套管過盈緊固件的製作方法

2023-04-28 05:37:46 3

專利名稱：套管過盈緊固件的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及機械緊固件，更特別地，涉及具有增強導電性的機械緊固件。
背景技術：
例如飛機等結構需要許多機械緊固件。飛機易受雷擊的影響。需要具有增強導電性的機械緊固件，以抵抗電損傷，特別是來自雷擊的電損傷。

實用新型內容本實用新型所要解決的一個技術問題尤其是至少使得由於雷擊對結構造成的電損傷減至最小程度。本實用新型的一個目的尤其是在於提供一種適於安裝在結構的孔中的套管過盈緊固件，其包括套管；銷構件，其中所述銷構件在柄部和鎖定部分之間具有過渡區域並且其中所述銷構件的一部分包括低摩擦電介質塗層；鎖定構件；其中，在安裝位置中，所述銷構件的柄部和所述套管之間的第一接合部基本上沒有低摩擦電介質塗層；並且其中，在所述安裝位置中，所述銷構件的過渡區域和在所述銷構件的鎖定部分與所述鎖定構件之間的第二接合部基本上覆蓋有低摩擦電介質塗層。在一個實施例中，帶套管的緊固件組件在套管和中心銷(core pin)的與複合材料結構相對應的柄部之間提供導電性，並且該帶套管的緊固件組件包括塗敷在中心銷的其它部分(例如中心銷的螺紋部分和過渡區域)的電介質低摩擦塗層。在一個實施例中，柄部在套管和中心銷之間提供裸露的金屬對金屬接觸。這通過促進電流沿整個接觸表面分布而減小沿著套管/中心銷接合部的電阻和電流密度。在一個實施例中，中心銷的鎖定部分和相配套環或螺母之間的電介質低摩擦塗層的存在顯著增加橫跨該接合部的電阻，這抑制電流流動。在一個實施例中，本實用新型在中心銷的裸露金屬柄部和中心銷的塗敷有電介質低摩擦塗層的各部分之間提供不了電阻差異。在一個實施例中，在存在選擇性塗敷塗層的情況下，大部分電流(例如來自閃電)將保留在中心銷的沒有塗覆電介質低摩擦塗層的裸露金屬柄部。然後電流將自然地流經最小電阻路徑，因此電流將流過緊固件的柄部流到結構中。在一個實施例中，一種適於安裝在結構的孔中的套管過盈緊固件包括a)套管， 所述套管具有在一端的頭部，並且具有管狀部分，所述管狀部分具有內徑和外徑，其中，所述管狀部分的外徑小於所述結構的孔的內徑；b)銷構件，所述銷構件具有在一端的銷頭部、在相對端的鎖定部分和在所述銷頭部與所述鎖定部分中間的柄部，i)其中設置在所述銷頭部下方的所述柄部的直徑大於所述套管的管狀部分的內徑，ii)其中所述銷構件在所述柄部和所述鎖定部分之間具有過渡區域；iii)其中所述銷構件的一部分包括低摩擦電介質塗層；c)鎖定構件，所述鎖定構件適於裝配在所述銷構件的鎖定部分上；d)其中，所述套管適於在所述銷構件的柄部上徑向膨脹，以在所述套管的外徑和所述結構的孔之間形成過盈配合，從而提供安裝位置；e)其中，在所述安裝位置中，所述銷構件的柄部和所述套管的內徑之間的第一接合部沒有低摩擦電介質塗層；並且f)其中，在所述安裝位置中，所述銷構件的過渡區域和在所述銷構件的鎖定部分與所述鎖定構件之間的第二接合部覆蓋有低摩擦電介質塗層。在一個實施例中，一種用於控制電荷通過適於安裝在結構的孔中的過盈緊固件的方法包括以下步驟a)提供套管，所述套管具有在一端的頭部，並且具有管狀部分，所述管狀部分具有內徑和外徑，其中，所述管狀部分的外徑小於所述結構的孔的內徑；b)提供銷構件，所述銷構件具有在一端的銷頭部、在相對端的鎖定部分和在所述銷頭部與所述鎖定部分中間的柄部，i)其中設置在所述銷頭部下方的所述柄部的直徑大於所述套管的所述管狀部分的內徑，ii)其中所述銷構件在所述柄部和所述鎖定部分之間具有過渡區域，並且iii)其中所述銷構件的一部分包括低摩擦電介質塗層；c)提供鎖定構件，所述鎖定構件適於裝配在所述銷構件的鎖定部分上；d)其中，所述套管適於在所述銷構件的柄部上沿徑向膨脹，以在所述套管的外徑和所述結構的孔之間形成過盈配合，從而提供安裝位置；e) 其中，在所述安裝位置中，所述銷構件的柄部和所述套管的內徑之間的第一接合部基本上沒有低摩擦電介質塗層；f)其中，在所述安裝位置中，所述銷構件的過渡區域和在所述銷構件的鎖定部分與所述鎖定構件之間的第二接合部基本上覆蓋有低摩擦電介質塗層；並且 g)其中，在所述安裝位置中，使用緊固件的具有和不具有低摩擦電介質塗層的部分來引導電荷通過。