專利名稱：用于螺旋式液壓機(jī)的內(nèi)齒軸承機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于鉆油井和氣井的螺旋式井下馬達(dá)的內(nèi)齒軸承機(jī)構(gòu)，涉及用于抽提石油和抽吸流體的螺旋泵，還涉及一種通用的螺旋式液壓馬達(dá)。
背景技術(shù)：
已知一種用于螺旋式井下馬達(dá)的多導(dǎo)程(multi-lead)螺旋式內(nèi)齒軸承機(jī)構(gòu)，包括具有內(nèi)螺旋齒的定子，所述內(nèi)螺旋齒由具有回彈彈性的材料(如橡膠)制成；以及具有外螺旋齒的轉(zhuǎn)子，其齒數(shù)比定子的齒數(shù)少一個(gè)；轉(zhuǎn)子軸線相對(duì)于定子軸線以齒徑向高度的一半為偏心值發(fā)生移動(dòng)；從端面截面觀察時(shí)，轉(zhuǎn)子外齒和定子內(nèi)齒的輪廓互相包絡(luò)；轉(zhuǎn)子和定子齒的導(dǎo)程(lead)與其齒數(shù)成比例(參見專利RU2165531，IPC F01C 1/16，5/04，E21B 4/02，2000)。
在現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)中，當(dāng)從端面截面觀察時(shí)，定子和轉(zhuǎn)子齒的輪廓如同由被截短擺線等距離所限定的擺線齒條的常見初始輪廓的包絡(luò)線那樣被實(shí)現(xiàn)。在該端面截面中，穿過齒平均直徑Dm的定子齒厚度Ct與這些齒的圓周齒節(jié)St是根據(jù)下面的比例而相互關(guān)聯(lián)的Ct/St＝0.45～0.65；當(dāng)從與定子齒的螺旋線方向相垂直的截面觀察時(shí)，穿過齒平均直徑Dm的定子齒厚度CN和定子齒徑向高度h是根據(jù)下面的比例CN/h≥1.75而相互關(guān)聯(lián)的。
這種公知的內(nèi)齒軸承機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)在于機(jī)構(gòu)中總的直徑干涉以如下方式分布在定子齒中，即，定子齒的凸出高度比其齒隙發(fā)生更明顯的變形，使得轉(zhuǎn)子軸線可以向著偏心度減少的方向移動(dòng)，從而，背離了內(nèi)齒軸承機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)學(xué)，轉(zhuǎn)子和定子齒頂點(diǎn)的磨損變得更加強(qiáng)烈，節(jié)點(diǎn)區(qū)域中的干涉變?nèi)?，?nèi)齒軸承機(jī)構(gòu)的工作壽命變得更短。
所述缺點(diǎn)在下述內(nèi)齒軸承機(jī)構(gòu)中得到部分減輕，該機(jī)構(gòu)包括具有由有回彈力的彈性材料(如橡膠)制成的內(nèi)螺旋齒的定子；和具有外螺旋齒的轉(zhuǎn)子，外螺旋齒的數(shù)目比定子齒的數(shù)目少一個(gè)；轉(zhuǎn)子軸線相對(duì)于定子軸線以齒徑高度的一半為偏心值發(fā)生移動(dòng)；轉(zhuǎn)子和定子螺旋齒的導(dǎo)程與其齒數(shù)成比例(參見專利RU2166603，IPC E21B 4/02，2000)。
當(dāng)從端面截面觀察時(shí)，定子齒廓如同由具有等距離半徑Rc1的被截短擺線所限定的擺線齒條的初始輪廓的包絡(luò)線那樣被實(shí)現(xiàn)；當(dāng)從端面截面觀察時(shí)，轉(zhuǎn)子齒廓如同由具有等距離半徑Rc2的擺線齒條的另一個(gè)初始輪廓的包絡(luò)線那樣被實(shí)現(xiàn)，該半徑Rc2大于RC1，或遵從以下比例Rc2＝Rc1+(0.1...0.5)E，其中，E為等于偏心值的齒基圓半徑(參見所述專利No.2166603)。
