论文摘要
等壁厚螺杆钻具定子以其橡胶层厚薄均匀,改善钻具马达井下工作时的散热性能,降低热聚集效应,从而减缓定子橡胶的老化延长钻具的使用周期；溶解与温度膨胀变形均匀,在钻井液流体作用下能很好地保持马达共轭密封线型,提高马达的密封性能,减少高压钻井液由于密封造成的泄露,使钻具长时间保持在高效率下运转；在相同载荷作用下与传统的不等壁厚相比,法向位移小且均匀,抗变形能力及马达的单级承压能力显著提高,在相同工况下马达输出扭矩增大；增加定子橡胶与壳体的理论接触面积,在相同粘接条件下由于粘接面的增大使粘接更牢固,降低橡胶层由于脱胶导致失效的可能性。等壁厚螺杆钻具以其独特的优越性能获得了国内外专家的认可,但其定子细长内螺旋孔的存在,加工中切削量大、空间小、刚度低及内孔成形运动复杂,一直成为加工上难题。本文针对等壁厚螺杆钻具定子内螺旋曲面的成形原理分析,通过改变其成形方案提出套装式等壁厚定子加工结构,将定子内螺旋面的分层加工代替整体加工,降低了定子曲面的加工难度,并围绕套装式等壁厚螺杆钻具定子加工工艺进行深入研究。首先,文章总体上阐述了螺杆钻具的发展历程及国内外应用状况,分析了国内目前对等壁厚定子的加工方法及其存在的问题,提出了套装式等壁厚螺杆钻具定子加工方案。与现行的加工方法相比,降低了定子内曲面的成形加工难度,并为其它复杂螺杆钻具定子结构的实现提供加工上的支持。其次,通过对套装定子联接方法的比较,提出采用定子结构过盈量来实现套装联接。并对套装式定子加工过盈量及其力学问题进行理论分析与有限元仿真,获得套装式定子加工过盈量与定子的应力位移分布规律的关系,为套装式定子结构即加工过盈量优化提供参考。最后,在钻具定子线型形成及计算分析的基础上,利用板料冲压理论、电加工技术以及装配理论,确定两步完成套装式定子加工方案；完成冲压模具的总体结构设计、冲压主参数及模具设计、模具的三维虚拟造型；分析了套装式定子的误差来源,并对由于套装设计上造成的误差进行理论计算预测；综合利用分组装配与热装配技术,完成定子加工后期组装流程设计,并对组装中温度对定子应力影响进行分析。