用于连接构件的设备及其组件的制作方法

专利名称：用于连接构件的设备及其组件的制作方法
技术领域：
本发明 一般涉及机械连接结构组件领域。
技术背景人们需要的是结构组件能跨过组件的部件之间的一个或更多接头有效 地传递载荷(例如剪切载荷)。而且，在许多结构中，优选的是在整个结构 中基本一致地传递载荷。无法有效地且一致地传递载荷会导致结构承受集中 于结构局部位置处的应力。即使在结构上的总体载荷处于设计标准范围内 时，这种集中的、局部的应力也会超过结构的设计标准。结构组件特别需要的是一个或更多粘合连接的接头，以有效地跨过连接 接头来传递载荷，特别是剪切载荷。如果由于连接的特定部分中的集中应力 而使粘合连接失效，则载荷将不会在通过粘合连接而接合在一起的构件之间 有效地传递。结果，在诸如飞机应用这样的许多应用场合下粘合连接的主结 构等级变差。而且，在具体制造阶段的某些部件中需要形成紧固开口或孔，而不是在 部件装配时进行匹配钻孔。用于在具体制造阶段中钻出紧固孔的传统制造方 法通常导致在部件组装时孔的角度和/线性度不匹配。配合钻孔是昂贵的工 艺，其在装配阶段需要额外的加工和时间，由此会不利地影响产品制造流程 和成本。还存在许多结构组件的设计，包括本领域公知的螺栓连接接头；然而， 仍存在很大改进空间
发明内容
需要一种用于连接构件的、改进的设备，。因此，本发明的一个目的是提供一种用于连接构件的、改进的设备，和 一种合并所述设备的、改进的组件。在一个方面中，本发明提供一种设备，用于连接第一个构件和第二构件设备。该设备包括用于连接第一构件和第二构件的装置；用于在第一构件 和第二构件之间传递剪切载荷的装置，所述装置与用于连接第一构件和第二构件的装置分离开；和用于向在第一构件和第二构件之间传递剪切载荷的装 置提供压缩预加载荷的装置。在本发明的另一方面中，提供一种组件。该组件包括第一构件；第二 构件；用于连接第一构件和第二构件的装置。所述组件还包括用于在第一 构件和第二构件之间传递剪切载荷的装置，所述装置与用于连接第一构件和 第二构件的装置分离开；和用于向在第一构件和第二构件之间传递剪切载荷 的装置提供压缩预加载荷的装置。在本发明的又一方面中，提供一种组件，包括第一构件；第二构件； 用于连接第一构件和第二构件的连接元件。所述组件还包括剪切载荷传递 结构，其与第一构件和第二构件操作关联并与连接元件分离开；压缩预加载荷特征，其向剪切载荷传递结构提供压缩预加载荷。本发明提供显著的优点，包括(l)提供重量轻的结构组件，带有增强 的强度和可靠性；(2)组件的可挠性；(3)允许结构部件的平面内配合不当， 同时厚度选择和剪切传递构件的刚度允许结构部件的间隙和角度配合不当， 同时保持原始的总体接头刚度，实现一致的接头性能且组装时间和制造成本 减少；和(4)与传统的带有机加工阶梯状结构的传统螺栓接头或传统连接 接头相比具有改善静态和疲劳性能，节省重量和成本。通过阅读附图和说明书，本发明的其他目的和优点将更加明显。


被认为是本发明的特点的新颖特征阐述于所附权利要求中。然而，可通 过结合所附附图来阅读以下的详细说明来更好地理解本发明本身以及优选 使用模式和其他目的和优点，其中附图标记中最左侧数字代表第一图，其中 显示了各个附图标记，其中
图1为根据本发明的组件的第一示例性实施例的侧视图，其中用于连接组件构件的设备处于未压缩状态 图2为图1的组件的俯视图； 图3为图1的组件的仰视图； 图4为图1的组件沿图2的4 - 4线的剖^L图；图5为图1的组件的侧视图，其中用于连接组件的构件的设备处于压缩 状态；图6为对应图4视图的剖视图，显示了处于压缩状态下的用于连接组件 的构件的设备；图7为图1的组件的侧视图，显示了组件的剪切传递层的实施例，其作 为图1的剪切传递层的备选例；图8为根据本发明的组件的第二实施例的分解透视图；图9为根据本发明的、用于连接构件的设备紧固件的一个具体实施例的 侧视图，其作为图1中的紧固件的备选例；图10为根据本发明的、用于连接构件的设备紧固件的一个具体实施例 的侧视图，其作为图1中的紧固件的备选例；图11为本发明的组件的第三示例性实施例的俯视图，显示了作为图1 的偏压元件备选例的偏压元件的实施例，其中用于连接构件的设备处于未压 缩状态；图12为图11的组件的侧视图；图13为图1的组件的侧视图，显示了用于连接构件的设备处于未压缩 状态；图14为根据本发明的搭叠接头组件的示例性实施例的俯视图； 