CN1167218A - 改进的七巧板式锁合的压缩环 - Google Patents
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Abstract
一种带有机械式连接的压缩环，其中，在凸形部分上的舌状部件设有一个加大的头部，该头部由横向延展的对接面限定，该对接面与加大头部的侧对接面垂直，由此加大头部的侧对接面与加大头部的横向端部对接面之间存在着一个过渡曲线部分。一些横向延展的对接面的接头受到锻细作用以使材料以这样一种方式变位，即可以显著减小机械连接中凸、凹形部件沿径向彼此相对运动的趋势。
Description
本发明涉及一种带有所谓的七巧板式锁合(puzzle-lock)型机械连接的压缩环，该压缩环可以收缩在所需固定的物体上。
在本发明者的美国专利5,001,816和5,185,908中披露了带有所谓的七巧板式锁合连接的压缩环。这些现有技术的七巧板式锁合的压缩环己被证明是相当成功的。但是，它们在将其运送给用户的过程中有时会松脱。此外，对于这种压缩环的扣持能力而言仍需不断加以改进。
因此，本发明的一个目的就是提供一种能够以简单和低成本的方式消除前述缺陷的七巧板式锁合的压缩环。
本发明的另一目的在于提供一种上述类型的压缩环，这种压缩环的七巧板式锁合连接的扣持能力已得以改进。
本发明的又一目的是提供一种可以有效地防止在运输过程中松脱的七巧板式锁合的压缩环。尽管本发明者的前述专利中提到点焊、激光焊和利用中心冲头的材料变位，但是这些现有技术专利中没有提到任何特别是有关锻细操作的具体细节。
按照本发明的一个实施例，通过在过去承受扯裂或提拉(由环中的圆周力引起的应力所致)的关键区域内配置附加材料就可以改善七巧板式锁合连接的性能，同时又不会显著减小七巧板式锁合连接中用以吸收作用力的对接面的长度，这些用以吸收作用力的对接面沿着横向于压缩环的圆周方向的方向延展。这时，舌状构件的加大头部在其侧面与横向延展的端面之间配置有一个圆弧过渡结构，同时在位于加大头部起点处的横向延展的对接面与相应的在凸形构件上由七巧板式锁合连接的凹形构件上的凹槽所构成的相邻纵向延展对接面之间仍大体上保持矩形关系。
此外，按照本发明的一个优选实施例，七巧板式锁合的一定区域中的内、外压缩环表面要受到旋锻作用，从而使材料这样变位，即可以减小七巧板式锁合松脱的可能性并且可以提高七巧板式锁合承受径向力作用时的扣持能力。
在附图中仅出于图解说明的目的而示出了本发明的一个实施例，参照附图和下述说明将会更清楚地了解本发明的目的、特征和优点，其中：
图1为表示本发明的七巧板式锁合压缩环坯件在扁平状态下的平面图；
图2为由图1所示坯件制成的压缩环的轴向正视图；
图3为本发明优选实施例的七巧板式锁合连接的放大图；
图4为沿图3中的线4-4的剖视图；
图5为示于本发明者在先美国专利的图1中的现有技术的七巧板式锁合压缩环的局部平面图；
图6为示于本发明者在先专利的图2中的现有技术的七巧板式锁合连接的局部平面图；
图7为用来实现锻细操作的设备的示意正视图；
图8是类似于图4的放大截面图，示出了压缩环上承受锻细操作的区域的细部；以及
图9为表示锻尖细部的放大截面图。
现在参见附图，其中所有各图中相同的零部件采用了相同的参考标号，参考标号10分别代表用来制造压缩环的坯件11(图1)和用图1所示坯件11制成的压缩环(图2)。如同在上述专利中所说明的那样，沿机械连接中一定边缘横向延展的相互接合的吸力对接面用来吸收压缩环中的压缩力和拉力，这些对接面类似于一个七巧板型连接，并通常用标号13代表。包括这些对接面的机械连接13的凸形和凹形结构还用来使坯件11的两个端部11a和1b连接起来。七巧板式锁合连接13的凸端部分11b包括一个舌状扣持部分14，该舌状扣持部分14设有一个加大的头部15(见图1和图3)。