CN102257306A - 用于石油工业的具有自锁螺纹的管状连接件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种螺纹连接件，其包括第一管状部件和第二管状部件，每个管状部件都设置有相应的凸形端部(1)和凹形端部(2)，凸形端部(1)的外周表面上包括至少一个螺纹区域(3)并且该凸形端部终止于相对于连接件的轴线(10)沿径向定向的末端表面(7)，凹形端部(2)的内周表面上包括至少一个螺纹区域(4)并且该凹形端部终止于相对于连接件的轴线(10)沿径向定向的末端表面(8)，凸形螺纹区域(3)具有第一部分，在该第一部分中，齿的宽度CWTp从值CWTpmin增大到值CWTpmax，该值CWTpmin对应于距离凸形端部(1)的末端表面(7)最近的齿的宽度，该值CWTpmax对应于距离所述末端表面(7)最远的齿的宽度，同时凹形螺纹区域(4)的齿的宽度CWTb从值CWTbmax减小至值CWTbmin，该值CWTbmax对应于距离凹形端部(2)的末端表面(8)最远的齿的宽度，该值CWTbmin对应于距离所述末端表面(8)最近的齿的宽度，从而使得螺纹区域(3、4)根据自锁扣合进行配合，其特征在于：CWTpmin/CWTbmax≥0.2并且CWTbmin/CWTpmax≤CWTpmin/CWTbmax。

Description

用于石油工业的具有自锁螺纹的管状连接件

技术领域

本发明涉及具有自锁螺纹的螺纹连接件，其包括第一和第二管状部件，一个设置有管状凸形端部，另一个设置有管状凹形端部，每个端部都设置有螺纹区域，当一个扣合到另一个中时该螺纹区域能够以自锁上紧的方式配合到锁定位置。

背景技术

在已知的方式中，常规方式是通过扣合来连接，在操作碳氢化合物井的情况下所述管将构成壳体或油管柱。通常，这样的管包括设置有凸形螺纹区域的端部和设置有凹形螺纹区域的端部，每个端部将要通过扣合与另一个部件的对应端部组装，该组装限定了连接件。由此构成的油管柱可以在已经水平地实施钻井时旋转，以便允许所述油管柱朝向井底前进，或者在其水平地钻井时水平地前进。为此，各部件必须以高扭矩扣合在一起，以能够传递足以允许油管柱前进到井中且不会折断的旋转扭矩。对于常规的产品，通常通过设置在每个待扣合部件上的抵靠表面的上紧来获得扣合扭矩。然而，因为抵靠表面的程度是管的厚度的一部分，所以当施加太大的扣合扭矩时快速地达到抵靠表面的临界塑化阈值。

为此，对例如连接件进行了专门的研究开发，例如申请人的以商标名

HTF销售的那些连接件，尤其是关于螺纹方面，以能够从抵靠表面撤回至少部分或全部的其不能容纳的载荷。利用文献FR-2855587中所述的自锁螺纹来实现上述目的。在该类型的连接件的自锁螺纹中，如现有技术USRe30647和USRe34467中所述，凸形端部的螺纹(也称为齿)和凹形端部的螺纹(也称为齿)具有恒定的导程但是具有可变的螺纹宽度。更确切地，分别对于凸形端部或凹形端部的螺纹而言，随着分别与凸形端部或凹形端部的距离的增大，螺纹(或齿)的顶部宽度逐渐增大。从而，在扣合期间，凸形和凹形螺纹(或齿)终止于彼此锁定在与锁定点对应的位置中。更确切地，当凸形螺纹(或齿)的牙侧靠着对应的凹形螺纹(或齿)的牙侧锁定时，自锁螺纹出现锁定。当到达锁定位置时，彼此扣合的凸形和凹形螺纹区域具有对称面，其中位于凸形螺纹区域的端部处的凸形和凹形齿的中心处的公共中高宽度对应于位于凹形螺纹区域的端部处的凸形和凹形齿的中心处的公共中高宽度。

