TWI390140B - 具有斜角定向孔之聯軸器 - Google Patents

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John W Pierce
William M Mcpoyle
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Description

具有斜角定向孔之聯軸器
本發明關於用以使管元件以端對端關係結合在一起的機械聯軸器。
機械聯軸器被廣泛用在大量產業中，例如用在開礦、石油提取和精煉、化學物製造以及用在辦公室建築、倉庫、學校及類似地方所用防火系統當中。機械聯軸器提供優於使管元件結合在一起之其他方法例如熔接或銅焊的顯著優點，因為其允許利用簡單工具由較不具特殊技能之勞工進行一流體載送管路之組裝。在本說明書中，〝管元件〞一辭係指任何管狀物件或是具有一管狀樣式的組件。管元件包含管料、管接頭譬如彎管、管帽和三通以及流體控制組件譬如閥、異徑接頭、濾器、限流器、壓力調節器和類似物。
圖1示出一依據習知技藝之一機械管聯軸器10的實例。聯軸器10包括可定位為跨坐於一密封構件16及管元件18和20上的二(或更多)區段12和14。每一聯結區段12和14具有分別接合於管元件18和20使該等管元件以端對端關係固定的拱形表面22和24。在圖1所示實例中，拱形表面22徑向向內地突出且接合於管元件末端之溝槽26。其他實例包含具有被聯軸器接合之平滑末端、擴口末端或突起肩部的管元件。
密封元件16接合於管元件18和20二者且確保一流體密閉 結合作用。密封元件16較佳是一可撓彈性環，其被定位在聯軸器中由附接於一後壁34之一對側壁30和32界定的孔穴28內。密封構件16在聯結區段12和14被拉到一起形成管結合之時因為與該等聯結區段之側壁和後壁接觸而被擠壓至與管元件接合。
如圖2和3所示，聯結區段12和14可具有經定位在相反端之斜角定向表面36和38。該等表面之斜率經定向為在每一區段上相互相反。當兩區段上之表面經定位成相面對關係，譬如該等區段跨坐於管元件18和20上及該等區段被拉到一起之時，該等表面之滑移接合導致該等區段以一經定向為大致垂直於管元件16和18縱向軸線42的軸線40為中心相對於彼此以相反方向旋轉。區段12和14之相對旋轉正是所要，因為其迫使拱形表面22和24與管元件之溝槽26側表面達成接合且對結合處增添相關於所有軸線、亦即對於彎曲和扭矩之剛度，並且防止軸向膨脹或收縮。
除了上述斜角定向表面，還有其他構件能使聯結區段相對旋轉，譬如美國專利第5,246,257號所揭示干涉配合於弦月狀溝槽內之弦月狀突起，該專利之內容以引用的方式併入本文中，或是諸如美國專利第4,861,075號中揭示在附接凸緣中使用偏移洞，該專利之內容亦以引用的方式併入本文中。
為連結區段12和14，每一區段具有經定位在該等區段之相反端的連接構件。在圖2和3所示實例中，該等連接構件包括呈把柄樣式從該等區段往外延伸的突起44。該等突起 具有接收扣件譬如螺栓48和螺母50的洞46，該等和件在被繫緊時會導致區段12和14互往對方拉近。
儘管在某些情況中藉由以軸線40為中心轉動聯結區段使結合處之剛度提高是有利的，該等區段之此種旋轉經由密封構件16與側壁30和32之接合使該密封構件變形。最好不經由該等區段之旋轉致使密封構件之形狀扭曲。
