应用于复合应用的高性能衬套式过盈紧固件的制作方法

专利名称：应用于复合应用的高性能衬套式过盈紧固件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种改进的螺纹紧固件以及用于固定复合材料制成的工 件的方法。在特定的实施例中，本发明涉及包括销和可操作衬套的紧固件， 所述衬套可以置于在过盈应用中使用的销的周围。
背景技术：
越来越多的石墨复合材料并入飞行器结构。石墨复合材料的使用增加 强度、增加寿命、减轻重量、减少燃料消耗、增加有效载荷以及具有其他 优势。然而，随着这些更新的材料被使用，相比典型的金属结构，在紧固 技术上需要克服新的困难。在石墨或混合石磨成分的金属结构中，已有的航天紧固件不能安全地 安装在过盈条件下。典型地，间隙配合的紧固件用于避免复合材料的分层 脱离以及潜在的结构失效，这些会使得紧固件使用不安全。因此，紧固件 安装在间隙孔中，所述间隙孔导致动态连接性能的降低、结构中存在间隙 以及其他结构问题。在紧固件的柄部和孔之间所产生的间隙阻止结构部件的均匀接触。结 果，将闪电雷击电流/能量以及电磁电流安全地释放成为主要的问题。当 前，飞行器的制造商正在诉诸于精巧的、昂贵的、有时甚至是冒险的替代 方法来恰当地使所述结构接地。例如，铜或另外的低导电条带可以被合并 到工件的表面上，以为任意电流提供优选的低电阻路径。附加地，可以使 用含有导电纤维承载膜的薄膜粘合剂，其中所述导电纤维承载膜能够传导 两个工件之间的高电流。然而，这些方法都非常昂贵，且对于提供电流的 安全释放而言不是经济有效的方式。另外，现有的紧固件不能如大多数飞行器结构中所需的一样，采用大 量的密封胶进行安装。如果在安装过程中使用了足够的密封胶，在紧固件
组件和工件之间的摩擦系数会减小而妨碍安装能力。此外，不能使任何多 余的密封胶流出结合处外。再者，现有的带有为过盈应用而制造的匹配衬套的销仅仅能够安装在 100%的石墨复合材料中。另外，这些紧固件局限于长度短、直径小的应 用。现有的紧固件不能安装在任何复合/金属结构中以及最多100%的复 合结构中。另外，用于过盈应用的现有的紧固件仅能在剪切载荷范围强度能力下 使用。在这些紧固件中使用的卡圈一般是商业上可以得到的、纯钛的，并 在相当低的温升下发生蠕变。因此，需要提供一种允许过盈应用、而不能产生分层脱离和结构失效 的紧固件。也需要提供一种可以在多种不同的应用中使用的紧固件。需要在多种 复合/金属结构中使用紧固件。此外，需要提供紧固件，所述紧固件提供由闪电雷击和/或静电造成 的电流的安全释放。允许结构部件的均匀接触的紧固件将提供所需的释放 以及涉及电流问题的更安全、更经济有效的解决方案。发明内容在本发明的一方面中，公开具有销的紧固件。所述销构件包括细长的光滑的圆柱形颈部和用于与衬套匹配的增大头部(enlarged head)。在一些 实施例中，存在用于与衬套的外展端部相接合的锥口孔或凸起头。所述销 部件也包括螺纹部分和与光滑的圆柱形颈部沿轴向对齐的易断损部分。所 述易断损部分包括拉槽部分，所述拉槽部分具有环绕的拉槽，所述环绕的 拉槽适于被控制用于施加相对的轴向力、以将销部件牵引入衬套中。销部 件包括在螺纹部分和易断损部分之间的断槽。当安装紧固件时，易断损部 分在断槽处被分隔开。所述销包括在光滑的圆柱形颈部和螺纹部分之间的过渡部分，所述过 渡部分被设计并优化以使由安装所导致的高过盈条件所需的安装力最小 化。在典型的实施例中，过渡部分可以是锥形的并相对销颈具有小于或等 于20度的角度。