加大的头部15包括沿侧向延展的凸耳16和17(见图3)，这两个凸耳16和17由线性侧向对接面31和32限定并接合在形状互补的扩大的凹陷部分22中，该凹陷部分邻近通道形凹陷部分21，该通道形凹陷部分21用来配接舌状部分14，而且此通道形凹陷部分21配置在位于坯件11的端部11a并总的由标号20代表的凹形部分上(见图1)。因此，舌状部分14和其加大的头部15分别嵌入凹陷部分20上的通道形凹陷部分21和加大的凹陷部分22中，凹陷部分20沿坯料11的纵向延伸(图1)，这样舌状部分14以其加大头部15从后面与对接面23和24相接合。
如果按照本发明所述的压缩环的机械连接13受到拉应力或压应力的作用，那么位于对接面23和24后面的端部11a的区域便存在着沿侧向移离舌状部分14的趋势，其结果是，可能使舌状部分14和其加大头部15一起由于通道状凹陷部分21的张开而被拉出或推出凹陷部分20。为了抵消这种趋势，在端部11b上机械连接的凸形部分的侧向区域内配置二个侧凸耳18和19，这两个凸耳18和19抵靠机械连接13的凹形部分中纵向延伸部分25和26上的沿纵向延伸的侧面25’和26’，以抵消两个部分25和26的任何侧向弯曲。正是由于专门配置了这两个凸耳18和19，才能有效地保护端部11a和11b的机械连接免受拉力或压力的影响。
在图5所示的本申请的现有技术的实施例中，加大的头部包括有半圆形结构的做成圆形的侧凸耳，而在图6所示的现有技术的实施例中，加大的头部为在其四个角具有直角的矩形结构。
现在会令人惊奇地发现，如果仅仅将图6所示的扩大头部的这两个角x和y的直角关系用做成圆弧形的构形来取代，就可以显著地提高机械连接的扣持能力。为了得到尽可能大的横向延展的对接面23和24，需要保持横向延展的对接面23、24与侧对接面31、32之间的直角关系。另一方面，过去的侧对接面31、32和加大头部15的横向延展的端面33之间的直角关系现在被改变成含有半径很小的四分之一圆的圆弧形结构。其结果是，在端部11a上凹形部分的区域41和42内存在的附加材料可以减小端部11a的侧面部分产生撕裂和/或拉脱的危险性。试验表明，采用这种新的结构可获得显著的改进。在实际上保持其它相邻对接面间的直角关系是为了保持横向延展的对接面，特别是旋锻区域50上的对接面12，而它们要尽可能的长。
根据本发明的一个实施例的另一个特征，沿着相互接合的对接面12和33构成的接头要在在图3中用虚线表示并由标号50和51代表的区域上受到通过采用或多或少的传统装置而产生的旋锻作用，以如图4和8中所示的那样移置材料，从而减小两个端部11a和11b之间压缩环沿径向作相对运动的可能性。
下列的表I表明：带有旋锻七巧板式锁合连接的压缩环的扣持能力与带有非旋锻机械连接的相同压缩环相比有明显的改进。在所有试验中，压缩环均由“Galfan”带钢材料制成，其标称直径为95.9mm。在收缩后，带宽为10mm，带厚为1.2mm。由于所有的试验都是使用在制造状态下的压缩环而进行的，即在收缩以显示出在运输过程中有较大扣持能力之前进行，所以所有的试验试样的直径均为99mm。旋锻试验试样具有三个旋锻区域，这些旋锻区域如图3中的虚线所示并总的由参考标号50和51代表，由此旋锻是在带钢内外如图4和图8所示以对称的方式进行的。试验设备采用常规的工作原理，用近似为π形、渐细的截段形成一内部的小圆结构和一外部的大圆结构。由此将压缩环试验试样置于截段的外圆周上，并以这样一种方式使渐细的圆形心轴状构件缓慢通过截段的内部圆形开口，即使锥形心轴状构件的径向尺寸逐渐增加，从而在截段上施加渐大的均匀径向力。通过利用诸如位于心轴状构件底部的测力传感器测量作用在锥形心轴状构件上的向下的作用力，把向下力乘以常数28.05就可以很容易地确定试验试样遭到破坏时的径向力。一共有20个相同的试验试样，只是其中的10个试样包含无旋锻机械连接，另10个试样包含旋锻机械连接，试验结果示于表I中。试验结果表明，在制造条件下，即在由收缩而进行安装之前，同样类型的压缩环的扣持能力可平均提高100％以上。遭受破坏时-即机械连接松脱时的径向力以牛顿为单位表示。
