[發明專利]用于飛行器結構的緊固件

在審

• 申請號: 201380033639.3
• 申請日: 2013-04-16
• 公開（公告）號: CN104395618A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 理查德·多賓;約翰·斯塔基
• 申請（專利權）人: 空中客車營運有限公司
• 主分類號: F16B19/06
• 分類號: F16B19/06
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 潘煒;董敏

技術領域

本發明涉及用于飛行器結構的緊固件。更具體地，本發明涉及設計成對于被緊固的板具有剪切和拉出的性能組合的緊固件。

背景技術

機械緊固件比如螺釘在本領域是已知的并且在飛行器結構中用于將板附接在一起。一些螺釘具有漸縮的沉頭頭部，該沉頭頭部配裝至位于最外側的板中的相應的凹形沉頭成形部中以提供平齊的表面。

已知的沉頭緊固件具有截頭錐形頭部，該截頭錐形頭部在截面中具有相反的直的漸縮的側邊。此種形式的沉頭頭部從軸至緊固件的端部表面向外地呈錐形變化，在緊固件的端部表面處有時設置有與工具接合的凹槽。頭部的在呈錐形變化的邊緣之間的包角(inclusive?angle)在從90度到130度的范圍內，大多數為大約100度。這種緊固件主要設計用來：(i)抵抗拉出力(即，被緊固的板沿軸向方向分離并且拉動緊固件的趨勢)，(ii)抵抗剪切力(即，板相對于彼此滑動的趨勢)。

提供了一種沉頭緊固件，其中，其頭部延伸通過外板的厚度太多，這會導致“刀刃”狀態。軸向孔的靠近緊固件軸的僅在沉頭頭部之下的較小的深度導致了這種狀態。由于緊固件與板之間的徑向接觸的較小的表面面積，所以會在此區域中產生應力集中，從而對板造成損壞。

為了減輕“刀刃”狀態的影響，應用“2/3規則”來將沉頭的深度限制為板厚度的2/3而不是改變緊固件的特征。通常認為，通過在外板的孔呈圓筒形(即，孔繞緊固件軸完全沿軸向方向)的位置處設置1/3的厚度，將會避免或減少上文提到的應力集中。

如果外板較薄，則這當然是有問題的。在這種情況下，使用各種方法來克服刀刃狀態。例如，可以減小沉頭頭部的深度，并且因此仍然能夠遵循“2/3規則”。這種方法的問題在于，緊固件的頭部的直徑因此被制成為更小(假設沉頭角保持恒定)。這種更小的頭部直徑減小了與板的軸向接觸面積，因此增加了板上的應力并且減小了緊固件的拉出強度，同時板更容易失效。

一種替代性的方法是使用較大的沉頭角以使得不會減小緊固件頭部的面積。通過將角度從所說的100度增加至130度，緊固件頭部能夠保持相同的直徑，而沉頭區域可以制造得更淺以使得能夠遵循2/3規則。然而，由于頭部本身制造成強度較低(在沉頭頭部中的材料深度減小)，并且因此，緊固件本身的抗拉阻力減小，所以這種方法是不理想的。

在軸與頭部之間的角度的急劇變化也導致了緊固件中的應力集中，就這一點而言是不期望的。

需要的是適合用于飛行器應用的緊固件，該緊固件能夠提供在不顯著地減少組件的拉出強度的情況下消除刀刃狀態的改善的方法。

發明內容

根據本發明提供了用于飛行器結構的緊固件，該緊固件包括軸和喇叭形頭部，其中，喇叭形頭部包括靠近軸的第一區域以及位于第一區域的相對于軸的頭部側的第二區域，該第一區域具有第一曲率半徑，該第二區域具有第二曲率半徑，其中，第二曲率半徑比第一曲率半徑更大。

有利地，本發明提供了如下的在不顯著減小拉出強度的情況下解決薄板的刀刃狀態的方案。沉頭頭部的直徑必須制造得較大以將來自于拉出負載狀態的反作用力負載分散遍布到板的相應部分上(因此保持板中的應力較低)。然而，如所提到的，本發明涉及對薄板進行緊固，以及由于頭部相當深，因此不可能提供從軸至頭部的頂部的不間斷的90度扇形截面。如此，為了提供從軸至頭部的平滑的切向的過渡，小直徑的第一部分過渡成大直徑的第二部分。這在軸處提供了平滑的過渡，且在稍端部處提供了較大的頭部，并且在不使頭部太深的情況下消除了軸與頭部之間的尖銳的拐角。

由于當軸過渡成頭部時，孔的內壁主要軸向地定向，因此靠近軸的弧形的第一部分的存在也減少了刀刃狀態的影響。如此，沉頭頭部能夠制造成幾乎與板同樣深(甚至是同樣深)。

優選地，第一區域與軸相鄰(即，接合)，更優選地，第一區域的在第一區域與軸的直徑的接合處即在第一區域與軸的直徑的匯合處的切線與軸對準。

第一區域和第二區域可以相鄰——即，接合。優選地，第一區域和第二區域的切線在兩區域的會合處對準。

替代性地，喇叭形頭部可以包括使第一區域和第二區域接合的中間區域，其中，中間區域的半徑從第一半徑逐漸增大到第二半徑。該中間區域可以呈現出漸開線。

優選地，第二半徑為第一半徑的至少兩倍。

第二半徑可以在緊固件頭部的端部處終止，或者在第二區域與頭部的與軸相反的端部之間可以設置有端部區域，該端部區域相對于第一區域和第二區域相反地彎曲。