本申請(qǐng)要求2014年7月16日提交的發(fā)明名稱為“Universal Driveshaft Assembly(萬(wàn)向傳動(dòng)軸組件)”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)62/025,322以及2014年7月16日提交的發(fā)明名稱為“Universal Driveshaft Assembly(萬(wàn)向傳動(dòng)軸組件)”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)62/025,326的優(yōu)先權(quán)，上述每個(gè)申請(qǐng)的內(nèi)容在此通過(guò)引用的方式整體并入本文。

關(guān)于聯(lián)邦政府資助研究或開(kāi)發(fā)的聲明

不適用。

背景技術(shù)：

本公開(kāi)總體上涉及用于在具有交叉但不重疊的旋轉(zhuǎn)軸線的旋轉(zhuǎn)軸之間傳遞扭矩的萬(wàn)向接頭。更具體地，本公開(kāi)涉及用于在油氣鉆井操作中使用的井下馬達(dá)中采用的傳動(dòng)軸的萬(wàn)向接頭。

在土質(zhì)地層中鉆進(jìn)鉆孔時(shí)，例如用于從地下地層中采收碳?xì)浠衔锘虻V物質(zhì)，傳統(tǒng)的實(shí)踐是將鉆頭連接到由端對(duì)端連接在一起的多個(gè)鉆桿接頭形成的鉆柱的下端上，然后旋轉(zhuǎn)該鉆柱，使得鉆頭向下進(jìn)入土中，從而沿預(yù)定軌跡產(chǎn)生鉆孔。除了鉆桿接頭之外，鉆柱通常包括位于鉆桿接頭和鉆頭之間的、被稱為鉆鋌的較重的管狀構(gòu)件。鉆鋌提高了被施加給鉆頭的豎向負(fù)荷，從而提高了其操作的有效性。通常被包括在鉆柱中的其它附件包括幫助保持所鉆出的鉆孔的期望方向的扶正器以及確保所鉆出的鉆孔保持期望規(guī)格(即，直徑)的擴(kuò)眼器。在垂直鉆井操作中，通常采用船潛(top dive)或轉(zhuǎn)臺(tái)從地面旋轉(zhuǎn)鉆柱和鉆頭。

在鉆井操作期間，將鉆液或泥漿在壓力下沿鉆柱泵送，從鉆頭面泵送到鉆孔中，然后沿著鉆柱和鉆孔側(cè)壁之間的環(huán)空(annulus)上升到地面。可以是水基或油基的鉆液通常是粘性的，以提高其將鉆孔鉆屑帶到地面的能力。鉆液能夠執(zhí)行各種其它有價(jià)值的功能，包括提高鉆頭性能(例如，通過(guò)在壓力下經(jīng)鉆頭中的端口噴射鉆液，產(chǎn)生在鉆頭之前沖擊并弱化下部地層的泥漿射流)、鉆頭冷卻，以及在鉆孔壁上形成保護(hù)性結(jié)塊(從而穩(wěn)定并且密封鉆孔壁)

在油氣行業(yè)中已經(jīng)日益普遍并且期望鉆出水平和其它非垂直鉆孔(即，“定向鉆井”)，以便于比僅使用垂直鉆孔更有效地接觸和采收地下含碳?xì)浠衔锏貙又械母髤^(qū)域。在定向鉆井中，使用專用的鉆柱部件和“井底鉆具組件”來(lái)引導(dǎo)、監(jiān)測(cè)和控制鉆頭路徑的偏差，以便產(chǎn)生期望的非垂直構(gòu)造的鉆孔。

通常使用被包括在緊靠鉆頭上方的井底鉆具組件(BHA)中的井下或泥漿馬達(dá)執(zhí)行定向鉆井。典型的井下馬達(dá)包括幾個(gè)主要部件，例如(從馬達(dá)組件的頂部開(kāi)始依次是)：(1)適于促進(jìn)與鉆柱的下端連接的上部接頭(“接頭”是在油氣行業(yè)中用于任何小型或輔助鉆柱部件的常用一般術(shù)語(yǔ))；(2)動(dòng)力部分；(3)被封閉在傳動(dòng)軸殼體內(nèi)的傳動(dòng)軸，該傳動(dòng)軸的上端聯(lián)接至動(dòng)力部分的轉(zhuǎn)子的下端；以及(4)軸承組件(包括心軸，心軸具有與傳動(dòng)軸的下端聯(lián)接的上端加上適于接收鉆頭的下端)。動(dòng)力部分通常為螺桿或正排量馬達(dá)(PD馬達(dá))。在PD馬達(dá)中，轉(zhuǎn)子包括形成有沿其長(zhǎng)度延伸的一個(gè)或多個(gè)螺旋片或葉片的軸，并且定子由與定子殼體的內(nèi)圓柱壁結(jié)合的彈性體內(nèi)襯形成。內(nèi)襯限定與轉(zhuǎn)子葉片或多個(gè)葉片互補(bǔ)的螺旋葉片，但數(shù)目比轉(zhuǎn)子葉片多一個(gè)。轉(zhuǎn)子的下端包括輸出軸，該輸出軸進(jìn)而被聯(lián)接至驅(qū)動(dòng)鉆頭的旋轉(zhuǎn)的傳動(dòng)軸的上端。

在采用井下馬達(dá)的鉆井操作中，如上所述，鉆液在壓力下通過(guò)鉆柱循環(huán)并向上返回至地面。然而，在到達(dá)鉆頭的路徑中，加壓鉆液流過(guò)井下馬達(dá)的動(dòng)力部分而產(chǎn)生使鉆頭旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)扭矩。特別地，迫使高壓鉆液流過(guò)動(dòng)力部分，引起轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)，并且在動(dòng)力部分兩端產(chǎn)生壓降(即，鉆液壓力在動(dòng)力部分的底部較低)。傳遞至輸出軸的功率與流過(guò)動(dòng)力部分的流體體積和動(dòng)力部分兩端(即，從流體進(jìn)口至流體出口)的壓降的乘積成正比。因而，通過(guò)動(dòng)力部分的更高速率的流體循環(huán)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)的更高轉(zhuǎn)速，并且相應(yīng)地導(dǎo)致更高的功率輸出。

如上所述，輸出軸聯(lián)接至傳動(dòng)軸的上端，以將旋轉(zhuǎn)扭矩傳遞至鉆頭。然而，PD馬達(dá)中轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)本質(zhì)上是偏心的或“進(jìn)動(dòng)的”——即，在操作中，轉(zhuǎn)子的下端(積，輸出端)繞定子殼體的中心縱向軸線旋轉(zhuǎn)或做軌道運(yùn)行。輸出軸通過(guò)第一(或上部)萬(wàn)向接頭聯(lián)接至傳動(dòng)軸的上端，由此，允許與轉(zhuǎn)子的偏心運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)地或者與輸出軸和傳動(dòng)軸未同軸地對(duì)齊的事實(shí)無(wú)關(guān)地將旋轉(zhuǎn)扭矩從轉(zhuǎn)子傳遞至傳動(dòng)軸。

軸承組件通常包括細(xì)長(zhǎng)管狀心軸，該細(xì)長(zhǎng)管狀心軸具有通過(guò)第二(下部)萬(wàn)向接頭與傳動(dòng)軸的下端聯(lián)接的上端和聯(lián)接至鉆頭的下端。心軸被裝入到與上面的管狀傳動(dòng)軸殼體連接的管狀軸承殼體中。心軸在軸承殼體內(nèi)同心地旋轉(zhuǎn)。

