一种用于管件弯曲的可变径多点接触径向支撑芯棒

本发明属于管件弯曲成形领域，具体涉及一种用于管件弯曲的可变径多点接触径向支撑芯棒。

背景技术：

管材由于是空心结构，所以管材在弯曲成形过程中不可避免的会产生横截面变化畸变、起皱等缺陷，弯管的截面畸变和起皱不仅影响管形构件的外观质量，也会影响管形构件的结构稳定性，在作为输送管道时，弯管的截面畸变和起皱会造成输送流体的压力损失和流量脉动。为了减轻弯管的截面畸变和起皱等缺陷，通常采用在管坯内放入芯棒作为支撑的方法进行弯曲。

在中、大直径管材弯曲中，通常使用柔性芯棒作为支撑物进行管件弯曲。柔性芯棒包括芯轴和芯球，目前的每一个芯棒只能够用于某一管径的弯管成形，所以不同直径的管材需要对应尺寸的芯棒，又由于芯球结构和加工工艺都相对复杂，生产制造成本较高，而且对于小批量的管件的有芯弯曲，芯棒的利用率不高，因此有芯弯曲的成本也相对较高。

针对以上问题，现在有人提出了可变直径芯棒的方案，但是现有的变径芯棒方案都存在芯棒不能连续变径只能实现离散变径，即只能够用于某几种特定直径的管材；同时还存在结构复杂、变径过程繁琐、调节不方便等问题。

技术实现要素：

为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种用于管件弯曲的可变径多点接触径向支撑芯棒，用于不同直径管件的弯曲成形，调节方便，可降低有芯弯曲的生产成本、提高生产效率。

本发明采用的技术方案如下：

一、一种用于管件弯曲的可变径多点接触径向支撑芯棒

支撑芯棒包括芯轴和可变径芯球链，芯轴一端与可变径芯球链一端通过球铰同轴连接；可变径芯球链由多个可变径芯球连接组成，可变径芯球包括芯球连接部分、变径支撑部分和调节锁紧部分；

芯球连接部分包括连接轴、第一连接头和第二连接头，连接轴两端分别固定连接有第一连接头和第二连接头；

变径支撑部分包括芯球支架、主动锥齿轮、从动锥齿轮、从动锥齿轮固定架和环状支撑结构；主动锥齿轮通过主动锥齿轮轴承套装于连接轴上，主动锥齿轮表面呈周向等间隔分布有多个与主动锥齿轮啮合的从动锥齿轮，每个从动锥齿轮安装固定有从从动锥齿轮中心孔穿过的从动锥齿轮轴，从动锥齿轮轴通过从动锥齿轮轴承安装在从动锥齿轮固定架中，从动锥齿轮固定架固定在芯球支架上，从动锥齿轮轴一端向内延伸伸入芯球支架设置的圆槽内，另一端与伸缩空心轴一端通过螺纹连接，伸缩空心轴另一端与环状支撑结构连接；

主支撑块与辅支撑块交替安装形成环状支撑结构，主支撑块通过一端设置的滑动销与前一个辅支撑块一端设置的弧形槽配合实现滑动连接，主支撑块另一端与后一个辅支撑块通过铰接相连，每个主支撑块与对应的伸缩空心轴另一端固接；

调节锁紧部分包括锁紧支架、锁紧调节杆和复位弹簧，主动锥齿轮在远离从动锥齿轮的侧表面固定安装有锁紧支架，锁紧支架在连接轴的上方和下方均设置有支座，两个支座上分别通过复位弹簧安装有两根用于卡紧连接轴锁紧调节杆，两根锁紧调节杆通过一端端部设置的弧形夹块上下卡紧连接轴。

所述第一连接头为球体，第二连接头为球底座，前一个可变径芯球的第二连接头与后一个可变径芯球的第一连接头通过球铰连接。

所述芯球支架套设于连接轴上，芯球支架上开设有多个用于限位从动锥齿轮的齿轮安装槽，每个齿轮安装槽槽底均开设有圆槽；每个齿轮安装槽开口处固定安装有从动锥齿轮固定架，从动锥齿轮固定架上设置有限位从动锥齿轮轴的支撑管；每根从动锥齿轮轴通过从动锥齿轮轴承安装在从动锥齿轮固定架中，从动锥齿轮轴一端伸入芯球支架的圆槽内且与圆槽间隙配合，另一端从从动锥齿轮固定架的支撑管穿出后与伸缩空心轴一端通过螺纹连接。

锁紧支架的每个支座两侧均设置有用于安装复位弹簧的安装孔，每根锁紧调节杆另一端端部的两侧通过复位弹簧与锁紧支架支座两侧的安装孔连接。

两根锁紧调节杆的弧形夹块内表面为粗糙面，弧形夹块内径适配于连接轴外径。

所述复位弹簧采用扭簧。

主动锥齿轮远离从动锥齿轮轴的一侧设置有对主动锥齿轮进行轴向定位的主动锥齿轮固定架，主动锥齿轮通过推力球轴承与主动锥齿轮固定架连接；主动锥齿轮固定架与芯球支架对接安装。