在其他的实施例中，在光滑部分和螺纹部分之间，过渡部分在0.010到0.290英寸的距离上将销颈的径向直径减小0.004到大约 0.005英寸之间。在其他的实施例中，紧固件还包括衬套和夹持装置以将工件固定在一 起。所述夹持装置可以包括卡圈或螺母构件或其他任何适于将工件与销和 衬套紧固在一起的装置。通过位于两个或更多个工件上的对齐孔安装紧固 件。在一些实施例中，通过工件的孔中的一个孔包括在其外部开口上的锥 口孔、或导入半径。适于套在光滑的圆柱形颈部的衬套包括管状部分和用于与工件的外 部表面接合的增大端部。在一些实施例中，存在与工件中的锥口孔部分接 合的外展端部。衬套的长度大于将在对齐孔的位置处被连接的工件的最大 总厚度。衬套的管状部分具有内径和外径，所述内径小于光滑的圆柱形颈 部的直径，所述外径被进行尺寸调整以允许将衬套配合入工件的对准间隙 孔。在一方面，销部件具有直径大于衬套的最大内径的光滑圆柱形颈部。 当所述光滑的圆柱形颈部进入和通过衬套时，衬套沿径向外展进入与工件 的孔壁的过盈配合。管状卡圈构件适于套在销部件的螺纹部分上，所述销部件包括沉孔和 环形的凸缘部分，所述沉孔能够使得卡圈在衬套之上提供间隙，所述凸缘 部分位于与工件的另一外表面接合的一个端部处。所述卡圈构件包括具有 均匀外径的增大的圆柱形颈部，适于被型锻到销的螺纹部分中。在另一个实施例中，所述螺母构件适于装配在销部件的螺纹部分上， 所述销部件包括沉孔和环形的凸缘部分，所述沉孔能够使得螺母构件在衬 套之上提供间隙，所述凸缘部分位于与工件的另---外表面接合的一个端部 处。所述螺母构件包括螺纹部分，所述螺纹部分螺纹连接至销的螺纹部分， 以将紧固件固定至工件。在另一方面中，衬套构件包括在内径表面上的润滑剂，以减小销的光 滑的圆柱形颈部进入衬套时的摩擦。衬套的外径表面和/或对齐孔的内径 具有比较粗糙的表面。在特定的实施例中，在衬套的内表面和销部件的光 滑的圆柱形颈部之间的摩擦系数小于衬套的外表面和孔的内径之间的摩 擦，以允许衬套沿径向插入销部件的光滑的圆柱形颈部而形成过盈配合。
在另一方面，公开了能够安装在复合材料、金属或复合材料/金属结 构上的紧固件。例如，所公开的紧固件能被安装在石墨的复合材料、钛、 铝或这些组分的混合物中。在另一方面，由于所述紧固件的过盈、在紧固件和结构之间的间隙被 消除，由此在部件之间提供良好的导电性能。因此，减少了潜在的电火花， 为航空应用提供更安全的紧固件。在另一方面，所述紧固件在复合材料和/或金属结构中可以具有0.0005到0.0100英寸的过盈量，而没有复合材料的分层脱离或损坏的危 险。在本发明的另外方面，紧固件可以具有从大约0.062到大约0.140英寸的功能性夹紧量。本发明的其他目的、特征和优势将结合附图、从后续描述和所附权利 要求中显见。


参照结合附图进行的下面的详细描述，本发明的前述方面和优势将更为显见和容易理解，在附图中图1是紧固件的典型的实施例，示出紧固件的销和衬套，所述销具有 增大的沉头；图2是紧固件的另一个典型的实施例，示出紧固件的销和衬套，所述 销具有增大的凸起头；图3是紧固件的另一个典型的实施例，示出紧固件的销和衬套，所述 销具有更长的螺纹区域、没有易断损部分、和具有增大的沉头；图4是紧固件的另一个典型的实施例，示出紧固件的销和衬套，所述 销具有增大的凸起头；图5示出具有用于安装紧固件以将工件固定在一起的对齐孔的多个工件；图6示出具有用于安装紧固件以将工件固定在一起的对齐孔的多个工 件，所述工件之一的外部具有锥口孔；图7示出在销通过衬套推入或拔出之前的典型的紧固件，所述衬套没
