CN110319098B - 具有易碎套环的电磁效应防护紧固件 - Google Patents

具有易碎套环的电磁效应防护紧固件 Download PDF

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Abstract

本公开涉及具有易碎套环的电磁效应防护紧固件。一种电磁效应抑制端接部件，该电磁效应抑制端接部件用于由金属材料形成的紧固件，该紧固件具有头部、杆部以及与头部相对的螺纹部分。端接部件包括主体，该主体限定内部螺纹部分，该内部螺纹部分构造成能通过螺纹接收紧固件的螺纹部分，内部螺纹部分限定螺纹大径。套环通过易碎腹板联接于主体的远侧端部，其中，主体、套环以及易碎腹板由金属芯部形成，该金属芯部由电介质材料层涂覆。易碎腹板在破裂时呈现金属芯部的露出部分，其中，易碎腹板包括内表面，该内表面与内部螺纹部分的螺纹大径径向地向外偏移避让距离。

Description

具有易碎套环的电磁效应防护紧固件
技术领域
本发明总体上涉及紧固件，且更确切地说涉及提供针对电磁效应的防护的紧固件端接部件(fastener termination par)。
背景技术
在诸如飞机的交通工具中使用轻质复合材料提供改进的强度重量比，这转化为燃料节省以及较低的操作成本。然而，复合材料不易于将由雷击产生的极大电流和电磁力传导开。此外，用在交通工具上的复合结构或金属结构通常使用金属紧固件系统组装，这些金属紧固件系统是导电的且因此引起电磁效应(EME)设计考虑。例如，紧固件点花模式必须针对雷击状况来设计，这些雷击状况包括紧固件和周围结构之间的热粒子喷射和电弧放电。
发明内容
根据本公开的一个方面，提供一种电磁效应抑制端接部件，该电磁效应抑制端接部件用于由金属材料形成的紧固件，该紧固件具有头部、杆部以及与头部相对的螺纹部分。端接部件包括主体，该主体限定内部螺纹部分，该内部螺纹部分构造成能通过螺纹接收紧固件的螺纹部分，该内部螺纹部分限定螺纹大径。套环通过易碎腹板联接于主体的远侧端部，其中，主体、套环以及易碎腹板由金属芯部形成，该金属芯部由电介质材料层涂覆。易碎腹板在破裂时呈现金属芯部的露出部分，其中，易碎腹板包括内表面，该内表面从内部螺纹部分的螺纹大径径向地向外偏移避让距离。
根据本公开的另一方面，提供一种紧固件组件，该紧固件组件用于防止电磁效应。紧固件组件包括紧固件，该紧固件由金属材料形成并具有头部、杆部以及与头部相对的螺纹部分。紧固件组件还包括端接部件，该端接部件具有金属芯部，该金属芯部由电介质材料层涂覆，且该端接部件包括主体，该主体限定内部螺纹部分，该内部螺纹部分构造成能通过螺纹接收紧固件的螺纹部分，其中，内部螺纹部分限定螺纹大径。端接部件还包括套环，该套环通过易碎腹板联接于主体的远侧端部，其中，易碎腹板在破裂时呈现金属芯部的露出部分。易碎腹板包括内表面，该内表面从内部螺纹部分的螺纹大径径向地向外偏移避让距离。
根据本公开的又一方面，一种在抑制电磁效应的同时紧固结构组件的方法包括：将由金属材料形成的紧固件穿过第一结构构件插入，以使得紧固件的杆部延伸穿过形成在第一结构构件中的第一通孔，紧固件包括螺纹部分。该方法进一步包括：将端接部件旋拧到紧固件上，该端接部件具有金属芯部，该金属芯部由电介质材料层涂覆，端接部件具有主体，该主体限定内部螺纹部分，该内部螺纹部分构造成能通过螺纹接收紧固件的螺纹部分，内部螺纹部分限定螺纹大径。将转矩施加于端接部件的套环，直到将套环连接于端接部件的主体的远侧端部的易碎腹板破裂为止，其中，易碎腹板在破裂时呈现金属芯部的露出部分。易碎腹板包括内表面，该内表面从内部螺纹部分的螺纹大径径向地向外偏移避让距离。
在可与任何这些方面相组合的本公开的另一方面中，该避让距离足以防止在金属芯部的露出部分和紧固件的螺纹部分之间产生电弧。
在可与任何这些方面相组合的本公开的另一方面中，紧固件的杆部具有杆部直径，且避让距离大致是杆部直径的1/25至1/4。
在可与任何这些方面相组合的本公开的另一方面中，主体进一步限定近侧端部，该近侧端部靠近紧固件的头部，且埋头孔形成在近侧端部中，其中，环形密封件设置在埋头孔中。
