本发明有关于一种用于钻井施工作业的井下动力钻具的辅助装置，尤其有关于一种石油钻井领域的自润滑传动装置。
背景技术：
井下动力钻具是依靠钻井液的液压能量并将其转化为钻井破岩动力的，钻井施工过程需要通过传动装置将动力(扭矩和钻压)传递给钻头，始终有配置的钻井液从井口循环至井底，该钻井液不仅能携带钻屑至井口排除钻屑，而且还可以实时润滑传动装置的各组轴承转动摩擦副，常规的传动装置都需要借助循环的钻井液润滑其各组转动摩擦副，才能连续向钻头传递破碎岩石所需的机械能量。
但是，在采用特殊钻井工艺时，井下工况不容许配置钻井液并循环至井底，此时，传动装置的各组转动摩擦副没有钻井液的润滑，其使用寿命会大大下降，也很难正常传递钻压和扭矩。因此，在缺乏钻井液润滑的情况下，保持传动装置长期连续运转，顺利传递钻井动力和驱动钻头正常钻进就成为一个钻井工程技术领域的难题。
因此，有必要提供一种能实现自润滑的传动装置，来克服上述缺陷。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种自润滑传动装置，其内可储存润滑液，以便对自润滑传动装置的各转动摩擦副进行润滑，其自润滑性能良好，可适用于无需钻井液的工况。
本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：
本发明提供一种自润滑传动装置，包括：
外筒，其上沿圆周方向设有多个注液孔；
传动轴，其穿设于所述外筒中，所述传动轴与所述外筒之间夹设有止推轴承；
上径向轴承，其位于所述止推轴承的上端，所述上径向轴承密封套设于所述传动轴，所述上径向轴承与所述传动轴之间形成有内环形空间，所述上径向轴承与所述外筒之间形成有外环形空间，多个所述注液孔与所述外环形空间相连通，所述外环形空间通过所述上径向轴承与所述内环形空间相连通；
下径向轴承，其位于所述止推轴承的下端，所述下径向轴承密封套设于所述传动轴，所述下径向轴承与所述外筒的下端密封相接，所述下径向轴承通过所述止推轴承与所述内环形空间相连通。
如上所述的自润滑传动装置，其中，所述上径向轴承的上端与所述外筒之间可密封滑动地设有浮阀，所述浮阀、所述上径向轴承和所述外筒之间形成所述外环形空间。
如上所述的自润滑传动装置，其中，所述上径向轴承包括：
上动套，其密封套设于所述传动轴，所述上动套的上部设有液流通孔，其下部径向向外凸设有滑动部，所述上动套的上部与所述传动轴之间形成有所述内环形空间，所述上动套的上部与所述外筒之间形成有所述外环形空间，所述外环形空间通过所述液流通孔与所述内环形空间相连通；所述上动套的下端内侧设有多个轴向液流通孔，所述上动套的下端面设有多个上动套径向液流槽，所述内环形空间通过多个所述轴向液流通孔与多个所述上动套径向液流槽相连通；
上静套，其套设于所述滑动部，所述滑动部和所述上静套之间夹设有上轴套；所述外筒的内环壁凸设有环凸台，多个所述注液孔设置在所述环凸台上，所述上静套的上端顶抵在所述环凸台上，其下端顶抵于所述止推轴承。
如上所述的自润滑传动装置，其中，所述上静套的内环壁设有上静套液流槽，所述上静套液流槽与所述外环形空间相连通。
如上所述的自润滑传动装置，其中，所述传动轴的下端径向向外凸设有滑动轴套部，所述止推轴承包括轴承内圈和轴承外圈，所述轴承内圈和所述轴承外圈之间夹设有多个钢球，所述轴承内圈、所述轴承外圈和多个所述钢球之间形成有止推轴承润滑液流动空间，所述止推轴承润滑液流动空间与多个所述上动套径向液流槽相连通，所述轴承外圈的上端抵接于所述上静套，其下端抵接所述下径向轴承，所述轴承内圈的上端抵接于所述上动套，所述轴承内圈的下端抵接于所述滑动轴套部。
如上所述的自润滑传动装置，其中，所述下径向轴承包括：
下静套，其密封连接在所述外筒的下端，所述下静套密封套设于所述滑动轴套部，所述下静套的上端抵接于所述轴承外圈；
下轴套，其夹设于所述滑动轴套部和所述下静套之间。
如上所述的自润滑传动装置，其中，所述下静套的内环壁设有下静套液流槽，所述下静套液流槽与所述止推轴承润滑液流动空间相连通。
