[发明专利]用于飞行器结构的紧固件

说明书

技术领域

本发明涉及用于飞行器结构的紧固件。更具体地，本发明涉及设计成对于被紧固的板具有剪切和拉出的性能组合的紧固件。

背景技术

机械紧固件比如螺钉在本领域是已知的并且在飞行器结构中用于将板附接在一起。一些螺钉具有渐缩的沉头头部，该沉头头部配装至位于最外侧的板中的相应的凹形沉头成形部中以提供平齐的表面。

已知的沉头紧固件具有截头锥形头部，该截头锥形头部在截面中具有相反的直的渐缩的侧边。此种形式的沉头头部从轴至紧固件的端部表面向外地呈锥形变化，在紧固件的端部表面处有时设置有与工具接合的凹槽。头部的在呈锥形变化的边缘之间的包角(inclusive angle)在从90度到130度的范围内，大多数为大约100度。这种紧固件主要设计用来：(i)抵抗拉出力(即，被紧固的板沿轴向方向分离并且拉动紧固件的趋势)，(ii)抵抗剪切力(即，板相对于彼此滑动的趋势)。

提供了一种沉头紧固件，其中，其头部延伸通过外板的厚度太多，这会导致“刀刃”状态。轴向孔的靠近紧固件轴的仅在沉头头部之下的较小的深度导致了这种状态。由于紧固件与板之间的径向接触的较小的表面面积，所以会在此区域中产生应力集中，从而对板造成损坏。

为了减轻“刀刃”状态的影响，应用“2/3规则”来将沉头的深度限制为板厚度的2/3而不是改变紧固件的特征。通常认为，通过在外板的孔呈圆筒形(即，孔绕紧固件轴完全沿轴向方向)的位置处设置1/3的厚度，将会避免或减少上文提到的应力集中。

如果外板较薄，则这当然是有问题的。在这种情况下，使用各种方法来克服刀刃状态。例如，可以减小沉头头部的深度，并且因此仍然能够遵循“2/3规则”。这种方法的问题在于，紧固件的头部的直径因此被制成为更小(假设沉头角保持恒定)。这种更小的头部直径减小了与板的轴向接触面积，因此增加了板上的应力并且减小了紧固件的拉出强度，同时板更容易失效。

一种替代性的方法是使用较大的沉头角以使得不会减小紧固件头部的面积。通过将角度从所说的100度增加至130度，紧固件头部能够保持相同的直径，而沉头区域可以制造得更浅以使得能够遵循2/3规则。然而，由于头部本身制造成强度较低(在沉头头部中的材料深度减小)，并且因此，紧固件本身的抗拉阻力减小，所以这种方法是不理想的。

在轴与头部之间的角度的急剧变化也导致了紧固件中的应力集中，就这一点而言是不期望的。

需要的是适合用于飞行器应用的紧固件，该紧固件能够提供在不显著地减少组件的拉出强度的情况下消除刀刃状态的改善的方法。

发明内容

根据本发明提供了用于飞行器结构的紧固件，该紧固件包括轴和喇叭形头部，其中，喇叭形头部包括靠近轴的第一区域以及位于第一区域的相对于轴的头部侧的第二区域，该第一区域具有第一曲率半径，该第二区域具有第二曲率半径，其中，第二曲率半径比第一曲率半径更大。

有利地，本发明提供了如下的在不显著减小拉出强度的情况下解决薄板的刀刃状态的方案。沉头头部的直径必须制造得较大以将来自于拉出负载状态的反作用力负载分散遍布到板的相应部分上(因此保持板中的应力较低)。然而，如所提到的，本发明涉及对薄板进行紧固，以及由于头部相当深，因此不可能提供从轴至头部的顶部的不间断的90度扇形截面。如此，为了提供从轴至头部的平滑的切向的过渡，小直径的第一部分过渡成大直径的第二部分。这在轴处提供了平滑的过渡，且在稍端部处提供了较大的头部，并且在不使头部太深的情况下消除了轴与头部之间的尖锐的拐角。

由于当轴过渡成头部时，孔的内壁主要轴向地定向，因此靠近轴的弧形的第一部分的存在也减少了刀刃状态的影响。如此，沉头头部能够制造成几乎与板同样深(甚至是同样深)。

优选地，第一区域与轴相邻(即，接合)，更优选地，第一区域的在第一区域与轴的直径的接合处即在第一区域与轴的直径的汇合处的切线与轴对准。

第一区域和第二区域可以相邻——即，接合。优选地，第一区域和第二区域的切线在两区域的会合处对准。

替代性地，喇叭形头部可以包括使第一区域和第二区域接合的中间区域，其中，中间区域的半径从第一半径逐渐增大到第二半径。该中间区域可以呈现出渐开线。

优选地，第二半径为第一半径的至少两倍。

第二半径可以在紧固件头部的端部处终止，或者在第二区域与头部的与轴相反的端部之间可以设置有端部区域，该端部区域相对于第一区域和第二区域相反地弯曲。