本發明關於可互連管聯結區段，每一區段可定位為跨坐於一密封構件及與該密封構件接合之一管元件對之末端部分以使該等管元件以端對端關係固定在一起。每一區段包括一適於與該等管元件之外表面接界的拱形表面對。第一和第二連接構件經定位在該等拱形表面之相反端用以將一聯結區段可調整地連結到另一聯結區段。該等連接構件可調整繫緊以將該等區段拉到一起。第一和第二斜角定向表面經定位為分別相鄰於該第一和第二連接構件。該等斜角定向表面具有相反斜率。一區段上之斜角定向表面可定位為與另一區段上之斜角定向表面成相面對關係且在該等區段被拉到一起時相互接合。該等表面之接合導致該等區段以一經定向大致垂直於該等管元件之軸線為中心相對於彼此旋轉。一凹部經定位在該等拱形表面之間且沿該區段周向地延伸。該凹部經定向為相對於該軸線成斜角以收納該密封構件。在另一實施例中，該凹部經劃分成複數個扇形區，該等扇形區之至少一者經定向為相對於該軸線成斜角。在一特殊實施例中，該區段具有三個扇形區，其中二 個扇形區經定位在該區段之相反端。此二扇形區經定向為相對於上述軸線成斜角。
本發明亦包含一種管聯軸器，其可定位為跨坐於一密封構件及一管元件對之末端部分以使該等管元件以端對端關係固定在一起。該管聯軸器包括如前所述的聯結區段對。
本發明更包含一種使管元件之相面對末端部分以端對端關係固定在一起的方法。該方法包括：(a)提供一管聯軸器，其具有一端對端地相互附接的聯結區段對，該等聯結區段每一者具有適於與該等管之外表面接界的拱形表面，該等聯結區段每一者具有一經定位在該等拱形表面之間且沿該等區段周向地延伸的凹部，該凹部適於收納一密封構件，該凹部經定向為相對於一大致垂直於該等管元件之軸線成斜角；(b)將該等管元件之末端部分定位在該等區段之間；(c)將該等聯結區段拉到與該等管元件之外表面達成接合；(d)使該等聯結區段以該軸線為中心相對於彼此以相反方向旋轉藉以將孔穴定向為大致垂直於該等管元件。
圖4和5示出一依據本發明之管聯結區段52。區段52具有適於與管元件之外表面接界的拱形表面54和56。一孔穴58經定位在該等拱形表面之間。該孔穴係由側壁60和62及一附接於該等側壁之後壁64界定。斜角定向表面66和68經定位在聯結區段之每一端。表面66和68具有相反斜率，且當 其以相面對關係接合於另一區段上之相似表面時，其導致該等聯結區段以一大致垂直於由該聯軸器結合之管元件之縱向軸線的軸線70為中心相對於彼此以相反方向旋轉連接構件72和74經定位在連接構件52之相反端。在本實例中，該等連接構件包括有洞76的把柄，該等洞適於收納諸如螺栓和螺母之扣件以供使二聯結區段跨坐於管元件連結在一起。
在圖4和5所示實施例中，孔穴58有一具備一方位角78的斜角取向，該方位角係以旋轉軸線70為中心相對於一在連接構件72和74間延伸之基準線80測得。孔穴58之方位角78係由側壁60和62相對於一平行於基準線80之線81界定。方位角78在實務設計較佳小於4°，且可能取決於聯軸器大小及聯結區段之旋轉角度而在1/4°至4°範圍內。方位角78係以一相反於當聯結區段52與另一聯結區段接合時聯結區段52之相對旋轉方向的方向定向。此種定位角配置補償聯結區段之旋轉，使得大致垂直於管元件之縱向軸線(亦即與基準線80對準)的密封構件不因為側壁60和62與後壁64在聯結區段以軸線70為中心旋轉時發生之交互作用而被扭曲。因此，孔穴58經取角度為儘管聯結區段會相對於管元件及密封構件旋轉，密封構件依然會被大致乾脆地收納在該孔穴內且不因旋轉所致與該等側壁之一者強迫性接觸而被扭曲。