內(nèi)齒軸承機(jī)構(gòu)所述公知的設(shè)計(jì)的另一種方案是這樣的，即，當(dāng)從端面截面觀察時(shí)，使得定子齒廓如同由具有短擺線的半徑Rc1的等距離所限定的擺線齒條的初始輪廓的包絡(luò)線那樣被實(shí)現(xiàn)；當(dāng)從端面截面觀察時(shí)，轉(zhuǎn)子齒廓由共軛圓弧限定；轉(zhuǎn)子齒凸出高度由半徑RB的弧限定，該半徑RB大于定子等距離的半徑Rc1，或根據(jù)以下比例與所述半徑相關(guān)聯(lián)Rc2＝Rc1+(0.1...0.5)E，轉(zhuǎn)子齒間隔輪廓由具有半徑Rv的弧限定，該半徑Rv取決于轉(zhuǎn)子齒數(shù)、所述轉(zhuǎn)子的內(nèi)直徑和偏心度(參見所述專利No.2166603)。
上述設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)是由于橫向和直徑的干涉是均勻地分布的，使得高的接觸應(yīng)力發(fā)生，并在壓力最小角度處達(dá)到其最大值，這導(dǎo)致齒的單側(cè)摩擦磨損(當(dāng)從工作流體傳送側(cè)觀察時(shí)，處于轉(zhuǎn)子齒的左側(cè))，在嚙合過程中產(chǎn)生的摩擦力引起阻止轉(zhuǎn)子繞著其軸線旋轉(zhuǎn)及其行星運(yùn)動(dòng)的阻力矩，這種環(huán)境削弱了給定機(jī)構(gòu)的能量特性。
與要求權(quán)利的本發(fā)明最相關(guān)的裝置是一種螺旋式液壓馬達(dá)的多導(dǎo)程內(nèi)齒軸承機(jī)構(gòu)，包括以下部件具有由有回彈力的彈性材料(如橡膠)制成的內(nèi)螺旋齒的定子；和具有外螺旋齒的轉(zhuǎn)子，每個(gè)轉(zhuǎn)子上外螺旋齒的數(shù)目比定子齒的數(shù)目少一個(gè)；轉(zhuǎn)子軸線相對(duì)于定子軸線以齒徑高度的一半為偏心值發(fā)生移動(dòng)；各部件中之一的齒端面輪廓如同由一個(gè)位移的被截短擺線等距離所限定的齒條的初始輪廓的包絡(luò)線那樣被實(shí)現(xiàn)；當(dāng)圍繞其質(zhì)心旋轉(zhuǎn)而不是滑移時(shí)，另一部件的齒端面輪廓如同第一部件的包絡(luò)線的等距離那樣被實(shí)現(xiàn)，其等距離值為嚙合時(shí)直徑干涉值的一半(專利RU2194880，IPC F04C 2/16，F(xiàn)04C 5/00，20.12.2002)。
所述設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)是其沒有考慮在定子螺旋齒上，即離旋轉(zhuǎn)的直接中心最遠(yuǎn)的區(qū)域(從節(jié)點(diǎn))中的轉(zhuǎn)子螺旋齒的滑動(dòng)，其中在該最遠(yuǎn)區(qū)域中滑動(dòng)速度最大；由于均勻分布的干涉，產(chǎn)生了更為嚴(yán)重的定子回彈彈性齒的磨損和轉(zhuǎn)子齒耐磨包覆層的磨損。另一個(gè)缺點(diǎn)是沒有考慮內(nèi)齒軸承機(jī)構(gòu)的運(yùn)行條件(溫度、鉆探具有各種硬度和組合物的巖石時(shí)產(chǎn)生負(fù)載的特性)；例如，對(duì)于工作溫度超過100℃的“熱”井，需要使用在“轉(zhuǎn)子-定子嚙合”中帶有間隙的內(nèi)齒軸承機(jī)構(gòu)。在這種井中，具有嚙合干涉的內(nèi)齒軸承機(jī)構(gòu)的使用可能導(dǎo)致更嚴(yán)重的磨損、效率的急劇下降和機(jī)構(gòu)的咬死。這種公知裝置的另一個(gè)缺點(diǎn)是在不改變轉(zhuǎn)子和/或定子外圍直徑的情況下，缺少改變干涉和進(jìn)行轉(zhuǎn)子和定子齒形狀的相關(guān)調(diào)整的可能性，這就不能允許沿著內(nèi)齒軸承機(jī)構(gòu)中接觸線提供嚙合時(shí)“零”干涉的可靠的緊密度。

