CN115615289A - 一种负角度梯形螺纹齿宽测量方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种负角度梯形螺纹齿宽测量方法及其装置，包括以下步骤：1)确认螺纹齿形的设计参数；2)根据步骤1)中的所述设计参数制作齿宽标准样块；3)根据步骤2)中的所述齿宽标准样块制作齿宽仪表；4)以所述齿宽标准样块为基准对所述齿宽仪表进行校零；5)使用所述齿宽仪表测量所述螺纹齿形的齿宽数据；6)根据测量所得的所述齿宽数据转换为实际齿宽S。本发明实现快速、准确的负角度梯形螺纹齿宽参数测量，操作将更加便捷、快速、准确。

Description

一种负角度梯形螺纹齿宽测量方法及其装置

技术领域

本发明涉及石油管工程中的螺纹连接测量技术，更具体地说，涉及一种负角度梯形螺纹齿宽测量方法及其装置。

背景技术

在油气开采过程中，需要使用管道将地底油气输出到地面，这些管道一般是由钢管通过螺纹连接组成，这些螺纹即为油套管螺纹接头。随着技术发展，油套管螺纹接头种类越来越多，其中负角度梯形螺纹在特殊螺纹产品中应用越来越多。负角度梯形螺纹承载能力强，在大拉伸载荷以及弯曲载荷条件下更容易保证接头稳定的使用性能，避免接头滑脱和失效。

在螺纹加工过程中，通常需要测量螺纹各项参数以确保螺纹符合要求，对于常规螺纹需要测量螺纹齿高、螺距、齿宽等参数。但对于负角度螺纹，现有的齿宽表由于负角度形状特点测量受到影响，如图1所示，不能准确测量齿宽螺纹参数。但对于安全性能要求非常高的油套管螺纹接头而言，齿宽等螺纹参数非常重要，因此精确测量是必须的；特别对于具有高速上扣特点的双线螺纹快速扣类特殊螺纹接头产品，齿宽误差将直接影响螺纹啮合状态。

在现有的专利申请中，如中国专利201610710359.7介绍了一种大直径多头螺纹环规在线加工牙型几何参数测量方法，锁紧加工设备，调整零件测量基准；使用内径千分尺复合螺纹小径D1测量尺寸，确定螺纹小径D1(测量)；激光扫描采集螺纹表面牙型数据；拟合计算确定螺纹螺距P的测量值P(测量)、螺纹牙型角θ的测量值θ(测量)；通过理论螺纹牙型尺寸计算，选择合适直径的钢球校准侧头；打点测量螺纹，确定加工余量d，计算确定加工量；打点测量螺纹实际中径，获得大直径多头内螺纹环规牙型所有几何参数；使用本发明中的测量方法，可在环规加工现场完成环规螺纹牙型参数的检查，将参数提供给加工人员进行高精度加工，保障环规成品率，且检测精度高，可以适用于所有规格的大直径多头内螺纹环规。

中国专利201711236551.8公开了一种基于线结构光的齿轮齿厚测量方法，属于精密测试技术与仪器、齿轮检测技术领域。装嵌被测齿轮之后，以线激光测头对坐标系中心进行校准，选择被测齿轮的设计基准作为测量的基准，并根据齿轮参数选择均布在齿轮上的4个以上的轮齿，且每个轮齿取3个均布的截面为测量位置。获取数据：根据被测齿轮参数计算两个测头所需安装的参数及各参数之间的关系，建立两个线结构光测头坐标系，开始获取轮齿两侧面的数据。根据各安装参数和测量数据建立起获得数据的空间坐标转换式，将测头坐标系的各组测量值转换至齿轮设计中心。建立起齿厚偏差数学模型，进而实现齿厚偏差、弦齿厚测量和单个齿厚平均偏差的高精度测量。

中国专利202021603841.9介绍了一种石油管偏梯形螺纹齿厚测量仪。该装置本体设置有仿形槽，指示表、杠杆机构、复位装置在仿形槽内依次设置呈“匚”形，指示表、杠杆机构、复位装置位于仿形槽内与本体连接；本体设置有安装限位装置的安装槽，限位装置安装槽与复位装置安装槽呈“一”字设置，2个安装槽之间有间隔；本体的复位装置、限位装置的安装槽一侧固定安装有底板，固定测头与底板固定连接，测量测头和限位装置的限位触头分别位于固定测头的两侧；测量测头、限位触头分别从底板的测量孔、限位孔伸出，且测量测头、固定测头、限位触头呈一条直线。其有益效果是设计合理，操作方便，提高工作效率，能够保证偏梯形螺纹齿厚测量的准确性。

中国专利202020856123.6公开了一种内齿圈的齿厚测量工具，包括设置于内齿圈本体内侧的测量卡尺，所述测量卡尺底部的两侧分别固定连接有第一固定板和第二固定板，所述第一固定板和第二固定板底部的一侧均滑动连接有伸缩杆，两个所述滑槽的中心均安装有复位弹簧，所述第一固定板和第二固定板的内侧均滑动连接有测量板，所述第一固定板和第二固定板的内壁均固定连接有两个固定轴，多个所述固定轴的外壁均套接有伸缩弹簧。本实用新型中，该内齿圈的齿厚测量工具不仅设计有快速定位机构，还设计有弹性测量机构，既可以根据内齿圈的尺寸进行快速定位，同时也可以对内齿圈的齿厚进行快速测量，从而使其工作效率得到了大大提高，值得大力推广。