为此，通过牙侧之间的所有接触表面获得扣合扭矩，即，总的表面积，其基本上大于由现有技术的抵靠表面构成的表面积。

然而，常规的自锁螺纹连接件在张力/压缩应力尤其高的当前应用中具有某些限制。事实上，在凸形螺纹区域的凸形螺纹(或齿)宽度最小的端部处，与凹形端部的螺纹(或齿)配合的所述螺纹相反具有大的宽度。已经注意到，当连接件以交替的张紧/压缩操作时，凸形螺纹区域的端部处的螺纹(或齿)的牙侧承受非常高的剪切应力，这可能导致凸形齿断裂，相应地，当连接件以交替的张紧/压缩操作时，凹形螺纹区域的端部处的螺纹(或齿)的牙侧承受非常高的剪切应力，这可能导致凹形齿断裂。

为了克服这些问题，已经考虑了一种方案，其包括产生螺纹，其中凸形螺纹区域的端部处的螺纹(或齿)的宽度较大，但是这种方案没有改变螺纹区域的总长度。然而，该方案包括增大螺纹的导程。从而，该方案存在的缺陷在于减少了螺纹的数量，并且由此增加了跳出的风险，该跳出对应于连接件受到大的弯曲载荷或张力时凸形和凹形螺纹裂开。此外，该方案存在的缺陷在于减小了螺纹中的接触表面积，并且由此减小了螺纹中允许的扭矩。

已经研究了另一种方案，其包括增加螺纹的数量而不改变螺纹区域的总长度。该方案具有的优点在于在凸形牙侧和凹形牙侧之间提供了较大的总接触表面，由此减小了各个螺纹上的载荷。然而，该方案涉及减少了螺纹的宽度的变化(也称为楔形比)。为此，减弱螺纹的自锁特征，考虑到加工不精确度，这意味着螺纹的自锁位置变成是波动的。如果提供金属/金属密封区域，那么这是尤其有问题的，其中分别设置在连接件的管状部件的凸形端部和凹形端部上的两个表面必须配合成干涉配合。

发明内容

为此，本发明的目的在于减小凸形螺纹区域的端部附近的凸形和凹形螺纹区域的齿的宽度之间的特别显著的不均衡，而不改变螺纹区域的总长度，也不改变楔形比。

更确切地，本发明提供一种螺纹连接件，其包括第一管状部件和第二管状部件，每个管状部件都设置有相应的凸形端部和凹形端部，凸形端部的外周表面上包括至少一个螺纹区域并且该凸形端部终止于相对于连接件的轴线沿径向定向的末端表面，凹形端部的内周表面上包括至少一个螺纹区域并且该凹形端部终止于相对于连接件的轴线沿径向定向的末端表面，凸形螺纹区域具有第一部分，在该第一部分中，齿的宽度CWTp从值CWTpmin增大到值CWTpmax，该值CWTpmin对应于距离凸形端部的末端表面最近的齿的宽度，该值CWTpmax对应于距离所述末端表面最远的齿的宽度，同时凹形螺纹区域的齿的宽度CWTb从值CWTbmax减小至值CWTbmin，该值CWTbmax对应于距离凹形端部的末端表面最远的齿的宽度，该值CWTbmin对应于距离所述末端表面最近的齿的宽度，从而使得螺纹区域根据自锁扣合进行配合，其特征在于：

$\frac{\mathrm{CWTp}\min }{\mathrm{CWTb}\max }\≥0.2$ 并且

$\frac{\mathrm{CWTb}\min }{\mathrm{CWTp}\max }\≤\frac{\mathrm{CWTp}\min }{\mathrm{CWTb}\max }.$

本发明的选择性补充和替代特征如下。

距离凸形端部的末端表面最近的齿的宽度CWTpmin与距离凹形端部的末端表面最远的齿的宽度CWTbmax之间的比处于0.3至0.7的范围内。

凸形螺纹区域包括位于末端表面一侧上的第一部分和位于与末端表面相对的一侧上的第二部分，在该第一部分中，根部的宽度CWRp下降，在该第二部分中，根部的宽度CWRp保持恒定的值，该恒定的值大于或等于阈值CWRp_阈值。

