技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明通常包括一種復合材料緊固件（compositefastener），其用于由密封劑附接的部件，以及使用相同部件附接部件的方法。

背景技術(shù)：

密封劑有時用于將復合材料部件（compositecomponent）附接至復合材料或非復合材料部件，例如金屬部件。例如，室溫硬化（RTV）密封劑有時用于將復合材料發(fā)動機部件（compositeenginecomponent）附接至金屬的發(fā)動機缸體。不可以要求由RTV形成的接頭承受與一些金屬緊固件和金屬部件同樣多的載荷。復合材料部件還往往在載荷下塑性變形。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

用于復合材料的緊固系統(tǒng)應被設(shè)計為約束復合材料部件，同時使得緊固件在載荷下用作支點的趨勢最小化。提供了一種組件，其包括第一部件和第二部件。在一個實施例中，第一部件是發(fā)動機缸體，第二部件是復合材料的發(fā)動機部件，例如油盤或前/后發(fā)動機罩。密封劑設(shè)置在第一部件和第二部件之間，在第一部件的第一表面上或在第二部件的第一表面上，所述第二部件的第一表面面對第一部件的第一表面。密封劑可以是室溫硬化（RTV）密封劑。第二部件在第二部件的第二表面（其與第二部件的第一表面相對）上具有凹部。

該組件包括復合材料的緊固件，其具有帶螺紋的部分和頭部。頭部具有在頭部的一側(cè)上的保持夾片，當帶螺紋的部分被接收在第一部件和第二部件的對準開口內(nèi)時，所述一側(cè)面對第二部件的第二表面。夾片可以是從頭部延伸的一體的突出片（tab），或是附接至頭部的金屬夾片。當旋轉(zhuǎn)復合材料的緊固件時，保持夾片被接收在凹部。從而第二部件被附接至第一部件，且擠壓第一部件和第二部件之間的密封劑。在一個實施例中，金屬構(gòu)件嵌在復合材料的緊固件中，以降低復合材料的塑性變形。

附接第一部件和復合材料部件的一種方法，包括在第一部件和復合材料的部件中的一個上設(shè)置密封劑，并將一件式復合材料緊固件旋轉(zhuǎn)進入第一部件和復合材料部件的對準開口內(nèi)，直到緊固件的保持夾片在復合材料部件的凹部處接合復合材料部件，從而將復合材料部件附接至第一部件。第一部件可以是復合材料或非復合材料的部件。

該方法還可以包括注模成型一件式復合材料緊固件，其中細長金屬構(gòu)件嵌在一件式復合材料緊固件內(nèi)。一件式緊固件可以接合在第一部件內(nèi)的帶螺紋的孔內(nèi)，或接合在第一部件內(nèi)的蓋帽內(nèi)。蓋帽具有叉部，在旋轉(zhuǎn)一件式復合材料緊固件之前，所述叉部接合在第一部件內(nèi)和/或第二部件內(nèi)的對準開口或開槽內(nèi)。

相比于用于將復合材料部件附接至金屬部件或附接至另一復合材料部件的傳統(tǒng)金屬螺栓和擠壓柱，使用復合材料緊固件可以帶來成本節(jié)約。復合材料緊固件比傳統(tǒng)的金屬螺栓更具順應性（compliant），從而不用作將動作放大的支點。復合材料緊固件能夠在密封劑固化的過程中附接部件，并提供機械約束。如果需要，緊固件的保持夾片可以在密封劑固化后實現(xiàn)緊固件簡單和快速的釋放。

從下文中對實現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式的有附圖的詳細描述可知，本發(fā)明的上述特征和優(yōu)勢以及其他特征和優(yōu)勢是很明顯的。

附圖說明

圖1是組件的第一實施例的部分橫截片段視圖，該組件包括通過室溫硬化（RTV）密封劑經(jīng)由復合材料緊固件而附接的復合材料的發(fā)動機部件和發(fā)動機缸體，所述密封劑在發(fā)動機部件和發(fā)動機缸體之間。

圖2是圖1中的從下面觀察的緊固件頭部的俯視示意圖。

圖3是圖1的緊固件的片段側(cè)視圖形式的示意圖。

圖4是接收緊固件的蓋帽的示意性透視圖。

圖5是復合材料部件內(nèi)的開口的平面示意圖，蓋帽被接收在所述開口內(nèi)。

圖6是組件的第二實施例的部分橫截片段視圖，該組件包括通過室溫硬化（RTV）密封劑經(jīng)由復合材料緊固件的第二實施例而附接的復合材料的發(fā)動機部件和發(fā)動機缸體，所述密封劑在發(fā)動機部件和發(fā)動機缸體之間。

