一种井下动力钻具螺旋钢球减速器技术领域
本发明涉及一种井下动力钻具螺旋钢球减速器，属石油、天然气井下钻具技术领
域。
背景技术
涡轮钻具与少头数螺杆钻具的输出转速很高，一般在400-600rpm，但实际钻井所
需的转速很低，一般在200rpm以下。现有的井下用动力钻具减速器多为行星齿轮啮合式减
速器，这种减速器在井下振动剧烈的环境下容易断齿，因此这种减速器的工作可靠性差，使
用寿命短。由于行星齿轮啮合式减速器径向尺寸大，因此实际使用过程中需要较大的井眼
直径，使得钻井成本很高。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种可靠性高、使用寿命长、径向尺寸小的井下动力钻具
螺旋钢球减速器。
本发明的技术方案是：
一种井下动力钻具螺旋钢球减速器，包括上接头、输入轴、输出轴、上壳体和下壳体；其
特征在于：上壳体下端螺纹安装有下壳体；上壳体上端螺纹安装有上接头，上接头、上壳体
和下壳体内装有输入轴；输入轴的一端延伸至上接头外端；下壳体下端通过下部堵头螺纹
安装有密封压盖，下壳体、下部堵头和密封压盖内装有输出轴，输出轴的一端延伸至密封压
盖外端；下壳体内的输入轴和输出轴的端头之间通过输入轴扶正轴承相互活动套接。
所述的上壳体和下壳体之间设置有壳体挡圈；壳体挡圈上方的上壳体与输入轴之
间设置有输入轴承串，以承受钻井液压力产生的轴向推力和部分径向力；壳体挡圈下方的
下壳体与输入轴之间通过导架扶正轴承设置有导架。
所述的导架与输出轴之间螺纹连接。
所述的导架呈圆筒状，导架的圆周上均布有多个钢球通槽，钢球通槽内装有多个
减速钢球，与导架对应的下壳体内壁上和输入轴圆周上分别设置有凹形的钢球循环弹道，
下壳体和输入轴之间通过减速钢球在钢球循环弹道内的滚动相互滑动连接。
所述的上接头上设置有上充油堵塞孔，上接头与输入轴之间设置有平衡活塞，以
用于平衡减速器内部润滑油与外部钻井液的压力。
所述的下部堵头上设置有下充油堵塞孔；上充油堵塞孔和下充油堵塞孔之间采用
一进一出的方式以保证充油质量。
所述的下壳体与输出轴之间通过紧定螺钉和张紧螺母装有输出轴承串，用于扶正
输出轴；张紧螺母与下壳体之间设置有挡圈。
所述的紧定螺钉和张紧螺母用于输出轴承串和输出轴之间的连接；紧定螺钉与输
出轴承串的内圈滑动连接，挡圈与输出轴承串的外圈滑动连接；挡圈通过下部堵头的压紧
来压紧输出轴承串，以防止输出轴承串相对于下壳体发生相对运动。
所述的下部堵头与输出轴之间设置有输出轴旋转密封件；输出轴旋转密封件通过
密封压盖压紧，以保证输出轴的旋转密封。
所述的输入轴扶正轴承下方的输入轴和输出轴之间设置有旋转密封圈；以防止润
滑油泄漏。
本发明的有益效果在于：
该井下动力钻具螺旋钢球减速器结构简单、实用性好，工作时，通过输入轴与钻杆相
连，并将钻杆的动力传递给导架，带动导架绕自身轴线做自转运动促使钢球从导架下面的
凹槽出来进入到减速器长外壳壳体内的钢球循环弹道内，从而挤压前面的钢球从钢球循环
弹道进入到导架上面的凹槽，钢球与输入轴的外螺旋形凹槽和减速器长外壳内壁的内螺旋
形凹槽的相互摩擦啮合作用下，使得导架减速后将动力传递给输出轴，从而达到减速的目
的。该减速器通过钢球螺旋啮合运动达到减速目的，钢球受力均匀，安全稳定性性高，使用
寿命长；有效的降低了钻井成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中的A处放大结构示意图。
图中：1、上接头，2、输入轴，3、输出轴，4、上壳体，5、下壳体，6、壳体挡圈，7、输入轴
