专利名称：波纹管与螺旋管组合式位移补偿器的制作方法
技术领域：
本发明属于减振降噪技术领域，涉及一种位移补偿器，尤其是一种由波纹管和大 螺旋升角的螺旋管组合而成的位移补偿器，该补偿器在补偿轴向、横向和弯曲位移的同时， 还可适度补偿扭转位移。
背景技术：
波纹管补偿器又称膨胀节或伸缩节，是一种挠性位移补偿元件，它利用工作主体 一一波纹管的伸缩变形，吸收管线由于机械振动或温度变化等因素引起的接口相对位置变 化、以及管线在安装过程中的安装误差，在工业中应用广泛。汽车发动机排气系统也大量应 用波纹管补偿器，以连接管道、缓解应力，并改善驾驶室的静音特性；如图1-2所示，受到结 构尺寸、重量和成本上的限制，通常其结构比较简单，仅包括波纹管3、法兰1、以及波纹管 3与法兰1之间的连接管路2。该补偿器的波纹结构以环型较为常见，也有小升角(小于 15° )的螺旋型，波形多为U形。汽车发动机排气系统中的相邻管路，除了产生相对的轴向、横向和弯曲位移之外， 还可能出现相对扭转位移。例如，对于纵置发动机，其绕曲轴方向的倾倒力矩可能使发动机 整体产生小幅度扭转振动；从而导致固定在发动机机体上的排气管路与悬挂在底盘上的排 气管路之间，产生相对扭转位移。又如两相邻排气管路的轴线若有明显横向错位、或存在 较大夹角，当两管路的振动幅度、相位有差别时，也会引入相对扭转位移。上述扭转位移直 接施加到连接两管的波纹补偿器上，导致补偿器自身的扭转变形。因此，要求该补偿器具有 适度缓解扭转变形能力。然而，常规的环型或小升角螺旋型波纹管，具有很大的扭转刚度，使得波纹管缓解 扭转变形的能力很低。因而，当两连接管段存在相对扭转位移时，波纹管补偿器将承受较大 的扭矩，可能导致法兰与管件连接处、波峰/谷等薄弱部位发生疲劳断裂。为解决此问题， 通常在补偿器中增加一段扭转刚度较小的非金属织物补偿段。该方法效果明显，但由于非 金属补偿段的结构和制作工艺均较复杂，明显提高了补偿器的成本。因此，有必要开发一种 结构简单的新型位移补偿器，在保留常规波纹管位移补偿器优点的同时，还具有较低的扭 转刚度；使之在有效补偿轴向、横向和弯曲位移的同时，适度补偿扭转位移；且不会明显提 高补偿器的成本。作为工业上常用的管道连接设备，位移补偿器方面的专利数量很多。专利“柔性 管”(专利号=200380107799. 4)设计了一种用于发动机排气管道的柔性连接管，由外波纹 管和内波纹管构成；该设计改善了管件的隔音、隔热效果，但对扭转位移无明显缓解作用。 专利“法兰可伸缩转动的波纹补偿器”(专利号200420029877. 5)设计了一种法兰可伸缩 转动的波纹补偿器，其中一个法兰可在管道上自由伸缩、旋转，从而获得安装空间，并通过 法兰旋转进行扭转位移补偿。由于使用了螺旋扣组件等组件，其结构较复杂、尺寸较大且成 本较高。由此可见，需进一步改进现有的波纹管补偿器，以获得一种结构简单、效果明显、便 于大规模应用的解决方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型的可补偿轴向、横向、弯曲、扭转位移以及成本较低 的波纹管与螺旋管组合式位移补偿器。本发明的目的是这样实现的波纹管与螺旋管组合式位移补偿器，一段以上的波纹管、一段以上的大螺旋升角 的螺旋管及一段以上的平直的或弯曲的连接管通过管件连接段连接成一条位移补偿器总 管，位移补偿器总管的两端分别设置有外接用法兰。上述的连接管是单独的连接光管或是波纹管的端部接管或是螺旋管的端部接管。上述的波纹管为环型波纹管或小螺旋升角的螺旋型波纹管。上述的螺旋管上均布有外凸或内凹、左旋或右旋的U形螺旋波纹，螺旋升角为 40 50°。