如上所述的自润滑传动装置，其中，所述外筒通过所述环凸台分为上外筒和下外筒，所述上径向轴承、所述止推轴承和所述下径向轴承分别位于所述下外筒内，所述下外筒的内环壁上设有导流槽，所述上静套的上端面设有多个上静套径向槽，所述导流槽通过多个所述上静套径向槽与所述外环形空间相连通，所述下静套上沿圆周方向设有多个下静套径向孔，所述导流槽的下端与多个所述下静套径向孔相连通。
如上所述的自润滑传动装置，其中，所述下静套的下部沿圆周方向设有多个螺塞孔。
如上所述的自润滑传动装置，其中，所述导流槽为设置在所述下外筒的内环壁上的多个轴向槽，多个所述轴向槽沿所述下外筒的圆周方向间隔设置；或者，所述导流槽为设置在所述下外筒的内环壁上的多个螺旋槽。
本发明的自润滑传动装置的特点及优点是：
本发明的自润滑传动装置，通过设置的外环形空间和内环形空间存储润滑液，再利用导流槽、上静套液流槽、止推轴承润滑液流动空间和下静套液流槽等润滑液流动的通道，润滑上径向轴承、止推轴承和下径向轴承的各个转动摩擦副；本发明的自润滑传动装置，通过浮阀的可浮动设置，通过外部压力改变外环形空间的体积，从而使外环形空间和内环形空间始终保持一定的压力，以润滑上径向轴承、止推轴承和下径向轴承的各个转动摩擦副。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的自润滑传动装置的剖视图；
图2为本发明的自润滑传动装置的传动轴的剖视图；
图3为本发明的自润滑传动装置的外筒的实施例一的剖视图；
图4为图3的K-K向截面剖视图；
图5为本发明的自润滑传动装置的浮阀的剖视图；
图6为本发明的自润滑传动装置的外筒的实施例二的剖视图；
图7为本发明的自润滑传动装置的上径向轴承的上动套的剖视图；
图8为图7的H向视图；
图9为本发明的自润滑传动装置的上径向轴承的上静套的实施例一的主视剖视图；
图10为本发明的自润滑传动装置的上径向轴承的上静套的实施例一的俯视图；
图11为本发明的自润滑传动装置的上径向轴承的上静套的实施例二的主视剖视图；
图12为本发明的自润滑传动装置的上轴套的剖视图；
图13为本发明的自润滑传动装置的止推轴承的剖视图；
图14为本发明的自润滑传动装置的下径向轴承的下静套的实施例一的主视剖视图；
图15为图14的L-L向截面剖视图；
图16为本发明的自润滑传动装置的下径向轴承的下静套的实施例二的主视剖视图；
图17为本发明的自润滑传动装置的下轴套的剖视图。
附图标号说明：1、传动轴；10、内环形空间；11、外螺纹段；12、静密封结构；13、钻屑通道；14、滑动轴套部；15、母扣；2、外筒；20、外环形空间；201、上外筒；202、下外筒；21、内螺纹段；22、注液孔；23、环凸台；24、导流槽；25、内螺纹段；26、螺旋导流槽；3、浮阀；31、外动密封槽；32、内动密封槽；4、上径向轴承；41、上动套；411、液流通孔；412、轴向液流通孔；414、环凹槽；415、静密封面；416、滑动部；417、动密封面；418、上动套径向液流槽；42、上轴套；43、上静套；431、上静套液流槽；432、螺旋槽；433、环空槽；434、上静套径向槽；5、止推轴承；51、轴承内圈；52、钢球；53、轴承外圈；54、止推轴承润滑液流动空间；6、下径向轴承；61、下轴套；62、下静套；620、下轴肩；621、螺塞孔；622、下静套径向孔；623、外螺纹段；624、导液环槽；625、下静套液流槽；626、下环空槽；627、螺旋槽；628、O圈槽；629、动密封槽；630、下轴肩；7、定位螺母。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图17所示，本发明提供一种自润滑传动装置，包括：外筒2，其上沿圆周方向设有多个注液孔22；传动轴1，其穿设于外筒2中，传动轴1与外筒2之间夹设有止推轴承5；上径向轴承4，其位于止推轴承5的上端，上径向轴承4密封套设于传动轴1，上径向轴承4与传动轴1之间形成有内环形空间10，上径向轴承4与外筒2之间形成有外环形空间20，多个注液孔22与外环形空间20相连通，外环形空间20通过上径向轴承4与内环形空间10相连通；下径向轴承6，其位于止推轴承5的下端，下径向轴承6密封套设于传动轴1，下径向轴承6与外筒2的下端密封相接，下径向轴承6通过止推轴承5与内环形空间10相连通。本发明的自润滑传动装置通过设置外环形空间20和内环形空间10来存储润滑液，使润滑液能流经上径向轴承4、止推轴承5和下径向轴承6，以润滑上径向轴承4、止推轴承5和下径向轴承6的各个转动摩擦副，实现了自润滑功能，该自润滑传动装置可适用于无需钻井液的工况。
