[發明專利]一種用于石油鉆井軌跡控制的諧波齒輪傳動裝置

無效

• 申請號: 201010160243.3
• 申請日: 2010-04-30
• 公開（公告）號: CN102235463A
• 公開（公告）日: 2011-11-09
• 發明（設計）人: 馮定;袁詠心;羅強
• 申請（專利權）人: 長江大學
• 主分類號: F16H1/24
• 分類號: F16H1/24
• 代理公司: 北京市中實友知識產權代理有限責任公司 11013
• 代理人: 熊成香

技術領域：

本發明涉及一種用于石油鉆井軌跡控制的諧波齒輪傳動裝置，屬石油機械動力傳動機構設計技術領域。

背景技術：

諧波傳動是近代新發展起來的一種靠中間柔性構件的彈性變形來實現運動或動力傳動的傳動裝置的總稱。中間撓性構件的變形過程基本上是一個對稱的諧波，按使用要求的不同，諧波傳動可以分為不同的型式，主要有：諧波齒輪傳動、諧波螺旋傳動、諧波摩擦傳動，諧波無級變速器和諧波聯軸節等，其中以諧波齒輪傳動的應用最為廣泛。

為了節約石油開發成本和提高石油產量，對那些受地理位置限制或開發后期的油田，通常通過開發超深井、定向井、多分枝井、大位移井和長距離水平井等復雜井來實現油氣開采，從而使得復雜結構的井不斷增多。在定向井、超深井、大位移井、超薄油層水平井、長距離水平井、多分枝井的鉆進過程中，必須采用井眼軌跡控制技術和無級可調井眼軌跡控制工具才能實現。在無級可調井眼軌跡控制工具中，偏置機構是通過兩個偏心環的互相作用來實現的，偏心環的組合旋轉可以達到鉆井造斜的目的。偏心環的旋轉動力直接由鉆軸提供，但是鉆軸旋轉速度太高，偏心環則只是以較低的速度旋轉的，因此就需要設計一個減速機構來降低速度。由于普通的減速機構體積龐大，井下工作傳動效率低，承載能力低，同時不能在密閉空間和油浴的條件下傳遞運動，并且難以承受高溫高壓等極端惡劣的環境，因此現有的齒輪減速機構遠不能滿足無級可調井眼軌跡控制工具的要求，亟待研究一種體積小、傳動比大、承載能力大的減速機構，以適應目前各種復雜結構井的鉆進和各種井眼的軌跡控制工具的要求。

發明內容：

為了克服現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種用于石油鉆井軌跡控制的諧波齒輪傳動裝置，使其具有體積小、重量輕、傳動比大、承載能力大、傳動效率高、使用壽命長的特點。

本發明是通過如下技術方案來實現上述目的的。

在一種用于石油鉆井軌跡控制的諧波齒輪傳動裝置的結構中，設置有剛性齒輪、柔性齒輪、軸承、波發生器、空心軸；剛性齒輪帶有內齒圈，柔性齒輪帶有外齒圈；波發生器為橢圓形凸輪；波發生器安裝在空心軸上，在波發生器與柔性齒輪之間安裝有軸承；在柔性齒輪的外圈安裝有剛性齒輪；柔性齒輪比剛性齒輪的齒數少2個；柔性齒輪采用30鉻錳硅材料加工而成。

本發明與現有的技術相比具有如下有益效果：

1、本發明的諧波齒輪傳動裝置體積小、重量輕，能適用于井下狹小的空間，傳動比范圍大，無沖擊，無噪音，傳動平穩，能長時間在井下油浴的環境和高溫高壓等極端惡劣條件下穩定的工作，傳動效率高，工作安全可靠。

2、本發明的諧波齒輪傳動裝置安裝方便，承載能力大，采用抗疲勞強度高的柔輪材料，大大提高了裝置的使用壽命。

附圖說明：

圖1為本發明的裝配結構示意圖。

圖2為本發明的剖面結構示意圖。

在圖中：1.剛性齒輪、2.柔性齒輪、3.軸承、4.波發生器、5.空心軸。

具體實施方式：

本發明一種用于石油鉆井軌跡控制的諧波齒輪傳動裝置，由剛性齒輪1、柔性齒輪2、軸承3、波發生器4、空心軸5組成；剛性齒輪1帶有內齒圈，相當于行星系中的中心輪；柔性齒輪2帶有外齒圈，相當于行星齒輪，可以產生變形；波發生器4為橢圓形凸輪，相當于行星架；波發生器4安裝在空心軸5上，在波發生器4與柔性齒輪2之間安裝有軸承3；在柔性齒輪2的外圈安裝有剛性齒輪1；柔性齒輪2比剛性齒輪1的齒數少2個；柔性齒輪2采用抗疲勞強度高、耐腐蝕的30鉻錳硅材料加工而成。

波發生器4為輸入端，剛性齒輪1為輸出端，可實現減速，能夠得到固定的傳動比。柔性齒輪2為可產生較大彈性變形的薄壁齒輪，其內孔直徑略小于波發生器4的總長。當波發生器4在空心軸5的帶動下產生轉動時，帶動柔性齒輪2旋轉，柔性齒輪2在波發生器4橢圓凸輪的作用下產生變形，在波發生器4長軸兩端處的柔性齒輪2的輪齒與剛性齒輪1的輪齒完全嚙合，在短軸兩端處的柔性齒輪2的輪齒與剛性齒輪1的輪齒完全脫開；在波發生器4的長軸與短軸的區間內，柔性齒輪2的輪齒與剛性齒輪1的輪齒有的處于半嚙合狀態，稱為嚙入；有的則逐漸退出嚙合處于半脫開狀態，稱為嚙出；由于波發生器4的連續轉動，使得嚙入、完全嚙合、嚙出、完全脫開這四種情況依次循環變化，由于柔性齒輪2比剛性齒輪1的齒數少2個，所以當波發生器4轉動一周時，柔性齒輪2向相反方向轉過兩個齒的角度，從而實現了大的減速比。

波發生器4采用雙波結構，因為雙波結構傳動平穩，承載能力大，能夠滿足井下復雜工況。由于柔輪在工作時會產生變形，因此柔性齒輪2采用抗疲勞強度高、耐腐蝕的30鉻錳硅材料加工而成，同時由于柔性齒輪2的工作特性，也必須采用特殊的加工工藝。