CN103797254A - 衬套组件和组装该衬套组件的方法 - Google Patents

Abstract

衬套组件（100）包括垫圈（110），该垫圈（110）包括限定为从其中穿过的开口（130）。圆柱体（120）包括尺寸设计为插入到垫圈的开口内的第一端（230）和相对的第二端（240）。圆柱体（120）由智能材料制造，该智能材料配置为当圆柱体的至少一部分被定位在垫圈的开口（130）内时选择性地扩张。

Description

衬套组件和组装该衬套组件的方法

技术领域

本发明总体涉及衬套，并且更具体地涉及包括衬套组件和分离的法兰的衬套系统。

背景技术

至少某些已知的衬套，比如一些已知的形状记忆衬套，通过在开口内扩张该衬套而被安装。例如，为了安装这种形状记忆衬套，热量和/或其他能量被施加以将衬套从拉紧的马氏体（martensitic）状态转换为成形的奥氏体（austenitic）状态。在转换过程中，衬套径向地向外扩张以填充开口并且由此变成以过盈配合的方式连接在开口内。通常，该扩张通过施加与初始施加的能量相反的能量而可逆转。例如，如果热量被用于将该衬套固定在开口中，那么当使用液态氮或一些其他冷却源将衬套显著冷却时，衬套通常可以被从开口移除。

然而，在至少一些应用中要求更复杂的衬套，其包括额外的特征和/或特性，比如法兰。基于衬套的用途，至少一些已知的具有法兰的衬套使用冷缩配合技术和/或使用由例如心轴施加的强力而被安装。然而，可以意识到的是，这种安装方法可能破坏衬套和/或其中安装衬套的结构，因此导致有缺陷的安装。这样，形状记忆衬套的使用可能被限制。而且，形状记忆技术通常不用于安装具有法兰的衬套，因为这种衬套的不同部分通常以不同的速率扩张。

因此，具有考虑到上述问题中的至少某一些以及可能的其他问题的方法和设备是有利的。

发明内容

一方面，衬套组件被提供。衬套组件包括垫圈，该垫圈包括被限定为由其中穿过的开口。圆柱体包括尺寸设计为插入到垫圈开口内的第一端以及相对的第二端。该圆柱体由智能材料制造，该智能材料被配置成当该圆柱体的至少一部分被定位在垫圈开口内时选择性地扩张。

另一方面，用于与垫圈一起使用的衬套被提供，该垫圈包括被限定为由其中穿过的开口。该垫圈包括圆柱体，该圆柱体包括尺寸设计为插入到垫圈开口内的第一端以及相对的第二端。该圆柱体由智能材料制造，该智能材料被配置成当该圆柱体的至少一部分被定位在垫圈开口内时选择性地扩张。

仍在另一方面，用于组装衬套组件的方法被提供。该方法包括将圆柱体的第一端定位在由垫圈限定的开口内。圆柱体由智能材料制造，该智能材料被配置成选择性扩张。当圆柱体的第一端被定位在垫圈开口内时，圆柱体被扩张。

仍在另一方面，提供了一种衬套组件，其包括：包含被限定为由其中穿过的开口的垫圈；和圆柱体，其包含尺寸设计为插入到垫圈开口内的第一端以及相对的第二端，该圆柱体由智能材料制造，该智能材料被配置成当该圆柱体的至少一部分被定位在垫圈开口内时选择性地扩张；其中该圆柱体被配置成以过盈配合的方式固定在垫圈开口内；其中垫圈进一步包含形成为具有第一配置的内表面，并且圆柱体的第一端进一步包含外表面，该外表面被形成为具有与第一配置基本互补的第二配置；其中垫圈进一步包含在垫圈开口周围环形间隔的多个槽口，并且圆柱体的第一端进一步包含多个凸起，其尺寸和取向被设计为匹配在多个槽口内；其中该垫圈进一步包含在垫圈开口周围环形延伸的凹陷的内轮缘，并且圆柱体的第一端包含唇缘，其尺寸和取向被设计为匹配在凹陷的内轮缘内，使得当圆柱体的至少一部分完全插入到垫圈开口内时，圆柱体的上表面与垫圈的上表面基本齐平；其中圆柱体由智能材料制造，所述智能材料包含形状记忆合金和形状记忆聚合物中的至少一种；并且进一步包含设置在垫圈和圆柱体之间的密封件。

