用于流体管道的多功能旋转联接组件的制作方法

专利名称：用于流体管道的多功能旋转联接组件的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及用于流体管道的旋转联接件，并且较具体地涉及用于在诸如液压系统的工业应用中的一个或多个管道之间提供多功能的旋转的旋转联接件。
背景技术：
联接件和配件是能使可被概括地称为"管道(iines )"的管、线缆、
软管以及类似物互相连接的部件。例如，液压联接件使含有液压流体的液压管道互相连接以促进功能的发挥并最小化对液压系统的损害。
尤其地需要旋转联接件因为它们能使管道相对于彼此移动。当使用柔性管道时尤其地需要这种移动，当柔性管道与动态重载工业装备联合使用时更加需要这种移动。该动态装备的例子是森林装备，例如伐木机集材器和其它用在接近非常重的树木和升力的林区严格限制下的多功能头部。伐木机具有多个动态移动的部件，例如机械臂、钳、缸和马达。当然，其它工业领域-例如建筑和采矿工业-也需要大型动态机器。经常地，动态部件液压驱动并且从而使用了多种液压系统-由液压马达、管道、联接件、控制装置等组成。
液压系统具有许多优选特征，其中有适应性、效率、重载、耐久性、动态、可靠性和廉价。在任何液压系统中，尤其在联接件在机器上被布置在棘手位置和方向上的液压系统中可达性和维护的方便是非常令人想要的联接布置特征，联接件按所述方式布置大部分情况下是为了保护联接件免受冲击和其它引起损害的事件。
在现有技术中，使用多种配件和联接件使管道互相连接，所述配件和联接件中的一些提供在管道之间的转动功能。这些联接件经常含有滚珠轴承或滚针轴承，所述滚珠轴承和滚针轴承易于损坏并具有有限的耐久性，尤其是当所述联接件被用在必须忍耐强轴向力和侧向沖 击时。
此外，经常需要将多个管道重组为一束或"簇，，以组织管道和保护 其免受损害。该管道簇必须将流体运输至要求的机器部件并且取决于 装备的几何限制，管道簇可能被强制为非直线并且有时为曲折地布置。 管道簇经常在液压系统中的重要位置处终止。例如，在伐木机的头部 处需要液压动力，管道簇可在靠近头部的可到达处终止在一束配件中， 在所述点处每个管道都可分叉至在头部上的特定位置。
此外，管道簇经常将流体供给至可转动、枢转或经历多种其它运 动的的动态部件，所述转动、枢转和多种其它运动引起管道簇承受相 应的扭曲、弯曲或其它损坏性力。例如，伐木机头部可为可转动的并 且因此供给必要的马达、缸和/或其它执行器的液压管道必须应对这些
运动o
在现有技术中，管道簇被重组并借助于多种安装装置被安装至设 备，所述多种安装装置除了其它连接器之外包括标准夹具、销钉和螺 栓、绳索、链条、自制歧管。有时管道在其配件处被固定地安装至机
器的上层结构(super structure )。利用粗制的紧固装置管道簇经常被 保持到一起以帮助使联接件和/或配件不妨碍臂。但是，这使联接件的 维护非常繁重并且费力，因为紧固装置必须被解除以到达联接件。
在现有技术中，管道簇也被重组并利用"隔壁"或"歧管"被安装至 设备。例如，多个管道可在"平板隔壁"处重组，所述多个管道每个都 具有连接管道两侧的标准金属配件。每个管道的配件都被焊接至单个 平板隔壁，所述单个平板隔壁又通过铁锁连接至机器。这些平板隔壁 提供有限的可操作性并且从而管道较不能适应扭转约束并且从而较易 损坏。
也有能在使管道簇彼此连接的同时还能提供转动单元两侧之间的 转动的"可转动隔壁"和"可转动模块歧管"。配件连接至管道并且被焊 接或固定至板。板安装在保持板并允许其转动的支撑领中。然后支撑 领例如通过焊接、铰接或铁锁安装至机器。这些单元提供了管道之间的一些转动功能，但是它们面对扭转和许多其它动态力时不能满足要 求。这可导致管道损坏和/或由于扭转管道从其配件断开连接。这也提 供了有限的管道转动能力。这些单元也可能昂贵并且尤其不能防止代 价很高的液压管道的损坏。
有若干描述具有沿着一个轴或球面地旋转的多功能联接件或接头 的专利文献。
美国专利NO. 6 776 552 ( MARUNAKA )描述了通过并入球面滚 子能减少转动摩擦的球接头。MARUNAK的球接头面向汽车领域中的 应用。
美国专利NO. 5 275 444 ( WYTHOFF )描述了用于传输高压流体 的旋转联接件。该联接件包括两个球面半球，所述两个球面半球被连 接以绕着轴转动。所述两个半球包括腔并且其中一个半球包括可连接 螺母的颈部。
美国专利NO. 4 411 545 ( ROBERGE )和3 007 747 (ISLER)描
述了包括由环保持的球面外壳的通用接头。球面外壳具有开口，棒状 物可穿过所述开口。环包括协同操作的槽以促进插入到外壳的开口中。
美国专利NO. 3 165 339 (FACCOU)描述了用于在高温或低温下 传输流体的球面联接件。该球面联接件包括插在阴构件中的球面阳构 件，所述两个组件每一个都具有导流颈部。阳构件和阴构件通过多个 环和螺栓互相连接。-
美'国专利NO. 6 746 056 ( PALMER)描述了用于传输流体和用于 附装至喷枪的接头。所述接头包括公球面部件和相应的母部件。阳构 件包括集成式导流管组件。
其它涉及球面接头和联接件的美国专利和专利申请是10/408 361 (PALMER )、 11/390 562 ( CLEMM )、 5 018 546 ( CARMACK等)、 5 507 534 ( REIFENBERGER等)、5 671 816 ( TIBBITTS )、 5 975 490 (ESSMAN )和6 220 636 ( VELOSKEY )。