图15为图14的搭叠接头组件的侧视图；图16为根据本发明的外壳加强件组件的示例性实施例的俯视图； 图17为图16的外壳加强件组件的侧视图； 图18为图16的外壳加强件组件的端图；图19为根据本发明的夹子连接组件的第一示例性实施例的侧视图，处 于未连接状态；图20为图19的夹子连接组件的侧视图，处于连接状态；图21为根据本发明的夹子连接组件的第二示例性实施例的侧视图，处 于未连接状态；图22为图21的夹子连接组件的侧视图，处于连接状态；图23为根据本发明的夹子连接组件的第三示例性实施例的侧视图，处于未连接状态；图24为图23的夹子连接组件的端视图，处于连接状态；图25为根据本发明的夹子连接组件的第四示例性实施例的侧视图，处于未连接状态；图26为图25的夹子连接组件的图，处于连接状态；尽管本发明允许各种修改和备选形式，但其具体实施例已经通过示例的 方式显示于附图中并详细描述于本文中。然而，应理解本文的具体实施例的 描述并不意在将本发明限制为所披露的具体形式，而是相反，本发明覆盖所 有落入由权利要求所限定的本发明精神和范围内的修改例、等价例和备选 例。
具体实施方式
对本发明的图示实施例详细说明如下。为了清楚，并不是真实实施形式 的所有特征都在本说明书中描述。当然，应理解，任何这种真实实施例的改 进、各种具体实施意图必需能实现开发者的具体目标，诸如符合系统相关的 和商业相关的限制，这随着不同的实施形式而互不相同。而且，应理解，这 种开发的努力很复杂且费时，但对于得益于本公开内容的本领域技术人员来 说仍是一种常规的任务。在本说明书中，在装置显示于所附附图中时，对各种部件之间的空间关 系进行了参考描述，且对部件各个方面的空间方位进行了参考描述。然而， 办法来技术人员应注意，在阅读完本申请之后，本文所描述的装置、构件、 设备等可定位为任何所需方位。由此，由于本文所属的装置可位于任何所需 方向，所以使用诸如"上方"、"下方"、"上"、"下"等用语来描述各种部件 的空间关系或描述这些部件各个方面的空间方位，应理解为是分别描述部件 之间的相对关系或这些部件各个方面的空间方位的。本发明提供一种用于将第一构件与第二构件进行连接的设备， 一种通过 连接第 一构件和第二构件而得到的组件和 一种进行组装的方法。所述设备包 括，用于将第一构件与第二构件进行连接的装置，和用于在第一构件和第二 构件之间传递剪切载荷的装置，该装置与用于连接第一构件与第二构件的装 置分离开。所述设备还包括用于向在第 一构件和第二构件之间传递剪切载荷 的装置提供压缩预加载荷的装置。在一 实施例中，用于连接第 一构件和第二构件的装置为 一个或多个机械 紧固件。机械紧固件可以例如是与第 一构件和/或第二构件形成整体。备选地， 机械紧固件可以是分离的元件，诸如螺栓、铆钉等。这种示例仅是本发明所 涵盖的、用于连接第 一构件和第二构件的装置的代表例。用于在第一构件和第二构件之间传递剪切载荷的装置可以与第一构件 和第二构件中的一个或二者形成整体。例如，用于传递剪切载荷的装置可以 是第一构件和/或第二构件的特征，诸如一个或更多的有凸节的特征。此外， 用于传递剪切载荷的装置可以是连接至第一构件和第二构件的分离的部件， 诸如粘合层、剪切传递粘合层或粘合连接至第一构件和第二构件的剪切传递 层。然而，这种例子仅是本发明所涵盖的、用于在第一构件和第二构件之间 传递剪切载荷的装置的代表例。向用于在第一构件和第二构件之间传递剪切载荷的装置提供压缩预加 载荷的装置可以与第一构件和第二构件中的一个或二者形成整体。例如，可 以通过将第一构件和第二构件中的一个或二者从第一构造或位置弯曲至第二构造或位置来实现用于提供压缩预加载荷的装置。诸如Belleville垫圈这 样的偏压元件也可实施为用于提供压缩预加载荷的装置。然而，这些例子仅 是本发明所涵盖的、向用于在第一构件和第二构件之间传递剪切载荷的装置 提供压缩预加载荷的装置的代表例。图1-6示出了根据本发明的设备101的第一示例性实施例的各种视图， 该设备101用于将第一构件103与第二构件105连接以制造组件107。应注 意，图1 - 6所示的第一构件103和第二构件105的具体结构仅是示例性的。 本发明的范围涵盖适于通过设备101来连接的第一构件103和第二构件105 的任何所需结构。而且，设备101可以用于将两个以上的构件(例如构件103 和105 )连接为一组件。而且，根据本发明，多个设备(例如多个设备101 ) 可用于将第一构件9 (例如第一构件103)和第二构件9 (例如105)连接以 形成一个组件，如下文更详细的描述。