优选地，根据这个选择，凸形入扣牙侧之间的导程SFPp在第一部分中是恒定的，并且在第二部分中取得的值等于凸形负载牙侧之间的导程LFPp的值，凸形负载牙侧之间的导程LFPp的值在第一部分和第二部分中保持恒定。

或者，根据这个选择，凸形负载牙侧之间的导程LFPp在第一部分中是恒定的，并且在第二部分中取得的值等于凸形入扣牙侧之间的导程SFPp的值，凸形入扣牙侧之间的导程SFPp的值在第一部分和第二部分中保持恒定。

凸形螺纹区域包括位于末端表面一侧上的第一部分和位于与末端表面相对的一侧上的第二部分，在该第一部分中，根部的宽度CWRp下降到值CWRp_阈值，在该第二部分中，根部的宽度CWRp增大。

优选地，根据这个选择，凸形负载牙侧之间的导程LFPp在第一部分中是恒定的，并且在第二部分中取得的值LFP’p等于在第一部分中的入扣牙侧之间的导程SFPp的值，凸形入扣牙侧之间的导程SFPp在第一部分中是恒定的，并且在第二部分中取得的值SFP’p等于在第一部分中的凸形负载牙侧之间的导程LFPp的值。

值CWRp_阈值为齿高的0.7倍或更多倍。

凸形螺纹区域和凹形螺纹区域具有锥形母线，该锥形母线与连接件的轴线形成处于1度到5度范围内的角度。

凸形螺纹区域和凹形螺纹区域的齿具有燕尾形轮廓。

凸形螺纹区域和凹形螺纹区域的根部和齿的顶部与螺纹连接件的轴线平行。

凸形螺纹区域的齿的顶部和凹形螺纹区域的根部之间具有间隙h。

凸形端部和凹形端部各自分别包括密封表面，当螺纹区域按自锁扣合而配合时这些密封表面彼此配合成上紧接触。

密封表面分别为，一个由半球形表面构成，另一个由锥形表面构成。

密封表面之一的半球形表面具有母线，该母线的曲率半径处于30至80mm的范围内。

密封表面之一的锥形表面的峰值半角的正切值处于0.025至0.075的范围内。

处于密封表面的上紧接触中的配合区域位于凸形端部的末端表面与螺纹区域之间。

附图说明

在以下参考附图的说明中更详细地公开了本发明的特征和优点。

图1是根据现有技术的包括自锁螺纹的连接件的图解视图。

图2是根据本发明一个实施例的用于油井或气井的包括自锁螺纹的连接件的图解视图。

图3是根据现有技术的连接件的管状部件的凸形端部的详细视图。

图4是根据现有技术的连接件的管状部件的凹形端部的详细视图。

图5是根据本发明的连接件的管状部件的凸形端部的详细视图。

图6是根据本发明的连接件的管状部件的凹形端部的详细视图。

图7是以自锁上紧配合的本发明的连接件的两个凸形和凹形螺纹区域的详细视图。

图8是根据本发明的变化的凹形端部的详细视图。

图9是沿着根据图5和6的凸形和凹形端部的螺纹的负载牙侧和入扣牙侧之间的导程随着自由端部处与前表面7的距离而变化的曲线。

图10至12是与图8类似的用于凸形端部的曲线，构成图5的变化。

具体实施方式

图1中所示的现有技术的螺纹管状连接件包括设置有凸形端部1的管状元件和设置有凹形端部2的管状元件，并且各管状元件设置有相应的锥形螺纹区域3a、4a，该螺纹区域3a、4a通过两个元件的扣合(make-up)而配合在一起以相互连接。螺纹区域3a、4a为已知的“自锁”型(也就是螺纹的轴向宽度和/或螺纹之间的间距逐渐变化)，使得在扣合期间产生逐渐的轴向上紧，直至最终锁定位置。