當聯結區段52以一與圖1和2所示相似之方式圍繞一密封構件及管元件相互附接時，其剛開始會因為孔穴側壁接合 於密封構件而以相反方向歪斜，該等孔穴如上所述經斜角定向。隨著各區段被帶柱管元件，拱形表面54和56剛開始會因為各區段之初始歪斜而不與管元件之溝槽對準。因此，該等拱形表面不會正確接合於溝槽。為減輕此種不對準的機會，最好將意料中會首先與管元件溝槽發生接合之拱形表面54和56外部區域83去角。
在圖6和7所示另一聯結區段實施例84中，孔穴86被劃分成複數個扇形區。在此實施例中有三個扇形區，其中二個末端扇形區88和90位於區段84之相反端，且一中間扇形區92位於該等末端扇形區之間。當有三個扇形區存在時，最好每一末端扇形區對上一約45°的角94且中間扇形區對上一約90°的角96。其他角度分佈亦屬可行。
孔穴86之末端扇形區88和90異於中間扇形區92之處在於其斜角取向。較佳來說，末端扇形區88和90分別具有約小於6°且更佳介於約1/4°與約6°之間的相應方位角98和100而中間扇形區92未依此處定義斜角定向。較佳來說，末端扇形區之方位角98和100具有相同量值和斜率。
該等聯結區段較佳由延性鐵鑄成，然亦可由塑膠模造或是從一金屬坯料機械加工製成。最好是在該等區段之鑄造期間而非藉由鑄造後之機械加工來賦予該孔穴之斜角取向。具有複數個扇形區之組態在用於聯結區段之鑄造之型樣的製備方面提供好處。這對於會變形以順應管元件形狀的聯軸器來說特別有利。因為各區段在以軸線70為中心旋轉期間的線性運動係在每一端為最大，故易於僅將末端扇 形區斜角定向而留下中間扇形區不受影響。相較於旋轉後會因為離旋轉軸線較遠之距離而橫越較大距離的末端扇形區，中間扇形區之相對有限橫越距離傾向於對密封構件有較小扭曲作用。
儘管以上所示實例聯軸器具有二區段及用以達成該等區段之相對旋轉的斜角定向表面，斜角定向孔可應用在各區段相對於彼此旋轉至聯軸器平面外之任何款式聯軸器中以避免密封構件扭曲。更進一步的實例包含具有4或更多區段的聯軸器以及具有用以達成相對旋轉之不同構件的聯軸器。
10‧‧‧機械管聯軸器
12‧‧‧聯結區段
14‧‧‧聯結區段
16‧‧‧密封構件
18‧‧‧管元件
20‧‧‧管元件
22‧‧‧拱形表面
24‧‧‧拱形表面
26‧‧‧溝槽
28‧‧‧孔穴
30‧‧‧側壁
32‧‧‧側壁
34‧‧‧後壁
36‧‧‧斜角定向表面
38‧‧‧斜角定向表面
44‧‧‧突起
46‧‧‧洞
48‧‧‧螺栓
50‧‧‧螺母
52‧‧‧管聯結區段
54‧‧‧拱形表面
56‧‧‧拱形表面
58‧‧‧孔穴
60‧‧‧側壁
62‧‧‧側壁
64‧‧‧後壁
66‧‧‧斜角定向表面
68‧‧‧斜角定向表面
70‧‧‧軸線
72‧‧‧連接構件
74‧‧‧連接構件
76‧‧‧洞
83‧‧‧拱形表面外部區域
84‧‧‧聯結區段
86‧‧‧孔穴
88‧‧‧末端扇形區
90‧‧‧末端扇形區
92‧‧‧中間扇形區
圖1是一利用依據習知技藝之一管聯軸器的一管結合處的縱剖面圖；圖2是一依據習知技藝之一管聯軸器的分解透視圖；圖3是一圖2所示管聯軸器的分解側視圖；圖4是一依據本發明之一管聯結區段的正視圖；圖5是一圖4所示管聯結區段的仰視圖；圖6是一依據本發明之一管聯結區段之另一實施例的正視圖；且圖7是一圖6所示管聯結區段的仰視圖。
52‧‧‧管聯結區段
54‧‧‧拱形表面
56‧‧‧拱形表面
58‧‧‧孔穴
60‧‧‧側壁
62‧‧‧側壁
64‧‧‧後壁
66‧‧‧斜角定向表面
70‧‧‧軸線
72‧‧‧連接構件
74‧‧‧連接構件
76‧‧‧洞
83‧‧‧拱形表面外部區域

Claims (36)