参照图1-3，其分别显示了组件107的侧视图、俯视图和仰视图，设备构件103的下表面111和第二构件105的上表面113的 粘合层109。粘合层109在第一构件103和第二构件105之间传递剪切载荷。 设备101还包括紧固件115,在该具体实施例中，该紧固件115包括穿过第 一构件103、粘合层109和第二构件105而延伸的销117，从销117延伸的 头部119和螺紋地与销117啮合的螺母121。在所示实施例中，设备101还 包括设置在第一构件103的上表面125和头部119之间的第一偏压元件123, 和设置在第二构件105的下表面129和螺母121之间的第二偏压元件。在其 他实施例中，仅使用了一个偏压元件123或127。优选地，如果仅使用一个 偏压元件，则偏压元件设置在经连接的构件中较细的一个的附近。销117穿 过偏压元件123和127而延伸。在该具体实施例中，偏压元件123和127包括杯形或Belleville垫圈； 然而，在本发明的范围内还存在其他偏压元件，如下文详细描述的。应该指 出的是，在各种实施例中，偏压元件123或偏压元件127可省略。还应注意， 图1 -3显示了处于为压缩状态的设备IOL设备101被压缩以形成供使用的 组件107，在后文详细描述。应注意，紧固件115还可采用不同于图1-3 所示的具体形式的其他形式，在后文详细描述。图4显示了沿图2中4-4线所作的组件107的剖视图。第一构件103、 第二构件105和粘合层109限定了其中设置有紧固件115的紧固件开口 401。 紧固件开口 401通过分别由第一构件103、粘合层109和第二构件105所限 定的开口 403、 405、和407来形成。在所示实施例中，紧固件开口 401具有 的直径D。大于销117的直径Dp。应注意，在一些实施例中，开口 403、 405、 407没有对齐且具有不同的直径。如果开口 403、 405、 407具有不同的直径， 那么优选地，开口 403、 405、 405中的至少一个具有的直径(例如直径D。)和105在平面内的配合不当而降低制造成本。去除了配合钻孔组装加工，因 为构件103和105可分别被钻孔以形成紧固件开口 401。而且，这种结构至 少部分地使紧固件115不受使用中的疲劳载荷范围的限制。然而，用于连接 第一构件103和第二构件105的其他装置能不依赖于紧固件和紧固件直径尺 寸来实现疲劳载荷范围的隔离，在后文详细描述。如上所述，设备101被压缩以形成供使用的组件107。图5为组件107 的侧视图，且图6显示了对应于图4视图的、组件107的剖视图，其中设备 101处于压缩状态。具体地，螺母121沿销117的螺紋部分501行进，以促 使第一构件103朝向第二构件105行进并使第一偏压元件123和第二偏压元 件127变平。第一偏压元件123和第二偏压元件127还使第一构件103朝向 第二构件105偏压。应注意，紧固件115是用于连接第一构件103和第二构 件105的装置的一个例子。而且，偏压元件123、 127仅是用于向粘合层109 提供压缩预加载荷的装置的例子。在优选实施例中，粘合层109包括柔顺的粘合剂，即对于疲劳特性具有 高应变的粘合剂。然而，粘合剂能在疲劳之前进行应变的程度取决于具体实 施方式。在一些实施例中，所需柔顺程度大于其他实施例，至少部分地取决 于粘合层109的厚度和组件107所承受的载荷。如后文所详细讨论的，粘合 层109可包括较大柔顺性的区域(例如，较低的剪切模量)和较小柔顺性的 其他区域(例如，较高的剪切模量)。在这些实施例中，在较高的静态载荷 下，粘合层109发生应变而不是失效(例如断裂、剪切等)，由此允许销117 与第一构件103和/或第二构件105接触，且通过承载和剪切来分配接头载荷。 这种结构提供与传统紧固接头相比的、增强的最终静态强度。这种柔顺粘合剂的例子包括——但不限于——加利福尼亚阿纳海姆市 的Cytec Engineered Material制造的FM-300薄膜粘合剂；明尼苏达圣保罗市 的3M公司的AF-163薄膜粘合剂；佐治亚的Chamblee的Magnolia Plastic Inc. 的Magnabond -6398粘合剂；3M公司的Hysol EC-3448粘合剂；和加利福尼 亚Bay Point的Henkel公司的EA-9346.3粘合剂。