TWI314977B - Fluid coupling and process for designing same - Google Patents

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TWI314977B TW092133119A TW92133119A TWI314977B TW I314977 B TWI314977 B TW I314977B TW 092133119 A TW092133119 A TW 092133119A TW 92133119 A TW92133119 A TW 92133119A TW I314977 B TWI314977 B TW I314977B
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Description

1314977 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於流體接頭，特別是有關於一種藉由使夾 設在接頭構件間之襯墊變形而獲得密封性之流體接頭及其 設計方法。 【先前技術】 過去，作爲流體接頭，在由本案申請人所揭示之日本專 利特開平〇9-032984號公報（在各圖、特別是在第14圖至 第17圖）中’爲具備有：第一以及第二之接頭構件，爲具% 有相互連通之流體通道；開孔圓板狀之襯墊，被夾設在兩 接頭構件之抵接端面間；鎖固裝置，係結合兩接頭構件； 爲表示在第一以及第二接頭構件之抵接端面上，設有襯墊 按壓用之環狀突起的構件。此外，在該公報中，爲揭示於 第一以及第二接頭構件之抵接端面上，係分別設置具有平 坦底面之環狀凹處，且使環狀突起設置在被配置於以兩接 頭構件之凹處所形成之襯墊收容空間的內環狀襯墊之兩側
在上述習知之流體接頭中，於包含襯墊按壓用環狀突起 的接頭構件之端面上，爲要求藉由包含鏡面精加工程序之 高精度的加工，在具有突起之端面加工中係較費工，而具 有造成妨礙接頭整體之製造程序之合理化的問題點。在 此，雖考慮有在襯墊之兩端面上設有環狀突起之型式的構 造，不過，有關於襯墊形狀方面，自過去以來便幾乎未深 入探討，特別是有關於設在襯墊之突起的形狀，並未以各 1314977 鎖緊時的扭矩與推力之間的關係，而針對無電鍍、有鍍銀 以及無電鍍而使用潤滑油之三種種類的螺栓來進行測定。 而該種結果得知，當以鍍銀以及潤滑油等來減輕螺栓旋轉 時之摩擦’藉此’係可與扭矩成比例的增加推力，此外， 當未電鍍之情況下，係可得知對於扭矩之增加量而造成推 力增加之比例。 第4圖之圖表係爲，當襯墊（4)之突起（7)之形狀爲 ct = 90°以及P = 0.29mm之情況下，藉由調查對於變位量 之鎖緊扭矩以及受壓面積，係得知受壓面積爲與變位量成 比例的增加，此外，當變位量達到突起高度P後，在此之 後即使是增加鎖緊扭矩，仍可得知變位量係幾乎沒有變 化。 在此，在獲得所要之密封性方面，在最低鎖緊力、亦即 鎖緊時爲必須要有指定値以上之推力，此外，在維持所需 要之強度方面，推力爲必須要形成爲不致超越對應於襯墊 (4)之硬度的指定値。從而，考慮安全率，較佳爲選定襯 墊（4)之硬度以及形狀（推拔角度α、突起高度P以及前 端平坦面面積S )而用以滿足下式者爲佳。 最低鎖緊力X安全率 < 接頭鎖緊時之推力 < 已因應於表 面硬度之推力X安全率 龅且，考慮藉由鎖緊而造成面積的變化，以使用下式者 爲更佳。 由最低鎖緊力所求出之面壓X安全率 <接頭鎖緊時之每 一單位面積之推力的實驗値 < 由襯墊之維克氏硬度所求出 1314977 之每一單位面積之推力χ安全率 作爲最低鎖緊力，例如，在使用狀態中之螺栓荷重以及 襯墊鎖緊時之螺栓荷重之中，只要爲均使用較大之一方即 可。將求出維克氏硬度、最低鎖緊力等計算公式以及各個 記號涵義揭示於表1。 【表1】 記號-記號涵義 HV-維克氏硬度 F-試驗荷重（N) S -表面積（mm2 ) W m 1 -在使用狀態下之必要的最小螺栓荷重（N ) W m 2 -在襯墊鎖緊時之必要的最小螺栓荷重（N ) G-通過襯墊反作用力之施加位置之圓的直徑（mm ) P-設計壓力（MPa) m-襯墊係數（由襯墊材料與接觸面來選擇） b-襯墊座之有效寬度（mm) y-襯墊或是接頭接觸面之最小設計鎖緊壓力（N/mm2 ) Ami -在使用狀態下之螺栓的所要總斷面積（mm2) Am2-襯墊鎖緊時之螺栓的所要總斷面積（mm2) A m -螺栓之所要總斷面積（m m 2 )
