专利名称:管接头的自平衡型拉拔防止装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种管接头的自平衡型拉拔防止装置，该管接头具有如下结构在由圆筒形的管体外面和圆锥形的接头内面形成的楔形剖面形状的空间内沿圆周方向大约均匀间距地配置多个咬合入管体外面和接头内面的刚体部件。
背景技术：
例如具有下述方法，即通过橡胶封装件将管体强有力地紧固安装到建筑物排水系统所使用排水管的管接头装置上从而进行保持的第一方法；通过实开平7-19690号所示的夹持部件保持管体从而将其连接到接头上的第二方法；或者如实用新型登记第3099370号所示，在接头的法兰和管体之间的橡胶封装件上配置刚体球，在管体上施加拉拔力时，在管体表面推动刚体球从而发挥防止拔出力的第三方法。这些接头装置通过橡胶封装件或夹持部件、金属球等在管体外面上施加一定的保持力，经由其最大静摩擦力，产生对抗管体的拉拔力的效果。
通过图13、图14具体地说明，第一方法为通过接头本体和法兰在管体外面紧固安装环状的橡胶封装件，，并产生保持力R1，第二方法是为了将第一方法的保持力进一步增加，环绕管体使用夹持部件进行紧固安装，紧密地进行保持(保持力R2)。第三方法是，将刚体球在多个地点插入第一方法的橡胶封装件和法兰之间，并且在通过螺栓螺母紧固安装接头的本体和法兰时，刚体球通过法兰和橡胶封装件的压力咬合入管体表面，发挥保持力R3。
如果考察传统的接头装置的管体拔出的力学状况的话，与在管体外面作为垂直压力而施加的保持力R1-R3之类的加压力R成比例地产生摩擦力f，其比例常数μ定义为摩擦系数。在管体上施加拉拨力F，f＝μR＜F时，管体朝向拔出方向只移动Δl。在图15中示出在由外力F扭矩拉伸管径4英寸的管体时，管体从接头装置的拔出量Lmm的实测值。
1)如图15所示，最初，即使外力F增加，拔出量L的移动也为微小的Δl。这表示μ为最大静摩擦系数时。伴随着管体开始运动，μ变为动摩擦系数，拔出量的增加变大，最终脱落。
2)由于摩擦系数μ根据管体、橡胶封装件的表面状态为不同的数值，或者加压力R也因接头本体和法兰的螺栓、螺母的紧固安装力的不均匀而变动，因而摩擦力f＝μR也在变动，如图15所示，耐拉拔力因制品而较大地不同。
3)在传统的接头装置中，由于发挥耐拉拔力的机构依赖于由橡胶封装件施加给管体的保持力，橡胶的劣化和变质直接影响接头装置的性能(管不脱落、不漏水)。从而经过长期后难于维持可靠性。
(专利文献1)实开平7-19690号(专利文献2)实用新型登记第3099370号
发明内容
(发明需要解决的课题)本发明着眼于前述几点，其课题在于提供一种自平衡型拉拔防止装置，其中对于管接头来说，作用到管体上的拉拔力反馈成保持力。另外，本发明的另一课题在于提供一种直到破坏为止都保持管体的管接头自平衡型拉拔防止装置。
(解决课题的手段)为了解决前述课题，本发明给出如下构成的手段在由圆筒形的管体外面和圆锥形的接头内面所形成的楔形剖面形状的空间内、沿圆周方向大约均匀间距地配置多个产生在管体外面和接头内面咬合的刚体部件，在拉拔管体和接头的方向的外力作用时，该刚体部件形成在管体圆周方向的轴圆周上转动并且可朝向拉拔方向移动的转动体，作为通过上述拉拔方向的外力使刚体部件产生转动的条件，楔形剖面形状的空间的管体外面和接头内面之间形成的夹角2α为17度±7度，并且，刚体部件的外径为管体外面和接头内面之间的最小间隙Δg的2倍以上。
本发明的原理传统的管接头装置如图14所示那样，保持力R1-R3之类的作用于管体的加压力R一定，从而与拉拔力F对抗的摩擦力f也一定，与之相对，本发明特征在于，通过运行原理实现一旦拉拔力F施加给管体并且该力增大，则摩擦力f与该F成比例地也增大的自平衡保持力系统。
