TW201115036A - Family of attachment devices with variable taper - Google Patents

Description

201115036 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明有關具有可變錐度的接附裝置系列：以—般之 方式，本發明之技術領域有關螺絲及軸襯的接附裝置。x更 特別是，本發明有關意欲用於組裝事先以圓柱形方式鑽孔 的航空器之結構元件的螺絲及軸襯。 【先前技術】 於該先前技術中，為了在此等結構元件内安襄接附裝 置’圓柱形及/或錐形螺絲係已知的，並由金屬材料所製 士 ’且在-鑽孔内以增進該螺絲的滑動能力之塗層所覆 蓋，該鑽孔係在待組裝之元件中製成。 ' m 術中’美國專利文件第US4048898、 刪7〇2658及哪27〇41〇號係亦已知，該等專利文件分別 敘述-用於接附金屬多層元件之錐形裝置、一用於減少錐 形接附裝置之力量與安裝成本的裝置、及_用於將一件設 时預力應力的方法。具有圓錐形軸桿之接附件通常被航空 ^製造廠於具有因干涉而難以接近及需要安裝的組裝區域 所使用。干涉係藉由安裝具有—本體之螺絲所界定該 本體之外係大於其所插人之鑽孔的直徑，這造成該鑽孔 ^亥，’、·糸之女裝期間擴展。對於金屬材料，藉由干涉，螺 ，糸之女裝係僅只藉由拉動或推動它們進人該鑽孔所施行， 絲之料的嘴部半徑之最佳化設計及—具有低 厘’、,的塗層’該鑽孔不會造成該結構變得受損。對於 、材料，藉由干涉之安裝增加該結構之財久壽命。 4 201115036 新-代航空器使用一由合成材料所製成之結構，該合 成材料具有以-顯著之方式使該航空器減輕之優點且盆 對於疲勞現象係不敏感的，然而，與金屬結構相反的，： 具有傳導性不佳之缺點，且造成關於耐閃電衝擊之問題。 =了耐閃電’如此需要藉由干涉安㈣人料合成材料而 存在於該接附件及該鑽孔間之任何間隙亦必需被修正。 藉由干涉將接附件安裝於由合成材料所製成之結構中 存在有顯著之脫層危險，關於該脫層危險係由㈣接附件 之本體摩擦抵靠著該合成結構内所製成之鑽孔，這可藉由 脫層導致損壞及因此導致減少之阻抗。 曰 如此’變得需要使用最初於該結構中安裝有間隙而覆 蓋該接附件之本體的軸襯，以便保護該合成材料不遭受任 :脫層。其次’此軸襯之徑向擴展係需要的，以便為了先 前所規定之理由而移去此間隙。 用於具有圓錐形軸桿之接附件，在航空器結構内之圓 錐形鑽孔的建立呈現一些困_，且造成所屬技術領域中具 有通吊知識者使用-具有圓錐形軸桿之螺絲肖圓錐形轴 桿以一譬如由不錄鋼所製成之圓錐形軸襯加套。此裝置接 著被安裝於該結構之圓柱形鑽孔中，以便防止用於機械加 工該圓錐形鑽孔之需求。 基於美國專利第US4048898號之先前技術使用—轴 襯’該轴襯在該外面係圓柱形的，且在其内為圓錐形的， 並容納—具有圓錐形轴桿之螺絲。根據被組裝的元件之厂θ 度，該本體之長度增加，而且其直徑亦增加。 予 因此，於先前技術中’有多少待組裝元件之不同厚度， 201115036 就有多少接附裝置用之參考件。換句話說，待組裝之元件 越厚，該等元件之鑽孔的直徑越大，且該軸襯之直徑越大。 此大變化性對於所屬技術領域中具有通常知識者構成一主 要技術問題。實際上，對於待接附元件之每一厚度，他/她 必需提供該適當之工具及裝置，除了替換該工具所需之時 間損失以夕卜’其表示工具準備中之相當大的成本。