辅支撑块两端均开有轴向槽，辅支撑块其中一端的轴向槽两侧开设有弧形槽；主支撑块一端端部设置有铰接销，主支撑块另一端端部设置有滑动销；主支撑块一端伸入前一个辅支撑块其中一端的轴向槽内，且主支撑块端部设置的滑动销滑动安装于前一个辅支撑块轴向槽两侧的弧形槽内；主支撑块另一端伸入与后一个辅支撑块另一端的轴向槽内，且主支撑块通过铰接销与后一个辅支撑块通过铰接相连。

二、一种用于管件弯曲的可变径多点接触径向支撑芯棒的调节方法

包括以下步骤：

(1)用手按压两锁紧调节杆使两锁紧调节杆端部的两弧形夹块呈张开状态，与连接轴分离，此时主动锥形轮可以相对于连接轴和芯球支架转动；

(2)根据待弯曲管材内径调节主支撑块与辅支撑块在芯棒中的径向位置，从而改变环状支撑结构的直径，使得芯棒直径适配于待弯曲管材内径；

用手按压两锁紧调节杆的同时转动调节锁紧部分带动主动锥齿轮旋转，主动锥齿轮带动所有从动锥齿轮转动，从而带动固接于从动锥齿轮上的从动锥齿轮轴转动，从动锥齿轮轴带动伸缩空心轴朝向或远离芯轴中心运动，伸缩空心轴的运动使得主支撑块相对芯轴中心的径向位置改变，从而带动辅支撑块相对芯轴中心的径向位置改变；

(3)当芯棒直径调节至所需芯棒直径，将手从锁紧调节杆上移开，两锁紧调节杆的两弧形夹块在复位弹簧作用下恢复至闭合状态，两弧形夹块通过与连接轴完全接触夹紧连接轴，使与锁紧支架固接的主动锥形轮不能相对连接轴转动，此时主支撑块与辅支撑块的径向位置不再改变，完成芯棒直径调节。

本发明的有益效果：

(1)本发明可通过调节支撑块径向位置的方式实现芯棒直径的变化，能够用于不同直径管件的弯曲成形。

(2)本发明可通过设置辅支撑块，增加管件弯曲过程中芯棒与管材内壁接触点的数量，提高管材成形质量。

(3)本发明结构简单，调节方便，通过调节夹紧机构转动主动锥齿轮即可实现直径调节过程，调节过程简单。

(4)本发明通过螺旋副的方式调节支撑块的位置，通过螺纹自锁能够承受更大的管材对芯棒的挤压力。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的可变径芯球结构示意图；

图3为本发明的可变径芯球整体结构示意图，(a)和(b)分别是两个不同角度的结构示意图；

图4为本发明的可变径芯球整体结构剖视图；

图5为本发明的变径支撑部分部分结构示意图1；

图6为本发明的变径支撑部分部分结构示意图2；

图7为本发明的芯球支架结构示意图；

图8为本发明的从动锥齿轮固定架结构示意图；

图9为本发明的主支撑块结构示意图；

图10为本发明的辅支撑块结构示意图；

图11为本发明的调节锁紧部分工作示意图，(a)和(b)分别是锁紧和张开两个工作状态；

图12(a)为本发明的可变径芯球直径最小位置示意图；

图12(b)为本发明的可变径芯球直径最大位置示意图；

图13(a)为本发明的可变径芯球直径较小时在弯曲管材中的示意图；

图13(b)为本发明的可变径芯球直径较大时在弯曲管材中的示意图。

图中：1、芯轴，2、可变径芯球，3、芯球连接部分，4、变径支撑部分，5、调节锁紧部分，6、连接轴，7、第一连接头，8、第二连接头，9、芯球支架，10、主动锥齿轮，11、主动锥齿轮轴承，12、主动锥齿轮固定架，13、推力轴承，14、从动锥齿轮，15、从动锥齿轮固定架，16、从动锥齿轮轴承，17、从动锥齿轮轴，18、伸缩空心轴，19、主支撑块，20、铰接销，21、滑动销，22、辅支撑块，23、锁紧支架，24、锁紧调节杆，25、复位弹簧，191、主支撑块孔a，192、主支撑块孔b。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，一种用于管件弯曲的可变径多点接触径向支撑芯棒包括芯轴1与可变径芯球2，可变径芯球2通过第一连接头7与芯轴1形成球铰链接，多个可变径芯球2通过连接头相连。

如图1所示，芯轴1可以根据管材弯曲成形所需芯棒直径更换，芯轴1一端开有球槽用于与可变径芯球2中芯球连接部分3的第一连接头7形成球铰链接，第一个可变径芯球2的第一连接头7与芯轴1连接，后面的可变径芯球2的第一连接头7分别与前一个可变径芯球2的第二连接体形成球铰链接，最后一个可变径芯球2的第二连接头8悬空，多个可变径芯球2形成链状结构。

如图2所示，可变径芯球2包括芯球连接部分3、变径支撑部分4、调节锁紧部分5，变径支撑部分4安装在芯球连接部分3中的连接轴6上，调节锁紧部分5安装在变径支撑部分4的主动锥齿轮10上。