在现有技术中的用于联接和重组流体管道的单元呈现了许多优 点。例如，已知联接单元大部分都是粗糙的或无美感的，使维护和检查相当困难，同时提供有限的保护、功能、簇适应性和灵活性。本领 域内的技术人员将知道已知联接单元的其它缺点。从而现在需要在联 接单元领域中进步以至少能克服现有技术中的一些缺点。

发明内容
本发明通过提出用于提供管道之间的可旋转连接的旋转联接组件 来回应上述需要。
根据本发明的第一方面，设有用于提供至少一对含有流体的管道
之间的可旋转连接的旋转联接组件。所述旋转联接组件包括外壳， 所述外壳具有外表面；保持部件，所述保持部件用于保持外壳，同时 还与外表面协同操作以允许外壳在其中绕至少一个轴线旋转；对于每 一对管道外壳都具有穿过外壳的孔，每个孔都具有第一和第二孔口 ， 第一孔口允许流体从管道中的一个中经由其流过。所述旋转联接组件 也包括至少一个阳构件，所述阳构件可安装在外壳的每个孔中以在每 个孔中可旋转和以防止流体向外泄漏，至少一个的阳构件中的一个具 有在第二孔口处可连接至其它管道的接口并具有允许流体在管道对之 间流动的导管。
通过使阳构件能在所述外壳中可旋转并使外壳能在保持部件中旋 转，提供了"双旋转，，功能。因此管道对的第一和第二管道能独立地旋 转， 一个与外壳一起，另一个与阳构件一起。这提供了许多在适应管 道上的约束和提高'管道移动的安全范围上的优点。此外，当多个管道 由联接組件互相连接时，它们可作为簇一起转动和/或单独地转动，这 在操作中提供了许多优点。
根据本发明的另一个方面，也设有用于提供至少一对含有流体的 管道之间的可旋转连接的旋转联接组件，所述旋转联接组件包括具有 外部球形表面的外壳。旋转联接组件也包括保持部件，所述保持部件 用于保持外壳，同时还与外表面协同操作以允许外壳在其中绕至少一 个轴线旋转；对于每一对管道外壳都具有穿过外壳的孔，每个孔都具 有第一和第二孔口 ，第一孔口允许流体从管道中的一个中经由其流过。所述旋转联接组件也包括至少一个阳构件，所述阳构件可安装在外壳 的每个孔中并可在每个孔中协同操作以防止流体向外泄漏，所述至少 一个的阳构件中的一个具有在所述第二孔口处可连接至其它管道的接 口并具有允许流体在管道对之间流动的导管。
球面旋转能力使外壳能具有三个自由度以适应广泛种类的扭转和 其它约束。阳构件可插在外壳的孔中从而在外壳的旋转运动中扭转约 束由阳构件和外壳孔之间的协同操作承受。阳构件的导管也容纳了从 外壳外部到外壳内部的流体流动，从而尤其在外壳动态球面运动的情 况下限制了泄漏的风险。该结构使泄漏的可能性较小、阳构件的替换 和维护容易以及用于连接管道的旋转功能出色。
本发明的其它特征和优点通过参考附图阅读本发明的优选实施例 将被较好地理解。


图1和2是根据本发明的旋转联接组件的第一优选实施例的俯视 透视图3是图l和2的第一实施例的分解侧视图4是根据本发明的旋转联接组件的第二优选实施例的俯视透视
图5是图4所示的旋转联接组件实施例的一部分的俯视透视图； 图6是根据本发明第三实施例的旋转联接组件的 一部分的纵向剖 视图7是根据本发明第三实施例的变型的旋转联接组件的一部分的 纵向剖视图8是根据本发明第三实施例的另一个变型的旋转联接组件的一 部分的纵向剖视图9是根据本发明第三实施例的变型的旋转联接组件的一部分的 侧面平面图10和11分别是根据本发明的旋转联接组件的优选方面的阳构件的仰视和俯视透视图12是图IO和11的阳构件的纵向剖视图； 图13是图12的XIII区域的特写视图14是根据本发明的旋转联接组件的优选方面的外壳的纵向剖 视图15是根据本发明的旋转联接组件的优选方面的螺母的透视图； 图16是图15的螺母的纵向剖视图； 图17是图16的XVII区域的特写视图； 图18是图9所示的旋转联接组件的一部分的分解侧面平面图； 图19是根据本发明第三实施例另一个变型的旋转联接组件的一 部分的侧面平面图。
具体实施例方式
本发明涉及旋转联接组件，所述旋转联接组件用于使含有流体的 管道彼此连接并提供在管道之间的多功能旋转。
应理解旋转联接组件可用在液压、管道工程、化学处理、伐木和 采矿工业及连接导管、管道、管道、软管等的应用中。较优选地，本 发明的实施例可能尤其与液压管道结合时和较优选地在动态重负荷机 器中有用。
"管道"是指旋转联接组件可使两个或多个含有流体、输送流体或 接收流体的设备彼此连接。管道经常被称为导管、管道、软管、软管 或导管。但是，因为管道经常将流体输送至机器的部件，这在液压操 作的机器中尤其是这样，所以应该注意由旋转联接组件连接的"管道" 中的一个可具体为接收流体的机器部件。
通过管道储存或输送的"流体"优选地是液压流体。这种液压流体 在本领域中广为人知并且经常基于诸如乙二醇酯、醚、蓖麻油或硅树
脂，或多种其它油的化学物质，取决于应用。液压流体被供给至各种 设备部件，例如缸、转子等。在本发明的某些实施例中，通过从管道 和/或孔中部分地泄漏到与联接件的运动部件连通的缝隙中允许流体润滑联接件的必要的运动部件。本发明的旋转联接组件尤其在液压系
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联接件可含有另一种流体，例如水或其它类水流体。