在一個實施例中，所述銷構件和所述套管構件充分適配以使得(i)所述套管的內徑表面的柄接觸表面與所述銷構件的柄部之間的摩擦係數為X，(ii)所述套管的外徑表面與所述結構的孔的內徑之間的摩擦係數為Y，並且(iii)其中，當所述銷構件的柄部在所述套管內運動時，X始終保持小於Y。在一個實施例中，所述鎖定構件為套環。在一個實施例中，所述鎖定構件包括沉頭孔部分，其中，所述沉頭孔部分適於裝配在所述銷構件的鎖定部分上並且圍繞所述銷構件壓縮所述套管。在一個實施例中，所述緊固件與所述結構的過盈配合為0. 0005英寸到0. 0100英寸。在一個實施例中，所述銷構件的柄部是圓柱狀的。在一個實施例中，所述結構為金屬-複合材料結構。在一個實施例中，所述緊固件由選自由鋁、鈦和鋼構成的組的至少一種材料製成。在一個實施例中，所述低摩擦電介質塗層的表面電阻率為ΙΧΚΓΩ/Sq到 IX IO12 Ω/Sq0在一個實施例中，所述過渡區域和所述第二接合部中的低摩擦電介質塗層的厚度在0. 0003英寸到0. 0006英寸範圍內。在一個實施例中，所述低摩擦電介質塗層的摩擦係數在0. 25到0. 44範圍內。在一個實施例中，所述低摩擦電介質塗層包括金屬材料。在一個實施例中，所述銷構件的柄部塗覆有至少一種其它塗層，所述其它塗層的至少一種性能與所述低摩擦電介質塗層不同。在一個實施例中，在中心銷穿過套管插入過程中，過渡區域的頂點為最高接觸壓力點。在一個實施例中，電介質低摩擦塗層減小在過渡區域頂點處中心銷和套管之間的摩擦係數，並且減小將中心銷插入穿過套管所需的載荷。本實用新型所能實現的一些技術效果包括提供一種安裝的套管過盈緊固件，其能防止電損傷，特別是由於雷擊造成的電損傷。

請參考結合附圖對示例性實施例的以下詳細描述，附圖中圖1是本實用新型緊固件的一個實施例所採用的中心銷的正視圖；圖2A和2B是可使用圖1中所示的中心銷的處於安裝位置中的本實用新型緊固件的實施例的剖視圖；圖3A-3C是用於本實用新型的帶套管的緊固件的一些實施例的安裝順序的圖示；圖4是顯示了將過盈配合銷插入帶套管的孔中的局部剖視圖；圖5A和5B是顯示了圖4中所示的帶套管的孔中的銷的實施例的螺紋區域的局部剖視圖；圖6顯示了結構孔的兩個不同區域；圖7A和7B顯示了將要插入結構孔中的帶套管的緊固件的剖視圖和為一個厚度寬乘以一個厚度高的環形式的套管材料的控制體積的圖示。圖8示出套管體積控制環中靜液壓力的變化的順序；圖9是受徑向壓縮和軸向拉伸的套管材料的應變張量圖。所示的附圖不一定按比例，相反重點基本放在示出本實用新型的原理上。而且，可能放大一些特徵來顯示特定部件的細部。雖然上面說明的附圖闡明了在此公開的實施例， 但是如所指出的，也可構想其它實施例。本公開以示例性典型方式而不是限制方式呈現了示例性實施例。本領域技術人員可設想落在當前公開的本實用新型的精神和範圍內的很多其它修改形式和實施例。另外，附圖中所示的任何尺寸、規格說明等旨在示例，而不是限制。
具體實施方式
本申請要求2009年10月22日提交的、名稱為「增強導電性的帶套管的緊固件及其製造方法(ENHANCED CONDUCTIVITY SLEEVED FASTENER AND METHOD FOR MAKING) 」的第 61/279548號美國臨時申請的權益，該臨時申請的全部內容被通過參考結合於此以用於各種目的。在此公開了本實用新型的詳細實施例；但是，應理解的是，所公開的實施例僅是對本實用新型的示例，本實用新型可以多種形式實現。另外，關於本實用新型的各實施例給出的各實例旨在示例，而不是限制。因此，在此公開的具體結構和功能細節不應解釋為限制， 而是僅作為為了教導本領域技術人員來以多種方式應用本實用新型的典型方式。在本實用新型的一個實施例中，帶套管的緊固件用於實現緊固件到孔的緊密結合。在一個示例中，該方法涉及在結構的孔中插入緊配合的套管。