CN111594685B - 两个管状部件的铰接式连接装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及铰接式连接装置(10)。该装置包括围绕主轴线(XX)的管状的第一部件(12)和管状的第二部件(14)，第一部件和第二部件分别包括凸形第一铰接构件(16)和凹形第二铰接构件(50)，第一铰接构件设置有形状为球形区段的端头(18)，第二铰接构件设置有互补座，以将第一铰接构件(16)的端头(18)能移动地接收在内部。第一铰接构件(16)构造成至少部分地被容纳在第一部件(12)内部并且贯穿第二铰接构件(50)而组装到第二部件(14)。第二铰接构件(50)构造成围绕第二部件(14)安装并且在第一铰接构件(16)上方组装到第一部件(12)，以使两个管状部件(12，14)通过两个铰接构件(16，50)的相互交叉组装到一起。

Description

两个管状部件的铰接式连接装置
技术领域
本发明涉及一种铰接式连接装置，具体地说，涉及一种用于连接两个管状部件使它们之间能够线性运动、成角度运动和旋转运动的铰接式连接装置。该铰接街头装置具体但是不限于应用在汽车技术领域，例如，将在涡轮增压器的出口处的进气管道和交换器(诸如内燃机的气-气或气-液中间冷却器)铰接地相互连接。
具体来说，这种进气管道通常由刚性或准刚性塑料材料制成，例如热塑性材料。该进气管道不旨在使其在操作中进行动态移动，而是基本上是固定的，而且取决于所需要的用途，由于例如在操作中或组装期间的热膨胀吸收了零件之间的相对位置的公差，其必然通常最多发生小的运动。
为了吸收在操作中的组装、安装和膨胀分散现象，进气管道例如由组装的柔性部件(诸如弹性的管件和套筒)和更刚性的部件(诸如热塑性的管件)制成。这些管道组装在不同的驱动构件上，同时具有一定的灵活性，因此允许处理分散现象。
然而，在压力下，这些柔性部件和刚性部件的连续连接在它们可能连接到的不同的紧固件上具有产生泄露以及引起应力和其它变形的风险。
因此，需要一种这样的铰接式连接装置，特别是位于两个刚性管状部件之间的铰接式连接装置，该铰接式连接装置通过吸收不同的公差来处理间隙，该公差包括其上可能组装有管道的机动化的部件(涡轮、交换器、节流阀体、用于在交流发电机上紧固的凸部等)之间的不同公差，以及管道自身所产生的公差，尤其是通过线性和旋转运动、成角度和轴向运动而产生的公差。
此外，这种铰接式连接装置必须支撑由进气管道特性所固有的应力，诸如在操作中对于发动机的压力、温度、(气、油蒸汽和燃料)密闭性、运动、组装和膨胀公差的耐受性。
背景技术
特别是从文献KR20130001142U中已知一种用于将第一金属连接管件和第二金属连接管件相互连接的铰接式连接器。为了实现将两个管件线性并且旋转地连接到一起，该连接器还包括置于两个管件之间的总体上球形的构件，其与管件中的一个配合形成球状接头，与管件中的另一个配合形成线性连接。此外，为了将不同的部件保持在一起，该连接器还包括使用螺纹件组进行保持的紧固环。
因此，对于这样的一种铰接式连接的连接器存在需求：其允许两个管状部件连接到一起，同时能够线性运动和旋转运动，并且易于组装而不需要工具或其它焊接或拧紧操作。
发明内容
为此，本发明的目的是提供一种铰接式连接装置，这种类型的铰接式连接装置包括：围绕主轴线的管状的第一部件和管状的第二部件，第一部件和第二部件分别包括可分离的凸形第一铰接构件和可分离的凹形第二铰接构件，第一铰接构件设置有形状为球形区段的端头(end head)，第二铰接构件设置有互补座以将第一构件的端头接收在互补座的内部，其特征在于，第一构件构造成至少部分地被容纳在第一部件内部并且贯穿(throughout)第二构件而组装到第二部件；在于第二构件构造成围绕第二部件安装并且在第一构件上方组装到第一部件，以使两个管状部件通过两个铰接构件的相互交叉(reciprocal intersection)来彼此联接；并且在于端头设置有弹性径向膨胀部分以用于将其围绕第二部件组装，并且第二部件包括下游突部以形成凸缘或卡圈来用于轴向地保持端头。