径向压力破坏试验
| 无旋锻牛顿 | 有旋锻牛顿 | |
| No.1No.2No.3No.4No.5No.6No.7No.8No.9No.10 | 347234246345274300283269275315 | 614599672613654640621724609628 |
| 平均值 | 288.8 | 637.4 |
表I
标称直径为95.9mm、带材宽度为10mm、带材厚度为1.2mm并且由“Galfan”带钢材料制成的压缩环的典型试样的尺寸如下所述。显然，这些尺寸仅用来说明一个实施例并未构成对本发明的限制，这是因为对于本领域中的技术人员来说，完全可以对这些尺寸加以改变。
在根据本发明所述的一个实施例的这个典型非限制性示例中，宽度为10mm的夹紧带的长度由收缩后压缩环的标称直径所要求的径向尺寸来确定。舌状构件上从与对接面12重合的横向线到加大头部15的横向最靠外对接面33的长度为7.5mm，加大的头部表面上从侧对接面31到另一侧对接面32的宽度为6mm，侧向凸耳18和19上从与对接面12重合的横向线到与对接面44重合的线的长度为2mm，从与对接面44重合的线到与面23，24重合的横向线的长度为2.5mm，并且加大头部的曲率半径为1mm。位于中心的舌状部分14的宽度为3mm，凸耳18和19的宽度为1.5mm，旋锻区域50的宽度为2mm，旋锻区域51的宽度为4mm，而夹紧带的厚度为1.2mm。以上所有尺寸均指平置状态下的坯件11。
如图4和图8所示，在图3所示的两个区域50和区域51上，在压缩环的外部11′和内部11″上按对称的方式进行材料移置。如图8所示，由旋锻产生的在压缩环10的内表面11′上的每个内凹口90和在压缩环10的外表面11″上的每个外凹口91均具有大约为0.35的深度，这些凹口分别由侧面90a，90b及91a，91b限定，由此各侧面90a，90b及侧面91a，91b对着一个大约为60°的角，并且它们相互间的交点以及它们分别与环11的内外表面11″和11′的交点以大约为0.1mm的半径做成圆形。较小的侧面90b到代表例如对接面12或33的剖切面92的距离约为0.6mm。
图7为表示用来实施锻细操作的装置的示意图，该装置包括一个芯形基体构件70，该构件具有一个外部上表面71和一个外部下表面72，每个表面均构成一个圆的一部分，而该圆的径向尺寸R与加工成的压缩环的内表面的径向尺寸相同。用所需力按任何通用的已知方式驱动的压印模75在相对固定的机器部件76中可被往复导引，从而在旋锻过程中作往复运动。由此芯形基体70以任何通用方式(未示出)紧固在相对固定的机器部件76上，并在芯形基体70的表面72上设置一个小突起73，该小突起73与例如在压缩环上的一个凹槽或小切口嵌合，从而将压缩环正确地定位以实现锻细操作。因此，基体70和压印模75都配置有小的旋锻齿(见图9)以进行旋锻操作。在使用按表I进行试验的那种类型的夹紧环的本发明的一个实施例中，沿对接面33的锻细操作的宽度约为4mm，而在对接面12的区域内的宽度约为2mm。基体构件70上的外表面71和压印模75在其延展位置处及机械部件76的内表面74和77之间的间距大体上等于夹紧带的厚度。