圖7是將復合材料部件附接至另一部件的方法的流程圖。

具體實施方式

參考附圖，其中相同的附圖標記在若干幅視圖中代表相同的部件，圖1顯示了組件10。組件10包括第一部件12，其通過密封劑16附著至復合材料的第二部件14，其中復合材料緊固件18用于將第一部件12附接至第二部件14，從而擠壓密封劑16，例如當密封劑16進行密封時。

第一部件12可以是鑄造的、金屬的發(fā)動機缸體，例如鑄造的鋁合金或鑄鋼?？商鎿Q地，第一部件12可以是復合材料部件。第二部件14可以是復合材料發(fā)動機部件，例如油盤、發(fā)動機前罩、發(fā)動機側(cè)罩或另一部件。在要求保護的本發(fā)明的范圍內(nèi)，第一部件12和第二部件14不局限于這些例子。當描述部件（例如緊固件或發(fā)動機部件）時這里所使用的“復合材料”是聚合物和其他材料的復合的材料。例如，“復合材料”可以是玻璃強化的尼龍、玻璃強化的烯腈丁二烯苯乙烯聚合物（ＡＢＳ），玻璃填充的熱凝物、玻璃填充的聚丁烯對苯二酸（PBT）、玻璃填充的聚乙烯對苯二酸（PET）或其他聚合物復合材料。

密封劑16可以是室溫硬化（RTV）密封劑，當其暴露至預定溫度范圍內(nèi)的空氣中時開始固化（cure），所述預定溫度范圍可以被認為包括正常的室溫范圍。密封劑16設(shè)置在第一部件12的第一表面20上。第一表面面向第二部件14的第一表面22，例如第二部件14的凸緣23上的表面。

緊固件18用于將第二部件14連接至第一部件12，從而第一表面22也與密封劑16接觸，且密封劑16在部件12、14之間被具有。緊固件18用于在密封劑16應用至發(fā)動機部件12的第一表面20后或在密封劑16固化的時期內(nèi)立即將第二部件14附接至第一部件12，從而允許密封劑16將第一部件12粘結(jié)至并密封至第二部件14。

第一部件12具有第一開口24，其與第二部件14內(nèi)的第二開口26大致對齊。在所示的實施例中，蓋帽30被插入第一開口24中，從而蓋帽30的分隔開的帶螺紋的叉部32向下延伸進入第二開口26。如圖5中所示，第二開口26具有中央部分34和叉部接收部分36。中央部分34被配置為接收緊固件18，叉部接收部分36被配置為接收叉部32且以與叉部32相同的方式分隔開，從而蓋帽30與第二部件14接合。在這個實施例中，叉部接收部分36不完全穿過第二部件14延伸，如圖1中所示。在圖6中顯示的組件110的另一個實施例中，第二部分14內(nèi)的第二開口126具有完全穿過第二部件14延伸的叉部接收部分136。

再次參考圖1，緊固件18具有頭部40和細長帶螺紋的部分42，其該部分42從頭部40延伸。如圖2中所示，單個轉(zhuǎn)動片44跨過頭部40的基部46延伸。頭部40的錐形凸緣48繞基部46的周邊延伸。凸緣48的一部分被保持夾片50所中斷，所述保持夾50形成在凸緣48內(nèi)的切口52之間。夾片50從凸緣48朝向帶螺紋的部分42延伸。當帶螺紋的部分42被接收在對齊的開口24、26內(nèi)時，夾片50在頭部40面對第二部件14的第二表面53的一側(cè)51上。第二表面53具有凹部58，該凹部被配置為接收夾片50，如下所述。夾片50可以是頭部40的整體部分，或可以是附接至頭部40的金屬夾片。

叉部32具有內(nèi)螺紋60，其與帶螺紋的部分42的外螺紋62匹配。緊固件18從而被接收在蓋帽30內(nèi)，且經(jīng)由蓋帽30被固定到第一部件12。在其他實施例中，不使用蓋帽，替代地，設(shè)置第一部件12內(nèi)的第一開口24的尺寸，從而緊固件18的帶螺紋的部分42直接裝配到第一開口24。在這種實施例中，第一部件12在第一開口24處是有內(nèi)螺紋的，其螺紋與帶螺紋的部分42的螺紋匹配。

外螺紋62的螺距59是沿帶螺紋的部分42的中心軸線61的全部或部分擠壓距離。即，螺距59是在連結(jié)部（即在部件12、14的接觸面）處擠壓密封劑16的全部或部分軸向距離。外螺紋62的螺距59與內(nèi)螺紋60的螺距相同。在有蓋帽30的實施例或沒有蓋帽30的實施例中以及第一部件12在第一開口處是帶螺紋的（所述第一開口的尺寸被設(shè)置為接收帶螺紋的部分42）的實施例中，根據(jù)在其未擠壓狀態(tài)（圖3中所示）下在保持夾片50的頭部40的凸緣48以上的高度65以及帶螺紋的部分42的長度64來選擇外螺紋62和內(nèi)螺紋60的螺距59。具體來說，選擇螺距59使得保持夾片50不在凹部58處與第二部件14相互干擾，直到部件12、14的連結(jié)部處的密封劑16被充分地擠壓。在未擠壓狀態(tài)下螺紋62的螺距59大于保持夾片50向超出凸緣48的高度65。當保持夾片50在凹部58處接合第二部件14時，頭部44的表面66在面對第二表面53的一側(cè)51處接觸第二表面53。凹部58可以是圍繞其周邊逐步傾斜的，類似于圖1的截面圖中所顯示的斜坡。