常規(guī)傳動(dòng)軸的萬(wàn)向接頭組件易于發(fā)生嚴(yán)重磨損，并且在操作中可能相對(duì)快速地失效。特別地，許多這種傳統(tǒng)的傳動(dòng)軸都通過(guò)點(diǎn)接觸或線接觸來(lái)傳遞扭矩，這將大量的力分散在相對(duì)小的表面積上，由此趨向于加速這些接觸表面處的磨損。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本文公開(kāi)的一些實(shí)施例涉及傳動(dòng)軸組件。在一個(gè)實(shí)施例中，傳動(dòng)軸組件包括傳動(dòng)軸，該傳動(dòng)軸具有縱向軸軸線、第一端、與第一端相反的第二端以及徑向外表面。第一端包括從徑向外表面徑向向內(nèi)延伸的多個(gè)凹部，每個(gè)凹部均包括平坦接合表面。另外，所述傳動(dòng)軸組件包括第一端殼體，所述第一端殼體具有縱向殼體軸線以及軸向延伸的容座。所述容座包括多個(gè)平坦容座表面。此外，該傳動(dòng)軸組件包括被構(gòu)造成在傳動(dòng)軸和第一端殼體之間傳遞扭矩的扭矩傳遞組件。該扭矩傳遞組件包括：多個(gè)扭矩傳遞鍵，每個(gè)扭矩傳遞鍵均具有平坦鍵表面和凸鍵表面；以及轉(zhuǎn)接器，其包括多個(gè)凹轉(zhuǎn)接器表面和多個(gè)平坦轉(zhuǎn)接器表面。每個(gè)凹部的平坦接合表面接合所述扭矩傳遞鍵中的一個(gè)扭矩傳遞鍵的平坦鍵表面。另外，每個(gè)扭矩傳遞鍵的凸鍵表面接合轉(zhuǎn)接器的凹轉(zhuǎn)接器表面中的一個(gè)。此外，轉(zhuǎn)接器的平坦轉(zhuǎn)接器表面中的每一個(gè)均接合所述平坦容座表面中的一個(gè)。

其它實(shí)施例涉及傳動(dòng)軸組件。在一個(gè)實(shí)施例中，傳動(dòng)軸組件包括傳動(dòng)軸，該傳動(dòng)軸具有縱向軸軸線、第一端、與第一端相反的第二端、以及徑向外表面。第一端包括從徑向外表面徑向向內(nèi)延伸的多個(gè)凹部，每個(gè)凹部均包括凸接合表面。另外，該傳動(dòng)軸組件包括第一端殼體，該第一端殼體具有縱向殼體軸線以及軸向延伸容座。所述容座包括多個(gè)平坦容座表面。此外，該傳動(dòng)軸組件包括被構(gòu)造成在傳動(dòng)軸和第一端殼體之間傳遞扭矩的多個(gè)扭矩傳遞鍵，所述扭矩傳遞鍵中的每一個(gè)均包括平坦鍵表面和凹鍵表面。每個(gè)凹部的凸接合表面接合所述扭矩傳遞鍵中的一個(gè)扭矩傳遞鍵的凹鍵表面，并且每個(gè)扭矩傳遞鍵的平坦鍵表面接合所述平坦容座表面中的一個(gè)。

本文所述實(shí)施例包括旨在解決與某些現(xiàn)有裝置、系統(tǒng)和方法相關(guān)的各種缺點(diǎn)的特征和特性的組合。上文已相當(dāng)廣泛地概述了所公開(kāi)的實(shí)施例的那些特征和特性，以便可以更好地理解下文的詳細(xì)說(shuō)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員通過(guò)閱讀下文詳細(xì)說(shuō)明并參考附圖，將容易理解上述及其它各種特性和特征。應(yīng)當(dāng)理解，本文公開(kāi)的構(gòu)思和具體實(shí)施例可以容易地用作修改或設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)與所公開(kāi)的實(shí)施例相同目的的其它結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。還應(yīng)認(rèn)識(shí)到，這些等效構(gòu)造并未偏離本文公開(kāi)的教導(dǎo)的精神和范圍。

附圖說(shuō)明

為更詳細(xì)地描述各種實(shí)施例，現(xiàn)在將參考附圖，其中：

圖1是鉆井系統(tǒng)的示意性局部截面圖，該鉆井系統(tǒng)包括根據(jù)至少一些實(shí)施例的傳動(dòng)軸組件的示例性實(shí)施例；

圖2是圖1的傳動(dòng)軸組件的局部截面?zhèn)纫晥D；

圖3是圖1的傳動(dòng)軸組件的一個(gè)萬(wàn)向接頭組件的放大截面?zhèn)纫晥D；

圖4是圖1的傳動(dòng)軸的下端的透視圖；

圖5是圖1的傳動(dòng)軸的下端的正視圖或軸向視圖；

圖6是圖1的傳動(dòng)軸的下端的另一透視圖，示出了在其上安裝根據(jù)至少一些實(shí)施例的扭矩傳遞組件；

圖7是圖6的扭矩傳遞組件的扭矩傳遞鍵之一的透視圖；

圖8是圖6的扭矩傳遞組件的扭矩傳遞鍵之一的頂視圖；

圖9是圖6的扭矩傳遞組件的轉(zhuǎn)接器的透視圖；

圖10是圖6的扭矩傳遞組件的轉(zhuǎn)接器的頂視圖；

圖11是圖6的扭矩傳遞組件的轉(zhuǎn)接器的一個(gè)臂的放大透視圖；

圖12是圖6的扭矩傳遞組件的轉(zhuǎn)接器的一個(gè)臂的放大頂視圖，示出了在其上安裝圖6的一個(gè)扭矩傳遞鍵；

圖13是圖3的萬(wàn)向接頭組件的端殼體的透視圖；

圖14是圖3的萬(wàn)向接頭組件的端殼體的正視圖或軸向視圖；

圖15是萬(wàn)向接頭組件的沿圖3的XV-XV剖面截取的剖視圖；

圖16是在圖1的鉆井系統(tǒng)內(nèi)使用的另一傳動(dòng)軸組件的局部截面?zhèn)纫晥D；

圖17是根據(jù)至少一些實(shí)施例的、在圖1的傳動(dòng)軸組件中使用的另一萬(wàn)向接頭組件的放大截面?zhèn)纫晥D；

圖18是圖16的傳動(dòng)軸的下端的透視圖；

圖19是圖16的傳動(dòng)軸的下端的正視圖或軸向視圖；

圖20是圖16的傳動(dòng)軸的下端的另一透視圖，示出了根據(jù)至少一些實(shí)施例在其上安裝了扭矩傳遞鍵；

圖21是圖20的一個(gè)扭矩傳遞鍵的透視圖；

圖22是圖20的一個(gè)扭矩傳遞鍵的頂視圖；

圖23是圖20的一個(gè)扭矩傳遞鍵的前視圖；

圖24是圖17的萬(wàn)向接頭組件的端殼體的透視圖；

圖25是圖17的萬(wàn)向接頭組件的端殼體的正視圖或軸向視圖；并且

圖26是萬(wàn)向接頭組件的沿圖17中的剖面XXVI-XXVI截取的剖視圖。

具體實(shí)施方式

以下的討論涉及各種示例性實(shí)施例。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解，本文公開(kāi)的示例具有廣泛應(yīng)用，并且任何示例性實(shí)施例的討論僅旨在說(shuō)明該實(shí)施例，而非旨在暗示本公開(kāi)(包括權(quán)利要求)的范圍局限于該實(shí)施例。

附圖不一定按比例繪制。本文中的某些特征和部件可能以夸大比例或以稍微示意性的形式示出，并且，為了清楚和簡(jiǎn)明，可能未示出常規(guī)元件的一些細(xì)節(jié)。

在以下討論和權(quán)利要求中，以開(kāi)放方式使用術(shù)語(yǔ)“包括…”和“包含…”，因而應(yīng)當(dāng)解釋為其含義是“包括但不限于…”。同樣，術(shù)語(yǔ)“聯(lián)接”的意思是間接或直接連接。因而，如果第一裝置聯(lián)接至第二裝置，該連接可以是通過(guò)直接連接或通過(guò)經(jīng)由其它裝置、部件和連接而建立的間接連接。另外，本文所使用的術(shù)語(yǔ)“軸向”和“軸向地”通常是指沿著中心軸線或平行于中心軸線(例如，主體或端口的中心軸線)，而術(shù)語(yǔ)“徑向”和“徑向地”通常是指垂直于中心軸線。例如，軸向距離是指沿著中心軸線或平行于中心軸線測(cè)量的距離，而徑向距離是指垂直于中心軸線測(cè)量的距離。說(shuō)明書和權(quán)利要求書中對(duì)“上”和“下”的任何引用都是為了清楚起見(jiàn)，“上”、“上部”、“向上”、“井上”或“上游”是指朝向鉆孔的表面，并且“下”、“下部”、“向下”、“井下”或“下游”是指朝向鉆孔的終端，而與鉆孔取向無(wú)關(guān)。

現(xiàn)在參考圖1，其中示出了用于在土質(zhì)地層中鉆出鉆孔16的系統(tǒng)10。在該實(shí)施例中，系統(tǒng)10包括布置在地面處的鉆機(jī)20、從鉆機(jī)20延伸到鉆孔16中的鉆柱21、井下馬達(dá)30和鉆頭90。馬達(dá)30形成井底組件(“BHA”)的一部分，并且布置在鉆柱21的下端和鉆頭90之間。沿著B(niǎo)HA朝著鉆頭90向下，馬達(dá)30包括液壓驅(qū)動(dòng)或動(dòng)力部分40、聯(lián)接至動(dòng)力部分40的傳動(dòng)軸組件100、以及聯(lián)接至傳動(dòng)軸組件100的軸承組件80。鉆頭90聯(lián)接至軸承組件80的下端。