如图1和图3所示，外筒2为圆柱筒形，其内侧壁径向向内凸设有环凸台23，多个注液孔22设置在环凸台23上，多个注液孔22沿外筒2的圆周方向等间隔设置，该些注液孔22贯通外筒2的内外筒壁，注液孔22具有内螺纹，通过旋入装有O型密封圈的螺塞进行密封，防止泄露；在本实施例中，外筒2上设有两个注液孔22，两个注液孔22沿外筒的径向相对设置，其中一个注液孔22用于注润滑液，另一个注液孔22用于在注润滑液的过程中排气；外筒2通过环凸台23分为上外筒201和下外筒202。具体地，如图3所示，外筒2的上端内壁设有内螺纹段21，外筒2通过该内螺纹段21可连接于其他钻井工具的下方，外筒2的下端内壁设有内螺纹段25，外筒2通过该内螺纹段25连接下径向轴承6。
如图1和图2所示，在本实施方式中，传动轴1为阶梯轴，其穿设在外筒2内，传动轴1的中部设有轴向贯通的供钻屑流通的的钻屑通道13，传动轴1的上端外壁设有外螺纹段11，传动轴1的下端设有连接钻头的母扣15，传动轴1的中部径向向外凸设有滑动轴套部14，位于滑动轴套部14上方和外螺纹段11下方之间的传动轴1的外壁经过精磨处理，光滑度较高。
如图1、图7至图12所示，在本实施方式中，上径向轴承4密封设置在传动轴1和外筒2之间，其位于下外筒202内，上径向轴承4包括上动套41、上轴套42和上静套43。
其中，如图7所示，上径向轴承4的上动套41大体呈圆柱筒形，其密封套设于传动轴1，上动套41的筒壁上设有多个液流通孔411，多个液流通孔411沿圆周方向等间隔设置；进一步的，上动套41的上端设有定位螺母7，该定位螺母7螺接在传动轴1的外螺纹段11上，用以作为上径向轴承4的轴向限位件。上动套41的下部径向向外凸设有滑动部416，多个液流通孔411位于滑动部416的上方；上动套41的上部与传动轴1之间形成有内环形空间10，上动套41的上部与外筒2之间形成有外环形空间20，外环形空间20通过多个液流通孔411与内环形空间10相连通。在本实施例中，上动套41的滑动部416的内壁设有环凹槽414。环凹槽414下方的上动套41的内壁上沿圆周方向等间隔设有多个轴向液流通孔412，如图8所示，上动套41的下端面沿圆周方向等间隔设有多个上动套径向液流槽418，每个上动套径向液流槽418与一个轴向液流通孔412相对应，从而使得上动套41与传动轴1之间形成的内环形空间10通过多个轴向液流通孔412与多个上动套径向液流槽418形成连通，以使内环形空间10内的润滑液能流入位于上径向轴承4下方的止推轴承5内。如图7所示，位于滑动部416上方的上动套41的外环壁形成有动密封面417，上动套41的滑动部416外壁以及该动密封面417是经过精磨处理的光滑表面。进一步的，上动套41的上端内环壁设有静密封面415，于传动轴1的上端外壁处设有多个静密封凹槽12，通过在静密封凹槽12中设置O形密封圈，可实现传动轴1与上动套41之间的密封，该静密封面415经过精磨处理，不会划伤O形密封圈。
上径向轴承4的上静套43套设于滑动部416的外侧，其大体呈圆柱筒形，上静套43的上端顶抵在环凸台23的下端，其下端抵接于止推轴承5。如图9和图10所示，上静套43的内环壁设有上静套液流槽431，该上静套液流槽431可由凹设在上静套43的内环壁上的沿圆周方向等间隔设置的多个轴向槽组成，或者在其他的实施例中，如图11所示，该上静套液流槽431可由凹设在上静套43的内环壁上的多个螺旋槽432组成，该些螺旋槽432可以存储更多的润滑液。该上静套液流槽431的设置，用于使外环形空间20中存储的润滑液流入上动套41和上静套43之间的转动摩擦副中，以使上径向轴承4可靠工作。进一步的，该上静套43的外环壁还设有环空槽433，该环空槽433可用于减轻零件的重量。