  1. 一種可互連之管聯軸器區段，每一區段可定位為跨坐於一密封構件及與該密封構件接合之一管元件對之末端部分用以將該等管元件以端對端關係固定在一起，其中每一該區段包括：一對適於與該等管元件之外表面接界的拱形表面；第一和第二連接構件，其位於該等拱形表面之相反端用以將一聯結區段可調整地連結到另一聯結區段，該等連接構件可調整繫緊以將該等區段拉到一起；用以使該區段以一經定向大致垂直於該等管元件縱向軸線之軸線為中心旋轉的構件；及一位於該等拱形表面之間且沿該區段周向地延伸的凹部，該凹部經相對於實質垂直於該管元件縱向軸線的一基準線斜角地定向以收納該密封構件。
  2. 如請求項1之可互連之管聯軸器區段，其中該凹部具有一小於4°的方位角。
  3. 如請求項1之可互連之管聯軸器區段，其中該凹部具有一介於1/4°與4°間的方位角。
  4. 如請求項1之可互連之管聯軸器區段，其中該方位角經定向為相反於該等區段之旋轉。
  5. 如請求項1之可互連之管聯軸器區段，其中該等拱形表面從該等區段徑向向內地突出。
  6. 如請求項5之可互連之管聯軸器區段，其中該等拱形表面沿該等區段大致連續。
  7. 如請求項1之可互連之管聯軸器區段，其中該凹部包括經定位成相互間隔關係的第一側壁和第二側壁及一附接於該等側壁的後壁。
  8. 如請求項1之可互連之管聯軸器區段，其中該等連接構件包括一對從該等區段每一者之末端往外延伸的突起，該等突起適於接收用以使該等區段可調整地相互連結的扣件，該等扣件可調整繫緊以將該等區段之該等拱形表面拉到一起與該等管元件之該等外表面達成接合。
  9. 如請求項1之可互連之管聯軸器區段，其中該等突起之至少一者包括一具有適於接收該扣件之一貫穿洞的把柄。
  10. 如請求項1之可互連之管聯軸器區段，其中該旋轉構件包括分別位於該第一和第二連接構件附近的第一和第二斜角定向表面，該等斜角定向表面具有相反斜率，一該區段上之該等斜角定向表面可定位為與另一該區段上之斜角定向表面成相面對關係且在該等區段被拉到一起導致該等區段以經定向大致垂直於該等管元件之該軸線為中心相對於彼此旋轉時相互接合。
  11. 一種管聯軸器，可定位跨坐於一密封構件及一對管元件之末端部分，用以將該等管元件以端對端關係固定在一起，該管聯軸器包括：第一和第二聯結區段，每一聯結區段有一對適於與該等管元件之外表面接界的拱形表面；第一和第二連接構件，其位於該等拱形表面之相反端 用以將一聯結區段可調整地連結到另一聯結區段，該等連接構件可調整繫緊以將該等區段拉到一起；用以使該等區段以一經定向大致垂直於該等管元件縱向軸線之軸線為中心相對於彼此旋轉的構件；及一位於該等拱形表面之間且沿該區段周向地延伸的凹部，該凹部經相對於實質垂直於該管元件縱向軸線的一基準線斜角地定向以收納該密封構件。
  12. 如請求項11之管聯軸器，其中該凹部具有一小於4°的方位角。
  13. 如請求項11之管聯軸器，其中該凹部具有一介於1/4°與4°間的方位角。
  14. 如請求項11之管聯軸器，其中該方位角經定向為相反於該等區段之旋轉。
  15. 如請求項11之管聯軸器，其中該等拱形表面從該等區段徑向向內地突出。
  16. 如請求項15之管聯軸器，其中該等拱形表面沿該等區段大致連續。
  17. 如請求項11之管聯軸器，其中該凹部包括經定位成相互間隔關係的第一側壁和第二側壁及一附接於該等側壁的後壁。
  18. 如請求項11之管聯軸器，其中該等連接構件包括一對從該等區段每一者之末端往外延伸的突起，該等突起適於接收用以使該等區段可調整地相互連結的扣件，該等扣件可調整繫緊以將該等區段拉到一起。
