CN101675257A - 混合仿形负载分散垫圈 - Google Patents
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Abstract
公开了一种混合仿形负载分散垫圈(18)。该垫圈(18)的示例性实施例包括具有复合层(20)和结合至该复合层(20)的金属层(21)的垫圈主体(19)以及延伸穿过该垫圈主体(19)的紧固件开口(25)。也公开了一种地板梁座椅导轨(10)连接组件和一种在座椅导轨连接组件(1)中将负载从座椅导轨(10)传递至地板梁腹板(2)的方法。
Description
技术领域
【0001】本发明涉及螺栓接头。更具体地，本发明涉及一种适于优化分散如座椅导轨组件等螺栓接头中的负载的混合仿形/成形(contoured)负载分散垫圈。
背景技术
【0002】在许多结构应用中，特别是航空航天应用中，连接的局部负载路径常常要求有效的局部加固和加强。实现此目标的一种广泛可接受的方法包括使用“半径填充”形的垫圈来相互连接结构构件。这些垫圈的一般功能是转移并减少迂回负载路径中的集中负载，而不过度增加重量或成本。结构构件所需的关键材料属性包括高抗剪硬度、高抗剪强度和低密度，从而使得构件尽可能厚，以增强负载承受性能。例如，飞行器的地板结构中的座椅导轨连接必须设计为可承受各种类型的负载。该负载情况之一是9G前向碰撞情况。由于乘客占据时所存在的座椅结构的倾覆效果，该特定负载情况造成座椅导轨的严重垂直负载。必须通过座椅导轨至地板梁连接来应对高的垂直负载。
【0003】使得座椅导轨至地板梁连接足够强以适于9G前向碰撞情况的典型方式包括局部增加座椅导轨翼缘的厚度、地板梁腹板的厚度或这两个部件的螺栓连接处的厚度。尽管这使用机器加工零件或装配组件是可行的，但使用带有二次结合复合盖板的自动激光焊接结构来完成是更加困难或昂贵的。
【0004】座椅导轨至地板梁连接的几何特征要求为该连接提供独特的解决方案。具有平坦或平面腹板的复合地板梁通常使用“半径填充”垫圈以有助于将负载从螺栓连接处分散至腹板内。垫圈一般为金属制，且紧密套入盖板至腹板相交处。但对于“正弦波”形的地板梁腹板，常规的“半径填充”垫圈不能套入盖板至腹板相交处。
【0005】常规的“半径填充”垫圈为铝制，其具有良好的抗剪强度与密度比率。但因腐蚀问题，许多先进的复合结构不允许使用铝制零件。常规半径填充垫圈固有的缺点之一是垫圈不能套入“正弦波”形的地板梁腹板结构中。另外，因为是整体形成的金属部件，在传递螺栓负载至座椅导轨连接组件中的地板梁腹板时，垫圈在结构上达不到最佳效率。
发明内容
【0006】本发明一般涉及一种混合仿形负载分散垫圈。该垫圈的示例性实施例包括具有复合层和结合至复合层的金属层的垫圈主体以及延伸穿过该垫圈主体的紧固件开口。本发明进一步涉及一种座椅导轨连接组件和一种在座椅导轨连接组件中将负载从座椅导轨传递至地板梁腹板的方法。
附图说明
【0007】现将参照附图通过示例说明本发明，其中：
【0008】图1是混合仿形负载分散垫圈的示例性实施例的典型实施方式中的座椅导轨连接组件的透视图。
【0009】图2是座椅导轨连接组件和混合仿形负载分散垫圈的剖视图。
【0010】图3是固定至座椅导轨连接组件的地板梁腹板的混合仿形负载分散垫圈的剖视图，更具体地示出了施加负载于组件时，垫圈的高偏压部件负载和腹板拉伸负载的方向。
【0011】图4是混合仿形负载分散垫圈的剖视图，更具体地示出了施加负载于垫圈时的主螺栓负载、分布式反应负载以及引发的加载运动。
【0012】图5是示出混合仿形承重垫圈的承重性能的曲线图。
【0013】图6是飞行器的框图。
具体实施方式
【0014】如图1所示，座椅导轨连接组件1包括一般为钛制的且具有起伏的“正弦波”结构的地板梁腹板2，该地板梁腹板包括用于增加强度和刚度的多个腹板脊3。一般为钛制的平坦金属地板梁盖板6被提供于地板梁腹板2上。复合地板梁盖板7(例如可为石墨)一般被提供于金属地板梁6上。座椅导轨10包括位于复合地板梁盖板7上的底导轨翼缘11。成对隔开的连接翼缘13从底导轨翼缘11伸出。顶导轨翼缘12被提供于连接翼缘13上。乘客座椅(未示出)使用本领域技术人员已知的技术固定至顶导轨翼缘12。