上述的螺旋管的螺旋段长度为1 6倍螺旋管的管径，周向均布有4 12个螺旋 波纹，波纹高度与管径之比为1 5。上述的位移补偿器的内径范围为①20 150mm，壁厚为0. 2 1mm。上述的位移补偿器总管的轴线形状为“ I ”形或“S”形或“L”形或空间“S”形。上述的波纹管、螺旋管、连接管、法兰之间的连接为焊接或铆接或粘接。本发明的基本原理如下对光管、常规环型波纹管和大螺旋升角螺旋管的轴向、弯曲和抗扭刚度进行比较， 取结构参数如下管内径均为。40mm、壁厚均为0. 6mm、材料均为304不锈钢；波纹管和螺 旋管的波高均为7mm ；波纹管波距12mm ；螺旋管为升角45°的右旋外凸螺旋波纹型，螺旋线 数6条。计算可得三种管型的轴向刚度之比为光管/波纹管/螺旋管=12.4/0. 1/1，抗 弯刚度之比为光管/波纹管/螺旋管=31. 4/0. 4/1，抗扭刚度之比为光管/波纹管/螺 旋管=10. 2/9. 3/1。由此可见，大螺旋升角螺旋管的抗扭刚度远低于光管和环型波纹管，且 其轴向和弯曲刚度较光管亦有显著降低。故波纹管和大螺旋升角螺旋管组合而成的位移补 偿器，在补偿轴向、横向和弯曲位移的同时，具有良好的补偿扭转位移的性能。本发明的有益效果是1、本发明的位移补偿器可同时补偿轴向、横向、弯曲和扭转位移；管件尺寸小、结 构简单。2、本发明的波纹管和大螺旋升角螺旋管的加工均比较方便、成本较低，便于大规 模应用。3、本发明适用于在车辆排气系统及同时存在有轴向、横向、弯曲和扭转位移的管 路中应用。
图1是已有技术中汽车排气系统常用的波纹管位移补偿器的立体示意图。图2是图1的局部剖视图。图3是已有技术中大螺旋升角外凸螺旋管的立体示意图。图4是图3的局部剖视图。
图5是已有技术中大螺旋升角内凹螺旋管的立体示意图。图6是图5的局部剖视图。图7是本发明的一个波纹管与一个螺旋管组合成的“I”形位移补偿器的结构示意 图。图8是本发明的两个波纹管与一个螺旋管组合成的“I”形位移补偿器的结构示意 图。图9是本发明的两个波纹管与两个螺旋管组合成的“L”形位移补偿器的结构示意 图。图10是本发明的一个波纹管与一个螺旋管组合成的空间“S”位移补偿器的结构 示意图。图11是本发明的波纹管与螺旋管采用扩口钎焊/粘接的连接结构示意图。图12是本发明的波纹管与螺旋管采用衬套钎焊/粘接的连接结构示意图。图13是波纹管与螺旋管组合成的空间“S”形位移补偿器的使用状态图。图14是波纹管与螺旋管组合成的“L”形位移补偿器的使用状态图。图15是波纹管与螺旋管组合成的“S”形位移补偿器的使用状态图。图16是波纹管与螺旋管组合成的“L”形位移补偿器的使用状态图。
具体实施例方式下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步描述下面结合附图对本发明的典型实施方法进行描述实施例1，“1”形波纹管与螺旋管组合式位移补偿器，参见图3-7、图11-12 该位移补偿器是一段波纹管3 —侧的连接管2连接法兰1、另一侧通过连接段4 与另一螺旋管5的一端连接，螺旋管5的另一端的连接管2连接另一法兰6，波纹管3和螺 旋管5各包括一段平直的(或弯曲的)光管形连接管2，以适合被连接管路进、出口法兰的 距离要求。工作状态下，波纹管3对进、出口的相对轴向、横向和弯曲位移进行补偿，螺旋管 5对进、出口的相对扭转位移进行补偿。上述的波纹管3为环型波纹管或小螺旋升角的螺旋型波纹管；上述的螺旋管5上 均布有外凸(参见图3、4)或内凹(参见图5、6)、左旋或右旋的U形螺旋波纹，螺旋升角为 40 50° ；上述的螺旋管5的螺旋段长度为1 6倍螺旋管的管径，周向均布有4 12个 螺旋波纹，波纹高度与管径之比为1 5 ；上述的位移补偿器的内径范围为Φ20 150mm， 壁厚为0. 