备选地，如图7所示，粘 合层109可被剪切传递层701代替，例如包括弹性体，其通过粘合层703和 705粘合地连接至第一构件103的下表面111和第二构件105的上表面113。 在优选实施例中，粘合层703、 705包括柔顺粘合剂，诸如上文披露的用于 粘合层109的柔顺粘合剂；然而，其他粘合剂也可以使用且落入本发明的范 围。无论是否使用剪切传递粘合层109或剪切传递层701与粘合层703和705 的结合，剪切传递粘合层109以及剪切传递层701与粘合层703、 705的结 合的每一个都形成一剪切传递构件，该剪切传递构件置于第一构件103和第 二构件105之间并粘合于此。这种剪切传递构件仅是用于在第一构件103和 第二构件105之间传递剪切载荷的装置的例子。如上所述，根据本发明的组件可包括诸如紧固件15这样的多个紧固件。 而且，设置在第一构件和第二构件之间并粘和至第一构件和第二构件的剪切 传递构件可采取围绕紧固件设置的多个元件的形式。这一实施例显示于图8。具体地，组件801包括第一构件803、第二构件805和用于连接第一构件803 和第二构件805的设备807。在所示实施例中，设备807包括多个紧固件115 和对应多个第一偏压元件123，剪切传递构件809和第二偏压元件127。应 注意，为了清楚，在图8中仅标出了一个紧固件115、一个第一偏压元件123、 一个剪切传递构件809和一个第二偏压元件127。通过对应第一偏压元件123、由第一构件803限定的开口 811、剪切传 递构件809、由第二构件805限定的开口 813和第二偏压元件127来设置每 个紧固件115的销117 (为了清楚仅标出一个)。在所示实施例中，螺母121 (为了清楚仅标出了一个)沿销117的螺紋部分501 (为了清楚仅标出了一 个)行进，以促使第一构件803朝向第二构件805运动，由此连接第一构件 803和第二构件805。偏压元件123、 127还促使第一构件803朝向第二构件 805运动，向剪切传递构件809提供压缩预加载荷。在各种实施例中，剪切 传递构件809可包括柔顺粘合剂，如粘合层109中的，或可包括如剪切传递 层701这样的剪切传递层，其通过诸如粘合层703、 705这样的粘合层粘和 至构件803、 805。应注意，剪切传递构件809还具有相同程度的柔顺性或不 同程度的柔顺性。剪切传递构件809在第一构件803和第二构件805之间传 递剪切载荷。优选地，设置在组件近端和/或边缘的剪切传递构件809比设置在组件较 远端和/或边缘的剪切传递构件809更加柔顺(例如，具有较低的剪切模量)。 例如，设置在第一构件803的近端815和/或第二构件805的近端817的剪切 传递构件809优选地比图8所示的其他剪切传递构件809刚性更小(例如具 有较大的柔顺性和较低的剪切模量)。这种结构有助于适应在这种组件的端 部和/或边缘出现的较高的峰值载荷，否则会导致传统连接构件之间的粘接连 接剥落失效。如上所述，用于根据本发明的设备的各种实施例中的、用于连接构件的 紧固件的具体形式并不限于图1-8所示的形式。而且，任何适当的紧固件 都可以采用。例如，如图9所示，4艮据本发明的组件卯1包括第一构件903、 第二构件905和用于连接构件903和905的设备907。在所示实施例中，设 备907包括设置在并粘和至构件903、 905之间的剪切传递构件909,延伸穿 过构件903、卯5和卯9的固紧件911。剪切传递构件卯9可包括柔顺粘合剂 (如粘合剂层109中的)或可包括剪切传递层(如剪切传递层701 )。紧固件 911包括销913、头部915和与销913螺紋连"l妄的环圈部917。保持工具(未示出)与销913限定的装配件919接合。驱动工具(未示 出)与环圈917接合并用于使环圈917相对于销913转动，同时保持工具防 止销913转动以促使构件903、 905朝向彼此转动。注意到，保持工具和驱 动工具可结合在一个工具内。在所示实施例中，环圈917的驱动部分921设 计为在预定扭矩下剪切环圈917或从其断裂。在其他实施例中，环圈917在 沿销913行进之后保持完好。注意到，第一偏压元件123和/或第二偏压元件 127 (每一个都至少显示于图1中)可包括于设备907中，分别位于头部915 和第二构件905之间以及环圈917和第一构件903之间。在另一实施例中，如图IO所示，根据本发明的组件1001包括第一构件 1003、第二构件1005、和用于连接构件1003和1005的设备1007。