發(fā)明內(nèi)容
要求權(quán)利的本發(fā)明所解決的技術(shù)是當(dāng)使用液壓動(dòng)力和當(dāng)由此引起的壓力差出現(xiàn)在其工作元件中時(shí)，液壓馬達(dá)中內(nèi)齒軸承機(jī)構(gòu)的能量特性的改進(jìn)，依靠嚙合中的橫向干涉獲得延長(zhǎng)的使用壽命和降低的液體-機(jī)械損失，通過嚙合干涉的再分布和所述取決于旋轉(zhuǎn)直接中心(節(jié)點(diǎn))和輪廓接觸區(qū)域之間距離的所述干涉的優(yōu)化使得沿著接觸線具有提高的緊密度，且在最大滑動(dòng)速度區(qū)域中獲得更低的接觸應(yīng)力。
另一個(gè)技術(shù)問題是通過對(duì)根據(jù)其徑向干涉的工作副的選擇的簡(jiǎn)化來(lái)提高可制造性并降低內(nèi)齒軸承機(jī)構(gòu)的成本，以及通過減少橫向干涉或通過協(xié)同恒定徑向干涉提供側(cè)向間隙來(lái)提高與運(yùn)行環(huán)境，如“熱”井一致的內(nèi)齒軸承機(jī)構(gòu)的能量特性。
上述的問題通過提供一種用于螺旋式液壓機(jī)的內(nèi)齒軸承機(jī)構(gòu)得到解決，所述機(jī)構(gòu)包括具有由彈塑性材料(如橡膠)制成的內(nèi)螺旋齒的定子，和具有外螺旋齒的轉(zhuǎn)子，其齒數(shù)比定子的齒數(shù)少一個(gè)，定子和轉(zhuǎn)子中螺旋線的導(dǎo)程與它們的齒數(shù)成比例，轉(zhuǎn)子軸線相對(duì)于定子軸線以齒徑高度的一半為偏心值發(fā)生移動(dòng)；其特征在于，轉(zhuǎn)子和/或定子的輪廓在其端部橫截面上以齒條型工具初始輪廓的包絡(luò)線形式被構(gòu)形，當(dāng)齒條型工具的所述初始輪廓沿著相應(yīng)工具圓無(wú)滑動(dòng)地運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，該初始輪廓是由圓弧的共軛而形成，該初始輪廓圓弧的半徑根據(jù)下面的表達(dá)式被計(jì)算ri＝K[(π2rw12/4Ez12)+E]/(K+1)，或ri＝K[(π2rw22/4Ez22)+E]/(K+1)rc＝ri/K
其中ri是齒條型工具輪廓的初始半徑；K＝(0.5...2)是初始輪廓形狀系數(shù)；rw1、rw2分別是轉(zhuǎn)子和定子工具圓的半徑；E是嚙合的偏心值；z1、z2分別是定子和轉(zhuǎn)子的齒數(shù)；rc是齒條型工具輪廓的共軛半徑。
優(yōu)選地，當(dāng)齒條型工具的初始輪廓沿著相應(yīng)工具圓無(wú)滑動(dòng)地運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子和/或定子端部橫截面中每個(gè)齒的一半的輪廓如同被截短擺線等距離所形成的齒條型工具初始輪廓的包絡(luò)線那樣被限定。
用于齒條型工具初始輪廓的所述比率被遵從，并且在組裝具有不同輪廓的內(nèi)齒軸承機(jī)構(gòu)中提供嚙合橫向干涉的可能性得到保證。這樣，當(dāng)液壓動(dòng)力流體流被傳遞到液壓馬達(dá)時(shí)，可以獲得沿著接觸線的可靠的緊密度；并且產(chǎn)生了降低嚙合徑向干涉和無(wú)需選擇的情況下裝配工作副(working pairs)的可能性。由于更弱的徑向干涉和作用在離旋轉(zhuǎn)直接中心(從節(jié)點(diǎn)處)最遠(yuǎn)區(qū)域上，即最大滑動(dòng)速度區(qū)域中的更輕接觸應(yīng)力，因此，降低了阻力矩。依靠嚙合干涉從最小滑動(dòng)速度區(qū)域朝著最大滑動(dòng)速度區(qū)域的減少方向的再分布來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子螺旋齒在定子螺旋齒上的滑動(dòng)情況。