图7更详细地示出了螺纹区域的“自锁”特征。术语“自锁螺纹区域”指的是包括以下详细描述的特征的螺纹区域。和凹形螺纹(或齿)42一样，凸形螺纹(或齿)32具有不变的导程，但是其宽度沿着其相应的末端表面7、8的方向降低，使得在扣合期间，凸形螺纹(或齿)32和凹形螺纹(或齿)42终止于彼此锁定在确定的位置中。更确切地，和凹形螺纹区域的入扣牙侧41之间的导程SFPb一样，凹形螺纹区域4的负载牙侧40之间的导程LFPb是恒定的，其特征是负载牙侧40之间的导程大于入扣牙侧41之间的导程。类似地，和凸形负载牙侧30之间的导程LFPp一样，凸形入扣牙侧31之间的导程SFPp是恒定的。此外，凸形入扣牙侧31之间的和凹形入扣牙侧41之间的相应的导程SFPp和SFPb相等并且小于凸形负载牙侧30之间的和凹形负载牙侧40之间的相应的导程LFPp和LFPb，导程LFPp和LFPb自身是相等的。

从图3和4中可以看到，现有技术的螺纹区域3a和4a具有对称平面100，该对称平面100位于与凸形端部的末端表面7相距距离PDAP的位置处。在该对称平面中，与平面100相邻的凸形齿的宽度CWTpref和凹形齿的宽度CWTbref相等。

从为图1的细节的图3和4中可以看到，图3示出了凸形端部的纵向剖视图，图4示出了凹形端部的纵向剖视图，位于最靠近凸形端部1的末端表面7的位置处的齿(或螺纹)的宽度CWTpmin一方面是整个凸形螺纹区域的最小值，另一方面对应于位于距离所述末端表面7最远处的根部的宽度CWRpmin。

类似地，可以看到，位于最靠近凹形端部的末端表面8的位置处的齿(或螺纹)的宽度CWTbmin一方面是整个凹形螺纹区域的最小值，另一方面对应于位于距离所述末端表面8最远处的根部的宽度CWRbmin。显然，为了获得螺纹区域的径向上紧，凸形螺纹区域的最窄的齿的宽度CWTpmin等于凹形螺纹区域的最窄根部的宽度CWRbmin。

为此，可以看到，凸形螺纹区域和凹形螺纹区域的最窄的齿被分别夹持在最宽的对应齿之间。靠近凸形端部的和凹形端部的末端表面的齿的窄宽度以及夹持它们的齿的大宽度分开地或者组合地产生由于这些窄齿的剪切所导致的弱化的风险。

应当注意到，因为凸形螺纹区域1不完全靠近夹持为最小宽度CWTbmin的齿的凸形齿，所以对于位于凸形端部1上的具有最小宽度CWTpmin的齿而言剪切风险比位于凹形端部2上的具有最小宽度CWTbmin的齿更加重要。事实上，在具有最小宽度CWTbmin的齿附近，对应的凸形齿高度减小，以允许具有到非螺纹部分的过渡部，并且由此具有小得多的导致对应凸形齿磨损的风险。

应当注意到，对于由承载凸形端部的长管状部件与承载凹形端部的短管状部件(后者术语上被称为联接件)组装所形成的连接件，对于凸形端部而言，齿更加不完全靠近具有非螺纹部分的过渡部。从而，凸形齿将夹持在凹形端部上的具有最小宽度CWTbmin的齿的风险仍然较小。从而，本发明尤其应用于包括与凹形端部的最小宽度齿配合的不完全螺纹或齿的应用。

为了克服这个问题，图2、5和6中所述的本发明提出，使凸形螺纹区域3与凹形螺纹区域4配合，该凹形螺纹区域4的长度和导程与现有技术的长度和导程相等。改进之处在于以下事实，最靠近凸形端部1的末端表面7的齿的宽度CWTpmin与距离凹形端部2的末端表面8最远的齿的宽度CWTbmax的比不是太不成比例，即较为平衡。具体地，该比选择为0.2或更大。可获得以下的公式：