然後將過盈配合銷(通常稱為中心銷)插入該套管中，所述過盈配合銷的內徑大於所述套管的內徑。這使套管膨脹來引起套管與孔的壁緊密接觸。在圖1和2A中示出的一些實施例中，帶套管的緊固件組件10包括中心銷12和套管14，在套管14和中心銷12的與結構18對應的柄部16之間具有足夠的導電性，但是在中心銷12的其它部分上具有電介質低摩擦塗層20。圖1示出了一個實施例中的中心銷12 的剖視圖。而在一個實施例中，中心銷12的與結構18對應的柄部16 (還標示為區域3)和頭部22(還標示為區域4)具有足夠的導電性。相反，在一個實施例中，中心銷12的並不與結構18對應的鎖定部分24(該鎖定部分M還標示為區域1)和過渡區域或者稱為過渡部分26 (還標示為區域2、都塗覆有低摩擦電介質塗層20，如圖2A中所示。在一些實施例中，本文所用的術語「低摩擦電介質塗層」包括表面電阻率在 IX IO10 Ω/Sq. |IJ 1 X IO12 Ω /Sq.範圍內而摩擦係數在0. 25到0. 44範圍內的塗層。在一些實施例中，本文所用的術語「低摩擦電介質塗層」包括表面電阻率在1X10"Q/Sq.到 IX IO12 Ω/Sq.範圍內而摩擦係數在0.20到0.35範圍內的塗層。在一些實施例中，本文所用的術語「低摩擦電介質塗層」包括表面電阻率在gXK^Q/Sq. IlJ 9 X IO12 Ω/Sq.範圍內而摩擦係數在0. 15到0. 50範圍內的塗層。在一些實施例中，本文所用的術語「低摩擦電介質塗層」包括表面電阻率在1X10"Q/Sq. |IJ IX IO13 Ω/Sq.範圍內而摩擦係數在0. 25到
0.44範圍內的塗層。參照圖1和2Α，在一些實施例中，緊固件組件10在中心銷12的其它部分上具有電介質低摩擦塗層20。在一些實施例中，本文所用的術語「足夠的導電性」包括在1Χ10_5Ωπι 到1Χ1(Γ8Ωπι範圍內的表面導電率。在一些實施例中，本文所用的術語「足夠的導電性」包括在1 X 10_6 Ω m到1 X 10_8 Ω m範圍內的表面導電率。在一些實施例中，本文所用的術語「足夠的導電性」包括在1Χ10_7Ωπι到1Χ10_8Ωπι範圍內的表面導電率。在一些實施例中，本文所用的術語「足夠的導電性」包括在9 X 10_6 Ω m到9 X 10_8 Ω m範圍內的表面導電率。在一個實施例中，中心銷12包括柄部16和頭部22。在一個實施例中，在安裝狀態下(例如圖2A)，柄部16和頭部22具有足夠的導電性，其中柄部16和頭部22通常對應於由工件18A和18B製成的結構18。在一些實施例中，相反，中心銷12的不與結構18對應 (即基本上設置在結構18外部)的鎖定部分M，和銷12的過渡區域沈，都塗覆有低摩擦電介質塗層20(如圖2A中作為示例圖示的)。在一個實施例中，緊固件組件10至少部分由鋁製成。在一個實施例中，緊固件組件10至少部分由合金鋼製成。在一個實施例中，緊固件組件10至少部分由耐蝕鋼製成。在一個實施例中，緊固件組件10至少部分由鈦製成。在一個實施例中，緊固件組件10至少部分由本領域已知的其它材料製成。在一個實施例中，低摩擦電介質塗層20包括鋁顏料填充的聚合物基塗層。在一個實施例中，塗層20包括由加利福尼亞州託蘭斯市的Hi-Shear公司製造的ΗΙ-Κ0ΤΕ 航空航天用塗層，例如HI-K0TE1 , HI-KOTE 2 ,或HI-KOTE 4 ,其性能在http://www. hi-shear. com/fastener_hi-kote. htm中進行了詳細描述，並且以引用的方式併入本文中。 在一個實施例中，塗層20可由其它製造商提供。在一個實施例中，塗層20的表面電阻率為