再者， 具有各種鑽孔尺寸之觀念阻礙以簡單及堅定之方式預測待 組裝元件的結構強度。 所屬技術領域中具有通常知識者已藉由建立不同鑽頭 及長度之系列、變化該接附件之每一直徑解決此問題，且 如此已經減少所需之工具的數目，然而對於待緊固 長度尚未抵達需要單一工具，如存 之接附件者。 #在用於具有圓柱形本體 LI叨円容】 為了解決此問題’本發明有關根據該裝置之高度改1 該裝置之錐度的比率之概念。 ^ ^ 吉僻；5乒丨士 珲度之比羊與截頭錐的最大 直^及最小直徑間之差值除以其高度的比率有關，且 百分比。該錐度的比率因此係藉由以下公式所界 定：C=(D-d)/H。 卜a式所界 本發明亦可有關在混合結構内之岸 及今屈鉍％L μ 應用亦即使用合成 及金屬材；μ，譬如紹或欽型合 成 形成該航空器之結構的連續式金；：置在 金屬結構内，m Μ +力。七 曰τ ’或譬如在純 ㈣·#如由鋁或鈦所製成者 脫層風險存在，然而使用本發 字乾例中，沒有 月之利益將在於消除圓錐形 6 201115036 鑽孔之優點。 根據本發明的軸襯之錐度的比率被包括於百分之數十 及百刀之1 0之間。如此，以具有相同外徑之裝置的三或四 個間隙，然而具有不同之錐度的比率，在該等結構組件中 所遭遇之所有該等厚度組構能被緊固，該等厚度組構典型 由該裝置之直徑的一倍分佈至十倍，且沒有修 且 元件内所製成之鑽孔。 裝 本發明因此有關一系列用於接附事先以圓柱 孔的元件之農置，每一裝置包括 式鑽 頭呷-·—螺絲，其沿著一軸線延伸，且包括一錐形軸桿及一 ::轴襯，其意欲用於在其包圍區域中容納 才干，该轴概沿著該相同之車由線延伸，且具有 轴 表面及-内部錐形表面， 彳“固柱形 其特徵為 A ::包括具有軸襯之至少二裝置，在藉由干 刖’该車由概呈現一 6入 及之 錐度比率。 |衣囟之不同的 【實施方式】 於這些圖面中，穿入 圖1以概元件保有相同之參考數字: 式表不用於根據本發明接 ― 系列裝詈夕结 _ 承十W门心供附疋件的— 穿 一貫例的橫截面圖。於一實例中，★亥等 裝之-件構成一航空 4待組 及20。 且成乐夕j包括一接附裝置] 201115036 裝置1係由橫越經過苴中郜 __ ’、 之其對稱軸5的左手側a 1 所表示’並在藉由干涉來安步夕此 ^ ^ 衣之則，亦即在該安裝的一開 始處，s該裝置已被插入該航空 盗結構内，而沒有應力' 具有間隙、及沒有徑向擴展時。 ^ ' 5亥裝置係在藉由干涉來安 裝之後藉由在該結構内之徑向擴展、由該軸線5之右手側 則所表示，該橫截面係藉由此轴線5所界定。 裝置20係在藉由干涉來安 ^ ^ 、之則、由檢越經過其中問 之其對稱軸24的左手侧A20所矣- 卞W Α2ϋ所表不。該裝置係在藉由干涉 來女裝之後、由軸線24之右手側 -''ά Λ ^ ^ 1 B20所表不，該橫截面係 邊由此軸線24所界定。 接附裝置1係音欲_ # 壯 你思欲用於組裝以圓柱形方式事先鑽孔3 之四個結構元件 3 於笛-〜丨, 賴孔具有—直徑U。 、乾歹’ ’該等待組裝之元件40、41、42及43呈有 -被給與該參考數字12之總 ”:、有 5延伸之蜾綽4 衣置1包括一沿者軸線 —。螺絲4包括在—側面上延伸進人-平坦的 圓柱形頭部7夕你：^ , _ 07 ，形軸桿6、及在另一側面上延伸進入一螺 :圓般Γ頭部7形成具有一垂直於軸線5之平面的圓盤， =盤意欲被以-大體上平行於該元件的上表面13 疋位。 