CN101331330A - 紧固件组件 - Google Patents

Abstract

一种紧固件组件包括：螺栓(1)，螺栓具有第一和第二端并包括第一端处的螺栓头(2)和螺杆，螺杆的至少一部分设有螺纹；螺母(12)，其与螺栓(2)的螺杆螺纹地啮合；以及模板对准销(30)，其中，螺栓头(2)设置有联接结构(27、28)，用来可拆卸地联接到模板对准销(30)上的对应结构(31、32)。

Description

紧固件组件

技术领域

本发明涉及紧固件组件，并涉及使用紧固件组件将部件(例如，飞机部件)紧固在一起的方法。

背景技术

在大型飞机机翼制造中，机翼部件包括机翼壳体翼段、翼梁、翼肋和其它主要部件，机翼部件通常部分地组装在夹具内。然后，在预定部位处，钻出紧固件用的孔。从动螺栓然后插入某些孔内，销子插入另一些孔内以将机翼组件固定在一起，同时，钻出其它的孔。此后，松开螺栓并拆开诸部件，以在它们最后重新组装之前，允许进行毛刺的清理。

为了在正确位置钻出其它孔，通常使用手工模板结构或使用自动的钻孔机。当使用手工模板时，模板放置在一个或多个从动螺栓上，并通过与从动螺栓的啮合，固定在正确的固定位置上。然而，当使用自动钻孔机时，从动螺栓的头部为机器提供了可见的参考点，所述机器在钻好一个孔之后在部件上移动到另一位置以钻出另一个孔。

当如上所述地使用模板时，总希望从动螺栓头部从部件中向外伸出一定的距离以便为模板提供很好的实体部位。另一方面，当采用自动钻孔机时，希望螺栓只冒出非常有限的距离，以使钻孔机器可在螺栓上方移动靠近部件。为了满足这两个相矛盾的要求，在过去一直必须提供两个不同的从动螺栓。

本发明的目的是提供一种紧固件组件，其既适用于模板也适用于自动钻孔机。

发明内容

根据本发明，提供一种紧固件组件，其包括：

螺栓，其具有第一和第二端部并包括第一端上的螺栓头和螺杆，螺杆的至少一部分设有螺纹，

螺母，其与螺栓的螺杆实施螺纹啮合，以及

模板对准销，

其中，螺栓头设置有联接结构，用来可拆卸地联接到模板对准销上的对应结构。

通过提供这样一个紧固件组件，当螺栓头用于手工模板时，模板对准销可联接到螺栓头上，且螺栓头的尺寸可以不需联接对准销，它适用于自动钻孔机。

较佳地，螺栓头上的联接结构至少部分地设有螺纹，以便与模板对准销上的对应螺纹结构进行螺纹啮合。螺纹的联接代表着提供可拆卸联接的简单而有效的方式。

螺栓头上的联接结构较佳地是阴的结构，具体来说，最好在螺栓头内包括凹陷。该凹陷较佳地包括第一横截面的第一外部和较小第二横截面的第二内部。横截面最好是圆形。在螺栓头上的联接结构是至少部分地设有螺纹的情形中，凹陷的第二内部最好是螺纹的。在这样的情形中，模板对准销最好具有阳螺纹部分，以便旋入到凹陷第二内部和具有与凹陷第一外部紧配合的光滑外围的圆形横截面的圆柱形部分内。

较佳地，模板对准销包括大致圆柱形的本体，该本体呈圆形横截面并具有第一和第二端，联接结构设置在第一端。圆柱形本体的外围可对模板提供非常合适的定位表面。

模板对准销可设置有孔，其较佳地刚好通过销，横向于圆柱形本体的轴线并位于本体第二端的区域内。

紧固件组件较佳地还包括位于螺栓螺杆周围并在螺栓头的后表面上延伸的垫圈。该垫圈可以用塑料材料制成，塑料可以是聚酰胺，例如，尼龙。

较佳地，垫圈形成有在螺栓头后表面上延伸的后表面部分、朝向后表面部分之前延伸的外圆周部分，以及从外圆周部分向内延伸并配合螺栓头以将垫圈固定在螺栓头上的固定部分。当垫圈配装在螺栓头后表面上时，垫圈可弹性地变形。螺栓头可以形成有圆周槽以接纳垫圈的固定部分。

