[实用新型]一种截顶瓣齿形的万向轴连杆及万向轴总成

说明书

本申请涉及一种截顶瓣齿形的万向轴连杆及万向轴总成，属于螺杆钻具技术领域，万向轴连杆包括:连杆本体和瓣形齿，瓣形齿设有多个，多个瓣形齿沿连杆本体的径向方向圆周均布在连杆本体两端的侧壁上；瓣形齿沿轴线方向任一横截面的的左齿面和右齿面均为圆弧形或与其配置的万向接头内弧形槽为基准按万向轴设定的配合运动包络生成的共轭曲线，瓣形齿沿轴线方向为椭圆弧、鼓形或锥形或共轭曲线；瓣形齿的齿顶设有截顶面，截顶面用于与其配置的万向接头内弧形槽形成间隙。本申请能够最大限度提高瓣形齿的接触面积，减小瓣形齿和弧形槽的间隙，从而提高万向轴连杆的承载能力并减小冲击载荷。能够满足螺杆钻具用马达大扭矩、长寿命、提高钻井速度的需要。

技术领域

本申请涉及螺杆钻具技术领域，特别涉及一种截顶瓣齿形的万向轴连杆及万向轴总成。

背景技术

在石油和天然气开采中，螺杆钻具的应用越来越广泛。螺杆钻具包括旁通阀总成、马达总成、万向轴总成和传动轴总成，各个部件分别自上而下依次连接，其中万向轴的上端和马达转子连接，下端与传动轴连接，其作用是将马达转子的行星运动转化为传动轴的定轴运动，使马达产生的扭矩和转速平稳的传递给钻头。随着油气开采致力于不断降低作业成本，其中通过提高螺杆钻具输出给钻头的工作扭矩已成为普遍采用的有效提高机械钻速、降低成本的一种有效方法，螺杆钻具扭矩增加，万向轴承受的扭矩加大，因此有必要提高万向轴的承载能力，延长万向轴的使用寿命。

相关技术中，为提高万向轴承受扭矩载荷的能力，螺杆钻具的万向轴技术从以前常用的球传动万向轴，发展到目前常用的球柱或球鼓传动万向轴和花键万向轴。常用的球传动和球柱或球鼓传动万向轴，在传动轴上设置有钢球、球柱或球鼓配合的球窝孔或圆柱弧形槽，这些孔或槽在工作中产生显著的应力集中，导致低应力下的早期疲劳失效，疲劳失效限制了当今钻井提速所需的大扭矩螺杆马达技术的应用。

花键万向轴在外花键轴上设置有两侧面相平行的近似矩形凸起，在连接头上设置有与外花键轴上凸起配置的内花键矩形槽，矩形凸起或矩形槽增大了传递扭矩面积，提高了承载能力，但存在明显的应力集中，当马达扭矩较大时会导致花键疲劳断裂，特别是小规格螺杆钻具马达用万向轴，断裂后将导致马达动力无法传输到钻头，造成非正常起钻，影响钻井周期。

花键万向轴的另一种形式为轮齿形，外花键和内花键孔之间保持有2～10mm间隙，为保证锁紧螺套能通过外花键，花键部位最大外圆尺寸要求设计的较小，强度受限，在工作中万向轴需承受由钻头切削岩石产生的交替变化动载，因此轮齿在工作中，间隙导致冲击载荷加大，轮齿部位应力进一步增加，轮齿磨损加剧和疲劳断裂，冲击载荷也影响传动轴总成和马达总成的所受载荷增加，影响使用寿命。

发明内容

本申请实施例提供一种截顶瓣齿形的万向轴连杆及万向轴总成，以解决相关技术中万向轴承载能力低、易早期失效的不足。

本申请实施例第一方面提供了一种截顶瓣齿形的万向轴连杆，所述万向轴连杆包括:

连杆本体和瓣形齿，所述瓣形齿设有多个，多个所述瓣形齿沿所述连杆本体的径向方向圆周均布在连杆本体两端的侧壁上；

所述瓣形齿沿轴线方向任一横截面的左齿面和右齿面均为圆弧形或与其配置的万向接头的内弧形槽为基准按万向轴设定的配合运动包络生成的共轭曲线，所述瓣形齿沿轴线方向为椭圆弧、鼓形、锥形或共轭曲线；

所述瓣形齿的齿顶设有截顶面，所述截顶面被配置为：截顶面与其配置的万向接头的内弧形槽配合时，截顶面与内弧形槽之间形成间隙。

在一些实施例中：所述瓣形齿的长度方向与所述连杆本体的轴线平行，所述截顶面为被削平的平面或圆弧面。

在一些实施例中：所述瓣形齿与所述连杆本体为一体成型结构，所述瓣形齿的根部与所述连杆本体的相交处设有过渡圆角。

在一些实施例中：所述瓣形齿的表面设有氮化处理形成的氮化层或采用高频淬火或激光淬火形成的硬化层。