、 置 1 Λ > ，、匕括—軸襯8,其意欲用於在其包圍區域中容 肩s玄螺絲4之雜+ 錐軸桿6。軸襯8沿著該相同之軸線5延伸， 在*外邛圓杈形表面9及一内部錐形表面1〇。 八„ 2藉由干涉來安裝之前，一被稱為突出部份P1之距離 分開該螺綵4 > - $ ' I 、碩部7的下表面14及該軸襯8的上表面15。 :、.成裝置1之可能引導進入該圓柱形鑽孔3，在藉 8 201115036 由干涉來安裝之前，於該軸襯8的外徑1 6 A與元件40、41、 42及43的鑽孔直徑18之間需要最初的組裝間隙J1。於高 精密組裝之範例中，該最初之間隙及擴展係藉由製造廠以 大約數十微米之精密程度預先機械加工該外徑與該軸襯所 控制，使其螺絲預先裝配至該突出部份p 1，其本身亦被製 造廠所控制的。 接附裝置20係意欲用於組裝事先以圓柱形方式鑽孔22 之°構元件44及45，該鑽孔具有相同之直徑丨8。於此 第範例中’待組裝之元件包括二層44及Μ，且具有一被

給與該參考數字31 ^ ym r- rV 子 之整個厚度。裝置20包括一沿著軸線 24延伸之螺絲23。螺絲23包括在一側面上延伸進入一平 坦的圓柱形頭部26之錐 ^ - 4? ^ 車才干25、及在另一側面上延伸進 螺紋39。該頭部26 的圓般 ^ t成具有一垂直於軸線24之平面 面32之方式定位。乂-大體上平行於該元件44的上表 裝置20亦包括—軸襯 之錐形輛桿25。軸襯2? & —忍欲用於容納該螺絲23 有-外部圓柱形表面28〜著S亥相同之軸線24延伸，且具 在藉由干涉來以二―㈣錐形表面29。 之頭部26的下表面33 ^，—突出部份P2分開該螺絲23 為了造成裝置20史。/轴襯27的上表面34。 藉由干涉來安裝之前，/能引導進入該圓柱形鑽孔22，在 及45的鑽孔直徑概27的外徑16C與元件44 —方面為了組裝元^需要最初的組裝間隙J2。 了組裝元件44及45 4〇、41、42及43 ’且另一方 '、4及23係藉由使用環繞著該螺 201115036 紋17旋緊之螺帽的拉動作用、或藉由使用一牽引心軸、或 藉由在該頭部上之推動作用所插入。如此遍及該整個厚 度’干涉被建立於該螺絲、該軸襯、及待組裝元件之間。 在藉由干涉來安裝之後，此干涉對應於該鑽孔的直徑1 8及 該軸襯的外徑16B與16D間之差值IF1及該干涉被選 擇及預疋，以便至少補償該最初之間隙數量，亦即藉由施 加彳二向壓力在待組裝的元件上充填該空的空間，且如此 對該組件徑向地預先施加應力。 在藉由干涉來安裝期間發生該 由於體積之保持作用 轴襯的厚度Δ1及Δ2中之減少。實際上，在軸襯…7 之上端’在藉由干涉來安裝之前，該等厚度似及e27C係 Z大於在藉由干涉來安裝之後的厚纟㈣&咖。用於 丨身化之目的，厚度中之變動 、 度係相同的。 支動被考慮為遍及該軸襯之整個長 具有完全相同之外徑16A及一衷置1及2〇包^ 比率C1及C2 &舳， 及忒内部表面之不同錐^ =及C2的㈣8及27。更精確言 軸襯8及27之錐形表面 = 度比率分別與軸襯8及 29所形成之淘 i型地，之同度19及30相反地變化。 間二數十分之-及…之 例之較佳模式中，螺絲 刀之4之間。於該具體實施 係分別與㈣8及27 _ 7桿6及25之錐度比率 於另-選擇巾，螺_ A 29之錐度比率相同。 $ ”承4及23的細禮6 e ‘、，、大體上與轴觀8及27 :錐度比率可 次29不同，以便在控 10 201115036 制下之方式中沿荖玆；f由* _ ...

