CN101365905A - 自润滑旋转联接器 - Google Patents

Abstract

一种用于互连管线的自润滑旋转联接器，包括以内表面限定出腔的壳体。其还包括凸形元件，该凸形元件包括杆和设置在杆上的凸缘，所述杆可插入腔内以使凸缘能够邻接在内表面上。联接器还包括可紧固在腔内的螺帽，其通过内部的轴向突出部轴向邻接在凸缘上，并因此围绕柄部分，允许凸形元件转动。流体在元件间渗漏以润滑联接器。管线可在端口处连接，从而不用滚针或滚珠轴承就可旋转地互连。在凸缘、杆和螺帽之间有高度的表面接触和支撑以耐受和分布作用力。液压流体是优选的。在凸形元件和螺帽之间的密封单元，以及凸缘和螺帽之间的滑动环也是优选的。

Description

自润滑旋转联接器

技术领域

本发明总体上涉及用于流体管线的旋转联接器而且更具体地涉及工业应用如液压系统的自润滑旋转联接器。

背景技术

旋转联接器是能够使两个或更多管线(也称作导管、管道、软管或管材)轴向或成角度相互连接，并消除可影响它们物理完整性或内部结构的扭转约束的部件。例如，液力管线大部分由销钉或缠绕的金属线或合成塑性材料构造而成，该液力管线对扭转约束非常敏感。

旋转联接器的应用相当广泛。所有类型的工业中很多设备生产商和用户已经或定期接触此类产品。

在应用联接器的工业领域中已经有各种技术革新被提出。例如，在液压领域，现代承重机械具有很高的性能，并且它们的操作压力已经显著增加以提高生产能力。此外，随着环境标准变得更加严格，期望液压系统有关技术可为减少或消除不希望的泄漏及土壤污染做准备。

旋转联接器的一些巨大挑战是联接器的生产，即可靠、廉价、不难使用和不麻烦。事实上，联接器的尺寸和阻碍方面必须最小化，因为含有流体的管线经常在受限的空间内重新布局，因而在旋转联接器的选择中可达性是决定性因素。

此外，为了确保联接器元件的可互换性以及其可行性和进入到市场中，考虑管线的原有设计组件通常是非常重要的。对此类产品来说这种挑战是无所不在的。

对于液压系统，大多数目前可用的旋转联接器都有不好的声誉，因为它们的耐久性和使用寿命很短(大约1000小时)，而对于最不复杂的类型来讲它们的成本在75美元和125美元之间。市场上目前把这些元件看作必要的缺陷，这是因为它们的变短的寿命和可得到的有限选择。旋转联接器由有限数量的制造商提供。

各种类型的旋转联接器目前在市场上有售并且被本领域所知。这些联接器的大多数使用轴承，通常是钢滚珠轴承或滚针轴承，它们通常与挡圈相结合。挡圈主要包括碳弹簧钢、不锈钢或铜合金。轴承系统在运动中可经受住运作的强制力(constraints)，所述强制力包括各种作用力、压力等，并能够允许联接器的不同部分间的相对运动。

在通常情况下，例如除了别的以外在林业领域，这些含有轴承的联接器竖直定位并且因此需要支持一个或多个管线的重量(轴向强制力)以及在运行过程中忍受横向冲击力和其它作用力(径向强制力)。在现有技术中使用的滚针和滚珠轴承以及挡圈很难对付这些强制力。这些轴承的过早磨损—象滚珠或针的结构性碎裂—极大地降低了联接器的寿命。另外，在感知负载的液动循环管路中，联接器通常情况下要经受例如250psi和3000psi之间的交替压力。这种周期性高压会产生特别不适合滚针轴承联接器的条件情况。

参考图1(现有技术)，在带有滚针轴承的标准旋转联接器20中，凸形元件22和凹形元件24设有相对应的半球形沟槽，滚针轴承26容纳于半球形沟槽中以可旋转地互连所述元件。有头螺钉32将滚珠限制在沟槽内。还布置了两个O形环28a、28b和支承环30来截断润滑流体的压力并确保系统的水密性。这种联接器的缺点包括，例如，对于轴向强制力来讲不足的半球沟槽支撑表面，这会导致滚珠的过早磨损和/或出现斑点；对于轴向强制力来讲不足的光滑支撑表面，这经常引起过早磨损；不足的内部润滑，这是因为早先的水密接头会减缓和妨碍润滑滚珠和内表面的流体供给；以及很快遭受外部渗漏。

参考图2(现有技术)，带有滚珠和滚针轴承的旋转联接器34，包括凸形元件36、凹形壳体38、固定圈40、安置在沟槽中的通常二十到二十五个滚珠42、滚针轴承44、密封连接件(或多个)46以及扭转连接件48。这种联接器34的缺点包括，例如，对于轴向强制力来讲不足的半球沟槽支撑表面，这经常导致滚珠的过早磨损和出现斑点；不足的内部润滑，这是由于早先的密封连接件减缓了润滑滚珠和内表面的液压流体供给，这经常引起过早磨损；以及很快显而易见的外部渗漏。

更进一步，尽管在设计上不断发展，采用额外的滚针轴承，所使用的用来引导和密封联接器组件的技术仍然非常类似于滚珠轴承类型的联接器，因而具有其固有的问题。

其它类型的旋转联接器是可以得到的并且提供不同的组装方法。技术基本上是基于止动环的使用以便抵抗轴向力、重量或压力。这种类型的旋转联接器不推荐竖直应用，因为开口环在运作中在支撑重量方面不是优选的或适合的。这种联接器的缺点包括，例如不足的内部润滑和在竖直应用中开口环的结构弱点，这可引起严重的不利情况；可察觉频繁及快速的外部渗漏；有液压系统污染的危险，如果位于凸形元件端部的开口环没有从组件上拆走并且没有变得在管线内良好的浸没于循环流体中。

还应当指出的是，在现有技术中发现了有些不带滚针或滚珠轴承的旋转联接器。

美国专利No.1,436,392(GANZ)描述了一种转向联接器，其包括具有外突凸缘的联接元件，所述外突凸缘邻接在主联接元件的周长边缘上并且依靠联接螺帽的外伸凸缘被啮合。