1.7 X IOltl Ω/Sq.。在一個實施例中，塗層20的表面電阻率在1 X 101° Ω/Sq. |lj 1 X IO12 Ω / Sq.範圍內。在一個實施例中，塗層20的摩擦係數為0.32。在一個實施例中，塗層20的摩擦係數在0. 25到0. 44範圍內。在一個實施例中，塗層20厚度在0.0003英寸到0.0006英寸範圍內。在一個實施例中，塗層20厚度在0. 0001英寸到0. 0010英寸範圍內。在一個實施例中，塗層20厚度在 0. 0004英寸到0. 0006英寸範圍內。在一個實施例中，塗層20厚度在0. 0003英寸到0. 0005英寸範圍內。在一個實施例中，塗層20厚度在0.0003英寸到0.0008英寸範圍內。在一個實施例中，摩擦係數使用ASTM D-2670進行測量，ASTMD-2670是用於測量流體潤滑劑耐磨性能的標準測試方法(潤滑劑耐熱耐壓法O^alex Pin and Vee Block Method))，或使用任何其它相當的測試方法進行測量。在一個實施例中，通過遮蔽裸露的金屬柄部16 (其將不進行塗覆)並且向部分24、 26噴塗塗層20來將低摩擦電介質塗層20塗敷到中心銷12的部分對、26。在一個實施例中，裸露的金屬柄部16被遮蔽或容放在結構中，將部分MJ6露出以進行塗覆。在一個實施例中，中心銷12的柄部16塗覆有石蠟。在一個實施例中，當中心銷12 插入套管14中時，石蠟塗層被從中心銷12去除。在一個實施例中，中心銷12的柄部16塗覆有例如金或銀或任何其它相當金屬等材料，以提高柄部16的導電性。在一個實施例中，套管14在其外表面上包括塗層，以變形為複合材料結構的紋理構造。在一個實施例中，套管外表面上的塗層包括金屬塗層。在一個實施例中，該金屬塗層為銀。在另一個實施例中，該金屬塗層為鎳。在另一個實施例中，套管14在其內表面上包括塗層，以在其中提供低摩擦性，這在2010年4月13日授權的授予March等人的美國專利 No. 7，695，2 中進行了描述，其公開內容以引用的方式以其全文併入本文中。在另一個實施例中，套管14在其內表面或外表面上都包括一個或多個塗層。在一個實施例中，在中心銷12插入穿過套管14的過程中，過渡區域沈的頂點28 為最高接觸壓力點。電介質低摩擦塗層20降低該位置處中心銷12和套管14之間的摩擦係數，並且降低將中心銷12插入穿過套管14所需的載荷。在一個實施例中，中心銷12的與鎖定構件(例如螺母或套環)(即區域1和2)相對應的部分24 J6上的電介質低摩擦塗層20還增大了橫跨中心銷12到套環或螺母接合部的電壓降。同時，中心銷12的柄部16和頭部22 (即區域3和4)促進了電流流過中心銷12 的與結構18對應的部分。這種構型有效地控制了流經緊固件組件10的柄部16並且流入結構18中而不是朝向鎖定構件30流動的電流流動路徑。在一個實施例中，緊固件組件10包括直柄帶套管的緊固件。在一個實施例中，緊固件組件10包括具有相配型鍛套環的環槽鉚釘(loclibolt)變體。在一個實施例中，緊固件組件10包括具有相配螺母的螺紋銷變體。在一個實施例中，緊固件組件10包括具有相配易碎套環的螺紋銷。在一個實施例中，緊固件組件10包括可利用相配型鍛套環或螺母安裝的混合型變體。在一個實施例中，緊固件組件10包括錐形柄帶套管的緊固件。在一個特別實施例中，中心銷12包括細長的光滑圓柱狀柄部16和增大的頭部22 以與套管14相配。在一些實施例中，頭部22為沉頭或突出的頭部，用於與套管14的擴口端部接合。在其它實施例中，套管14適於裝配在光滑的圓柱狀柄部16上，包括管狀部分和用於與結構18的外表面接合的增大端部。在一些實施例中，具有用於與結構18中的沉頭部分接合的擴口端部。在一個實施例中，套管14具有的長度大於將在對準孔的位置處連接的結構18的最大總厚度。在一個實施例中，套管14的管狀部分具有小於光滑圓柱狀柄部16 的直徑的內徑，和大小允許將套管14裝配到結構18中工件的對準的通孔中的外徑。在一個實施例的一個方面，中心銷12具有的光滑圓柱狀柄部16的直徑大於套管 14的最大內徑。當光滑圓柱狀柄部16進入套管14中，並且從套管14穿過時，套管14徑向膨脹，與工件18A、18B的孔的壁形成過盈配合。在一個實施例中，緊固件組件10可用於飛機中，例如商業或私人飛機中。在一個實施例中，緊固件組件10可與其它類型的結構部件結合使用。返回參照圖2A，其示出了本實用新型一個實施例，示出了處於安裝位置中的緊固件組件10的剖視圖。