根據以下之公式，該錐度之比率根據該介面 出部份p、厚度△及該間隙j中之減少而變動： 的干涉比率。於另一 一便於調整被界定區域中之 IF、該突 C = (IF + J+ 根據本發明， 在藉由干涉來安裝之後’軸襯8及27之 尚度19及30至少對應於其外徑16B及16D的一倍，且最 多對應於此直徑之十倍。在藉由干涉來安裝之前，藉由關 於該軸襯的外徑所選擇之干涉值所界定的干涉之比率在〇 及百分之3之間變動。 概要言之： IF1=16B-18 及 IF2=16D-18 ; J1 = 18-16A 及 J2=18-16C ; △ l=2(e8A-e8B)及△ 2 = 2(e27C-e27D)。 於一給數值之範例中’在此J=〇.〇5毫米；△ =〇. 1毫米； IF = 0.05毫米；及P=l〇毫米；這變成： C = (0.05 + 0.05 + 0.1)/10=0.2/10 =百分之 2。 於此範例中，軸襯8之錐度的比率係等於其内部錐形 表面10的最大直徑D8及最小直徑d8間之差值除以其高度 19的比率，且被表示為一百分比。換句話說， C8 = (D8-d8)/19。 於此範例中，軸襯27之錐度的比率係等於其内部錐形 表面29的最大直徑D27及最小直徑d27間之差值除以其高 度3 0的比率’且被表示為一百分比。換句話說， 11 201115036 C27 = (D27-d27)/30。 圖/以：概要之方式表示根據本發明的接附裝置 另一範例的橫截面圖。這是— 括-沿著轴線82延伸之螺絲包 其在一側面上延伸進八，式二包 延伸進入-螺紋85。該埋頭式頭部84之 貝面上 一垂直於軸線82之平面的圓盤 ’成具有 平行於該等待組裝元件的上Γ面^盤意欲被以—大體上 田之方式定位。 裝置80亦包括一軸襯87，复 …襯87包括-能夠容納螺絲於與意欲用於螺絲 形軸桿88、及—能夠容納 錐形轴桿83之圓錐 轴襯U沿著該相同之軸線部84之錐形部件I 表面89及一内部錐形表面90。 …、—外部圓桎形 在藉由干涉來安裝之前，— 分開該螺絲81之頭部8 為大出部份P3之矩 面92。 Τ^91及_概87的4 圖3以-概要之方式表示根據本發 之軸襯的橫截面圖。 、接附裝置系列 根據本發明，用於一給定 個數目之子系列所構成，每一個子：二系列裝置係由Ν 南度及完全相同之錐度比率的裝置。、。括數個具有不同 於此範例t，用於直徑49， 之1、百分之？ 不列包括分別呈古^ 白刀之2.5及百分之4的錐 ⑴具有百分 外徑49的三個子系列“、47及化。…、有完全相同之 據本發明，以一般之方 式’用於-個子系列Ν’ 201115036 便於遍及待緊gj之yg # 付緊固之&度的整個範圍建立 一軸襯之最小高度係等 項性之方式， 於此範例中，子系列47之轴概的最小高产=度。 子糸列46之軸襯的最大高纟51，且：係專於 小高度;2係等於子系列-之輪概的最大高度'53轴襯的最 忒等軸襯之高度藉由十 享丰认对、亦即藉由 毫米的間隔推導出。於圖3 夕 田1.5875 干嗲笪缸a 中夕數水平、平行的實唆砉 ^亥專軸襯之高度，在該等子系列46、47及 實線表 中，每一軸襯分開達十六分之—吋。 母—個 米 倍 數值之範例中，—軸襯之最小外徑係Μ =在此直徑的一倍、亦即15.〇4毫米與此直徑的： 亦即150.4毫米間之高度。 彳二的十 θ =甘3中之範例中，子系列“之軸襯的最小高度54 為，、外徑的h5倍，亦即1.5x35毫米=52亳米，且子 糸列二之轴襯的最大高度55量起來大約為其外徑的四伴 -42宅米。