词"旋转"应大致理解为包括多种运动，包括绕单个轴转动、绕一 点沿着弧枢转以及在一些情况下绕一点在三维中枢转。取决于需要的 应用和组件的具体构造，"旋转"功能可提供一到三个自由度。而且， 旋转优选地为可逆运动。而且，在旋转被限制为绕单一轴转动处，优
选地能使该转动360度地转动，及更多。如根据优选实施例的描述将
变得清楚的，利用本发明的联接组件确实有广泛种类的旋转运动是可 能的。
图1到3示出旋转联接组件20的第 一 实施例。
图4示出旋转联接组件20的第二实施例，并且图5示出旋转联接 组件20的第二实施例的一部分。
图9示出旋转联接组件20的第三实施例，并且图6到8和图18 到19示出旋转联接组件20的第三实施例的一部分。
第一实施例
参考图l到3示出的第一实施例，组件20包括具有外表面24的 外壳22。在该优选实施例中，外壳22具有截头球体形状并且外表面 24是平滑的和球面的。
联接组件20提供了管道对之间的互相连接。在图l到3示出的实 施例中，五对管道(未示出)可通过组件连接，但是将会理解可提供 例如一个或多个的任何合适数量的相互连接而不偏离本发明的范围。 参考图3，外壳22也具有穿过外壳22的用于每对管道(未示出)的 孑L26。每个孔26具有第一孔口 28a和第二孔口 28b。优选地，孑L 26 具有圆柱形或直线形，但是为了某些需要的应用可可替代性地具有另 一种结构，例如有角度的或U形的。将会理解在外壳中的所有的孔不 必具有相同的形状。第一孔口 28a允许流体从一个管道流过第一孔口 28a。
参考图1到3，组件20也包括保持部件30，所述保持部件30用
13于保持外壳22，同时与外表面24协同操作以允许外壳22在保持部件 30中球形地旋转。球形旋转允许三个自由度以适应多种约束。保持部 件30优选地包括具有与外壳22的外球形表面24协同操作的内球形表 面(图2和3中的标号33)的支撑环32。保持部件30可可替代性地 具有不同于用于在允许球形运动的同时还保持外壳22的环的形式。支 撑环也可基本上覆盖外壳22的一部分以增加保护。保持组件也优选地 包括用于将所述组件安装至设备的托架34。例如，在伐木工业中托架 34可固定以支撑紧接可转动的伐木机的头部(未示出)的管道，所述 管道通过旋转组件20从移动车辆车架或关节臂被转接至伐木机自身 的头部。利用焊接、螺栓或在本领域内已知的其它安装方式托架34 可被安装。
外表面24和保持部件30之间的接触面优选地设有防摩擦方式， 例如润滑油或喷雾(举例来说，喷特氟纶)。或者，可使用在本领域内
应该注意保持部件30可具有其它部件以在令外壳22在保持部件30 中转动的同时还保持外壳22。
参考图3，组件20还包括至少一个可安装在外壳22的每个孔26 中的阳构件36。阳构件36优选地可在孔26中旋转。阳构件36也优 选地可移除地安装在孔26中，这可通过多种方式完成。阳构件36也 被安装以防止流体外漏，这优选地通过抵靠表面实现并且可也包括密 封单元和/或密封环，和/或如将在下文中较详细地讨论的其它部件。
现在参考图6到8、 10、 12和19，阳构件36也具有穿过其中的 导管37.管道优选地是圆柱形的和直的，但是如果需要，则可可替代地 具有多种其它结构。 一旦管道对连接，导管37就允许流体在管道对之 间流通。
再回来参考图3，优选地在每个孔26中有一对第一阳构件36a和 第二阳构件36b。这些第一和第二阳构件优选地安装在相对的结构中， 但是取决于孔26的形状和结构，它们相对于彼此可具有不同的关系。
当有一对阳构件时，第一阳构件36a在第一孔口 28a处连接至管道中的一个并且第二阳构件36b在第二孔口 28b处连接至另一个管 道。
如在上文中所提到的，每个阳构件36都优选地在相应的孔26中 可旋转。阳构件36的旋转与外壳22在保持部件30中的旋转能力结合， 一起使组件20能提供"双旋转"功能。在操作中，这个功能用于使管道 互相连接并且尤其地用于使管道簇互相连接是非常有利的。当使管道 簇互相连接时，有多对管道组合到一起形成簇，每对都与一个孔26 和在外壳22的相对侧面上的一对阳构件36a和36b相联。参考图1, 经常地在组件20的入口侧管道将组合起来作为簇并且管道将在组件 的出口侧分叉远离彼此以向特定的机器部件提供流体。作为整个管道 簇你的扭转的响应，外壳22能在保持部件30中转动，从而适应和解 除在管道上的压力。此外，作为单独管道扭转的响应，经常在组件的 出口侧40发生，在那一侧上的阳构件30能单独地转动，从而解除在 这些管道上的压力，同时不引入在其它管道上的压力。
在第一优选实施例的优选方面中，阳构件36被安装以便在被限制 在孔26中的同时还能绕着其纵向轴线转动。这在适应扭转约束和力时 尤其有优点。可替代地，阳构件36可安装在孔26中以便能具有绕着 至少一个轴线的多种旋转能力。阳构件可为多种类型，包括下文中描 述的优选类型或在本领域内其它已知的配件。
尽管在每个孔中,都安装有一对阳构件36a和36b是优选的，但是 可可替代地在孔26中安装一个阳构件36,如图6到9和18到19所 示。在这些情况下，阳构件36具有用于连接至一个管道的接口 42并 且外壳22具有用于在第二孔口处连接至另一个管道的接口 44。
可选地，在外壳22的主体中可具有孔洞或槽(未示出)并且在保 持部件30中也具有孔洞或槽(未示出)。这些孔洞可对准以便使销(未 示出)可被插过这些孔洞以便提供外壳能绕着其转动的轴线。插入销 也使外壳在保持部件中的运动被限制为一个自由度。该可选择的特征 使维护容易从而外壳可转动以接至特定的部件并且然后保持在那个位 置，用于部件的检查或替换。此外，用相似的方法第二销(未示出)可被插在第二对孔洞中以去除外壳在保持部件中所有运动。 第二实施例