有被延展和伸展到所需的过盈配合；图8示出在销被推入或拔出到位之后的紧固件，也示出在型锻之前置 于销上的卡圈；图9示出带有在销的螺纹部分上型锻以在销尾分离(pintail separation) 之前固定紧固件的卡圈的紧固件；图IO示出在销尾分离之后在接合安装位置上的紧固件。
具体实施方式
公开了用于将多个工件105、 110固定在一起并适于定位在这些工件 中的对齐孔125、 130内的一种紧固件。在典型的实施例中，紧固件10包 括销部件15、衬套构件20和卡圈200。在其他的实施例中，所述紧固件 可以包括螺母，而替代卡圈。在典型的实施例中，工件105、 110能由多 种材料制成，所述材料包括复合材料、金属或复合材料/金属结构或其任 意组合。在特定的实施例中，工件105、 110可以由钛、铝、石墨复合材 料或其任意组合构成。销和衬套构件12的一个实施例如图1和2所示。销部件15包括细长 颈部40，所述细长颈部终止于带有增大的沉头37或凸起头35的一个端 部30。销颈部40包括大致光滑的圆柱形部分45、螺纹部分50以及易断 损部分60。所述光滑的圆柱形颈部从头35、 37延伸，并适于被膨胀衬套 20所接纳。在大致光滑的圆柱形部分45之后是螺纹部分50。螺纹部分 50在其整个长度上具有大致均匀的螺纹。锥形的过渡部分55平滑地将光 滑的圆柱形颈部45与螺纹部分50结合在一起。销部件15的易断损部分60从螺纹部分50延伸。易断损部分60包括 圆柱形接合部70以及具有环绕的拉槽75的拉槽部分75。位于螺纹部分 50相邻处的断槽65限定了紧固件10中最薄弱的部分。在一些实施例中，螺纹部分50、断槽65、直的接合部70以及拉槽部 分75具有小于所述颈部的光滑圆柱形部分45的直径的最大直径，所述直 的接合部70具有比螺纹部分50和拉槽部分75的直径更小的直径。在本实施例中，膨胀的衬套构件20具有大致均匀的管状部分80，所 述管状部分80终止在是增大的凸缘形头部85，以接纳销部件15的沉头 37或凸起头35。衬套20的内径大于销15的螺纹部分50和易断损部分 60、但小于光滑的圆柱形颈部45的直径。衬套构件20的内径包括在其表面90上的低摩擦涂层，以在安装过程 中促进销部件15进入衬套20的运动。在特定的实施例中，衬套构件20 覆盖有低摩擦涂层，以消除在销部件15的光滑的圆柱形颈部45和衬套管 状部分80的内径表面90之间的阻力。由于摩擦载荷的减小，在衬套的内 径上的低摩擦涂层允许销部件15更容易地滑动通过衬套构件20。此外，当在紧固件上和安装结合处使用最小量、中等量或很大量的密 封胶来安装紧固件时，在内径表面90上的涂层能使紧固件的安装得以进 行。紧固件的另一个实施例如图3和图4所示。在本实施例中，销部件15 包括细长颈部40，所述细长颈部40终止于具有增大头部35、 37的一个 端部30处。本实施例也可以具有如图2中的实施例所示的凸起头37。销 颈部40包括大致光滑的圆柱形部分45、螺纹部分50，但不包括易断损部 分。所述光滑的圆柱形颈部从头35、 37延伸，并适于被膨胀衬套20所接 纳。在大致光滑的圆柱形部分45下面是螺纹部分50。螺纹部分50在其 整个长度上具有大致均匀的螺纹。锥形的过渡部分55光滑地将光滑的圆 柱形颈部45与螺纹部分50连接在一起。具有对齐孔125、 130的工件105、 110如图5和图6所示。紧固件组 件10通过对齐孔125、 130延伸以固定工件105、 110。工件的外表面115 接纳衬套的增大头部。