CN1053401C - 给导管开槽的装置 - Google Patents

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Abstract

一种装置，它包括：一夹持模，此夹持模将一浮置式卡盘固定在导管内部的适当位置处，而浮置式卡盘则配备有一带槽卡盘；一开槽件，此开槽件包括一旋转轴承罩，旋转轴承罩包容着滚珠以形成带槽的管；以及一成形压模；所述装置的特征在于：(a)轴承罩包括：一支承部件，此支承部件的内部轮廓在轴向断面上包括一段圆弧；以及一用于该轴承罩的挡板；(b)润滑装置。

Description

给导管开槽的装置
本发明涉及到带槽的导管，这种导管通常用作空调装置的热交换件。具体地说，本发明涉及到给导管内表面开槽的装置。
从日本专利申请书第52-103905号(公开文件第61-59806号)、第54-10760号(公开文件第59-12365号)以及第55-19448(公开文件第56-117827号)中已知有多种给导管开槽的装置，其中有些在美国专利第4373366号中也有所涉及。
一般地说，这些导管开槽装置包括三个与所要开槽的导管的轴线同轴的部件，它们是：——位于所述导管前端的夹持模，此夹持模将一浮置式卡盘固定在所要开槽的导管内部的适当位置处，而该浮置式卡盘则配备有一个自由端承载着带槽卡盘的连杆；——位于上述夹持模下游处(相对所要开槽的导管方向)的开槽件，此开槽件包括一旋转轴承罩，旋转轴承罩包容着滚珠(或具有同样功能的部件)，滚珠(或具有同样功能的部件)逆着所述的带槽卡盘挤压导管的壁面，以便形成内部有槽的管；——以及位于上述开槽件下游处的成形压模。
在本申请书中，“轴承罩”一词指的是开槽件的组成部分，它通过将所说的滚珠压贴在导管的壁面上而使得这些滚珠绕所要开槽的导管旋转。
在对导管内部开槽的过程中，本申请人用已知的方法进行了实验，具体地说，这些方法在日本专利公开文件第55-103215号的图2(或美国专利第4373366号的图2)中有所说明，并得出如下一些结论：*   一方面，在没有所要开槽的导管的情况下，滚珠轴承罩(在美国专利第4373366号的图2中标号为17)并不便于放入滚珠或使滚珠固定在适当的位置处。事实上，使用这种类型的轴承罩，由于需要将滚珠放入轴承罩的空隙内，因此无法将滚珠固定在适当的位置上。*   另一方面，由于存在滚珠的压力，因此轴承罩的压痕是很明显的，这就会引起尺寸的变化，从而很难预计成批的正常质量的产品量。*   此外，已注意到滚珠会很快磨损且轴承罩会很快损坏，这可能与前一点有关。*   最后，由于要更换轴承罩及滚珠，但很难迅速地进行这类更换操作。
本发明涉及到这样一种装置，它能解决前述问题，并通过使用一种具有长期使用寿命的廉价装置(指投资)来获得较高的生产率。
依照本发明，用于给导管开槽的装置包括：与上述所要开槽的导管的轴线同轴的夹持模。此夹持模将一浮置式卡盘固定在所要开槽的导管内部的适当位置处，而浮置式卡盘则配备有一个自由端承载着一带槽卡盘的连杆；位于上述夹持模下游处(相对于所要开槽的导管位移方向)的开槽件，此开槽件包括一旋转轴承罩，旋转轴承罩包容着滚珠，滚珠则逆着上述带槽卡盘挤压导管的壁面，以便形成内部有槽的管；以及位于上述开槽件下游处的成形压模；上述用于给导管开槽的装置的特征在于：
a)所述轴承罩包括：一支承部件，此支承部件的内部轮廓在轴向断面上包括一段圆弧，该圆弧构成了用于所述滚珠滚动的轨道，而且，此支承部件的曲率半径至少等于上述滚珠的半径；以及用于上述轴承罩的档板；
b)用于润滑上述滚珠与支承部件之间接触表面、滚珠与所要开槽的导管外表面之间接触表面以及滚珠与滚珠之间接触表面的装置。
如上述实例所示，当本申请人同时使用本发明的两个基本特征，即一是(开槽过程中的)活动件具有为本发明所固有的特殊内部轮廓的轴承罩。另一是对该轴承罩内所有部分加以润滑时，本申请人有关上述先有技术所面临的问题的上述所有论点均产生了根本性的变化。
依照本发明，所说的内部轮廓部分地与滚珠的曲率相配合，这与先有技术有很大不同，在先有技术中，基本上是滚珠/平面型点接触。此外，这一概念与专家的观点相差甚远，据此，鉴于存在高速旋转运动，所述滚珠最好具有最大程度的自由运动，以便不必在滚珠与轴承罩之间设置附加的连接件(摩擦式)。在这方面，滚珠/平面型点接触可能是最好的。