$\frac{\mathrm{CWTp}\min }{\mathrm{CWTb}\max }\≥0.2$

显然，在抵抗交替张紧/压缩应力方面，绝对是CWTpmin与CWTbmax之间的比接近1时比较好。这种构造通过去除凸形螺纹区域的齿最窄的部分而导致凸形端部的末端表面7更加靠近现有技术连接件的对称轴线40。从而，由于这个原因，最靠近末端表面7的齿的宽度增加了接近CWTrefp的值，该值对应于现有技术的连接件的对称轴线40附近的齿的宽度。为此，与轴线100和末端表面7之间的距离对应的距离PDAP减小。

另外，借助保留现有技术的螺纹区域的整个长度以保持扣合扭矩，与末端表面7相对的端部的螺纹区域同样被扩展了。为此，在凹形端部2的末端表面8侧，最靠近凹形端部2的末端表面8的齿的宽度CWTbmin与距离凸形端部1的末端表面7最远处的齿的宽度CWTpmax之间的比将减小。这形成了以下的不等式：

$\frac{\mathrm{CWTb}\min }{\mathrm{CWTp}\max }\≤\frac{\mathrm{CWTp}\min }{\mathrm{CWTb}\max }$

应当注意到，因为凸形端部的齿在这个区域中被称为“不完全的”，所以加强最靠近凹形端部2的末端表面8的齿的宽度CWTbmin与距离凸形端部1的末端表面7最远处的齿的宽度CWTpmax之间的不均衡仅仅只是稍微有些不利。事实上，它们通常包括斜面，该斜面减弱了对应凹形端部的齿的剪切风险。

因为本发明是基于从现有技术中获得的整体长度，所以明显的是，相对于凸形端部1的末端表面7，根部的宽度大大小于与现有技术的根部的最小宽度对应的值CWRpmin。从而，保持螺纹区域的指定长度并且保持负载牙侧之间的导程和入扣牙侧之间的导程的值对于机械加工可能产生问题。事实上，宽度CWRpmin小到使得所用的切削刀具在通过该宽度时断裂。为此，本发明提出的改进在于，当凸形螺纹区域的根部的宽度达到阈值CWRp_阈值时修改凸形螺纹区域。该值CWRp_阈值为齿高的0.7倍或更多倍。

在图5所示的第一种变型中，当凸形螺纹区域的根部的宽度达到阈值CWRp_阈值时，凸形螺纹区域采用不再自锁而是具有分别等于CWTpmax和CWRpmin的恒定齿宽度和根部宽度的轮廓。从而，从距离VPEST处，值CWRpmin＝CWRp_阈值。该过渡部出现在与末端区域7相距距离VPEST处，该末端区域7将凸形螺纹区域的位于末端表面7侧的第一部分与凸形螺纹区域的与末端表面7相对的一侧上的第二部分分开。从而，根部加工为具有恒定的宽度CWRp_阈值并且齿加工为具有恒定的宽度LFPp-CWRp_阈值。凸形螺纹区域的导程变为与负载牙侧之间的导程相对应的导程，以便与凹形螺纹区域相容，凹形螺纹区域的自锁轮廓不进行任何变化(见图6)。如图9的导程曲线所示，在凸形螺纹中，入扣牙侧之间的导程SFPp从与前表面7相距距离VPEST处突然增大到与负载牙侧之间的导程LFPp相等的值，该导程在螺纹的整个长度上保持不变。凹形螺纹的负载牙侧之间的导程和入扣牙侧之间的导程在凹形螺纹的整个长度上保持不变。从而应当注意到，凸形负载牙侧与凹形负载牙侧之间保持接触，而凸形入扣牙侧与凹形入扣牙侧之间的接触消失。然而，因为这是凸形螺纹(或齿)不完全的部分，所以在机械强度方面几乎没有不利。应当注意到，值CWRp_阈值可以与牙侧的加工刀具所需的轴向间距值相对应，在该值下所述加工需要变更刀具。

作为该第一种变型的子变型并且如图10的曲线所示，凸形负载牙侧之间的导程LFPp从与前表面7相距距离VPEST处突然下降到与凸形入扣牙侧之间的导程SFPp相等的值，该导程在螺纹的整个长度上保持不变。凹形螺纹的负载牙侧之间的导程和入扣牙侧之间的导程在凹形螺纹的整个长度上保持不变。如前所述，凸形根部的宽度保持恒定且等于CWRpmin。应当注意到，在该可替代形式中，凸形入扣牙侧与凹形入扣牙侧之间保持接触，而凸形负载牙侧与凹形负载牙侧之间的接触消失。