如在图6中所示的实施例中所见，在外部工件105 上的开口终止于锥口孔部分120中的外表面115处，或者是形状适于接纳 膨胀衬套构件20的增大凸缘85的引导半径部分。在销部件15被推或拉入衬套构件20中之前，衬套的管状部分80的 外径小于置于工件105、 110中的孔的直径。相应地，在衬套的外径和孔 的内径之间存在空隙，如图7所示。当衬套构件20的管状部分位于孔内 时，衬套的管状部分80的外径(在其膨胀前的状态中)和孔径提供滑动 配合。在安装过程中，当销部件15通过衬套被推动或拉动时，所述衬套径 向地膨胀，以便当销颈部如图8所示被插入衬套构件20中时，衬套与通
过工件105、 110的孔125、 130的壁之间形成所需的过盈配合。以这种方 式，衬套构件20保护间隙孔的表面免受销颈部的损伤，并且因此，当销 推或拉入衬套构件20时消除多个工件的分层脱离。锥形过渡部分55被设计和优化用于使由销部件15安装入衬套构件20 所导致的高干涉条件所需的安装力最小化。过渡部分55具有减小安装所 需力的浅的引导角。由于将紧固件10安装入过盈条件所需要的力减小， 所以紧固件IO允许长得多的夹紧长度，同时减小衬套的延展和过早的衬 套失效。在典型的实施例中，过渡部分55可以是锥形的，并随着直径从光滑 的颈部至螺纹部分沿径向减小，过渡部分55与销颈之间具有小于或等于 20度的角度。在所述的实施例中，过渡部分55的直径是锥形的并以均匀 的方式减小。然而，只要销颈的半径减小，所述过渡部分能为任意形状。 例如，所述过渡部分的半径可以缓慢地减少，可形如凸曲面、凹曲面或S 形曲面，或者可以是允许减小在销的光滑的颈部和螺纹部分之间的半径的 构造。在这些实施例中，过渡部分55在0.010到0.290英寸的距离上，将 销颈的半径减小0.004到约0.005英寸。在典型的实施例中，当安装紧固 件时，衬套20沿径向延展在大约0.003和0.012英寸之间的尺寸。在典型 的实施例中，紧固件10与工件105、 110的过盈为大约0.0005到0.0100 英寸。由于所公开的紧固件10的紧固件过盈，消除了紧固件10和工件结构 之间的间隙。相应地，提供了部件之间的良好的导电性能。减小了产生电 火花的可能性，使紧固件10更安全地应用于航天上。在典型的实施例中，衬套20的外径表面和/或孔125、 130的内径表 面是比较粗糙或未加工的。通过在这两个区域上提供比较粗糙的表面，增 加了在衬套构件20的外表面95和孔125、 130的内径表面135之间的摩 擦系数。首要地，将销15推或拉入衬套构件20的摩擦系数和/或力必须 小于在衬套外径表面95和孔的内径表面135之间的摩擦系数和/或负载， 以提供衬套20的管状部分80的径向膨胀。在摩擦系数没有差异的条件下， 衬套20可以在安装前被推入孔中。在典型的实施例中，与衬套构件20的内表面90上的润滑剂相结合的
衬套的比较粗糙的外表面和/或孔的内表面防止在安装过程中衬套20的过多的延展。在衬套的外表面95和孔的内表面135之间的摩擦系数大于衬套的内表面和销部件的光滑的圆柱形颈部之间的摩擦系数。因此，衬套20沿径向膨胀到过盈位置，而衬套20的伸展得以减小。在典型的应用中，在摩擦系数上的差异将允许衬套构件20的伸展被 减小到低于0.050英寸。另外，衬套20的表面特征允许在接合处上和紧 固件上使用密封胶。在典型的实施例中，销部件15的经过优化的角形过渡部分的几何形 貌55设计成使将紧固件10安装入达到0.010英寸的过盈条件所需的安装 力最小化。所设计的几何形貌允许当将销插入时所施加的力能垂直于角形 过渡部分55施加，而不是如传统的圆端(bull-nose)过渡几何形貌那样， 平行于销部件15的插入方向。