如图12所示，上轴套42大体呈圆柱筒形，其夹设在滑动部416和上静套43之间，该上轴套42可选用硬度较低、耐磨性较好的材料，这样可以减少上静套43和上动套41之间的磨损，当上轴套42磨损到一定程度后，可以对其进行更换，而不必更换整个上径向轴承4，从而节约了成本。
在一可选实施例中，当选择上轴套42随上动套41一并运动时，此时，上轴套42过盈配合套设在上动套41的滑动部416上，上轴套42的外周壁具有润滑性能的材料层，使得上静套43与上轴套42之间可发生转动摩擦；在另一可选实施例中，当选择上轴套42相对上动套41旋转，也即上轴套42与上静套43静止不动时，此时，上轴套42的内周壁设有润滑性能的材料层，使得上动套41与上轴套42之间可发生转动摩擦。
如图1和图5所示，在上径向轴承4的上动套41和外筒2的上外筒201之间夹设有浮阀3，该浮阀3为一圆环，其位于上动套41和外筒2组成的外环形空间20的上方，浮阀3的外环壁设有多个外动密封槽31，其内环壁设有多个内动密封槽32，外动密封槽31和内动密封槽32中均设置密封圈，浮阀3能沿着上动套41在定位螺母7和环凸台23之间的外环形空间20内滑动，且密封外环形空间20的顶部。定位螺母7作为浮阀3的轴向限位件，限制浮阀3向上滑动的极限位置。外筒2的上外筒201和上动套41的动密封面417都经过精磨处理，当浮阀3上下滑动时，可保证浮阀3上的密封圈在滑动过程中不划伤。
如图1和图13所示，止推轴承5套设于传动轴1上，其位于外筒2的下外筒202内，止推轴承5位于上径向轴承4和下径向轴承6之间。在本实施例中，该止推轴承5包括轴承内圈51、多个钢球52和轴承外圈53，止推轴承5沿轴向设置有多个钢球52，可以承受较大的轴向力。该轴承内圈51、轴承外圈53和多个钢球52之间的间隙称为止推轴承润滑液流动空间54，该止推轴承润滑液流动空间54与多个上动套径向液流槽418相连通，从而使得内环形空间10的润滑液可流入止推轴承润滑液流动空间54内，以润滑止推轴承5的转动摩擦副。该止推轴承5的轴承外圈53的上端抵接于上静套43，其下端抵接下径向轴承6，轴承内圈51的上端抵接于上动套41，轴承内圈51的下端抵接于传动轴1的滑动轴套部14，轴承内圈51固定于传动轴1的中段。
如图1、图14至图17所示，在本实施方式中，下径向轴承6套设于传动轴1上，其位于外筒2的下外筒202内，下径向轴承6设置于止推轴承5的下端，下径向轴承6包括下静套62和下轴套61。
其中，如图14至图16所示，下径向轴承6的下静套62为圆筒形，其套设于传动轴1的滑动轴套部14，下静套62的外周壁设有外螺纹段623，下静套62通过该外螺纹段623与外筒2的内螺纹段25螺接固定，下静套62的上端与止推轴承5的轴承外圈53相抵接。下静套62的上端面设有导液环槽624，在下静套62的内环壁上设有下静套液流槽625，在实施例一中，如图14所示，该下静套液流槽625可由凹设在下静套62的内环壁上的沿圆周方向等间隔设置的多个轴向槽组成，或者，如图16所示，该下静套液流槽625可由凹设在下静套62的内环壁上的多个螺旋槽627组成，该些螺旋槽627可以存储更多的润滑液。该下静套液流槽625的设置，用于使止推轴承5的止推轴承润滑液流动空间54中存储的润滑液流入下静套62和滑动轴套部14之间的转动摩擦副。
进一步的，在外螺纹段623下方的下静套62的外周壁上还设有O圈槽628，在O圈槽628中设置O形密封圈，与外筒2下端的密封面密封设置，可以防止外部的钻井液和钻屑进入本发明的自润滑传动装置。下静套62的内环壁下端还设有两道动密封槽629，该两道动密封槽629中可设有密封圈，以实现下静套62与滑动轴套部14之间的动密封配合，防止杂物进入。在下静套62的两道动密封槽629之间沿下静套62的圆周方向还设有多个螺塞孔621，在本实施例中，下静套62上设有两个螺塞孔621，两个螺塞孔621沿下静套62的径向相对设置，其中一个螺塞孔621用于注入润滑液，另一个螺塞孔621用于在注润滑液的过程中排气，从而对动密封槽629中的密封圈进行润滑，注完润滑液之后，利用螺塞将螺塞孔621堵住即可。