如图3所示，芯球连接部分3包括连接轴6、第一连接头7、第二连接头8，第一连接头7与连接轴6一端固接，第二连接头8与连接轴6另一端固接，连接轴6为阶梯轴。

如图4～图6所示，变径支撑部分4包括芯球支架9、主动锥齿轮10、主动锥齿轮轴承11、主动锥齿轮轴向固定架12、推力轴承13、从动锥齿轮14、从动锥齿轮固定架15、从动锥齿轮轴承16、从动锥齿轮轴17、伸缩空心轴18、主支撑块19、铰接销20、滑动销21、辅支撑块22，芯球支架9如图7所示设有用于限位从动锥齿轮14的齿轮安装槽，如图5所示，芯球支架9通过中心孔与芯球连接部分3的连接轴6固接，主动锥齿轮轴向固定架12安装在芯球支架9上，主动锥齿轮10通过主动锥齿轮轴承11安装在连接轴6上，主动锥齿轮10能够相对于连接轴6和芯球支架转动，主动锥齿轮10通过推力轴承13与主动锥齿轮轴向固定架12连接进行轴向定位，从动锥齿轮固定架15如图8所示，从动锥齿轮固定架15一端对接安装于芯球支架9齿轮安装槽中，管状部分向外安装，如图6所示，从动锥齿轮14与从动锥齿轮轴17固接。

如图4和图6所示，从动锥齿轮轴17一端有外螺纹，另一端安装在内环9的圆槽中，从动锥齿轮轴17通过从动锥齿轮轴承16与从动锥齿轮固定架15连接，从动锥齿轮14与主动锥齿轮10配合。

如图4～10所示，伸缩空心轴18内部一端有内螺纹，与从动锥齿轮轴17同轴安装形成螺纹连接，主支撑块19固接在伸缩空心轴18另一端，主支撑块19为圆弧块，铰接销20安装于主支撑块孔a191中，滑动销21安装在主支撑块孔b192中，辅支撑块22为圆弧块，一端开有孔，与铰接销20铰接配合，另一端沿径向开有槽口，同时轴向上开有圆弧形槽，另一个主支撑块19上的滑动销21可以在圆弧形槽中滑动，主支撑块19与辅支撑块22交替安装形成环状，整个圆周通过支撑块的联动为管材内壁提供一个近似于圆形的支撑，此处为优选的6个主支撑块19、6个辅支撑块22，相应的从动锥齿轮14、从动锥齿轮固定架15、从动锥齿轮轴17、伸缩空心轴18、铰接销20、滑动销21各有6个，支撑块数量越多，芯棒提供的支撑越近似于圆形，支撑效果越好。

如图11所示，调节锁紧部分5包括锁紧支架23、锁紧调节杆24、复位弹簧25，锁紧支架23与主动锥形轮固接，锁紧支架23上开有用于固定锁紧调节杆24的安装孔，锁紧调节杆24一端为圆弧形结构，圆弧形结构内表面粗糙，锁紧调节杆24共有两个，两个圆弧形结构内表面与连接轴6接触，使得主动锥齿轮10不能相对于连接轴6转动，复位弹簧25选用扭簧，共有4个，安装在锁紧支架23的安装孔孔中，另一端与锁紧调节杆24上的转动销连接。

如图11(b)所示，当用手将两锁紧调节杆24按压至使两圆弧形结构为张开状态，主动锥齿轮10可以通过手的转动相对于连接轴6转动；如图11(a)所示，当手松开时，锁紧连接杆在复位弹簧25的作用下使两圆弧形结构恢复至闭合状态与连接轴6完全接触，使主动锥形轮不能相对于连接轴6转动。

具体实施方式：

(1)用手按压两锁紧调节杆24使圆弧形结构呈张开状态，与连接轴6分离，此时主动锥形轮可以相对于连接轴6和芯球支架9转动。

(2)根据待弯曲管材内径调节芯棒直径，

通过手带动锁紧调节部分从而转动主动锥齿轮10，主动锥齿轮10带动芯球支架9上所有的从动锥齿轮14转动，从动锥齿轮轴17转动使得伸缩空心轴18朝向或远离芯轴1中心，伸缩空心轴18的运动使得主支撑块19的径向位置改变，辅支撑块22的径向位置随之改变，通过调节主支撑块19与辅支撑块22在芯棒中的径向位置，使得主支撑块19与辅支撑块22组成的圆环的直径改变，从而改变了芯棒的直径。

(3)当芯棒直径调节至所需芯棒直径，将手从锁紧调节杆24上移开，两锁紧调节杆24在复位弹簧25的作用下恢复至闭合状态，与连接轴6完全接触，使主动锥形轮不能相对于连接轴6转动，此时主支撑块19与辅支撑块22的径向位置不再改变，芯棒直径调节完毕。

如图12(a)和12(b)分别为可变径芯球直径最小位置和最大位置的示意图，如图13(a)和13(b)分别为可变径多点接触径向支撑芯棒不同有效支撑直径状态时在弯曲管材中的示意图。