由于本发明，两个铰接构件的彼此相互交叉允许在不需要复杂的操作的情况下实现可靠地组装，例如仅简单的机械操作，诸如卡扣配合操作。
如容易理解的，根据本发明的装置具有多个优点。它不需要用任何工具来实现安装和拆卸，这是因为对于组件来说，它既不包括螺纹杆也不包括螺母，而仅具有易于彼此接合并且通过足够克服组装力的拉伸效果来释放的凸形构件和凹形构件。此外，由于构件具有圆形接触的表面，该连接装置能够相当大的角位移。
普遍来说，在本申请中，术语“上游”和“下游”是相对于在所示出的装置的实例中的流体的流动方向来定义的，即，在从第一部件沿着主轴线朝向第二部件的方向上定义。相似地，普遍来说，在本申请中，术语“内”和“外”、“下部”和“上部”以及“内部”和“外部”是相对于主轴线在径向上定义的。因此，沿着主轴线延伸的管状部件包括面对主轴线的内表面和背对其内表面的外表面。
根据本发明的铰接式连接装置可以包括以下所列举的特征中的一个或多个。
在优选的实施例中，该装置包括用于根据周向方向对两个管状部件进行角分度(angular indexing，角索引)的分度设备，该分度设备构造成使两个部件在旋转中相对定向和/或固定。
在另一个优选的实施例中，端头设置有弹性径向膨胀部分以用于将其围绕所述第二部件组装，并且第二部件包括下游突部以形成凸缘或卡圈以用于轴向地保持端头。
在另一个优选的实施例中，第二构件包括弹性径向膨胀部分以用于将其组装在第一部件上，并且第一部件包括外部径向突出突缘以用于径向地保持第二构件。
在另一个优选的实施例中，第一构件构造成在上游极限位置与下游极限位置之间的预定行程内沿着第二部件轴向地移位。
在另一个优选的实施例中，第一构件包括设置有径向肩部的内壁，该径向肩部构造成邻接形成在第二部件上的第一上游突部。
在另一个优选的实施例中，第二部件包括第二下游突部以用于轴向地保持该凸形第一构件。
在另一个优选的实施例中，第二构件包括形状大体上为球形区段的环形本体。
在另一个优选的实施例中，第一部件设置有形状为球形区段的张开的端部，该端部构造成在安装状态中基本上在第二构件的球形区段的轴向延伸方向上延伸。
在另一个优选的实施例中，该凸形第一构件和该第一部件包括这样的相互构造，该构造能够实现该装置的第一上游密封连接。
在另一个优选的实施例中，该凸形第一构件和该第二部件包括这样的相互构造，该构造能够实现该装置的第二下游密封连接。
在另一个优选的实施例中，该第一部件和该凹形第二构件各自包括端部边缘，该端部边缘在周向上界定突出的和凹入的互补的嵌套元件，这些突出的和凹入的互补的嵌套元件构造成使这些端部边缘能够彼此相互适配并且通过旋转锁定动作以预定转动量来进行组装。
附图说明
根据下文参考附图的描述，本发明的其它特征和优势将会变得明显，在附图中：
图1示出了根据第一实施例的铰接式连接装置处于组装构造中的立体图；
图2示出了图1的装置处于倾斜位置中的立体图；
图3示出了图1的装置处于分解构造中的立体图；、
图4示出了图1的装置处于第一位置中的轴向截面图；
图5示出了图1的装置处于第二平移位置中的轴向截面图；
图6示出了图1的装置处于第三倾斜位置中的轴向截面图；
图7示出了图1的装置的第一安装步骤；
图8示出了图1的装置的第二安装步骤；
图9示出了根据第二实施例的连接装置处于安装构造中的立体图；
图10示出了图9的装置处于分解构造中的立体图；
图11示出了图9的装置的第一安装步骤；
图12示出了图9的装置的第二安装步骤；
具体实施方式