作为该第一种变型的另一个子变型并且如图8所示，从距离VPEST处，凹形螺纹区域还可以采用齿宽度和根部宽度恒定且分别等于CWTbmin和CWRbmax的轮廓。

在第二种变型中，当凸形螺纹区域的根部宽度达到阈值CWRp_{阈 值}时，凸形螺纹区域采用自锁轮廓，其中根部的宽度不再减小而是开始增大，同时齿的宽度减小。这个过渡部出现在与末端表面7相距距离VPEST处。凸形螺纹区域的负载牙侧之间的导程LFPp不变。相比之下，凸形螺纹区域的入扣牙侧之间的导程采用上升的值SFP′p。更确切地，当凸形螺纹区域的根部宽度大于CWRp_阈值时LFPp大于SFPp，当凸形螺纹区域的根部宽度小于CWRp_阈值时LFPp小于SFP′p(见图11的曲线)。本领域技术人员还将知道如何选择与凹形螺纹区域相容的值SFP′p，凹形螺纹区域在其自身的自锁轮廓方面不进行任何改变。

在图12的曲线所示的第三种变型中，从距离VPEST处到末端表面7，凸形螺纹区域采用自锁轮廓，其中齿根部的宽度再次开始增大，而齿的宽度以称为“楔形比”的给定变化而减小，该楔形比具体为例如等于根部和齿的宽度与末端表面7的距离VPEST的比。然后，凸形负载牙侧之间的导程LFPp在距离VPEST处突然减小并且取得的值LFP′p等于凸形入扣牙侧之间的导程SFPp的初始值(即，到距离VPEST处的值)，同时凸形入扣牙侧之间的导程SFPp突然增大并且取得的值SFP′p等于负载牙侧之间的导程LFPp的初始值(即，到距离VPEST处的值)。在该第三种变型中，凹形螺纹为自锁型，牙侧之间的导程在其整个轴向长度上没有任何变化。关于该第三种变型应该指出的是，凸形负载牙侧与凹形负载牙侧之间的接触以及凸形入扣牙侧与凹形入扣牙侧之间的接触从距离VPEST处丢失，但是这种接触丢失在不完全凸形螺纹的水平处持续非常短的螺纹长度，这限制了该缺陷。

尽管这导致具有微小的优点，但是之前呈现的牙侧之间的导程的变化可以从凸形螺纹传递至凹形螺纹，然后凸形螺纹的导程在其整个轴向长度上没有变化，或者也可以在凸形螺纹和凹形螺纹两者上实施之前呈现的牙侧之间的导程的变化。

为了限制凸形螺纹区域3的齿不再径向干涉配合的部分，本领域技术人员将会想到，距离VPEST必须不能减小得太多。为此，必须注意不要将距离PDAP减小得太多。换言之，如果自锁螺纹保持某一长度，该长度能够确保某一扣合扭矩值，那么比CWTpmin/CWTbmax必须不能减小得太多，否则将需要扩展凸形螺纹区域3的根部宽度CWRp经受值CWRp_阈值的部分。

根据有利的折衷，比CWTpmin/CWTbmax必须处于0.3至0.7的范围内。

从而，对于总体高度为117mm的螺纹区域，有利的是将PDAP置于与末端表面7相距50mm的距离处，CWTpmin和CWTbmax的值为2.7mm和5.3mm，即比为0.51。凸形螺纹区域的轮廓变得恒定处的距离在为98mm的距离VPEST处。扣合扭矩保持为26000ft lbs(35000Nm)。

有利地并且如图7所示，凸形和凹形螺纹(或齿)具有燕尾形轮廓，使得其在扣合之后彼此固定地配合。这种附加的保证能够避免跳出的风险，该跳出对应于连接件受到大的弯曲应力或张力时凸形和凹形螺纹裂开。更确切地，与轴向宽度从螺纹的基部到顶部减小的通常被称为“梯形”螺纹的螺纹相比，燕尾形螺纹的几何形状增大了其组装的径向刚度。