插入销部件15所需要的力降低。由于所需 的力降低，所以紧固件10能安装在更大量的工件上，包括金属、复合材 料和金属/复合材料结构。当允许在以长得多的夹紧长度进行操作、而没有过多的衬套伸展和/ 或过早的衬套失效时，在销部件15上的所述过渡几何形貌，锥形的过渡 部分55，也是重要的。为了充分地将工件夹持在一起，使用夹持装置。所述夹持装置可能是 如图3所示的螺纹螺母构件250或如图8所示的卡圈构件200。也可以使 用其他的夹持装置以将工件固定在一起。在一个实施例中，形状对成的由预先选择的材料制成的管状卡圈200 被置于所安装的销和衬套构件12上，如图8所示。当工件105、 IIO被固 定在一起时，卡圈将与销部件15的螺纹部分在径向上对齐。卡圈200具 有沉孔部分215，所述沉孔部分215适于定位在销颈、卡圈通孔之上，以 及通孔210的内径被选择用于提供与销15的拉槽75和螺纹部分50的间 隙。所述卡圈的几何形貌是体积平衡的。重要的是，卡圈200的壁厚是均 匀的和对称形状的，用于型锻入螺纹部分50以提供所需的夹持负载。如图3所示，紧固件10的另一个实施例使用螺母构件250'以将工件 固定在一起。螺母构件250包括与销部件的螺纹部分50相配合的螺纹部 分255。
卡圈构件200或螺母构件250在一个端部上具有沉孔部分215，所述 沉孔部分215允许卡圈200或螺母250与衬套部件20具有间隙。于是， 沉孔部分215具有大于衬套20的外径的直径。因此，所安装的紧固件10 的高度和重量得到降低。这使得与现有的紧固件相比，紧固件10是经济 有效得多的解决方案。卡圈200或螺母构件250也都包括在一个末端上的增大的凸缘220。 与多个工件的外表面140相接合的凸缘220设置成具有预先确定的接合区 域，以便将安装和最终夹持负荷分配到工件105、 110的外表面140上。 当工件105、 IIO包括至少一种复合材料时，选择凸缘220的接合区域、 以便足以抵抗在工件105、 110的外表面处的复合材料的局部分层脱离或 破碎。紧固件10的卡圈构件被型锻至销部件15的螺纹部分，如图9所示。 在特定的实施例中，经过优化的、与现有的螺纹形状和安装工具相平衡的 卡圈几何形状允许将卡圈型锻入螺纹部分50。卡圈200可以被型锻入螺 纹50的深度的大约40到60%,同时保持卡圈材料的控制并获得恒定的 高的夹持负载/预载。恒定的高的紧固件10的夹持显著地增加飞行器结构的动态接合性能 和寿命。在特定的实施例中，高夹持/预载平均为所安装的紧固件的最小 抗张强度的大约50到96%。在更典型的实施例中，高夹持/预载平均为 最小抗张强度的大约78%。在典型的紧固件中，高夹持/预载平均为最小 抗张强度的大约50%。另外，将销部件15的螺纹部分50进行受控制的部分填充允许在安装 过程中显著地和均匀地流出密封胶。紧固件10的机械性能不因这种密封 胶的流出而降低。相比现有技术的紧固件，由卡圈200进行的受控制的型锻填充也是一 种改进。在典型的应用中，在销部件和卡圈或螺母的内螺纹和外螺纹之间 存在固有的间隙。另外，紧固件10的非受压侧和卡圈或螺母的沉孔具有 在部件之间的间隙。本文所公开的紧固件10在销15的螺纹部分的两侧上 形成完全接触，消除间隙。相应地，紧固件具有更好的导电性能，并为航 天环境提供更安全的紧固件，同时提高了燃料的密实性。 当卡圈200被型锻时，其被型锻于衬套构件20的端部部分上。因此，衬套构件20被压縮在销15的过渡角部分55上。