尽管本发明可应用于各种螺杆和螺母结构形式，但特别首选的是，它可用于特定形式的螺栓螺杆和螺母。因此，较佳地是，螺杆包括第一螺杆部分和第二螺杆部分，第一螺杆部分具有第一直径的光滑的圆周表面，而第二螺杆部分与第一螺杆部分同轴且具有第二直径，且第二直径小于第一直径，第二螺杆部分的至少一部分是外螺纹，第一螺杆部分定位在螺栓头和第二螺杆部分之间；还有，较佳地是，螺母包括从螺母第一端延伸的第一孔，其直径大于第一直径以配装在螺栓第一螺杆部分的部分上，在第二端的区域内，螺母还包括螺纹孔，该螺纹孔用来与螺纹的第二螺杆部分进行螺纹啮合，螺纹孔与第一孔同轴并通向第一孔，通过提供具有第一螺杆部分和第二螺杆部分的螺栓，其中第一螺杆部分具有光滑的圆周表面，而第二螺杆部分设有螺纹且有较小的直径，就有可能在单一的紧固件组件中提供夹紧功能和对准功能。这使得整个紧固程序更简单，与其中使用螺纹从动螺栓以提供夹紧结构并使用销来提供对准功能的现有技术相比，减少了必须要处理的各种类型零件的数量。

较佳地，螺栓头是位于第一螺杆部分的一端。较佳地，第二螺杆部分从第一螺杆部分的端部延伸到螺栓的第二端。因此，螺栓较佳地由三部分组成：螺栓头、第一螺杆部分和第二螺杆部分。螺栓头和第二螺杆部分用来提供组件的夹紧功能，而第一螺杆部分用来提供对准功能。

螺栓头可以是非圆的外形截面，例如，它可具有六角形的外形截面。螺栓的第一和/或第二端可以形成有非圆的盲孔，例如，六角形的截面，孔与螺栓的第一和第二螺杆部分同轴。如此的结构便于螺母和螺栓在紧固或松开期间所需的相对转动。

螺母第二端可以闭合，但螺母内的螺纹孔最好延伸通过螺母第二端。然后才有可能将螺母完全旋入到螺栓的第二螺杆部分上，以允许其上使用紧固件组件的物品厚度有更大的范围。

螺母中的第一孔较佳地是平孔并可以在轴向长度上大于螺母内的螺纹孔。螺纹孔的长度只需要能使螺纹传递足够的夹紧力就可以了，而第一孔的长度可确定其上使用紧固件组件的物品的厚度范围，因此，最好是长一些。

组件还可包括位于第一孔周围的螺母第一端处的垫圈。该垫圈可以形成为螺母的一体部分，但是，最好与螺母分开地形成并紧固到螺母上。垫圈可以用塑料材料制成，塑料可以是聚酰胺，例如，尼龙。

较佳地，垫圈形成有在螺母第一端的端面上延伸的前表面部分、从前表面部分向后延伸的外圆周部分，以及从外圆周部分向内延伸并配合螺母以将垫圈固定在螺母上的固定部分。当垫圈配装在螺母第一端的端面上时，垫圈可弹性地变形。螺母第一端可以形成有突缘，而垫圈可以配装在突缘上。

第一螺杆部分的直径最好做成其公差小于0.05mm，较佳地公差小于0.02mm。因此，在根据本发明的该优选的方面时，提供了类似紧固件组件的多用性，第一螺杆部分的实际直径变化应小于0.10mm，较佳地小于0.04mm。

螺栓、模板对准销和螺母可用金属制成，例如，钢材。

紧固件组件的螺栓本身是新颖的设计，可与紧固件组件的其它零件分开地提供。因此，本发明还提供适用于如上定义的紧固件组件中的螺栓。

本发明还提供一种具有第一和第二端并包括第一端处的螺栓头和螺杆的螺栓，螺杆的至少一部分有螺纹，其中，螺栓头适于可拆卸地接纳模板对准销。

本发明还提供将物品紧固在一起的方法，该方法包括以下诸步骤：

将诸物品保持在一起，使物品中诸孔对准，

提供如上定义的紧固件组件，

使螺栓通过对准孔，来紧固紧固件组件的螺栓和螺母，以及

将模板对准销联接到螺栓头。

如上所述，螺栓可适用于手工模板或自动钻孔机。因此，该方法还可包括利用配装在模板对准销上的手工模板来钻出通过物品的其它孔的步骤。此外该方法还可包括用自动钻孔机钻出通过物品的其它孔同时移去模板对准销的步骤，自动钻孔机布置成探测螺栓头的位置。