美国专利申请No.10/295,634(SMITH等人)描述了一种液压旋转连接器，其包括带有渐细阶梯的转向销钉，该渐细阶梯可接纳各种止动环并被插入具有相应渐细阶梯的连接器中。

英国专利申请No.2,131,511A(OSCARSSON)描述了一种转动连接器，其包括凸形部件，该元件插入凹形部件内以包封相对于台肩的O形环密封件从而提供液体密封，和在适当位置接合并且包封凸形部件的颈圈。

美国专利No.3,877,732(MOHAUPT)描述了一种高压流体旋转联接器，其包括钻石形连接器，依靠该连接器流体能够通过联接器的某些间隙泄漏。

美国专利No.5,005,877(HAYMAN)描述了一种带有快速连接/断开机构的液压联接器，其包括可滑动颈圈，该颈圈以配合角度与锁体相结合从而能够实现锁体的横向解锁。

另外，美国专利No.3.402.253、3.799.440、4.006.924、4.101.148、4.672.998、5.174.614、5.577.775、5.651.567、5.716.080、6.406.065以及发布的美国专利申请No.2002/0163185、2003/0067161和2005/0140138，描述了现有技术的各种联接器。

更进一步，本领域已知的许多联接器常常设计成具有干性内部元件，或轻度润滑元件。这样的特性常常导致功能问题或组装效率低。

另外，本领域已知的许多联接器存在随时间劣化的缺点，从而随着内部零件相互作用并变得陈旧和/或受损它们的性能降低。

由于从上述分析很容易理解，基于现有技术的旋转联接器存在大量的不利之处，特别是在重工业和液压系统领域，因而目前需要能克服至少一些这样不利之处的新型旋转联接器。

发明内容

本发明通过提供用于相互连接的液压管线的旋转联接器来对上面所提需求做出响应。

因此，本发明提出了自润滑旋转联接器用于提供含有供润滑流体的第一和第二管线之间的可旋转互连。该旋转联接器包括壳体，其包括内表面。内表面包括至少一个径向表面和至少一个轴向表面，所述内表面限定出具有开口端部的腔。壳体还包括端口，该端口具有贯穿其中的孔与腔流体连通，端口可与第一管线连接。联接器还包括凸形元件，该凸形元件具有贯穿其中的孔。凸形元件包括具有可与第二管线连接的端口的柄部分，和从柄部分沿径向向外扩展的凸缘部分。凸形元件可插入壳体的腔内从而能使凸缘部分配合地邻接至少一个径向表面，并且能使凸形元件的孔和壳体端口的孔流体连通。凸缘允许渗漏从而来自孔的流体在凸缘和内表面之间部分渗漏。联接器还包括螺帽，其可以紧固在壳体的腔内并围绕柄部分以径向限制柄部分。螺帽具有突出部，该突出部轴向延伸并向内进入腔内用以轴向限制凸缘并在其间产生渗漏，螺帽还可允许凸形元件相对于壳体和螺帽围绕柄部分的长度轴线转动，由此能使第一和第二管线可旋转地互连。

在旋转联接器的优选实施方式中，凸缘部分与杆一体形成，更可取的是，凸缘部分是径向连续并且对称的，并且是坚固的和盘形的而且相对于柄部分以大约90°延伸。凸缘部分更可取地具有处于对立且平行关系的第一和第二外端面，第一外端面面对螺帽的突出部，而第二外端面面对壳体的内部轴向表面。

更可取的是，凸形元件的孔和壳体的孔每个都包括内部流体接合处与相应的另外接合处相对，并且凸缘部分在腔内具有大量的轴向间隙。更可取的是，凸形元件的孔和壳体的孔在共线。

更可取的是，在流体压力下，第一外端面直接压靠在螺帽的突出部上然而相对于那里是旋转地可滑动的，而第二外端面保持与内部轴向表面间隔开的关系。另外更可取的是，螺帽的突出部和凸缘部分的第一外端面相接触以形成流体屏障以阻碍流体渗漏在其外。此外，凸缘部分更可取地包括外周表面，所述外径向表面设置有至少一条周边刻痕。

在旋转联接器的另一个优选实施方式中，联接器进一步包括至少一个密封单元，其设置在螺帽和柄部分之间并可靠着螺帽和柄部分，该至少一个密封单元密封住凸形元件和内表面之间以及凸形元件和螺帽之间的流体。更可取的是，至少一个密封单元包括至少一个环，并且螺帽进一步包括至少一个内环形槽，从而至少一个环可部分插入其间。还更可取的是，密封单元包括由塑性材料构成的环形部分，该环形部分具有两个相对的端部，并且在环形部分的相对端部径向围绕环形部分布置有两个环，而且螺帽进一步包括两个内环形槽，从而两个环可分别部分插入其间。

更可取的是，轴向间隙的数量在大约0.005英寸和大约0.08英寸之间，并且还更可取的是在大约0.03英寸和大约0.08英寸之间。

在联接器的另一个优选实施方式中，其进一步包括减小摩擦的滑动环，该滑动环围绕柄部分并且设置在螺帽的突出部和凸缘部分的第一外端面之间。更可取的是，滑动环具有平盘形状或O形环形状。还更可取的是，滑动环的构成材料选自

材料组、Nyloil^TM、Nycast^TM、聚四氟乙烯和陶瓷构成的组。

在又一个优选实施方式中，接合处的每一个向着相应的另外接合处变开阔地逐渐成锥形。更可取的是每个接合处为截头圆锥形，更可取的是具有约60°的角度。

还更可取的是，凸缘部分在腔内具有许多径向间隙以利于润滑和转动。更可取的是，这许多的径向间隙在大约0.005英寸和0.08英寸之间，而且还要可取的是在大约0.015英寸和大约0.03英寸之间。

