用于机械和结构管件的机械联接件的制作方法

本申请要求2017年2月2日提交的美国临时申请第62/453,548号的优先权利益，以及2017年4月6日提交的美国临时申请第62/482,376号的优先权利益，通过引用将两件美国临时申请在此并入。

本发明涉及用于联结机械和结构管件（tubing）的联接件。

背景技术：

在包括圆形、方形、矩形和多边形（诸如八边形）的通常几何形状中的空心钢管件被用于广泛的各种结构的构造，从工业围栏和轻型结构（诸如车棚或娱乐设备）到建筑物、塔楼和所有类型的桁架。这类构造管件，通常被称为结构管件或机械管件（取决于它们所遵循的标准），也用于所有类型的支撑，包括用于标志、太阳能板和太阳能支架。将构造管件用于任何结构经常需要将各个构造管件节段连接至彼此，包括其中它们以同轴、直列（in-line）的方式进行连接的情况。这类连接典型地通过焊接制作，其是耗时的，并且需要可在工地处得到的熟练的焊接工。也使用了角板连接和螺栓连接；然而，这类连接仍然需要在建造设施处将角板焊接到构造管件，尽管随后的现场组装可以用螺栓进行。由于焊接接头的许多可能的缺陷可能不是肉眼可见的，因此无论对于角板，还是对于现场焊接连接，经常需要对焊接接头进行额外的质量检查。通过使用不需要车间或现场焊接来完成接头的机械接头，显然存在改善构造管件的同轴连结（jointing）的机会。

技术实现要素：

本发明的一个方面涉及预组装的联接件，其用于将构造管元件以端部对端部的关系联结在一起。这种联接件的示例实施方式包括围绕中央空间被端部对端部地连接的多个节段。每个节段具有在其相对的端部处的附接构件，用于将一个节段可调节地连接至另一个。每个节段具有面对中央空间的内表面。至少一个舌部定位在节段中的至少一个的内表面上。所述至少一个舌部朝向中央空间突伸。多个齿部定位在每个节段的内表面上。齿部朝向中央空间突伸。多个间隔件定位在节段之间。间隔件使节段在中央空间周围保持处于相间隔开的关系。在示例实施方式中，间隔件适合于使节段保持处于相间隔开的关系，足以准许构造管元件被插入到中央空间中。

在一个示例实施方式，附接构件包括在节段之间延伸的多个紧固件。在本示例中，每个间隔件围绕紧固件中的相应一个的至少一部分。例如紧固件可包括螺母和螺栓。进一步地作为示例，附接构件可包括多个耳部。每个耳部限定了用于接收紧固件中的一个的孔。在示例实施方式中，在节段中的至少一个上的耳部中的至少一个包括从其延伸的一对突起。在节段中的另一个上的耳部中的另一个限定了适合于接收突起的凹部。

作为示例，所述至少一个舌部包括多个离散的突伸物。在另一示例中，所述至少一个舌部沿着内表面沿着节段纵长地（lengthwise）延伸。在另外的示例中，所述至少一个舌部在所述至少一个节段的相对的侧部之间被定位在中间（midway）。

第一释放槽和第二释放槽可定位在所述至少一个舌部的相对的侧部上的内表面中，在示例实施方式中，所述释放槽沿着节段纵长地延伸。在另一示例中，至少一个观察孔定位在节段中的至少一个中。

示例实施方式可包括定位在每个节段的相对的端部处的第一释放凹处（pocket）和第二释放凹处。在本示例中，每个释放凹处形成在内表面中。

示例联接件实施方式可进一步包括定位在中央空间之内的插入件本体。插入件本体限定了在插入件本体与节段的内表面之间的用于接收构造管元件的空间。在具体的示例中，插入件本体包括具有圆柱形形状的筒部。进一步作为示例，筒部可限定开孔（bore）。另外地作为示例，插入件本体可包括在径向上彼此相对地定位并且从筒部向外突伸的第一定位凸舌（tab）和第二定位凸舌。在另一个示例中，插入件本体包括绕着筒部周向地延伸的凸缘。在示例实施方式中，插入件本体可限定沿着筒部纵向地延伸的多个通道。根据本发明的预组装的联接件的特别示例实施方式可包括节段中的至多两个。

本发明也包含用于联结构造管元件的联接件。在示例联接件中，每个管元件具有可与联接件接合的端部。作为示例，联接件包括围绕中央空间被端部对端部地连接的多个节段。每个节段具有在其相对的端部处的附接构件，用于将一个节段可调节地连接至另一个。每个节段具有面对中央空间的内表面。至少一个舌部定位在节段中的至少一个的内表面上。所述至少一个舌部朝向中央空间突伸，并且在管元件被接收在中央空间之内时可与管元件的端部接合。多个齿部定位在节段中的每个的内表面上。齿部朝向中央空间突伸。