具体来说，在图1中示出了根据本发明的第一实施例的铰接式连接装置。该装置总体上由参考标号10来表示。参考图1至图8来描述第一实施例。
如在图1和图2中清楚地看到的，装置10包括围绕主轴线XX彼此铰接地连接的管状的第一部件12和管状的第二部件14。在所示出的实施例中，管状的第一部件12例如是进气管道元件(未示出)，而管状的第二部件14是进气管道的第二部分。
普遍来说，在本申请中，术语“上游”和“下游”是相对于在所示出的装置10的实例中的流体的流动方向来定义的，即，在从第一部件12沿着轴线XX朝向第二部件14的方向上。相似地，普遍来说，在本申请中，术语“内”和“外”、“下部”和“上部”以及“内部”和“外部”是相对于主轴线XX在径向上定义的。因此，沿着主轴线XX延伸的管状部件包括面对主轴线XX的内表面和背对其内表面的外表面。
如图3所示，第一部件12与凸形第一铰接构件16相关联，该凸形第一铰接构件设置有形状为球形区段的端头18。
在所示出的实例中，凸形第一构件16包括阶梯式的管形本体，其包括形成端头18的下游管状部分以及成形为柱状端部件的上游管状部分20，该柱状端部件具有较小的直径。这两个部分18和20例如是通过形成外肩部的环形横壁22在轴向上划分界限。
优选地，凸形构件16构造成轴向地插入到第一部件12内部。为了这个目的，第一部件12包括总体上呈柱形管状形状的本体，该本体设置有自由的端部部分12A，将该端部部分的形状设置为接收凸形构件16的柱状端部件20。如图3所示，第一部件12包括张开的端部部分12A，通常将该端部部分成形为球形区段。这个张开的端部部分12A界定半圆形内腔，其内部可以接收柱状端部件20。
优选地，第一部件12和凸形构件16包括这样的相互构造：该构造能够实现第一密封连接26，该第一密封连接示意性地位于图4中用虚线表示的圆中。例如，第一部件12和凸形构件16在组装的状态下界定用于接收第一密封垫圈28的外围凹槽24，以形成第一密封连接26。这允许通过所述的密封垫圈28的径向夹紧来实现一个密封的组件。
位于第一部件12与凸形构件16之间的机械的第一密封连接26基本上是经由第一密封垫圈28向这两个部分之间施加承载力而产生的。例如，密封垫圈28产生从凹槽24轻微地向外延伸的过厚部，并且因此在安装第一部件12和凸形构件16期间被压缩于其中。
此密封垫圈28是例如弹性体O型垫圈，该垫圈在分别设置在两个部分中的每个上的两个柱状承载表面之间变平(压缩)。优选地，在没有O型垫圈28的情况下，凸形构件16可以在第一部件12的接收腔12A内部自由地滑动；在存在密封垫圈28的情况下，凸形构件16仅可以通过足够影响力的动作而在腔12A中滑动。在本发明的变型中，环形密封垫圈28可以是唇形的或者四叶形截面类型。
在图3所示出的实例中，凸形构件16的柱状端部件20旨在适配在第一部件12的端部部分12A内部，柱状端部件在其外壁上包括周向凹槽24以用于接收密封垫圈28。此外，优选地，柱状端部件20的内壁在端部处具有轻微的倒角(chamfer)，因此有助于其插入到第一部件12内部。此外，如图4至图6所示，凹槽24形成在柱状端部件20的带倒角的端部部分中。
此外，根据本发明，凸形构件16还组装到第二部件14。为了这个目的，优选地，端头18设置有弹性径向膨胀的端部部分，以用于将其组装在第二部件14周围。例如，端头18在端部处切口，并且例如在该部分中设置有能够弹性径向膨胀的轴向开口30或狭槽，以能够弹性变形而允许其适配在第二部件14周围。
优选地，端头18还设置有向内径向突出的内部端部突缘32，例如，将其形状设置为环形的钩。第二部件14还包括突部34，例如周向突部，将突部总体上成形为卡扣配合的凸缘或卡圈，以确保凸形构件16在其弹性返回之后轴向保持在凸缘34上。