在另一个优选实施方式中，凸缘部分具有凸出的弯曲表面面对壳体的轴向内表面。

在又另一个优选实施方式中，凸缘部分具有凸出的弯曲表面面对壳体的轴向内表面。

在此外另一个优选实施方式中，凸缘部分具有外周表面，其相对于壳体的径向内表面是坡口的。

在旋转联接器的另一个优选实施方式中，凸缘设置在柄部分上，因而凸形元件在侧平视图中为T形。

在旋转联接器的另一个优选实施方式中，柄部分包括与柄部分的端口相对的区段，凸缘设置在区段和柄部分的端口之间，因而凸形元件在侧平视图中为十字形。

更可取的是，柄部分是圆柱形的。还更可取的是，凸形元件的柄部分可延伸穿过螺帽从而柄部分的端口位于超过螺帽的位置。更可取的是，螺帽从柄部分的端口到凸缘部分围绕柄部分。

仍更可取的是，螺帽包括外螺纹和包括相应内螺纹的至少一个径向表面，以便将螺帽紧固在壳体的腔内。还更可取的是，腔的开口端具有周缘并且螺帽包括可与所述周缘邻接的唇缘。

更可取的是，壳体的内部径向表面和轴向表面一体形成。

还优选的是，联接器被用于液动循环管路并且流体包括液压流体，并且当液压循环管路是负载感应形循环管路时是更优选的。

依据本发明的旋转液力联接器能实现凸形元件、壳体和螺帽表面之间的大接触面积，产生可有利于分布轴向和/或径向作用力的支撑表面，联接器在运作中会受到所述作用力分布的影响。

作用力的分布，特别是在凸形元件和螺帽表面之间，可使联接器非常坚固。在运作中，在低压下，凸形元件和螺帽之间具有低的摩擦系数，这有利于在低扭矩下旋转。在较高压力下，在凸形元件和螺帽之间摩擦系数增加，因此旋转需要较大的扭矩。在低压和高压间交互变换，象在负载感应液动循环管路的情况下，能由本发明的联接器特别好地控制，因为增加的作用力被很好地负担因而在高压下需要最小限度的作用力。对于恒定高压的应用，在凸形元件和螺帽之间滑动环或另一种材料的轴承是优选的，以利于在合理的扭矩下旋转。

联接器具有简单和经济的设计，并且易于安装，部分是因为其包含无滚珠或滚针轴承。联接器坚固并且在重工业操作中能够抵抗意外损害，同时在管线间提供旋转连接。联接器是自润滑的，可允许孔内的流体在凸形元件和内表面之间部分渗漏以改善支撑表面的相互作用。在很多实施方式中，支撑表面甚至发展成联接器的连续旋转使用，该联接器在给定时间内显示出改进的功能性，所述给定时间是支撑表面的过早磨损将面漆磨光，从而有利于它们的相对运动。

附图说明

图1(现有技术)是依据现有技术，带有滚珠轴承的旋转联接器的示意性纵向剖视图。

图2(现有技术)是依据现有技术，带有滚珠和滚针轴承的旋转联接器的示意性纵向剖视图。

图3是依据本发明旋转联接器的实施方式的示意性纵向剖视图。

图4是依据本发明旋转联接器的另一实施方式的示意性纵向剖视图。

图5是依据本发明旋转联接器的又另一实施方式的示意性纵向剖视图。

图6是依据本发明旋转联接器的实施方式的透视图。

图7是依据本发明旋转联接器的另一实施方式的侧平面图。

图8和9分别是依据图3实施方式的旋转联接器的凸形元件的底透视图和顶透视图。

图10是图8和9的凸形元件的纵向剖视图。

图11是图10中区域XI的放大视图。

图12是依据本发明优选实施方式的旋转联接器的壳体的透视图。

图13是图12中的壳体的纵向剖视图。

图14是依据本发明优选实施方式的旋转联接器的螺帽的透视图。

图15是图14中的螺帽的纵向剖视图。

图16是图15中区域XVI的放大视图。

图17是图6的旋转联接器的分解侧平面图。

图18a和18b是依据本发明更另一个实施方式的旋转联接器的顶透视图。

图19是图18的旋转联接器部件的分解侧平面图。

图20a和20b是依据本发明又另一个实施方式的旋转联接器的顶透视图。

图21-23是依据本发明其它实施方式的旋转联接器的侧平面图。

具体实施方式

本发明提出了一种自润滑旋转联接器用于可旋转地相互连接含有流体的管线。所述旋转联接器更可取地互连输送液压流体的液压管道并因此在内部润滑。

所谓“管线”意思是旋转联接器可互连两个或更多含流体的、输送流体的或接纳流体的设备。管线常常被称作输送管、管道、软管或管子。然而，由于管线经常将流体输送到机械的元件，在液压操作机器尤其是这种情况，应当指出的是通过旋转联接器互连的“管线”之一可以通过接纳流体的机械元件具体化。

所谓“自润滑”意思是通过管线传输或包容在管线内的流体能够于运作期间在旋转联接器的某些元件之间在一些位置上部分渗漏，由此增进其旋转能力。这并不排除另外的润滑剂或减小摩擦元件如轴承环的使用，这在特殊的应用中可能是期望的，例如在极端压力下或为了联接器的频繁转动。更多关于联接器的润滑将结合其专门元件在下文中论述。

通过管线储存或输送并且润滑联接器的“流体”更可取的是液压流体。这样的液压流体一般在本领域是已知的并且经常基于化学物质如乙二醇酯、乙醚、蓖麻油或硅、或根据应用而定的其它油类。该液压流体通过部分地从孔渗漏进联接器的间隙中得以润滑联接器的必要的移动部分。本发明的旋转联接器在负载感知循环管路的液压系统中特别有用。在可替代应用中，联接器可包含另一种流体如水或其它水性液体。在这些应用中，其相比在液压系统中一般经常涉及低压和不同的流动状况，该流体也能够部分地渗漏以内部润滑联接器。当然，最适用的流体是提供高润滑能力的那些流体；然而，其它流体也是可能的，特别是当操作条件和附加材料轴承有助于旋转时。

