CN108626223A

CN108626223A - 连接系统及方法

Info

Publication number: CN108626223A
Application number: CN201810184912.7A
Authority: CN
Inventors: P-C·王; B·J·布拉斯科; R·C·詹尼斯
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-03-23
Filing date: 2018-03-07
Publication date: 2018-10-09
Anticipated expiration: 2038-03-07
Also published as: US20180274578A1; CN108626223B; DE102018106097A1

Abstract

提供了用于连接部件的系统和方法。销可以具有头部以及从该头部延伸的杆部。杆部可以具有锥形区段。套环可以具有带通孔的柄部。另一锥形区段可以由柄部形成，使得锥形区段的锥形表面面向通孔。销和套环可以构造为使得杆部容纳在通孔中。锥形区段配合在一起，并且锥形表面接触杆部的锥形区段。

Description

连接系统及方法

技术领域

本公开总体上涉及连接系统，并且更具体地涉及适用于连接聚合物复合材料的连接系统和方法。

背景技术

制造品通常由许多集成到产品中的元件组装而成。各个元件可以以多种方式来加以接合，其中一种方式涉及到将它们连接在一起。将元件连接在一起的手段相当多。然而，在连接组件的各部分以及连接不同类型的材料方面所存在的挑战也不计其数，因此，需要的是全新且有效的连接装置和方法。

因此，期望提供一种用于连接部件的新系统和方法。此外，结合附图以及前述技术领域和背景技术，通过后续的详细描述和所附权利要求，本公开的其他期望特征和特性将变得显而易见。

发明内容

提供了用于连接部件的系统和方法。在许多示例中，销可以具有头部，其中杆部从该头部延伸。杆部可以具有锥形区段。套环可以具有带通孔的柄部。另一锥形区段可以由柄部形成，使得锥形区段的锥形表面面向通孔。销和套环可以构造为使得杆部容纳在通孔中。锥形区段配合在一起，并且锥形表面接触杆部的锥形区段。

在另外的示例中，可以提供销，并且销可以具有头部、从头部延伸的杆部以及杆部上的第一锥形区段。可以提供套环，并且套环可以具有柄部，同时穿过套环(包括穿过柄部)限定通孔，第二锥形区段可以由柄部形成，使得锥形区段的锥形表面面向通孔。杆部可以容纳在通孔中，同时锥形区段配合在一起，使得锥形表面接触杆部的锥形区段。

在许多其他示例中，连接合系统可以包括具有头部和从头部延伸的杆部的销。杆部可以具有与头部连接的近端和与近端相对的远端。第一区段可以从近端朝向远端延伸，并且可以具有圆柱形的形状。第一锥形区段可以从第一区段朝向远端延伸。第二区段可以从锥形区段朝向远端延伸。第二区段可以具有比第一区段更小的直径。套环可以具有第一端和与第一端相对的第二端。柄部可以从第一端朝向第二端延伸。盖可以布置在柄部与第二端之间。盖可以从柄部径向向外延伸。冠部可以从盖延伸到第二端，并且可以成形为中空圆柱体。第二锥形区段可以由柄部形成，并且可以具有面向销的锥形表面。销和套环可以构造成使得杆部容纳在套环中，同时第一锥形区段和第二锥形区段配合在一起，并且锥形表面接触第一锥形区段。

附图说明

在下文中将结合以下附图来描述多个示例性实施例，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：

图1是根据各种实施例的连接系统的横截面图示；

图2是根据各种实施例的图1的连接系统的一部分的横截面图示，其大体上沿着如图3所示的线2-2截取；

图3是根据各种实施例的图1的连接系统的一部分的图示。

图4是根据各种实施例的图1的连接系统的一部分的横截面图示，其大体上沿着如图5所示的线4-4截取；

图5是根据各种实施例的图1的连接系统的一部分的图示。

图6是采用根据各种实施例的方法的图1的连接系统的一部分的横截面图示；

图7是采用根据各种实施例的方法的图1的连接系统的一部分的横截面图示；

图8是采用根据各种实施例的方法的图1的连接系统的横截面图示；

图9是采用根据各种实施例的方法的图1的连接系统的横截面图示；

图10是采用根据各种实施例的方法的图1的连接系统的横截面图示。

具体实施方式

以下的详细描述在本质上仅仅是示例性的，并不意图限制应用或其用途。此外，并不意图受到在前述技术领域、背景技术、发明内容或以下详细描述中呈现的任何明示或暗示的理论的束缚。