根据本发明，管体由外力伸张时的拔出量与传统的管接头装置相比为几分之一到1/10以下，能够提供直到接头本体的破坏极限为止都不产生管体脱落的划时代的新接头装置。另外，相对管体的拉拔力不只从管体外部作用，也可由在排水管路系统中管内的水压或者水压的脉动产生。
在图1至图12中示出本发明。接头本体和传统装置同样地良好。由管体外面的圆筒形和法兰内面的圆锥形形成楔形剖面ABC并且构成楔形空间，在该楔形空间中，在管体外面和法兰内面之间被夹持、在管外周上大约均匀间距布置地配置多个由统一为半径r的球状转动体或者圆筒状转动体制成的刚体部件。此时，剖面夹角∠ABC＝2α，管体和法兰之间的间隙沿着管体保持Δg。
在图4中，一旦在图4中在管体长度方向上施加拉拨力ΔF，由管体和法兰中夹持的转动体构成的刚体部件产生由与每个的摩擦系数μ1、μ2决定的转动扭矩P，并且在与拉拔力ΔF相同方向上只移动Δl(与滚筒的原理类似)。通过刚体部件的中心O移动到O’，刚体部件的半径中Δr＝Δlsinα部分咬合入圆筒形的管体外面和圆锥形法兰内面，相对每个面产生压力ΔR。这就像在楔形剖面形状的空间ABC中由力ΔK打入楔时，与加压力ΔR之间成立ΔK＝2ΔR(sinα+μcosα)一样。本发明的场合下，虽然力ΔK不直接施加给刚体部件，但由于通过由施加给管体的拉拔力ΔF产生的由转动体构成的刚体部件的转动扭矩，使得由转动体构成的刚体部件在楔形剖面形状的空间内部移动，所以能够等价地看到就像打入一样。
即，如果a、b为常数，则Δl＝aΔF (1)ΔR＝bΔr＝bΔlsinα (2)从而，ΔR/ΔF＝absinα＝定值 (3)即，一旦在管体产生拉拔力F，则由该力产生作为保持力的加压力R，与拉拔力的增加部分ΔF成比例地(与ΔF平衡)产生保持力的增加部分ΔR。由橡胶封装件施加的期望的保持力R1作为已经被施加的力。
(发明效果)本发明的装置，通过如上详细描述的机构起作用，拉拔力F经过转动扭矩被反馈给由转动体构成的刚体部件而作为保持力R，为了拉拔需要更大的力F，由于具有所谓自平衡型(自身·平衡型)机构，所以具有防止管体的拔出、直到破坏为止都保持管体连续的效果。
图1是示出本发明管接头的自平衡型拉拔防止装置的整体的纵剖面图。
图2是示出在图1的装置中使用的实施例1的封装件的一个实例的透视图。
图3是图1的装置的主要部分的放大剖面图。
图4是用于解析本发明的装置的力学机制的说明图。
图5是图示示出如下状态的透视图在管体外面和接头内面之间的圆锥形的空间配置刚体部件即球体。
图6是示出本发明实施例1的钢球数和位移的图表。
图7是示出本发明的实施例2的装置的主要部分的纵剖面图。
图8示出图7的装置使用的实施例2的封装件的一个实例，图8A是透视图，图8B是示出封装件配置的刚体部件的一个实例的正面图。
图9示出图7的装置使用的刚体部件，图9A是未由支撑轴支撑的类型的透视图，图9B是由支撑轴支撑的类型的透视图。
图10示出在封装件上安装了图9B的刚体部件的状态，图10A是正面方向的剖面图，图10B是侧面方向的剖面图。
图11是示出实施例2的装置的防止拔出刻痕的透视图。
图12是示出本发明的实施例2的效果的图表。
图13是示出传统拔出防止装置的作用的正面图。
图14是示出与图13相同装置的作用的纵剖面图。
图15是示出图13、图14的装置的效果的图表。