还应该理解的是，联接器可被结合在其中的流体系统经常非常复杂。这样难于描述联接器中各种的特性—如流动状况、力的分布、以及压力。许多系统为动态的或半动态的，其进一步使事情复杂化。例如，负载感知液动循环管路在流体压力方面具有波动，该波动迅速而且剧烈，这接下来会在联接器内引起复杂效应。流体和联接器元件的运动，以及管线上的流体压力和其它外部强制，会产生各种摩擦系数，例如，在联接器元件之间。联接器元件的相互作用极大地依赖于各种各样复杂的、相互关联的因素。某些具体应用将在下文中论述，但要强调的是联接器及其元件的具体操作可能根据其特别的应用而有所不同。

还应该理解，本发明的旋转联接器不要求或包括滚珠轴承、滚针轴承或滚柱轴承。这些基于形状的轴承存在种种不利之处，正如在上文背景技术部分中所论述的。旋转确实包括液压轴承，即润滑流体，并且也可以包括材料承托部分如在某些优选实施方式中的滑动环，如在下文中所述。要指出的是液压轴承和材料承托部分并不妨碍联接器的元件的高支撑表面，而这样就符合本发明，而滚珠和滚针轴承极大地影响了所述支撑表面以及联接器内的力分布并意味着其它不利之处。

参考图3-7和17中所示的优选实施方式，本发明的液压旋转联接器50提供了两个管线(未示出)之间可旋转互连。联接器50更可取地具有能使两个管线共轴互连的构造，但应该理解，联接器50可适于提供不同的互连，如90°连接或倾斜连接。

参考图18和19中所示的另一个优选实施方式，联接器50还可互连多于两个的管线。关于此实施方式的更多内容将在下文中论述。

回来参考图3-5和17，旋转联接器50能使两个元件之间支撑表面(也称作“推动表面”或“邻接表面”)百分比的显著增加。旋转联接器非常坚固，无论起作用的运行力是轴向的还是径向的(现有技术的联接器不是这种情况)。旋转联接器50制造和组装简单、可靠、廉价，并且很容易保持良好状态，因为可以容易地将其拆除。通过将现有技术与本发明比较可以明白，本发明实现了许多技术优势。

仍然参考图3-5和17，旋转联接器50包括三个主要元件，不管设置是轴向的或有角度的还是本领域技术人员所知的另外布置；被保持在壳体54与螺帽56之间的凸形元件52。

参考图13，壳体54包括内表面，该内表面包括至少一个径向表面58和至少一个轴向表面60。内表面58、60限定具有开口端64的腔62。正是通过开口端64凸形元件52可插入。应该理解，壳体54还可以包括多个腔室，相应数量的凸形元件和螺帽可被引入其中。壳体54还包括具有穿过其中的孔68的端口66，该孔68与腔62流体连通。此端口66可与一管线连接。因此，端口66可具有螺纹或者连接凹槽或颈圈以便连接到所述管线。此外，壳体54可想象到地具有可与相应管线连接的多个端口。

如图13的实施方式所示，壳体54的腔62更可取地具有一个径向内表面58，从而限定腔的圆柱形的壁，和一个轴向内表面60位于腔的末端。可替代的是，如图4中所示，腔62具有更多的内表面(在此实施方式中有四个表面，两个轴向的两个径向的)用以凸形元件52的末端表面相配合。关于此实施方式的更多内容将在下文中论述。

回来参考图13，内表面58、60更可取地相互以整体形成。这通常由用整块料进行壳体54的机械加工而得。

现在简单参考图18a-20b，示出了另一实施方式，其中内部轴向表面(在图13中的号码60)包括可紧固在壳体54内的第二凸形元件52b的外端面69。图19示出了第二凸形元件52b以第二螺帽56b从与第一凸形元件52a相对端紧固在壳体54内。更多有关此优选实施方式将在下文中论述。还要指出的是，以这种思路，内表面可以源自紧固在一起的不同的元件以提供所需的自润滑和旋转能力。

回来参考图13，内表面58、60更可取地以90°角交叉，但是可以采用轻微弧来可替代地这样做。另外更可取的是，对表面提供很精细和光滑的修整(finish)，以主要有利于它们相对于相应的凸形元件的表面的滑动能力。然而，即使在抛光不完全、含有一些粗糙之处的时候，表面也会通过操作使用变得更光滑，这样就会随时间而改善。

现在参考图6，壳体54的端口66更可取的是突出型的，管线可紧固在其上。

可替代的是，图7示出端口66可以是凹型的，管线或管线连接器可插入其中。当然，也可以配置本领域技术人员公知的其它类型的端口。

回来参考图6，壳体54具有外表面。该外表面可生成各种修整和形状，如图6中的标准圆柱形。

参考图18a和18b，示出了可替代的外表70的形状。该外表面70为圆形，并且当其被保持在保持环67中时，能实现相对于后者的旋转自由。

现在参考图20a和20b，示出了另一种可替代的外表70的形状。在此处，外表面70为球形。壳体的外部形状不会极大地影响联接器50的内部功能，但是其可能提供在运作中联接器50的另外的和更佳的功能性。例如，球形壳体50可以被保持在双保持环67内，该双保持环67具有球形内表面，因此形成球形连接件而可使壳体50在保持环内具有完全的三个自由度(横向枢转和转动)。此互补“球形”旋转能力出于多种原因是很有利的。保持环67可以如图20b所示安装在托架上，例如，固定在设备上。

许多未示出的其它类型壳体也可以结合本发明用于连接。

回来参考图3-5，旋转联接器50进一步包括凸形元件52，其具有贯穿其中的孔71。孔容纳和/或输送流体。凸形元件52包括柄部分72和凸缘部分74。凸缘部分74从柄部分72沿径向向外扩展，其较可取的是圆柱形。柄部分72具有端口76，更可取的是与凸缘部分74相对。能想象到也可以具有多个端口76，这些端口设置在单一的凸形元件52上并且可与相应的管线连接。

如图17所示，凸形元件52可以通过壳体的开口端64插入到壳体的腔中。

回来参考图3-5，一旦被插入，凸形元件52的凸缘部分74就能够配合邻接在壳体54的内表面上。另外，凸形元件52的孔71和壳体54的端口66的孔68能够流体连通。更可取的是，孔68、71是共线的，如图所示。可替代的是，根据所期望的应用，孔可具有不同的取向。在某些应用中90°角和倾斜角度是所期望的。