液壓驅(qū)動(dòng)部分40將沿鉆柱21向下泵送的鉆液施加的壓力轉(zhuǎn)換為通過(guò)傳動(dòng)軸組件100和軸承組件80傳遞至鉆頭90的旋轉(zhuǎn)扭矩。通過(guò)被施加至鉆頭90的力或重量(也稱為鉆壓(“WOB”))，旋轉(zhuǎn)中的鉆頭90接合土質(zhì)地層并前進(jìn)，從而沿預(yù)定路徑朝著目標(biāo)區(qū)域形成鉆孔16。被沿著鉆柱21由馬達(dá)30泵送的鉆液或泥漿流出鉆頭90的面，并從形成在鉆柱21和鉆孔16的側(cè)壁19之間的環(huán)空18向上返回。鉆液冷卻鉆頭90、將鉆屑從鉆頭90的面沖洗開(kāi)，并將鉆屑帶至地面。

現(xiàn)在參考圖2，傳動(dòng)軸組件100包括外部傳動(dòng)軸殼體110、以可旋轉(zhuǎn)方式布置在殼體110內(nèi)的傳動(dòng)軸120、聯(lián)接至傳動(dòng)軸120的第一殼體或上端殼體130、以及也聯(lián)接至傳動(dòng)軸120的第二殼體或下端殼體140。殼體110是一種細(xì)長(zhǎng)的圓柱形管狀構(gòu)件，其具有中心軸線或縱向軸線115、第一端或上端110a、以及與上端110a相反的第二端或下端110b。如圖1中最佳地示出的，在該實(shí)施例中，殼體110與液壓驅(qū)動(dòng)部分40和軸承組件80同軸地對(duì)齊。另外，殼體110的上端110a聯(lián)接至驅(qū)動(dòng)部分40的外部殼體，并且殼體10的下端110b聯(lián)接至軸承組件80的外部殼體。

仍參考圖2，傳動(dòng)軸120具有中心軸線或縱向軸線125、第一端或上端120a、與端部120a相反的第二端或下端120b、以及在端部120a、120b之間軸向延伸的大致圓柱形徑向外表面120c。如下文更詳細(xì)地描述的，軸120的軸線125不與殼體110的軸線115同軸地對(duì)齊。環(huán)形空間116形成在傳動(dòng)軸殼體110和傳動(dòng)軸120之間。在鉆井操作期間，鉆液被沿著鉆柱21向下泵送并流過(guò)井下馬達(dá)30到達(dá)鉆頭90。在傳動(dòng)軸組件100內(nèi)，鉆液在通往軸承組件80和鉆頭90的路徑中從上端110a通過(guò)環(huán)形空間116流到下端110b。

上端殼體130具有第一端或上端130a、與端部130a相反的第二端或下端130b、從上端130a延伸的連接器部分132、以及從連接器部分132延伸至下端130b的套筒部分134。在該實(shí)施例中，連接器部分132是公銷或銷端連接器，它將上端殼體130螺紋連接至液壓驅(qū)動(dòng)部分40的輸出軸。套筒部分134接收傳動(dòng)軸120的上端120a。如下文更詳細(xì)描述的，上端120a和套筒部分134之間的聯(lián)接允許傳動(dòng)軸120繞端部120a相對(duì)于端殼體130樞轉(zhuǎn)，而同時(shí)在端殼體130和傳動(dòng)軸120之間傳遞旋轉(zhuǎn)扭矩負(fù)荷和軸向推力負(fù)荷。

下端殼體140具有第一端或上端140a、第二端或下端140b、從上端140a延伸的連接器部分142、以及從連接器部分142延伸至下端140b的套筒部分144。在該實(shí)施例中，連接器部分142是承口或母扣連接器(female box or box-end connector)，它將下端殼體140螺紋連接至軸承組件80的心軸。套筒部分144接收傳動(dòng)軸120的下端120b。如下文更詳細(xì)描述的，下端120b和套筒部分144之間的聯(lián)接允許傳動(dòng)軸120繞端部120b相對(duì)于端殼體140樞轉(zhuǎn)，而同時(shí)在端殼體140和傳動(dòng)軸120之間傳遞旋轉(zhuǎn)扭矩負(fù)荷和軸向推力負(fù)荷。

在該實(shí)施例中，傳動(dòng)軸120的端部120a、120b結(jié)構(gòu)相同，并且套筒部分134、144結(jié)構(gòu)相同。因此，在下文說(shuō)明和相關(guān)的附圖中，示出并描述了下端120b、相應(yīng)的套筒部分144以及二者之間的聯(lián)接或連接的實(shí)施例細(xì)節(jié)，應(yīng)理解，上端120a、相應(yīng)的套筒部分134和二者之間的連接的實(shí)施例可能分別相同。

現(xiàn)在參考圖3，其中示出了傳動(dòng)軸120的下端120b和下端殼體140的套筒部分144的實(shí)施例。套筒部分144具有中心軸線或縱向軸線145，并包括從端部140a軸向延伸并接收傳動(dòng)軸120的下端120b的容座146。應(yīng)注意，雖然在圖3中示出該軸線125、145大致對(duì)齊，但由于傳動(dòng)軸120在操作期間繞端部120b的樞轉(zhuǎn)，傳動(dòng)軸120的軸線125通常與套筒部分144的軸線145不對(duì)齊。

簡(jiǎn)要地參考圖3、13和14，容座146由徑向內(nèi)表面146c限定。從上端130a沿著軸向方向，內(nèi)表面146c包括從上端140a軸向延伸的上部大致圓柱形表面308、從表面308徑向向內(nèi)延伸的多個(gè)在圓周方向上間隔開(kāi)的肩臺(tái)306(例如，在該實(shí)施例中，共有4個(gè)肩臺(tái)306)、從肩臺(tái)306軸向延伸的多個(gè)在圓周方向上間隔的凹口302、從凹口302徑向延伸的大致平坦表面304、以及從表面304軸向延伸的圓柱形埋頭孔或凹部320。肩臺(tái)306和表面304是布置在垂直于軸線145取向的平面內(nèi)的平坦表面。另外，在該實(shí)施例中，容座146包括繞軸線145在圓周方向上均勻間隔開(kāi)的總共4個(gè)凹口302，使得每個(gè)凹口302都布置成與在圓周方向上相鄰的相應(yīng)凹口302間隔大致90°。

現(xiàn)在重新參考圖3，在該實(shí)施例中，軸承插入件180布置在凹部320內(nèi)。插入件180包括與軸線145同軸地對(duì)齊且具有第一端或上端181a以及與上端181a相反的第二端或下端181b的主體181。在該實(shí)施例中，上端181a包括大致面向上的凹球面軸承表面182，并且下端181b包括垂直于軸線145取向的大致平坦表面186。如圖3所示，插入件180的平坦表面186坐落在凹部320中，使得軸承表面182在軸向上面向上。如圖3所示，軸120的下端120b包括從下端120b軸向向內(nèi)延伸的腔體121，并且腔體121具有接收推力球或球體122的凹球體座或表面123。當(dāng)下端120b安裝在容座146內(nèi)時(shí)，主體181的上端181a延伸到腔體121內(nèi)，使得凹球面軸承表面182與球體122匹配且滑動(dòng)地接合球體122。

仍參考圖3，安裝軸環(huán)148布置在容座146內(nèi)且緊鄰上端140a。通常，安裝軸環(huán)包括徑向外表面148a和徑向內(nèi)表面148b。軸環(huán)148經(jīng)由外表面148a上的匹配外螺紋和表面308上的內(nèi)螺紋的接合而被擰入到容座146中。環(huán)狀密封組件150在徑向上設(shè)置在表面148a、308之間，從而防止流體在兩者間流動(dòng)。

