一種低速大扭矩頂部驅動用高效比傳動鼓的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于石油、天然氣開采頂部驅動裝置領域，尤其是涉及一種低速大扭矩頂部驅動用高效比傳動鼓。
【背景技術】
[0002]石油鉆井領域內頂部驅動的使用意義已無需置疑，目前存在的主要問題是設備配套價格過高，市場萎縮資本回收率不足。究其原因主要是該設備起源于轉盤鉆井時代對鉆井動力和鉆頭轉速的需求(200轉/分)。目前隨著螺桿鉆具的全面普及，石油鉆井裝備已經進入了螺桿鉆井時代，加上定向井、水平井及大位移井的普及，鉆井市場對頂驅的要求已調整為低轉速大扭矩(40?60轉/分，大難度大扭矩井甚至只要求20?30轉/分即可)，低轉速即意味著低能耗、低成本配套。以北石頂驅為例，目前頂驅系統機械傳動部分傳動比為10.5，50HZ工頻下最優轉速為110?120轉/分，而螺桿鉆井時代的實用型頂驅必須將50HZ工頻下最優轉速調整到50?60轉/分，此時整機配套功率將下降到原來的1/4?1/3，裝備及運行成本有可能降為原來的40?50%。
[0003]根據技術調研，目前國內外尚無展開低速大扭矩頂驅的研發工作的公開報道，其根本障礙是簡單高效大功率大扭矩大傳動比傳動裝置理論模型的匱乏。蝸桿傳動可以滿足一部分大傳動比的市場需求，其制約因素主要為傳動齒輪間高速摩擦發熱帶來的低壽命和低機械效率。
【發明內容】
[0004]有鑒于此，本實用新型旨在提出一種低速大扭矩頂部驅動用高效比傳動鼓，以解決傳動鼓由高速運轉到低速渦動之間摩擦發熱和傳動效率低下的問題。
[0005]為達到上述目的，本實用新型的技術方案是這樣實現的:
[0006]—種低速大扭矩頂部驅動用高效比傳動鼓，包括電機軸偏心輪、滾珠軸承、小齒圈、大齒圈、頂驅軸，在所述電機軸偏心輪的外圈依次套設有所述滾珠軸承、小齒圈和大齒圈，所述滾珠軸承與所述小齒圈是同心的，所述大齒圈與所述電機軸偏心輪是同心的，所述小齒圈與所述電機偏心輪之間存在偏心距e，所述小齒圈與所述大齒圈內嚙合，所述大齒圈與所述頂驅軸外嚙合，所述電機軸偏心輪在電機的帶動下，通過所述滾珠軸承驅動所述小齒圈沿大齒圈的內齒差動爬行一周，所述小齒圈的外齒與大齒圈的內齒之間有齒數差，傳動比為所述大齒圈內齒齒數與所述齒數差的比值，所述齒數差越小，所述電機軸偏心輪與大齒圈之間的傳動比就越高，所述大齒圈以較小的轉速驅動所述頂驅軸，從而使得頂部驅動裝置在很低的轉速下運轉，以滿足石油鉆井現場的定向井、水平井及大位移井對頂部驅動裝置在低速大扭矩方面的動力需求，由于能夠為頂部驅動裝置提供高效比的傳動，頂驅系統的配置功率將大幅度降低，有助于降低頂驅配套使用和運行維護成本。
[0007]另外，高效比傳動鼓的使用使高速電機的應用成為可能，可大大降低頂驅長度，減少占用井架凈空，由于所述電機軸偏心輪和所述小齒圈之間使用了所述滾珠軸承，不僅使傳動鼓運轉平穩靈活，而且將所述電機軸偏心輪與小齒圈之間由滑動摩擦轉變為滾動摩擦，大大降低了設備磨損，使傳動效率遠遠高于同樣具有高傳動比的蝸桿傳動。由于使用了電機軸偏心輪而不是簡單的凸輪，可以使用高強度小齒圈，因此本實用新型可以用在大扭矩大功率場合。該傳動鼓設計精巧，也可以用于高轉速的渦輪鉆具中，實現大傳動比減速作用。
[0008]進一步的，所述小齒圈與大齒圈之間采用差動傳動，使整個傳動鼓的結構更緊湊，體積小，也可以整合在電機里設計為一體化電機。
[0009]進一步的，所述小齒圈與大齒圈之間存在轉速差，且所述轉速差由所述偏心距e和所述電機軸偏心輪的轉速決定。
[0010]相對于現有技術，本實用新型所述的一種低速大扭矩頂部驅動用高效比傳動鼓具有以下優勢:
[0011]電機軸偏心輪和小齒圈之間增設滾珠軸承，將滑動摩擦優化為滾動摩擦，解決了傳動鼓由高速運轉到低速渦動之間摩擦發熱和傳動效率低下的問題，同時動力輸入軸和輸出軸也保持了嚴格的同心，有利于傳動平穩，無沖擊負荷；小齒圈和大齒圈內齒間的差動式傳動，滿足了低速大扭矩大功率高效比的傳動需求，并且結構精巧，完全可以考慮與高速電機實行一體化設計，從而進一步大幅度降低頂部驅動的建造成本，實現市場化全面裝備。
【附圖說明】
[0012]構成本實用新型的一部分的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的不當限定。在附圖中:
[0013]圖1為本實用新型的結構示意圖。