现在参考图8-10，其中示出了具有T形凸形元件52的实施方式，凸缘部分74更可取的是在柄部分72的端部与柄部分72整体形成。另外更可取的是，凸缘部分74是径向连续的并且是对称的。凸缘部分74为盘形并且相对于柄部分72延伸大约90°。这种布置为与壳体和螺帽的内表面邻接提供了出色的支撑表面，因此以有利的方式分布作用力(即减小压力)。这还能使润滑联接器的流体的速度减小，在某些应用中会有这种情况。可替代的是，凸缘部分74可具有另一种形状，其与壳体的内表面相配合，例如通过弯曲或做成有角度，这将在下文中进一步论述。

凸缘部分74更可取地具有设置有至少一条周边刻痕77的外圆周表面。更可取的是，有三条间隔开的刻痕77。刻痕77有助于在壳体的内表面和凸缘部分74之间润滑流体的部分渗漏和压力减小，以及有角表面接触。

仍然参考图8-10，凸缘部分74更可取地包括处于相对而且平行位置关系的第一外端面78和第二外端面80。第一外端面78面对螺帽(图3中的号码56)而第二外端面80面对壳体的轴向内表面(图13中的号码60)。更可取的是，凸缘部分的第一外端面78是平坦的并且螺帽的突出部的配合端面也是平坦的。可替代的是，相应的螺帽和凸缘部分端面可具有另一种形式，如凸起-凹陷或反之亦然(未示出)，以提供良好的支撑表面。

应当指出的是凸缘部分74的直径D，和螺帽及壳体的相应尺寸可改变以获得各种不同的作用力分布、流体行为和元件间的摩擦系数。

参考图3和5，示出了一个实施方式，其中凸缘部分74设置在柄部分72上，使得凸形元件在侧平面视图中为T形。壳体54的内表面的定向更可取使得这些内表面基本上与凸形元件52的T形相对应，如图所示。

现在参考图4，示出了另一个实施方式，其中柄部分72进一步包括区段81，该区段与柄部分72的端口76相对。凸缘部分74设置在区段81和端口76之间，因此凸形元件在平面侧视图中为十字形。壳体54的内表面的定向更可取使得这些内表面基本上与凸形元件52的十字形相对应，如图所示。

然而应该理解，凸形元件52的形状能够以多种方式变化。腔的内部形状应该具有相应的形状以容纳凸缘部分74，以便提供支撑表面来分布力，同时可发生用以润滑的适当运动和转动运动。

参考图21-23，凸缘部分74可具有倾斜的(如图21中)或弯曲(如图22和23中)的表面。这些倾斜的或弯曲的表面会影响联接器的被润滑表面之间的流体运动和力分布。

由于加压的润滑流体会相对于联接器元件的坚实表面垂直产生压力，通过改变凸形元件的角度和曲率以及表面积，可以获得不同的作用力分布效果。此外，在动力学应用中，这是特别期望的。

参考图5，凸形元件52的孔71包括接合处82，其与壳体54的孔68的相应接合部84相对。接合部82、84是可部分渗漏的从而可使流体首先在凸形元件52与轴向内表面(图13中的号码60)之间渗漏以便润滑。接合处82、84更可取的是相互打开地逐渐成锥形。它们更可取的是截头圆锥形，另外更可取的是具有大约60°的α角。这种形状减小了流体扰动和对螺帽的轴向推压，并有利于流体的部分渗漏以润滑。

参考图21-23，凸缘74和接合处82可具有另外的形状。图22和23示出了向外弯曲的接合部82，而图21示出了截头圆锥类型。要指出的是，很多其它的形状也是可以的，两个接合处82、84可以是或者可以不是同样的。

仍参考图5，凸缘部分74更可取地在壳体的腔内具有很多间隙，从而在液压流体压力下接合部82、84能使液压流体在其间渗漏。关于腔内凸形元件的间隙的更多情况将在下文中论述。

现在参考图3-5和17-23，旋转联接器50还包括螺帽56，其可以紧固在壳体54的腔内并围绕柄部分72以径向约束柄部分72。更可取的是，螺帽从柄部分的端口到凸缘部分围绕柄部分72，这样就会得到改进的支撑、稳定性和对作用力的抵抗力。

现在参考图3-5，螺帽还具有突出部86，其沿轴向并向内延伸进入壳体54的腔内，用以轴向约束凸缘部分74，而允许凸形元件52相对于壳体54和螺帽56转动。转动围绕柄部分76的纵向轴线88而发生。

参考图14，螺帽56更可取地具有外螺纹90并且壳体的至少一个径向表面具有相应的内螺纹，以便将螺帽56紧固在壳体的腔内。可替代的是，这些元件可以是无螺纹的且以螺栓、夹持或其它方式连接的。

回来参考图3-5，螺帽56更可取地具有唇缘92，其在腔开口端部的周缘94上延伸。

另外更可取的是，凸形元件52的柄部分72可穿过螺帽56延伸从而其端口76位于螺帽56之外。

在本发明的特别优选的运作方面，旋转联接器50由容纳在互连管线内的液压流体润滑。在图5和17-23中所示的实施方式对于这样的应用是优选的。

在运动中，容纳在孔68、71中的液压流体处于液压之下。操作压力根据应用情况而变化，可以重也可以轻。在林业工业中液压的典型范围，例如，是在大约50psi和大约4000psi之间，并且在某些情况下达到大约5000psi。在负载感应循环管路中，操作压力最经常在大约250psi和3000-4000psi之间。