当其适配在第二部件14周围时，凸形构件16通过弹性变形与凸缘34配合，以通过使环形的钩32弯曲而与凸缘34交叉，从而获得强制的卡扣配合。为了有助于卡扣配合操作，如图4所示，卡圈34和钩32可以设置有带倒角的表面，以使在卡扣配合操作期间，这些倒角接合并且彼此配合。
当然，凸形构件16和管状的第二部件14的组装可以用不同方式进行，而不脱离本发明的范围。
此外，优选地，凸形构件16和第二部件14包括这样的相互构造：该构造能够在装置10中实现第二密封连接36(图4)。因此，在该实例中，第二密封垫圈38插入到凸形构件16与第二部件14之间以使得密封连接36位于装置10的下游。在该实例中，第二密封连接36旨在确保装置10的环形连接的密封，这将在下文中更详细地描述。
如图4至图6所示，在组装后的构造中，凸形构件16的内壁的局部区域40布置成通过端头18来按压密封垫圈38并且将其压缩，例如在与突部34交叉之后，卡扣配合的弹性返回期间。可能地，虽然在图中未示出，凸形构件16可以在其局部区域40中设置有略微倒角的环形间隔，该环形间隔构造成通过和密封垫圈38接触而压缩。
为了这个目的，例如，第二部件14包括在其外壁上径向突出的一对周向肋42，以在它们之间界定周向凹槽44来接收第二密封垫圈38。优选地，密封垫圈38是O形圈、唇形或四叶形截面类型的弹性体环形密封件。
凸形构件16构造成在预定的行程内轴向地移位，该行程一方面受到上游突部42限制，另一方面受到下游突部34限制，在该实例中，下游突部由端头18的卡扣配合的凸缘34形成。优选地，为了调整其轴向的插入，凸形构件16包括在其内壁上的内肩部46，该内肩部构造成轴向邻接外部突部42，该外部突部形成在第二部件14的外壁上的上游。
如图3所示，根据本发明，管状的第二部件14包括凹形第二铰接构件50。该凹形第二铰接构件50包括互补座，以将第一构件16的端头18能移动地(movably)接收在内部。
在所描述的实例中，凹形第二构件50具有王冠或环形的总体形状，并且具有球形区段部分的形状，该球形区段部分具有较大直径端部54和较小直径端部52(图3)。凹形第二构件50旨在安装在第二部件14周围，这是通过将第二部件14贯穿环的孔口进行轴向插入而实现。优选地，在组装期间，较小直径端部52面对第二部件14，而较大直径端部54面对第一部件12。
凸形第一构件16具有部分地圆形轮廓，而第二构件50也具有部分地圆形轮廓，第一构件16所具有的外直径基本上等于凹形构件50的内直径，使得凸形构件16可以嵌套在凹形构件50内部，以便形成球形接头。具体如图4至图6所示，在轴向截面上，端头18所具有的外曲度与凹形构件50的内曲度互补。
当凹形构件50以自由并且可分离的方式安装在第二部件14周围时，凹形构件50还组装到第一部件12。优选地，该组装是通过将其较大直径端部边缘54强制地卡扣紧固在第一部件12的突部上来实现的。
为了这个目的，在所描述的实例中，凹形构件50在上游侧54上设置有径向突出的内部环形突缘56以形成卡扣配合式环形钩，优选地，该卡扣配合式环形钩在周向上延伸，并且第一部件12设置有径向突出的外部突缘58，该外部突缘也构造成通过交叉与凹形构件50的突缘56配合。此外，凹形构件50包括弹性径向膨胀部分以助于强迫卡扣配合。例如，凹形构件50在其端部边缘54上包括多个轴向狭槽53。可替换地，凸出的突缘56可以包括多个钩(例如，三个)以形成平均分布的卡扣配合角扇区。
根据本发明，凹形构件50在凸形构件16上方连接到第一部件12，使得两个管状部件12和14通过凸形构件16和凹形构件50的相互交叉来保持在一起。此外，凸形构件16构造成通过穿过凹形构件50而连接到第二部件14。