在可与任何这些方面相组合的本公开的另一方面中，环形密封件由聚合物材料形成。
在可与任何这些方面相组合的本公开的另一方面中，垫圈位于主体的近侧端部附近。
在可与任何这些方面相组合的本公开的另一方面中，易碎腹板构造成在预定转矩阈值下破裂。
已讨论的特征能在各种实施例中独立地实现或者可在又一些其它实施例中组合，这些实施例的进一步细节能参照以下的具体实施方式部分和附图看到。
附图说明
图1是飞机的示意图。
图2是根据本公开的具有易碎套环的EME防护紧固件系统的部分横截面的分解立体图。
图3是图2的EME防护紧固件系统的部分横截面的侧视图，该EME防护紧固件系统组装有设置在车辆上的结构以及完整的易碎套环。
图4是图2的EME防护紧固件系统的部分横截面的侧视图，该EME防护紧固件系统组装有设置在车辆上的结构以及破裂的易碎套环。
图5是从图4中获得的EME防护紧固件系统的远侧端部的放大详图。
图6是用在图2的EME防护紧固件系统中的端接部件的立体图。
图7是图6中示出的端接部件的横截面的侧视图。
图8是说明根据本发明的在抑制电磁效应的同时紧固结构组件的方法的框图。
应理解的是，附图并非必须按比例绘制，且有时示意地说明所公开的实施例。进一步应意识到的是，以下的具体实施方式部分在本质上仅仅是示例性的，而并非旨在限制本发明或其应用和使用。因此，虽然本公开为了便于解释而被示出并描述为某些说明性实施例，但会意识到的是，本公开能在各种其它类型的实施例以及各种其它系统和环境中实施。
具体实施方式
以下的具体实施方式部分具有执行本发明的目前所设想的最佳模式。该描述并非有意限定，其目的仅仅为了说明本发明的一般原理，因为本发明的范围由所附权利要求最好地限定。
这里公开的实施例提供用于以防止EME的方式来端接紧固件的设备和系统。用于紧固件的端接部件包括易碎套环，当在组装于紧固件上期间施加充足的转矩时，该易碎套环破裂。当易碎套环破裂时，端接部件的金属芯部的一部分露出，从而可能加剧EME。根据本发明的某些方面，易碎套环构造成使得芯部的露出部分与紧固件充分地隔开以减小EME。
参照图1，这里公开的实施例可在飞机组件的背景下描述。飞机20可包括机身22、机翼组件24、尾翼26以及起落架组件28。针对此种类型的飞机，大量紧固件组件(在一些情形中约为一百万个组件)可用于将各个部件和子部件紧固在一起。EME防护在飞机20上的某些位置中是期望的。例如，EME防护对于机翼组件24和其它结构是期望的。为了提供EME防护，机翼组件24可利用多达20000个紧固件来组装。
在图2-图5处说明防止EME的示例性紧固件组件30。如图所示，紧固件组件30用于将第一结构构件32组装于第二结构构件34。第一结构构件32和第二结构构件34可设有部件或子部件，例如设置在飞机20上的机翼组件24。在所说明的实施例中，第一结构构件32具有第一通孔36，而第二结构构件34具有第二通孔38。如图所示，第二通孔38与第一通孔36对准。在其它实施例中，第一结构构件32和第二结构构件34的每个由复合材料形成，且紧固件由金属材料形成。在其它实施例中，第一结构构件32和第二结构构件34中的每个由金属材料形成，而在另外其它实施例中，第一结构构件32和第二结构构件34中的一个由金属材料形成，而第一结构构件32和第二结构构件34中的另一个由复合材料形成。虽然在所说明的实施例中，紧固件组件30被示为组装两个结构部件，但会意识到的是，紧固件组件30可用于单个结构构件、多于两个结构构件或者其自身单独地设置。
由金属材料形成的紧固件40设置成将第一结构构件32和第二结构构件34紧固在一起。如在图2-图4中最佳示出的，紧固件40包括头部42、杆部44以及与头部42相对地设置的外螺纹部分46。杆部44的尺寸形成为用于分别通过第一结构构件32的第一通孔36和第二结构构件34的第二通孔38可滑动地插入。