在某些应用中如林业工业，旋转联接器50更适于用于负载感应(也称作“振荡”)循环管路的液压系统中。在这些循环管路中，液压被送出以匹配负载的需求。由此存在液压流体进入和流出旋转联接器50的间隙的落潮和涨潮。当压力高时，流体推压凸形元件紧靠螺帽，而当压力低时，凸形元件在腔内有更多的“自由度”。在低流体压力期间所需的扭矩减小。本发明的旋转联接器50特别适合负载感应液动循环管路。在低压力时，旋转所需的扭矩非常小，这可使互连的管线移位、转动等。在操作压力下，如用于很多机器的大约3000-4000psi，转动所需的扭矩高到足以使转动的可能性很小。然而，应该理解，在高负载运作中，对高转动能力通常只有很小的需求，但此外对螺帽和凸形元件间的良好作用力分布具有很大的需求。旋转联接器可提供出色的作用力分布并且其元件不易受到不利的影响。

参考图11，这种部分渗漏受到腔内凸缘部分74的径向和轴向间隙的帮助。更具体的是，凸缘部分74更可取地具有直径D和宽度L。

仍参考图11同时也参考图13和15，壳体54的腔62具有内部深度L’，并且螺帽52的插入部分具有长度L”。腔的内部深度L’稍大于L’和L”之和，这样就能产生一定量的轴向间隙。更可取的是，轴向间隙的量在大约0.005和大约0.08英寸之间，另外更可取的是，轴向间隙的量在大约0.03和大约0.08英寸之间。

仍参考图10同时也参考图13，壳体54的腔62具有内部直径D’，其稍大于凸缘的直径D。结果是，径向间隙为大约D’-D。更可取的是，径向间隙的量在大约0.005和大约0.08英寸之间，另外更可取的是，径向间隙的量在大约0.015和大约0.03英寸之间。

参考图5，在液压下，液压流体在接合处82、84之间渗漏到联接器50的空隙中。根据设计和凸缘部分74以及壳体54的内表面的定向，并因而形成的轴向间隙和径向间隙，还有操作压力和种种其它变化，液压流体将在凸形元件52和内表面之间部分渗漏。

参考图10和15，凸形元件52的柄部分72具有直径X，其稍小于螺帽56的直径X’。优选的容差范围X′-X在大约0.002和0.015英寸之间，更优选在大约0.002与大约0.005英寸之间；但是也可以改变。例如，此容差可以由O形环制造商推荐用于给定的应用和联接器尺寸。

主要参考图3-5，液压将凸形元件52轴向推向螺帽56。

特别参考图5、21-23中的实施方式，一旦加压，壳体54内的压力在所有方向上基本均匀并且垂直推压在表面上。凸缘部分74作用在螺帽56上的推压在凸缘部分74的前和后表面之间近似于微分。因此，在某些应用中，推压可以通过改变表面的尺寸和/或角度而变化。

在图3和4所示的实施方式中，此压力会导致凸缘部分74紧贴螺帽56的突出部86的直接邻接。这些实施方式对于低压应用或非液力应用是更优选的。

在图5所示的实施方式中，旋转联接器50进一步包括滑动环96，其围绕柄部分72并且设置在螺帽56和凸缘部分74的第一外端面之间。此滑动环96减小元件之间的、最显著的是在凸缘部分74和螺帽56之间的摩擦系数。由于凸形元件52上的轴向压力大大地增加了凸缘部分74和螺帽56之间的摩擦力，该滑动环96在高压液力系统中(或者可替代地在流体缺少润滑的应用中)特别理想。更可取地是，该滑动环96由

材料组、Nyloil^TM、Nycast^TM、聚四氟乙烯、陶瓷或其它适用于这种元件的材料构成。可替代或除此之外的是，另外的润滑剂可添加到凸缘部分74和螺帽56的突出部86之间。

图5示出了在内部流体压力下凸缘部分74被推向螺帽56的突出部86，并因此邻接在滑动环96上。当与现有技术的滚珠和滚针轴承比较时滑动环96在功能性和优越性上差别巨大。滚珠和滚针轴承要承受很高的、集中的压力点。相反，滑动环96能使力分布，从而减小元件间的压力，这与本发明相符。这能使旋转联接器50在例如3000-5000psi范围内的高压下具有改善的旋转性能。更可取的是，滑动环96具有平盘形状，但也可以具有O形环形状以减小摩擦系数。

要指出的是，当凸缘部分74被直接压紧在螺帽56上(如图3和4中)或压紧在滑动环上(如图5中)时，凸缘部分74的第二外表面保持与壳体56的内部轴向表面间隔开的关系，并且对应于轴向间隙量。此外，在某些应用中，通过螺帽56和凸缘部分74之间的接触可能形成屏障，由此部分地或基本上阻止超出那里的流体流动。

仍参考图5，旋转联接器50更可取地进一步包括至少一个密封单元98。密封单元98更可取的是密封环，其由聚合物材料构成，与螺帽56相配合，处于螺帽56和柄部分72之间。

图17最好地示出了优选的密封单元98，其还未组装在联接器内。

要指出的是，由螺帽和凸缘部分之间相接触形成的屏障会帮助密封单元98在联接器内免受液力撞击(也称作“液力压头”)或其它类型的液力撞击。

参考图15，螺帽56更可取地包括至少一个内环形槽100，更可取的是两个这样的槽100，从而密封单元98相对于环能部分插入其中。

参考图17，密封单元98更可取地包括由塑性材料构成的环形部分102，和径向围绕环形部分102的相对端部设置的两个环104。在这种情况中，螺帽56进一步包括两个内环形槽100以使两个环104分别部分插入其中。这在图5中示出。

槽100的特写显示在图16中。

参考图5，一旦联接器50被组装并处于运作状态，密封单元98就被压入柄部分72和螺帽56之间而切断通过联接器50的空隙渗漏的任何流体的压力。通过围绕柄部分72设置，密封单元98有利于联接器50的密封而允许其内部润滑。

密封单元98更可取地起到“液体密封”连接件的作用，阻止润滑流体渗漏出联接器。这样，密封单元98可包括O形环、支承环等。此外，如果密封单元98丧失了功效，其可容易地被替换。

参考图3和4，连接件108还可布置在凸形元件52与壳体54的径向表面之间，用于凸形元件52和壳体54之间的润滑目的。此连接件108可以是开口环、平头接头(square joint)或另外类型的连接件或连接点。事实上，具体的连接件要根据各种运作条件和设计规范来选择，因此可由本领域的技术人员选择。此外，连接件可设置在凸缘的沟槽中，以便提供缝隙、裂缝、开口，流体能通过它们部分来渗漏以帮助润滑联接器。

