带限位装置的低扭矩滚珠丝杠制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种带限位装置的低扭矩滚珠丝杠，包括丝杆、滚珠螺母、钢球和挡板；所述滚珠螺母的内圆上设有第一螺旋槽，丝杆的外圆设有第二螺旋槽，丝杆伸入到滚珠螺母的通孔内且第一螺旋槽和第二螺旋槽配合构成螺旋滚道，钢球安装在该螺旋滚道内；所述挡板固定在丝杆的两端。本实用新型专利技术通过在丝杆的两端增设挡板，使得与外界敞开的螺旋滚道关闭，钢球在滚道内滚动时一旦碰到挡板就能停止滚动，进而防止丝杆与滚珠螺母分离脱开。本实用新型专利技术结构简单可靠，使用寿命长，由于内部不存在非金属密封件，故而可适用于‑46℃以下低温和345℃高温条件下，符合API6A规范要求。

【技术实现步骤摘要】
带限位装置的低扭矩滚珠丝杠
本技术涉及石油大口径压裂阀
，尤其涉及一种带限位装置的低扭矩滚珠丝杠。
技术介绍
在API6A的领域中，大口径压裂阀一般安装于压裂管汇、压裂树的装置上，作为开采页岩气的设备之一，其作用是由数台压裂车将压裂酸化液汇入压裂管汇，再由压裂管汇输入到压裂树对井底进行压裂酸化，通过安装在压裂树上的压裂阀开启和关闭来控制压裂酸化作业。在压裂酸化液中含有对材料冲刷的砂石和对材料具有腐蚀和侵蚀的介质，当压裂酸化液在压裂车高压泵的驱使下在压裂阀的流道中会对压裂阀造成极大伤害作用。当压裂阀在关闭或打开的时候，阀板在流道中停留的时间越长，流体中的砂石对阀板表面冲刷的时间也就越长，对阀板来说密封表面在短时间内就会被冲刷损坏，对压裂阀来说，如果在压裂作业中一旦密封失效，将会发生严重质量事故，所以阀门的驱动速度显得非常重要。对大口径压裂阀而言，需要具备以下六个要求：(1)手轮操作扭矩：对于51/8×10M压裂门，扭矩控制在200N.M。对于51/8×15M压裂门，扭矩控制在300N.M。对于71/16×10M压裂阀，扭矩控制在300N.M。对于71/16×15M压裂阀，扭矩控制在550N.M。(2)手轮旋转圈数：对于51/8×10M压裂阀，手轮旋转圈数控制在12圈。对于51/8×15M压裂阀,手轮旋转圈数控制在12圈。对于71/16×10M压裂阀,手轮旋转圈数控制在16圈。对于71/16×15M压裂阀，手轮旋转圈数控制在16.5圈。(3)密封：压裂阀在使用过程中不允许有任何渗漏现象。(4)手轮回旋：旋转手轮时，手轮不允许有回旋现象。(5)载荷：滚珠丝杠的垂直承受载荷要大于50吨。(6)限位装置：在维修和安装阀门时，滚珠丝杠与滚珠螺母之间是不允许分离脱开的，在油田现场一旦分离脱开是无法安装，当滚珠丝杠相对于滚珠螺母运动时需要有限位装置，防止相互之间脱开分离。综上，手轮操作扭矩、手轮旋转圈数、手轮回旋、密封、载荷、限位装置是决定压裂阀好坏的主要要求。在压裂阀中控制阀板停留时间长短的部件有齿轮驱动减力装置和滚珠丝杠驱动减力装置两种。齿轮驱动减力装置是把齿轮驱动减力装置与阀门的阀杆连接，通过旋转驱动齿轮减力装置上的手轮带动阀门的阀杆旋转，其工作原理是小齿轮提供一个旋转的力，大齿轮提供一个旋转的力臂，小齿轮带动大齿轮旋转，从力学原理来看，大齿轮越大力越省。然而要想扭矩明显下降的话，齿轮减力机构的外形会很大，手轮旋转的圈数也会增加很多，也就是通常说的齿数比会很大，齿数比越大，手轮旋转的圈数就越多，如果要想手轮旋转的圈数少的话，其扭矩下降又会很不明显，齿轮减力装置的传动比一般选用1:6。也就是说，手轮旋转六圈，阀杆才旋转一圈。因此，按照旋转圈数少的原则，齿轮减力装置是不能用于大口径压裂阀的。另外对现有滚珠丝杠驱动减力装置而言，其螺旋滚道一般采用4牙/英寸，然而对于71/16〞×15M的阀门来说，按照公式n＝L/t(n是圈数、L是行程、t是螺矩)，71/16〞×15M阀门的行程L为8.479”(215.367mm)、螺矩t为0.25，圈数n＝8.479/0.25＝33.9圈。手轮操作圈数太多意味着阀板在流道中停留的时间相对很长，流体中的砂石对阀板表面冲刷的时间就会很长，对阀板来说密封表面不用多时就会被冲刷损坏，其寿命很短，对压裂阀来说，如果在压裂作业中一旦密封失效，将会发生严重质量事故。另外，由于滚珠丝杠的直径只有3英寸，不能承受50吨左右载荷，从实际操作来看，手轮是有回旋现象。在国外尤其是知名大公司也使用滚珠丝杠作为驱动减力装置用于大口径的压裂阀门，但是已将滚珠丝杠的滚道从4牙/英寸改为2牙/英寸，这就意味着2牙/英寸滚珠丝杠要比4牙/英寸的滚珠丝杠手轮旋转圈数要减少一半，按照旋转圈数少的原则，该旋转圈数是符合要求的。但是把4牙/英寸滚珠丝杠滚道改为2牙/英寸，滚道的螺旋升角会增大一倍，按照公式，螺旋升角α＝arctgt/πD、t是螺矩、D是滚珠丝杠滚道的外径，在滚道外径不变的情况下，螺旋升角是随着螺矩的增大而增大。