与已往的观念(减少滚珠与轴承罩壁面之间的接触)相反，本申请人业已发现，如果对滚珠作良好的润滑，那么，滚珠/轴承罩在一段圆弧上而不是在一点上的接触会导致完全不同的效果，此效果比先有技术中滚珠/轴承罩在一点上的接触所得到的效果要好得多。
图1显示了依照先有技术(美国专利第4373366号的图2，其标号已作了修改，以便与本申请的标号相一致)的用于给所要开槽的导管2开槽的装置1。这种装置从上游到下游(见轴线3上的箭头方向)以与导管的轴线3同轴的方式包括：*   一夹持模4，此夹持模夹持着浮置式卡盘5；*   一开槽件7，此开槽件包括一带有滚珠9的旋转轴承罩8，所述滚珠将要开槽的导管挤压在一带槽卡盘6上，而此带槽卡盘则用连杆24固定在距浮置式卡盘5的恒定距离处，上述旋转轴承罩与轴20成整体，轴20则靠滚珠轴承(无标号)固定在适当位置上并通过位于开槽件7下游部分处的滑轮(无标号)而旋转；*   一位于上述开槽件下游处的成形压模10。
图2a及2b沿轴向断面显示了本发明之旋转轴承罩8。在图2a中，轴承罩8是和夹持模4及开槽卡盘6一道显示的。图2b显示了放大的图2a中的轴承罩及滚珠。这两个图均未显示使轴承罩8旋转的轴20、下游处的成形压模10及润滑旋转轴承罩8内部的装置。
图3是经过本发明之整个开槽件7以及夹持模4的轴向剖面图，所述的夹持模4配备有将润滑剂25引导至该夹持模上游及下游处的装置23。开槽件7的固定部件用粗线表示，旋转部件则用细线表示。
固定部件：电磁心轴19；润滑轴承罩8内部的装置22，此装置包括一导管21和一外罩27，导管21以共轴的方式向滚珠9的下游基底18供应润滑剂25，而外罩27则回收被排出或循环的润滑剂25R。
旋转部件：轴20，此轴在其上游端承载着旋转轴承罩8，轴承罩8则配备有轴向安装在支承部件11上的档板12。在档板12的适当位置处开有孔洞，以便在离心力的作用下使在轴承罩8内流动的润滑剂25径向地排出。
图4a至4c以半个轴向剖面的形式显示了本发明之支承部件11的内部轮廓26的三个实施例。在图4a中，轮廓26包括一段圆弧13，此圆弧在“高”点15h处以切线的方式与平直部分14h相连接。在这种情况下，角α为90°，角β(角α的等分线与定向轴线3形成的角)为135°。
在图4b中，轮廓26包括一段圆弧13，此圆弧在“高”点15h处以切线的方式与平直部分14h相连接，在“低”点15b处以切线的方式与平直部分14b相连接。在这种情况下，角α为70°，角β为125°。角γ(上述圆弧一端的角坐标)为160°，角γ＇(上述圆弧另一端的角坐标)为90°。
在图4c中，轮廓26只包括一段圆弧13，此圆弧具有90°的角α。在这种情况下，支承部件11配备有能使档板12以可翻转的方式固定住的螺栓。
图5以垂直于轴线3的断面的形式显示了带有六个滚珠(为制图上的方便起见，以彼此相切的方式显示了这些滚珠)的开槽轴承罩的内部结构。
为了通过在一段圆弧上而不是象先有技术在一点上的压力将旋转运动及压应力传给滚珠9，圆弧13及滚珠应具有相近的曲率半径。“相近”一词是指滚珠的曲率半径至多小于圆弧曲率半径5％。
依照本发明，尽管可以如图4c所示那样内部轮廓26不带平直部分，但是，对该内部轮廓26来说，它最好包括至少一个位于圆弧13一端与一个平直部分(14h和/或14b)之间的切线连接部分。
如图4a及4b所示，内部轮廓26最好包括一个位于圆弧13与平行于轴线3的平直部分14h之间的所谓“高的”切线连接部分15h，从而使滚珠9具有预定的轴向间隔并可以说形成一个带有圆柱形壁面的轴承罩，该圆柱形壁面便于安装及拆除所说的轴承罩，这样即使在很高的旋转速度下也能确保上述支承部件的机械稳定性并提高具有稳定几何特征的带槽导管的产量。
内部轮廓26也可以包括一个位于圆弧13与平直部分14b之间的所谓“低的”切线连接部分15b，而连接部分15b则和轴线3形成介于45°与90°之间、最好是介于70°与90°之间的角。这种类型的连接部分会在滚珠9与支承部件11之间形成一个位于滚珠下游基底处的楔形空间，此空间便于导管21所传导的润滑剂25流向滚珠的下游基底18。