承串，8、下部堵头，9、密封压盖，10、输入轴扶正轴承，11、上充油堵塞孔，12、平衡活塞，13、
导架扶正轴承，14、导架，15、下充油堵塞孔，16、输出轴承串，17、挡圈，18、输出轴旋转密封
件，19、旋转密封圈，20、钢球通槽，21、减速钢球。
具体实施方式
该井下动力钻具螺旋钢球减速器包括上接头1、输入轴2、输出轴3、上壳体4和下壳
体5。上壳体4下端螺纹安装有下壳体5；上壳体4上端螺纹安装有上接头1，上接头1、上壳体4
和下壳体5内装有输入轴2；输入轴2的一端延伸至上接头1外端。上壳体4和下壳体5之间设
置有壳体挡圈6；壳体挡圈6上方的上壳体4与输入轴2之间设置有输入轴承串7，以承受钻井
液压力产生的轴向推力和部分径向力。上接头1上设置有上充油堵塞孔11，上接头1与输入
轴2之间设置有平衡活塞12，以用于平衡减速器内部润滑油与外部钻井液的压力。
下壳体5下端通过下部堵头8螺纹安装有密封压盖9，下壳体5、下部堵头8和密封压
盖9内装有输出轴3，输出轴3的一端延伸至密封压盖9外端；下壳体5内的输入轴2和输出轴3
的端头之间通过输入轴扶正轴承10相互活动套接。下部堵头8上设置有下充油堵塞孔15；上
充油堵塞孔11和下充油堵塞孔15之间采用一进一出的方式以保证充油质量。
下壳体5与输出轴3之间通过紧定螺钉和张紧螺母装有输出轴承串16，输出轴承串
16用于扶正输出轴3；张紧螺母与下壳体5之间设置有挡圈17。
紧定螺钉和张紧螺母用于输出轴承串16和输出轴3之间的连接；紧定螺钉与输出
轴承串16的内圈滑动连接，挡圈17与输出轴承串16的外圈滑动连接；挡圈17通过下部堵头8
的压紧来压紧输出轴承串16，以防止输出轴承串16相对于下壳体5发生相对运动。
下部堵头8与输出轴3之间设置有输出轴旋转密封件18；输出轴旋转密封件18通过
密封压盖9压紧，以保证输出轴3的旋转密封。
输入轴扶正轴承10下方的输入轴2和输出轴3之间设置有旋转密封圈19；以防止润
滑油泄漏。
壳体挡圈6下方的下壳体5与输入轴2之间通过导架扶正轴承13设置有导架14；导
架14与输出轴3之间螺纹连接。
导架14呈圆筒状，导架14的圆周上均布有多个钢球通槽20，钢球通槽20内装有多
个减速钢球21，与导架14对应的下壳体5内壁上和输入轴2圆周上分别设置有凹形的钢球循
环弹道，下壳体5和输入轴2之间通过减速钢球21在钢球循环弹道内的滚动相互滑动连接。
该井下动力钻具螺旋钢球减速器的输入轴2和输出轴3上分别设置有相互连通的
中心通孔，工作时；输入轴2用于连接钻杆，输出轴3用于连接钻具；工作过程中，钢球通槽20
内的减速钢球21从钢球通槽20底端进入钢球循环弹道内，并逐一形成挤压使其在钢球循环
弹道内滚动并从钢球通槽20进入钢球通槽20内，由于钢球循环弹道呈螺旋设置，从而使减
速钢球21完成一次滚动循环，这一过程中， 减速钢球21在输入轴2上的钢球循环弹道与下
壳体5的钢球循环弹道的相互配合作用下，使得导架14既做绕自身轴线的自转运动，同时又
围绕输入轴2中心做公转运动，导架14的公转运动传递给输出轴3，由于输入轴2上的钢球循
环弹道的螺旋角为a, 下壳体5内壁的钢球循环弹道的螺旋角为b,所以输入轴2转动（tan
(b)/tan(a)+1）圈便推动导架14公转1圈，因此输入轴2的输入转速为输出轴3的输出转速的
（tan(b)/tan(a)+1）倍； 由此通过减速钢球21的螺旋啮合运动达到实现输出轴3的减速目
的。且减速钢球21受力均匀，安全稳定性性高，使用寿命长；有效的降低了钻井成本。