井下諧波齒輪傳動(dòng)裝置，其特征在于 所述柔性齒輪的內(nèi)徑略小于波發(fā)生器的外周長(zhǎng)。
9.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種適用于鉆井作業(yè)的井下諧波齒輪傳動(dòng)裝置， 其特征在于所述柔性齒輪比剛性齒輪的齒數(shù)少1 2個(gè)。
10.如權(quán)利要求5所述的一種適用于鉆井作業(yè)的井下諧波齒輪傳動(dòng)裝置，其特征在于 所述柔性齒輪比剛性齒輪的齒數(shù)少1 2個(gè)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種適用于鉆井作業(yè)的井下諧波齒輪傳動(dòng)裝置，一端連偏置機(jī)構(gòu)，另一端連離合器，它包括一固定套設(shè)在空心軸上的波發(fā)生器，波發(fā)生器內(nèi)圈為圓、外圈為橢圓，在波發(fā)生器的外部通過軸承套設(shè)一柔性齒輪，柔性齒輪外面嚙合一剛性齒輪，剛性齒輪固定在外接件上。柔性齒輪由可產(chǎn)生彈性變形的薄金屬制作。柔性齒輪比剛性齒輪的齒數(shù)少1～2個(gè)。本實(shí)用新型采用非軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，由橢圓形的波發(fā)生器的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)柔性齒輪發(fā)生彈性變形，再由柔性齒輪變形嚙合剛性齒輪，由于柔性齒輪的齒數(shù)與剛性齒輪的齒數(shù)差1～2個(gè)，所以在波發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)，柔性齒輪向相反方向轉(zhuǎn)過兩個(gè)齒的角度，從而實(shí)現(xiàn)大的減速比。加之自身體積小，適合于下到深井、超深井等鉆井作業(yè)中。
文檔編號(hào)F16H1/24GK202100248SQ20102068470
公開日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者何保生, 馮定, 劉旭輝, 吳光武, 張紅, 李漢興, 武廣璦, 袁詠心, 靳勇 申請(qǐng)人:中國(guó)海洋石油總公司, 中海石油研究中心, 長(zhǎng)江大學(xué)