[发明专利]包括紧固件的组件和用于紧固具有孔的结构的方法

说明书

本公开涉及包括紧固件的组件和用于紧固具有孔的结构的方法。一种组件包括：具有对准孔的第一结构元件和第二结构元件；紧固件，所述紧固件在无周围套筒的情况下至少占用所述孔的相应部分；以及配合部件，所述配合部件联接到所述紧固件。所述紧固件包括：头部；从所述头部延伸的圆柱形柄；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间的过渡部。所述过渡部包括在柄/导入交叉部处汇合所述柄的渐缩导入区段以及汇合所述渐缩导入区段的弧形导入区段。渐缩导入区段在第一轴向方向上朝向所述配合部逐渐渐缩，具有线性的第一轮廓并且具有20度以下的渐缩角度，而弧形导入区段在所述第一轴向方向上突然弯曲并且具有第二轮廓，所述第二轮廓是具有半径的圆弧。

技术领域

本公开总体涉及使用紧固件来固定两个或更多个结构或工件(其中至少一个由诸如纤维增强塑料之类的复合材料制成)使得紧固件在层中的相应孔内的高过盈配合得以实现。特别是，本公开涉及包括螺栓或销及配合部件(例如，螺母或轴环)且不包括围绕紧固件的套筒的过盈配合紧固件组件。

背景技术

用于将多个材料层紧固到一起的通常做法是夹住各层、钻孔，然后将某一类型的紧固件插入到孔中，由此将各层固定到一起。紧固件通常以净余或间隙装配插入到各层的接收孔中。对于许多应用，这将是足够的。然而，当组装好的结构经受循环加载时，紧固件的套件在它们孔内的松动将导致紧固件在它们的孔内连续做功。这又可导致紧固件或各层的邻近特定孔的周围区域的微动和疲劳问题。

为了解决前述问题，已知的是，利用紧固件在孔中的高过盈配合可以有效地防止由于组装结构的循环加载而造成的大部分这种微动。高过盈创建了减少移动的更紧密的接合，从而增强疲劳性能。在很多情况下，超大的紧固件将直接被驱动到层的接收孔中。通常，一些润滑剂在组装之前被施加到紧固件和孔以在紧固件被推入孔中时减少磨损的趋势。在其它情况下，套筒以净余或间隙装配滑入孔中，接着利用或不利用润滑剂推入超大的紧固件以使套筒径向膨胀以便创建过盈配合状态。

目前，针对用于组装飞行器制造中的复合机翼结构的紧固件，存在两种主要方案：(1)套筒螺栓系统；和(2)具有帽密封件的间隙配合紧固件。使用套筒螺栓系统具有以下缺点：(a)零件需要复杂的安装方法；(b)零件需要小心处理以防损坏；以及(c)系统需要大量的在线测量(导致更长的组装时间)。使用具有帽密封件的间隙配合紧固件具有以下缺点：(a)该系统允许随着时间的推移而增加接头偏转，影响疲劳性能；以及(b)涉及密封帽应用的大量时间增加了组装时间。另外，用于金属飞行器结构的现有过盈配合方案可能不会被优化以减少安装紧固件时的安装力负载。较高的安装力负载可能致使复合材料开裂或过度分层。

可期望提供用于安装在复合材料中的改进式过盈配合紧固件，以减少安装力负载并且解决上一段中指出的一个或更多个缺点。

发明内容

下面详细公开的主题涉及用于将两个或更多个结构附接在一起的过盈配合紧固件。每个过盈配合紧固件均包括具有外部突起的紧固件，所述紧固件在柄和配合部之间具有渐缩导入区段。在下面详细公开的实施方式中，渐缩部是线性的，意味着渐缩导入区段的外表面将是正圆锥的一段。该线性渐缩的导入几何形状降低了过盈配合孔的安装力，由此增加接头的疲劳寿命、增强流体密封性并且减少对电磁效应的敏感度。线性渐缩的导入几何形状通过在螺栓被穿过待紧固结构时促进材料的逐渐压缩而实现前述内容。

根据至少一些实施方式，所述过盈配合紧固件包括具有过渡部的紧固件，所述过渡部布置在柄和具有外部突起的配合部之间，该过渡部包括在柄/导入交叉部处汇合所述柄的渐缩导入区段以及汇合所述渐缩导入区段的弧形渐缩导入区段。所述渐缩导入区段在第一轴向方向上朝向所述配合部逐渐渐缩，具有线性的第一轮廓并且具有20度以下的渐缩角度，所述弧形导入区段在所述第一轴向方向上突然弯曲并且具有第二轮廓，所述第二轮廓是具有半径的圆弧。