相应地，如果需要那么 衬套20和销15能作为单一元件被去除。这提高了安装于多种应用下的紧 固件的效率和工作性能，同时也提高了导电性能。所安装的紧固件10的典型的实现如图9所示。带有销的紧固件10能 被选择用于紧固多个工件105、 110，其中所述销具有预定长度的颈部，所 述工件105、 110的夹持在总厚度范围内从最小总厚度到最大总厚度之间 变化。由于需要使衬套包围整个加紧长度，所以预先确定衬套具有不小于 多个工件105、 IIO的最大总宽度的长度。对于所公开的紧固件的特定应用，最小机械性能的110%可通过大约 0.136英寸的功能性夹紧量来获得。典型的紧固件仅具有大约0.062英寸 的功能性夹紧量。具有更长的功能性夹紧量变化提供给紧固件10以适用 于不同应用的多样性。为了安装紧固件IO，衬套被置于如图l所示的销上。然后，衬套20 和销15被置于工件105、 IIO的对齐孔中，以使得销15的易断损部分的 足够的长度延伸超过多个工件105、 IIO的外表面，以使得所述工具能夹 紧销部件15的拉槽75、以能够进行牵拉。当销部件15被所述工具牵拉时，销部件15的光滑的圆柱形颈部45 将被拉入衬套构件20，造成衬套20沿径向向外膨胀。在多个工件105、 110中，这种膨胀量是在光滑的圆柱形销颈部分45和衬套的内径表面90 之间所需的摩擦和力以及在衬套95的外径和孔135的内径之间的摩擦和 力的函数。然后，卡圈构件200被置于销部件15和衬套20上，以使得凸缘部分 220背对工件表面140设置。在这点上，型锻工具被用于在销部件的螺纹 部分50上型锻卡圈构件200，并将紧固件10锁在适合的位置上。在另一个实施例中，为了安装紧固件IO，衬套被置于销上，如图3 所示。然后，衬套20和销15被置于工件105、 IIO的对齐孔中。销15被 推入衬套20中，以使得销15的螺纹部分的足够的长度延伸超出多个工件 105、 110的外表面，以使得螺母250的螺纹部分能与销的螺纹部分相配合。 然后，螺母250被安装和紧固以最终完成安装。
因此，公开了独特的紧固件io，在复合材料、金属和金属/复合材料结构中提供过盈配合。紧固件10由于更好的紧固件过盈和更高的夹持负 载，而提高动态连接性能。多个部件的几何形貌允许过盈条件，同时消除 分层脱离和潜在的结构失效。过盈消除紧固件10和结构之间的间隙，提 供良好的导电性能，并降低产生电火花的可能性，增加结构10的安全性。尽管上述包括许多特例，应当理解这些并不限定本发明的保护范围， 而仅是作为其实施例的示例。本文所公开的紧固件及其使用包括所公开的 不同样本或实施例的任意组合。相应地，本发明的保护范围不以任何方式 受上述限定。权利要求的各种要素和权利要求本身可以根据包括所述权利 要求的本发明的教导而被任意组合。
权利要求
1.一种紧固件，适于定位在通过两个或更多个工件的孔中，所述紧固件包括销部件，所述销部件具有增大的销头；具有外径的光滑的圆柱形颈部；锥形过渡部分，其用于将光滑的圆柱形颈部与螺纹部分连接在一起，所述锥形过渡部分成小于或等于20度的锥角。
2. 如权利要求l所述的紧固件，还包括适于套在所述的光滑的圆柱形颈部上的衬套，所述衬套具有大于或等 于对齐孔的深度的长度，所述衬套具有管状部分以及在一个端部处的增大 头部，所述管状部分的内径小于所述销部件的光滑的圆柱形颈部的外径， 所述管状部分的外径小于所述对齐孔的直径；以及其中，所述衬套在将销部件的光滑的圆柱形颈部插入对齐孔时沿径向 膨胀，且断槽具有至少与将所述销部件充分插入对齐孔所需的最大轴向负 载相等的轴向强度，所述光滑的圆柱形颈部将衬套膨胀成为与工件过盈配 合。