附图标记说明10-本发明的管接头的自平衡型拉拔防止装置 11、24-管体 12-管体外面 13-接头 14-本体 15-法兰 16-本体的法兰 17、26-封装件 18-螺栓19-螺母 20-楔状空间 21-接头内面 23-为刚体部件的球体例如钢球 25-为刚体部件的齿轮状圆筒部件 26-连通部件 27-凹部 28-法兰边缘 29-钢球插入孔具体实施方式
参照以下附图更详细地说明本发明。图1-6示出本发明的管接头的自平衡型拉拔防止装置10的一个实例，符号11为管体，12为其外面，13为接头，并且具有本体14和法兰15，通过在两法兰15、16上安装的螺栓18、螺母19的紧固而能够强有力地紧固安装在本体14的法兰16和法兰15之间插入的橡胶制的封装件17。14a表示接头本体侧的倾斜内面，17a表示橡胶封装件的结合终端。
由管体11的外面12的圆筒形和在接头13的法兰15的内面12形成的圆锥形构成具有楔形剖面形状ABC的空间20。橡胶制的封装件17具有进入在管体外面12和接头内面21之间的上述空间20内的锥形状的保持部22，在该保持部22上在圆周方向上大致均匀间隔地配置多个由转动体制成的刚体部件23。另外，保持部22具有薄壁部22a，并且其进行设置以便从封装件17的本体部分起可某种程度自由地运动。
另外，在图3、图4、图5中，点A为接头内面21的点，点B为接头内面21的延长线和管体外面12的交点，点C为管体外面12的点，全部的点A、B、C位于通过管体11中心的半径方向的同一平面上。另外，r表示由转动体制成的刚体部件23的半径，Δg表示管体外面12和接头内面21之间的最小间隙。图5图示地表示由管体外面12和接头内面21形成的楔状空间20与在该楔状空间20中配置的球状刚体部件23之间的关系。
实施例1(参照图1至图6)本实施例适用公称4英寸的管系，并且为管接头的自平衡型拉拔防止装置。接头13的本体14和法兰15由铸铁制成，所使用的管体11为管系用碳素钢钢管(SGP)。根据所使用的管体11的形态选择由转动体制成的钢铁部件23。在由SGP制成管体11的场合下，其表面具有防锈亚铅镀层，由于滚动摩擦系数μ2相对较大，因此由转动体制成的刚体部件23为钢制球体。
管体外面12和法兰部内面21构成的楔形空间20的夹角为2α＝17度，由钢球制成的刚体部件23的半径r＝2.4mm。图6示出在改变钢球数目的场合下，相对管体拉拔力F(牛顿)的管体拔出长度(mm)的实测值。同时也一并记录传统品在相同条件下的实测值。
钢球数为3个、4个和6个的场合下，在图表中示出虽然在拔出量大约15mm附近数据停止，由于与管体11的拉拔联动从而作为刚体部件23的钢球转动移动，最后从法兰脱落。另外，在实施例的钢球12个的场合下，示出如下虽然未到达拔出量15mm附近，并且在12.5mm处终止，但由60000N破坏接头装置本体。从该图表表明下面的内容。
1)相对传统品，本发明的装置装备12个钢球，相对管体拉拔力具有5倍以上的耐力，得到极大改善。不是在60000N处管体脱落，而是接头装置自身的铸造物产生破坏，这表示接头的保持机构仍在工作。
2)实施例1中各测定值示出相对管体拉拔力F的管体拔出量L大致为直线，即ΔF/Δl＝定值，(1)式成立。而且，ΔP作为相对1个钢球的微小位移的耐力F，ΔP＝ΔF/Δl·n (4)这里n为钢球个数(表1)
该结果示出如表1所示，ΔP为大约220牛顿/mm的定值，(3)式成立，即通过楔形空间内钢球的转动，对应于管体拔出量F的增加的抗力(P∶R比率)自平衡地增加。
3)虽然因钢球数的增加而抗力增加，但这些钢球用于在管体和法兰上分散该负荷。在钢球数过少的场合，在钢球转动的同时，因负荷R而在管体上产生凹部，最终破坏法兰边缘的同时脱管。通过增加钢球数，负荷R在管体上分散，以便也能够耐受接头铸造物的破坏极限以上的负荷。这些通过经验容易理解。