除了這些，系數(shù)K的選擇可以-在恒定徑向干涉的情況下，改變嚙合中的橫向干涉；-當(dāng)出現(xiàn)徑向干涉時(shí)，在嚙合中提供側(cè)向間隙；-當(dāng)出現(xiàn)橫向干涉時(shí)，在嚙合中提供徑向間隙。
當(dāng)轉(zhuǎn)子和/或定子端部截面中每個(gè)齒的一半的輪廓如同被截短擺線等距離所產(chǎn)生的齒條型工具初始輪廓的包絡(luò)線那樣被實(shí)現(xiàn)時(shí)，并且當(dāng)轉(zhuǎn)子和/或定子齒的另一半的輪廓如同圓弧共軛所產(chǎn)生的齒條型工具初始輪廓的包絡(luò)線那樣被實(shí)現(xiàn)時(shí)這些結(jié)構(gòu)還可考慮機(jī)構(gòu)的運(yùn)行條件并減輕齒單側(cè)磨損。
初始輪廓形狀系數(shù)K根據(jù)內(nèi)齒軸承機(jī)構(gòu)運(yùn)行條件并根據(jù)其組件的形式進(jìn)行選擇，例如，對(duì)于轉(zhuǎn)子嚙合中橫向干涉的供應(yīng)，具有根據(jù)要求權(quán)利的螺旋齒廓，且具有由擺線齒條所限定的輪廓的定子所述系數(shù)K被選擇為大于或等于1。徑向干涉值取決于以共軛輪廓形式的齒條型工具初始輪廓移動(dòng)的所選擇值。如果系數(shù)K小于0.5，則轉(zhuǎn)子齒厚度過度減小，而定子齒厚度相應(yīng)增加；如果系數(shù)K大于2，則轉(zhuǎn)子齒厚度過度增加，而定子齒厚度相應(yīng)減小，其圓周排斥使用要求權(quán)利的具有在俄羅斯運(yùn)行的內(nèi)齒軸承機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)子和/或定子的任何可能性。


圖1示出了與螺旋式井下液壓馬達(dá)有關(guān)的內(nèi)齒軸承機(jī)構(gòu)的縱向截面圖；圖2示出了沿A-A線截取的內(nèi)齒軸承機(jī)構(gòu)的橫截面圖；圖3示出了通過使具有半徑ri和rc的圓弧共軛來(lái)產(chǎn)生齒條型工具初始輪廓的示意圖；圖4示出了以由圓弧共軛所產(chǎn)生的齒條型工具初始輪廓為基礎(chǔ)產(chǎn)生轉(zhuǎn)子輪廓的示意圖；圖5示出了以由圓弧共軛所產(chǎn)生的齒條型工具初始輪廓為基礎(chǔ)產(chǎn)生定子輪廓的示意圖；圖6示出了當(dāng)出現(xiàn)橫向干涉(如放大所示)時(shí)，定子和轉(zhuǎn)子具有“零”徑向干涉的嚙合實(shí)例；圖7示出了當(dāng)出現(xiàn)側(cè)向間隙(如放大所示)時(shí)，用于“熱”井的定子和轉(zhuǎn)子具有“零”徑向干涉的嚙合實(shí)例；圖8示出了定子和轉(zhuǎn)子嚙合的實(shí)例，其中每個(gè)齒的輪廓的一半被限定為如同擺線齒條的包絡(luò)線(間隙和干涉得到放大)。
具體實(shí)施例方式
如圖1和2中所示，螺旋式液壓馬達(dá)的內(nèi)齒軸承機(jī)構(gòu)包括具有內(nèi)螺旋齒2的定子1、具有外螺旋齒4的轉(zhuǎn)子3，外螺旋齒的數(shù)目比定子1上內(nèi)螺旋齒2的數(shù)目少一個(gè)。定子1的內(nèi)螺旋齒2由有回彈力的彈性材料制成，如由硫化在定子1的主體5內(nèi)表面上的橡膠制成。定子1的軸線6相對(duì)于轉(zhuǎn)子3的軸線7以偏心度8發(fā)生偏移，該偏心度8的值E等于齒2和4徑向高度的一半。具有半徑c＝Ez1的定子1的工作質(zhì)心9(初始圓周)與半徑為b＝Ez2的轉(zhuǎn)子3的工作質(zhì)心10(初始圓周的)在切點(diǎn)P相切，參見圖2。在圖1中，定子1和轉(zhuǎn)子3相應(yīng)的齒2和4的螺旋線T1和T2的導(dǎo)程與其齒數(shù)z1和z2成比例。