参考图4所示的第二实施例，其中一部分在图5中示出，组件20 还是包括安装在外壳22中的阳构件36，外壳22又安装在保持部件32 中。
如图5所示，外壳22具有限定围绕外壳22的周围的圆形相配部 件46的外表面24，所述圆形相配部件46优选地具有圆形隆起的形式， 用于与保持部件30配合。保持部件30优选地包括用于相配的槽(未 示出)并且与圆形隆起为滑动关系。当然，可使用其它的相配部件， 包括相反的隆起-槽结构。在操作中，外壳22绕垂直于限定在圆形相 配部件中的平面的轴线转动。
优选地，外壳22绕其转动的轴线与阳构件36转动的轴线平行。
第三实施例
参考图6到9和18到19,可有安装在外壳22中的用于连接管道 对的单一阳构件36。优选地，阳构件36可在外壳22中旋转。在示例 中，外壳22具有外表面24，所述外表面24为球形以与保持部件(在 图9中示为30)协同操作以提供外壳22相对于保持部件的球面旋转。
参考图9,在操作中连接至入口 38和出口 40侧的两个管道可独 立地旋转，例如如果需要则沿相反的方向。
阳构件优选的安装布置
现在参考图6到8和10到19，将描述P曰构件优选的安装布置。 应注意该结构是以示例的方式给出的并且阳构件可以多种方式被安装 在外壳的孔中，取决于期望的应用和功能。而且，为了对比将在下文 中讨论其它实施例和附图。还将理解下面公开的布置可被用于在给定 的根据本发明的联接组件中的阳构件中的一个、 一部分或全部，可能 地与一种或多种不同的布置相结合。
在图6到8和10到19中，保持部件未示出。将在下文中描述在 这些图中的部件的整体50。
整体50优选地具有能使两个管道同轴连接的结构，但是应该理解整体50可该为提供不同的连接，例如卯。连接或倾斜的连接。
整体50使在部件之间的支撑表面(也称为"推表面"或"抵靠表 面，，)的百分比有可观的增加。旋转联接单元非常稳固，施加的操作力 无论是轴向的还是径向的(现有技术中的联接单元不是这样的)。旋转 整体50生产和组装时价廉、可靠、简单，并且非常容易保持在良好的 状况，因为它能被容易地拆除。
的另一种布置，旋转整体50都包括三个主要部件；阳构件36，；故保 持在外壳22和螺母56之间的阳构件36。阳构件36和螺母形成联接 单元，每个联接单元都与外壳22的孔26中的一个相联。
参考图14，外壳22包括内表面，所述内表面包括至少一个径向 表面58和至少一个轴向表面60。内表面58、 60限定了为孔26的一 部分的腔62。第一孔口 28a位于腔的一个端部处。阳构件36是通过 第一孔口 28a插入的。应理解外壳22也可包括多个腔，在所述多个腔 中可引入相应数量的阳构件和螺母，如在此处的优选实施例中的一些 所示。外壳的接口 32可具有螺紋或连接凹槽或领以连接至管道。此外， 外壳22可可以想到地具有多个可连接至相应管道的接口 。
如图14的实施例所示，外壳22的腔62优选地具有一个限定腔的 圆柱壁的径向内表面58和一个在腔的末端处的轴向内表面60 (也#皮 称为"停止表面")。可替代地，如图7所示，腔62具有多个用于与阳 构件36的外表面协同操作的内表面(在该变型中有四个表面，两个轴 向和两个径向)。将在下文中进一步讨论该变型。
回到参考图14，内表面58、 60优选地彼此整体地形成。这通常 由来自于固体块的外壳22的加工产生。
现在简要地参考图3，内轴向表面(在图14中标号60)可由可固 定在外壳22中的第二阳构件36b的外表面69组成。利用第二螺母56b 将第二阳构件36b从与第一阳构件36a相对的端部固定在外壳22中。 也应该注意，在该通道中内表面可从不同的^皮固定在一起的部件中出 现以提供优选的自润滑和旋转功能。回到参考图14，内表面58、 60优选地以90。角相交，但是可以可 替代地利用轻微的曲线达到这样的效果。也是优选地，表面设有非常 精细和平滑的抛光以主要地有利于所述表面靠着阳构件的相应表面的 滑动性。但是，即使当抛光不完美，有些粗糙，所述表面也通过操作 使用变得较平滑，并且从而可随着时间改善。
现在参考图8,外壳22的接口 32优选地是凸起类型，管道可被 扣紧在该接口上。可替代地，图9示出接口 32可为凹陷类型的，管道 或管道转接器可被插入到其中。当然，可设有本领域的技术人员知道 的其它类型的接口。
许多未示出的其它类型的外壳也可用在与本发明的连接中。
回到参考图6到8，阳构件36具有穿过其中的孔37。孔37容纳 和/或输送流体。阳构件36包括柄部72和法兰部分74。法兰部分74 从优选地为圆柱形的柄部72径向地向外延伸。柄部72具有优选地与 法兰部分74相对的接口 42。也可可以想到地具有多个设在单一阳构 件36上的并可连接至相应管道的接口 42。
如图18所示，阳构件36可通过外壳的第一孔口 28a插到外壳的 腔中。
回到参考图6到8，阳构件36—旦插入，阳构件36的法兰部分 74就能协同操作地抵靠在外壳22的内表面上。而且，阳构件36的孔 37和外壳的接口. 32的孔26可流体联通。优选地，孔26、 37共线， 取决于期望的应用。在一些应用中卯。角和倾斜的角度是需要的。