還設(shè)有柔性封閉罩164，以防止鉆井泥漿在鉆井操作期間流入容座146中。封閉罩164緊鄰下端120b圍繞傳動(dòng)軸120布置，具有用鎖環(huán)160聯(lián)接至傳動(dòng)軸120的第一端或上端164a以及用軸環(huán)148和L形壓縮環(huán)166聯(lián)接至端殼體140的第二端或下端164b。因而，封閉罩164在傳動(dòng)軸120和端殼體140之間徑向延伸。更特別地，罩164的上端164a坐落在傳動(dòng)軸120的外表面120c上的環(huán)狀凹部中，并且鎖環(huán)160布置在軸120上且在端部164a之上，由此，通過(guò)過(guò)盈配合將端部164a在環(huán)160和軸120之間保持就位。卡環(huán)162布置在外表面120c中的圓周凹槽163中，并且沿軸向?qū)h(huán)160固位在軸120上。類似地，封閉罩164的下端164b通過(guò)過(guò)盈配合被保持就位。特別地，下端164b坐落在徑向內(nèi)表面148b上，并且在軸環(huán)148和布置于容座146中的壓縮環(huán)166之間被壓縮。

現(xiàn)在參考圖3-5，其中示出了傳動(dòng)軸120的下端120b。除了上述腔體121之外，下端120b還包括從外表面120c徑向向內(nèi)延伸且從下端120b在軸向上延伸的多個(gè)凹部124。每個(gè)凹部124都至少部分地由第一平坦表面126和第二平坦表面128限定。在該實(shí)施例中，每個(gè)凹部124的表面126、128彼此垂直，使得：當(dāng)在沿軸線125的截面中觀察時(shí)，每個(gè)凹部124是基本V形的(例如，如圖5中所示)。如下文更詳細(xì)描述的，在鉆井操作期間，從傳動(dòng)軸120通過(guò)每個(gè)凹部124的表面126傳遞扭矩，因而，在本文中，每個(gè)凹部124的第一平坦表面126都可以稱為接合表面或扭矩傳遞表面126。

在該實(shí)施例中，下端120b包括繞軸線125均勻地沿圓周布置的總共4個(gè)凹部124，使得每個(gè)凹部124布置成與在圓周方向上相鄰的相應(yīng)凹部124隔開(kāi)大約90°。結(jié)果，每個(gè)凹部124的平坦表面126、128關(guān)于軸線125大致平行于每個(gè)徑向相對(duì)凹部124的相應(yīng)的平坦表面126、128(即，凹部124布置成與所述凹部124成180°)。此外，在該實(shí)施例中，表面126、128中的每一個(gè)均平行于傳動(dòng)軸120的中心軸線125；然而，在其它實(shí)施例中，表面126、128不平行于軸線125，而是布置成與其成略非零角度。

如下文更詳細(xì)描述的，在軸120繞軸線125旋轉(zhuǎn)期間，軸120在下端120b處繞第一樞轉(zhuǎn)軸線127和第二樞轉(zhuǎn)軸線129自由樞轉(zhuǎn)。軸線127、129彼此垂直地取向，并且在沿軸線125布置的中心點(diǎn)119處相交。因而，軸線125、127、129都在中心119處相交。另外，軸線127、129位于垂直或正交于軸線125取向的平面中。此外，在該實(shí)施例中，當(dāng)如前所述地將球體122安裝在腔體121中時(shí)(例如，見(jiàn)圖3)，中心119也對(duì)應(yīng)于該腔體中的凹球形表面的曲率中心和推力球122的中心。因而，推力球122和腔體121的表面123之間的滑動(dòng)接合以及球體122和軸承插入件180的表面182之間的滑動(dòng)接合允許傳動(dòng)軸120在操作期間繞中心119樞轉(zhuǎn)。

現(xiàn)在參考圖3和6，扭矩傳遞組件185圍繞傳動(dòng)軸120的下端120b布置在容座146內(nèi)，并且隨著傳動(dòng)軸120繞軸線125旋轉(zhuǎn)而在傳動(dòng)軸120和端殼體140之間傳遞扭矩負(fù)荷。在該實(shí)施例中，扭矩傳遞組件185大致包括多個(gè)扭矩傳遞鍵190及轉(zhuǎn)接器200。如下文更詳細(xì)地描述的，扭矩傳遞組件185的各個(gè)表面(即，鍵190和轉(zhuǎn)接器200的匹配表面)的滑動(dòng)接合允許傳動(dòng)軸120通過(guò)直接面對(duì)面接合而將扭矩傳遞至端殼體140，即使當(dāng)傳動(dòng)軸120相對(duì)于端殼體140繞軸線127、129樞轉(zhuǎn)時(shí)也是如此，如前所述。

現(xiàn)在參考圖7和8，每個(gè)扭矩傳遞鍵190均是大致D形的，并且布置在轉(zhuǎn)接器200上。如圖7中最佳地示出的，每個(gè)鍵190包括主體192，該主體192具有中心軸線195、第一側(cè)或頂側(cè)192a、與頂側(cè)192a軸向相反的第二側(cè)或底側(cè)192b、第一橫向側(cè)192c、以及與第一橫向側(cè)192c徑向相反的第二橫向側(cè)192d。在該實(shí)施例中，當(dāng)傳動(dòng)軸組件100被完全組成時(shí)，軸線195穿過(guò)鍵190的質(zhì)心并平行于軸線127、129中的一個(gè)。另外，在該實(shí)施例中，側(cè)面192a、192b包括分別垂直于軸線195取向的平行的平坦表面193、199；側(cè)面192c包括在側(cè)面192a、192b之間軸向延伸的平坦扭矩傳遞表面194；并且側(cè)面192d包括在側(cè)面192a、192b之間軸向延伸的凸圓柱形表面196。表面196繞曲率軸線197同心，曲率軸線197被取向?yàn)槠叫杏谳S線195和表面194并且與軸線195和表面194徑向間隔開(kāi)。軸線195、197位于垂直于表面194取向的平面內(nèi)。此外，在該實(shí)施例中，表面194、196各自與倒角表面198a、198b交叉，使得表面194具有在表面198a、198b之間延伸的長(zhǎng)度L₁₉₄；然而，應(yīng)明白，鍵190的其它實(shí)施例可以不包括倒角表面198a、198b。此外，表面196具有從曲率軸線197至表面196徑向地測(cè)量的半徑R₁₉₆。此外，如下文更詳細(xì)所述的，在該實(shí)施例中，當(dāng)組件100被完全組裝時(shí)，每個(gè)鍵190的軸線197均與樞轉(zhuǎn)軸線127、129中的一個(gè)對(duì)齊。

現(xiàn)在參考圖9-11，轉(zhuǎn)接器200包括：中心軸線或縱向軸線205，其在轉(zhuǎn)接器200安裝在容座146內(nèi)(例如，如圖3中所示)時(shí)與端殼體140的軸線145對(duì)齊；多個(gè)接合臂202；和中心連接構(gòu)件204。連接構(gòu)件204由包括第一側(cè)或上側(cè)204a以及與上側(cè)204a相反的第二側(cè)或下側(cè)204b的單塊板形成，其中，所述側(cè)204a、204b彼此平行并且均垂直于軸線205。另外，構(gòu)件204被成形為與容座146相對(duì)應(yīng)。即，在該實(shí)施例中，連接構(gòu)件204包括在形狀和布置上與上述容座146的凹口302大致對(duì)應(yīng)的多個(gè)徑向延伸體203，使得當(dāng)轉(zhuǎn)接器200完全安裝在容座146中時(shí)，每個(gè)延伸體203配合在容座146的凹口302中的一個(gè)內(nèi)。因而，在該實(shí)施例中，轉(zhuǎn)接器200包括繞軸線205在圓周方向上均勻地間隔開(kāi)的總共4個(gè)延伸體203，使得每個(gè)延伸體203布置成與在圓周方向上相鄰的相應(yīng)延伸體203隔開(kāi)大約90°。另外，在延伸體203中的每一個(gè)上，一個(gè)臂202從上側(cè)204a軸向向外延伸，使得在該實(shí)施例中，存在繞軸線205在圓周方向上均勻地間隔開(kāi)的總共4個(gè)臂202，并且每個(gè)臂202布置成與在圓周方向上相鄰的相應(yīng)臂202隔開(kāi)大約90°。另外，孔或開(kāi)口206在側(cè)面204a、204b之間穿過(guò)構(gòu)件204軸向延伸，并且與軸線205同軸地對(duì)齊。如下文更詳細(xì)地描述的，開(kāi)口206被定尺寸，以允許軸承插入件180的主體181的上端181a在操作期間從中穿過(guò)。