仍在另一方面，提供了与垫圈一起使用的衬套，该垫圈包括被限定为由其中穿过的开口，该衬套包括圆柱体，该圆柱体包括尺寸被设计为插入到垫圈开口内的第一端以及相对的第二端，该圆柱体由智能材料制造，所述智能材料被配置成当该圆柱体的至少一部分被定位在垫圈开口内时选择性地扩张；其中圆柱体被配置为以过盈配合的方式固定在垫圈开口内；其中圆柱体的第一端进一步包含外表面，该外表面被形成为具有与垫圈的内表面基本互补的配置；其中第一端进一步包含多个凸起，该凸起的尺寸和取向被设计为匹配在垫圈的多个槽口内；其中第一端包含唇缘，该唇缘的尺寸和取向被设计为匹配在垫圈的凹陷的内轮缘内，使得当圆柱体的至少一部分完全插入到垫圈开口内时，圆柱体的上表面与垫圈的上表面基本齐平；并且，其中圆柱体由智能材料制造，该智能材料包含形状记忆合金和形状记忆聚合物中的至少一种。

仍在另一方面，用于组装衬套组件的方法被提供，该方法包含：将圆柱体的第一端定位到由垫圈限定的开口内，圆柱体由智能材料制造，该智能材料被配置成选择性扩张；并且当圆柱体的第一端被定位在垫圈开口内时，扩张圆柱体；其中扩张圆柱体进一步包含扩张圆柱体，使得圆柱体以过盈配合的方式固定在垫圈开口内；其中定位圆柱体的第一端进一步包含使第一端对准在垫圈开口内，该垫圈包括形成为具有第一配置的内表面，第一端包括外表面，该外表面被形成为具有与第一配置基本互补的第二配置；其中定位圆柱体的第一端进一步包含使第一端对准在垫圈开口内，垫圈包括在垫圈开口周围环形间隔的多个槽口，第一端包括多个凸起，该凸起的尺寸和取向被设计为配合在多个槽口内；并且，其中定位圆柱体的第一端进一步包含将第一端的唇缘定位在垫圈开口周围环形延伸的垫圈的凹陷的内轮缘内，使得当圆柱体的第一端完全插入到垫圈开口内时，圆柱体的上表面与垫圈的上表面基本齐平；并且进一步包含在圆柱体和垫圈之间定位密封件。

本文所描述的特征、功能和优势可以在本公开的各种实施例中独立实现，或者可以在其他实施例中结合，其进一步的细节可以参考以下说明书和附图得到。

附图说明

图1是示例性衬套组件的侧视图；

图2是图1中示出的衬套组件的底部透视图；

图3是示例性法兰组件的侧视图，该法兰组件可以与图1中示出的衬套组件一起使用；

图4是图3中示出的法兰组件的顶部透视图；

图5是示例性衬套组件的侧视图，该衬套组件可以与图1中示出的衬套组件一起使用；

图6是图5中示出的衬套组件的底部透视图；以及

图7是示例性方法的流程图，其可以被实施以组装图1中示出的衬套组件。

尽管各种实施例的具体特征可能在一些附图中示出而没有在其他附图中示出，但这仅仅是为了方便。任何附图的任何特征均可以结合任何其他附图中的任何特征被参考和/或要求保护。