換句話說’根據本發明包括三個子系列“二 =48之系列能夠使諸元件被緊固，該等元件已被鑽孔，且 ，、厚度掉落於52毫米及142毫米之間，該鑽孔具有一很小 地超過3 5毫米所測量之直徑。 根據本發明，對於該三個子系列46、47及48之所有 裝置，不論其高度為何，直徑49及74分別係完全相同的。 田山於此範例中，用於來自該三個子系列46、47及牦之 取π裝置的每一個’該内表面之最小直徑58係完全相同的。 —於-變動中，在一系列内，用於子系列之最高裝置的 每一個’該直徑58係不同的。 13 201115036 於子系列46中，該傾斜實線56對 度51之軸襯的錐形内表面。該最大轴襯之最小内:二 哭出’且如此根據該轴襯之高度變動。因 ’、 <所有軸襯具有完全相同之錐度比率。 子系列46之軸襯的錐度之比嬖 表面56的最大直徑74及最…“專於其内部錐形 且仏74及最小直杈58間之 51的比率，且被表示為一百分比。 值除乂一 於子系列47中，該傾斜實線6〇對應於具有該最大高 二53之轴襯的錐形内表面。該最大軸襯之最小内徑58係 沿者此截頭錐60突出，且如此根據該軸襯之高度變動。因 此’子系列47之所有轴襯具有完全相同之錐度比率。 子系列47之轴襯的錐度之比率係譬如等於其内部錐形 表面60的最大直徑74及最小直經58間之以除以其高戶 53的比率，且被表示為一百分比。 又 子系列47特別地包括三個具有不同高度之軸襯X、γ 及z。每一高度被分開達十六分之一吋。 於子系列48中，該傾斜實線6()對應於具有該最大高 度55之軸襯的錐形内表面。該最大軸襯之最小内徑58 : 沿著此截頭錐64突出，且如此根據該軸襯之高度變動。因 此’子系列48之所有軸襯具有完全相同之錐度比率。 子系列48之軸襯的錐度之比率係譬如等於其内部錐形 表面6 4的最大直种7 4 β具I 士 / 仫74及最小直徑58間之差值除以其高度 55的比率，且被表示為一百分比。 又 圖4以—概要方式表示用於裝置Χ、Υ及Ζ之可接受的 緊口 fc圍之特寫影像。肖緊固範圍係可與—裝置組裝之結 14 201115036 構的最大尽度及最小厚度間之差值。一重曼範圍7 7能夠讓 該軸襯X或Y被適當地使用於緊固掉落在此範圍内之相同 厚度的元件。於此範例中，該重疊範圍77對應於十六之一 时的雙重邊際78及79。 此三十二分之一吋的重疊範圍77能夠使一具有掉落在 此重疊範圍内之厚度的結構將使用軸襯乂或γ的其中之一 被組裝。當待緊固之厚度係位於接近χ之緊固範圍的末端 或在Υ之緊固範圍的正好開始處時，這變得特別感興趣的， 且7:確定性存在於又或Υ的選擇之間。此重疊範圍77亦 可補償該結構於組裝期間之壓密效應。 【圖式簡單說明】 ::明及其不同的應用將在閱讀以下的敘述之後及在 :略：附圖面之後被較佳了㈣。這些圖面被呈現為-面顯—絕非為對本發明的-受限之導引。該等圖 V&J顯不. 圖1係根據本發明的—糸丨 截面之概要表示圖； 糸列接附裝置之第-範例的橫 圖2係根據本發明的 概要表示圖； 寸裝置之另-範例的橫截面之 圖3係根據本發明的_么K| 襯之橫截面的概要表示圖；列接附裝置之第二範例的軸 圖4係該緊固範圍之特寫 舄〜像的—概要表示圖。 【主要元件符號說明】 *、、、 15

Claims (1)