例如图2-图4中最佳示出的是，端接部件50设置成用于端接紧固件40，以使得紧固件组件30牢固地紧固第一结构构件32和第二结构构件34。端接部件50具有芯部52，该芯部由金属材料形成以提供充足的强度。如具体在图5和图7中示出的，金属芯部52由电介质材料层54涂覆(在附图中以描绘端接部件50的周界的相对较粗的线条来说明)，以阻挡紧固件40和端接部件50之间的电气结合路径。电介质材料可以是呈现电介质特性的任何材料，例如热固性塑料、热塑性塑料、橡胶、陶瓷以及弹性体。
参照图2-图4和图6-图7，端接部件50包括主体56。主体56限定面向第二结构构件34的近侧端部58和与近侧端部58相对的远侧端部60。穿过主体56形成的内孔62包括位于近侧端部58处的埋头孔64以及形成在远侧端部60处的内部螺纹部分66。环形密封件68的尺寸形成为插入到埋头孔64中，并且由诸如聚合物材料的电介质材料形成。内部螺纹部分66构造成能通过螺纹接收紧固件40的外螺纹部分46。内部螺纹部分66可包括内螺纹大径68，该内螺纹大径紧密地接收紧固件的外螺纹大径70。
端接部件50进一步包括套环72，该套环通过易碎腹板74联接于主体56的远侧端部60，以在端接部件50组装到紧固件40上期间提供转矩控制。如参照图6和7最佳示出的，套环72具有外表面76，该外表面构造成接收转矩施加工具。例如，外表面76可具有六边形形状以接收扳手78。在所说明的实施例中，易碎腹板74由相对于主体56和套环72的厚度减小部分形成，以在端接部件50中形成局部减弱区域。因此，当转矩施加于套环72以将端接部件50旋拧到紧固件上时，易碎腹板74会在预定转矩阈值下破裂，由此将在端接部件50的安装期间施加的转矩量限制为避免损坏端接部件50或环形密封件68的值。
易碎腹板74进一步构造成防止EME。更确切地说，当易碎腹板74破裂且套环72移除时，呈现端接部件50的金属芯部52的露出部分80。靠近于金属紧固件40的露出金属材料可增加EME的可能性。因此，如图5中最佳示出的，易碎腹板74具有内表面82，该内表面与内螺纹大径68径向地向外偏移避让距离84。避让距离84足以防止金属芯部52的露出部分80和紧固件40的外螺纹部分46之间产生电弧。在一些实施例中，如图2中所示，避让距离84相对于紧固件40的杆部44的杆部直径45限定。例如，避让距离84在杆部直径45的大致1/25至1/4之间。因此，在某些应用中，最小避让距离可小到大致0.5毫米，但也可大于0.5毫米，取决于杆部直径45的尺寸。
可选地，紧固件组件30可进一步包括垫圈86。垫圈86可设置在主体56的近侧端部58和第二结构构件34之间。可选的垫圈86在图2中示出，但出于清楚起见而已从其他视图省略。
虽然紧固件组件30在上文被描述为具有紧固件40和端接部件50来将第一结构构件32和第二结构构件34固定在一起，但应意识到的是，端接部件50可用于单个结构构件、多于两个结构构件或者单独地提供以用于现有的紧固件和/或结构构件。如在所附权利要求中提出的，端接部件50包括主体56、套环72以及易碎腹板74，且易碎腹板74的内表面82与内螺纹大径68径向地向外偏移避让距离。
图8示出在抑制电磁效应的同时紧固结构组件的方法100的框图。该方法的步骤能以除了所示出的具体次序以外的其它次序执行，且由框图示出的具体次序是代表性的。
在方法100的框102处，将由金属材料形成的紧固件40通过第一结构构件插入，以使得紧固件的杆部延伸穿过第一结构构件的第一通孔。该紧固件包括外螺纹部分。
在框104处，将端接部件旋拧到紧固件上，该端接部件具有金属芯部，该金属芯部由电介质材料层涂覆。端接部件具有主体，该主体限定内部螺纹部分，该内部螺纹部分构造成能通过螺纹接收紧固件的螺纹部分。内部螺纹部分限定内螺纹大径。
在框106处，将转矩施加于端接部件的套环，直到将套环连接于端接部件的主体的远侧端部的易碎腹板破裂为止。当易碎腹板破裂时，呈现金属芯部的露出部分。易碎腹板包括内表面，该内表面与内部螺纹部分的内螺纹大径径向地向外偏移避让距离。该避让距离足以防止在金属芯部的露出部分和紧固件的螺纹部分之间产生电弧。
虽然依照特定结构和部件进行描述，但潜在地在其它环境中可利用其他构造和/或其他部件。此外，虽然本公开仅仅在所示出的形状和尺寸上呈现结构，但可设想所公开结构的各种变型以用在可由本领域技术人员意识到的替代实施例中。