根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)齒軸承機(jī)構(gòu)的齒條型工具初始輪廓的基本特征在于，所述輪廓由圓弧的共軛產(chǎn)生，根據(jù)圖2所示，且所述弧之一的初始半徑由下面的表達(dá)式確定ri＝K[(π2rw12/4Ez12)+E]/(K+1)，或ri＝K[(π2rw22/4Ez22)+E]/(K+1)且另一個(gè)弧的共軛半徑被確定為rc＝ri/K；并且初始輪廓的當(dāng)前點(diǎn)坐標(biāo)m和n由下面的表達(dá)式確定Xm＝ri(cos(Ψm)-1)+2E，Ym＝risinΨm，Xn＝rc(1-cosΨn)，Yn＝(πrw1(2)/z(1)2))-rcsinΨn，其中Ψm＝(0...Ψa)，Ψn＝(0...Ψa)是在半徑分別為ri和rc的初始輪廓區(qū)域上具有所選不連續(xù)性的中心角度；Ψa＝arcsin[(πrw1(2)/z(1)2)]/(ri+rc)]是處于圓弧共軛點(diǎn)處的初始輪廓的中心角度。由圓弧形成的輪廓高度為2E，長(zhǎng)度為2πrw1(2)/z(1)2)。這里，由圓弧共軛而成的初始輪廓的輪廓線的角度由下面的表達(dá)式確定αpt＝(π/2)-Ψm，或αpt＝(π/2)-Ψn，參見圖3。
在內(nèi)齒軸承機(jī)構(gòu)的端面截面中，轉(zhuǎn)子3和/或定子1的齒廓的基本特征在于，所述輪廓線被限定為如同半徑分別為ri和rc的圓12和13的共軛所產(chǎn)生的齒條型工具初始輪廓11的包絡(luò)線一樣(參見圖4和5)。當(dāng)工具直線14和與之相關(guān)的初始輪廓11繞著各個(gè)工具圓周發(fā)生旋轉(zhuǎn)而不滑動(dòng)時(shí)，齒4和2的輪廓就產(chǎn)生了。隨著這個(gè)的產(chǎn)生，具有半徑ri的弧主要形成根據(jù)圖4所示轉(zhuǎn)子3的齒4的頂點(diǎn)輪廓和根據(jù)圖5所示定子1的齒2的間隔輪廓；具有半徑rc的弧主要形成根據(jù)圖4所示轉(zhuǎn)子3的齒4的間隔輪廓和根據(jù)圖5所示定子1的齒2的頂點(diǎn)輪廓。根據(jù)圖4和5，轉(zhuǎn)子3的工具圓周15和定子1的工具圓周16的半徑是基于齒數(shù)和偏心值進(jìn)行選擇的。為了提供相對(duì)于齒4凸出高度的轉(zhuǎn)子3的預(yù)定直徑以及相對(duì)于齒2間隔的定子1的預(yù)定直徑，轉(zhuǎn)子和定子的初始輪廓的偏移值x2和x1如圖4和5分別進(jìn)行限定。這里，端面截面中轉(zhuǎn)子3的輪廓由下面的表達(dá)式確定Xd2＝(Xn(m)+rw2+x2)cosd2-(Yn(m)-rw2d2)sind2，
Xd2＝(Xn(m)+rw2+x2)sind2+(Yn(m)-rw2d2)cosd2，端面截面中定子輪廓由下面的表達(dá)式確定Xd1＝(Xn(m)+rw1+x1)cosd1-(Yn(m)-rw1d1)sind1，Xd1＝(Xn(m)+rw1+x1)sind1+(Yn(m)-rw1d1)cosd1，其中，d2＝2[(Yn(m)-(x2+Xn(m))ctgαpt)/dw2]，d1＝2[(Yn(m)-(x1+Xn(m))ctgαpt)/dw1]是相對(duì)于依賴對(duì)應(yīng)工具圓周中心的剩余坐標(biāo)系統(tǒng)XdOdYd的依賴齒條型工具的移動(dòng)坐標(biāo)系統(tǒng)XtOtYt的旋轉(zhuǎn)角度，參見圖4和5。