该方法还可包括如下的特征：

提供具有第一螺杆部分和第二螺杆部分的螺栓，第一螺杆部分具有第一直径的光滑圆周表面，而第二螺杆部分与第一螺杆部分同轴，它具有的第二直径小于第一一直径，第二螺杆部分的至少一部分有外螺纹，第一螺杆部分定位在螺栓头和第二螺杆部分之间，

插入螺栓的第二端并通过对准孔，螺栓的第一螺杆部分紧配合在孔内，

螺母具有第一和第二端并包括从螺母第一端延伸的第一孔，其直径大于第一螺杆部分的第一直径，在第二端区域内，螺母还具有螺纹孔，该螺纹孔与第一孔同轴并通向第一孔，以及

将螺母旋入到螺栓上，使螺母的第一孔配装在螺栓的第一螺杆部分的部分上，螺母的螺纹孔与螺纹的螺杆部分螺纹地啮合。

该方法还可包括用钻孔方法形成对准孔的步骤。

该方法特别适用于物品的临时组装，例如，在进行钻孔之时。因此，该方法还可包括其后的步骤：

从螺栓中拧松螺母，

从对准孔中取走螺栓，

将物品分开，以及其后用

使孔对准，来再紧固物品。

本发明特别适用于飞机制造业，需紧固在一起的物品可以是飞机部件，例如，一个物品可以是翼段，而另一个物品可以是翼肋。

当物品是复合材料，或物品中的至少一个是复合材料时，使用具有第一和第二螺杆部分的螺栓是特别地有利。这样的材料是特别地易损坏。

附图说明

现将参照附图，借助于实例来描述本发明的一实施例，在附图中：

图1是紧固件组件的螺栓的侧视图；

图1A是装配到图1螺栓上的垫圈的侧视截面图；

图2是紧固件组件的螺母和垫圈的侧视截面图；

图3是将两个部件固定在一起的紧固件组件的侧视截面图；

图4A是模板对准销的第一形式的侧视图；以及

图4B是模板对准销的第二形式的侧视图。

具体实施方式

首先参照图1，图中示出由螺栓头2、第一螺杆部分3和第二螺杆部分4组成的螺栓1。螺杆部分3和4是圆形截面并同轴。第一螺杆部分3具有光滑的圆周表面，其直径大于第二螺杆部分4，而第二螺杆部分4设有螺纹。底切5设置在螺杆部分3和4的连接处，槽6设置在头2的外围上。

盲孔7设置在第二螺杆部分4内。盲孔7是六角形截面并与螺杆部分3、4同轴。孔7提供有凹陷，合适的工具可与该凹陷啮合而将螺栓转动。

图1A示出尼龙垫圈8。垫圈8包括环形的后表面部分9、从后表面部分9的外围向前延伸的外圆周部分10，以及从外圆周部分10的前端向内延伸的呈唇形的固定部分11。当垫圈8配装到螺栓1时，后表面部分9覆盖在螺栓头2的后表面上，而固定部分11啮合在螺栓头的外围内的槽6内。正如将会理解的，垫圈8可弹性地变形以使固定部分11通过螺栓头2的部分进入槽6内。

现参照图2，图中示出螺母12和垫圈13。螺母12包括形成有圆形截面平孔15的前部14和形成有圆形截面螺纹孔17的后部16。孔15和17同轴，且孔15基本上大于孔17。在螺母的前端处，前部14具有一体的突缘18。

垫圈13包括环形的前表面部分19、从前表面部分19的外围向后延伸的外圆周部分20，以及从外圆周部分20的后端向内延伸的呈唇形的固定部分21。垫圈由尼龙制成并可弹性地变形，以便配装到螺母的突缘18上，如图2所示。一旦这样配装好，前表面部分19延伸在螺母前表面部分上而提供垫圈的功能。