螺旋升角的改变，将影响沿着螺旋升角斜面分力P的改变，按照公式，分力P＝载荷(G)×SINα，螺旋升角与载荷是成正比的，假设载荷是一个固定值，分力P同样是随着螺旋升角的增大而增大。按照公式，M＝P×L，M是力矩、P是沿着螺旋升角斜面分力、L是力臂，可以看出力矩是随着螺旋升角斜面分力的增大而增大，所以我们在操作时会感觉2牙/英寸的滚珠丝杠要比4牙/英寸的滚珠丝杠扭矩要大的多的感觉。因此又会产生一个问题，即滚道圈数的改变会存在着扭矩增大的现象，扭矩的增大不利于阀门的开启与关闭，如何解决是一个大的问题。从目前使用的滚珠丝杠来看，滚珠丝杠的直径一般都不是很大，3英寸是最大规格，对于大口径阀门的实际使用来看，3英寸的滚珠丝杠其垂直承受载荷小于50吨。此外，目前在市场上可以买到的滚珠丝杠都会有一个提升螺母套这个零件，提升螺母套与滚珠丝杠的连接一般采用螺纹或轴销，提升螺母套这个零件的作用是便于安装轴承，实现力的传递，但是在安装提升螺母套时很不便利，需要花很长的时间才能完成，在结构上很不合理。由于提升螺母套这个零件的存在，限制了目前使用的滚珠丝杠只能是内循环，内循环的承载力没有外循环的承载力大，所以内循环的滚珠丝杠不太适合用于压裂阀。
技术实现思路
为克服上述问题，本技术提供了一种带限位装置的低扭矩滚珠丝杠，解决了现有丝杆与滚珠螺母之间因缺少限位装置导致经常分离的问题。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种带限位装置的低扭矩滚珠丝杠，包括丝杆、滚珠螺母、钢球和挡板，所述滚珠螺母的内圆上设有第一螺旋槽，丝杆的外圆设有第二螺旋槽，丝杆伸入到滚珠螺母的通孔内且第一螺旋槽和第二螺旋槽配合构成螺旋滚道，钢球安装在该螺旋滚道内；所述挡板固定在丝杆的两端，该挡板用于限定钢球在螺旋滚道内极限位置，防止丝杆与滚珠螺母分离脱开。采用上述技术方案，通过在丝杆的两端增设封堵与外部贯通的挡板，使得与外界敞开的螺旋滚道关闭，钢球在滚道内滚动时一旦碰到挡板就能停止滚动，丝杆与滚珠螺母是靠钢球在滚道中的滚动相对运动的，如果钢球在滚道内停止滚动，丝杆与滚珠螺母也就停止了相对运动，这样就能防止丝杆与滚珠螺母分离脱开。进一步的，上述滚珠螺母的外圆上间隔设有上下两个轴承台阶，将提升螺母套与滚珠螺母合二为一，进而加大丝杆的直径，实现2牙/英寸的目的。轴承可直接安装在滚珠螺母上，做到结构简单，易拆易装，不需要专用工具。进一步的，滚珠螺母的上端设有用于安装手轮的安装端，该安装端设有外六角以及螺纹。进一步的，螺旋滚道布置为2牙/英寸，旋转圈数是4牙/英寸的一半，进而达到设计要求。目前正在使用的螺旋滚道截面为圆形，圆形滚道一般用于精度高，转速高，轻载条件。考虑到大口径压裂阀的重载工况，为保证每一个钢球与螺旋滚道都要接触，螺旋滚道截面为椭圆形。更进一步的，钢球直径为0.375英寸。另外，滚珠螺母、丝杆的轴线之间的夹角为1-3°。本技术与现有技术相比，其优点在于：本技术通过在丝杆的两端增设封堵与外部贯通的挡板，使得将与外界敞开的滚道关闭，钢球在滚道内滚动时一旦碰到挡板就能停止滚动，进而有效防止了丝杆与滚珠螺母分离脱开。另外，本实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带限位装置的低扭矩滚珠丝杠，其特征在于：包括丝杆、滚珠螺母、钢球和挡板；所述滚珠螺母的内圆上设有第一螺旋槽，丝杆的外圆设有第二螺旋槽，丝杆伸入到滚珠螺母的通孔内且第一螺旋槽和第二螺旋槽配合构成螺旋滚道，钢球安装在该螺旋滚道内；所述挡板固定在丝杆的两端，该挡板用于限定钢球在螺旋滚道内极限位置，防止丝杆与滚珠螺母分离脱开。

【技术特征摘要】
1.一种带限位装置的低扭矩滚珠丝杠，其特征在于：包括丝杆、滚珠螺母、钢球和挡板；所述滚珠螺母的内圆上设有第一螺旋槽，丝杆的外圆设有第二螺旋槽，丝杆伸入到滚珠螺母的通孔内且第一螺旋槽和第二螺旋槽配合构成螺旋滚道，钢球安装在该螺旋滚道内；所述挡板固定在丝杆的两端，该挡板用于限定钢球在螺旋滚道内极限位置，防止丝杆与滚珠螺母分离脱开。2.如权利要求1所述带限位装置的低扭矩滚珠丝杠，其特征在于：所述滚珠螺母的外圆上间隔设有上下两个轴承台阶。3.如权利要求1所述带限位装置的低扭矩滚珠丝杠，其特征在于：所述滚珠螺母的上端设有用于安装手轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴建勇，孙国安，孙聚才，孙广华，刘丽佳，
申请(专利权)人：苏州优力克流体控制科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32