为了实现两个管状部件12和14之间的角分度(在一些管状回路的布置中，可以证明其是有用的)，装置10优选包括用于在两个管状部件12、14之间沿着周向方向的角分度的分度设备60，该分度设备构造成两个部件12、14在旋转中的相对定向，同时优选地留有周向间隙，以使两个部件12和14能够沿着周向方向相对旋转。
分度设备60包括例如用于将第一部件12和凹形构件50相对分度第一对62。第一对62是例如由分度指62A和缺口62B组成，分度指62A和缺口62B构造成在具有周向间隙的情况下彼此配合。分度指62A由例如径向的凸部形成，该径向的凸部由第一部件12承载在其外围端部边缘58附近。缺口62B例如形成在凹形构件50上位于其较大直径端部边缘54的一侧上。在安装期间，凹形构件50旋转以使缺口62B与凸部62A轴向地重合，这允许将第一部件12和凹形构件50分度。
此外，在该实例中，分度设备60包括用于将第二部件14和凹形构件50相对分度的第二对64。例如，第二对64由凸部64A和缺口64B组成。凸部64A承载在第二部件14上，并且缺口64B形成在凹形构件50中。凸部64A例如从端头18的卡扣配合的突部34径向地延伸。第二部件14和凹形构件50的相对旋转使得缺口64B和凸部64A重合以允许实现这两个部件的角分度。
在图9至图12中示出了铰接式连接装置的第二实施例。在该第二实施例中，与所示出的第一实施例相似的元件用相同的参考标号表示。
在第二实施例中，位于第一部件12与凹形构件50之间的角分度装置62由锯齿形的互补端部边缘70和72制成，这些端部边缘包括一些列齿状部和凹进部。在所描述的实例中，第一部件12包括径向突出的锁定锯齿74，并且凹形构件50包括构造成将锁定锯齿74接收到其内部的凹槽76。锁定锯齿74例如在第一部件12的锯齿形边缘70的齿状部上在周向上分布，并且凹槽76在凹形构件50的锯齿形边缘72的齿状部上在周向上分布。锯齿74包括例如在其纵向方向上沿着第一部件12的周向方向延伸的斜坡形状，以便有助于两个部件12和50的接合。
通过两个步骤在第一部件12和凹形构件50的旋转中来实现相对固定：一方面，互补的端部边缘72、70通过使得一个锯齿形边缘的凹进部与另一个锯齿形边缘的齿状部重合来彼此接合，然后，另一方面，通过转动某一量的旋转锁定动作来将锁定锯齿74带入到凹槽76内部耦接接合。
参考图1至图8，现在将根据第一实施例来描述铰接式连接装置10的主要操作方面。
首先，图3示出了处于未组装状态下的铰接式连接装置10。
在图7所示的第一步骤中，第一密封垫圈28定位在凸形第一构件16上位于穿过端部件20延伸的周向凹槽24的位置处。相似地，第二密封垫圈38定位在第二部件14上位于周向凹槽44的位置处。之后，凹形构件50通过其较小直径端部边缘52适配在第二部件14周围。凹形构件50和第二部件14的相对旋转允许使凸部64A与缺口64B重合并且因此使两个部分一起实现角分度。
在图8所示的第二步骤中，凸形构件16适配在第二部件14周围直到导致钩32弯曲，并且然后通过所述钩与第二部件14的周向径向突出部34交叉。在此适配期间，环形区域40挤压并且压缩在周向凹槽44内部的第二密封垫圈38。
最终，在最后的步骤期间，将第一部件12和已经由第二部件14、凸形构件16和凹形构件50构成的预先组装好的组件组装到一起。因此，第一部件12的分度标记62A预先定位成与设置在凹形构件50上的缺口62B相对。然后凹形构件50径向地弹性变形，从而卡扣配合在为此目的设置的第一部件12的端部突出突缘58上。
卡扣配合的交叉允许两个管状部件12和14彼此连接，同时留有能够根据主轴线XX成角度运动和线性运动的运动间隙。例如，参考图2和图6，第二部件14可以略微枢转(轴线XX’)。此外，可以在预定轴向行程内调整凸形构件16的轴向插入，所述预定轴向行程是在图5所示的极限位置与其中构件16用其肩部46邻接第二部件14的突部的极限位置之间。