如圖11中最佳地示出的，每個(gè)臂202包括與轉(zhuǎn)接器200的軸線205平行且徑向間隔開(kāi)的中心軸線215、第一端202a、以及與第一端202a相反的第二端202b。另外，每個(gè)臂202包括第一傳動(dòng)軸面對(duì)側(cè)202c、關(guān)于軸線215而與第一傳動(dòng)軸面對(duì)側(cè)202c徑向相反的第一端殼體面對(duì)側(cè)202d、在側(cè)面202c、202d之間延伸的第二傳動(dòng)軸面對(duì)側(cè)202e、以及也在側(cè)面202c、202d之間延伸并且關(guān)于軸線215而與第二傳動(dòng)軸面對(duì)側(cè)202e徑向相反的第二端殼體面對(duì)側(cè)202f。所述側(cè)202c、202d、202e、202f各自在端部202a、202b之間軸向地延伸。第一端殼體面對(duì)側(cè)202d包括軸向延伸的平坦接合表面209，而圓柱形凹部208關(guān)于軸線215從側(cè)面202c徑向向內(nèi)延伸。凹部208由具有曲率軸線213的凹圓柱形表面212以及在側(cè)面202c和凹圓柱形表面212之間延伸的平坦底面表面210限定。

現(xiàn)在參考圖6和12，在組成該扭矩傳遞組件185期間，每個(gè)鍵190都布置在轉(zhuǎn)接器200的臂202上的一個(gè)凹部208中。特別地，每個(gè)鍵190都布置在凹部208中的一個(gè)中，使得平行的平坦表面193、199中的一個(gè)以滑動(dòng)方式接合底面表面210，并且凸圓柱形表面196滑動(dòng)接合凹圓柱形表面212。另外，如圖12中最佳示出的，當(dāng)鍵190布置在上述凹部208內(nèi)時(shí)，每個(gè)鍵190上的每個(gè)表面196的曲率軸線197與凹部208中的分別的相應(yīng)表面212的曲率軸線213對(duì)齊，并因此與其重合。因而，在操作期間，允許每個(gè)鍵190通過(guò)表面196、212的滑動(dòng)接合以及表面193、199中的一個(gè)與表面210的滑動(dòng)接合而繞對(duì)齊的軸線197、213樞轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動(dòng)。另外，如下文更詳細(xì)地描述的，在該實(shí)施例中，當(dāng)組件185被完全安裝在傳動(dòng)軸120的下端120b上并且下端120b和組件185二者都完全插入到端殼體140的容座146內(nèi)(例如，圖3)時(shí)，每個(gè)臂202和鍵190對(duì)的對(duì)齊軸線197、213進(jìn)一步與上述樞轉(zhuǎn)軸線127、129中的一個(gè)對(duì)齊，使得：在操作期間，鍵190中的每一個(gè)都繞樞轉(zhuǎn)軸線127、129中的一個(gè)樞轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動(dòng)，從而進(jìn)一步促進(jìn)傳動(dòng)軸120繞軸線127、129相對(duì)于端殼體130樞轉(zhuǎn)。

再次參考圖13和14，在該實(shí)施例中，容座146的每個(gè)凹口320都由第一平坦表面310、平行于第一平坦表面310的第二平坦表面312、垂直于或正交于第一平坦表面310的第三平坦表面314、以及在表面312、314之間延伸的第四平坦表面316限定。在該實(shí)施例中，表面310、312、314、316中的每一個(gè)均軸向地或平行于端殼體140的軸線145延伸；然而，不對(duì)這種布置做要求，以使得在其它實(shí)施例中、表面310、312、314、316布置成相對(duì)軸線145成略非零角度。如下文更詳細(xì)地所述的，凹口302的第一平坦表面310中的每一個(gè)均接合扭矩傳遞組件185中的匹配表面(例如，臂202上的平坦表面209)，以便在傳動(dòng)軸120繞軸線125旋轉(zhuǎn)期間在軸120和端殼體140之間傳遞扭矩。因而，在本文中，表面310可以稱為接合表面或扭矩傳遞表面。

同樣，如圖14中最佳地示出的，凹口302布置在容座146內(nèi)，使得每個(gè)凹口302的第一平坦接合表面310延伸至在圓周方向上緊鄰的凹口302的第二平坦表面312。另外，徑向相對(duì)的凹口302(即，繞軸線145在圓周方向上彼此成180°布置的凹口302)的第一平坦接合表面310大致彼此平行。表面310的這種平行關(guān)系確保了傳動(dòng)軸120和端殼體140之間的扭矩傳遞更均勻地分布。

現(xiàn)在參考圖3、6和15，現(xiàn)在將描述傳動(dòng)軸120的下端120b、扭矩傳遞組件185和端殼體140的組裝。首先，如圖6中最佳示出的，扭矩傳遞組件185按上文所述地組成并安裝在傳動(dòng)軸120的下端120b上，使得鍵190和臂202的每個(gè)匹配對(duì)在凹部124中的一個(gè)內(nèi)布置在下端120b上。特別地，鍵190和轉(zhuǎn)接器200安裝在傳動(dòng)軸120的下端120b上，使得平坦表面194接合平坦表面126，并且每個(gè)臂202的第二傳動(dòng)軸面對(duì)側(cè)202e面向凹部124內(nèi)的平坦表面128。另外，當(dāng)轉(zhuǎn)接器200完全安裝在下端120b上時(shí)，孔206與腔體121大致對(duì)齊。此外，如圖6中所示，在該實(shí)施例中，當(dāng)扭矩傳遞組件185安裝在下端120b上時(shí)，表面196、212的對(duì)齊的軸線197、213分別進(jìn)一步與樞轉(zhuǎn)軸線127、129中的一個(gè)對(duì)齊。如下文將更詳細(xì)描述的，與軸線197、213、127、129的這種對(duì)齊允許鍵190繞軸線127、129中的一個(gè)樞轉(zhuǎn)，從而進(jìn)一步便于傳動(dòng)軸120在鉆井操作期間繞軸線127、129的樞轉(zhuǎn)。在該實(shí)施例中，在將扭矩傳遞組件185安裝在下端120b上之前或之后，推力球122被安裝在腔體121中并坐落在凹球面軸承表面123上(例如，參見(jiàn)圖3)。

如圖3和15中最佳地示出的，然后，安裝有扭矩傳遞組件185的、傳動(dòng)軸120的下端120b被插入在端殼體140上的容座146內(nèi)，使得下側(cè)204b抵靠或接合所述平坦表面304，并且軸承插入件180的主體181的上端181a穿過(guò)孔206和腔體121延伸，使得上端181a上的凹球面軸承表面182接合推力球122。因此，如圖3中所示，推力球122布置在凹球面軸承表面123、182之間并與凹球面軸承表面123、182接合。另外，由于傳動(dòng)軸120的下端120b和扭矩傳遞組件185安裝在容座146內(nèi)，所以，如圖15中所示，臂202上的第一端殼體面對(duì)側(cè)202d的表面209中的每一個(gè)均接合套筒302的接合表面310中的一個(gè)。

仍參考圖3和15，一旦傳動(dòng)軸組件100被完全組成，傳動(dòng)軸120相對(duì)于下端殼體140繞中心119自由樞轉(zhuǎn)，同時(shí)繞軸線125在方向113上旋轉(zhuǎn)。特別地，由于軸120繞軸線125在方向113上旋轉(zhuǎn)，所以，通過(guò)推力球122在腔體121內(nèi)的表面123和插入件180的凹球面軸承表面182上的滑動(dòng)接合，軸120的端部120b能夠繞軸線127、129中的一個(gè)或兩者樞轉(zhuǎn)。另外，通過(guò)每個(gè)鍵190的圓柱形表面196與轉(zhuǎn)接器200的臂202上的凹部208內(nèi)的圓柱形表面212的滑動(dòng)接合，以及每個(gè)鍵190上的表面194和傳動(dòng)軸120的下端120b上的平坦表面126的滑動(dòng)接合，進(jìn)一步容許傳動(dòng)軸120的端部120b繞軸線127、129的樞轉(zhuǎn)。