具体实施方式

本文所描述的主题总体涉及衬套，并且更特别涉及包括衬套组件和分离的法兰组件的衬套系统。在一个实施例中，法兰组件是垫圈，该垫圈包括限定为从其中穿过的开口，并且衬套组件是圆柱体，该圆柱体具有尺寸被设计为匹配在垫圈开口内的第一端。圆柱体由配置成扩张的智能材料制造。如此，衬套组件和/或法兰组件可预见为可扩张的，因此使得形状记忆技术能够被用于衬套安装应用中。

本文所使用的“智能材料”涉及具有一种或更多种属性的材料，其通过使用外部激励而可选择性地改变，所述外部激励包括但不限于：应力、温度、湿度、pH、电场和/或磁场。如本文所使用的，“形状记忆材料”涉及形状通过使用外部激励可选择性改变的材料，所述外部激励包括但不限于：应力、温度、湿度、pH、电场和/或磁场。

如本文所使用的，以单数形式表述并且跟在词语“一个”或“一”之后的元件或步骤应当被理解为不排除多个元件或步骤，除非这种排除被明确表述。而且，参考本发明的“一个实施例”和/或“示例性实施例”不意图解释为排除同样并入了所表述的特征的已有的额外的实施例。

图1和图2均说明了包括法兰组件或垫圈110的示例性衬套组件100，以及连接到垫圈110的衬套组件或体120。图3和图4说明了垫圈110。图5和图6说明了体120。在示例性实施例中，垫圈110是基本平面的盘，其包括限定为从其中穿过的开口130。在示例性实施例中，开口130的尺寸被设计为接收其中的体120的至少一部分。更具体的，在示例性实施例中，垫圈110具有限定开口130的内表面140。在示例性实施例中，内表面140具有促使将垫圈110固定到体120的分层的或第一配置。更具体的，在示例性实施例中，内表面140包括上部部分150，其形成为具有上部内直径170，而下部部分160形成为具有下部内直径180，该下部内直径180小于上部内直径170。因此，在示例性实施例中，下部部分160是在开口130周围环形延伸的凹陷的内轮缘。

在示例性实施例中，上部部分150形成为具有上部部分高度190，而下部部分160形成为具有下部部分高度200。而且，在示例性实施例中，上部部分150是基本圆柱形的并且由连续的光滑壁限定，而下部部分160形成为具有连续壁，该壁包括在开口130周围环形间隔的多个槽口210。可替换地，内表面140可以具有使衬套组件100能够发挥本文所述功能的任何其他配置。

在示例性实施例中，体120是基本圆柱形的并且包括限定为从其中穿过的孔220。在示例性实施例中，体120具有第一端230和第二端240，该第一端的尺寸被设计为匹配在开口130内，所述第二端240与第一端230相对。而且，在示例性实施例中，第一端230具有外表面250，该外表面250具有使垫圈110能够固定连接到体120的分层的或第二配置。更具体地，在示例性实施例中，第一端230包括与上部部分150基本互补的唇缘260，以及从体120径向向外延伸的多个凸起270，并且所述凸起270与下部部分160或更具体地与槽口210基本互补。也就是，当体120完全插入到开口130内时，外表面250的至少一部分基本抵靠内表面140配合。在示例性实施例中，唇缘260具有唇缘外直径280，其略小于上部内直径170。而且，唇缘260形成为具有唇缘高度290，该唇缘高度290与上部部分150的高度大致相同。在示例性实施例中，体120形成为具有体外直径300，其略小于下部内直径180。而且，在示例性实施例中，凸起270的尺寸、形状和/或取向被设计为与槽口210配合。更具体的，在示例性实施例中，凸起270形成为具有凸起高度310，其与下部部分高度200大致相同。可替换的，外表面250可以具有使衬套组件100能够发挥本文所述功能的任何其他配置，包括但不限于：正方形或矩形形状的凸起、锥形形状的凸起、楔形形状的凸起、圆形凸起和/或不规则形状的凸起。