有利地并且如图7所述，螺纹3和4沿锥形母线20进行定向，以便与扣合的进行。通常，该锥形母线与轴线10形成处于从1度到5度范围内的角度。在这种情况下，锥形母线限定为穿过负载牙侧的中心。

有利地并且如图7所示，接触主要是在凸形负载牙侧30和凹形负载牙侧40之间，就像在凸形入扣牙侧31和凹形入扣牙侧41之间。相比之下，在凸形螺纹顶部和凹形螺纹根部之间可产生间隙h，并且还可以在凸形螺纹根部和凹形螺纹顶部之间提供间隙h，以便与扣合的进行并且防止任何磨损的风险。

有利地并且如图7所示，凸形和凹形螺纹区域的齿的顶部和根部的根部与螺纹连接件的轴线10平行。这有助于机械加工。

有利地，通过位于凸形元件的末端表面7附近的两个密封区域5、6提供对管状连接件的内部和对外部介质的流体密封。

密封区域5可以具有半球形表面，该半球形表面沿径向面向外，其直径朝向末端表面7减小。该半球形表面的半径优选地处于30至100mm的范围内。半球形表面的半径太大(＞150mm)导致与锥形对锥形接触相同的问题。半球形表面的半径太小(＜30mm)导致为充分接触表面。

面对这种半球形表面，凹形端部2具有沿径向面向内的锥形表面，其该锥形表面的径也沿着凸形元件的末端表面7的方向减小。锥形表面的峰值半角的正切值处于0.025至0.075的范围内，即，锥度处于5％至15％的范围内。锥形表面的锥度太小(＜5％)将引起扣合磨损的风险，锥度太大(＞15％)则需要非常紧密的加工公差。

发明人已经发现，与在接触区域的端部处具有窄的有效接触区域的两个锥形表面之间的接触区域相比，锥形表面和半球形表面之间的这种接触能够获得大的有效轴向接触宽度和沿该有效的接触区域基本上为抛物线的接触压力分布。

尽管由于加工公差而在组装元件的轴向定位中存在变化，但是根据本发明的接触区域的几何结构能够保持良好的有效接触宽度，有效接触区域沿着半球形表面的半球形部分枢转，保持用于局部接触压力的抛物线轮廓。

有利地，螺纹的负载牙侧通过倒圆连接到螺纹顶部和相邻的螺纹根部，使得这些倒圆减小在负载牙侧的底部处的应力集中因素，并且由此改进连接件的疲劳性能。

Claims (17)

1.一种螺纹连接件，其包括第一管状部件和第二管状部件，每个管状部件都设置有相应的凸形端部(1)和凹形端部(2)，凸形端部(1)的外周表面上包括至少一个螺纹区域(3)并且该凸形端部终止于相对于连接件的轴线(10)沿径向定向的末端表面(7)，凹形端部(2)的内周表面上包括至少一个螺纹区域(4)并且该凹形端部终止于相对于连接件的轴线(10)沿径向定向的末端表面(8)，凸形螺纹区域(3)具有第一部分，在该第一部分中，齿的宽度CWTp从值CWTpmin增大到值CWTpmax，该值CWTpmin对应于距离凸形端部(1)的末端表面(7)最近的齿的宽度，该值CWTpmax对应于距离所述末端表面(7)最远的齿的宽度，同时凹形螺纹区域(4)的齿的宽度CWTb从值CWTbmax减小至值CWTbmin，该值CWTbmax对应于距离凹形端部(2)的末端表面(8)最远的齿的宽度，该值CWTbmin对应于距离所述末端表面(8)最近的齿的宽度，从而使得螺纹区域(3、4)根据自锁扣合进行配合，其特征在于：

$\frac{\mathrm{CWTp}\min }{\mathrm{CWTb}\max }\≥0.2$ 并且

$\frac{\mathrm{CWTb}\min }{\mathrm{CWTp}\max }\≤\frac{\mathrm{CWTp}\min }{\mathrm{CWTb}\max }.$