此外，在軸120繞軸線125在方向113上旋轉(zhuǎn)期間，在下端120b和端殼體140之間通過(guò)扭矩傳遞組件185傳遞扭矩。特別地，首先在下端120b和鍵190之間通過(guò)表面126、194的接合來(lái)傳遞扭矩。之后，在鍵190和轉(zhuǎn)接器200之間通過(guò)表面196、212的接合來(lái)傳遞扭矩。最后，在轉(zhuǎn)接器200和端殼體140之間通過(guò)表面209、310的接合來(lái)傳遞扭矩。由于在上述該實(shí)施例中允許鍵190在轉(zhuǎn)接器200的臂202上的凹部208內(nèi)繞軸線127、129中的一個(gè)樞轉(zhuǎn)，所以，在傳動(dòng)軸120繞軸線127、129樞轉(zhuǎn)且同時(shí)繞軸線125在方向113上旋轉(zhuǎn)時(shí)，鍵190能夠保持表面194、126之間的面對(duì)面接觸。在該實(shí)施例中，上端殼體130和傳動(dòng)軸120的上端120a之間的聯(lián)接與上述下端殼體140和傳動(dòng)軸的下端120b之間的聯(lián)接在結(jié)構(gòu)和功能上是相同的；然而，應(yīng)明白，并不要求這種結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的。另外，雖然上文已經(jīng)對(duì)傳動(dòng)軸120的下端120b描述了裝配的具體順序，但應(yīng)明白，具體的裝配順序可以變化很大。例如，在一些實(shí)施例中，扭矩傳遞組件185可以最先安裝在容座146內(nèi)。之后，在該示例中，下端120b插入容座146內(nèi)并以上述方式與組件185接合，從而產(chǎn)生如圖15所示的布置。

以所述方式，通過(guò)這些匹配表面(例如，鍵190、轉(zhuǎn)接器200、傳動(dòng)軸120和容座146上的匹配表面)的直接接合，傳動(dòng)軸組件100能夠通過(guò)直接的面對(duì)面表面接觸而不是點(diǎn)接觸或線接觸來(lái)傳遞扭矩。此外，對(duì)于傳動(dòng)軸組件100，甚至在傳動(dòng)軸繞正交樞轉(zhuǎn)軸線(例如，樞轉(zhuǎn)軸線127、129)樞轉(zhuǎn)時(shí)，在匹配表面(例如，傳動(dòng)軸120、扭矩傳遞組件185和端殼體140上的匹配表面)之間仍保持面對(duì)面表面接觸。通過(guò)表面的這種直接面對(duì)面接觸的扭矩傳遞提供了極大降低相互作用表面之間的磨損率的潛力，由此提高了傳動(dòng)軸組件(例如，組件100)和其它相關(guān)部件的運(yùn)行壽命。

雖然本文已經(jīng)將傳動(dòng)軸組件100描述為包括具有結(jié)構(gòu)相同的端部120a、120b和結(jié)構(gòu)相同的套筒部分134、144的傳動(dòng)軸120，但應(yīng)明白，其它實(shí)施例可以不包括這種結(jié)構(gòu)對(duì)稱性。此外，雖然容座146內(nèi)的凹口302已經(jīng)被描述為由表面310、312、314、316限定，但應(yīng)明白，容座146內(nèi)的凹口302的確切尺寸、形狀、數(shù)量和布置可以變化很大。因而，凹口302的實(shí)施例可以采取呈現(xiàn)與扭矩傳遞組合185上的匹配表面接合的一個(gè)或多個(gè)接合表面的任何適當(dāng)形狀。此外，圖中對(duì)凹口302所示的具體形狀和布置僅是凹口302的設(shè)計(jì)的一種潛在選項(xiàng)的示例，并非旨在將凹口302的其它潛在實(shí)施例局限于本文所示的具體形狀。類似地，也應(yīng)明白，限定傳動(dòng)軸120上的凹部124的具體數(shù)目、形狀、布置和表面能夠以相同方式變化很大，并且可以采取呈現(xiàn)與扭矩傳遞組件185上的匹配表面接合的一個(gè)或多個(gè)接合表面的任何適當(dāng)形狀、布置、數(shù)目等等。此外，雖然本文公開(kāi)的傳動(dòng)軸120的實(shí)施例已經(jīng)包括在球面推力球122，但應(yīng)明白，在其它實(shí)施例中，傳動(dòng)軸120可以不包括腔體121和/或推力球122。例如，在一些實(shí)施例中，傳動(dòng)軸120在端部120a和/或端部120b上包括凸球面軸承表面，以代替推力球122和/或腔體。

現(xiàn)在參考圖16，其中示出了傳動(dòng)軸組件400的另一實(shí)施例。傳動(dòng)軸組件400與上述傳動(dòng)軸組件100基本相同，因而，對(duì)相同的部件使用相同的附圖標(biāo)記，并且下文的描述將主要集中于組件100、400之間的差異。特別地，傳動(dòng)軸組件100包括外傳動(dòng)軸殼體110、可旋轉(zhuǎn)地布置在殼體110內(nèi)的傳動(dòng)軸420、聯(lián)接至傳動(dòng)軸420的第一殼體或上端殼體430、以及聯(lián)接至傳動(dòng)軸420的第二殼體或下端殼體440。

仍參考圖16，傳動(dòng)軸120具有中心軸線或縱向軸線425、第一端或上端420a、與端部420a相反的第二端或下端420b、以及在端部420a、420b之間軸向延伸的大致圓柱形徑向外表面420c。如下文將更詳細(xì)描述的，軸420的軸線425不與殼體110的軸線115同軸地對(duì)齊。

上端殼體430具有第一端或上端430a、與端部430a相反的第二端或下端430b、從上端430a延伸的連接器部分432、以及從連接器部分432延伸至下端430b的套筒部分434。在該實(shí)施例中，連接器部分432是銷針或公扣連接器(male pin or pin-end connector)，其將上端殼體430螺紋連接至液壓驅(qū)動(dòng)部分40(參見(jiàn)圖1)的輸出軸。套筒部分434接收傳動(dòng)軸420的上端420a。如下文更詳細(xì)地描述的，上端420a和套筒部分434之間的聯(lián)接允許傳動(dòng)軸420繞端部420a相對(duì)于端殼體430樞轉(zhuǎn)，同時(shí)在端殼體430和傳動(dòng)軸420之間傳遞旋轉(zhuǎn)扭矩負(fù)荷和軸向推力負(fù)荷。

下端殼體440具有第一端或上端440a、第二端或下端440b、從上端440a延伸的連接器部分442、以及從連接器部分442延伸至下端440b的套筒部分444。在該實(shí)施例中，連接器部分442是承口或母扣連接器，其將下端殼體440螺紋連接至軸承組件80(參見(jiàn)圖1)的心軸。套筒部分444接收傳動(dòng)軸420的下端420b。如下文更詳細(xì)地描述的，下端420b和套筒部分444之間的聯(lián)接允許傳動(dòng)軸420相對(duì)于端殼體440繞端部420b樞轉(zhuǎn)，同時(shí)在端殼體440和傳動(dòng)軸420之間傳遞旋轉(zhuǎn)扭矩負(fù)荷和軸向推力負(fù)荷。

在該實(shí)施例中，傳動(dòng)軸420的端部420a、420b在結(jié)構(gòu)上相同，并且套筒部分434、444在結(jié)構(gòu)上相同。因此，在下文的說(shuō)明和附圖中，示出和描述了下端420b、相應(yīng)的套筒部分444及它們之間的連接的細(xì)節(jié)，應(yīng)理解，上端420a、相應(yīng)的套筒部分434和它們之間的連接分別相同。

現(xiàn)在參考圖17，示出了傳動(dòng)軸420的下端420b和下端殼體440的套筒部分444。套筒部分444具有中心軸線或縱向軸線445，并且包括從端部440a軸向延伸并接收傳動(dòng)軸420的下端420b的容座446。雖然在圖17中示出了傳動(dòng)軸420的軸線425與軸線445大致對(duì)齊，但應(yīng)明白，由于在操作期間傳動(dòng)軸420繞端部420b樞轉(zhuǎn)，傳動(dòng)軸420的軸線425通常與套筒部分444的軸線445不對(duì)齊。

簡(jiǎn)要地參考圖17、23和24，容座446由徑向內(nèi)表面446c限定。從上端440a沿著軸向，內(nèi)表面446c包括從上端440a軸向延伸的上部大致圓柱形表面608、從表面608徑向向內(nèi)延伸的多個(gè)在圓周方向上間隔開(kāi)的肩臺(tái)606(例如，在該實(shí)施例中，總共4個(gè)肩臺(tái)606)、從肩臺(tái)606軸向延伸的多個(gè)在圓周方向上間隔開(kāi)的凹口602、從凹口602徑向延伸的大致平坦表面604、以及從表面604軸向延伸的圓柱形埋頭孔或凹部620。肩臺(tái)606和表面604是布置在垂直于軸線445取向的平面內(nèi)的平坦表面。另外，在該實(shí)施例中，容座446包括繞軸線445在圓周方向上均勻間隔開(kāi)的總共4個(gè)凹口602，使得每個(gè)凹口602布置成與在圓周方向上相鄰的相應(yīng)凹口602間隔大約90°。