根據(jù)要求權(quán)利的內(nèi)齒軸承機(jī)構(gòu)的示范性實(shí)施例如圖6所示，當(dāng)存在橫向干涉Δ1、Δ2、Δ3時(shí)，在定子1和轉(zhuǎn)子3的嚙合中-并沒有出現(xiàn)徑向干涉Δ0。該實(shí)例示出了如同齒條型工具的初始輪廓11的包絡(luò)線所限定的且由系數(shù)K大于1的圓弧的共軛所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子3的輪廓嚙合，和如同由被截短擺線等距離所產(chǎn)生的齒條型工具初始輪廓的包絡(luò)線所限定的定子1輪廓的嚙合。在該實(shí)例中，橫向干涉根據(jù)所述干涉從最小滑動(dòng)速度向著滑動(dòng)速度最快區(qū)域，即向著最遠(yuǎn)離節(jié)點(diǎn)P的區(qū)域減少的方式分布(Δ1＜Δ2＜Δ3)，參見圖6，該特征提供了機(jī)構(gòu)的高能量特性并減輕了定子1的具有回彈力的彈性齒2的頂點(diǎn)和轉(zhuǎn)子3的齒4的頂點(diǎn)的磨損。
根據(jù)要求權(quán)利的內(nèi)齒軸承機(jī)構(gòu)的另一個(gè)實(shí)施例如圖7所示，在定子1和轉(zhuǎn)子3的嚙合中，當(dāng)存在側(cè)面間隙λ時(shí)，徑向干涉Δ0未出現(xiàn)。該實(shí)例示出了被限定為如同系數(shù)K小于1的圓弧的共軛所產(chǎn)生的齒條型工具初始輪廓11的包絡(luò)線一樣的轉(zhuǎn)子3輪廓的嚙合，和被限定為如同被截短擺線等距離所產(chǎn)生的齒條型工具初始輪廓的包絡(luò)線一樣的定子1的嚙合。根據(jù)該實(shí)例與在嚙合中具有均勻間隙的機(jī)構(gòu)相比，側(cè)面間隙λ這樣分布，即，使得其在“熱”井(溫度超過100℃)中的操作過程中，提供內(nèi)齒軸承機(jī)構(gòu)更高的能量特性，根據(jù)圖7，由于在點(diǎn)L和M處提供的接觸，偏斜力矩的負(fù)面影響得到削弱，同時(shí)減少了在“熱”井中可能產(chǎn)生的內(nèi)齒軸承機(jī)構(gòu)咬死的可能性。
根據(jù)要求權(quán)利的內(nèi)齒軸承機(jī)構(gòu)的另一個(gè)實(shí)施例當(dāng)在定子1和轉(zhuǎn)子3的嚙合中沒有出現(xiàn)徑向干涉Δ0時(shí)，并且存在著側(cè)向間隙λ1、λ2、λ3和橫向干涉Δ1、Δ2、Δ3，參見圖8。該實(shí)例示出了轉(zhuǎn)子3和定子1的嚙合，其中，每個(gè)齒廓的一半被限定為如同系數(shù)K小于1的圓弧的共軛所產(chǎn)生的齒條型工具初始輪廓的包絡(luò)線一樣，齒廓的另一半則是被限定為如同被截短擺線等距離所產(chǎn)生的齒條型工具初始輪廓的包絡(luò)線一樣。轉(zhuǎn)子3和定子1裝配為使得如同圓弧的共軛所產(chǎn)生的齒條型工具初始輪廓11的包絡(luò)線那樣被限定的輪廓在嚙合中與被截短擺線等距離所產(chǎn)生的齒條型工具初始輪廓的包絡(luò)線那樣被限定的輪廓接觸。在該實(shí)例中，根據(jù)圖8，存在側(cè)向間隙λ1、λ2、λ3和橫向干涉Δ1、Δ2、Δ3，其圓周可以通過減小產(chǎn)生在最大滑動(dòng)速度區(qū)域和壓力最小角度區(qū)域中的接觸應(yīng)力來(lái)減輕齒的單側(cè)磨損。此外，由于出現(xiàn)在具有側(cè)向間隙的凹處和具有橫向干涉的凹處之間的壓力差由于所述凹處沿著內(nèi)齒軸承機(jī)構(gòu)的整個(gè)長(zhǎng)度均勻分布，因此，傾斜力矩的負(fù)面影響得到降低。