Claims (17)

1.一种电磁效应抑制端接部件，所述电磁效应抑制端接部件用于由金属材料形成的紧固件，所述紧固件具有头部、杆部以及与所述头部相对的螺纹部分，所述电磁效应抑制端接部件包括：
主体，所述主体限定内部螺纹部分，所述内部螺纹部分构造成能通过螺纹接收所述紧固件的所述螺纹部分，且所述内部螺纹部分限定螺纹大径；以及
套环，所述套环通过易碎腹板联接于所述主体的远侧端部；
其中，所述主体、所述套环以及所述易碎腹板由金属芯部形成，所述金属芯部由电介质材料层涂覆；
其中，所述易碎腹板在破裂时呈现所述金属芯部的露出部分，所述易碎腹板包括内表面，所述内表面与所述内部螺纹部分的所述螺纹大径径向地向外偏移避让距离，
其中，所述紧固件的所述杆部具有杆部直径，并且所述避让距离是所述杆部直径的1/25至1/4。
2.根据权利要求1所述的电磁效应抑制端接部件，其中，所述避让距离足以防止在所述金属芯部的所述露出部分和所述紧固件的所述螺纹部分之间产生电弧。
3.根据权利要求1所述的电磁效应抑制端接部件，其中，所述主体进一步限定近侧端部，所述近侧端部靠近所述紧固件的所述头部，且埋头孔形成在所述近侧端部中，环形密封件设置在所述埋头孔中。
4.根据权利要求3所述的电磁效应抑制端接部件，其中，所述环形密封件由聚合物材料形成。
5.根据权利要求3所述的电磁效应抑制端接部件，进一步包括垫圈，所述垫圈位于所述主体的所述近侧端部附近。
6.根据权利要求1所述的电磁效应抑制端接部件，其中，所述易碎腹板构造成在预定转矩阈值下破裂。
7.一种用于防止电磁效应的紧固件组件，所述紧固件组件包括：
紧固件，所述紧固件由金属材料形成且具有头部、杆部以及与所述头部相对的螺纹部分；
端接部件，所述端接部件具有金属芯部，所述金属芯部由电介质材料层涂覆，所述端接部件包括：
主体，所述主体限定内部螺纹部分，所述内部螺纹部分构造成能通过螺纹接收所述紧固件的所述螺纹部分，所述内部螺纹部分限定螺纹大径；
套环，所述套环通过易碎腹板联接于所述主体的远侧端部，其中，所述易碎腹板在破裂时呈现所述金属芯部的露出部分，所述易碎腹板包括内表面，所述内表面与所述内部螺纹部分的所述螺纹大径径向地向外偏移避让距离，
其中，所述紧固件的所述杆部具有杆部直径，且所述避让距离是所述杆部直径的1/25至1/4。
8.根据权利要求7所述的紧固件组件，其中，所述避让距离足以防止在所述金属芯部的所述露出部分和所述紧固件的所述螺纹部分之间产生电弧。
9.根据权利要求7所述的紧固件组件，其中，所述主体进一步限定近侧端部，所述近侧端部靠近所述紧固件的所述头部，且埋头孔形成在所述近侧端部中，所述紧固件组件进一步包括环形密封件，所述环形密封件设置在所述埋头孔中。
10.根据权利要求9所述的紧固件组件，其中，所述环形密封件由聚合物材料形成。
11.根据权利要求9所述的紧固件组件，进一步包括垫圈，所述垫圈位于所述主体的所述近侧端部附近。
12.根据权利要求7所述的紧固件组件，其中，所述易碎腹板构造成在预定转矩阈值下破裂。
13.根据权利要求7所述的紧固件组件，进一步包括：
第一结构构件，所述第一结构构件具有第一通孔；以及
第二结构构件，所述第二结构构件具有第二通孔，所述第二通孔与所述第一通孔对准；
其中，所述紧固件的所述杆部延伸穿过所述第一通孔和所述第二通孔。
14.根据权利要求13所述的紧固件组件，其中，所述第一结构构件和所述第二结构构件中的每个由复合材料形成。
15.根据权利要求13所述的紧固件组件，其中，所述第一结构构件和所述第二结构构件中的每个由金属材料形成。
16.一种在抑制电磁效应的同时紧固结构组件的方法，所述方法包括：
将由金属材料形成的紧固件穿过第一结构构件插入，以使得所述紧固件的杆部延伸穿过形成在所述第一结构构件中的第一通孔，所述紧固件包括螺纹部分；
将端接部件旋拧到所述紧固件上，所述端接部件具有金属芯部，所述金属芯部由电介质材料层涂覆，所述端接部件具有主体，所述主体限定内部螺纹部分，所述内部螺纹部分构造成能通过螺纹接收所述紧固件的所述螺纹部分，所述内部螺纹部分限定螺纹大径；
将转矩施加于所述端接部件的套环，直到将所述套环连接于所述端接部件的所述主体的远侧端部的易碎腹板破裂为止，其中，所述易碎腹板在破裂时呈现所述金属芯部的露出部分，所述易碎腹板包括内表面，所述内表面与所述内部螺纹部分的所述螺纹大径径向地向外偏移避让距离，
其中，所述紧固件的所述杆部具有杆部直径，且所述避让距离是所述杆部直径的1/25至1/4。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述避让距离足以防止在所述金属芯部的所述露出部分和所述紧固件的所述螺纹部分之间产生电弧。
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