在示例性实施例中，体120由智能材料制造，该智能材料使体120或者更具体地使第一端230能够选择性扩张。智能材料可以包括但不限于形状记忆合金和/或形状记忆聚合物。在示例性实施例中，垫圈110由与用于制造体120的智能材料兼容的材料制造，比如但不限于装填碳的聚合物材料。例如，在示例性实施例中，用于制造垫圈110和/或体120的材料是充分抗腐蚀的和/或抗静电电荷积累的。可替换的，体120和/或垫圈110可以由使衬套组件100能够发挥本文所述功能的任何材料或材料的组合制造。

垫圈110和/或体120配置为相匹配，使得在组装时，垫圈110和/或体120相对彼此不旋转。例如，在可替换的实施例中，通过适当的力在垫圈110和第一端230之间形成过盈配合，使得垫圈110和/或体120不包括任何槽口210和/或凸起270。此外或可替换的，垫圈110和/或体120可以具有但不限于：多边形形状、正方形形状和/或椭圆形形状。垫圈110和/或体120可以具有使衬套组件100能够发挥本文所述功能的任意尺寸、形状和/或配置。

在衬套组件100的组装过程中，第二端240被插入到开口130中，并且体120轴向移动和/或旋转，直到第一端230接合开口130。更具体的，凸起270以紧密容限被定位在槽口210中，而唇缘260的下部表面320抵靠下部部分160的上部表面330定位。而且，当体120相对垫圈110定位而完全插入时，唇缘260的上部表面340与上部部分150的上部表面350基本齐平。

在示例性实施例中，体120或更具体地第一端230在开口130中扩张，使得在垫圈110和第一端230之间形成过盈配合。更具体的，在示例性实施例中，热量和/或其他能量被施加到体120以促使将第一端230从拉紧的马氏体状态转换为成形的奥氏体状态。在转换过程中，第一端230扩张以填充开口130，并且变为以过盈配合的方式固定在开口130中。此外，该扩张通过施加与初始施加的能量相反的能量而可逆转，比如通过液态氮的冷却。额外的或可替换的，密封件（未示出）可以被定位在垫圈110和体120之间，使得垫圈和体的接口被充分流体密封。在这种实施例中，衬套组件100可以适合用于燃料应用和/或液压应用中。

图7是示例性方法400的流程图，其可以被实施以组装衬套组件100。在示例性实施例中，体120的第一端230被定位410在限定在垫圈110中的开口130内。更具体的，在示例性实施例中，凸起270被基本定位在槽口210内以促使外表面250和内表面140的对准。而且，在示例性实施例中，唇缘260抵靠下部部分160设置以将体120完全插入到开口130中。更具体的，在示例性实施例中，唇缘260的上部表面340与上部部分150的上部表面350基本齐平，以促使将体120完全插入到开口130中。在至少一些实施例中，密封件被定位在垫圈110和体120之间，使得垫圈和体的接口充分流体密封。

如以上详细描述的，在示例性实施例中，体120由可选择性扩张的智能材料制造。在示例性实施例中，体120被扩张420以促使将第一端230固定在开口130中。更具体的，在示例性实施例中，体120被扩张420以将第一端230以过盈配合的方式固定在开口130内。

本文所述主题总体涉及衬套，并且更具体涉及包括衬套组件和分离的法兰组件的衬套系统。此处描述的实施例使与形状记忆衬套和法兰衬套相关联的益处能够实现。例如，此处描述的实施例使能增加开口的容限，增加维修和/或替换的容易度和/或减少对用于安装衬套组件的结构的损坏。

上文详细描述了使用具有法兰特征的形状记忆衬套的系统和方法的示例性实施例。该系统和方法并不限于此处所描述的具体实施例，而是系统的组件和/或方法的步骤可以独立地并且与本文描述的其他组件和/或步骤相分离地使用。每个组件和每个方法步骤也可以与其他组件和/或方法步骤结合使用。尽管各个实施例的具体特征可能在一些附图中示出而没有在其他附图中示出，但这仅仅是为了方便。附图的任何特征均可以与任何其他附图的任何特征相结合地参考和/或要求保护。