還可以有另一種提供在內(nèi)齒軸承機(jī)構(gòu)中的嚙合形式，其中，齒形的相關(guān)調(diào)整和干涉值的修改通過選擇設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)過程中齒條型工具初始輪廓的偏移值x1和x2以及系數(shù)K的優(yōu)選值來(lái)提供。
井下液壓馬達(dá)的要求權(quán)利的內(nèi)齒軸承機(jī)構(gòu)如下操作當(dāng)內(nèi)齒軸承機(jī)構(gòu)應(yīng)用在螺旋式井下馬達(dá)上時(shí)沖洗流體通過鉆柱(未示出)傳送到內(nèi)齒軸承機(jī)構(gòu)的上部。在沖洗流體壓力差的作用下，轉(zhuǎn)子3在定子1內(nèi)做行星運(yùn)動(dòng)，在定子1周圍，轉(zhuǎn)子沿著定子1的螺旋齒2旋轉(zhuǎn)螺旋齒4，如圖1。在這種操作中，轉(zhuǎn)子3的軸線7沿著半徑為E的圓圍繞定子1的軸線6旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子3自身在與該行星運(yùn)動(dòng)相反的方向上圍繞其軸線7旋轉(zhuǎn)，如圖2。
根據(jù)動(dòng)力學(xué)，轉(zhuǎn)子3相對(duì)于定子1的運(yùn)動(dòng)由半徑為b＝Ez2的轉(zhuǎn)子3的質(zhì)心10沿著半徑為c＝Ez1的定子1的質(zhì)心9的滾動(dòng)而不是滑動(dòng)來(lái)確定，轉(zhuǎn)子3旋轉(zhuǎn)直接中心設(shè)置在質(zhì)心正切點(diǎn)-位于節(jié)點(diǎn)P處如圖2。當(dāng)發(fā)生嚙合時(shí)，高壓和低壓的凹處沿著接觸線被劃分，在這種情況下，如果存在橫向干涉，那么就在高壓凹處和低壓凹處之間提供了可靠的緊密度，這種環(huán)境有助于減少工作流體的泄漏，從而提高了要求權(quán)利的內(nèi)齒軸承機(jī)構(gòu)的能量特性(容量和效率)。此外，由于沒有徑向干涉和在離節(jié)點(diǎn)最遠(yuǎn)區(qū)域中接觸應(yīng)力的任何降低，其中該區(qū)域中滑動(dòng)速度最大，根據(jù)圖6，因此阻力矩更低，定子1的齒2頂點(diǎn)和轉(zhuǎn)子3的齒4頂點(diǎn)磨損更少，這也有益于提高內(nèi)齒軸承機(jī)構(gòu)的能量特性及其耐磨性。當(dāng)嚙合(用于“熱”井操作的機(jī)構(gòu))中存在側(cè)向間隙時(shí)，機(jī)構(gòu)的運(yùn)行原理與上面討論的類似；緊密度由定子1的具有回彈力的彈性齒2和轉(zhuǎn)子3的齒4的擴(kuò)張確定；借此，接觸應(yīng)力及相應(yīng)的機(jī)構(gòu)中的摩擦力優(yōu)選用來(lái)確保其高能量特性和高耐磨性。
轉(zhuǎn)子3的行星運(yùn)動(dòng)傳遞給支撐裝配軸和與之相連的巖石破壞工具。
當(dāng)要求權(quán)利的內(nèi)齒軸承機(jī)構(gòu)使用在螺旋泵中時(shí)轉(zhuǎn)子3繞著定子1的齒2進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，將旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)變成流體流動(dòng)的液壓能量。螺旋泵的轉(zhuǎn)子3運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)和由使用要求權(quán)利的內(nèi)齒軸承機(jī)構(gòu)實(shí)施例獲得的優(yōu)點(diǎn)類似于有關(guān)螺旋式馬達(dá)中的描述。