现在参考示出T形的阳构件36的实施例的图10到12,法兰部分 74优选地在柄部72的端部处与柄部72整体地形成。也是优选地，法 兰部分74径向地连续并对称。法兰部分74是盘形并且相对于柄部72 约卯。地延伸。这种布置提供了出色的用于抵靠在外壳和螺母的内表 面上的支撑表面，从而以有利的方式分配力(即，减小压力)。这也使 流体润滑组件的速度被消减，如在某些应用中可为这样的。可替代地， 法兰部分74可具有另一种与外壳的内表面协同操作的形状，例如为弯 曲的或有角度的，这将在下文中进一步讨论。
18法兰部分74优选地具有设有至少一个环绕的刻痕77的外周表面。优选地，有三个间隔开的刻痕77。刻痕77有利于在外壳的内表面和法兰部分74之间润滑流体的部分泄漏和压力消减，以及环形表面接触。
仍参考图10到12，法兰部分74优选地包括为相对和平行关系的第一外表面78和和第二外表面80。第一外表面78面向螺母(在图6中标号56)，而第二外表面80面向外壳的轴向内表面(在图14中标号60)。优选地，法兰部分的第一外表面78是平的并且螺母的凸起的协同操作表面也是平的。可替代地，相应的螺母和法兰部分的表面可具有另一种形式，例如凸起-凹陷或反过来(未示出)，以提供良好的支撑表面。
应注意法兰部分74的直径D和螺母及外壳相应的尺寸可更改以获得组件之间的各种不同的摩擦系数、力分布和流体行为。
参考图6和8，示出了一个变型，其中法兰部分74设在柄72上从而阳构件在侧面平面图中是T形的。如示出的，外壳22的内表面的指向优选地使得它们基本上与阳构件36的T形相对应。
现在参考图7，另一个实施例被示出，其中柄部72还包括与柄部72的接口 42相对的段81。法兰部分74设在段81和柄部72的接口42之间从而阳构件在平面侧面图中是十字形的。如示出的，外壳22的内表面的方向优选地使得它们基本上与阳构件36的十字形相对应。
然而应理解阳构件36的形状可按多种方式更改。在整体的优选结构中，腔的内部形状应具有相应的形状以容纳法兰部分74以在允许足够的用于润滑和旋转运动的游隙的同时还提供用于分配力的支撑表面。
参考图19，法兰部分74可具有倾斜的表面，并且也可具有弯曲的表面。这些倾斜的或弯曲的表面影响联接单元的润滑表面之间的流体运动和力分配。
因为受压的流体相对于联接单元组件的固体表面垂直地施加压力分布效果。而且，在动态应用中，这可能尤其地需要。
参考图8，在本发明的该实施例中阳构件36的孔37包括结合部82，所述结合部82与相应的外壳22的孔26的结合部84相对。结合部82、 84可部分地泄漏以便能使流体首先在阳构件36和轴向内表面(在图14中标号60)之间泄漏用于润滑。结合部82、 84优选地相对于彼此开口渐缩。结合部82、 84优选地是截头圆锥体形，所述截头圆锥体形仍优选地具有约为60°的角《 。该形状减小了流体扰动和对螺母轴向的推力，并且有利于用于润滑的流体的部分泄漏。
参考图19,法兰74和结合部82可具有另一种形状。图19示出截头圆锥体形。应注意许多的其它形状是可能的，并且两个结合部82、
84可或可能不为同样的。
仍参考图8，法兰部分74优选地在外壳的腔中具有一定量的游隙从而在液压流体压力下结合部82、 84使液压流体在其间泄漏。将在下文中进一步讨论阳构件的游隙。
现在参考图6到8，旋转联接单元也包括螺母56,所述螺母56可固定在外壳22的腔中并围绕柄部72以径向地限制柄部72.优选地，螺母从柄部72的接口到法兰部分都围绕柄部72，这允许改善的支撑、稳定性和对力的抵抗性。
现在参考图6到8，螺母也具有凸起86，所述凸起86轴向地和内向地延伸到外壳22的聘中用于轴向地限定法兰部分74,同时还允许阳构件36相对于外壳22和螺母56转动。转动绕着柄部42的纵向轴线88发生。
参考图15，螺母56优选地具有外螺紋90并且外壳的至少一个径向表面具有相应的内螺紋，以将螺母固定在外壳的腔中。可替代地，这些组件可无螺紋并被闩住、夹紧或以其它方式地被连接。
回到参考图6到8，螺母56优选地具有延伸超过腔的开口端部的周边沿94的唇状物92.
也是优选地，阳构件的柄部72可延伸穿过螺母56从而阳构件36的接口 42的位置超出螺母56。有利地，旋转联接单元可由含在它使之互相连接的管道中的液压流体润滑。
在操作中，包含在孔26、 37中的液压流体在液压压力下。操作压力依赖于应用而改变，不管是重或轻。例如在伐木工业中的液压压力的典型范围在约50和约4000磅/平方英寸之间，并且在有些情况下高至5000磅/平方英寸。在负荷敏感的液压回路中，操作压力必须经常在约250磅/平方英寸和3000至4000磅/平方英寸之间改变。
在诸如伐木工业的某些应用中，旋转联接单元优选地被用在为负荷敏感(也称为"冲击")回路的液压系统中。在这些液压系统中，液压压力被传送以符合负荷要求。因此有回落和液压流体流进和流出整体50的空隙。当压力高时流体靠着螺母推阳构件，并且当压力低时阳构件在腔内经历较多的"自由"。在低流体压力期间需要的力矩降低。本发明的旋转联接单元尤其地适合负荷敏感液压回路。在低压力下，旋转需要的力矩相当低，这使彼此连接的管道能被替换、转动等。在操作压力下，例如对于许多机器为3000至4000磅/平方英寸左右，旋转需要的力矩足够高以致非常小的转动才是可能的。但是应理解，在高负荷操作中通常不需要高转动能力，但是此外非常需要在螺母和阳构件之间的良好的力分布。旋转联接单元提供出色的力分布并且其组件不易受到不利的影响。
参考图13，该部分泄漏由法兰部分74在腔内的径向和轴向游隙促进。较具体地，法兰部分74优选地具有直径D和宽度L。