可使用各种密封连接件来降低流体速度，从而如果流体漏过密封之一，其不太可能漏过下一个密封。因此本领域的技术人员会使用和设计一系列的密封。

旋转联接器使用“密封”技术，包括密封单元98和可能的其它密封件，来确保适当的润滑而避免外部渗漏。可被称作“迷宫”技术的密封技术通过减慢流体向密封的移动而减轻过压(过载压力)，所述过压对密封可能是破坏性的，由此，增加密封的寿命和耐久性。如上所述，由于流体在到达联接器的端部之前被强迫流入各种壁、表面、刻痕、连接件、角、小开口或其它“障碍物”，润滑流体的速度被有利地消减和减小。在数个实施方式和应用中，在密封单元98之前，通过螺帽和凸缘部分间的接触形成屏障，从而在密封之前并在密封的帮助下减缓流体。因此，在有些实施方式和应用中，由于流体被推动通过这些障碍物，其润滑内部而同时损失速度，从而不能溢出或漏出联接器。

更进一步，使用“逐渐的密封”(一系列的密封点)结合元件的布置的技术为各种应用提供效力。如上文中提及的，系列的密封“逐渐地”消减了流体的速度并最终高效地将流体密封在联接器内。

例如，在高压的情况下，在通过螺帽和凸缘部分间的接触形成屏障之前，更可取的是存在两个支承环和两个O形环用于密封。

要指出的是，根据所期望的应用，可使用各种各样的密封技术。当管线以给定的流速输送流体时，密封技术必须能处理流体速度；然而当具有给定的恒定流体压力而不是流量时，密封技术应该提供用以处理给定的压力。

参考图18a-20b，旋转联接器50的另一个优选实施方式包括多个凸形元件52和螺帽56，它们与适合的球形或圆形壳体54相结合。如在上文中提及的，第二凸形元件52b的后端面69相对于第一凸形元件52a起到壳体54的内轴向表面的作用，反之亦然。在此实施方式中，设置在凸形元件52a、52b上的轴向间隙的量取决于当被安装在壳体54中时突出部86a、86b之间的距离和凸缘部分74a、74b的宽度。这种“双”旋转联接器在旋转能力、适应性和功能性方面提供某些有利之处。

因此应该清楚，图3-7和17的实施方式能实现凸形元件52相对于壳体54和螺帽56沿纵轴线方向的转动；图19的实施方式能使两个共轴凸形元件52a和52b相对于壳体54和螺帽56a、56b的独立转动；图18a、18b、20a和20b的实施方式能使多个相邻凸形元件沿间隔开且平行的轴线的独立转动。可替代的是，凸形元件可布置在单个壳体中，以便每一个围绕平行于或不平行于其它转动轴线的轴线转动。

构造的材料

旋转联接器50的元件可以包括各种材料。在优选实施方式中，凸形元件52、壳体54和螺帽56由碳钢构成。不锈钢或其它金属合金也可以使用。可替代的是，这些元件可由聚合物材料制成，特别是给与低摩擦性易于转动的那种。这些材料的示例是象6/6尼龙，并且更特别是Nylatron

材料组。

在高压应用中，如在林业工业或重型液压系统中，旋转联接器更可取地由不腐蚀金属构成，如不锈钢，更可取的是其表面镀锌或镍。金属可被处理以提供硬度特性和其它所需要的性质。

支承环更可取地由PTFE构成而O形环更可取地由腈构成。滑动环更可取地由

材料组而构成。

在化学工业如石油化学工业中，各种各样的流体—碳氢化合物、酸、碱、粘稠的或牛顿流体等—可在精炼厂、工厂内，在反应器或运输车辆内的输送管中传输。根据流体的化学性质，选择旋转联接器的材料要内抵抗或防止反应、降解、生锈、磨损和/或外部渗漏，视情况而定。

另外，旋转联接器内部的支撑表面可以进行专门的处理或涂布以在其上赋予低摩擦性质。精密修平或提供对超细光滑敏感区的材料的层可在旋转能力上给予改进的性质，特别是在高流体压力时。

旋转联接器的制造

本发明的旋转联接器50开可通过各种加工工艺来制造，最主要的是根据构造的材料和想要的最终应用领域。

通过示例，林业工业需要旋转联接器来互连液压输送管以便加压各种伐木机头、关节臂、转动和倾动机构、吊臂、以及其它设备。冲击液压系统被频繁用于这样的设备，并且涉及的压力范围在50-4000psi，有时对于某些设备高达5000psi。在这些应用中，碳钢被更可取地以高精度机加工以制造联接器的凸形元件、壳体和螺帽。

另外一个示例，在水或其它低粘度流体的传输中，旋转联接器可由轻质金属制成，这是因为操作压力经常比重型压系统低很多。可以将塑性材料进行机加工或牢固地固定在一起来构造联接器。

可以使用多种耐久性处理工艺来通过加强表面的耐久性(硬度、光滑度、弹性、多孔性、以及技术人员已知的其它性质等)增加产品的耐久性和/或硬度。处理材料的不同技术可以依照或根据应用或要使用的流体来应用。在某些压力下，流体(液压流体或预加润滑剂)可容易地确保所需润滑以避免元件的过早磨损。旋转联接器可实现内部部件的摩擦面以及内部润滑的增加，而不增加起作用部件的体积。

总的来说，需要依据本发明旋转联接器的一些领域和应用是林业设备、泵和造纸设备、通用设备、重型车辆如垃圾车、注射模制成形设备、轧钢设备、软管绞盘和其它很多领域。

当然，在此所述并在附图中示出的实施方式可进行大量的修改而不偏离实际上已经发明出的内容。

Claims (37)