在所示 实施例中，设备1007包括设置在并粘和至构件1003和1005之间的剪切传 递构件1009，以及延伸穿过构件1003、 1005和1009的紧固件1011。剪切 传递构件1009可包括柔顺粘合剂(如粘合剂层109中的)或包括剪切传递 层(如剪切传递层701 )。紧固件1011包括头部1013、从头部1013延伸的 线缆1015和与线缆1015接合的环圈1017。工具(未示出)与线缆1015接 合并被促使沿箭头1019所示的方向相对于环圈1017运动，以促使第一构件 1003朝向第二构件1005运动。环圏1017与线缆1015接合，以保持线缆1015 相对于环圈1017定位。线缆1015优选地包括多股线缆且通常剪裁为与环圈 1017齐平。然而，可在本发明中采用其他紧固件形式。例如，紧固件包括金属、纤 维和/或复合材料。复合紧固件的例子包括但不限于铝、钢、钛、干燥织物碳 或石墨纤维、设置在诸如弹性基体这样的柔顺基体内的碳或石墨纤维、碳或 石墨/环氧树脂复合材料等。可通过摩擦(如图10中的实施例)或通过张开 (splay)线缆并围绕张开的线缆纤维引入材料以将张开的线缆纤维保持在张 开结构中从而保持采用线缆的紧固件。如果所采用的具体紧固件可挠曲至某 一程度，则不需要较大的紧固件开口 (例如紧固件开口 401)，因为可挠紧固 件响应组件上的载荷而弹性地变形。而且，尽管图中所示的和本文所描述的 紧固件(例如紧固件115、 911等)包括与销螺紋地接合的螺母或环圈，采 用其他机械接合形式的紧固件可以用于本发明。
本发明的偏压元件的具体形式并不限于如图1-8所示的和所讨论的形的形式。例如，如图11-13所示的，根据本发明的组件1101包括第一构件 103、第二构件105和用于连接构件103、 105的设备1103。设备1103包括 剪切传递构件1105,其设置在并粘和至第一构件103和第二构件105之间。 剪切传递构件1105可包括柔顺粘合剂(如粘合剂层109中的)或可包括剪 切传递层(如图剪切传递层701)。设备进一步包括延伸穿过构件103、 105 和1105的紧固件115。在所示实施例中，偏压元件1107设置在紧固件115 的头部119和第一构件103之间。偏压元件1107沿一个方向呈弓形，通过 对比固12和13可见，且通常在平面图中具有矩形形状，如图11所示。组 件1101的其他方面通常对应组件101的相应方面，如图1-7所示。然而， 应注意第二偏压元件1107可设置在螺母121和第二构件105之间。备选地， 偏压元件1107可设置在螺母121和第二构件103之间，而不是设置在头部 119和第一构件103之间。在一些实施例中，偏压元件(例如偏压元件1107 ) 构造为沿其周边具有实质上一致的压缩力。本发明的偏压元件可沿一个方向 或多于一个的方向呈弓形。根据本发明的用于连接构件的设备在沿搭叠接头来连接第 一构件和第 二构件时特别有用。例如，如图14和15所示，多个设备1103 (详细示于图 11 - 13 )用于沿搭叠接头1405来连接第一构件1401和第二构件1403,以形 成组件1407。在所示实施例中，设备1103包括用于每个设备1103的分离的 剪切传递构件1105。然而，本发明的范围不限于此。而是， 一个单独的剪切 传递构件可在所有偏压元件1107之下延伸。备选地， 一个剪切延伸构件可 在一些偏压元件1107之下延伸，同时另一剪切传递构件在其余的偏压元件 1107之下延伸。应注意，如果存在多个剪切传递构件，则一个或更多剪切传 递构件可具有与其他剪切传递构件不同的柔顺性。例如，构件1401、 1403 边缘附近的剪切传递构件可具有的柔顺性大于远离构件1401、 1403边缘的 剪切传递构件的柔顺性。应注意，用于组件1401中的两个或更多偏压元件 1107 (示于图11 - 13中)可使用入一个单一的偏压元件。而且，图13和15 所示的一个或更多的设备1103可由用于连接构件1401和1403的设备的其 他实施例及其等价形式来代替，如后文所述。根据本发明的用于连接构件的设备对于将加强件连接至外壳来说特别有用。例如，如图16-18所示，设备1600用于将加强件1603的一端1601 连接至外壳1605,以形成面板组件1607，以抵消使用中引起的端部1601附 近的剥落应力。在所示实施例中，加强件1603通过粘合层1701粘合地连接 至外壳1605。优选地，粘合层1701包括如上所述的柔顺粘合剂。