实施例2连接对象的管体24为硬质氯乙烯(VP)的场合下，由于管体表面非常平滑，并且容易变形，因而齿轮状圆筒部件适于作为刚体部件(图9A、B)。管体24的尺寸为与前述各例相同的4英寸的场合下，如图8A、B所示，由12个圆筒部件制成的刚体部件25插入凹部27内，该凹部27均匀间距地设置在橡胶封装件26的法兰侧外缘部。刚体部件25的个数以4英寸管作为代表，对于其它尺寸的管体也妥当。
原理上与钢球制成的刚体部件25的场合相同，通过VP制管体24的拉拔，刚体部件25的齿咬入VP制管体24表面，确保转动扭矩，并且朝向法兰边缘28移动经过楔形空间20的内部。这样保持力增大。另外，由于这里新示出的符号以外的结构与此前的结构同样，从而不重复援用符号进行详细的说明。图12示出相对实施例2的拉拔力F的VP制管体24的拔出量的实测值。根据图12，理解到虽然传统的接头中没有抗力，但其显著地提高。另外，通过在实验后的VP制管体24的表面上，由齿轮状圆筒部件制成的刚体部件25的齿距确实残留痕迹，理解到正如理论那样产生转动。
本发明成立要求的各个条件1)作为转动体的刚体部件的转动半径r和夹角α在图4中，在管体和法兰之间设置均匀的Δg的间隙。作为一实例，4英寸碳素钢钢管的外形尺寸p、法兰内径尺寸f分别为p＝114.3±0.8mmf＝117.4±0.5mm从而，最大Δg＝1/2×{最大f-最小p}＝1/2×4.4mm。
顺便提及，拉拔力作用在管体上时不一样，其为管体在上下左右等可摆动的形态。从而应当考虑最大间隙一侧为0mm，另一侧最大为Δg×2＝4.4mm的场合。即使在该场合下，作为转动体的刚体部件23、25不拔脱落。即需要2r＞最大Δg×2(＝4.4mm) (5)刚体部件在前述实施例1的钢球的场合为2r＝4.8mm，在实施例2的齿轮圆筒部件的场合，如图9A所示齿轮芯径2r’为4.5mm，同时满足(5)式的条件。
图4示出楔形空间ABC，其内部包含作为满足(5)式的转动体的刚体部件23、25，法兰内面的长度AB’为AB’r+(2r-Δg)/sin2α即，sin2α＝(2r-Δg)/(AB’-r) (6)减小夹角α则AB’变长，由于法兰变大型化，为了接头装置的轻量化、小型化，需要AB’落入规定值。刚体部件23、25的半径变小则由转动引起的移动量变大，容易产生咬合。
4英寸管的场合，标准Δg＝(117.4-114.3)/2＝3.1mm，AB’为15和20mm的场合，对于实施例1、2分别求出(6)式和夹角2α，则得出下表。在转动体由齿轮状圆筒部件制成刚体部件的场合的半径r使用齿轮外接圆的半径(该场合下为5.5mm，参照图9A)。
(表2)
夹角2α的最小值由(6)式给出。另一方面，在AB’进一步变短则夹角张开，2α≥28度的场合下，转动体空转并且不产生ΔR。
通过实验结果，实际上希望2α＝17度±度 (7)虽然这些为4英寸管的场合，但是即使管径大小不同，也确保(7)式的值不较大变化。
2)作为转动体的刚体部件的保持机构作为转动体的刚体部件，首先根据图3考察钢球场合的保持机构，在橡胶封装件17上沿周方向均匀间距地通过预先同时成形形成12个比钢球直径2r小的钢球插入孔29，插入钢球时通过橡胶弹性保持钢球自身。该部分的橡胶封装件的厚度与由钢球制成的刚体部件23的直径相比制作得较薄，钢球确实与管体11和法兰15接触地转动。