在示例实施方式中，附接构件包括在节段之间延伸的多个紧固件。在具体的示例中，紧固件包括螺母和螺栓。进一步作为示例，附接构件包括多个耳部。每个耳部限定了用于接收紧固件中的一个的孔。在示例实施方式中，在节段中的至少一个上的耳部中的至少一个包括从其延伸的一对突起，并且在节段中的另一个上的耳部中的另一个限定了适合于接收所述突起的凹部。

在示例实施方式中，所述至少一个舌部包括多个离散的突伸物。进一步作为示例，所述至少一个舌部沿着内表面沿着节段纵长地延伸。在另一个示例中，所述至少一个舌部在所述至少一个节段的相对的侧部之间被定位在中间。示例联接件可进一步包括在内表面中的定位在所述至少一个舌部的相对的侧部上的第一释放槽和第二释放槽。在本示例中，所述释放槽沿着节段纵长地延伸。

示例联接件实施方式可进一步包括定位在节段的至少一个中的至少一个观察孔。作为示例，第一释放凹处和第二释放凹处可定位在每个节段的相对的端部处。在本示例中，每个释放凹处形成在内表面中。

示例联接件可进一步包括定位在中央空间之内的插入件本体。插入件本体限定了在插入件本体与节段的内表面之间的用于接收构造管元件的空间。在一个示例中，插入件本体包括具有圆柱形形状的筒部。进一步作为示例，筒部限定了开孔。在另一个示例实施方式中，插入件本体包括在径向上彼此相对地定位并且从筒部向外突伸的第一定位凸舌和第二定位凸舌。

进一步作为示例，插入件本体可包括绕着筒部周向地延伸的凸缘。在另一个示例中，插入件本体限定了沿着筒部纵向地延伸的多个通道。在具体的示例中，根据本发明的联接件包括节段中的至多两个。

本发明进一步包含接头。在一个示例实施方式中，接头包括联接件，该联接件具有围绕中央空间被端部对端部地连接至彼此的第一节段和第二节段。每个节段包括面对中央空间的内表面。多个齿部定位在第一节段和第二节段的内表面上。齿部朝向中央空间突伸。第一构造管元件定位在中央空间之内。第二构造管元件定位在中央空间之内。多个齿部接合第一构造管元件和第二构造管元件的外表面，每个齿部在每个齿部与第一构造管元件和第二构造管元件的外表面之间的接触点处形成相应的变形区域。变形区域包括第一构造管元件和第二构造管元件的朝向中央空间变形的相应的部分。

在示例实施方式中，接头可进一步包括定位在节段的至少一个的内表面上的至少一个舌部。所述至少一个舌部朝向中央空间突伸。第一构造管元件具有从其第一侧部邻接所述至少一个舌部的端部。第二构造管元件具有从其与第一侧部相对的第二侧部邻接所述至少一个舌部的端部。作为示例，至少一个观察孔定位在节段的至少一个中。第一构造管元件和第二构造管元件的端部通过所述至少一个观察孔是可见的。

示例接头可进一步包括定位在每个节段的相对的端部处的第一释放凹处和第二释放凹处。每个释放凹处形成在每个节段的内表面中。第一构造管元件和第二构造管元件的部分远离中央空间变形并且突伸到每个释放凹处中。

示例接头可进一步包括定位在中央空间之内的插入件本体。插入件本体包括具有圆柱形形状的筒部。筒部限定了在插入件本体与节段的内表面之间的环形空间。构造管元件被接收在环形空间之内。进一步作为示例，插入件本体可包括在径向上彼此相对地定位并且从筒部向外突伸的第一定位凸舌和第二定位凸舌。第一凸舌接合第一节段中的第一观察孔，第二凸舌接合第二节段中的第二观察孔。在另一个示例实施方式中，插入件本体包括绕着筒部周向地延伸的凸缘。第一构造管元件具有从其第一侧部邻接凸缘的端部，第二构造管元件具有从其与第一侧部相对的第二侧部邻接凸缘的端部。在另一示例实施方式中，插入件本体限定了沿着筒部纵向地延伸的多个通道。每个变形区域突伸到通道中的相应一个中。