3. 如权利要求2所述的紧固件，其中，在衬套的内表面和销部件的 光滑的圆柱形颈部之间的摩擦系数小于在衬套的外表面和孔的内径之间 的摩擦系数，以减小衬套的强度量，允许光滑的圆柱形颈部将衬套膨胀成 为与工件之间过盈配合，过盈量为大约0.0005到0.0100英寸。
4. 如权利要求1所述的紧固件，还包括管状卡圈构件，适于套在 螺纹部分上，所述卡圈构件具有在一个端部处的环状凸缘部分；卡圈轴部， 适于被型锻成销的螺纹部分；以及在凸缘部分和卡圈颈部之间的增大沉 孔，所述沉孔具有大于衬套的外径的内径；以及所述销部件具有包括环绕的拉槽的易断损部分，以及在螺纹部分和易 断损部分之间的断槽，所述断槽是所述销部件的最薄弱的部分，适于在预 定负载下断损；以及其中，所述易断损部分能在卡圈构件在螺纹部分上被型锻以后，在断 槽处从销颈切断下来。
5. 如权利要求3所述的紧固件，还包括管状螺母构件，其具有在一个端部上的环状的凸缘部分；带螺纹的螺母部分，其适于与销的螺纹部 分配合；以及增大的沉孔，其具有大于衬套的外径的内径。
6. 如权利要求3所述的紧固件，其中，在安装以后，紧固件与多个 工件的过盈配合为大约0.0005到大约0.0100英寸。
7. 如权利要求3所述的紧固件，其中，衬套的内表面涂有低摩擦涂 层，以减小当销的光滑的圆柱形颈部进入衬套时的摩擦量。
8. 如权利要求3所述的紧固件，其中，所述紧固件具有安装紧固件 所需的最小抗张强度的大约50%到96%的高夹持预载。
9. 如权利要求3所述的紧固件，其中，所述紧固件具有安装紧固件 所需的最小抗张强度的大约78%的平均预载。
10. 如权利要求3所述的紧固件，其中，所述紧固件具有大约0.136 英寸的夹紧范围，并保持最小的机械性能的大约110%的机械性能。
11. 如权利要求3所述的紧固件，其中，所述紧固件可以采用或不采 用密封胶安装。
12. 如权利要求3所述的紧固件，其中，在所述紧固件与所述结构之间的间隙被消除，以提供良好的导电性能。
13. 如权利要求3所述的紧固件，具有在大约0.136英寸的、在多个工件的最小和最大厚度之间的功能性夹紧能力。
14. 如权利要求3所述的紧固件，其中，多个工件包括石墨复合材料、 钛、铝或这些组分的混合物。
15. 如权利要求3所述的紧固件，其中，所述销部件具有凸起头。
16. 如权利要求3所述的紧固件，其中，所述销部件具有沉头。
17. 如权利要求3所述的紧固件，其中，在卡圈和销部件的螺纹部分 之间的间隙允许密封胶在安装过程中流出。
18. —种紧固件，适于位于通过两个或多个工件的孔中，所述紧固件 包括-销部件，其具有增大的销头；具有外径的光滑的圆柱形颈部；过渡部 分，其用于连接螺纹部分和光滑的圆柱形颈部，所述过渡部分具有在大约 0.010到0.0290英寸之间的长度，当所述过渡部分从光滑的圆柱形颈部延 伸到所述螺纹部分时，所述过渡部分的直径沿径向减小大约0.004和0.005 英寸之间。
19. 如权利要求18所述的紧固件，还包括适于套在所述的光滑的圆柱形颈部上的衬套，所述衬套具有大于或等 于对齐孔的深度的长度，所述衬套具有管状部分以及在一个端部处的增大 头部，所述管状部分的内径小于所述销部件的光滑的圆柱形颈部的外径， 所述管状部分的外径小于所述对齐孔的直径；以及其中，所述衬套在将销部件的光滑的圆柱形颈部插入进对齐孔时沿径 向膨胀，且断槽具有至少与将所述销部件完全插入对齐孔所需的最大轴向 负载相等的轴向强度，所述光滑的圆柱形颈部将衬套膨胀成为与工件过盈 配合。