在一個實施例中，中心銷12的與結構18對應的部分沒有塗覆電介質低摩擦塗層20，而中心銷12的不與結構18對應的部分選擇地塗覆電介質低摩擦塗層20。 在一個實施例中，中心銷12的不塗覆電介質低摩擦塗層20的部分(即裸露的金屬柄部16) 在套管14和中心銷12之間提供直接裸露金屬與金屬接觸。在本文使用時，術語「裸露金屬」意思是基本上沒有塗層的金屬表面或其上具有不是低摩擦電介質塗層的金屬塗層的金屬表面。在一些實施例中，這樣的直接裸露金屬接觸通過促進電流沿整個接觸表面分配，減小了沿套管/銷接合部的電阻和電流密度，而中心銷12的鎖定部分和鎖定構件30之間的電介質低摩擦塗層20的存在顯著增加了橫跨該接合部的電阻，這抑制了電流的流動。這導致中心銷12的裸露金屬柄部16和中心銷12的塗覆電介質低摩擦塗層20的部分M、26 之間的電阻率差異。在一個實施例中，中心銷12的裸露金屬柄部16的導電率在IX 1(Γ5Ωπι 到1Χ10_8Ωπι範圍內，而中心銷12的塗覆電介質低摩擦塗層20的部分Μ、26的電阻率在 IX IO10 QmilJ IX IO15Qm範圍內。在一個實施例中，中心銷12的裸露的金屬柄部16的導電率使用ASTM Ε1004-09進行測量，所述ASTM Ε1004-09為使用電磁(渦流)方法確定導電率的標準測試方法，或者使用任何其它相當測試方法進行測量。在一個實施例中，中心銷 12的塗覆電介質低摩擦塗層20的部分Μ、26的電阻率使用ASTM F-150測量，所述ASTM F-150為導電性彈性地面的電阻的標準測試方法，或者使用任何其它相當測試方法進行測量。通過上述選擇性塗層塗敷，大部分閃電電流將被保留在中心銷12的裸露金屬柄部16處。於是電流將自然地流經最小電阻的路徑並流過緊固件10的不帶塗層的柄部16 流到結構18中，這是由於緊固件10的柄部16具有遠低得多的電阻。在一些實施例中，結構18可由幾個工件形成，例如多於兩個工件18Α、18Β。在一些實施例中，工件18Α、18Β可由相同的材料製成。在一些實施例中，工件18Α、18Β可由不同的材料製成。在又一個實施例中，在此公開的緊固件組件10具有安裝在複合材料、金屬或複合材料/金屬結構中的能力。例如，緊固件組件10可安裝在例如石墨複合材料、鈦、鋁中或這些組分的混合物中。例如，複合材料和/或金屬-複合材料可包括1)纖維增強聚合物或FRP，其包括木材(包括木質素和半纖維素基質中的纖維素纖維)、碳纖維增強的塑性材料或CFRP和玻璃纖維增強的塑性材料或GRP ；2)熱塑性複合材料、短纖維熱塑性材料、長纖維熱塑性材料或長纖維增強的熱塑性材料(可在環氧樹脂基質中結合聚芳基醯胺纖維和碳纖維的熱固性複合材料)；3)形狀記憶聚合物複合材料，其為高性能複合材料，使用纖維或織物增強和形狀記憶聚合物作為基質樹脂配製而成(形狀記憶複合材料在其加熱到高於其活化溫度時，通常具有易於處理為各種結構的能力，並且在較低溫度下表現出高強度和硬度；其也可反覆再加熱和再成形而不損失其材料性能)；[0061]4)包括用於增強其它金屬的金屬纖維的複合材料，如在金屬基質複合材料或MMC 中。5)熱塑性複合材料，使用特定金屬粉末配置而成，所得材料密度在從2g/cm3到 llg/cm3範圍內(與鉛具有相同的密度)(例如高比重化合物(HGC))；和6)工程木，例如膠合板、波紋狀硬紙板、木塑複合材料(聚乙烯基質中的回收木纖維)、Pykrete (冰基中的鋸末)、塑料浸漬或層合紙或織物、亞寶來(Arborite)、富美家(i^rmica塑性材料)和米卡他電介質板(Micarta)；其它工程層合複合材料，例如 Mallite，使用端面晶粒輕木的中心芯材結合到輕合金的表面。在一些實施例中，緊固件組件10可用於連接多種典型代表性應用中的結構，包括但不限於1)需要輕重量但是強度足夠承受惡劣載荷條件的高性能產品(例如航空航天部件(尾部、翼部、機身、推進器)、船身和船槳外殼、自行車架和賽車車身)；2)運載火箭和宇宙飛船(基於碳複合材料)；3)宇宙飛船的太陽帆板、天線反射器和支架；4)全複合材料軍用高機動性多用途輪式車輛(HMMWV或Hummvee)；和5)由碳複合材料和凱夫拉(Kevlar)製成的軍用傳送箱。