本发明进一步包含在第一构造管元件和第二构造管元件之间形成接头的方法。该方法的一个示例实施方式包括：

将第一构造管元件和第二构造管元件插入由第一节段和第二节段围绕的中央空间中；

将第一节段和第二节段朝向中央空间牵拉（draw）；

在节段的内表面上的齿部与第一构造管元件和第二构造管元件的外表面之间的相应的接触点处，使构造管元件朝向中央空间变形。

示例方法可进一步包括使第一构造管元件和第二构造管元件的相应的端部与从节段中的至少一个的内表面向外突伸的至少一个舌部邻接。

示例方法可进一步包括使第一构造管元件和第二构造管元件的部分远离中央空间变形，所述部分接合被定位在第一节段和第二节段的相对的端部处的释放凹处。

示例方法可进一步包括将第一构造管元件和第二构造管元件定位在环形空间之内，该环形空间形成在中央空间之内的插入件本体与节段的内表面之间。

示例方法可进一步包括通过使从插入件本体向外突伸的第一定位凸舌和第二定位凸舌与第一节段和第二节段中的相应的第一观察孔和第二观察孔接合，将插入件本体定位在中央空间之内。

示例方法可进一步包括使第一构造管元件和第二构造管元件的相应的端部与绕着插入件本体延伸的凸缘邻接。

示例方法可进一步包括在节段的内表面上的齿部与第一构造管元件和第二构造管元件的外表面的接触点处，使第一构造管元件和第二构造管元件的部分与形成在插入件本体中的纵向通道接合。

附图说明

图1是根据本发明的示例联接件的等距视图，该示例联接件被示出为处于预组装状态中；

图2是根据本发明的联接件的示例节段的等距视图；

图3是处于预组装状态中的接收了构造管的示例联接件的纵向截面视图；

图4是由根据本发明的示例联接件所形成的接头的纵向截面视图；

图5是使用图1中所示出的联接件所形成的示例构造管接头的外视图；

图6是根据本发明的另一个联接件的示例实施方式的等距视图，该另一个联接件被示出为处于预组装状态中；

图7是与图6中所示出的联接件一同使用的示例插入件的等距视图；

图8是使用图6中所示出的联接件所形成的示例构造管接头的外视图；

图9是图6中所示出的处于预组装状态中的接收了构造管的联接件的纵向截面视图；

图10是由图6中所示出的联接件所形成的接头的纵向截面视图；

图11是根据本发明的另一个联接件节段的示例实施方式的等距视图；以及

图12是使用了图11中所示出的联接件节段的根据本发明的组装了的机械联接件的轴向视图。

具体实施方式

图1描绘了根据本发明的示例机械联接件10。联接件10包括被端部对端部地连接并围绕中央空间16的两个节段12和14。附接构件18在本示例中包括螺栓连接的耳部20，其允许通过紧固件（诸如通过螺栓21和螺母22）将节段可调节地连接在一起。每个节段12、14进一步包括突起30和凹部32。间隔件36围绕在节段12、14之间中的螺栓21，并且起作用以支撑节段12和14在预组装状态中处于相间隔的关系。

如图1和图2中所示出，每个节段12、14（示出了节段12）具有内表面40。舌部42从内表面40径向向内地朝向中央空间16突伸。舌部42可以在内表面40周围连续地延伸或者它可以包括离散的突伸物（如在图2中所描绘）。邻近舌部42的是释放槽44，其向外延伸，远离中央空间并且因此进入内表面40中。槽44提供了释放（relief）以接受构造管元件的在它们变形时的任何端部爆发（flare），如以下所描述的。多个齿部46从内表面40向内朝向中央空间16突伸。当舌部42为连续的时，一个或多个观察孔48位于舌部42上，或者当舌部42由离散的突伸物组成时（如所示出的），一个或多个观察孔48在离散的突伸物之间中。

如图3中所示出，当被用来联结构造管元件50和52时，联接件10以处于预组装状态中被提供给用户，其中节段12、14在连接构件18处通过螺栓21和螺母22被连接至彼此（参见图1）。间隔件36使节段12、14在中央空间16周围保持处于相间隔的关系，足以允许构造管50的端部51在节段12、14（包括突出的齿部46）之间通过，进入中央空间16并且邻接舌部42。构造管52的端部53也被插入中央空间16中，使得它面对构造管50的端部51并且也邻接舌部42。螺栓21和螺母22的组件（参见图1）然后被上紧，逐渐压扁间隔件36并促使节段12和14朝向彼此，将突伸物30定位于凹部32之内，并使得齿部46分别与构造管50和52的外表面54和56进行牢固接触。如图1和图4中所示出，螺栓21和螺母22的组件的不断上紧导致了构造管50和52在与每个齿部46的接触点处的局部变形区域70。这些局部变形区域70确保了联接件10与构造管50和52之间的牢固的咬合接触，增大了由联接件10创建的接头的抵抗拉力（tensileresistance）以及扭转和抗弯刚度。构造管50、52的端部51、53中的每个与舌部42的邻接接触允许直接通过舌部42承受压力载荷。

图5描绘了如从直接查看观察孔48的位置所看到的联接件10对构造管50和52的完成了的组件。如在图5中所见，观察孔48允许用户从视觉上验证结构管50、52的端部51、53与舌部42的位置，并且因此验证结构管50、52的端部51、53与舌部42的邻接。

