[发明专利]一种用于石油钻井轨迹控制的谐波齿轮传动装置

说明书

技术领域：

本发明涉及一种用于石油钻井轨迹控制的谐波齿轮传动装置，属石油机械动力传动机构设计技术领域。

背景技术：

谐波传动是近代新发展起来的一种靠中间柔性构件的弹性变形来实现运动或动力传动的传动装置的总称。中间挠性构件的变形过程基本上是一个对称的谐波，按使用要求的不同，谐波传动可以分为不同的型式，主要有：谐波齿轮传动、谐波螺旋传动、谐波摩擦传动，谐波无级变速器和谐波联轴节等，其中以谐波齿轮传动的应用最为广泛。

为了节约石油开发成本和提高石油产量，对那些受地理位置限制或开发后期的油田，通常通过开发超深井、定向井、多分枝井、大位移井和长距离水平井等复杂井来实现油气开采，从而使得复杂结构的井不断增多。在定向井、超深井、大位移井、超薄油层水平井、长距离水平井、多分枝井的钻进过程中，必须采用井眼轨迹控制技术和无级可调井眼轨迹控制工具才能实现。在无级可调井眼轨迹控制工具中，偏置机构是通过两个偏心环的互相作用来实现的，偏心环的组合旋转可以达到钻井造斜的目的。偏心环的旋转动力直接由钻轴提供，但是钻轴旋转速度太高，偏心环则只是以较低的速度旋转的，因此就需要设计一个减速机构来降低速度。由于普通的减速机构体积庞大，井下工作传动效率低，承载能力低，同时不能在密闭空间和油浴的条件下传递运动，并且难以承受高温高压等极端恶劣的环境，因此现有的齿轮减速机构远不能满足无级可调井眼轨迹控制工具的要求，亟待研究一种体积小、传动比大、承载能力大的减速机构，以适应目前各种复杂结构井的钻进和各种井眼的轨迹控制工具的要求。

发明内容：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于石油钻井轨迹控制的谐波齿轮传动装置，使其具有体积小、重量轻、传动比大、承载能力大、传动效率高、使用寿命長的特点。

本发明是通过如下技术方案来实现上述目的的。

在一种用于石油钻井轨迹控制的谐波齿轮传动装置的结构中，设置有刚性齿轮、柔性齿轮、轴承、波发生器、空心轴；刚性齿轮带有内齿圈，柔性齿轮带有外齿圈；波发生器为椭圆形凸轮；波发生器安装在空心轴上，在波发生器与柔性齿轮之間安装有轴承；在柔性齿轮的外圈安装有刚性齿轮；柔性齿轮比刚性齿轮的齿数少2个；柔性齿轮采用30铬锰硅材料加工而成。

本发明与现有的技术相比具有如下有益效果：

1、本发明的谐波齿轮传动装置体积小、重量轻，能适用于井下狭小的空间，传动比范围大，无冲击，无噪音，传动平稳，能长时间在井下油浴的环境和高温高压等极端恶劣条件下稳定的工作，传动效率高，工作安全可靠。

2、本发明的谐波齿轮传动装置安装方便，承载能力大，采用抗疲劳强度高的柔轮材料，大大提高了装置的使用寿命。

附图说明：

图1为本发明的装配结构示意图。

图2为本发明的剖面结构示意图。

在图中：1.刚性齿轮、2.柔性齿轮、3.轴承、4.波发生器、5.空心轴。

具体实施方式：

本发明一种用于石油钻井轨迹控制的谐波齿轮传动装置，由刚性齿轮1、柔性齿轮2、轴承3、波发生器4、空心轴5组成；刚性齿轮1带有内齿圈，相当于行星系中的中心轮；柔性齿轮2带有外齿圈，相当于行星齿轮，可以产生变形；波发生器4为椭圆形凸轮，相当于行星架；波发生器4安装在空心轴5上，在波发生器4与柔性齿轮2之間安装有轴承3；在柔性齿轮2的外圈安装有刚性齿轮1；柔性齿轮2比刚性齿轮1的齿数少2个；柔性齿轮2采用抗疲劳强度高、耐腐蚀的30铬锰硅材料加工而成。

波发生器4为输入端，刚性齿轮1为输出端，可实现减速，能够得到固定的传动比。柔性齿轮2为可产生较大弹性变形的薄壁齿轮，其内孔直径略小于波发生器4的总长。当波发生器4在空心轴5的带动下产生转动时，带动柔性齿轮2旋转，柔性齿轮2在波发生器4椭圆凸轮的作用下产生变形，在波发生器4长轴两端处的柔性齿轮2的轮齿与刚性齿轮1的轮齿完全啮合，在短轴两端处的柔性齿轮2的轮齿与刚性齿轮1的轮齿完全脱开；在波发生器4的长轴与短轴的区间内，柔性齿轮2的轮齿与刚性齿轮1的轮齿有的处于半啮合状态，称为啮入；有的则逐渐退出啮合处于半脱开状态，称为啮出；由于波发生器4的连续转动，使得啮入、完全啮合、啮出、完全脱开这四种情况依次循环变化，由于柔性齿轮2比刚性齿轮1的齿数少2个，所以当波发生器4转动一周时，柔性齿轮2向相反方向转过两个齿的角度，从而实现了大的减速比。

波发生器4采用双波结构，因为双波结构传动平稳，承载能力大，能够满足井下复杂工况。由于柔轮在工作时会产生变形，因此柔性齿轮2采用抗疲劳强度高、耐腐蚀的30铬锰硅材料加工而成，同时由于柔性齿轮2的工作特性，也必须采用特殊的加工工艺。