現(xiàn)在重新參考圖17，在該實(shí)施例中，與上文所述相同的軸承插入件180布置在凹部620內(nèi)。插入件180以與上文對(duì)插入件180和凹部320所述基本相同的方式(參見(jiàn)圖3)與凹部620相互作用，因而，為了簡(jiǎn)化，省略對(duì)插入件180的結(jié)構(gòu)及其與凹部620的相互作用的詳細(xì)描述。另外，也如圖17所示，類似于上述的下端120b，軸420的下端420b包括以與上述相同方式接收推力球122的腔體121。因此，當(dāng)下端420b安裝在容座446內(nèi)時(shí)，主體181的上端181a延伸到腔體121內(nèi)，使得凹球面軸承表面182與球體122匹配且滑動(dòng)地接合與球體122。此外，如圖17所示，安裝軸環(huán)148、封閉罩164、環(huán)160、163、166分別以與上文對(duì)下端120b和套筒部分144所述基本相同的方式聯(lián)接至下端420b和/或套筒部分444。因此，為了簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，這些部件的詳細(xì)說(shuō)明也被省略。

現(xiàn)在參考圖17-19，其中示出了傳動(dòng)軸120的下端420b。除了上述的腔體121之外，下端420b還包括從外表面120c徑向向內(nèi)地延伸且從下端420b軸向延伸的多個(gè)凹部424。每個(gè)凹部124至少部分地由凸圓柱形表面426和第二平坦表面428限定。如下文更詳細(xì)地描述的，在鉆井操作期間，從傳動(dòng)軸120通過(guò)每個(gè)凹部424的表面426傳遞扭矩，因而在本文中，每個(gè)凹部424的凸圓柱形表面426可以稱作接合表面或扭矩傳遞表面426。另外，傳動(dòng)軸420的下端420b包括第一樞轉(zhuǎn)軸線427和第二樞轉(zhuǎn)軸線429。在本文中，軸線427、429被稱為“樞轉(zhuǎn)”軸線，因?yàn)椋喝缦挛母敿?xì)地描述的，在軸420繞中心軸線425旋轉(zhuǎn)期間，軸420在下端420b處繞軸線427、429中的一個(gè)或兩者自由樞轉(zhuǎn)。軸線427、429彼此正交地取向，并且在沿軸線425布置的中心點(diǎn)419處交叉。因而，軸線425、427、429都在中心419處交叉。另外，軸線427、429位于垂直或正交于軸線429取向的平面內(nèi)。此外，在該實(shí)施例中，當(dāng)如前所述球體122安裝在腔體121內(nèi)時(shí)(例如，見(jiàn)圖17)，中心419同樣對(duì)應(yīng)于腔體121中的凹球形表面123的曲率中心及推力球122的中心。因而，推力球122和腔體121的表面123之間的滑動(dòng)接合以及球體122和軸承插入件180的表面182之間的滑動(dòng)接合允許傳動(dòng)軸120在操作期間繞中心419樞轉(zhuǎn)。

在該實(shí)施例中，下端420b包括繞軸線125在圓周方向上均勻地布置的總共4個(gè)凹部424，使得每個(gè)凹部424布置成與在圓周方向上相鄰的相應(yīng)凹部424隔開(kāi)大約90°。結(jié)果，對(duì)于每個(gè)凹部424，表面426被繞樞轉(zhuǎn)軸線427、429中的一個(gè)同心地布置，并且表面428垂直于樞轉(zhuǎn)軸線427、429中的一個(gè)。因而，當(dāng)沿軸線425在橫截面中觀察時(shí)(例如，如圖19所示)，每個(gè)凹部424是基本V形的。另外，關(guān)于軸線424每對(duì)徑向相對(duì)的凹部424(即，繞軸線425彼此成180°布置的凹部)的表面426各自繞同一軸線427或429同心地布置。此外，在該實(shí)施例中，每個(gè)表面428都平行于傳動(dòng)軸420的中心軸線425；然而，在其它實(shí)施例中，表面428不平行于軸線425，而是布置成與軸線425成略非零角度。

現(xiàn)在參考圖17和20，多個(gè)扭矩傳遞鍵490繞傳動(dòng)軸420的下端420b布置在容座446內(nèi)，從而在傳動(dòng)軸420繞軸線425旋轉(zhuǎn)時(shí)、在傳動(dòng)軸420和端殼體440之間傳遞扭矩。如下文更詳細(xì)地描述的，扭矩傳遞鍵490、下端420b和容座446的相應(yīng)匹配表面之間的滑動(dòng)接合允許通過(guò)直接面對(duì)面接合而將扭矩傳遞至端殼體440，即使如前所述在傳動(dòng)軸420相對(duì)于端殼體440繞軸線427、429樞轉(zhuǎn)也是如此。

現(xiàn)在參考圖21-23，扭矩傳遞鍵490中的每一個(gè)均是大致C形的，并且包括主體492，所述主體492具有中心軸線495、第一側(cè)或頂側(cè)492a、與頂側(cè)492a相反的第二側(cè)或底側(cè)492b、第一橫向側(cè)492c以及與第一橫向側(cè)492c徑向相反的第二橫向側(cè)492d。在該實(shí)施例中，當(dāng)傳動(dòng)軸組件400被完全組成時(shí)，軸線495穿過(guò)鍵490的質(zhì)心并且平行于軸線427、429中的一個(gè)。另外，在該實(shí)施例中，側(cè)面492a包括垂直于軸線495取向的平坦表面493，并且側(cè)面492b包括凸出的或向外彎曲的表面499。另外，在該實(shí)施例中，側(cè)面492c包括在側(cè)面492a、492b之間軸向延伸的平扭矩傳遞表面494，并且側(cè)面492d包括在側(cè)面492a、492b之間軸向延伸的凹圓柱形扭矩傳遞表面496。一對(duì)平行平坦表面491、498在每個(gè)平坦表面494和凹圓柱形表面496之間延伸，并且也在平側(cè)面492a、492b之間軸向延伸。表面496繞平行于軸線495和表面494取向且與軸線495和表面494徑向間隔開(kāi)的曲率軸線497同心。軸線495、497位于垂直于表面494取向的平面內(nèi)。此外，如下文更詳細(xì)地描述的，在該實(shí)施例中，當(dāng)鍵490安裝在傳動(dòng)軸420的下端420b上時(shí)，每個(gè)鍵490的軸線497都與樞轉(zhuǎn)軸線427、429中的一個(gè)對(duì)齊。此外，在該實(shí)施例中，表面493、499和各表面491、494、496、498之間的過(guò)渡被倒圓角，以便在組件400完全組成時(shí)允許適當(dāng)?shù)拈g隙。同樣，在該實(shí)施例中，平坦表面498大于平坦表面491，使得鍵490在操作期間將基本適配于凹部424的形狀；然而，應(yīng)明白，并不要求這種布置，并且在其它實(shí)施例中，表面491、498可以為相同尺寸，或表面491可以比表面498大。

再次參考圖24和25，在該實(shí)施例中，容座446的每個(gè)凹口602由第一平坦表面610、平行于第一平坦表面610的第二平坦表面612、相對(duì)于表面610、612二者垂直延伸的第三平坦表面614、在表面612、614之間延伸的第四平坦表面616、以及在表面610、614之間延伸的第五平坦表面617限定。各表面610、612、614、616之間的過(guò)渡都為圓形的，以提高殼體的制造效率并確保在操作期間聯(lián)鎖部件的適當(dāng)間隙。此外，在該實(shí)施例中，各表面610、612、614、616沿軸向或平行于端殼體440的軸線445地延伸。如下文更詳細(xì)地描述的，凹口602的第一平坦表面610中的每一個(gè)均接合扭矩傳遞鍵490上的匹配表面，以便在傳動(dòng)軸420繞軸線425旋轉(zhuǎn)期間在軸420和端殼體440之間傳遞扭矩。因而，在本文中，表面610可以被稱為接合表面或扭矩傳遞表面310。

同樣如圖25中最佳示出的，凹口602布置在容座446內(nèi)，使得每個(gè)凹口602的第一平坦接合表面610延伸至在圓周方向上緊鄰的凹口602的第二平坦表面612。另外，徑向相對(duì)凹口602(即，繞軸線445在圓周方向上彼此成180°布置的凹口602)的第一平坦接合表面610大致彼此平行。表面610的這種平行關(guān)系確保了傳動(dòng)軸420和端殼體440之間的扭矩傳遞更均勻地分布。