工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明能合適地使用在提取石油和抽吸流體操作的產(chǎn)油工業(yè)中，也適合于各種抽吸流體的其它工業(yè)中。
權(quán)利要求
1.一種用于螺旋式液壓機(jī)的內(nèi)齒軸承機(jī)構(gòu)，所述機(jī)構(gòu)包括具有由彈塑性材料(例如橡膠)制成的內(nèi)螺旋齒的定子，和具有外螺旋齒的轉(zhuǎn)子，其齒數(shù)比定子的齒數(shù)少一個(gè)，定子和轉(zhuǎn)子中螺旋線的導(dǎo)程與其齒數(shù)成比例，轉(zhuǎn)子軸線相對(duì)于定子軸線以等于齒徑向高度一半的偏心值發(fā)生移動(dòng)；其特征在于轉(zhuǎn)子和/或定子的輪廓在其端部橫截面中以齒條型工具初始輪廓的包絡(luò)線形式被構(gòu)形，當(dāng)所述齒條型工具的初始輪廓沿著相應(yīng)工具圓無(wú)滑動(dòng)地運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，該初始輪廓由圓弧的共軛而形成，該初始輪廓圓弧的半徑根據(jù)下面的表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算ri＝K[(π2rw12/4Ez12)+E]/(K+1)，或ri＝K[(π2rw22/4Ez22)+E]/(K+1)rc＝ri/K其中ri是齒條型工具輪廓的初始半徑；K＝(0.5...2)是初始輪廓形狀系數(shù)；rw1、rw2分別是轉(zhuǎn)子和定子工具圓的半徑；E是嚙合偏心值；z1、z2分別是定子和轉(zhuǎn)子的齒數(shù)；rc是齒條型工具輪廓的共軛半徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于螺旋式液壓機(jī)的內(nèi)齒軸承機(jī)構(gòu)，其特征在于當(dāng)齒條型工具的所述初始輪廓沿著相應(yīng)工具圓無(wú)滑動(dòng)地運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子和/或定子端部橫截面中每個(gè)齒的一半的輪廓如同被截短擺線等距離形成的齒條型工具初始輪廓的包絡(luò)線那樣被限定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于鉆探油井和氣井的螺旋式井下馬達(dá)的內(nèi)齒軸承機(jī)構(gòu)，涉及一種用于開采石油和抽吸流體的螺旋泵，還涉及一種通用的螺旋式馬達(dá)。轉(zhuǎn)子(3)和定子(1)的輪廓在其端部橫截面中以齒條型工具初始輪廓的包絡(luò)線形式被構(gòu)形，當(dāng)所述齒條型工具的所述初始輪廓沿著相應(yīng)工具圓無(wú)滑動(dòng)地運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，該初始輪廓是由圓弧的共軛而形成。該初始輪廓圓弧的弧度半徑根據(jù)確定的關(guān)系被計(jì)算。所述發(fā)明使得改善能量特性、延長(zhǎng)使用壽命、提高可制造性和降低液體機(jī)械損失和成本成為可能。
文檔編號(hào)F01C1/107GK1764769SQ200480008012
公開日2006年4月26日 申請(qǐng)日期2004年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月25日
發(fā)明者弗拉其米爾·尼古拉耶維奇·安多斯奇恩, 謝爾蓋·彼得羅維奇·阿斯塔菲耶夫, 馬克西姆·阿納托列耶維奇·普什卡廖夫, 阿列克謝·謝爾蓋耶維奇·格林金, 米哈伊爾·瓦列里維奇·法捷耶夫 申請(qǐng)人:法默機(jī)械服務(wù)有限公司