如图17所示，下径向轴承6的下轴套61为圆柱筒形，其夹设于滑动轴套部14和下静套62之间作为滑动摩擦的耐磨件，下轴套61可选用硬度较低、耐磨性较好的材料(润滑性能的材料)，这样可以减少传动轴1和下静套62之间的磨损，当轴套磨损到一定程度可以进行更换，这样可以节约更换轴承的成本。
在一可选实施例中，当选择下轴套61随传动轴1一并运动时，此时，下轴套61过盈配合套设在传动轴1的滑动轴套部14上，下轴套61的外周壁具有润滑性能的材料层，使得下轴套61与下静套62之间可发生转动摩擦；在另一可选实施例中，当选择下轴套61相对传动轴1旋转，也即下轴套61与下静套62一并运动时，此时，下轴套61的内周壁设有润滑性能的材料层，使得传动轴1与下轴套61之间可发生转动摩擦。
本发明的自润滑传动装置中的润滑液的流动方式如下：首先，将润滑液由注液孔22注入外环形空间20，外环形空间20中的润滑液可以经过上径向轴承4的上静套43的上静套液流槽431流入上动套41和上静套43之间的转动摩擦副，进而实现上径向轴承4摩擦副的润滑，另外，该外环形空间20的润滑液还可以从液流通孔411进入内环形空间10，从内环形空间10下端的多个轴向液流通孔412和上动套径向液流槽418直接流至止推轴承5的上端面，进入止推轴承5的止推轴承润滑液流动空间54中。之后，从止推轴承5的润滑液流动空间54中流下的润滑液流到下径向轴承6的上端面，从下径向轴承6的下静套62的导液环槽624进入下静套62内部，润滑传动轴1和下静套62之间的转动摩擦副，以上所述为第一流动路径。外环形空间20的体积是可变的，浮阀3上端面的压力是外界井内钻屑产生的，浮阀3下端面的压力是外环形空间20的压力，当外环形空间20的压力高于浮阀3上端面的压力时，浮阀3向上滑动至定位螺母7处，当外环形空间20的压力低于浮阀3上端面的压力时，浮阀3向下滑动至内外压力平衡位置，外环形空间20始终保持一定压力，以对各轴承的转动摩擦副进行润滑。综上所述，内环形空间10、外环形空间20、上动套41的轴向液流通孔412、止推轴承润滑液流动空间54、下静套62的导液环槽624和下静套液流槽625共同构成润滑液的第一流动路径。
根据本发明的一实施方式，如图1和图3所示，下外筒202的内环壁上设有导流槽24，该导流槽24为设置在下外筒202的内环壁上的多个轴向槽，该些导流槽24沿圆周方向等间隔设置在下外筒202的内环壁上，该些导流槽24的上端至下端自环凸台23延伸到内螺纹段25处；或者，在其他的实施例中，如图6所示，导流槽24可为凹设在下外筒202内环壁上的多个螺旋导流槽26，该些螺旋导流槽26可以存储更多的润滑液。如图9至图11所示，上径向轴承4的上静套43的上端面设有多个上静套径向槽434，该些上静套径向槽434沿圆周方向等间隔设置，且每一个上静套径向槽434的两端分别与一个导流槽24、一个上静套液流槽431相连通；进一步的，如图14和图16所示，在下静套62上端的筒壁上设有多个下静套径向孔622，该些下静套径向孔622沿圆周方向等间隔设置，且每一个下静套径向孔622与一个下静套液流槽625相对连通，下静套62内部的润滑液可以通过多个下静套径向槽622进入下静套62与外筒2的下外筒202之间，再流入下外筒202的各导流槽24中。
下静套62的多个下静套径向孔622、外筒2的导流槽24以及上静套43的多个上静套径向槽434的设计，使得本发明的自润滑传动装置内的润滑液除了可以沿第一流动路径流动外，还可在外环形空间20、上静套径向槽434、导流槽24和下静套径向孔622形成的导通润滑液的第二流动路径中流动，以使润滑液能在本发明的自润滑传动装置的第一流动路径和第二流动路径之间循环流动，提供本发明的自润滑性能。
本发明的自润滑传动装置，通过设置的外环形空间和内环形空间存储润滑液，再利用导流槽、上静套液流槽、止推轴承润滑液流动空间和下静套液流槽等润滑液流动的通道，润滑上径向轴承、止推轴承和下径向轴承的各个转动摩擦副；本发明的自润滑传动装置，通过浮阀的可浮动设置，通过外部压力改变外环形空间的体积，从而使外环形空间和内环形空间始终保持一定的压力，以润滑上径向轴承、止推轴承和下径向轴承的各个转动摩擦副。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。