图9示出了设置在压印模75的表面74上和图7所示机器的基体构件70的表面71上的旋锻齿的形状，旋锻齿的位置是这样的，即如图8所示，在构成位于旋锻区域50和51内的压缩环的带钢材料的内、外表面11″和11′上产生材料变位。由于这些旋锻齿在表面74和71上具有基本上相同的形状，因此图9中只示出了表面74上的旋锻齿95和96。每个旋锻齿95和96分别由两个侧面95a，95b和侧面96a，96b限定，而相应的侧面95a，95b以及侧面96a，96b间的角度分别约为60°，并且它们相互之间的交点以及它们分别与表面74的交点以大约为0.1mm的半径倒圆。齿95和96的在两个侧面95a，95b及两个侧面96a，96b交点处从表面74起的最大外凸距离约为0.35mm。这些齿在周向上和宽度方向上的跨距与图3和图8中的旋锻区域50和51的尺寸相符，由此为两个旋锻区域50在旋锻压印模75的轴向上间隔配置了两个这种旋锻齿75。
下列的表(图2A-9A)和曲线图(图2B-9B)示出了图3和图4中所示各种压缩环在扣持能力方面的改进，这些压缩环由不同的材料制成，但均设置有上述的旋锻七巧板式锁合连接。在所有这些试验中，压缩环在测量之前将其直径收缩了4mm。在一台机器上再进行测量，在该机器上，收缩的压缩环沿着数个π形渐细的截段的圆形外表面放置，从而在内部形成一个直径较小的圆形开口，由此在预定的向下作用力的作用下迫使锥形心轴穿过该较小的开口，利用载荷传感器对上述预定的向下作用力进行测量，并由此得到径向力。在图2B-9B所示的图表中，径向力的单位为daN(牛顿×10)。
尽管已经参照附图对根据本发明的几个实施例进行了详细说明，但应该认识到，本发明并不局限于此，本领域中的技术人员可以很容易地作出各种修改和改进。例如，锻细操作可以是这种压缩环的整个自动制造的一部分，这一点在本发明者的待批申请(1996年5月21日递交，题为“用于自动制造七巧板式锁合的压缩环的机器”，D/21563)中有比较完整的说明，该申请的主题在此均作为本申请的参考文献。因此，本发明者希望本发明不受这些细节的限制并试图覆盖由所附权利要求的范围包括的所有变动和修改。
表2B
表3B
表4B
表5B
表6B
表7B
表8B
表9B
Claims (14)
1.一种具有一种机械连接的压缩环，所述连接具有在该压缩环的相应端部(11a，11b)上的互补的凹形部分和凸形部分，这种连接包括在凸形部分中的一个舌状延伸部分(14)，该舌状延伸部分(14)有一加大的头部(15)，从而适于以该加大的头部(15)从后面嵌入一个位于凹形部分中的形状互补的凹陷部分(22)中，其特征在于：所述头部(15)包括大体上沿横向延伸的对接面(23，24)，所述对接面(23，24)以与舌状延伸部分(14)的大体上沿纵向延伸的对接面大体上垂直的方式延伸；并且横向延伸的对接面(23，24)与大体上沿压缩环的纵向延伸的所述头部(15)的侧对接面(31，32)基本垂直；所述头部(15)的沿纵向延伸的侧对接面(31，32)与所述头部(15)的横向延伸的端部对接面(33)以弯曲部分相连接。
2.按照权利要求1所述的一种压缩环，其特征在于：上述各个端部(11a，11b)均设有附加的大体上沿横向延伸的相互接合的对接面；沿至少一些相互接合的对接面和端部对接面的接头设置有旋锻材料变位(50，51，90，91)，以限制端部之间出现相对径向运动的可能性。
3.按照权利要求2所述的一种压缩环，其特征在于：在所述接头的区域内，沿所述压缩环的径向内表面和外表面设置材料变位(90，91)。
4.按照权利要求3所述的一种压缩环，其特征在于：上述材料变位(90，91)大体上对称地配置在一个相应接头处的径向内表面和外表面上，并且上述材料变位是通过由旋锻形成的深度较小的凹口(90，91)来实现的。
5.按照权利要求1-4中任一项所述的一种压缩环，其特征在于：弯曲部分大体上为四分之一圆，并且弯曲部分的曲率半径较小。
6.一种强化机械连接的方法，该机械连接包括在压缩环内避免意外松脱的互补性凸形和凹形端部(11b，11a)，其中机械连接在其凸形和凹形部分上具有横向延伸的、相互嵌合的吸力对接面，上述方法包括以下步骤：使得至少一些横向延伸的对接面承受锻细作用(50，51)，从而引起由上述对接面形成的接头处的材料变位。
