萬向節(jié)也稱萬向聯(lián)軸器、萬向軸、十字軸萬向聯(lián)軸器，在油井的螺桿鉆具中，主要由旁通閥、馬達、萬向軸、和傳動軸組成。萬向軸部件的作用是將轉子和傳動軸聯(lián)接起來，將轉子的行星運動轉換為傳動軸的定州運動，從而傳遞馬達的扭矩和軸向負載。萬向節(jié)使用比較頻繁，萬向節(jié)的失效是導致螺桿鉆具失效的形式之一，常用的萬向節(jié)結構有花瓣式和球鉸式兩種，因花瓣式萬向聯(lián)軸器的強度較高，加工簡單而用量最大，故花瓣式萬向聯(lián)軸器的使用壽命嚴重影響著螺桿鉆具整機的使用壽命。下面我們就花瓣式萬向聯(lián)軸器的原理、失效原因、改進措施作一下分析。
花瓣式萬向節(jié)的常用結構如圖所示。
花瓣式萬向節(jié)的結構主體加工主要是以線切割加工成特定形狀的花瓣，在花瓣配合表面加以滲碳或滲氮處理以提高配合面得的硬度和耐磨性。在中心有支撐套及球起定心并承受軸向載荷的作用，靠花瓣的互相咬合來傳遞扭矩和轉速，并將轉子的偏心公轉轉化為定軸轉動傳遞給傳動軸。
當前生產(chǎn)廠家一般認為花瓣式萬向節(jié)的整體使用壽命可以維持在200小時左右。但是，由于鉆井強度的加大和萬向節(jié)加工過程中存在的缺陷使得部分萬向節(jié)的壽命只有數(shù)十小時，嚴重影響了螺桿鉆具的整體壽命，甚至造成落井事故。目前花瓣式萬向節(jié)的問題主要表現(xiàn)一下幾個方面。
1.焊接質量不高
在維修過程中我們發(fā)現(xiàn)，約有50%的萬向節(jié)不同程度的出現(xiàn)了焊縫開裂現(xiàn)象。有的雖然暫時沒有完全失效，但必須經(jīng)過重新焊接才可以繼續(xù)使用，這就導致維修成本的提高，有的已經(jīng)萬向開裂，使得連接桿跟花鍵部分脫開，使馬達內轉子沒有了軸向依托，造成螺桿鉆具的報廢。
2.花瓣斷裂
花瓣斷裂的現(xiàn)象在維修過程中占到1/10左右，具體表現(xiàn)為斷一齒或三齒全斷，斷裂位置為花鍵最細處往下7mm左右。值得注意的是，出現(xiàn)斷裂的幾支萬向聯(lián)軸器的使用時間只有數(shù)十小時，不屬于疲勞斷裂范圍。另外，有2/3數(shù)量的萬向節(jié)出現(xiàn)泵塊現(xiàn)象，位置在花瓣兩端圓弧的借口附近。掉落的大小不等的隨塊將影響萬向節(jié)的壽命和傳遞軸組件中軸承的壽命，從而影響螺桿鉆具的整體壽命。
針對以上問題，我認為萬向聯(lián)軸器可以做一下幾個方面的改接工作
1、改善焊接質量
首先，萬向節(jié)的各個焊接部分材料要保持一致，以具有良好的可焊接性；其次，必須要有足夠大的坡口以容納充足的焊劑，以Φ172螺桿鉆具使用的萬向節(jié)為例，根據(jù)實踐經(jīng)驗，焊接用45°坡口深度保持在10mm深時即不會發(fā)生焊口德二次開裂，再次，要保證焊接前的預熱和焊接后的保溫時間，并且焊縫一定要連續(xù)，且不能有夾渣。經(jīng)過我公司維修后的萬向節(jié)在油田的使用情況來看，改進后的焊接質量完全可以滿足使用要求。故萬向節(jié)生產(chǎn)廠的焊接工藝還應做進一步的改進。
2.改進花瓣部位的加工質量
現(xiàn)在使用的花瓣式萬向節(jié)在使用十幾小時后發(fā)現(xiàn)有發(fā)生圖二所示位置從一點起始的放射狀崩塊現(xiàn)象。經(jīng)在現(xiàn)場活動的萬向節(jié)發(fā)現(xiàn)，萬向節(jié)的花瓣在空間運動過程存在近似尖點接觸的問題。究其原因主要是目前線切割加工工藝不完善，在進行線切割時造成花瓣外表面處形成尖棱，這種情況可以用一下辦法解決：
1）可以考慮二次線切割，將易泵塊位置的尖棱變?yōu)殁g棱，從而不易發(fā)生崩塊現(xiàn)象。切除量的計算跟花瓣間隙、萬向節(jié)兩球距離以及馬達的偏心量相關，可用三角幾何知識求出。
2）因發(fā)生崩塊的位置并非危險點，故可考慮直接將此位置的干涉部分去除，替代以圓弧過渡即可。
通過以上改進，萬向聯(lián)軸器的使用壽命有原來的幾十小時提高到近300小時，改進效果非常明顯。
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