[0014]附圖標記說明:
[0015]1-電機軸偏心輪，2_滾珠軸承，3_小齒圈，4_大齒圈，5_頂驅軸。
【具體實施方式】
[0016]需要說明的是，在不沖突的情況下，本實用新型中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
[0017]下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本實用新型。
[0018]—種低速大扭矩頂部驅動用高效比傳動鼓，包括電機軸偏心輪1、滾珠軸承2、小齒圈3、大齒圈4、頂驅軸5，在所述電機軸偏心輪1的外圈依次套設有所述滾珠軸承2、小齒圈3和大齒圈4，所述滾珠軸承2與所述小齒圈3是同心的，所述大齒圈4與所述電機軸偏心輪1是同心的，所述小齒圈3與所述電機偏心輪1之間存在偏心距e，所述小齒圈3與所述大齒圈4內嗤合，所述大齒圈4與所述頂驅軸5外嗤合，所述電機軸偏心輪1在電機的帶動下，通過所述滾珠軸承2驅動所述小齒圈3沿大齒圈4的內齒差動爬行一周，所述小齒圈3的外齒與大齒圈4的內齒之間有齒數差，所述小齒圈3與大齒圈4之間存在轉速差，所述轉速差由所述偏心距e和所述電機軸偏心輪1的轉速決定，傳動比為所述大齒圈4內齒齒數與所述齒數差的比值，所述齒數差越小，所述電機軸偏心輪1與大齒圈4之間的傳動比就越高，所述大齒圈4以較小的轉速驅動所述頂驅軸5，從而使得頂部驅動裝置在很低的轉速下運轉，以滿足石油鉆井現場的定向井、水平井及大位移井對頂部驅動裝置在低速大扭矩方面的動力需求，由于能夠為頂部驅動裝置提供高效比的傳動，頂驅系統的配置功率將大幅度降低，有助于降低頂驅配套使用和運行維護成本，所述小齒圈3與大齒圈4之間采用差動傳動，使整個傳動鼓的結構更緊湊，體積小，也可以整合在電機里設計為一體化電機。
[0019]另外，高效比傳動鼓的使用使高速電機的應用成為可能，可大大降低頂驅長度，減少占用井架凈空，由于所述電機軸偏心輪1和所述小齒圈3之間使用了所述滾珠軸承2，不僅使傳動鼓運轉平穩靈活，而且將所述電機軸偏心輪1與小齒圈3之間由滑動摩擦轉變為滾動摩擦，大大降低了設備磨損，使傳動效率遠遠高于同樣具有高傳動比的蝸桿傳動。由于使用了電機軸偏心輪1而不是簡單的凸輪，可以使用高強度小齒圈3，因此本實用新型可以用在大扭矩大功率場合。該傳動鼓設計精巧，也可以用于高轉速的渦輪鉆具中，實現大傳動比減速作用。
[0020]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種低速大扭矩頂部驅動用高效比傳動鼓，其特征在于：包括電機軸偏心輪、滾珠軸承、小齒圈、大齒圈、頂驅軸，在所述電機軸偏心輪的外圈依次套設有所述滾珠軸承、小齒圈和大齒圈，所述滾珠軸承與所述小齒圈是同心的，所述大齒圈與所述電機軸偏心輪是同心的，所述小齒圈與所述電機偏心輪之間存在偏心距e，所述小齒圈與所述大齒圈內嚙合，所述大齒圈與所述頂驅軸外嚙合，所述小齒圈的外齒與大齒圈的內齒之間有齒數差。2.根據權利要求1所述的一種低速大扭矩頂部驅動用高效比傳動鼓，其特征在于：所述小齒圈與大齒圈之間采用差動傳動。3.根據權利要求1或2所述的一種低速大扭矩頂部驅動用高效比傳動鼓，其特征在于：所述小齒圈與大齒圈之間存在轉速差，且所述轉速差由所述偏心距e和所述電機軸偏心輪的轉速決定。
【專利摘要】本實用新型提供了一種低速大扭矩頂部驅動用高效比傳動鼓，包括電機軸偏心輪、滾珠軸承、小齒圈、大齒圈、頂驅軸，在電機軸偏心輪的外圈依次套設有滾珠軸承、小齒圈和大齒圈，滾珠軸承與小齒圈是同心的，大齒圈與電機軸偏心輪是同心的，小齒圈與大齒圈內嚙合，大齒圈與頂驅軸外嚙合，小齒圈的外齒與大齒圈的內齒之間有齒數差。本實用新型的有益效果：電機軸偏心輪和小齒圈之間增設滾珠軸承，將滑動摩擦優化為滾動摩擦，解決了傳動鼓由高速運轉到低速渦動之間摩擦發熱和傳動效率低下的問題；小齒圈和大齒圈內齒間的差動式傳動，滿足了低速大扭矩大功率高效比的傳動需求，并且結構精巧，完全可以考慮與高速電機實行一體化設計。
【IPC分類】F16H1/06
【公開號】CN205089907
【申請號】CN201520746925
【發明人】張振海
【申請人】中國石油集團渤海鉆探工程有限公司
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2015年9月22日