1. 201115036 七、申請專利範圍： ;44 ; 45)之裝置 式鑽孔（3 ; 22)， ^一種用於接附 (1 ; 20 ; 80)系列，該 每一裝置包括： 元件（40 ; 41 ; 42 ; 43 等元件事先以圓柱形方 _緣絲（4;23;81)，其沿著一軸線（5;24.82泣# 且包括μ 24, 82)延伸， 哗办釉杯（6，25 ; 83)及一頭部（7 ; 26 ; 84广 軸襯（8; 27; 87)，其意欲用於容納該螺絲之轴桿， S亥轴襯沿著該；^日ρη 4 + 1 f (9; 28;… 伸’且具有一外部圓柱形表面 ’）及—内部錐形表面（1〇 ; 29 ; 90)， 其特徵為 之 之 _ γ其包括具有軸襯之至少二裝置，在藉由干涉來安 月’J 口玄轴襯呈現一相同之外徑U6A ; 16C)及該内部表 不同的錐度比率（C1 ; C2)。 2·如申請專利範圍帛1項之系列，其特徵在於 之1及百分之1 〇之間、較佳 間。 -該錐度之比率係在百分 地是在百分之1及百分之4之 •如申請專利範圍帛1或2項之系歹卜其特徵在於該錐 度之比率根據以下而變動： _该軸襯與待組裝元件間之干涉（IF 1 ; IF2)的一選擇且 預疋之比率，此干涉對應於該鑽孔的直徑（18)及該軸襯在藉 由干，步來安裝之後的外徑（16B ; 16D)間之差值； -在藉由干涉來安裝之前，該螺絲之頭部的下表面 〇4 ’ 33 ; 91)與該軸襯的上表面（15 ; 34 ; 92)間之距離，其 被稱為一突出部份（PI ; P2);及 該軸襯在藉由干涉來安裝之前的外徑與該元件的鑽 16 201115036 孔直彳二間之最初的組裝間隙（j 1 ; j2); 4軸襯在藉由干涉來安裝之後的厚度（e8A ; e8B ; e27C; e27D)中之減少⑷；Δ2)， 根據以下公式：C = (IF+J+A)/p。 申專利範圍第1至3項其中任一項之系列，其特 徵在於 :等軸襯之向度至少對應於其在藉由干涉來安裝之 後的外徑之_倍，且最多對應於此直徑之十倍。 申明專利範圍第丨至4項其中任一項之系列，其特 徵在於 /累、、糸之軸桿的錐度之比率係與該軸襯之内部表面 的錐度之比率相同。 6 · 士申凊專利範圍第1至 徵在於 項其中任一項之系列，其特 _該螺絲之軸桿 的錐度之比率不同。 的錐度之比率係與該軸襯之内部表面 7.如申請專利範圍第1至 徵在於 項其中任一項之系列，其特 相同的子系列内局部地變動。 1至7項其中任一項之系列，其特 -該錐度之比率在該 8.如申請專利範圍第 微在於 _ °衾系列係由]ST個數 每一個錐形子系列包括多 9·如申請專利範圍第 徵在於 目之子系列（46 ; 47 ; 48)所構成， 數具有不同高度之裝置。 1至8項其中任一項之系列，其特 17 201115036 -該系列包括至少三個子系列，該等子系列具有較佳地 係等於百分之1、百分之2 5、及百分之4的錐度之比率。 1〇·如申請專利範圍第1至9項其中任一項之系列，其 特徵在於 ~ •在藉由干涉來安裝之前，藉由關於該軸襯的外徑所選 擇之干涉值所界定的干涉之比率在。及百分之3之間變動。 ‘如申請專利範圍第1至10項其中任一項之系列，直 特徵在於 Λ等軸襯之尚度藉由1 ·5 8 7 5毫米的間隔推導出。 12·如巾請專利範圍第i至i i項其中任―項 姓嫩大认 J 74 ^ 社具有1.5875毫米之高度差 “裝置”有重疊達0.79375毫米之緊固範圍 士申凊專利範圍第丨至i 2項豆中 特徵在於 嗦〒任一項之系列 連 其 -該螺 係適合用於 八、圖式： (如次頁） 18