【0015】在典型应用中，成对垫圈18被分别提供于固定座椅导轨10至地板梁腹板2的成对紧固件23上。如图2所示，成对隔开的紧固件开口14延伸穿过座椅导轨10的底导轨翼缘11。紧固件开口8也延伸穿过金属地板梁盖板6和复合地板梁盖板7，与底导轨翼缘11中的紧固件开口14准直。如图2进一步所示，各紧固件23具有一般与底导轨翼缘11接合的紧固件头24。在座椅导轨连接组件1的装配中，各紧固件23适于分别延伸穿过各紧固件开口14及相应的成对紧固件开口8，并接收一般与相应垫圈18接合的紧固螺母27。
【0016】如图1所示，各垫圈18包括具有基本为三角形形状的垫圈主体19。垫圈主体19包括被设置成相互成角度的成对垫圈侧部26。内凹的垫圈豁口(gap)22形成垫圈主体19的第三侧部，并且延伸于垫圈侧部26之间。因此，如下文所述，各垫圈主体19的垫圈豁口22基本符合地板梁腹板2中的腹板脊3的形状。
【0017】如图2所示，各垫圈18的垫圈主体19包括高度偏压的复合层20和结合至复合层20的金属层21。在一些实施例中，复合层20为石墨/环氧树脂。在一些实施例中，金属层21是6A1-4V钛。复合层20沿高偏压复合材料30(图3)的轴线被高度偏压，该轴线基本平行于垫圈主体19的平面。
【0018】垫圈主体19的典型制造方法包括将复合层20层压到作为金属层21的前身的金属(一般为6A1-4V钛)板(未示出)上，之后切割垫圈侧部26和垫圈豁口22，以形成垫圈主体19的基本三角形形状。紧固件开口25基本在垫圈主体19的中心处延伸穿过复合层20和金属层21。垫圈主体19和紧固件开口25可使用水射流切割技术或本领域技术人员已知的其它可选切割技术来形成。
【0019】当紧固件23延伸穿过提供于座椅导轨10的底导轨翼缘11内的相应紧固件开口14以及分别提供于复合地板梁盖板7和金属地板梁盖板6内的准直紧固件开口8时，紧固件开口25适于接收相应的紧固件23。螺母27旋至紧固件23上，且一般抵顶垫圈主体19的金属层21上紧，以将垫圈18固定到金属地板梁盖板6上。如图1所示，被提供于各垫圈18的垫圈主体19内的垫圈槽口(notch)22接收并接合地板梁腹板2的形状互补的腹板脊3。
【0020】在典型应用中，座椅导轨组件1被设计为可使用本领域技术人员已知的紧固技术支承附连至座椅导轨10的顶导轨翼缘12的多个飞行器乘客座椅(未示出)。在冲击情况下，座椅导轨10施加拉伸负载(特别是冲击负载)至各紧固件23。各垫圈18将冲击负载从相应的紧固件23传递至地板梁腹板2。如图3所示，冲击负载一般包括由各紧固件23和螺母27施加于相应垫圈18的主紧固件负载28。各垫圈18的复合层20沿复合层20的高偏压复合材料30的轴线分散或分配大部分主紧固件负载28。因而产生的拉升负载32被施加于地板梁腹板2。复合层20沿高偏压复合材料30的轴线的高偏压性质有助于靠近地板梁腹板2“播送(beaming)”或分配大部分主紧固件负载28。因此，与使用常规的整体式半径填充垫圈的情况相比，主紧固件负载28被分散或分配于更大部分的地板梁腹板2上。这有助于从座椅导轨10有效传递冲击负载至地板梁腹板2，而无需增加地板梁腹板2的规格或厚度。各垫圈18的垫圈主体19上一般为钛制的金属层21通过吸收来自各相应螺母27的轴承负载而用作压缩垫板(caul plate)。
【0021】图4示出了冲击加载期间与施加于各垫圈18的垫圈主体19的主紧固件负载28相关的分布式反应负载34和引发的弯曲运动36。图5的曲线图示出了混合仿形承重垫圈1的承重性能，其中各紧固件的头部偏转(以英寸为单位)被表示为施加于各紧固件的负载(以磅为单位)的函数。
【0022】尽管已通过某些示例性实施例描述了本发明，但应理解这些具体的实施方式仅用作示例而非限制，因为本领域普通技术人员容易想到其它变化。
【0023】在步骤57完成压热处理后，以通常方式定位并安装框架22，其一般包括穿过蒙皮12、开口条(tear strap)18和翼缘26a、26b(见图2)钻埋头孔(未示出)，其后安装并镦粗(upset)铆钉20等紧固件。
【0024】本公开的实施方式可用于多种潜在应用，特别是运输业，包括例如航空航天、航海和汽车应用。因此，现参照图6，本公开的实施方式可用于图6所示的飞行器64中。