仍参考图13，同时也参考图14和16，外壳22的腔62具有内部深度L，，并且螺母36的插入部分具有长度L"。腔的内部深度L，比L，和L"的和稍大，从而使一定量的轴向游隙出现。优选地，轴向游隙的量在约0.005和约0.08英寸之间。仍是优选地，轴向游隙的量在约0.03和约0.08英寸之间。
参考图12,同时也参考图14，外壳22的腔62具有比法兰的直径D稍大的内部直径D，。因此，径向游隙约为D，-D。优选地径向游隙在约0.005和约0.08英寸之间。仍是优选地，径向游隙的量在约0.015和约0.03英寸之间。
参考图8,在液压压力下，液压流体在结合部82、 84之间泄漏到整体50的间隙中。依赖于设计和法兰部分74的方向和外壳22的内表面，和从而的轴向游隙和径向游隙，以及操作压力和无数的其它变量，液压流体将在阳构件36和内表面之间部分地泄漏。
参考图12和16,阳构件36柄部72具有比螺母56的直径X，稍小的直径X。 X，-X的容差的优选范围在约0.002和约0.015之间，仍是优选地在约0.002和约0.005英寸之间，但是也可〗务改。例如，该容差可由O形环生产商对于给定的应用和联接单元尺寸推荐。
总体上参考图6到8,液压压力将阳构件36轴向地推向螺母56。
一旦被加压，外壳22内的压力在所有方向上就基本上相同并且在表面上垂直地推。在螺母56上的对法兰部分74的推力从而约为法兰部分74的前后表面之间的差。因此，在某些应用中通过改变表面的尺寸和/或角度推力可变化。
在图3和4示出的实施例中，该压力引起法兰部分74直接抵靠在螺母56的凸起86。这些实施例对于低压力应用或非液压应用是较优选的。
在图8中示出的变型中，整体50还包括包围柄部72并布置在螺母56和法兰部分74的第一外表面之间的滑动环96。该滑动环96减小组件之间的摩擦系数，在法兰部分74和螺母56之间是最为显著的。因为在阳构件36上的轴向压力显著地增加法兰部分74和螺母56之间的摩擦，所以在高压液压系统(或可替代地在流体润滑较差的应用中)中滑动环96尤其地需要。优选地，滑动环96由尼拉特隆良材料组、NyloilTM、 NyCastTM、特氟纶、陶瓷或另 一种适合该组件的材料构成。可替代地或此外地，在法兰部分74和螺母56的凸起86之间可添加额外的润滑剂。
图8示出在内部流体压力下法兰部分74^f皮推向螺母56的凸起86，并且从而抵靠在滑动环96上。当与滚珠和滚针轴承相比时滑动环96在其功能和优点上有很大的区别。滚珠和滚针轴承承受较高、较集中的压力点。相反地，滑动环96能产生使组件之间的压力减小的力分布，这符合本发明。这使旋转联接单元在较高的例如在3000至5000磅/平方英寸范围内的压力下能具有改善的旋转性能。优选地，滑动环96具有平盘形状，但是也可具有O形环形状以减小摩擦系数。
应提到在本发明的许多实施例中，滚珠和/或滚针轴承可被使用以促进阳构件在外壳和/或外壳在保持部件中的旋转运动。
当法兰部分74靠着螺母56 (如图6和7所示)或靠着滑动环(如图8所示)直接被压时，法兰部分74的第二外表面被保持为与外壳56的内轴向表面为间隔开的关系，并且与轴向游隙量相符。而且，在一些应用中，通过螺母56和法兰部分74之间的接触可形成屏障，以从而部分地或基本上地阻止流体的流动超过所述接触部分。
仍参考图8，整体50优选地还包括至少一个密封单元98。密封单元98优选地是由聚合物材料组成的、在螺母56和柄部72之间与螺母56协同操作的密封环。
图18最好地示出了优选密封单元98，还未被装配到联接单元中。
应注意由螺母和法兰部分之间的接触产生的屏障可帮助保护密封单元98不受在联接中的液压冲击(也称为"液压撞击")或其它类型的流体冲击的影响。
参考图16，螺母56优选地包括至少一个内环形槽100，优选地两个这样的槽100，从而密封单元98的相应的环可部分地插在所述槽100中。
参考图16，密封单元98优选地包括由塑胶材料组成的环形部分102和两个径向地围绕环形部分102的相对端部布置的环104。在这种情况下，螺母56还包括两个内环形槽100以便使两个环104可分别地部分地插在所述槽100中。这在图8中示出。
槽的特写在图17中示出。
参考图8， 一旦整体50被装配并在操作状态，密封单元98就被压在柄部72和螺母56之间以消减通过整体50的间隙的任何流体泄漏的压力。被围绕柄部72布置，密封单元98促进整体50的密封，同时还允许整体50的内部润滑。
密封单元98优选地作为阻止润滑流体泄漏到联接单元外的"流体密封"结合部。从而密封单元98可包括0形环、支撑环等。而且当密封单元98失效时，可容易地将其替换。
参考图6和7，结合部108也可被布置在阳构件36和外壳22的径向表面之间，为了润滑的目的在阳构件36和外壳22之间。该结合部108可为咬合环、平头接合或另外类型的接头或连接点。实际上，具体的接头选择取决于各种操作状况和设计规格，并且因此可由本领域的技术人员选定。此外，接头可设在法兰的槽中以提供裂缝、裂紋或开口，通过所述裂缝、裂紋或开口允许流体部分地泄漏以帮助润滑联接单元。
可使用各种密封接头以减小流体的速度从而如果流体泄漏越过密封中的一个，则流体泄漏越过下一个密封的可能性较小。从而可由本领域的技术人员使用和设计一系列的密封。