当然，本发明不限于前文所描述的实施例。本领域技术人员还可以想到其它实施例而不脱离由权利要求所限定的本发明的范围。

Claims (9)

1.一种铰接式连接装置(10)，包括围绕主轴线(XX)的管状的第一部件(12)和管状的第二部件(14)，所述第一部件(12)和所述第二部件(14)分别包括可分离的凸形第一铰接构件(16)和可分离的凹形第二铰接构件(50)，所述凸形第一铰接构件设置有形状为球形区段的端头(18)，所述凹形第二铰接构件设置有互补座(32)，以将所述凸形第一铰接构件(16)的所述端头(18)能移动地接收在所述互补座的内部，其特征在于，所述凸形第一铰接构件(16)还包括与所述端头(18)相反的另一端部部分(20)以及将所述端头(18)和所述另一端部部分(20)彼此相连接的外肩部部分(22)，其中，所述凸形第一铰接构件(16)的所述另一端部部分构造成至少部分地被容纳在所述第一部件(12)内部，所述凸形第一铰接构件(16)还构造成贯穿所述凹形第二铰接构件(50)而组装到所述第二部件(14)；所述凹形第二铰接构件(50)构造成围绕所述第二部件(14)安装并且在所述凸形第一铰接构件(16)上方组装到所述第一部件(12)，以使管状的所述第一部件(12)和管状的所述第二部件(14)通过所述凸形第一铰接构件(16)和所述凹形第二铰接构件(50)的相互交叉而组装到一起；并且所述端头(18)设置有弹性径向膨胀部分以用于将所述端头围绕所述第二部件(14)组装，并且所述第二部件(14)包括下游突部(34)以形成凸缘或卡圈来用于轴向地保持所述端头(18)；其中，所述凸形第一铰接构件(16)构造成在上游极限位置与下游极限位置之间的预定行程内沿着所述第二部件(14)轴向地移位。
2.根据权利要求1所述的装置(10)，包括用于根据周向方向对管状的所述第一部件(12)和管状的所述第二部件(14)进行角分度的分度设备(60)，该分度设备构造成使所述第一部件(12)和所述第二部件(14)在旋转中相对定向和/或固定。
3.根据权利要求1或2所述的装置(10)，其中，所述凹形第二铰接构件(50)包括弹性径向膨胀部分以用于将所述凹形第二铰接构件组装在所述第一部件(12)上，并且所述第一部件(12)包括外部径向突出突缘(58)以用于径向地保持所述凹形第二铰接构件(50)。
4.根据权利要求1或2所述的装置(10)，其中，所述凸形第一铰接构件(16)包括设置有径向肩部(46)的内壁，该径向肩部构造成邻接形成在所述第二部件(14)上的第一上游突部(42)。
5.根据权利要求1所述的装置(10)，其中，所述凹形第二铰接构件(50)包括形状大体上为球形区段的环形本体。
6.根据权利要求5所述的装置(10)，其中，所述第一部件(12)设置有形状为球形区段的张开的端部(12A)，该张开的端部构造成在安装状态中基本上在所述凹形第二铰接构件(50)的球形区段的轴向延伸方向上延伸。
7.根据权利要求1或2所述的装置(10)，其中，所述凸形第一铰接构件(16)和所述第一部件(12)包括这样的相互构造，该相互构造能够实现所述装置(10)的第一上游密封连接(26)。
8.根据权利要求7所述的装置(10)，其中，所述凸形第一铰接构件(16)和所述第二部件(14)包括这样的相互构造，该相互构造能够实现所述装置(10)的第二下游密封连接(36)。
9.根据权利要求1或2所述的装置(10)，其中，所述第一部件(12)和所述凹形第二铰接构件(50)各自包括端部边缘(70，72)，所述端部边缘在周向上界定突出的和凹入的互补的嵌套元件，所述突出的和凹入的互补的嵌套元件构造成使所述端部边缘(70，72)能彼此相互适配并且通过旋转锁定动作以预定转动量来进行组装。
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