7.按照权利要求6所述的一种方法，其特征在于；锻细作用是在接头的区域内沿所述压缩环的内表面和外表面进行的，并且锻细作用是相对于相应接头处的内表面和外表面对称地进行的。
8.按照权利要求6或7所述的一种方法，包括以下步骤：冲压出带有凸、凹端部(11b，11a)以构成机械连接的互补性部分的平坦坯件，所述机械连接具有一个舌状延伸部分(14)，该舌状延伸部分(14)的凸形部分具有一个加大的头部(15)，所述机械连接还具有位于所述凹形部分上并与上述舌状延伸部分和扩大的头部互补的凹陷部分(22)，以及大体上沿横向延伸的对接面，所述头部(15)的基本上沿横向延展的对接面(23，24)与相邻的舌状延伸部分的大体上沿纵向延展的对接面和所述头部的侧相邻对接面(31，32)形成近似垂直的角，同时从上述侧相邻对接面(31，32)到所述头部的对接端面(33)配置一段过渡曲线；以及至少在对接端面的区域内进行前述的锻细作用。
9.一种从扁平的带钢材料制成具有在其凸、凹端部上的机械连接的压缩环的方法，包括以下步骤：冲压出带有凸、凹端部以构成机械连接的互补性部分的平坦坯件，所述机械连接具有一个舌状延伸部分(14)，该舌状延伸部分(14)的凸部(11b)带有一个加大的头部(15)，所述机械连接还具有与上述舌状延伸部分和加大的头部互补的位于上述凹形部分内的凹陷部分；以及大体上横向延展的对接面，所述头部(15)的大体上横向延展的对接面(23，24)与相邻的所述舌状延伸部分(14)的基本上沿纵向延伸的对接面和所述头部(15)的侧相邻对接面(31，32)形成近似垂直的角，与此同时从上述侧相邻对接面(31，32)到所述头部的对接端面(33)之间配置了一段过渡曲线。
10.一种由带钢材料的坯件制造而成的压缩环，所述坯件有在其各个端部上呈互补的凸、凹形部分(11b，11a)的机械连接，所述坯件的两个端部相互接合以闭合成压缩环，上述凸、凹形部分(11b，11a)具有互补性的大体上横向延展的吸力对接面，其特征在于：在压缩环上至少一个上述横向延展的对接面的区域(50，51)内，压缩环的内、外表面上存在着旋锻材料变位装置(90，91)，从而可以减小意外松脱的可能性，上述旋锻材料变位装置构成了深度较小的凹口(90，91)，每个凹口由长度不等的两边(90a，90b；91a，91b)构成，并面对一个锐角，该锐角最好约为60°。
11.按照权利要求10所述的一种压缩环，其特征在于：两个边中较短的边(90b，91b)大体上沿径向延展，而两个边中较长的边(90a，91a)延伸过由一对相应的对接面形成的接头(92)。
12.按照权利要求10或11所述的一种压缩环，其特征在于：上述两个边(90a，90b；91a，91b)彼此相交，其相交处有一具有小曲率半径的曲线过渡部分；上述两个边与压缩环外表面的相交处含有小曲率半径的曲线过渡部分；所述两个边相交处的最大径向深度约为0.35mm；旋锻装置相对于由一对相应的对接面形成的接头以基本上对称的方式设置在压缩环的内、外表面上；以及上述曲率半径约为0.1mm。
13.按照权利要求10、11或12中任一项所述的一种压缩环，其特征在于：上述凸形部分包括一个具有加大头部(15)的舌状延伸部分(14)，所述加大的头部(15)适于接合在在凹形部分(11a)上形成的互补性凹陷部分(22)中，在从圆周方向看去时，所述头部(15)的末端(33)和上述凹陷部分(22)内的互补表面构成设有旋锻装置(51)的大体上沿横向延伸的对接面。
14.按照权利要求10至13中任一项所述的一种压缩环，其特征在于：旋锻装置相对于由一对相应的对接面形成的接头(92)以基本上对称的方式设置在压缩环的内、外表面上。
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