中国专利201120247457.4公开了一种齿厚测量工具,尤其涉及一种小角度变齿厚齿轮的齿厚测量工具。主尺的左端部固定有固定卡爪,固定卡爪的下端内则设有固定测头,主尺的另一端设有与之相滑动卡合的主尺滑动卡爪,主尺滑动卡爪的下端内侧设有移动测头,高度尺滑动架与主尺相滑动卡合,延伸杆的一端与高度尺滑动架相固定,延伸杆的另一端套有高度尺滑块,高度尺滑块上设有高度尺。不但可以测定任意截面小角度变齿厚齿轮的齿厚,而且可以方便的解决任何场合。

中国专利202021007837.6介绍了一种用于测量齿部的齿宽的齿部测量设备，针对现有齿宽测量设备的功能单一，不便于对弧度较大的齿牙进行测量，测量结果误差较大的问题，现提出如下方案，其包括测量座，所述测量座的一侧设有齿轮，齿轮上固定连接有多个齿牙，测量座的一侧开设有安装孔，安装孔内固定安装有固定板，固定板的一侧开设有测量孔，所述测量座的一侧开设有移动孔，移动孔内滑动安装有移动板，移动板的一侧固定安装有测量尺，测量尺滑动安装在测量孔内。本实用新型结构合理，操作方便，该齿宽测量设备的功能城府，便于对不同倾斜度的齿牙进行测量，测量结果误差较小。

这些专利虽然使用了不同方法实现了螺纹齿宽测量，但对于负角度梯形螺纹的齿宽测量仍然具有下面两种情况的局限性：

情况一，这些测量方法和装置大都从垂直于螺纹方向进行测量，这样虽然有利于齿宽数据直接读取，但容易受到方向和角度影响，当测量方向偏离垂直于螺纹方向时将造成测量误差，特别是对于带有螺旋升角的齿形将影响特别明显，如图1所示；

情况二，负角度齿面会与测量装置产生干扰，影响齿宽测量结果，如图2所示。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种负角度梯形螺纹齿宽测量方法及其装置，实现快速、准确的负角度梯形螺纹齿宽参数测量，操作将更加便捷、快速、准确。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，一种负角度梯形螺纹齿宽测量方法，包括以下步骤：

1)确认螺纹齿形的设计参数；

2)根据步骤1)中的所述设计参数制作齿宽标准样块；

3)根据步骤2)中的所述齿宽标准样块制作齿宽仪表；

4)以所述齿宽标准样块为基准对所述齿宽仪表进行校零；

5)使用所述齿宽仪表测量所述螺纹齿形的齿宽数据；

6)根据测量所得的所述齿宽数据转换为实际齿宽S。

较佳的，所述步骤1)中，设计参数包括齿高h、螺距p、导向面齿形角α、承载面齿形角β和齿底宽t。

较佳的，所述步骤3)中，齿宽仪表上具有一个球形的测量触头；

所述测量触头的直径d需满足：

较佳的，所述步骤5)中，还需确认所述测量触头相对于所述齿宽标准样块的相对量δ。

较佳的，所述步骤6)中，转换为实际齿宽S如下：

S＝(tanα-tanβ)*δ。

另一方面，一种负角度梯形螺纹齿宽测量装置，包括齿宽仪表；

所述齿宽仪表包括表盘、连杆、基座和测量触头；

所述表盘位于所述基座的上方，所述测量触头位于所述基座的下方，所述连杆垂直于所述基座设置并穿过所述基座；

所述连杆的上端连接所述表盘，下端连接所述测量触头；

所述齿宽仪表通过执行所述的负角度梯形螺纹齿宽测量方法中的步骤1)至步骤3)制作而成，

所述齿宽仪表用于测量所述螺纹齿形的齿宽数据；

根据所述齿宽仪表测量所得的所述齿宽数据转换为实际齿宽S。

较佳的，所述连杆的横截面设置为圆形；

所述测量触头设置为球形。

较佳的，所述连杆的横截面直径小于所述测量触头的直径。

本发明所提供的一种负角度梯形螺纹齿宽测量方法及其装置，避免了负角度梯形螺纹测量难度大的问题，提高了测量准确度和测量效率。由于本专利采用球形触头，在周向不存在差异，避免了现有测量方法对方向性要求高的局限性，测量更具简便易行，同时解决了负角度测量难度大的问题。

附图说明

图1是现有技术中情况一的示意图；

图2是现有技术中情况二的示意图；

图3是本发明负角度梯形螺纹齿宽测量方法的流程示意图；

图4是本发明负角度梯形螺纹齿宽测量方法中步骤1)设计参数的示意图；

图5是本发明负角度梯形螺纹齿宽测量方法中步骤3)齿宽仪表测量的示意图；

图6是本发明负角度梯形螺纹齿宽测量装置的结构示意图。

具体实施方式

为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

结合图3所示，本发明所提供的一种负角度梯形螺纹齿宽测量方法，通过改进螺纹齿宽测量方式，由齿宽方向测量改为齿高方向测量，实现负角度梯形螺纹的齿宽测量，具体包括以下步骤：