在一些實施例中，低摩擦電介質塗層在緊固件組件10安裝之前選擇地塗敷到中心銷12的某些部分，以在安裝條件下的緊固件組件10的各部分之間獲得所選擇的導電性。 在一些實施例中，低摩擦電介質塗層和另一塗層(例如石蠟或類似塗層)被在緊固件組件 10安裝之前選擇地塗敷到中心銷12的某些部分，以在安裝條件下的緊固件組件10的各部分之間獲得所選擇的導電性。在一些實施例中，低摩擦電介質塗層在緊固件組件10安裝之後選擇地塗敷到中心銷12的某些部分，以在安裝條件下的緊固件組件10的各部分之間獲得所選擇的導電性。在一些實施例中，低摩擦電介質塗層在緊固件組件10安裝之前或之後選擇地塗敷到中心銷12的某些部分和/或塗敷到鎖定構件30的內表面，以在安裝條件下的緊固件組件10的各部分之間獲得所選擇的導電性。圖2B示出了圖1和圖2A的安裝的中心銷12的一個替代實施例。圖2A和2B的實施例之間的主要差別與過渡區域沈和沈』相關。在圖2A的實施例中，過渡區域沈從頂點觀向鎖定部分M漸縮。在圖2B的實施例中，從頂點28』開始的過渡區域26』實際上從位置32』開始漸縮，而過渡區域沈』的介於頂點觀』與位置32』之間的部分具有與中心銷 12』的柄部16』相同的形狀。如上所詳述，在兩個實施例中，過渡區域沈和26』的所有部分都在安裝中心銷12和12』之前塗敷有電介質低摩擦塗層20和20』。圖3A-3C示出了用於本實用新型的帶套管的緊固件的一些實施例的安裝順序。在另一個實施例中，緊密電接觸形成在套管和過盈配合中心銷之間，以減輕兩者之間的內部電弧放電。如圖3A-3C所示，帶套管的緊固件組件110包括中心銷112和套管114，套管114 和中心銷112的與由工件118A和118B形成的結構118對應的柄部116之間具有導電性。在一些實施例中，工件118A和118B由相同的材料製成。在一些實施例中，工件 118A和118B由不同的材料製成。在一些實施例中，工件118A和118B中的至少一個由複合材料製成。在一些實施例中，工件118A和118B中的至少一個由金屬材料製成。在一些實施例中，工件118A和118B中的至少一個由金屬-複合材料製成。[0074]在一個實施例中，中心銷112的與結構118對應的部分沒有塗覆電介質低摩擦塗層120，而中心銷112的不與結構118對應的部分IM選擇地塗覆電介質低摩擦塗層120。中心銷112還包括鎖定部分IM和與光滑圓柱狀柄部116軸向對齊的易碎部分 123。易碎部分123包括具有沿圓周的拉槽127的拉槽部分125，所述拉槽127適於被夾持來施加相對的軸向力，以將中心銷112拉入套管114中。中心銷112在鎖定部分IM和易碎部分123之間包括易斷頸槽129。當緊固件組件110安裝好時，易碎部分123在易斷頸槽 129處被分離。在其它實施例中，緊固件組件110還包括套管114和用於將工件固定到一起的夾持裝置。夾持裝置可包括鎖定構件130，例如套環或螺母構件，或適於使用銷112和套管114 將工件緊固在一起的任何其它裝置。緊固件組件110穿過設置在兩個或多個工件118A、 118B中的對齊孔來安裝。在一些實施例中，所述貫穿工件118A、118B之一的孔中的一個在其外開口上包括沉頭或包括徑向引導部。在示例性示例中，鎖定構件130為適於裝配在中心銷112的鎖定部分IM上的套環。套環130包括使該套環130能夠在套管114上提供間隙的沉頭孔，以及在一端的環狀凸緣部分，用於與工件118B的另一個外表面接合。套環130包括增大的圓柱狀柄部，該柄部具有適於模壓到中心銷112的鎖定部分124中的均一外徑。在另一個實施例中，鎖定構件130為適於與中心銷112的鎖定部分IM接合的螺母構件。更特別地，螺母構件130包括使螺母構件130能夠在套管114上提供間隙的沉頭孔，以及在一端處的環形凸緣部分，用於與工件118B的另一個外表面接合。螺母構件130包括螺紋接合到中心銷112的鎖定部分124上的螺紋部分，用於將緊固件組件110固定到工件118A和118B。