依照本发明，圆弧13具有在40°至90°之间的跨度(角α)，选择角α的等分线与上述轴线所形成的角度(角β)，以使之与滚珠在导管2的给定位移速度及旋转轴承罩8的给定旋转速度下与支承部件11的合力基本相适应。事实上，重要的是，基本上是滚珠与支承部件11内表面之间的接触曲线的圆弧13，不能太小，否则会遇到先有技术的问题(划伤轴承罩、快速磨损等)，但也不能太大，这样会导致过量引导滚珠(在角γ大于180°时降低了径向方向上的自由度，在角γ＇小于90°时降低了轴向方向上的自由度)。
事实上，依照本发明，所述滚珠最好具有轴向方向上的自由度，这就是为什么与支承部件11相连接的档板12会使滚珠9作一般为几个毫米的轴向运动的原因。
与此相似，业已发现，所述滚珠从没有径向方向的机械连接部分这个意义上说最好具有完全的自由，尽管在角γ＞180°时(角γ及γ＇＝所述圆弧的角坐标——见图4b)情况并不如此。事实上，如果象使用滚珠轴承罩的情况那样，所述轴承罩的内部轮廓在机械上限制了滚珠的自由度，那么，就会有不好的结果(快速磨损)。
本发明的第二个主要特征涉及到对滚珠及支承部件11内部的润滑。具体地说，依照本发明，重要的是，用于润滑接触表面的装置会持续地润滑滚珠的下游基底18，因而，润滑剂会不断地进入滚珠与支承部件11的内表面之间、滚珠与所要开槽的导管之间以及滚珠与滚珠之间。
所述开槽件包括一个电磁心轴或机械固定式的旋转心轴19，此心轴使得与轴承罩8相连接的轴20旋转，而轴承罩8则位于轴20的上游端处(相对导管位移方向而言)。利用润滑轴承罩8的装置22向滚珠下游基底供应润滑剂，装置22包括一共轴的固定导管21，此导管具有介于上述开槽后的导管2R的外径与轴20内径之间的直径，并在其下游端提供润滑剂且其上游端位于距滚珠9的下游基底18的很短的距离处(一般为几个毫米)。见图3。
最好在室温下(也可选择更低的温度)以取决于开槽状态(轴承罩的旋转速度及导管的位移速度)的可变流速向前述导管供应润滑剂，但一般是以能使润滑剂充当用于滚珠及轴承罩的冷却剂的流速向前述导管供应润滑剂。
所述的润滑装置最好还可以将润滑剂供给滚珠9的上游基底17。
为此目的，如果用在夹持模4上游及下游处润滑该模的装置23来向滚珠的上游基底17供应润滑剂，则是最好的，这样，导管2会凭借润滑了的外表面进入开槽件。
对给定的带槽管2R的外径来说，依照本发明，最好选择轴承罩8内部的圆柱形部分(所述支承部件的活动件，见图4a)的内径Di、滚珠的数量n与直径Db，从而使得少量的滚珠(对一般导管而言为5至8个)以彼此略有间隙(至多为1mm)的方式在轴承罩8内滚动，以便滚珠只能(在拆除档板12之后)轴向而非径向地离开上述轴承罩。在滚珠与滚珠之间为零间隙的极限情况下，Db、De、Di和n之间的关系满足等式
Figure C9410787300131
其中Di＝De+2Db。见图5。
依照本发明，选用轴承罩8的档板12以使滚珠不能沿其上游的轴向方向离开支承部件11，因此，能很容易地使档板12与上述支承部件相连接或使两者相分离，并且有助于润滑剂在轴承罩内的流动。如同从图3中推出结论那样，这就是为什么上述档板具有开有孔洞的部分或带槽部分的原因。
正如已经指出的那样，档板12使得滚珠作一定程度的轴向运动。但是，应该注意，由于上述的几何状态(选用了相近直径的少量的几个滚珠)，即使在没有导管和档板的情况下，滚珠也会停留在轴承罩8内，而且，由于能很容易且只花几分钟就可以检修或更换滚珠以及更换上述旋转轴承罩，因而这在实践中是很方便的。
本发明对滚珠及轴承罩的材料，具体地说对支承部件11的材料没有特殊要求。它们一般是钢基硬质材料，但也可以使用任何在应力下只有略微变形的材料、由钢合金以外的合金构成的材料或陶瓷材料。
就本发明之装置的尺寸而言，一般与所要开槽的导管的直径有关，正如只对图5进行的分析所表明的那样，在轴承罩带有六个滚珠的情况下，带槽管的外径De基本上等于滚珠的直径Db，而所述轴承罩的圆柱形部分的内径Di则等于3De＝3Db。
本发明的装置适于给直径一般在3mm至30mm或更大的范围内的导管开槽。
