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橡胶管总成接头的设计

近年来，随着我国加工制造业的迅猛发展，液压软管总成的应用范围持续扩大。除机械工业外，汽车行业与各类综合设备对液压软管总成的需求量也大幅增长。国外在软管接头的研究与制造领域起步早、规模大，其软管品种与管接头型式已实现系列化与国际标准化。

橡胶管总成接头6.jpg

在实际应用中，正确选型与设计胶管接头通常需综合考虑以下因素：

胶管的使用条件：包括工作压力范围与载荷状态；工作介质类型与环境温度；工作环境状况。

胶管的安装部位、相应的连接形式及密封方式。

胶管的规格与最小弯曲半径。

胶管的结构形式与材质。

设备维护与管路更换的便利性。

对软管及接头安全性与可靠性的要求。

制造工艺的可靠性及经济性。

一、低压胶管接头的设计

低压胶管接头结构相对简单，通常将芯管插入胶管端部，并在胶管外部用金属环压紧或专用卡箍夹紧即可使用。其设计关键在于芯管表面的几何形状与各部尺寸，设计时应注意：

确保接头与胶管间具有足够的紧固力，以抵抗使用压力作用下芯管所承受的轴向推力；

保证接头与胶管间具备良好的密封性能，防止输送介质泄漏；

接头与使用部位的连接和密封应追求简便、牢固、可靠。

基于上述要求，低压胶管接头可按以下五种形式进行设计。

1. 锯齿形接头

锯齿形接头是应用最广泛的形式之一。锯齿斜边与轴线的夹角以20°为宜，短边与轴线垂直。通常，工作压力较低（或负压条件下使用）且管径较小时，齿数可较少、长度较短。反之，则应适当增加齿数与长度。

2. 波浪形接头

波浪形接头适用于内径13mm至75mm的各种规格低压胶管。为增强密封性能与连接强度，接头表面加工成波浪形，波峰最大直径略大于胶管内径。波峰数量取决于胶管内径和工作压力。管径小、压力低时可采用单波峰；管径大、压力高时可采用2至3个波峰。该接头可通过机械切削或薄壁金属管滚压成型。接头插入胶管内的长度一般不小于20mm，并随胶管内径增大而相应增加。接头外表面需光滑，以防损伤胶管内胶层。

3. 凹槽形接头

对于管径较大、管壁较厚、不易扩张的低压胶管，可采用凹槽形接头。凹槽形状可制作为矩形、梯形、圆弧形或三角形。接头外径基本等于胶管内径，凹槽深度根据内胶层的厚度和硬度确定：内胶层厚、硬度低时凹槽可较深，反之则应较浅，通常在1mm至3mm范围内选取。凹槽宽度根据管径在2mm至2.5mm间选取。为防止损伤内胶层，凹槽两侧肩部需加工R0.3mm至R0.5mm的圆弧倒角。三角形凹槽底部应加工成不小于R0.5mm的圆角，以避免应力集中影响接头强度。接头长度按管径的1.5至2倍选取，槽数可在3至5个之间选取。

4. 凸筋形胶管接头

凸筋形接头多适用于大口径输水胶管、输油胶管、汽车水管及输送固体物料的胶管。接头结构简单，表面有1至3条凸筋，凸筋高度为1mm至16mm，宽度为1mm至20mm。凸筋数量与尺寸依胶管规格选定，管径大则相应增加。该接头可采用整体铸造、整体冲压或焊接后机加工成型。其连接部分形状与尺寸根据连接与密封方式确定，普遍采用法兰结构，也可制成其他形式。

5. 扣压式低压胶管接头

对于内径小于19mm的小规格编织（或缠绕）胶管，普遍应用一种简易扣压接头。该接头由芯管和薄金属外套构成。芯管可采用金属材料机加工制成，或直接选用相应规格的金属管（如黄铜管、紫铜管、钢管），其结构可采用上述锯齿形、波浪形、凹槽形或双凸筋形等。外套通常由金属薄板冲压成型。将接头、外套与胶管组装后，在扣压机上完成扣压连接。此类接头常用于汽车制动胶管、空调胶管、柴油机油管及灭火器胶管等。

二、高压胶管接头的分类

高压胶管工作压力通常为6.9 MPa至31.4 MPa，超高压胶管工作压力则在31.4 MPa以上。保证胶管在高压下的性能，其接头的设计、制造与装配工艺是关键。

高压胶管接头按装配方式主要分为扣压式（不可拆卸）和装配式（可拆卸）两种。

扣压式高压胶管接头：由芯管、外套和连接件（有时与芯管一体）组成。装配后在专用扣压机上压紧，使接头与胶管成为牢固整体。优点是体积小、重量轻、可靠性高、生产效率高、成本低；缺点是金属接头不可重复使用，且需专用设备。
装配式接头：同样由芯管、外套和连接件组成，但结构特殊。装配时先将外套拧在胶管上，再将带螺纹和锥度的芯管在轴向推力下旋入胶管，并与外套通过螺纹连接。优点是可现场用手动工具装拆，金属接头可重复使用；缺点是密封性及可靠性相对较差，装配劳动强度大、效率低，且压缩率不易控制。

扣压式接头的设计重点在于芯管和外套，连接部分可根据使用要求和密封形式选择。

外套设计：常见形式为外表面光滑圆柱体，内表面带一定数量的锯齿形沟槽。锯齿短边与轴线垂直，斜边夹角为25°至45°，齿顶为1mm至2mm宽平面。扣压后，胶管钢丝层和内胶层被挤压变形嵌入沟槽，从而获得抗拔脱力。锯齿数量与沟槽深度与工作压力、胶管规格、结构、骨架层层数、壁厚及内胶层性能密切相关。以中等规格液压管为例，爆破压力150 MPa以内用4个槽，100 MPa以内用3个，50 MPa以内用2个。

芯管设计：芯管表面有锯齿状沟槽，锯齿短边与轴线垂直，斜边夹角一般不大于20°，齿顶为圆弧或带平面，但与短边连接处需为光滑圆角（R0.2mm至0.5mm），以防损伤内胶层。芯管表面粗糙度至关重要，一般要求达到Ra 1.6 μm左右。采用滚压法加工锯齿，效率高、精度好，且利于消除应力集中。芯管外径通常稍大于胶管内径，过盈量根据内径大小在0.1mm至0.5mm间选取，最大不超过0.5mm。沟槽深度根据内胶层厚度确定，一般为厚度的30%至50%，约0.3mm至0.8mm。对于内径大、内胶层厚的胶管，深度可适当增加，以扣压后内胶层能充满沟槽且不破裂为限。芯管插入长度（含引入段和密封段）根据胶管规格、结构、工作压力和内胶层确定，密封段长度一般为胶管内径的1.5至2倍（大管径取小值，小管径取大值），且应与外套长度匹配，扣压后通常与外套等长。

连接与密封：接头的连接、密封形式及连接件多样，大多已标准化、系列化，其中螺母连接应用最为广泛。