2.根据权利要求1所述的螺纹连接件，其特征在于，距离凸形端部(1)的末端表面(7)最近的齿的宽度CWTpmin与距离凹形端部(2)的末端表面(8)最远的齿的宽度CWTbmax之间的比处于0.3至0.7的范围内。

3.根据前述权利要求中任一项所述的螺纹连接件，其特征在于，凸形螺纹区域(3)包括位于末端表面(7)一侧上的第一部分和位于与末端表面(7)相对的一侧上的第二部分，在该第一部分中，根部的宽度CWRp下降，在该第二部分中，根部的宽度CWRp保持恒定的值，该恒定的值大于或等于阈值CWRp_阈值。

4.根据权利要求3所述的螺纹连接件，其特征在于，凸形入扣牙侧之间的导程SFPp在第一部分中是恒定的，并且在第二部分中取得的值等于凸形负载牙侧之间的导程LFPp的值，凸形负载牙侧之间的导程LFPp的值在第一部分和第二部分中保持恒定。

5.根据权利要求3所述的螺纹连接件，其特征在于，凸形负载牙侧之间的导程LFPp在第一部分中是恒定的，并且在第二部分中取得的值等于凸形入扣牙侧之间的导程SFPp的值，凸形入扣牙侧之间的导程SFPp的值在第一部分和第二部分中保持恒定。

6.根据权利要求1或权利要求2所述的螺纹连接件，其特征在于，凸形螺纹区域(3)包括位于末端表面(7)一侧上的第一部分和位于与末端表面(7)相对的一侧上的第二部分，在该第一部分中，根部的宽度CWRp下降到值CWRp_阈值，在该第二部分中，根部的宽度CWRp增大。

7.根据权利要求6所述的螺纹连接件，其特征在于，凸形负载牙侧之间的导程LFPp在第一部分中是恒定的，并且在第二部分中取得的值LFP’p等于在第一部分中的入扣牙侧之间的导程SFPp的值，凸形入扣牙侧之间的导程SFPp在第一部分中是恒定的，并且在第二部分中取得的值SFP’p等于在第一部分中的凸形负载牙侧之间的导程LFPp的值。

8.根据权利要求3至7中任一项所述的螺纹连接件，其特征在于，值CWRp_阈值为齿高的0.7倍或更多倍。

9.根据前述权利要求中任一项所述的螺纹连接件，其特征在于，凸形螺纹区域和凹形螺纹区域(3、4)具有锥形母线，该锥形母线与连接件的轴线(10)形成处于1度到5度范围内的角度。

10.根据前述权利要求中任一项所述的螺纹连接件，其特征在于，凸形螺纹区域和凹形螺纹区域(3、4)的齿具有燕尾形轮廓。

11.根据前述权利要求中任一项所述的螺纹连接件，其特征在于，凸形螺纹区域和凹形螺纹区域(3、4)的根部和齿的顶部与螺纹连接件的轴线(10)平行。

12.根据前述权利要求中任一项所述的螺纹连接件，其特征在于，凸形螺纹区域(3)的齿的顶部和凹形螺纹区域(4)的根部之间具有间隙h。

13.根据前述权利要求中任一项所述的螺纹连接件，其特征在于，凸形端部(1)和凹形端部(2)各自分别包括密封表面(5；6)，当螺纹区域(3、4)按自锁扣合而配合时这些密封表面彼此配合成上紧接触。

14.根据前一个权利要求所述的螺纹连接件，其特征在于，密封表面(5；6)分别为，一个由半球形表面构成，另一个由锥形表面构成。

15.根据前一个权利要求所述的螺纹连接件，其特征在于，半球形表面具有母线，该母线的曲率半径处于30至100mm的范围内。

16.根据权利要求14或权利要求15所述的螺纹连接件，其特征在于，锥形表面的峰值半角的正切值处于0.025至0.075的范围内。

17.根据权利要求13至16中任一项所述的螺纹连接件，其特征在于，处于密封表面(5；6)的上紧接触中的配合区域位于凸形端部(1)的末端表面(7)与螺纹区域(3、4)之间。

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