同样，当根据图7考察齿轮状圆筒部件的场合的保持机构时，作为转动体的刚体部件在齿轮状圆筒部件上设置中心孔25a，并且由支撑轴30支撑地转动，如图8B所示，由12个齿轮状圆筒部件制成的刚体部件25由1个圆形支撑轴30进行连接。然后，如图10B所示，在外缘圆周上均匀间距地设置12个凹部27，该凹部27用于将由齿轮状圆筒部件制成的刚体部件25插入进入管体24和橡胶封装件26的楔形空间20的外缘部分内，实际上，由于伴随着由齿轮状圆筒部件制成的刚体部件25进行转动，相互的间隔缩短，因而如图8B所示，环连接的场合打开支撑轴30的一部分。
3)作为转动体的刚体部件23、25的形状本发明的作为转动体的刚体部件23、25为球状、圆筒状，应该包含满足下面两个要件的所有情况。即，a、朝向管体11的拉拔方向转动，
b、具有使得作为转动体的刚体部件23、25和管体11之间的摩擦系数μ1、和法兰之间的摩擦系数μ2同时增大的构造和表面处理。
球形的场合，刚体部件的表面为带有微米等级的细微凹凸的表面(所谓表面粗糙的表面)也有效。而且，像金平糖一样在钢球表面均匀地表面设置多个突起(圆锥形)(但是期望突起高度在球体直接的1/4以下)也有效。在圆筒形的场合，刚体部件的表面为粗糙表面、锯齿形齿轮结构也有效。
通过以上说明，作为本发明的管接头的自平衡型拉拔防止装置必要的要件，如权利要求
1所记载，在由圆筒形的管体外面和圆锥形的接头内面构成的楔形端面形状的空间中配置的刚体部件通过在管体上作用的拉拔力而产生转动，管体外面和接头内面之间形成的夹角2α为17度±7度，然后，刚体部件的外径大于等于管体外面和接头内面之间最小间隙Δg的2倍。通过满足这些要件的本发明得以实现如下的目的、效果刚体部件经由拉拔力产生滑动，从而从动摩擦系数支配的传统装置中脱落，而本发明的装置直到破坏为止都不发生脱管。
在本发明的说明中，虽然管体的尺寸为4英寸管，但4英寸管作为这种管体的代表。现有技术人员可以了解到，4英寸管作为代表了从1英寸半的管到10英寸管的管来处理并没有妨碍。从而，可以明白本发明的装置至少适用于从1英寸半的管到10英寸管。
权利要求
1.一种管接头的自平衡型拉拔防止装置，其特征在于，在由圆筒形的管体外面和圆锥形的接头内面形成的楔形剖面形状的空间内、沿圆周方向大约均匀间距地配置多个在管体外面和接头内面产生咬合的刚体部件，在拉拔管体和接头的方向的外力作用时，该刚体部件形成在管体圆周方向的轴圆周上转动并且可朝向拉拔方向移动的转动体，作为通过上述拉拔方向的外力使刚体部件产生转动的条件，楔形剖面形状的空间的管体外面和接头内面之间形成的夹角2α为17度±7度，并且，刚体部件的外径为管体外面和接头内面之间的最小间隙Δg的2倍以上。
2.如权利要求
1所述的管接头的自平衡型拉拔防止装置，其特征在于，朝向管体的圆周方向均匀间距地配置12个刚体部件。
3.如权利要求
1或2所述的管接头的自平衡型拉拔防止装置，其特征在于，刚体部件为球体、圆筒体或者齿轮状圆筒部件中之一。
专利摘要
一种管接头的自平衡型拉拔防止装置，其中，在由圆筒形的管体外面和圆锥形的接头内面形成的楔形剖面形状的空间内、沿圆周方向大约均匀间距地配置多个在管体外面和接头内面产生咬合的刚体部件，在拉拔管体和接头的方向的外力作用时，该刚体部件形成在管体圆周方向的轴圆周上转动并且可朝向拉拔方向移动的转动体，作为通过上述拉拔方向的外力使刚体部件产生转动的条件，楔形剖面形状的空间的管体外面和接头内面之间形成的夹角2α为17度±7度，并且，刚体部件的外径为管体外面和接头内面之间的最小间隙Δg的2倍以上。
文档编号F16L21/08GK1991228SQ200610064037
公开日2007年7月4日 申请日期2006年10月17日
发明者伊藤光男, 增田义雄, 野岛真二 申请人:伊藤铁工株式会社导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan