[发明专利]用于紧固系统的混合套环

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是涉及111(a)条款的申请并要求2011年3月24日提交的、题为“用于紧固系统的混合套环”的共同拥有且共同待定的美国临时申请61/467,002的优先权，通过引用将其全部内容并入本文。

技术领域

本发明涉及一种用于紧固系统的混合套环，尤其是一种用于保护套环和结构之间免受电化学(galvanic)腐蚀的混合套环。

背景技术

诸如碳纤维增强塑料(CFRP)之类的复合材料随着复合技术的进步在航空航天工业中得到越来越普遍的应用。复合结构的一个显著特点是接近净形状而制造，但复合结构得钻孔以便于使用机械紧固件进行部件的联结。选择航空器结构的紧固件的其中一个最重要的原则是紧固件与所联结的部件之间的电化学腐蚀兼容性。

发明内容

在一个实施例中，用于紧固系统的套环包括：套环本体，所述套环本体具有第一端部、与第一端部相对的第二端部、位于第二端部处并具有承载表面的凸缘；以及附接至套环本体的基底元件，所述基底元件包括覆盖套环本体的承载表面的基底部以及联结到套环本体的凸缘的固定部。在一个实施例中，套环本体由第一材料制成并且基底元件由第二材料制成，所述第二材料与第一材料电化学兼容(galvanically compatible)。在一个实施例中，第一材料选自由铝和铝合金构成的组。在另一个实施例中，第二材料选自由钢、合金钢、钛以及钛合金构成的组。

在一个实施例中，基底元件的固定部卷曲在套环本体的凸缘上。在一个实施例中，套环本体包括从其第一端部向其第二端部延伸并形成内壁的孔，其中基底元件包括延伸进入本体元件的孔并覆盖内壁的一部分的密封部。在一个实施例中，基底元件包括适于相对于套环本体转动的旋转基底元件。在一个实施例中，套环适于安装到由复合材料制成的结构上。

在一个实施例中，套环包括具有有机材料和非导电填料的涂层。在一个实施例中，有机材料为聚合物材料，并且非导电填料从由铝色漆、铬酸盐油漆以及溶胶-凝胶涂层构成的组中选择。在一个实施例中，涂层应用到本体元件的每部分上。在一个实施例中，涂层选择性地应用到本体元件上。

在一个实施例中，套环是螺纹套环。在另一个实施例中，套环是旋锻套环。

在一个实施例中，套环本体具有第一端部以及与第一端部相对的第二端部，所述套环本体由第一材料制成；以及位于套环本体的第二端部处的凸缘，所述凸缘由第二材料制作，所述第二材料与第一材料电化学兼容。在一个实施例中，套环本体和凸缘相互一体成型。在一个实施例中，第一材料选自由铝和铝合金构成的组。在一个实施例中，第二材料选自由钢、合金钢、钛以及钛合金构成的组。

附图说明

为了更全面地理解本发明，结合附图参考示范性实施例的以下详细描述，其中：

图1是锁紧螺栓紧固系统的一个实施例的剖视图；

图2A是适于在图1所示的紧固系统中使用的混合套环的一个实施例的局部剖视立体图，套环包括平坦基元件；

图2B是包括脊状基底元件的混合套环的另一个实施例的局部剖视立体图；

图2C是包括旋转基底元件的混合套环的另一个实施例的局部剖视立体图；

图2D是包括一体成型的凸缘的混合套环的另一个实施例的局部剖视立体图；

图3是示出各种套环材料的特定抗拉强度(UTS/密度)的比较的图表；

图4是安装在碳纤维增强塑料(CFRP)结构上的多个混合套环的实施例的立体图；

图5是示出在紧固件安装期间通过原位冷加工而获得的混合套环的功能梯度微观结构的显微图；

图6是示出铝混合套环对比钛套环的抗拉强度的图表，从而表明具有同等的强度极限；

图7是在盐喷雾腐蚀测试后与复合板进行测试的混合套环的实施例的立体图。

具体实施方式

在一个实施例中，混合套环10适于防止电化学腐蚀并且相对传统的钛锁紧螺栓套环(titanium lockbolt collar)降低了重量。在一个实施例中，套环10将电化学兼容的基底元件14与本体元件12相结合。在一个实施例中，套环10是具有受控旋锻(swaging)特征的锁紧螺栓套环，并且用在如图1所示的具有螺纹销18的紧固组件16中，以用于紧固多个工件20、22。在一个实施例中，紧固组件16包括插入工件20、22的对准孔中的衬套24，紧固组件16的尺寸和形状被设计成接收销18。在一个实施例中，套环10用在航空航天应用场合中，例如航空器。在其他的实施例中，套环10可用于其他的应用场合和领域。