將基本上完全塗覆有電介質的中心銷(12、11幻和沒有基本上完全塗覆(即如上所述選擇地塗覆)的中心銷(12、11幻進行比較，對於基本上未塗覆(選擇地塗覆)的中心銷(12、112)，大部分電流在小於1微秒內被傳送到結構(18、118)，而對於基本上完全塗覆的銷(12、112)，其中基本上無電流傳送。例如，在結構(18、118)的與緊固件的銷的未選擇地塗覆有銷的過渡和鎖定部分中的電介質低摩擦塗層的柄部相對應的區域中，所測的電流密度在電流密度標尺上在6到 8. 2個單位之間(即其中基本上無電流傳送到結構中)。在另一個示例中，在結構(18、118) 的對應於緊固件組件(10、110)的中心銷(12、112)的選擇地塗覆有銷的過渡部分06、126) 和鎖定部分04、124)中的電介質低摩擦塗層的柄部的區域中，所測的電流密度在電流密度標尺上幾乎完全低於4個單位(即其中電流基本上傳送到結構中)。在一些實施例中，將過盈配合銷插入帶套管的孔中(如圖4中所示)可被認為是成形/擠壓過程，其中中心銷12用作衝頭，結構18的孔用作衝模，套管材料14在這兩者之間受到壓縮。在一些實施例中，如圖5A和5B的實施例中所示，在插入過程中，鎖定部分M、24』、 124不與套管14、14』、114形成過盈配合，因而其在其膨脹中不起作用。當中心銷12、12』、 112進一步插入時，過渡區域沈、26』、1沈為與套管14、14』、114形成過盈配合的第一銷區域。這種過盈配合使套管14、14』、114沿徑向移動，產生對著結構18、18』、118的孔壁的壓縮作用。在一些實施例中，一旦當中心銷12U2M12的柄部16U6M16與套管14、14，、 114形成接觸後，由於套管14、14』、114已經完全與結構18、18』、118相順應，因此僅易受系統回彈作用。在一些實施例中，與接合部摩擦係數和接觸面積相關的柄16、16』、116上的回彈壓力決定著插入所需的總力。在一些實施例中，過渡區域沈、26』、1沈在套管14、14』、114膨脹中起非常重要的作用。在一些實施例中，過渡區域沈、26』、1沈的構型可能既影響緊固系統的機械特性又影響其雷擊性能。當過渡區域洸、26，、1洸將套管14U4M14的材料抵靠結構18、18，、118 的孔壁向外推壓時，產生的壓力促進孔的徑向膨脹、中心銷12、12』、112的壓縮和套管14、 14』、1144的厚度減小。在一個示例中，由於部分套管材料在安裝過程中被向前擠壓，因此安裝過程中產生的壓力還可促進套管14、14』、114的軸向(即向外，沿銷運動的方向)膨脹。圖6示出了結構18、18』、118的孔的兩個不同區域。在圖6中，區域A為更靠近套管14、14』、114的套環25的區域，區域B為穿過結構18、18』、118的大致一半的區域。在一些實施例中，最大壓力值在整個插入過程中保持相對恆定。圖7A示出帶套管緊固件組件10、10』、110的剖視圖的一個示例，該帶套管的緊固件10、10，、110具有銷12、12，、112和套管14、14，、114，其將要插入結構18、18，、118的孔中。圖7B顯示了中心銷12、12』、112的一部分、結構18、18』、118的孔壁的一部分和套管 14、14』、114的一部分，由方形31所表示，方形31為環形式的套管材料的控制體積，為一百
英寸厚度寬乘以一百英寸厚度高。在一些實施例中，在插入過程中，沿著該環的移動並且評估靜液壓力的變化，如圖 8中所示，可看出，只要控制體積在銷螺紋過渡區域和該結構之間被「壓緊」，則靜液壓力顯著升高。在該階段，套管材料沿徑向被壓縮，並且沿軸向被拉伸。沿著最小阻力路徑，徑向移動的套管體積的大部分隨後被向前擠出，如由圖9中所示的應變張量圖示出的。在一個實施例中，螺紋過渡區域構造成(或必須構造成)使得施加到孔的徑向膨脹量最大化同時使套管向前擠壓最小化。在又一個實施例中，在插入過程中，螺紋過渡區域具有將截留在套管OD(外徑)和孔ID(內徑)之間的過量密封劑排出的能力。測試數據顯示出套管和結構之間存在過量密封劑是雷擊事件過程中該區域中產生電弧的主要原因。在一個實例中，螺紋過渡區域構型可在插入過程中促使密封劑最大程度去除。應理解的是，本文描述的緊固件組件僅是示例性的，並且本領域技術人員可做出很多變形形式和修改形式，而不偏離本文描述的實施例的全部精神和範圍。例如，任何步驟可以任何所需順序進行(並且可增加任何所需步驟和/或可去除任何所需步驟)。因此，所有這樣的變形形式和修改形式都包括在本實用新型的範圍內。
