[發明專利]包括緊固件的組件和用于緊固具有孔的結構的方法

有效

• 申請號: 201711345501.3
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN108457960B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: B·A·辛普森;T·西斯科
• 申請（專利權）人: 波音公司
• 主分類號: F16B35/04
• 分類號: F16B35/04;F16B37/00;F16B33/06
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 王小東

本公開涉及包括緊固件的組件和用于緊固具有孔的結構的方法。一種組件包括：具有對準孔的第一結構元件和第二結構元件；緊固件，所述緊固件在無周圍套筒的情況下至少占用所述孔的相應部分；以及配合部件，所述配合部件聯接到所述緊固件。所述緊固件包括：頭部；從所述頭部延伸的圓柱形柄；包括外部突起的配合部；以及布置在所述柄和所述配合部之間的過渡部。所述過渡部包括在柄/導入交叉部處匯合所述柄的漸縮導入區段以及匯合所述漸縮導入區段的弧形導入區段。漸縮導入區段在第一軸向方向上朝向所述配合部逐漸漸縮，具有線性的第一輪廓并且具有20度以下的漸縮角度，而弧形導入區段在所述第一軸向方向上突然彎曲并且具有第二輪廓，所述第二輪廓是具有半徑的圓弧。

技術領域

本公開總體涉及使用緊固件來固定兩個或更多個結構或工件(其中至少一個由諸如纖維增強塑料之類的復合材料制成)使得緊固件在層中的相應孔內的高過盈配合得以實現。特別是，本公開涉及包括螺栓或銷及配合部件(例如，螺母或軸環)且不包括圍繞緊固件的套筒的過盈配合緊固件組件。

背景技術

用于將多個材料層緊固到一起的通常做法是夾住各層、鉆孔，然后將某一類型的緊固件插入到孔中，由此將各層固定到一起。緊固件通常以凈余或間隙裝配插入到各層的接收孔中。對于許多應用，這將是足夠的。然而，當組裝好的結構經受循環加載時，緊固件的套件在它們孔內的松動將導致緊固件在它們的孔內連續做功。這又可導致緊固件或各層的鄰近特定孔的周圍區域的微動和疲勞問題。

為了解決前述問題，已知的是，利用緊固件在孔中的高過盈配合可以有效地防止由于組裝結構的循環加載而造成的大部分這種微動。高過盈創建了減少移動的更緊密的接合，從而增強疲勞性能。在很多情況下，超大的緊固件將直接被驅動到層的接收孔中。通常，一些潤滑劑在組裝之前被施加到緊固件和孔以在緊固件被推入孔中時減少磨損的趨勢。在其它情況下，套筒以凈余或間隙裝配滑入孔中，接著利用或不利用潤滑劑推入超大的緊固件以使套筒徑向膨脹以便創建過盈配合狀態。

目前，針對用于組裝飛行器制造中的復合機翼結構的緊固件，存在兩種主要方案：(1)套筒螺栓系統；和(2)具有帽密封件的間隙配合緊固件。使用套筒螺栓系統具有以下缺點：(a)零件需要復雜的安裝方法；(b)零件需要小心處理以防損壞；以及(c)系統需要大量的在線測量(導致更長的組裝時間)。使用具有帽密封件的間隙配合緊固件具有以下缺點：(a)該系統允許隨著時間的推移而增加接頭偏轉，影響疲勞性能；以及(b)涉及密封帽應用的大量時間增加了組裝時間。另外，用于金屬飛行器結構的現有過盈配合方案可能不會被優化以減少安裝緊固件時的安裝力負載。較高的安裝力負載可能致使復合材料開裂或過度分層。

可期望提供用于安裝在復合材料中的改進式過盈配合緊固件，以減少安裝力負載并且解決上一段中指出的一個或更多個缺點。

發明內容

下面詳細公開的主題涉及用于將兩個或更多個結構附接在一起的過盈配合緊固件。每個過盈配合緊固件均包括具有外部突起的緊固件，所述緊固件在柄和配合部之間具有漸縮導入區段。在下面詳細公開的實施方式中，漸縮部是線性的，意味著漸縮導入區段的外表面將是正圓錐的一段。該線性漸縮的導入幾何形狀降低了過盈配合孔的安裝力，由此增加接頭的疲勞壽命、增強流體密封性并且減少對電磁效應的敏感度。線性漸縮的導入幾何形狀通過在螺栓被穿過待緊固結構時促進材料的逐漸壓縮而實現前述內容。

根據至少一些實施方式，所述過盈配合緊固件包括具有過渡部的緊固件，所述過渡部布置在柄和具有外部突起的配合部之間，該過渡部包括在柄/導入交叉部處匯合所述柄的漸縮導入區段以及匯合所述漸縮導入區段的弧形漸縮導入區段。所述漸縮導入區段在第一軸向方向上朝向所述配合部逐漸漸縮，具有線性的第一輪廓并且具有20度以下的漸縮角度，所述弧形導入區段在所述第一軸向方向上突然彎曲并且具有第二輪廓，所述第二輪廓是具有半徑的圓弧。