旋转联接单元采用"密封"技术，包括密封单元98和可能的其它密封，以在避免外漏的同时还保证适当的润滑。可被称为"迷宫似的，，技术的密封技术通过减慢流体向着密封件的位移可使对于密封为破坏性的过压(过载压力)减小，从而提高了密封件的寿命和耐久性。如上面所述，在流体到达联接单元的端部之前随着流体被强迫撞上各种壁、表面、刻痕、接头、角、小开口或其它"障碍物"，润滑流体的速度被有利地消减和减小了。在多个实施例和应用中，在密封单元98之前螺母和法兰部分之间的接触形成了屏障以在密封之前减慢流体并辅助密封。因此在一些实施例和应用中，由于流体被推过这些障碍物，所示流体在失去速度的同时润滑了内部，并且因此不能逃或泄漏到整体或联接单元之外。
此外，利用"渐进式密封"(一系列密封点)的技术与组件的布置联合提供了用于多种应用的有效作用。如上文所涉及的，密封系列"渐进地"消减流体的速度并最终将流体密封在整体中，非常有效地。
例如，在高压情形中，在由螺母和法兰部分之间的接触形成的障
24碍物后优选地有用于密封的两个o形环和两个支撑环。
应注意取决于需要的应用，可使用多种密封技术。当管道以给定
的流量率传输流体时，密封技术必须应对流体速度；但是当给定的是恒定的流体压力而不是流量时，应提供密封技术以应对给定的压力。
参考图3， 一旦被安装在外壳22中，对阳构件36a、 36b提供的轴向游隙的量就取决于凸起86a、 86b和法兰部分74a、 74b的宽度之间的距离。该"双"旋转联接组件提供了关于其旋转能力、适应性和功能性的优点。
应理解，当考虑优选联接单元结构和操作时，所述联接可被包含于其中的流体系统经常是非常复杂的。从而描述在整体中的各种特性的特征是困难的-例如流动体制、力分布和压力。许多系统是动态的或半动态的，这进一步使问题复杂化。例如，负荷敏感液压回路具有快速的和剧烈的流体压力波动，这又可引起在联接单元中的复杂的效应。流体和整体组件的运动以及流体压力和在管道上的其它外部约束导致不同的摩擦系数，例如在整体的组件之间。整体的组件的相互作用显著地依赖于多种复杂的、相关的因素。
也应理解，旋转联接不需要滚珠轴承、滚针轴承或滚子轴承。这些基于形状的轴承呈现了 一些缺点，尤其在重负荷动态机器应用中。旋转联接优选地包括流体轴承，即润滑流体，并且也可包括例如滑动环的材料轴承。应注意流体轴承和材料轴承不阻碍联接的组件的高支撑表面并且从而是优选的。
材料
旋转联接组件20的上述组件可利用各种材料构造。除了其它金属外还有不锈钢、钛、铝可被采用以构成一个或全部组件。而且，当合适时，对于一些组件可使用挤压增强聚合物。
根据本发明优选实施例的旋转联接组件表现了许多的优点。所述组件使在一个动态结合部处的一簇配件和管道重组；多功能旋转能力；适应在管道和管道簇上的特殊的和变化的约束；通过使管道和其它组件移动而不是受损或破裂而提供增强的安全性；以及具有用于高效的和低成本的制造、安装和维护的简单和稳健的设计。
也应理解，本发明不被限制到此处描述的优选实施例，而是实际 上已经发明了的范围包括对于描述的和示例的实施例和变型的许多改 变。
权利要求
1. 一种旋转联接组件，所述旋转联接组件用于提供在至少一对含有流体的管道之间的可旋转连接，所述旋转联接组件包括外壳，所述外壳具有外表面；保持部件，所述保持部件用于保持所述外壳，同时还与所述外表面协同操作以允许所述外壳在其中绕至少一个轴线旋转；其中对于每一对管道，所述外壳都具有穿过所述外壳的孔，每个孔都具有第一和第二孔口，所述第一孔口允许流体从所述管道中的一个中经由所述第一孔口流过；以及至少一个阳构件，所述阳构件可安装在所述外壳的每个孔中以在所述每个孔中可旋转并防止流体向外泄漏，所述至少一个阳构件中的一个具有接口和导管，所述接口在所述第二孔口处可连接至所述管道中的另一个，并且所述导管允许流体在所述一对管道之间流动。
2. 如权利要求1所述的旋转联接组件，其中每个阳构件都可移除向轴线转动。
3. 如权利要求2所述的旋转联接组件，其中每个阳构件都可抵靠 在相应的所述孔的内表面上。
4. 如权利要求3所述的旋转联接组件，还包括至少一个联接单元， 每个联接单元与所述孔中的一个相联并包括可移除地可安装在所述孔 中的所述至少一个阳构件中的相应的一个，每个联接单元都还包括螺 母，所述螺母可固定至所述外壳并围绕相应的阳构件以径向地和轴向 地限制所述相应的阳构件，以便使所述相应的阳构件仅可绕其纵向轴 线转动。
5. 如权利要求4所述的旋转联接组件，其中每个联接单元的螺母 都包括凸起，所述凸起延伸穿过所述第二孔口并可固定在所述外壳的 所述相应的孔中。
6. 如权利要求5所述的旋转联接组件，其中对于每个联接单元，所述阳构件都包括柄部和法兰部分，所述法兰部分从所述柄部径向地延伸，所述法兰部分与所述接口相对并且可协同操作地抵靠在所述外 壳的所述相应的孔的至少一个径向表面上，并且其中所述螺母的所述 凸起轴向地将所述阳构件的所述法兰部分限制在所述孔中。
7. 如权利要求6所述的旋转联接组件，其中每个联接单元还包括 密封单元，所述密封单元布置在所述螺母和所述柄部之间。
8. 如权利要求7所述的旋转联接组件，其中每个联接单元还包括 布置在所述螺母和所述法兰部分之间的摩擦减小滑动件。
9. 如权利要求6所述的旋转联接组件，其中在每个联接单元中， 所述阳构件的所述法兰和所述外壳的所述相应的孔的所述径向表面抵 靠成允许泄漏，以侵j吏流体在所述阳构件和所述径向表面之间部分地 泄漏，从而润滑所述阳构件以促进其在所述外壳中的转动。
10. 如权利要求6所述的旋转联接组件，包括多个所述孔和相应的 多个所述联接子组件，从而连接多个所述成对的管道。