權利要求1.一種適於安裝在結構的孔中的套管過盈緊固件，其特徵在於，包括a)套管，所述套管具有在一端的頭部，並且具有管狀部分，所述管狀部分具有內徑和外徑，其中，所述管狀部分的外徑小於所述結構的孔的內徑；b)銷構件，所述銷構件具有在一端的銷頭部、在相對端的鎖定部分和在所述銷頭部與所述鎖定部分中間的柄部，i)其中設置在所述銷頭部下方的所述柄部的直徑大於所述套管的管狀部分的內徑， )其中所述銷構件在所述柄部和所述鎖定部分之間具有過渡區域； iii)其中所述銷構件的一部分包括低摩擦電介質塗層；c)鎖定構件，所述鎖定構件適於裝配在所述銷構件的鎖定部分上；d)其中，所述套管適於在所述銷構件的柄部上徑向膨脹，以在所述套管的外徑和所述結構的孔之間形成過盈配合，從而提供安裝位置；e)其中，在所述安裝位置中，所述銷構件的柄部和所述套管的內徑之間的第一接合部沒有低摩擦電介質塗層；並且f)其中，在所述安裝位置中，所述銷構件的過渡區域和在所述銷構件的鎖定部分與所述鎖定構件之間的第二接合部覆蓋有低摩擦電介質塗層。
2.根據權利要求1所述的套管過盈緊固件，其特徵在於，所述銷構件和所述套管構件充分適配以使得(i)所述套管的內徑表面的柄接觸表面與所述銷構件的柄部之間的摩擦係數為X， ( )所述套管的外徑表面與所述結構的孔的內徑之間的摩擦係數為Y，並且 (iii)其中，當所述銷構件的柄部在所述套管內運動時，X始終保持小於Y。
3.根據權利要求1所述的套管過盈緊固件，其特徵在於，所述鎖定構件為套環。
4.根據權利要求3所述的套管過盈緊固件，其特徵在於，所述鎖定構件包括沉頭孔部分，其中，所述沉頭孔部分適於裝配在所述銷構件的鎖定部分上並且圍繞所述銷構件壓縮所述套管。
5.根據權利要求1所述的套管過盈緊固件，其特徵在於，所述緊固件與所述結構的過盈配合為0. 0005英寸到0. 0100英寸。
6.根據權利要求1所述的套管過盈緊固件，其特徵在於，所述銷構件的柄部是圓柱狀的。
7.根據權利要求1所述的套管過盈緊固件，其特徵在於，所述結構為金屬-複合材料結構。
8.根據權利要求1所述的套管過盈緊固件，其特徵在於，所述緊固件由鋁、鈦或鋼製成。
9.根據權利要求1所述的套管過盈緊固件，其特徵在於，所述低摩擦電介質塗層的表面電阻率為 IX 101° Ω/Sq 到 1X1012Q/Sq。
10.根據權利要求1所述的套管過盈緊固件，其特徵在於，所述過渡區域和所述第二接合部中的低摩擦電介質塗層的厚度在0. 0003英寸到0. 0006英寸範圍內。
11.根據權利要求1所述的套管過盈緊固件，其特徵在於，所述低摩擦電介質塗層的摩擦係數在0. 25到0. 44範圍內。
12.根據權利要求1所述的套管過盈緊固件，其特徵在於，所述低摩擦電介質塗層包括金屬材料。
13.根據權利要求1所述的套管過盈緊固件，其特徵在於，所述銷構件的柄部塗覆有至少一種其它塗層，所述其它塗層的至少一種性能與所述低摩擦電介質塗層不同。
專利摘要本實用新型提供了一種適於安裝在結構的孔中的套管過盈緊固件，其包括套管；銷構件，其中所述銷構件在柄部和鎖定部分之間具有過渡區域並且其中所述銷構件的一部分包括低摩擦電介質塗層；鎖定構件；其中，在安裝位置中，所述銷構件的柄部和所述套管之間的第一接合部沒有低摩擦電介質塗層；並且其中，在所述安裝位置中，所述銷構件的過渡區域和在所述銷構件的鎖定部分與所述鎖定構件之間的第二接合部覆蓋有低摩擦電介質塗層。本實用新型的套管過盈緊固件能防止電損傷，特別是由於雷擊造成的電損傷。
文檔編號F16B19/02GK202023812SQ20102057197
公開日2011年11月2日 申請日期2010年10月22日 優先權日2009年10月22日
發明者H·穆拉茲莫格魯, L·海洛克, M·馬奇, R·平海羅 申請人:美鋁公司