在产品组装中，当使用替代材料时，可能会增大有效连接部件的难度。这样的一种应用可以涉及到聚合物复合片材部件，它们可以与需要进行固定的重叠边缘一起定位。为了成功地连接这类元件，如图1所示，根据各种示例提供了连接系统20。参考图1，连接系统20是提供来维持两个或多个部件22、24的固定相对位置。尽管被称为了部件22、24，但应该注意的是，连接系统20并不局限于涉及不同的部分的应用，而是还可以适用于连接单一结构的两个或多个部分。因此，术语“部件”用于指代多个部分，无论是分离的还是相连的。部件22、24可以是希望连接在一起的任何元件，并且可以由任何材料构成。在本示例中，部件22、24中的一个或两个可以由轻质材料构成，例如聚合物复合材料。这些材料可以用来替代钢。在各种示例中，连接系统20在使变形最小化的同时将这样的材料牢固地连接在一起，由此便避免出现材料分离和/或避免发生局部应力集中。本示例的连接系统20通常包括销26和套环27，它们相互配合以将部件22和24固定在一起。销26和/或套环27可以由任何数量的材料制成，包括但不限于：塑料、复合材料、金属(例如，不锈钢、低碳钢等)、或者具有用于电化腐蚀保护的聚合物或陶瓷涂层的金属。

在如图2和图3所示的各种示例中，销26包括头部28和从头部28延伸的杆部30。图2以纵向横截面视图示出了销26，而图3示出了从其与头部28相对的远端32观察到的销26。杆部30是细长元件，该细长元件具有与头部28连接的近端34，并延伸到与近端34相对的远端32。如图3所见，杆部30具有沿其长度变化的圆形横截面。杆部杆30具有开始于近端34处并且部分地沿着杆部30朝向远端32延伸的区段36。区段36是实心的并且形状通常为圆柱形，其中外周边45限定出沿着区段36的长度一致的直径46。杆部30具有部分地沿着杆部30从区段36朝向远端32延伸的锥形区段38。锥形区段38变窄，从其端部48向其端部52逐渐变细，由此形成围绕杆部30面向外的表面39。锥形区段38在其端部48处具有直径46并且在其端部52处具有较小的直径50。杆部30的区段40从端部52延伸到端部54，使得区段40部分地沿着杆30从锥形区段38朝向远端32延伸。区段40具有沿其长度一致的直径50。直径50小于直径46；因此，区段40相对于区段36具有减少的直径。在端部54附近，杆部30具有变窄区段42，此变窄区段具有小于直径50的直径，这样便沿着杆部30形成了薄弱点。区段44在变窄区段42与远端32之间延伸。区段44具有沿其长度基本上一致的直径50。

在各种示例中，销26包括头部28，头部28从杆部30径向向外延伸以形成肩部58，肩部58具有呈环形的并且大体上面向远端32的方向的表面59。头部28具有限定直径60的外周边61，直径60大于直径46。在一些示例中，直径60可以大约为直径46的两倍。相对直径尺寸提供了用于与部件22、24配合的宽肩部58。头部28在本示例中具有相对较低的轮廓，并且可以根据应用或者根据可以用于在连接过程中使用的工具的类型而变化。

在各种示例中，如图4和图5所示，套环27通常包括主体62，而主体62具有柄部64、盖66和冠部68。主体62包括插入端70和冠部端72。主体62具有从插入端70延伸穿过主体62到冠部端72的通孔74。柄部64开始于插入端70并且沿着主体62的一部分延伸到盖66。柄部64具有沿其长度从插入端70到盖66一致的外径76，从而限定出圆柱形外表面78。通孔74延伸穿过柄部64并且部分地由柄部64的锥形区段80限定，柄部64从插入端70到锥形区段80的内端82延伸了距离73。锥形区段80形成为使得通孔74变窄，从插入端70向内端82始终逐渐变细。通孔74穿过锥形区段80从直径77逐渐变细到直径79，并且形成在通孔74内朝内的套环27的锥形表面81。直径77大于直径79并且大约等于直径76。柄部64包括从内端82向盖66延伸了长度85的区段84。区段84沿其整个长度包括中空圆柱形形状，同时通孔74延伸穿过区段84。盖66从区段84径向向外突出以形成肩部86，肩部86具有呈环形的且大体上面向插入端70的方向的表面87。盖66在其周边处具有比直径76大的最外直径88。在当前实施例中，直径88与销26的直径60相当，这样使得部件22、24在头部28和盖66处的表面变形处于平衡状态。盖66包括区段90，区段90沿其整个长度包括中空圆柱体，同时通孔74延伸穿过区段90。从区段90朝向冠部端72延伸的盖66具有锥形区段92，锥形区段92具有从端部94到端部96逐渐变细的外表面93。表面93始终从端部94向端部96向外逐渐变细，这为肩部90和附近的表面93提供了与组装机械对接的强度。冠部68从盖66延伸到冠部端72。冠部68包括区段91，区段91沿其整个长度包括中空圆柱体，同时通孔74延伸穿过区段91。