图3示出使用中的图1、1A和2的紧固件组件，其将图3中两个部件25和26固定在一起，部件例如可包括飞机的翼段和翼肋。为了使部件25和26保持在要求的关系中，并在部件中钻出对准孔，将螺栓1插入图3所示位置的孔中。第一螺杆部分3准确配合在孔中，如图3所示，它具有足够长度通过部件25、26的组合厚度延伸到另一侧，第二螺杆部分4在另一侧上进一步突出。(将会理解到，图3显示用于最大要求厚度部件上的紧固件组件；该组件也可用于较薄的部件上，在此情形中，第一螺杆部分3伸出而超过部件26。)然后，螺母12拧到螺栓1上，将前部14先放在螺栓1伸出的端部上，然后，后部16旋到螺栓的第二螺杆部分4上。螺母前部14的平孔15的直径稍大于螺栓第一螺杆部分3的直径(例如，大0.5mm)，因此，前部14能够通过螺栓1直到垫圈13的前表面部分19邻接到部件26为止。

一旦螺母12被拧紧，紧固件组件的有效性表现在两方面：一方面保持部件25、26夹紧在一起，另一方面借助于第一螺杆部分3在部件内的准确配合而使部件保持对准。同时，因为第一螺杆部分3形成有光滑的圆周表面，所以，没有损坏部件25、26内孔的风险。

参照图1和3，螺栓头2形成有凹陷，该凹陷包括圆形截面的第一外部27和圆形截面的第二内部28。内部28有螺纹，其直径小于外部27直径。

现再参照图4A，图中示出模板对准销30，其具有圆形截面的大致圆柱形本体。在销30的第一端，设置联接结构，其用来可拆卸地将销联接到螺栓头2。联接结构包括阳螺纹部分31，其可旋入到螺纹头2中凹陷的内部28内。该阳螺纹部分31从紧配合在螺纹头2的凹陷外部27内的突出部分32中突出出来。围绕该突出部分32形成有环形的凹陷33，凹陷的尺寸适于接纳螺栓头2的外围部分。

模板对准销30的另一端设置有沿销直径的横向通孔34。该孔34可接纳工具而使销30拧入或拧出螺栓头2。

图4B示出图4A所示销类似结构但不同尺寸的另一模板对准销。两图中用相同的附图标记来表示对应的零件。

部件25、26用紧固件组件夹紧在一起，在典型的情形中，也可用其它的紧固件组件将部件央紧，可在部件25、26中钻出许多其它的孔。这些其它的孔可使用自动钻孔机或借助于模板手工地钻出。如果使用自动钻孔机，那么，不需使用对准销30，或如果它先前已经旋入到螺栓头2内，则从螺栓头中旋出。自动钻孔机包括可视传感器，例如，照相机，来探测螺栓头2的位置，通过探测螺栓头的几何形状来进行探测。如图所示，螺栓头具有外斜面和外凹陷27。照相机可探测到如此形成的环形状，由此，查明紧固件组件轴的位置。如果使用手工模板，那么，将对准销30旋入螺栓头2内，而模板内的孔配装在对准销上，该对准销紧配合在孔内，以将模板定位在要求的位置内。

一旦诸孔已经钻好，就可拧出紧固件组件(和任何其它的组件)，在最后重新组装之前，取出螺栓并对部件25、26清理毛刺。紧固件组件的紧固和松开可以手工地或自动地实施。

通过对螺栓1提供相当长的第一和第二螺杆部分4、5，并提供螺母中的相当长的孔15，同样的螺栓1就可用来夹紧一定范围的部件厚度。因此，单一的紧固件组件适用于给定直径的所有孔。当然，对于不同直径的孔需要不同的紧固件组件。方便地是，螺栓头2只提供有限数量的不同尺寸，同样大小的螺栓头用于一个以上直径的孔。这些特征便于自动化提供设备对螺栓的操作。