2 Imm ；上述的位移补偿器总管的轴线形状为“I”形或“S”形或“L”形或空间 “S”形；上述的波纹管、螺旋管、连接管、法兰之间的连接为焊接或铆接或粘接，图11给出了 波纹管与螺旋管的连接段4的连接方式之一波纹管3上的连接管2先插入螺旋管5上的 扩口 7内套接，再进行钎焊(当然也可以用铆接或粘接)，图12给出了波纹管与螺旋管连 接段4的连接方式之二 先将衬套8套在波纹管3或螺旋管5的连接管2上，再将波纹管3 上的连接管2与螺旋管5上的连接管2对接，最后将衬套8与连接管2进行钎焊(当然也 可以用铆接或粘接)。实施例2，“1”形波纹管与螺旋管组合式位移补偿器，参见图8 本实施例的连接方式与实施例1相同，其不同之处在于在螺旋管5的两端通过连接段4分别连接有一段波纹管3，波纹管3的外端分别连接有法兰1和6，两段波纹管3可 使得波纹管3对进、出口的相对轴向、横向和弯曲位移进行补偿范围更大。实施例3 :“L”形波纹管与螺旋管组合式位移补偿器，参见图9 :本实施例的连接方式与实施例1相同，当被连接管路的进、出口法兰轴线呈较大 的夹角时，使用该连接方式。该组合位移补偿器包括两段波纹管3、两段螺旋管5、一段弯曲的光管2、四个管件 连接段4、以及一对进、出口法兰1和6。其中，弯曲的光管2布置在补偿器的中部，螺旋管5 和波纹管3在两侧对称布置。光管2的弯曲角度与被连接法兰的轴线夹角相同。工作状态 下，两段波纹管3同时对进、出口相对轴向和弯曲位移进行补偿；且通过轴向和弯曲变形的 组合，对进、出口相对横向位移进行补偿；两段螺旋管5分别补偿进、出口的相对扭转位移， 同时补偿因进、出口相对横向或弯曲位移而产生的扭矩。实施例4 作为实施例3的应用，参见图14 将两个螺旋管5外端的法兰1和6再 分别通过法兰Ia和6a外接导管20和21，外接导管20和21分别与设备的进、出口连接，即 形成一种空间“L”形位移补偿器。实施例5 空间“S”形波纹管与螺旋管组合式位移补偿器，参见图10 :被连接管路的进、出口法兰轴线横向错开、且呈较大夹角，使用该连接方式。该组合位移补偿器包括一段波纹管3、一段螺旋管5、两段弯曲光管2、三个管件连 接段4、以及一对进、出口法兰1和6。其中，两段弯曲光管2的一端分别与进、出口法兰1 和6连接，另一端轴线重合；波纹管3和螺旋管5布置在补偿器中部的直线段。工作状态 下，波纹管3对进、出口的相对轴向、横向和弯曲位移进行补偿；螺旋管5补偿进、出口的相 对扭转位移，同时补偿因进、出口相对横向或弯曲位移而产生的扭矩。实施例6 作为实施例5的应用，参见图13 将波纹管3外端的法兰6再通过法兰 6a外接导管21，螺旋管5外端的法兰1再通过法兰Ia外接导管20，外接导管20、21分别与 设备的进、出口连接，即形成一种空间“S”形位移补偿器。实施例7 :“S”形波纹管与螺旋管组合式位移补偿器，参见图15 :该组合位移补偿器包括两段波纹管3、一段螺旋管5、两个管件连接段4、以及一对 进、出口法兰1和6。其中，两段波纹管3分别布置在螺旋管5两端，两段波纹管3与进出、 口法兰1和6的连接处各包括一段平直光管段2，以适合被连接管路进、出口法兰的距离要 求。安装状态下，两段波纹管3同时弯曲，以适合进、出口轴线及横向错开的结构需求。工作 状态下，两段波纹管3同时对进、出口的相对轴向和弯曲位移进行补偿；且通过弯曲变形的 组合，对进、出口的相对横向位移进行补偿；螺旋管5在补偿进、出口相对扭转位移的同时， 亦对进、出口因相对横向位移而产生的扭矩进行补偿；该实施例的应用将波纹管3外端的 法兰1、6分别通过法兰la、6a外接导管20、21，外接导管20、21分别与设备的进、出口连接， 即形成一种“S”形位移补偿器。