【0025】如图6所示，飞行器64可包括具有多个系统82和内部84的机身80。高阶系统82的示例包括推进系统86、电气系统88、液压系统90和环境系统92中的一个或更多个。可包括多种其它系统。尽管所示为航天示例，本公开的原理可应用于航海和汽车业等其它产业。
【0026】尽管已通过某些示例性实施例描述了本公开的实施方式，但应理解这些具体的实施方式仅用作示例而非限制，因为本领域普通技术人员容易想到其它变化。
Claims (20)
1.一种垫圈，其包括：
垫圈主体，其具有复合层和结合至所述复合层的金属层；以及
紧固件开口，其延伸穿过所述垫圈主体。
2.如权利要求1所述的垫圈，其中所述复合层包括石墨/环氧树脂。
3.如权利要求1所述的垫圈，其中所述金属层包括钛合金。
4.如权利要求1所述的垫圈，其中所述复合层沿一轴线被偏压，所述轴线被设置成基本平行于所述垫圈主体的平面。
5.如权利要求1所述的垫圈，其进一步包括被提供于所述垫圈主体内的垫圈豁口。
6.如权利要求1所述的垫圈，其中所述垫圈主体具有基本为三角形的形状。
7.如权利要求6所述的垫圈，其进一步包括被设置成相互成角度的成对的垫圈侧部。
8.如权利要求7所述的垫圈，其进一步包括被提供于所述垫圈主体内且延伸于所述成对的垫圈侧部之间的垫圈豁口。
9.一种地板梁至连接组件，其包括：
地板梁腹板；
金属地板梁盖板，其具有被提供于所述地板梁腹板上的至少一个紧固件开口；
座椅导轨，其具有提供于所述金属地板梁盖板上的至少一个紧固件开口；
至少一个紧固件，其延伸穿过所述座椅导轨的所述至少一个紧固件开口和所述金属地板梁盖板的所述至少一个紧固件开口；
至少一个垫圈，其包括具有复合层和结合至所述复合层的金属层的垫圈主体以及穿过所述复合层和所属金属层的紧固件开口；且
其中所述至少一个紧固件延伸穿过所述垫圈主体的所述紧固件开口，且所述垫圈主体的所述复合层接合所述金属地板梁盖板。
10.如权利要求9所述的座椅导轨连接组件，其进一步包括位于所述金属地板梁盖板和所述座椅导轨之间的复合地板梁盖板。
11.如权利要求9所述的座椅导轨连接组件，其中所述至少一个垫圈包括成对的垫圈，且所述至少一个紧固件包括成对的紧固件。
12.如权利要求9所述的地板梁至座椅导轨连接组件，其中所述垫圈主体的所述复合层包括石墨/环氧树脂。
13.如权利要求9所述的垫圈，其中所述垫圈主体的所述金属层包括钛合金。
14.如权利要求9所述的垫圈，其中所述垫圈主体的所述复合层沿一轴线被偏压，所述轴线被设置成基本平行于所述垫圈主体的平面。
15.如权利要求9所述的垫圈，其进一步包括被提供于所述地板梁腹板内的多个腹板脊和被提供于所述垫圈主体内且接收所述多个腹板脊之一的垫圈槽口。
16.如权利要求15所述的垫圈，其中所述垫圈主体具有基本为三角形的形状。
17.一种在座椅导轨连接组件中将负载从座椅导轨传递至地板梁腹板的方法，所述座椅导轨连接组件具有位于所述座椅导轨和所述地板梁腹板之间的地板梁盖板，所述方法包括：
在所述座椅导轨中提供至少一个紧固件开口；
在所述地板梁盖板中提供至少一个紧固件开口；
提供至少一个垫圈，所述至少一个垫圈包括垫圈主体和延伸穿过所述垫圈主体的紧固件开口，所述垫圈主体具有接合所述地板梁腹板的复合层以及结合至所述复合层的金属层；
将紧固件延伸穿过所述座椅导轨中的所述至少一个紧固件开口、所述地板梁盖板中的所述至少一个紧固件开口和所述垫圈主体中的所述紧固件开口；以及
分别通过所述紧固件和所述垫圈主体将主紧固件负载从所述座椅导轨传递至所述地板梁腹板。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述垫圈主体的所述复合层包括石墨/环氧树脂，且所述垫圈主体的所述金属层包括钛合金。
19.如权利要求17所述的方法，其中所述垫圈主体的所述复合层沿一轴线被偏压，所述轴线被设置成基本平行于所述垫圈主体的平面。
20.如权利要求17所述的方法，其进一步包括被提供于所述地板梁腹板内的多个腹板脊和被提供于所述垫圈主体内且接收所述多个腹板脊之一的垫圈槽口。
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