图2至图5说明了本发明之装置的实施例。在其它所有细节都相同(铜管(Cub1级)具有9.25mm的确定外径，带有六个钢滚珠的轴承罩的尺寸为9.50mm至9.60mm，此尺寸取决于导管的厚度及每米带槽管的重量，旋转速度为30000转/分，导管位移速度为30米/分)的情况下，本申请人在研究过程中业已进行了一系列的比较性试验。一般来说，所述导管仅在开槽件的上游处具有10.60mm的外径，而仅在开槽件的下游处具有9.60mm的直径。
具体地说，这些试验涉及到以下两点：
因素A为两个实施例之轴承罩的形状：
因素A1为本发明之轴承罩的形状(图2a及图2b)，
因素A2为改进后的先有技术的轴承罩(即图1中的轴承罩，但它带有一档板，此档板便于放入滚珠并能与六个滚珠一道运转)的形状；
因素B为对三个实施例的滚珠及轴承罩内部进行的润滑操作；
因素B1为本发明之上游及下游的润滑操作；
因素B2为对滚珠上游的润滑操作，
因素B3为无润滑操作。
进行了以下试验(因素A与B的相互配合)：
              表1
    因素A            A1            A2因素BB1                      试验11         试验21B2                      试验12         试验22B3                      试验13         试验23
对每个试验来说，分析了本装置的变化(滚珠及轴承罩的磨损)并测算了本装置的使用寿命，另一方面，还分析了所获得的产品及对其试验过程中特征的评价。定性地得出了下列结论：
所得到的结论：
      滚珠及轴承罩的磨损         导管尺寸的变化试验11    非常小的磨损               非常小的变化试验12    中等程度的磨损             略有变化试验13    快速划擦                   -试验21    划伤轴承罩                 中等程度的变化
      滚珠变成椭圆形试验22    划伤轴承罩的程度           中等程度的变化
      大于试验21                    大于试验21
      滚珠变成椭圆形试验23    非常明显的磨员                明显的变化
      金属剥落
其余试验与分析测定了在标准尺寸容差范围内保持尺寸不变时“滚珠加轴承罩”组件可以加工的导管的大小：
试验11：约10吨，即导管约为100千米
试验21：约1吨
试验23：约200公斤
其它试验：
还比较了所述各种装置的位移速度，并发现，就试验11中的装置而言，可以获得非常高的位移速度，一般大于70米/分并至少高于试验22或试验21中装置所允许的速度30％。
所以，很明显，本发明主要特征的配合会导致远远优于先有技术所具有的效果。
本发明具有多种优于先有技术的优点，其中多数业已提及，这里列举如下：*   简化了本发明的装置，具体地说，简化了旋转轴承罩，这可以转化成合理的投资及维护费用(不必调整所加工的轴承罩)；*   易于安装及拆卸轴承罩与滚珠：与图1(先有技术)的装置的安装困难性相比，安装操作(组配滚珠/轴承罩/轴)或拆卸操作所用时间约为5分钟(易于检修轴承罩)；*   轴承罩及滚珠具有较长的使用寿命：与先有技术的装置在有1吨产品之后需更换支承部件及滚珠相比，在有10吨产品之后才需更换支承部件11和滚珠；*   易于安装/拆卸，要根据不同的原始导管来维持带槽导管的特征(每米的重量、壁面的厚度)，或者相反，要在保持相同原始导管的同时改变带槽管的特征(每米的重量、壁面的厚度)，那么，就可以快速更换滚珠(改变直径)；*   超过10吨以上的恒定质量(稳定的几何特征的产量，而先有技术的装置则有较大的不均匀性；*   小尺寸的轴承罩，因而本发明装置的轴承罩具有较小的惯性，所以，用现有技术及具有9.52mm外径的导管就能获得45000转/分的旋转速度(用小直径的导管来获得较大的转速)，这对提高生产率是有利的；*   生产率：至少要比先有技术的生产率高出30％。
最后，对使用先有技术来给导管开槽的专家所面临的所有问题来说，本发明的装置代表了一种理想的方案。