保持夾片50是略有柔韌性的，從而當它抵靠第二部件14接合在凹部50內(nèi)時，它可以向下朝向頭部40被擠壓。即，當夾片50處于接合在凹部50內(nèi)的擠壓狀態(tài)時（如圖1所示），夾片50距凸緣48的高度67小于當夾片50處于自由的、未擠壓狀態(tài)時（如圖2所示）夾片50的高度65。從而，被擠壓的夾片50將頭部40稍微遠離第二部件14地偏壓。因此，在密封劑16固化后，夾片50的偏壓力將有助于使緊固件18可以容易地通過沿從蓋帽30松脫帶螺紋的部分42的方向扭轉(zhuǎn)所述片44而被釋放?？商鎿Q地，緊固件18可以保持在圖1中所示的附接的、插入位置，并用于提供部件12、14的額外的機械約束。因為緊固件18是復合材料，其比傳統(tǒng)的金屬螺栓和擠壓限制器更具順應性（compliant），緊固件18往往不用作支點和大幅度動作。

圖6顯示了組件110的可替換實施例，所述組件110具有多個與圖1-4的組件10相同的部件。與組件10的部件相同的組件110部件用相同的附圖標記表示，并參考組件10進行描述。在組件110中，第二部件114具有第二開口126，在所述第二開口126內(nèi)叉部接收部136完全穿過第二部件114延伸，如圖6中所示。

此外，在組件110中，緊固件18被緊固件118所替換，緊固件118在所有方面與緊固件18相同，但是細長金屬構(gòu)件170嵌入在緊固件118內(nèi)。緊固件118的復合材料模制在金屬構(gòu)件170周圍。金屬構(gòu)件170具有中央部分172，該中央部分沿緊固件118的中心軸線161定位。中央部分172延伸進入帶螺紋的部分42和頭部44中。金屬構(gòu)件170具有鋸齒部174，該鋸齒部從中央部分172向外延伸。因為復合材料往往會蠕變（creep），所以金屬構(gòu)件170通過終端復合材料的連續(xù)性而有助于限制或避免緊固件118的蠕變。即，緊固件118的復合材料通過鋸齒并174被分割成部分180、182、184、186。

參考圖7，作為流程圖顯示了將第一部件12附接至第二部件14的方法200。方法200可以應用至第一部件（其是金屬的發(fā)動機部件）和第二部件（其是復合材料發(fā)動機部件），但方法200的應用不局限于這些類型的部件。

方法200從步驟202開始，在該步驟中復合材料緊固件18或118是注射成型的。在緊固件118的情況中，步驟202包括將金屬構(gòu)件170插入模具和在金屬構(gòu)件170周圍模制復合材料的子步驟，從而金屬構(gòu)件170嵌在緊固件118內(nèi)。

在步驟202之后，方法200進行至步驟204，在該步驟中密封劑（例如RTV密封劑16）被置于第一部件12上?？商鎿Q地，密封劑16可以置于第二部件14或114上。接下來，在可選步驟206中，蓋帽30的帶螺紋的叉部32被插入在第二部件14的開口26或126內(nèi)。步驟206是可選的，因為可以替代地將緊固件18或118直接插入第一部件12內(nèi)的帶螺紋的開口，而不是設(shè)置在第一部件12的不帶螺紋的開口內(nèi)的帶螺紋的蓋帽。

在方法200的步驟208中，一件式復合材料緊固件18或118被分別地旋轉(zhuǎn)進入第二部件14或114的開口26或126和第一部件12的開口24中（所述開口26或126與開口24對準），以接合本身帶螺紋的第一部件12或蓋帽30的內(nèi)螺紋60。旋轉(zhuǎn)緊固件18或118，直到夾片部分50在凹部58接合第一部件12，在所述凹部58處頭部40抵靠第二部件14或114，密封劑16被擰緊的緊固件18、118擠壓?？蛇x地，在步驟210中，通過以與步驟208中相反的方向旋轉(zhuǎn)緊固件18或118，緊固件18或118可以被釋放并從組件10、110中移除，使得保持夾片50被從凹部58釋放。

盡管已經(jīng)對執(zhí)行本發(fā)明的較佳模式進行了詳盡的描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可得知在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)的用來實施本發(fā)明的許多替換設(shè)計和實施例。