实施例8 作为实施例1的应用，参见图16 将波纹管3外端的法兰1再通过法兰 Ia外接导管20，螺旋管5外端的法兰6再通过法兰6a外接导管21，外接导管20、21分别与 设备的进、出口连接，即形成一种“L”形波纹管与螺旋管组合式位移补偿器，该结构也可以 在实施例2的基础上通过法兰la、6a外接导管20、21实现。上述实施例2-8中所述的波纹管3为环型波纹管或小螺旋升角的螺旋型波纹管；所述的螺旋管5上均布有外凸或内凹、左旋或右旋的U形螺旋波纹，螺旋升角为40 50°， 螺旋段长度为1 6倍螺旋管的管径，周向均布有4 12个螺旋波纹，波纹高度与管径之 比为1 5 ；所述的位移补偿器的内径范围为Φ 20 150mm，壁厚为0. 2 Imm ；所述的波 纹管、螺旋管、连接管、法兰之间的连接为焊接例如钎焊，当然也可以通过铆接或粘接进行 连接。 上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故凡依 本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
权利要求
1.波纹管与螺旋管组合式位移补偿器，其特征在于一段以上的波纹管、一段以上的 大螺旋升角的螺旋管及一段以上的平直的或弯曲的连接管通过管件连接段连接成一条位 移补偿器总管，位移补偿器总管的两端分别设置有外接用法兰。
2.根据权利要求1所述的波纹管与螺旋管组合式位移补偿器，其特征在于所述的连 接管是单独的连接光管或是波纹管的端部接管或是螺旋管的端部接管。
3.根据权利要求1所述的波纹管与螺旋管组合式位移补偿器，其特征在于所述的波 纹管为环型波纹管或小螺旋升角的螺旋型波纹管。
4.根据权利要求1所述的波纹管与螺旋管组合式位移补偿器，其特征在于所述的螺 旋管上均布有外凸或内凹、左旋或右旋的U形螺旋波纹，螺旋升角为40 50°。
5.根据权利要求4所述的波纹管与螺旋管组合式位移补偿器，其特征在于所述的螺 旋管的螺旋段长度为1 6倍螺旋管的管径，周向均布有4 12个螺旋波纹，波纹高度与 管径之比为1 5。
6.根据权利要求1所述的波纹管与螺旋管组合式位移补偿器，其特征在于所述的位 移补偿器的内径范围为①20 150mm，壁厚为0. 2 1mm。
7.根据权利要求1所述的波纹管与螺旋管组合式位移补偿器，其特征在于所述的位 移补偿器总管的轴线形状为“ I，，形或“S”形或“L”形或空间“S”形。
8.根据权利要求1所述的波纹管与螺旋管组合式位移补偿器，其特征在于所述的波 纹管、螺旋管、连接管、法兰之间的连接为焊接或铆接或粘接。
全文摘要
本发明属于减振降噪技术领域，涉及一种波纹管与螺旋管组合式位移补偿器，一段以上的波纹管、一段以上的大螺旋升角的螺旋管及一段以上的平直的或弯曲的连接管通过管件连接段连接成一条位移补偿器总管，位移补偿器总管的两端分别设置有外接用法兰，本发明的有益效果是位移补偿器可同时补偿轴向、横向、弯曲和扭转位移；管件尺寸小、结构简单，成本较低，便于大规模应用，适合在车辆排气系统及同时存在有轴向、横向、弯曲和扭转位移的管路中应用。
文档编号F16L51/03GK102003593SQ20101058504
公开日2011年4月6日 申请日期2010年12月13日 优先权日2010年12月13日
发明者刘伟峰, 张文锋, 覃小军, 覃峰, 郭丽华 申请人:浙江银轮机械股份有限公司