Wml -螺栓荷重 Wm2-螺栓荷重 (7 3-在常溫下之螺检之谷目午拉伸應力（1^£/1111112) σ b -在設疋溫度下之螺栓之容許拉伸應力（kgf/mm2) 1314977
Wo-在使用狀態下之螺栓荷重（kgf)
Wg-襯墊所盡實施螺栓荷重（kgf)
Ab -螺栓有效斷面積（mm2)
Bo-襯墊座之基本寬度（mm) 在第5圖所表示之圖表，係爲使用在藉由本發明之流體 接頭中，用以獲得較佳之襯墊而使用的圖表。在橫軸方面 係爲變位量，在縱軸方面係設爲推力或是螺栓荷重，將襯 墊之突起的推拔角度設爲α = 90° ，求出變位量與推力或 是螺栓荷重之間的關係。而該圖之圖表中，在相較於維克 式硬度爲HV =30之構件與HV =100之構件後，在最大之 變位量（結束鎖緊之時間點）下，推力係分別形成爲約 3 40kgf與約1 120kgf，在維克氏硬度爲HV= 30之構件方 面，係得知爲必須注意因推力不足而造成伴隨於面壓降低 的密封性不足，而在HV = 1 00之構件方面，係得知爲必須 注意伴隨於推力過多而造成接頭或是螺栓損傷。此外，已 實施鍍銀之構件（以Ag PLATING來表示）之實驗値係爲， 由該圖表係可理解到爲位於兩者之間，且在使用狀態下之 螺栓荷重《襯墊鎖緊時之螺栓荷重等訊息。 第6圖以及第7圖係爲與第5圖相同之考察，而進行將 襯墊（4)之突起（7 )的推拔角度設爲α = 60° (第6圖） 以及α = 120° (第7圖），藉由與第5圖進行比較，係可 得知在將推拔角度由α二90°變更成a = 60°後，爲造成 推力之減少，在將推拔角度由α = 90°變更成α = 120° 後，爲造成推力之增大。如此，在將推力設定在某範圍之 -13- 1314977 情況下，變更維克氏硬度、推拔角度等，而可設計出用以 獲得指定之推力的襯墊（4)。 在第8圖中，係爲表示使用在藉由本發明之流體接頭 中’用以獲得較佳之襯墊（4 )而使用的其他之圖表。在橫 軸方面係設爲取得每單位面積之推力，將襯墊（4 )之突起 (7 )的推拔角度設爲α = 90° ，以求出變位量與每一單位
面積之推力間的關係。雖被設成每一單位面積之實驗値之 構件’不過’爲具有藉由本發明所達成之流體接頭（1 )之 特性。由該圖之圖表可知，藉由將變位量設爲0.1mm以上， 爲可獲得在密封性上所必要之每一單位面積之推力，亦 即，爲得知係可滿足由最低鎖緊力所求得之面壓 < 接頭鎖 緊時之每一單位面積之推力的條件。並且，在實際上爲考 慮安全率，例如針對於變位量方面，爲判斷出若具有 0.1 5mm以上時，則可確實的確保密封性。此外，在將變位 量設成例如〇.4mm以上之後，每一單位面積之推力係可達 到襯墊硬度HV=100之情況的推力，而形成爲無法滿足作 爲用以確保流體接頭（1 )之強度之推力條件的接頭鎖緊時 之每一單位面積的推力 < 由襯墊之維克氏硬度所求出之每 一單位面積的推力，因此，在考慮安全率係可得知例如將 變位量〇 . 3 0mm以下者作爲條件亦確保強度者亦可。由於 變位量與襯墊（4 )之突起（7 )的高度P係爲對應，因此 在決定變位量後，係可確定襯墊（4)之突起高度P。 第9圖以及第10圖係爲與第8圖相同之考察，而進行 將襯墊（4 )之突起（7 )的推拔角度設爲α = 60° (第9 -14- 1314977 圖）以及α =120° (第10圖）’藉由與第8圖進行比較， 係可得知在將推拔角度由α = 9 0 °變更成〇； = 6 0。