  19. 如請求項18之管聯軸器，其中該等突起之至少一者包括一具有適於接收該扣件之一貫穿洞的把柄。
  20. 如請求項11之管聯軸器，其與該密封構件搭配使用，該密封構件包括一可撓彈性封件，該封件是一大致圓形環，有一大小訂定為用以接收該等管元件的內徑，該封件經定位在該第一和第二聯結區段之該凹部內。
  21. 如請求項11之管聯軸器，其中該旋轉構件包括分別位於每一該區段上該第一和第二連接構件附近的第一和第二斜角定向表面，每一區段上該等斜角定向表面具有相反斜率，一該區段上之該等斜角定向表面經定位為與另一該區段上之斜角定向表面成相面對關係且在該等區段被拉到一起導致該等區段以經定向大致垂直於該等管元件之該軸線為中心相對於彼此旋轉時相互接合。
  22. 一種使管元件之相面對末端部分以端對端關係固定在一起的方法，其中該等管元件之該等末端部分具有一大致圓柱形輪廓的外表面，該方法包括以下步驟：提供一管聯軸器，其具有一對端對端地相互附接的聯結區段，該等聯結區段每一者具有適於與該等管之外表面接界的拱形表面，該等聯結區段每一者具有一經定位在該等拱形表面之間且沿該等區段周向地延伸的凹部，該凹部適於收納一密封構件，該凹部經定向為相對於實質垂直於該管元件縱向軸線的一基準線成斜角；將該等管元件之該等末端部分定位在該等區段之間；將該等聯結區段拉到與該等管元件之外表面達成接 合；使該等聯結區段以一大致垂直於該等管元件之軸線為中心相對於彼此以相反方向旋轉藉以將該等孔穴定向為大致垂直於該等管元件。
  23. 一種可互連之管聯軸器區段，每一區段可定位為跨坐於一密封構件及與該密封構件接合之一管元件對之末端部分用以將該等管元件以端對端關係固定在一起，其中每一該區段包括：一對適於與該等管元件之外表面接界的拱形表面對；第一和第二連接構件，其位於該等拱形表面之相反端用以將一聯結區段可調整地連結到另一聯結區段，該等連接構件可調整繫緊以將該等區段拉到一起；分別位於該第一和第二連接構件附近的第一和第二斜角定向表面，該等斜角定向表面具有相反斜率，一該區段上之該等斜角定向表面可定位為與另一該區段上之斜角定向表面成相面對關係且在該等區段被拉到一起導致該等區段以一經定向大致垂直於該等管元件縱向軸線之軸線為中心相對於彼此旋轉時相互接合；及一位於該等拱形表面之間且沿該區段周向地延伸的凹部，該凹部經劃分成複數個扇形區，該等扇形區之至少一者經相對於實質垂直於該管元件縱向軸線的一基準線斜角地定向以收納該密封構件。
  24. 如請求項23之可互連之管聯軸器區段，其中該凹部經劃分成分別位於該區段之相反端附近的第一和第二末端扇 形區及一位於該等末端扇形區之間的中間扇形區，該等末端扇形區經相對於該基準線斜角地定向以收納該密封構件。
  25. 如請求項24之可互連之管聯軸器區段，其中該等末端扇形區每一者對上一45°的角且該中間扇形區對上一90°的角。
  26. 如請求項24之可互連之管聯軸器區段，其中該等末端扇形區具有一小於6°的方位角。
  27. 如請求項24之可互連之管聯軸器區段，其中該等末端扇形區具有一介於1/4°與6°間的方位角。