1.一种自润滑旋转联接器，其用于提供含有提供润滑的流体的第一和第二管线间可旋转互连，所述联接器包括：

·壳体，其包括：

- 内表面，该内表面包括至少一个径向表面和至少一个轴向表面，所述内表面限定具有开口端部的腔；和

- 端口，其具有在其中贯穿的孔，该孔与腔进行流体连通，该端口可与第一管线连接；

·凸形元件，其具有在其中贯穿的孔，该凸形元件包括：

-柄部分，其具有可与第二管线连接的端口；和

- 凸缘部分，其从柄部分径向向外延伸，凸形元件可插入壳体的腔内以使凸缘部分能够配合地邻接至少一个径向表面，并能使凸形元件的孔和壳体的端口的孔流体连通，所述凸缘允许渗漏，使得来自孔的流体在所述凸缘与所述内表面之间部分被渗漏；和

·螺帽，其可紧固在壳体的腔内并围绕柄部分以径向限制柄部分，该螺帽具有轴向延伸并进入所述腔内部的突出部用于轴向地限制凸缘并允许在其间渗漏，该螺帽还允许凸形元件相对于壳体和螺帽围绕柄部分的纵向轴线转动，由此能使第一和第二管线旋转地相互连接。

2.依据权利要求1的联接器，其中，凸缘部分与所述柄整体地形成。

3.依据权利要求2的联接器，其中，凸缘部分是径向连续且是对称的。

4.依据权利要求3的联接器，其中，凸缘部分是坚固的并为盘形且相对于柄部分以大约90°延伸。

5.依据权利要求4的联接器，其中，凸缘部分具有处于相对且平行关系的第一和第二外端面，第一外端面面对螺帽的突出部，而第二外端面面对壳体的内轴向表面。

6.依据权利要求5的联接器，其中，凸形元件的孔和壳体的孔每个包括内部流体接合处，该接合处与相应的其它接合处相对，并且其中，凸缘部分在腔内具有适量的轴向间隙。

7.依据权利要求6的联接器，其中，在流体压力下，第一外端面直接压靠螺帽的突出部，同时与其相对地能可转动地滑动，而第二外端面被保持成与内轴向表面相间隔的关系。

8.依据权利要求7的联接器，其中，螺帽的突出部和凸缘部分的第一外端面相接触而形成流体屏障以阻碍流体超出其而渗漏。

9.依据权利要求6的联接器，进一步包括至少一个密封单元，其设置在螺帽和柄部分之间并可邻接地靠着螺帽和柄部分，该至少一个密封单元在凸形元件和内表面之间以及在凸形元件和螺帽之间密封流体。

10.依据权利要求9的联接器，其中，所述至少一个密封单元包括至少一个环，并且螺帽进一步包括至少一个内环形槽，从而所述至少一个环可部分插入其中。

11.依据权利要求10的联接器，其中所述至少一个密封单元包括：

·由塑性材料构成的环形部分，环形部分具有两个相对的端部；

·在环形部分相对的端部径向围绕环形部分设置的两个环；并且

其中螺帽进一步包括两个内环形槽，从而两个环分别部分地可插入其中。

12.依据权利要求6的联接器，其中，所述适量的轴向间隙是在大约0.005英寸和大约0.08英寸之间。

13.依据权利要求12的联接器，其中，所述适量的轴向间隙是在大约0.03英寸和大约0.08英寸之间。

14.依据权利要求6的联接器，进一步包括减小摩擦的滑动环，该滑动环围绕柄部分并且设置在螺帽的突出部与凸缘部分的第一外端面之间。

15.依据权利要求14的联接器，其中，滑动环具有平盘形状。

16.依据权利要求14的联接器，其中，滑动环具有O形环形状。

17.依据权利要求14的联接器，其中，滑动环由选自Nylatron

材料组、Nyloil^TM、Nycast^TM、聚四氟乙烯和陶瓷组成的组的材料组成。

18.依据权利要求6的联接器，其中，接合处的每一个相对于相应的另外接合处变开放地逐渐成锥形。

19.依据权利要求18的联接器，其中，每个接合处为截头圆锥形。

20.依据权利要求19的联接器，其中，每个截头圆锥形接合处具有约60°的角度。

21.依据权利要求4的联接器，其中，凸缘部分在腔内具有适量的径向间隙以利于润滑和转动。

22.依据权利要求21的联接器，其中，所述适量的径向间隙在大约0.005英寸和大约0.08之间。

23.依据权利要求22的联接器，其中，所述适量的径向间隙在大约0.015英寸和大约0.03英寸之间。

24.依据权利要求3的联接器，其中，凸缘部分具有面对壳体的轴向内表面的凸出的弯曲表面。

25.依据权利要求3的联接器，其中，凸缘部分具有外周表面，该外周表面相对于壳体的径向内表面倾斜。

26.依据权利要求1的联接器，其中，凸缘设置在柄部分上，因而凸形元件在侧平视图中为T形。

27.依据权利要求1的联接器，其中，柄部分包括与柄部分的端口相对的区段，凸缘设置在该区段和柄部分的端口之间，使得凸形元件在侧平视图中为十字形。

28.依据权利要求1的联接器，其中，柄部分是圆柱形的。

29.依据权利要求1的联接器，其中，凸缘部分包括外圆周表面，所述外径向表面设置有至少一条外周刻痕。

30.依据权利要求1的联接器，其中，凸形元件的孔和壳体的孔是共线的。

31.依据权利要求1的联接器，其中，螺帽包括外螺纹，所述至少一个径向表面包括相应的内螺纹，以便将螺帽紧固在壳体的腔内。

32.依据权利要求1的联接器，其中，腔的开口端具有周缘并且螺帽包括在所述周缘上可邻接的唇缘。

33.依据权利要求1的联接器，其中，凸形元件的柄部分可延伸穿过螺帽从而柄部分的端口定位成超出螺帽。

34.依据权利要求1的联接器，其中，螺帽从柄部分的端口到凸缘部分围绕柄部分。

35.依据权利要求1的联接器，其中，壳体的内部径向表面和轴向表面整体形成。

36.依据权利要求1的联接器，其中，联接器被用于液压回路并且流体包括液压流体。

37.依据权利要求36的联接器，其中，液压回路是负载感应型回路。

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