1)确认螺纹齿形的设计参数，设计参数包括齿高h、螺距p、导向面齿形角α、承载面齿形角β和齿底宽t等，如图4所示；

2)根据步骤1)中的设计参数制作齿宽标准样块，用做测量基准；

3)根据步骤2)中的齿宽标准样块制作齿宽仪表，其中：齿宽仪表上具有一个球形的测量触头4，为避免测量触头4与齿底接触进而影响测量结果，测量触头4的直径d需满足：

如图5所示；

4)以齿宽标准样块为基准对齿宽仪表进行校零；

5)使用齿宽仪表测量螺纹齿形的齿宽数据，并确认测量触头相对于齿宽标准样块的相对量δ；

6)根据测量所得的齿宽数据转换为实际齿宽S，转换公式如下：

S＝(tanα-tanβ)*δ。

结合图6所示，一种负角度梯形螺纹齿宽测量装置，包括本发明负角度梯形螺纹齿宽测量方法中的齿宽仪表。

齿宽仪表包括表盘1、连杆2、基座3和测量触头4。

表盘1位于基座3的上方，测量触头4位于基座3的下方，连杆2垂直于基座3设置并穿过基座3。

连杆2的上端连接表盘1，下端连接测量触头4。

连杆2的横截面设置为圆形，测量触头4设置为球形。连杆2的横截面直径小于测量触头4的直径，避免连杆2与负角度承载面形成干涉。

使用过程中，基座3顶靠在螺纹或样块的齿顶上，进行测量或校准，测量触头4与两侧齿面(导向面和承载面)接触，进行测量，并通过连杆2将测量结果反馈到表盘1，最后通过表盘1进行数据读取。

实施例

针对一种双线螺纹进行齿宽参数测量，该螺纹设计参数如下：

齿高h＝2.0mm；

螺距p＝6.35mm；

导向面齿形角α＝60°；

承载面齿形角β＝5.71°；

齿底宽t＝1.44mm。

依据上述螺纹参数制定齿宽标准样块及齿宽仪表，其中选取测量触头4直径d＝2.2mm，连杆2直径＜1.5mm。

以齿宽标准样块对齿宽仪表校零后，测量后表盘1显示读数为0.03mm，则实际齿宽测量结果为0.049mm。

以齿宽标准样块对齿宽仪表校零后，测量后表盘1显示读数为-0.02mm，则实际齿宽测量结果为-0.033mm。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (8)

1.一种负角度梯形螺纹齿宽测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)确认螺纹齿形的设计参数；

2)根据步骤1)中的所述设计参数制作齿宽标准样块；

3)根据步骤2)中的所述齿宽标准样块制作齿宽仪表；

4)以所述齿宽标准样块为基准对所述齿宽仪表进行校零；

5)使用所述齿宽仪表测量所述螺纹齿形的齿宽数据；

6)根据测量所得的所述齿宽数据转换为实际齿宽S。

2.根据权利要求1所述的负角度梯形螺纹齿宽测量方法，其特征在于：所述步骤1)中，设计参数包括齿高h、螺距p、导向面齿形角α、承载面齿形角β和齿底宽t。

3.根据权利要求2所述的负角度梯形螺纹齿宽测量方法，其特征在于：所述步骤3)中，齿宽仪表上具有一个球形的测量触头；

所述测量触头的直径d需满足：

4.根据权利要求3所述的负角度梯形螺纹齿宽测量方法，其特征在于：所述步骤5)中，还需确认所述测量触头相对于所述齿宽标准样块的相对量δ。

5.根据权利要求4所述的负角度梯形螺纹齿宽测量方法，其特征在于，所述步骤6)中，转换为实际齿宽S如下：

S＝(tanα-tanβ)*δ。

6.一种负角度梯形螺纹齿宽测量装置，其特征在于：包括齿宽仪表，所述齿宽仪表包括表盘、连杆、基座和测量触头；

所述表盘位于所述基座的上方，所述测量触头位于所述基座的下方，所述连杆垂直于所述基座设置并穿过所述基座；

所述连杆的上端连接所述表盘，下端连接所述测量触头，

所述齿宽仪表通过执行如权利要求1-5之一所述的负角度梯形螺纹齿宽测量方法中的步骤1)至步骤3)制作而成，

所述齿宽仪表用于测量所述螺纹齿形的齿宽数据；

根据所述齿宽仪表测量所得的所述齿宽数据转换为实际齿宽S。

7.根据权利要求6所述的负角度梯形螺纹齿宽测量装置，其特征在于：所述连杆的横截面设置为圆形；

所述测量触头设置为球形。

8.根据权利要求7所述的负角度梯形螺纹齿宽测量装置，其特征在于：所述连杆的横截面直径小于所述测量触头的直径。

Images