後，相 較於《 = 90°之情況，在每一單位面積之推力、亦即密封 性上爲必須增大每一單位面積之推力，例如，係探討有爲 了增大變位量而同時進行增大突起高度等之設計變更的效 果’此外’當將推拔角度由α = 90°變更成α = 12〇。後， 相較於α = 90 °之情況，爲得知係可減小在每一單位面積 之推力、亦即密封性上之每一必要的單位面積之推力，例 如，係形成爲探討有爲了增大變位量而同時進行增大突起 高度等之設計變更的效果。在上述中，雖是將維克氏硬度 確保在HV=l〇〇中，不過，當然亦可變更維克氏硬度、增 加襯墊（4)之設計的自由度，在變更維克氏硬度、推拔角 度等，而可設定在密封性以及耐久性爲確立在更高位準之 襯墊（4)。 此外，HV= 100等之所需要的維克氏硬度係可在不銹鋼 製之襯墊（4)上實施充分地固熔化熱處理來獲得，在襯墊 (4)方面，爲在熱處理後實施鏡面硏磨。 〔產業上之可利用性〕 在藉由使被夾設在接頭構件間之襯墊變形而獲得密封 性的流體接頭中，係可包含襯墊之形狀而構築出接頭構件 間之適當的密封構造，藉此，係可獲得提昇密封性與耐久 性之流體接頭。 【圖式簡單說明】 第1圖所示係爲藉由本發明所達成之流體接頭之第一實 -15- 1314977 4 :襯墊 5、6 :凹處 7 :突起 7 a :推拔面 7b :推拔面 7c :平坦面 7 d :延伸面
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Claims (1)

  1. I314t77~~~；^ I ff年玥/伯修(更)正替換頁I 修正本 -^ϊΤΤΠΤΐΤΓί"^流體接頭及其設計方法」專利案 (2009年5月15日修正） 拾、申請專利範圍： 1. 一種流體接頭，係具備有： 第一以及第二接頭構件，爲具有相互連通之流體通 路；襯墊，爲被夾設在兩接頭構件之抵接端面間；鎖固 裝置，係爲結合兩接頭構件； 在各個接頭構件端面上，係分別設置具有平坦底面的 環狀凹處，使環狀襯墊配置在以兩接頭構件之凹處所形 成之襯墊收容空間內，襯墊兩側面設有環狀突起，其特 徵爲Ζ 襯墊之突起的斷面形狀係爲藉由外周面所形成之內 向推拔面、內周面所形成之外向推拔面、以及前端面所 形成之平坦面所區隔的梯形，襯墊之軸向中心面迄至外 向推拔面之基端爲止的距離，係形成爲小於從襯墊之軸 向中心面迄至內向推拔面的基端爲止的距離。 2. 如申請專利範圍第1項之流體接頭，其中襯墊之硬度、 突起之推拔面彼此之形成角度、突起高度以及突起前端 之平坦面的面積，係設定成鎖緊時之推力値爲介於指定 之最小値與最大値之間。 3. 如申請專利範圍第2項之流體接頭，其中襯墊之環狀突 起的內向推拔面與外向推拔面形成之角度^係設定爲50 至 1 30、 4· 一種流體接頭之設計方法，該流體接頭包含： 1314977 对年了月吨修(更)正替換頁 修正本 第一以及第二接頭構件，爲具有相互連通之流體通 路；襯墊，爲被夾設在兩接頭構件之抵接端面間；鎖固 裝置，係爲結合兩接頭構件；
    在各個接頭構件端面上，係分別設置具有平坦底面之 環狀凹處，使環狀襯墊配置在以兩接頭構件之凹處所形 成之襯墊收容空間內，且在襯墊之兩側面上設有環狀突 起，該流體接頭設計方法之特徵爲，將襯墊之突起的斷 面形狀做成藉外周面所形成之內向推拔面、內周面所形 成之外向推拔面、以及前端面所形成之平坦面所區隔的 梯形，同時將襯墊之硬度、突起之推拔面彼此形成之角 度、突起高度以及突起前端之平坦面的面積，設定成在 鎖緊時之推力値爲介於指定之最小値與最大値之間。 5.如申請專利範圍第4項之流體接頭之設計方法，其中爲 使襯墊之硬度、襯墊之突起的推拔角度、突起高度以及 突起前端平坦面面積，以滿足以下公式：
    由最低鎖緊力所求出之面壓X安全率 < 接頭鎖緊時之 每一單位面積之推力的實驗値<襯墊之由維克氏硬度所 求出之每一單位面積之推力X安全率來決定。
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