通常，设 备1600对应两个设备1103 (如图11 - 13详细所示)，只是设备1600包括一 个剪切传递构件1703。然而，本发明的范围不限于此。而是，设备1600可 包括分离的剪切传递构件。应注意，如果存在多个剪切传递构件，则剪切传 递构件可呈现彼此不同的柔顺性。还应注意，粘合层1701可呈现与剪切传 递构件1105中的一个或二者不同的柔顺性。优选地，剪切传递构件1105的 柔顺性大于粘合层1701的柔顺性。换句话说，剪切传递构件具有的剪切模 量小于粘合层1701具有的剪切模量。而且，设备1600可由根据本发明的、 用于连接1603和外壳1605的设备的一个或更多其他实施例来代替。应注意，剪切传递构件(例如粘合层109;剪切传递层701;粘合层703、 705;剪切传递构件809、 909、 1009、 1105、 1703等)可包括纤维强化。例 如，剪切传递构件809优选地包括径向定向的纤维，其增强剪切传递构件809 的蠕变阻力。还应注意，剪切传递构件，不管其形式，可被剪裁，以通过在 剪切传递构件内优先地导向强化纤维来呈现具体所需的剪切模量。在本发明的一些实施例中，经连接的构件本身设置有用于向在经连接的 构件之间传递剪切载荷的装置提供压缩预加载荷的装置。例如，如图19和 20所示，组件1901包括第一构件1093、第二构件1905、设置在第一构件 1903和第二构件1905之间并与二者接合的剪切传递层1907、和夹子1909。 在未连4妄状态下，如图19所示，构件l卯3、 1905纵向呈弓形或远离彼此而 变形。如图20所示，当经连接时，构件1903、 1905被促使朝向彼此运动(如 箭头1910a、 1910b)以消除变形或弓形并向剪切传递层1907提供压缩预加 载荷。在所示实施例中，夹子1909应用于构件1903、 1905，以连接构件1903、 1905。应注意，剪切传递层1907可由本文所披露的任何剪切传递构件或特 征实施例来4汔替。还应注意，构件1903、 1905中只有一个可向剪切传递构 件1907^是供压缩预加载荷。在这种实施例中，构件1903、 1905中只有一个 相对于构件1卯3、 1905中的另一个呈弓形。在图19和20的实施例中，夹子1907应用于组件1901的端部1911。图 21和22的实施例类似地操作，只是夹子2201用于沿边缘2105来连接第一
构件2101和第二构件2103，以形成组件2107。构件2101和2103向设置在 构件2101和2103之间并与二者接合的剪切传递层2109提供压缩预加载荷。
要被连接的构件还可相对于彼此横向地呈弓形，以向剪切传递层提供压 缩预加载荷。例如，如图23和24所示，组件2301包括第一构件2303、第 二构件2305、剪切传递层2307和多个夹子2401。在未连接状态下，如图23 所示，构件2303、 2305横向呈弓形或远离彼此而变形。当连接时，如图24 所示，构件2303、 2305 3皮促使朝向彼此运动，以消除变形或弓形并向剪切 传递层2307提供压缩预加载荷。在所示实施例中，夹子2401应用于构件 2303、 2305，以连接构件2303、 2305。应注意，剪切传递层2307可由本发 明披露的任何剪切传递构件或特征实施例来代替。还应注意，构件2303、2305 中只有一个可向剪切传递层2307提供压缩预加载荷。在这种实施例中，构 件2303、 2305中只有一个相对于构件2303、 2305中的另 一个呈弓形。
本发明的实施例中，紧固元件包括连接构件中的一个或两个的 一部分。 例如，如图25和26所示，组件2501包括第一构件2503、第二构件2505、 剪切传递层2507、和从第一构件2503延伸的多个紧固元件2509。备选地， 紧固元件2509可A^第二构件2505延伸或A/v构件2503、 2505延伸。在未连 接状态下，如图25所示，构件2503、 2505横向地呈弓形或远离彼此而变形。 然而，在其他实施例中，构件2503、 2505可纵向呈弓形或远离彼此而变， 其形式类似于图19或21中的。当连接时，如图26所示，构件2503、 2505 被促使朝向彼此运动，以消除变形或弓形并向剪切传递层2507提供压缩预 加载荷。在所示实施例中，紧固元件2509关于第二构件2505弯曲，以连接 构件2503、 2505。应注意，剪切传递层2507可由本文4皮露的任何剪切传递 构件或特征实施例来代替。还应注意，构件2503、 2505中只有一个向剪切 传递层2507提供压缩预加载荷。在这种结构中，构件2503、 2505中只有一 个相对于构件2503、 2505中的另一个呈弓形。