在另一个示例实施方式中，图6和图9中所示出的，根据本发明的包括节段120和140的联接件100可与插入件本体80一同使用，插入件本体80设计成被接收在管50和52的端部51和53之内。如以下进一步解释的，插入件本体80充当了分别用于管50和52的内侧表面58和59的支撑。如在图7中最佳地所见，插入件本体80包括筒部89，其中凸缘81在筒部89的周边的周围径向地突伸。定位凸舌82从凸缘81径向向外突伸。通道83是以被设计为与节段120、140的齿部46的位置相一致的间隔被定位在筒部89上（参见图6）。

联接件100可以以图6中所示出的处于预组装状况中提供给用户，其中节段120、140在连接构件18处通过螺栓21和螺母22被连接至彼此。插入件本体80被定位于中央空间16之内。在示例实施方式中，定位特征（诸如定位凸舌82）起到使插入件本体80定位且居中在中央空间16内的节段120、140之间的作用。在图8中所见的实施方式中，定位凸舌82可接合一个或多个观察孔48，该接合起到在组装之前或在组装期间使插入件本体80定位且居中，同时也允许用户在组装之后验证接头之内的插入件本体80的位置和取向的作用。可提供没有被定位凸舌82占用的附加观察孔48，以允许用户验证在组装了的接头（如以上总体上描述的）之内的构造管50、52的位置。如可在图6和图9中所见的，节段120、140通过间隔件36在中央空间16周围保持处于相间隔的关系，足以允许构造管50的端部51在节段120、140（包括伸出的齿部46）之间并且在插入件本体80的筒部89之上通过，使得构造管50进入中央空间16并且端部51邻接凸缘81。在类似的方式中，构造管52的端部53然后在筒部89之上进入中央空间16，使得它面对构造管50的端部51并且也邻接凸缘81。螺栓21和螺母22的组件然后被上紧，逐渐压扁间隔件36并促使节段120和140朝向彼此，并将突伸物30定位在凹部32之内（参见图6），并使齿部46分别与构造管50和52的外表面54和56进行牢固接触。如图10中所示出，螺栓21和螺母22的组件的不断上紧导致了构造管50和52在与每个齿部46的接触点处的局部变形区域70，该局部变形区域70被迫进入到插入件本体80的通道83中。在本实施方式中，每个节段120、140可缺少舌部42（参见图3），并且通过构造管50、52的压力载荷可由构造管50、52的端部51、53中的每个与插入件本体80的凸缘81的邻接接触代替承受。

具有通道83的插入件本体80的使用增强了由联接件100创建的接头的抵抗张力（tensionalresistance）、抗弯刚度以及尤其扭转刚度，因为不仅齿部46被夹到与构造管50和52的外表面54和56的牢固的咬合接触中，而且局部变形区域被推入到通道83中，增强了联接件100与构造管50和52之间的机械互锁。虽然插入件本体80被描绘为具有开孔84（参见图7），它也可以包括缺少开孔84的实心构件，它是这样的情形：开孔84的直径影响插入件本体80的刚度，并且因此影响插入件本体80能提供给构造管50、52（在它们通过节段120和140被变形时）的支撑量。

如图9和图11所示出，当使用具有插入件本体80的联接件100时，对于将提供在节段120和140的内表面40上的释放凹处122来讲是有利的。作为示例，释放凹处122被描绘在图11中所示出的节段120上。如在图12中最佳地所见（为了清楚被放大），释放凹处122提供了间隙，该间隙用于包括构造管50和52的材料（在它们通过齿部46被变形时）流入。当螺栓21和螺母22被上紧时，构造管50和52被限制在节段120、140与插入件本体80之间，由此创建了包括联接件100的接头。通过允许构造管50和52的小量的受控的向外变形进入到释放凹处122中，构造管50和52与联接件100的机械互锁被进一步加强，进一步提升了对作用在接头之上的扭力的抵抗。

虽然根据本发明的联接件10和100在示例实施方式中被示出为描绘在横截面为圆形的构造管件上，通过使节段（以及因此内表面40）的形状顺从于管件的形状，根据本发明的联接件能用在具有其它的闭合形状（诸如本领域中已知的方形和多边形）的构造管件上。另外，尽管联接件10和100被示出为在示例实施方式中包括两个联接件节段，可能希望联接件包括被端部对端部地连接的两个以上节段。这在联结横截面为非圆形的构造管时可能特别有利。比如，在联结横截面为方形的构造管时，可能希望联接件包括四个节段，它们通过靠近方形构造管的角落（corner）定位的紧固件被端部对端部地连接。

根据本发明的联接件是被期望提供用于构造管的接头，其既不需要现场焊接也不需要车间焊接，但是其能承受高的压力、拉力和扭力载荷。