現(xiàn)在參考圖18、20和21-23，在傳動(dòng)軸組件400的組成期間，每個(gè)鍵490都布置在下端420b上的凹部424中的一個(gè)內(nèi)。特別地，每個(gè)鍵490都布置在一個(gè)凹部424中，使得平坦表面493滑動(dòng)地接合平坦表面428，并且凹圓柱形表面496滑動(dòng)地接合凸圓柱形表面426。另外，如圖20中最佳示出的，當(dāng)鍵490如上所述地布置在凹部424中時(shí)，每個(gè)鍵490上的每個(gè)表面496的曲率軸線497與傳動(dòng)軸420的樞轉(zhuǎn)軸線427、429中的一個(gè)對(duì)齊，并因此與之重合。因而，在操作期間，通過(guò)表面426、496的滑動(dòng)接合以及表面493和表面428的滑動(dòng)接合，允許每個(gè)鍵490繞樞轉(zhuǎn)軸線427、429中的一個(gè)樞轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動(dòng)。這種布置促進(jìn)了傳動(dòng)軸420相對(duì)于端殼體440繞軸線427、429的樞轉(zhuǎn)。另外，在該實(shí)施例中，在將扭矩傳遞鍵490安裝在下端420b上之前或之后，推力球122被安裝在腔體121內(nèi)并坐落在凹球面軸承表面123上(例如，見(jiàn)圖17)。

現(xiàn)在參考圖17和26，在扭矩傳遞鍵490以上述方式安裝在傳動(dòng)軸420的下端420b上之后，傳動(dòng)軸420的下端420b被插入在端殼體440上的容座446內(nèi)，使得軸承插入件180的主體181的上端181a延伸到腔體121內(nèi)，并且上端181a上的凹球面軸承表面182接合推力球122。在這種布置中，推力球122布置在凹球面軸承表面123、182之間并與其接合，如圖17所示。另外，由于傳動(dòng)軸420的下端420b和鍵490安裝在容座446內(nèi)，鍵490上的表面494滑動(dòng)地接合凹口602的相應(yīng)接合表面610接合，如圖26所示。

仍參考圖17和26，一旦傳動(dòng)軸組件400被完全組成，則傳動(dòng)軸420相對(duì)于下端殼體440繞中心419自由樞轉(zhuǎn)，同時(shí)繞軸線425旋轉(zhuǎn)。特別地，在軸420在方向413上繞軸線425旋轉(zhuǎn)時(shí)，下端420b能夠通過(guò)推力球122在腔體121內(nèi)的表面123及插入件180的凹球面軸承表面182上的滑動(dòng)接合而繞軸線427、429中的一個(gè)或兩者樞轉(zhuǎn)。另外，通過(guò)每個(gè)鍵490的圓柱形表面496和傳動(dòng)軸420的下端420b上的每個(gè)相應(yīng)凹部424的圓柱形表面426的滑動(dòng)接合以及每個(gè)鍵490的平坦表面493和相應(yīng)凹部424的平坦表面428的滑動(dòng)接合，進(jìn)一步允許傳動(dòng)軸420的端部420b繞軸線427、429樞轉(zhuǎn)。應(yīng)明白，在一些實(shí)施例中，在上述傳動(dòng)軸420的轉(zhuǎn)動(dòng)和樞轉(zhuǎn)期間，鍵490相對(duì)于凹口602移動(dòng)，因此每個(gè)鍵490的平坦表面494在這些操作期間也滑動(dòng)地接合每個(gè)相應(yīng)凹口602的平坦接合表面610。

此外，在軸420繞軸線425在方向413上旋轉(zhuǎn)期間，在下端420b和端殼體440之間通過(guò)扭矩傳遞鍵490來(lái)傳遞扭矩。特別地，首先在下端420b和鍵490之間通過(guò)圓柱體表面426、496的接合來(lái)傳遞扭矩。之后，在鍵490和端殼體440之間通過(guò)表面494、610的接合來(lái)傳遞扭矩。由于在上述實(shí)施例中、鍵490被構(gòu)造成相對(duì)于傳動(dòng)軸420的下端420b上的凹部424繞軸線427、429中的一個(gè)樞轉(zhuǎn)，所以，在傳動(dòng)軸420繞軸線427、429樞轉(zhuǎn)且同時(shí)繞軸線425在方向413上旋轉(zhuǎn)時(shí)，鍵490仍能夠保持表面496、426和表面494、610之間的面對(duì)面接觸。在該實(shí)施例中，上端殼體430和傳動(dòng)軸420的上端420a之間的聯(lián)接與上述的下端殼體440和傳動(dòng)軸的下端420b之間的聯(lián)接在結(jié)構(gòu)上和功能上相同；然而，應(yīng)明白，不要求這種結(jié)構(gòu)上的對(duì)稱。

以所述方式，通過(guò)這些匹配表面(例如，鍵490、傳動(dòng)軸420和容座446上的匹配表面)的直接接合，傳動(dòng)軸組件400能夠通過(guò)直接面對(duì)面表面接觸進(jìn)行扭矩傳遞，而不是點(diǎn)接觸或線接觸。此外，對(duì)于傳動(dòng)軸組件400，即使當(dāng)傳動(dòng)軸繞正交的樞轉(zhuǎn)軸線(例如，樞轉(zhuǎn)軸線427、429)樞轉(zhuǎn)時(shí)，在匹配表面(例如，傳動(dòng)軸420、扭矩傳遞鍵490和端殼體440上的匹配表面)之間仍保持面對(duì)面的表面接觸。通過(guò)表面的這種直接面對(duì)面的接觸的扭矩傳遞提供了極大地降低相互作用表面之間的磨損率的潛力，由此提高了傳動(dòng)軸組件400和其它相關(guān)部件的運(yùn)行壽命。

雖然本文已將傳動(dòng)軸組件400描述為包括具有結(jié)構(gòu)上相同的端部420a、420b以及結(jié)構(gòu)上相同的套筒部分434、444的傳動(dòng)軸420，但應(yīng)明白，其它實(shí)施例可以不包括這種結(jié)構(gòu)對(duì)稱性。此外，雖然容座446內(nèi)的凹口602已經(jīng)被描述為由表面610、612、614、616限定，但應(yīng)明白，容座446內(nèi)的凹口602的確切尺寸、形狀、數(shù)目和布置可以變化很大。因而，凹口602的實(shí)施例可以采取呈現(xiàn)與扭矩傳遞鍵490上的匹配表面接合的一個(gè)或多個(gè)接合表面的任何適當(dāng)形狀。此外，圖中對(duì)凹口602示出的具體形狀和布置僅是用于凹口602的設(shè)計(jì)的一種潛在選項(xiàng)的示例，并非旨在將凹口602的其它潛在實(shí)施例局限于本文所示的具體形狀。類似地，也應(yīng)明白，限定傳動(dòng)軸420上的凹部424的具體數(shù)目、形狀、布置和表面可以以相同的方式極大地變化，并且可以采取呈現(xiàn)與扭矩傳遞鍵490上的匹配表面接合的一個(gè)或更多接合表面的任何適當(dāng)形狀、布置、數(shù)目等。此外，雖然本文公開(kāi)的傳動(dòng)軸420的實(shí)施例包括球面推力球122，但應(yīng)明白，在其它實(shí)施例中，傳動(dòng)軸420可以不包括腔體和/或推力球122。例如，在一些實(shí)施例中，傳動(dòng)軸420在端部120a和/或端部120b上包括凸球面軸承表面，以代替推力球122和/或腔體121。

雖然已經(jīng)示出和描述了具體實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在不偏離本文范圍或教導(dǎo)的情況下對(duì)其進(jìn)行修改。本文所述的實(shí)施例僅是例證性而非限制性的。本文所述的系統(tǒng)、設(shè)備和過(guò)程的許多變化和修改都是可能的并且在本公開(kāi)的范圍內(nèi)。因而，保護(hù)范圍不限于本文所述的實(shí)施例，而是僅由所附權(quán)利要求限定，其范圍將包括權(quán)利要求的主題的所有等效物。除非另有明確說(shuō)明，方法權(quán)利要求中的步驟可以以任何順序執(zhí)行。方法權(quán)利要求中的步驟之前對(duì)諸如(a)、(b)、(c)或(1)、(2)、(3)的標(biāo)識(shí)符的列舉并非旨在表明和指定步驟的特殊順序，而是用于簡(jiǎn)化對(duì)這些步驟的后續(xù)引用。