尽管本发明已描述如上，包括剪切传递层或构件，但本发明的范围不限 于此。而是，经连接的构件可包括在构件之间传递剪切载荷的一个或更多特 征。例如，如图27所示，第一构件2701包括有凸节的表面2703,且第二构 件2705包括有凸节的表面2707。当有凸节的表面2703、 2707配合且构件 2701、 2703连接时(如通过本发明披露的任何其他的连接技术那样)，有凸 节的表面2703、 2707机械地彼此接合，以在使用中的构件2701 、 2703之间
传递剪切载荷。有凸节的表面(例如同有凸节的表面2703、 2707)或其他这 种机械互锁可代替上面任何实施例所披露的剪切传递层、构件或元件。应注意，根据本发明的组件可包括两个以上的构件。这种组件的每个接 头都可剪裁为使经过组件而传递的载荷平衡，例如通过采用剪切传递元件或 具有不同剪切传递特性的特征来实现。例如，组件的一个接头可包括具有具 体剪切模量或多个剪切模量的剪切传递层、构件或多个层和/或构件，尽管组 件的其他接头包括具有不同特定剪切模量或多种不同剪切模量的剪切传递 层、构件和/或多个层或构件。应注意，用语"剪切载荷传递结构"，如本文所使用的，包括用于在构 件之间传递剪切载荷的装置，本文所披露的剪切传递层、构件、元件、特征 等及其等价例包括但不限于粘合层、粘合连接的剪切载荷传递层、经连接构 件的机械互锁特征等。还应注意，本文使用的用语"压缩预加载荷特征"包 括用于提供压缩预加载荷的任何装置，如本文披露的偏压元件、构件的弓形 或变形等及其等价例。本发明提供显著的优点，包括(1 )提供重量轻的结构组件，带有增强 的强度和可靠性；(2)组件的可挠性；(3)允许结构部件的平面内配合不当， 同时厚度选择和剪切传递构件的刚度允许结构部件的间隙和角度配合不当， 同时保持原始的总体接头刚度，导致一致的接头性能且组装时间和制造成本 减少；和(4)与传统的带有机加工阶梯状结构的传统螺栓接头或传统连接 接头相比具有改善静态和疲劳性能，节省重量和成本。本发明还具有其他的显著优点。最有吸引力的是由于消除匹配钻削组件 加工和工艺步骤而显著地降低成本和生产周期。这使得可以使用宽泛公差的 紧固件孔，其可以以细部水平(detail level)来钻出。本发明的实施对快速 加工的成本有显著影响，且能减少需要实现"快速"或满足顾客需要的组件 固定装置的数量。还可减少采用用于复合接头组件的机器人技术所需的资本 耗费。相关的显著优点是组装过程中与钻削相关的制造差异或材料考虑的数本发明还允许既使用紧固件又使用粘合层，在重大失效发生之前提供对 过负荷的检视清楚、容易的视觉指示。还使得在不需钻削或安装过大尺寸紧固件方面能更换紧固件。还通过分 散部分失效并沿接头区域吸收更高程度的能量来潜在地增加复合结构的保存能力。
增加的疲劳寿命是通过宽泛公差的紧固件孔提供的另 一优点。通过具有 两个能承载接头载荷的部件来提供故障保险接头能力，即，粘和层(或与粘 和层结合的剪切传递层)作为主载荷承载元件的粘合层，固紧件作为副载荷 承载元件。
上述具体实施例仅是示例性的，因为本领域技术人员可借助本文的教示 以不同的但等价的方式来修改和实施本发明。而且，对于本文所示的具体构 造或设计不做任何限制，而是如权利要求所描述的那样。因此，很明显，上 述具体实施例可做更改或修改，且所有这种改变都视为是落在本发明的范围
和精神内的。因而，本文要求保护范围阐述于权利要求中。应理解，已经描 述并示出了具有显著优点的本发明。尽管本发明显示了有限数量的形式，但 并不仅限于这些形式，而可在不脱离本发明精神的范围内作各种改变和修 改。
权利要求
1、 一种用于连接第一构件和第二构件的设备，该设备包括 用于连接第 一 构件和第二构件的装置；用于在第一构件和第二构件之间传递剪切载荷的装置，与用于连接第一 构件和第二构件的装置分离开；和用于向在第一构件和第二构件之间传递剪切载荷的装置提供压缩预加 载荷的装置。
2、 如权利要求1所述的设备，其中，用于连接第一构件和第二构件的 装置包括穿过由第 一构件和第二构件所限定的紧固件孔而设置的紧固件。
3、 如权利要求1所述的设备，其中，用于连接第一构件和第二构件的 装置包括-.至少一个夹子，其与第一构件和第二构件接合。