  28. 一種管聯軸器，可定位跨坐於一對密封構件及一對管元件之末端部分用以將該等管元件以端對端關係固定在一起，該管聯軸器包括：第一和第二聯結區段，每一聯結區段有一對適於與該等管元件之外表面接界的拱形表面；第一和第二連接構件，其位於該等拱形表面之相反端用以將一聯結區段可調整地連結到另一聯結區段，該等連接構件可調整繫緊以將該等區段拉到一起；分別位於每一該區段上該第一和第二連接構件附近的第一和第二斜角定向表面，每一區段上該等斜角定向表面具有相反斜率，一該區段上之該等斜角定向表面經定位為與另一該區段上之斜角定向表面成相面對關係，且在該等區段被拉到一起導致該等區段以一經定向大致垂直於該等管元件縱向軸線之軸線為中心相對於彼此旋轉 時相互接合；及一位於該等拱形表面之間且沿該區段周向地延伸的凹部，該凹部經劃分成複數個扇形區，該等扇形區之至少一者經相對於實質垂直於該管元件縱向軸線的一基準線斜角地定向以收納該密封構件。
  29. 如請求項28之管聯軸器，其中該凹部經劃分成分別位於該區段之相反端附近的第一和第二末端扇形區及一位於該等末端扇形區之間的中間扇形區，該等末端扇形區經相對於該基準線斜角地定向以收納該密封構件。
  30. 如請求項28之管聯軸器，其中該等末端扇形區每一者對上一45°的角且該中間扇形區對上一90°的角。
  31. 如請求項28之管聯軸器，其中該等末端扇形區具有一小於6°的方位角。
  32. 如請求項28之管聯軸器，其中該等末端扇形區具有一介於1/4°與6°間的方位角。
  33. 一種可互連之管聯軸器區段，每一區段可定位為跨坐於一密封構件及與該密封構件接合之一管元件對之末端部分用以將該等管元件以端對端關係固定在一起，其中每一該區段包括：一對適於與該等管元件之外表面接界的拱形表面；第一和第二連接構件，其位於該等拱形表面之相反端用以將一聯結區段可調整地連結到另一聯結區段，該等連接構件可調整繫緊以將該等區段拉到一起；及一位於該等拱形表面之間且沿該區段周向地延伸的凹 部，該凹部與該等拱形表面以一大致垂直於該等管元件之軸線為中心相對於彼此斜角地定向。
  34. 一種管聯軸器，可定位跨坐於一密封構件及一對管元件之末端部分，用以將該等管元件以端對端關係固定在一起，該管聯軸器包括：第一和第二聯結區段，每一聯結區段有一對適於與該等管元件之外表面接界的拱形表面；第一和第二連接構件，其位於該等拱形表面之相反端用以將一聯結區段可調整地連結到另一聯結區段，該等連接構件可調整繫緊以將該等區段拉到一起；及一位於該等拱形表面之間且沿該區段周向地延伸的凹部，該凹部與該等拱形表面以一大致垂直於該等管元件之軸線為中心相對於彼此斜角地定向。
  35. 一種可互連之管聯軸器區段，每一區段可定位為跨坐於一密封構件及與該密封構件接合之一管元件對之末端部分用以將該等管元件以端對端關係固定在一起，其中每一該區段包括：一對適於與該等管元件之外表面接界的拱形表面；第一和第二連接構件，其位於該等拱形表面之相反端用以將一聯結區段可調整地連結到另一聯結區段，該等連接構件可調整繫緊以將該等區段拉到一起；用以使該區段以一經定向大致垂直於該等管元件之軸線為中心旋轉的構件；及一位於該等拱形表面之間且沿該區段周向地延伸的凹 部，該凹部相對於該軸線斜角地定向以收納該密封構件。
  36. 一種管聯軸器，可定位跨坐於一密封構件及一對管元件之末端部分，用以將該等管元件以端對端關係固定在一起，該管聯軸器包括：第一和第二聯結區段，每一聯結區段有一對適於與該等管元件之外表面接界的拱形表面；第一和第二連接構件，其位於該等拱形表面之相反端用以將一聯結區段可調整地連結到另一聯結區段，該等連接構件可調整繫緊以將該等區段拉到一起；用以使該等區段以一經定向大致垂直於該等管元件之軸線為中心相對於彼此旋轉的構件；及一位於該等拱形表面之間且沿該區段周向地延伸的凹部，該凹部相對於該軸線斜角地定向以收納該密封構件。
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