11. 如权利要求6所述的旋转联接组件，其中所述外壳的每个孔还 由停止表面限定，所述停止表面面向所述相应的联接单元的螺母的凸 起，用于容纳在所述停止表面和所述凸起之间的所述法兰。
12. 如权利要求11所述的旋转联接组件，其中所述停止表面和所 述螺母的凸起在它们之间限定了用于所述法兰部分的一定量的游隙。
13. 如权利要求11所述的旋转联接组件，其中所述停止表面与所 述外壳是整体的。
14. 如权利要求11所述的旋转联接组件，其中在流体压力下，所 述法兰直接压靠在所述螺母的所述凸起上并且与所述停止表面成间隔 开的关系。
15. 如权利要求11所述的旋转联接组件，其中在流体压力下，所 述螺母的凸起和所述法兰接触，以形成流动屏障，从而阻止流体在此 处的泄漏。
16. 如权利要求11所述的旋转联接组件，其中所述停止表面包括 开口渐缩的部分。
17. 如权利要求11所述的旋转联接组件，其中在每个联接单元中， 所述至少一个阳构件包括可分别地连接至所述管道的一对第一和第二 阳构件。
18. 如权利要求17所述的旋转联接组件，其中所述第一和第二阳 构件相对地布置，以为彼此提供所述停止表面。
19. 如权利要求1所述的旋转联接组件，其中可移除地可安装在每 个孔中的所述至少一个的阳构件包括一对第一和第二阳构件。
20. 如权利要求19所述的旋转联接组件，其中所述第一和第二阳 构件是同轴的，并且可相对于所述外壳绕所述一对阳构件的纵向轴线 转动。
21. 如权利要求19所述的旋转联接组件，其中所述外壳的所述孔 与所述第一和第二阳构件的导管是同轴的。
22. 如权利要求1所述的旋转联接组件，其中所述外壳的外表面是 球形的，用于与所述保持部件协同操作以允许所述外壳在所述保持部 件中球面地旋转。
23. 如权利要求22所述的旋转联接组件，其中所述保持部件包括 支撑环，所述支撑环具有用于与所述外壳的所述外部球形表面协同操 作的内部球形表面。
24. 如权利要求23所述的旋转联接组件，其中所述保持部件还包 括附装至所述支撑环的托架。
25. 如权利要求1所述的旋转联接组件，其中所述外壳的外表面包 括圆形相配部件，所述圆形相配部件围绕所述外壳的周围，用于与所 述保持部件协同操作，以便使所述外壳绕其旋转的所述至少一个轴线 是单一轴线。
26. 如权利要求25所述的旋转联接组件，其中所述圆形相配部件 是圆形隆起，并且所述保持部件包括用于与所述圆形隆起相配的圓形 槽。
27. 如权利要求26所述的旋转联接组件，其中每个阳构件都可在 所述相应的孔中绕所述阳构件的纵向轴线转动，并且所述外壳绕其转动的所述单一轴线与所述纵向轴线平行。
28. —种旋转联接组件，所述旋转联接组件用于提供在至少一对含 有流体的管道之间的可旋转连接，所述旋转联接组件包括外壳，所述外壳具有外部球形表面；保持部件，所述保持部件用于保持所述外壳，同时还与所述外表面协同操作以允许所述外壳在其中绕至少一个轴线旋转；其中对于每一对所述管道，所述外壳都具有穿过所述外壳的孔， 每个孔都具有第一和第二孔口 ，所述第一孔口允许流体从所述管道中 的一个经由其流过；以及至少一个阳构件，所述阳构件可安装在所述外壳的每个孔中，并 可在所述孔中协同操作以防止流体向外泄漏，所述至少一个的阳构件 中的一个具有在所述第二孔口处可连接至所述管道中的另 一个的接口 并具有允许流体在所述一对管道之间流动的导管。
29. 如权利要求28所述的旋转联接组件，其中每个阳构件可在所 述外壳的相应的孔中可移除地安装和旋转。
30. 如权利要求28所述的旋转联接组件，其中每个阳构件可在所 述相应的孔中绕所述阳构件的纵向轴线转动。
31. 如权利要求30所述的旋转联接组件，还包括，与每个阳构件 相联的螺母，所述螺母被固定至所述外壳并围绕所述阳构件以径向地 和轴向地限制所述阳构件，以便使所述阳构件仅可绕其纵向轴线转动。
32. 如权利要求28所述的旋转联接组件，其中可安装在所述外壳 的每个孔中的所述至少一个阳构件包括一对第一和第二阳构件。
33. 如权利要求32所述的旋转联接组件，包括多个所述孔和相应 的多个所述成对第一和第二阳构件，从而连接多个所述成对的管道。
34. 如权利要求32所述的旋转联接组件，其中每对所述第一和第 二阳构件中的所述第一和第二阳构件是同轴的，并可相对于所述外壳 绕所述成对阳构件的纵向轴线转动。
35. 如权利要求28所述的旋转联接组件，其中所述保持部件包括 支撑环，所述支撑环具有用于与所述外壳的外部球形表面协同操作的内部球形表面。
全文摘要
本发明涉及一种旋转联接组件，所述旋转联接组件用于提供含有流体的管道之间的可旋转连接。所述组件包括外壳和保持部件，所述保持部件用于保持所述外壳，同时还与所述外壳协同操作以允许所述外壳在其中绕至少一个轴线旋转。所述外壳可球面地旋转。所述外壳具有用于允许所述流体在所述互相连接的管道之间流动的孔。所述组件也包括至少一个阳构件，所述阳构件可移除地可安装在所述外壳的每个孔中以在所述每个孔中可旋转并且以防止流体向外泄漏。所述阳构件被连接至一个管道并且具有允许流体在所述管道对之间流过所述组件的导管。实现了多功能旋转功能以例如在操作动态机器时减小在互相连接的管道上的扭转。
文档编号F16L39/06GK101479517SQ200780021438
公开日2009年7月8日 申请日期2007年4月19日 优先权日2006年4月19日
发明者M·泰朗 申请人:Taimi研发公司