在各种示例中，图6至图10示出了具有各种连接方法的过程100。如图6所示，部件22、24可以结合并放置成使得它们在界面105处与部件22的表面102(与部件24的表面104配合)重叠。配合表面102、104可以仅包括部件22、24的一部分，部件22、24可以在任何方向上彼此分开地延伸。在一些示例中，表面102、104可以不是完全配合，或者可以彼此之间间隔开。孔110完全穿过部件22、24从外表面112向外表面114形成。孔110由开口106和108形成，开口106和108分别穿过部件22、24形成并且彼此对齐。开口106和108提供相同的或基本上相同的开口直径116。开口106、108可以独立地或者在常规操作期间形成，并且在任一情况下例如通过钻孔、冲压、穿孔或通过另一种成形操作形成。因此，开口106和108彼此对齐，由此提供穿过重叠部件22、24的一致的孔110。

参考图7，在许多示例中，销26施加在部件22、24上。杆部30完全延伸穿过孔110，同时远端32向外突出并远离表面114。肩部58位于部件22上方，使得表面59与表面112接触并配合。杆部30的区段34位于开口106中，并且可以以最小间隙或者无间隙地紧密配合在其中。锥形区段38跨越延伸到开口106和开口108中的界面105。这种位置将锥形区段38放置在孔110中的远离两个表面112、114的内部位置处，并确保了其延伸到部件22中。区段40延伸穿过开口108的一部分并从表面114突出到孔110之外。远端32和变窄区段42出现在孔110的外部。

在如图8和图9所示的许多示例中，套环27施加到部件22、24上，其中插入端70插入到孔110中并且杆部30容纳在通孔74内。图8示出了插入过程中的套环27，而图9示出了完全插入的套环27。如图9所示，当套环27完全插入时，套环27的柄部64和杆部30的区段34基本上填满了孔110。在孔110内的柄部64与部件22、24之间具有很小的间隙或不具有间隙的紧密配合提供了强度。盖66在图9中定位成使得肩部86在部件24上方延伸，同时表面87面向表面114。杆部30的表面39与套环27的锥形表面81接触并配合。表面39与81之间的接触使得销26和套环27不但相对于彼此而且还在孔110内对齐。配合式接触还提供了所组装的销26和套环27的稳定性，以便带来强度。

在如图10所示的许多示例中，机器120可以用于固定组件。机器120包括第一元件122，第一元件122在表面93处接触套环27并施加力124以使套环27完全就位。机器120包括第二元件126，第二元件126接触杆部30并从变窄区段42向外抓取区段44。第二元件126施加第二力128，第二力128使销26完全就位并在变窄区段42处将区段44与销26脱离。表面59被压靠在表面112上，并且表面87被压靠在表面114上，从而将部件22、24固定在一起。销26的锥形区段38与套环27的锥形区段80相互作用来抑制部件22、24的压缩，同时还对牢固的连接组件130产生影响。销26和套环27可以通过压入配合固定。在许多示例中，为了增加保持力，销26和/或套环27可以设置有脊部或其他特征(未示出)。例如，机器120可以施加力来将套环27模锻成锯齿状杆部30。因此，工件22和24通过盖26和套环27牢固地紧固。过程100提供了出色的连接解决方案，并且可以通过允许使用诸如聚合物复合材料等替代性材料来打开新的设计空间，进而降低重量并改善性能和耐腐蚀性。

在许多示例中，销26或其杆部30可以由形状记忆合金制成。形状记忆合金杆部30可以记住原始形状，并且在发生变形时(如在机器120的操作下)在以后恢复到其预变形形状。加热可以用于使销26恢复到其原始形状。形状记忆合金的使用可以在头部28与盖66之间施加可以根据应用进行调整的负载。因此，过程100可以包括确定用于连接部件22、24的负载量，采用形状记忆合金材料形成销26以提供该负载，以及对销26进行加热以在断开区段44之后将其恢复到原始形状。