Claims (14)

1.用于给导管(2)开槽的装置(1)，它包括：与所要开槽的导管(2)的轴线(3)对准的夹持模(4)，此夹持模将一浮置式卡盘(5)固定在所要开槽的导管(2)内部的适当位置处，而浮置式卡盘则配备有一自由端承载着带槽卡盘(6)的连杆(24)；位于夹持模(4)下游处(相对于所要开槽的导管的位移方向)的开槽件(7)，此开槽件包括一旋转轴承罩(8)，旋转轴承罩包容着滚珠(9)，这些滚珠则逆着带槽卡盘(6)挤压导管(2)的壁面，以便形成内部有槽的管(2R)；以及位于上述开槽件下游处的成形压模(10)；所述用于给导管开槽装置的特征在于：
a)轴承罩(8)包括：一支承部件(11)，此支承部件的内部轮廓(26)在轴向断面上包括一段圆弧(13)，该圆弧构成了用于上述滚珠滚动的轨道，而且，此支承部件的曲率半径至少等于上述滚珠的半径；以及用于轴承罩的档板(12)；
(b)用于润滑滚珠(9)与支承部件(11)之间接触表面、滚珠(9)与所要开槽的导管(2)外表面之间接触表面以及滚珠与滚珠之间接触表面的装置。
2.如权利要求1所述之装置，其特征在于，为了通过支承在一段圆弧上而将旋转运动及压应力传给滚珠(9)，圆弧(13)及滚珠(9)应具有相近的曲率半径(滚珠的曲率半径至多小于圆弧曲率半径5％)。
3.如权利要求2所述之装置，其特征在于，上述内部轮廓(26)包括至少一个位于圆弧(13)一段与一平直部分之间的切线连接部分。
4.如权利要求3所述之装置，其特征在于，上述内部轮廓(26)包括一个位于圆弧(13)与平行于轴线(3)的平直部分(14h)之间的所谓“高的”切线连接部分(15h)，从而使滚珠(9)具有预定的轴向间隔。
5.如权利要求3和4中任何一个所述之装置，其特征在于，上述内部轮廓(26)包括一个位于圆弧(13)与平直部分(14b)之间的所谓“低的”切线连接部分(15b)，而该切线连接部分(15b)则和轴线(3)形成了介于45°与90°之间的角。
6.如权利要求1所述之装置，其特征在于，圆弧(13)具有40°至90°之间的跨度，选定该圆弧等分线与上述轴线所形成的角(角β)，以使之与滚珠在导管(2)的给定位移速度及旋转轴承罩(8)的给定旋转速度下与支承部件(11)的合力基本相适应。
7.如权利要求1所述之装置，其特征在于，所说的润滑装置可将润滑剂供给滚珠(9)的下游基底(18)。
8.如权利要求7所述之装置，其特征在于，所说的润滑装置可将润滑剂供给滚珠(9)的上游基底(17)。
9.如权利要求1所述之装置，其特征在于，所说的开槽件包括一个电磁心轴或机械固定式的旋转心轴(19)，此心轴使得一端与轴承罩(8)相连的轴(20)旋转。
10.如权利要求9所述之装置，其特征在于，轴承罩(8)位于轴(20)的上游端处(相对上述导管位移方向而言)，而且，利用润滑轴承罩(8)的装置(22)来向滚珠的下游基底供应润滑剂，装置(22)包括一共轴的固定导管(21)，此导管具有介于上述开槽后的导管的外径与轴(20)内径之间的直径，并在其下游端处提供润滑剂且其上游端位于距滚珠(9)的下游基底(18)的几个毫米的距离处。
11.如权利要求8所述之装置，其特征在于，用在夹持模(4)上游及下游处润滑该模的装置(23)来向滚珠的上游基底(17)供应润滑剂。
12.如权利要求1所述之装置，其特征在于，直径为Db的滚珠(9)，在轴承罩8内以彼此间隙至多为1mm的方式滚动，考虑到支承部件(11)之活动件的内径Di，带槽管(2R)的外径De以及滚珠的数量n，直径Db满足等式arcsin(Db/Di)＝180/n，其中，在滚珠与滚珠之间为零间隙的情况下，Di＝De+2Db。
13.如权利要求1所述之装置，其特征在于，选用轴承罩(8)的挡板(12)以防止滚珠沿其上游的轴向方向离开支承部件(11)，因此能很容易地使挡板(12)与上述支承部件相连接或使两者相分离，从而有助于润滑剂在轴承罩内的循环。
14.如权利要求5所述之装置，其特征在于：所述“低的”切线连接部分(15b)与所述轴线(3)形成介于70°～90°之间的角。
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