[发明专利]低摩擦力的花键传动结构及采用该结构的水力振荡器

说明书

本发明提供一种低摩擦力的花键传动结构及采用该结构的水力振荡器，它包括花键轴和花键滑套，在花键轴和花键滑套的中心均设有通孔，花键轴的外壁设有多个外齿，在花键滑套的内壁设有与外齿相啮合的多个内齿，在内齿与外齿的侧面之间设有多个滚针或滚珠。能够大幅减少花键轴与花键滑套之间的摩擦力，减少工具无效压耗。本发明的水力振荡器，通过采用上述的花键传动结构，在同等压力介质条件下，振幅提高约7%，频率提高约8.5%。通过采用多个滚针或滚珠的结构，还能够进一步改善花键连接结构的接触面积，大幅改善传递扭矩工况下的受力结构，减少表面撕裂现象。

技术领域

本发明涉及石油钻采辅助设备领域，特别是一种低摩擦力的花键传动结构及采用该结构的水力振荡器。

背景技术

在石油、天然气生产领域，水力振荡器是提高水平井快速钻进的工具，通过水力振荡器的振动，使钻柱与井壁之间的静摩擦转变为滑动摩擦，以减小摩擦阻力。例如中国专利文献CN106917586A即记载了一种螺杆式井下水力振荡器，即记载了通过螺杆马达产生压力脉冲，并使振动短节产生振动的结构。CN108442883A也有类似结构的记载，CN106930688A一种涡流式水力脉冲轴向冲击工具中也记载了利用涡腔产生振动的结构。水力振荡器在传递扭矩的同时，还需要产生轴向振动，即至少两个构件之间具有相对轴向往复运动，通常都是由花键连接结构实现的，现有技术中，低摩擦力的花键传动结构需要传递超过10000牛·米的扭矩，且振动频率达到9~26Hz，发明人发现，在该工况下，花键连接结构即花键轴与花键滑套连接位置的齿面，很快磨损，如图9和10中所示，在齿面形成多个撕裂，然后造成滑动摩擦力大幅增加，影响水力振荡器的工作。中国专利文献201410481881.3和201310754921.2中也记载了滚珠花键副的结构，但是在该文献中，滚动件即是滚动元件也是载荷传递元件，即该元件在滚动过程中，还受到剪切力，这增大了结构的负担，而且对精度要求非常高，导致齿槽或滚动元件很快磨损，并未能起到延长整个结构使用寿命的效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种低摩擦力的花键传动结构，能够大幅减少花键连接结构的摩擦阻力，且能够延长花键连接结构的使用寿命。

本发明所要解决的另一技术问题是提供一种水力振荡器，能够在大扭矩以及轴向振动工况下，具有较高的使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种低摩擦力的花键传动结构，它包括花键轴和花键滑套，在花键轴和花键滑套的中心均设有通孔，花键轴的外壁设有多个外齿，在花键滑套的内壁设有与外齿相啮合的多个内齿，在内齿与外齿的侧面之间设有多个滚针或滚珠。

优选的方案中，外齿与内齿之间的啮合长度大于或等于10cm，花键轴与花键滑套之间传递达到10000牛·米的扭矩，且相对沿轴向移动，轴向移动的振动频率达到9~26Hz；相对轴向移动行程为0.3~1cm。

优选的方案中，在内齿与外齿的侧面设有弧形或“V”形凹槽，滚珠设置在凹槽内。

优选的方案中，所述的凹槽沿着内齿和外齿的齿顶到齿底设置为多个。

优选的方案中，在内齿或外齿的凹槽两端设有限位结构，凹槽的长度小于外齿与内齿之间的啮合长度。

优选的方案中，在外齿的齿顶设有滑动的保持架，保持架沿长度方向的两侧边缘设有多个第一限位端头；保持架沿长度方向的两侧边缘还设有多个连接柱，连接柱向远离第一限位端头的方向延伸并与下限位板固定连接，下限位板上设有多个与第一限位端头相对应的第二限位端头；

滚针位于第一限位端头与第二限位端头之间，在滚针的端头设有凹槽，第一限位端头和第二限位端头部分的位于凹槽内；以使滚针沿花键轴的轴向滚动，并被限位。