本说明书使用示例以公开实施例，包括最佳模式，并且也使本领域的任何技术人员能够实施该实施例，包括制造和使用任何装置或系统并且执行所包含的任何方法。本公开的专利性范围由权利要求限定，并且可以包括本领域的技术人员所想到的其他示例。如果其他示例具有的结构元件与权利要求的书面语言没有区别，或者如果这些其他示例包括与权利要求的书面语言无实质区别的等价的结构元件，则这些其他示例意图包括在权利要求的范围内。

Claims (13)

1.一种衬套组件，包括：

垫圈，其包括限定为从其中穿过的开口；和

圆柱体，其包括尺寸被设计为插入到所述垫圈的开口内的第一端和相对的第二端，所述圆柱体由智能材料制造，该智能材料被配置为当所述圆柱体的至少一部分被定位在所述垫圈的开口内时选择性地扩张。

2.根据权利要求1所述的衬套组件，其中所述圆柱体被配置为以过盈配合的方式固定在所述垫圈的开口内。

3.根据权利要求1或2所述的衬套组件，其中所述垫圈进一步包括形成为具有第一配置的内表面，并且所述圆柱体的第一端进一步包括形成为具有与所述第一配置基本互补的第二配置的外表面。

4.根据前述任一权利要求所述的衬套组件，其中所述垫圈进一步包括在所述垫圈的开口周围环形间隔的多个槽口，并且所述圆柱体的所述第一端进一步包括多个凸起，该凸起的尺寸和取向被设计为配合在所述多个槽口内。

5.根据前述任一权利要求所述的衬套组件，其中所述垫圈进一步包括在所述垫圈的开口周围环形延伸的凹陷的内轮缘，并且所述圆柱体的所述第一端包括唇缘，该唇缘的尺寸和取向被设计为配合在所述凹陷的内轮缘内，使得当所述圆柱体的至少所述部分完全插入到所述垫圈的开口内时，所述圆柱体的上表面与所述垫圈的上表面基本齐平。

6.根据前述任一权利要求所述的衬套组件，其中所述圆柱体由智能材料制造，该智能材料包含形状记忆合金和形状记忆聚合物中的至少一种。

7.根据前述任一权利要求所述的衬套组件，进一步包括设置在所述垫圈和所述圆柱体之间的密封件。

8.一种组装衬套组件的方法，所述方法包括：

将圆柱体的第一端定位到由垫圈限定的开口内，所述圆柱体由智能材料制造，该智能材料被配置成选择性地扩张；以及

当所述圆柱体的第一端被定位在所述垫圈的开口内时，扩张所述圆柱体。

9.根据权利要求8所述的方法，其中扩张所述圆柱体进一步包括扩张所述圆柱体，使得所述圆柱体以过盈配合的方式固定在所述垫圈的开口内。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其中定位圆柱体的第一端进一步包括使所述第一端对准在所述垫圈的开口内，所述垫圈包括形成为具有第一配置的内表面，所述第一端包括外表面，该外表面形成为具有与所述第一配置基本互补的第二配置。

11.根据权利要求8-10中任一项所述的方法，其中定位圆柱体的第一端进一步包括使所述第一端对准在所述垫圈的开口内，所述垫圈包括在所述垫圈的开口周围环形间隔的多个槽口，所述第一端包括多个凸起，该凸起的尺寸和取向被设计为配合在所述多个槽口内。

12.根据权利要求8-11中任一项所述的方法，其中定位圆柱体的第一端进一步包括将所述第一端的唇缘定位在所述垫圈的开口周围环形延伸的所述垫圈的凹陷的内轮缘内，使得当所述圆柱体的所述第一端完全插入到所述垫圈的开口内时，所述圆柱体的上表面与所述垫圈的下表面基本齐平。

13.根据权利要求8-12中任一项所述的方法，进一步包括在所述圆柱体和所述垫圈之间定位密封件。

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