4、 如权利要求1所述的设备，其中，用于连接第一构件和第二构件的 装置包括至少 一个紧固元件，其从第 一构件延伸并绕第二构件弯折。
5、 如权利要求1所述的设备，其中，用于连接第一构件和第二构件的 装置包括线缆，其与第一构件和第二构件操作关联。
6、 如权利要求1所述的设备，其中，用于在第一构件和第二构件之间 传递剪切载荷的装置包括剪切传递层，其粘合地连接至第一构件和第二构件。
7、 如权利要求1所述的设备，其中，用于在第一构件和第二构件之间 传递剪切载荷的装置包括粘合层，其将第一构件粘和至第二构件。
8、 如权利要求1所述的设备，其中，用于在第一构件和第二构件之间 传递剪切载荷的装置包括第 一构件和第二构件中的至少 一个的特征与第 一构件和第二构件机械 地互锁。
9、 如权利要求1所述的设备，其中，用于向在第一构件和第二构件之间传递剪切载荷的装置提供压缩预加载荷的装置包括偏压元件，其与第 一构件和第二构件中的至少 一个操作关联。
10、 如权利要求l所述的设备，其中，用于向在第一构件和第二构件之间传递剪切载荷的装置提供压缩预加载荷的装置包括第一构件和第二构件中的至少一个的变形，使得当所述变形被基本上去 除时，第一构件和第二构件中的所述至少一个向用于在第一构件和第二构件 之间传递剪切载荷的装置提供压缩预加载荷。
11、 一种组件，包括 第一构件； 第二构件；用于连接第一构件和第二构件的装置；用于在第一构件和第二构件之间传递剪切载荷的装置，其与用于连接第 一构件和第二构件的装置分离开；和用于向在第一构件和第二构件之间传递剪切载荷的装置提供压缩预加 载荷的装置。
12、 如权利要求11所述的组件，其中，用于连接第一构件和第二构件 的装置包括穿过由第一构件和第二构件所限定的紧固件孔而设置的紧固件。
13、 如权利要求11所述的组件，其中，用于连接第一构件和第二构件 的装置包括至少一个夹子，其与第一构件和第二构件接合。
14、 如权利要求11所述的组件，其中，用于连接第一构件和第二构件 的装置包括至少一个紧固元件，其从第一构件延伸并绕第二构件弯折。
15、 如权利要求11所述的组件，其中，用于连接第一构件和第二构件 的装置包括线缆，其与第一构件和第二构件操作关联。
16、 如权利要求11所述的组件，其中，用于在第一构件和第二构件之 间传递剪切载荷的装置包括剪切传递层，其粘合地连接至第一构件和第二构件。
17、 如权利要求11所述的组件，其中，用于在第一构件和第二构件之 间传递剪切载荷的装置包括粘合层，其将第一构件粘和至第二构件。
18、 如权利要求11所述的组件，其中，用于在第一构件和第二构件之 间传递剪切载荷的装置包括第 一构件和第二构件中的至少 一个的特征与第 一构件和第二构件机械 地互锁。
19、 如权利要求11所述的组件，其中，用于向在第一构件和第二构件 之间传递剪切载荷的装置提供压缩预加载荷的装置包括偏压元件，其与第一构件和第二构件中的至少一个操作关联。
20、 如权利要求11所述的组件，其中，用于向在第一构件和第二构件 之间传递剪切载荷的装置提供压缩预加载荷的装置包括第 一 构件和第二构件中的至少 一 个的变形，使得当所述变形被基本上去 除时，第一构件和第二构件中的所述至少一个向用于在第一构件和第二构件 之间传递剪切载荷的装置提供压缩预加载荷。
21、 一种组件，包括 第一构件； 第二构件；用于连接第一构件和第二构件的连接元件；剪切载荷传递结构，其与第一构件和第二构件操作关联并与连接元件分 离开；压缩预加载荷特征，其向剪切载荷传递结构提供压缩预加载荷。
全文摘要
一种设备，用于连接第一构件和第二构件，该设备包括用于连接第一构件和第二构件的装置；用于在第一构件和第二构件之间传递剪切载荷的装置，所述装置与用于连接第一构件和第二构件的装置分离开；和用于向在第一构件和第二构件之间传递剪切载荷的装置提供压缩预加载荷的装置。一种组件，包括第一构件；第二构件；用于连接第一构件和第二构件的装置。该组件还包括用于在第一构件和第二构件之间传递剪切载荷的装置，所述装置与用于连接第一构件和第二构件的装置分离开；和用于向在第一构件和第二构件之间传递剪切载荷的装置提供压缩预加载荷的装置。
文档编号F16B7/00GK101147005SQ200680009124
公开日2008年3月19日 申请日期2006年3月23日 优先权日2005年3月23日
发明者卡尔·A·梅, 罗德尼·H·琼斯, 詹姆斯·D·赫思科克 申请人:贝尔直升机泰克斯特龙公司