用于紧固系统的混合套环技术方案

本实用新型专利技术涉及一种套环，其包括具有凸缘和承载表面的套环本体，以及附接到套环本体的基底元件。基底元件包括覆盖套环本体的承载表面的基底部，以及联接到套环本体的凸缘的固定部。基底元件可以是平坦基底元件、脊状基底元件或者旋转基底元件。固定部可以卷曲到套环本体的凸缘上。套环本体由第一材料制成并且基底元件由第二材料制成，第二材料与第一材料电化学兼容。第一材料可以是铝或者铝合金，而第二材料可以是钢、合金钢、钛或者钛合金。套环适于安装在由复合材料制成的结构上。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

用于紧固系统的混合套环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。
本技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
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，第一材料选自由招和招合金构成的组。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技术，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，套环包括平坦基底元件；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。参见图2A至2C，套环10包括相对较软且可变形的本体元件12，以及电化学兼容 的基底元件14。在一个实施例中，基底元件14是适合于复合结构的垫圈，如图2A至2(所 示。在另一个实施例中，套圈10仅包括软的且可变形的本体元件12,如图2D所示,所述本 体兀件12适合金属结构。在一些实施例中，用于软的且可变形的本体元件12的材料可以包括但不限于铝 及其合金，如2099、7075、2024以及6061。图3的图表示出了各种套环材料的特定抗拉强 度(UTS/密度)的比较。特别地，在一个实施例中，所述图表示出了铝2099的特定抗拉强 度与用于制造套环的其它材料的有利对比。图4示出了安装在碳纤维增强塑料(CFRP)工件上的多个套环10的实施例。在一个实施例中，套环10可以具有纳米晶粒结构，通过在紧固件安装过程中经由原位成型工艺冷加工套环10并产生功能梯度材料(FGM)来获得所述纳米晶粒结构，如图5 所示。在一个实施例中，该微观结构下的梯度导致横跨套环10的横截面的性能梯度并提供 了必要的功能特性，即，与钛套环大致相等的较高抗拉强度和剪切强度以及较高的耐腐蚀 性。在一个实施例中，还通过改变套环10的外部直径控制套环10的冷加工程度，以提供特 定数量的变形结构。在一个实施例中，用于套环10大小的特定套环外部直径尺寸维持为改 进性能所需的临界变形，但是保持低于可导致套环10在安装过程中发生意想不到的裂纹 的水平。在其他的实施例中，能够通过其他冷加工的手段(如攻丝或者滚丝操作)制造其 他类型紧固件(如脆性的套环)中的FGM。在其他的实施例中，套环10包括具有有机材料和非导电填料的组合的涂层。在一 个实施例中，涂层的有机材料能够包括聚合物系列，如环氧树脂，并且非导电填料能够包括 招色漆(aluminum pigmented paint)、铬酸盐油漆(chromated paint)以及溶胶-凝胶涂 层系列。在一个实施例中，涂层能够应用到套环10的每部分上，特别是本体元件12上。在 另一个实施例中，涂层能够根据期望的接合点性能选择性地应用到本体元件12上。在另一 个实施例中，本体元件12的外表面能够包括含有第一材料的涂层,并且本体元件12的内表 面能够包括含有与第一材料不同的第二材料的涂层。在一个实施例中，通过使用紧密配合的基底元件14 (如插在本体元件12的承载表 面26下并覆盖承载表面26的自备垫圈(captive wahser))使套环10与更贵重的结构(如 复合物)电隔离。在一个实施例中，基底元件14能够选自一组已知与复合结构电化学兼容 的金属材料。在一个实施例中，这些材料包括钢，钛，及其合金。在其他的实施例中，可以使 用其它的合金和非金属材料。在一个实施例中，基底元件14不仅提供套环10和CFRP构件之间的电化学腐蚀保 护，还作为紧固系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种套环，其包括：套环本体，所述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成，所述第二材料与第一材料电化学兼容。

【技术特征摘要】
2011.03.24 US 61/467,0021.一种套环，其包括 套环本体，所述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成，所述第二材料与第一材料电化学兼容。2.如权利要求1所述的套环，其特征在于，凸缘包括承载表面和基底元件，所述基底元件包括覆盖凸缘的承载表面的基底部以及联结到凸缘的固定部。3.如权利要求2所述的套环，其特征在于，第一材料选自由铝和铝合金构成的组。4.如权利要求3所述的套环，其特征在于，第二材料选自由钢、合金钢、钛以及钛合金构成的组。5.如权利要求2所述的套环，其特征在于，基底元件的固定部卷曲在凸缘上。6.如权利要求2所述的套环，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·海洛克，H·穆拉兹莫格鲁，R·平海罗，
申请(专利权)人：美铝公司，
类型：实用新型
国别省市：