尽管参照特定实施例描述和图示了本发明，但本技术领域内的技术人员将会认识到，本发明还可有这里没有特别示出的许多不同的变化。在上面的描述中，提及了整体或元件，它们具有公知的、明显的或可预见的等价物，如此的等价物都被涵盖在此，就像本文所阐述。为确定本发明真正的范围，可参照附后的权利要求书，可认为权利要求书包括了任何这样的等价物。读者还应认识到，被描述为优选的、优点的、方便的或诸如此类的本发明的整体和特征只是选项，它们并不限制独立权利要求的范围。

Claims (16)

1.一种紧固件组件，包括：

螺栓，所述螺栓具有第一和第二端，并包括所述第一端处的螺栓头和螺杆，所述螺杆的至少一部分设有螺纹，

螺母，用于与所述螺栓的所述螺杆螺纹啮合，以及

模板对准销，

其中，所述螺栓头设置有联接结构，用来可拆卸地联接到所述模板对准销上的对应结构。

2.如权利要求1所述的紧固件组件，其特征在于，所述螺栓头上的所述联接结构至少是部分螺纹，以便与所述模板对准销上的所述对应结构螺纹啮合。

3.如权利要求1或2所述的紧固件组件，其特征在于，所述螺栓头上的所述联接结构包括凹陷。

4.如权利要求3所述的紧固件组件，其特征在于，所述凹陷包括第一横截面的第一外部和较小第二横截面的第二内部。

5.如权利要求4所述的紧固件组件，其特征在于，所述横截面是圆形。

6.如权利要求5所述的紧固件组件，其特征在于，所述凹陷的所述第二内部至少部分地设有螺纹。

7.如上述权利要求中任一权利要求所述的紧固件组件，其特征在于，所述模板对准销包括大致圆柱形的本体，所述本体呈圆形横截面并具有第一和第二端，所述联接结构设置在所述第一端。

8.如上述权利要求中任一权利要求所述的紧固件组件，其特征在于，还包括垫圈，所述垫圈在所述螺栓的所述螺杆周围，并在所述螺栓头的后表面上延伸。

9.如权利要求8所述的紧固件组件，其特征在于，所述垫圈形成有在所述螺栓头的所述后表面上延伸的后表面部分、从所述后表面部分向前延伸的外圆周部分、以及从所述外圆周部分向内延伸并配合所述螺栓头以将所述垫圈固定在所述螺栓头上的固定部分。

10.如上述权利要求中任一权利要求所述的紧固件组件，其特征在于，所述螺杆包括第一螺杆部分和第二螺杆部分，所述第一螺杆部分具有第一直径的光滑的圆周表面，而所述第二螺杆部分与所述第一螺杆部分同轴且具有第二直径，所述第二直径小于所述第一直径，所述第二螺杆部分的至少一部分是外螺纹，所述第一螺杆部分定位在所述螺栓头和所述第二螺杆部分之间；

其中，所述螺母包括从所述螺母的所述第一端延伸的第一孔，其直径大于所述第一直径以配装在所述螺栓的所述第一螺杆部分的部分上，在所述第二端的区域内，所述螺母还包括螺纹孔，所述螺纹孔用来与螺纹的所述第二螺杆部分进行螺纹啮合，所述螺纹孔与所述第一孔同轴并通向所述第一孔。

11.一种螺栓，用于如上述权利要求中任一权利要求所述的紧固件组件。

12.一种螺栓，所述螺栓具有第一和第二端并包括所述第一端处的螺栓头和螺杆，所述螺杆的至少一部分有螺纹，其中，所述螺栓头适于可拆卸地接纳模板对准销。

13.一种将物品紧固在一起方法，该方法包括以下诸步骤：

将诸物品保持在一起，使所述物品中诸孔对准，

提供如权利要求1至10中任一权利要求所述的紧固件组件，

使所述螺栓通过所述对准孔，来紧固所述紧固件组件的所述螺栓和所述螺母，以及

将所述模板对准销联接到所述螺栓头。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还可包括其后的步骤：

从所述螺栓中拧松所述螺母，

从所述对准孔中取走所述螺栓，

将所述物品分开，以及其后

使所述孔对准，来再紧固所述物品。

15.如权利要求13或14所述的方法，其特征在于，需紧固在一起的所述物品是飞机部件。

16.如权利要求13至15中任一权利要求所述的方法，其特征在于，至少一个需紧固在一起的所述物品是复合材料。

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