20. 如权利要求19所述的紧固件，其中，在所述衬套的内表面和所 述销部件的光滑的圆柱形颈部之间的摩擦系数小于在衬套的外表面和孔 的内径之间的摩擦系数，以减小衬套的伸展量，并允许光滑的颈部将衬套 膨胀成为与工件过盈配合，过盈量为大约0.0005到0.0100英寸。
21. 如权利要求20所述紧固件，还包括管状卡圈构件，其适于套 在螺纹部分上，所述卡圈构件具有在一个端部处的环状凸缘部分；卡圈颈 部，其适于被型锻成销的螺纹部分；以及在凸缘部分和卡圈轴部之间的增 大的沉孔，所述沉孔的内径大于衬套的外径；以及所述销部件具有包括环绕的拉槽的易断损部分，以及在螺纹部分和易 断损部分之间的断槽，所述断槽是所述销部件的最薄弱的部分，适于在预 定负载下断损；以及其中，所述易断损部分能在卡圈构件在螺纹部分上被型锻以后，在断 槽处从销颈切断下来。
22. 如权利要求20所述的紧固件，还包括管状螺母构件，具有在 一个端部处的环状的凸缘部分；带螺纹的螺母部分，其适于与销的螺纹部 分配合；以及增大的沉孔，其具有大于衬套的外径的内径。
23. 如权利要求20所述的紧固件，其中，在安装以后，紧固件与多 个工件的过盈配合为大约0.0005到大约0.0100英寸。
24. 如权利要求20所述的紧固件，其中，衬套的内表面涂有低摩擦 涂层，以减小当销的光滑的圆柱形颈部进入衬套时的摩擦量。
25. 如权利要求20所述的紧固件，其中，所述紧固件具有安装紧固 件所需的最小抗张强度的大约50%到96%的高夹持预载。
26. 如权利要求20所述的紧固件，其中，所述紧固件具有安装紧固 件所需的最小抗张强度的大约78°%的平均预载。
27. 如权利要求20所述的紧固件，其中，所述紧固件具有大约0.136 英寸的夹紧范围，并保持最小的机械性能的大约110%的机械性能。
28. 如权利要求20所述的紧固件，其中，所述紧固件可以采用或不 采用密封胶安装。
29. 如权利要求20所述的紧固件，其中，在所述紧固件与所述结构 之间的间隙被消除，以提供良好的导电性能。
30. 如权利要求20所述的紧固件，具有在大约0.136英寸的、多个工 件的最小和最大厚度之间的功能性夹紧能力。
31. 如权利要求20所述的紧固件，其中，多个工件包括石墨复合材 料、钛、铝或这些组分的混合物。
32. 如权利要求20所述的紧固件，其中，所述销部件具有凸起头。
33. 如权利要求20所述的紧固件，其中，所述销部件具有沉头。
34. 如权利要求20所述的紧固件，其中，在卡圈和销部件的螺纹部 分之间的间隙允许密封胶在安装过程中流出。
全文摘要
公开一种适用于通过贯穿工件的对齐孔的紧固件。所述紧固件包括具有过渡部分的销部件，当过渡部分从光滑的圆柱形颈部到螺纹部分延伸时，过渡部分的直径减小。紧固件包括衬套构件和夹持装置。夹持装置包括卡圈、螺母或其他任何可能的夹持装置。在典型的实施例中，工件能由多种材料制成，所述材料包括复合材料、金属或复合材料/金属结构及其任意组合。在特定实施例中，紧固件在复合材料结构中具有0.0005到0.0100英寸的过盈量，而没有复合材料分层脱离或损坏的风险。由于紧固件的过盈，在紧固件和结构之间的间隙被消除，并由此在部件之间提供良好的导电性能。因此，减小了产生电火花的可能性，并提供了应用于航空的更安全的紧固件。
文档编号F16B35/04GK101153623SQ200710162428
公开日2008年4月2日 申请日期2007年9月21日 优先权日2006年9月21日
发明者奥维亚多·阿西尼哥, 迈克尔·U·马斯 申请人:美铝全球紧固件公司