尽管在前面的详细描述中已经呈现了至少一个示例性实施例，但应该理解的是，仍存在有大量的变型。还应当认识到，该示例性实施例或多个示例性实施例仅作为示例，并不期望以任何方式限制本公开的范围、适用性或构造。相反，前面的详细描述将为本领域技术人员提供用于实现该示例性实施例或多个示例性实施例的便利指引。应该理解的是，在不脱离如所附权利要求及其合法等同物所阐述的本公开的范围的前提下，可以对元件的功能和布置作出各种改变。

Claims

1.一种用于将部件连接在一起的连接系统，包括：

销，所述销具有头部，同时杆部从所述头部延伸，其中所述杆部具有第一锥形区段；

套环，所述套环具有柄部，同时穿过所述套环限定通孔，其中包括穿过所述柄部；

第二锥形区段，所述第二锥形区段由所述柄部形成，使得所述第二锥形区段的锥形表面面向所述通孔；并且

其中所述销和所述套环构造成使得所述杆部容纳在所述通孔中，同时所述第一锥形区段和所述第二锥形区段配合在一起，其中所述锥形表面接触所述第一锥形区段。

2.根据权利要求1所述的连接系统，其中：

所述部件限定完全延伸穿过所述部件的孔；

所述杆部延伸到所述孔中；并且

所述柄部延伸到所述孔中，同时所述锥形表面完全与所述孔一起布置。

3.根据权利要求2所述的连接系统，其中：

所述部件包括在界面处彼此接触的第一部件和第二部件；

其中所述通孔延伸越过所述界面；并且

其中所述锥形表面延伸越过所述界面。

4.根据权利要求2所述的连接系统，其中：

所述销具有从所述杆部向外延伸的并且在所述部件上方延伸的头部；

其中所述头部具有限定第一直径的第一外周边；

其中所述套环包括盖，所述盖具有限定第二直径的第二外周边；并且其中所述第一直径的大小大约是所述第二直径的大小的两倍。

5.根据权利要求1所述的连接系统，其中所述销包括：

与所述头部连接的近端；

与所述近端相对的远端；

从所述近端朝向所述远端延伸的第一区段，所述第一区段的形状为圆柱形；

其中所述锥形区段从所述第一区段朝向所述远端延伸；

从所述锥形区段朝向所述远端延伸的第二区段，其中所述第二区段具有小于所述第一区段的直径；以及

邻近所述第二区段的比所述第二区段更窄的变窄区段。

6.根据权利要求1所述的连接系统，其中所述套环包括：

第一端；

与所述第一端相对的第二端，其中所述柄部从所述第一端朝向所述第二端延伸；

布置在所述柄部与所述第二端之间的盖，所述盖从所述柄部径向向外延伸；以及

从所述盖延伸到所述第二端的冠部，所述冠部包括中空圆柱体。

7.根据权利要求1所述的连接系统，其中：

所述部件包括第一部件和第二部件，并且限定延伸穿过所述第一部件和所述第二部件的孔；

所述杆部延伸穿过所述孔；

所述杆部具有在所述头部与所述锥形区段之间延伸的第一区段，所述第一区段具有圆柱形的形状并延伸到所述第一部件中；

所述锥形区段布置在所述孔中并延伸到所述第一部件和所述第二部件中；

所述柄部延伸到所述孔中并且布置在所述杆部周围；并且

所述锥形表面在所述第一部件内和所述第二部件内接触所述第一锥形区段。

8.一种将部件连接在一起的方法，包括：

提供销，所述销具有头部、从所述头部延伸的杆部以及所述杆部上的第一锥形区段；

提供套环，所述套环具有柄部，同时穿过所述套环限定通孔，包括穿过所述柄部；

提供第二锥形区段，所述第二锥形区段由所述柄部形成，使得所述锥形区段的锥形表面面向所述通孔；以及

将所述杆部容纳在所述通孔中，同时所述第一锥形区段和所述第二锥形区段配合在一起，使得所述锥形表面接触所述第一锥形区段。

9.根据权利要求8所述的方法，包括：

在所述套环上提供插入端；

形成所述锥形表面以延伸到所述插入端；

从所述插入端开始，将所述套环插入到所述部件中；以及

将所述第一锥形区段容纳在所述第二锥形区段中。

10.根据权利要求8所述的方法，包括：

提供所述部件作为第一部件和第二部件；

通过在所述第一部件中形成第一开口并在所述第二部件中形成第二开口来形成穿过所述部件的孔；

将所述第一开口和所述第二开口对齐；以及

利用所述杆部和所述柄部填满所述第一开口和所述第二开口。