销钉组件及包含其的连接组件的制作方法

1.本发明涉及航空发动机装配领域，尤其涉及一种销钉组件及包含其的连接组件。


背景技术：

2.现有技术中，航空发动机用陶瓷基复合材料(cmc)热端部件得到了越来越广泛的研究与工程应用，而销孔连接结构是cmc热端部件与金属部件间常用的装配结构形式。在工程实际当中，金属销钉通常承受弯曲和剪切载荷，受载后很容易产生弯曲变形和相对于销钉孔的转动位移，另外高温环境下cmc热端部件和金属部件间的热变形不匹配问题也有可能造成金属销钉相对于销钉孔的转动位移，所以服役过程中金属销钉外表面和cmc销钉孔内环面间经常会出现贴合不好而形成局部接触的情况，局部接触会导致安装约束载荷只作用在很小的接触区域，区域越小接触应力越高，很容易导致金属销钉与销钉孔的强度失效和结构破坏。美国发明专利(公开号为us2021047936a1)公开了一种cmc元件连接销，这种cmc元件连接销具有椭圆体部分，椭圆体部分为与销孔进行连接的安装表面，连接销通过椭圆体部分与销孔的表面接触，从而在一定程度上分散连接销的负载，但是这种结构的连接销在受载后可转动的位移有限，容易导致强度失效和结构破坏。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中销钉在受载后与销孔发生相对位移而导致销钉与销孔强度失效和结构破坏的缺陷，提供一种销钉组件及包含其的连接组件。
4.本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：一种销钉组件，其特征在于，其包括有销钉本体和垫块，所述销钉本体包括有第一贴合面，所述第一贴合面位于所述销钉本体的侧面，所述垫块包括有与所述第一贴合面配合的第二贴合面，所述第一贴合面和所述第二贴合面均为球面或者椭球面，所述销钉本体和所述垫块的外侧表面共同形成所述销钉组件的安装表面。
5.在本方案中，在装配后，销钉的第一贴合面与垫块第二贴合面保持紧贴，当销钉受载后相对于销钉孔发生转动时，垫块相对于销钉孔不发生转动，而销钉相对于垫块转动时第一贴合面和第二贴合面始终保持贴合，故销钉、垫块和销钉孔之间均可以保持良好贴合，不会发生局部接触，避免因接触应力过高而导致销钉与销钉孔的强度失效和结构破坏。
6.较佳地，所述销钉本体包括有第一台阶面，所述第一台阶面沿所述销钉本体的轴向设置，所述垫块包括与所述第一台阶面配合的第二台阶面，所述第一台阶面用于限制所述垫块绕所述销钉的轴线转动。
7.在本方案中，通过第一台阶面与第二台阶面配合防止垫块相对于销钉绕销钉的轴线发生大范围转动。
8.较佳地，所述销钉本体包括有第一端面，所述第一端面沿所述销钉本体的径向设置，所述垫块包括与所述第一端面配合的第二端面，所述第一端面和所述第二端面之间包
括有间隙，所述第一端面用于限制所述垫块沿所述销钉本体的轴向产生朝向所述第一端面的位移。
9.在本方案中，通过设置沿销钉径向的第一端面，第一端面与第二端面配合来限制垫块相对于销钉沿销钉轴向与销钉发生相向的大范围移动，防止垫块滑出掉落，同时第一端面和第二端面之间的间隙可以防止销钉相对于垫块发生旋转位移时而产生的干涉限位。
10.较佳地，所述垫块在顶端和/或底端包括有缺口，所述缺口位于所述第二贴合面的一侧。
11.在本方案中，设置缺口可以允许销钉在小的范围内相对于垫块转动，防止销钉相对于垫块发生旋转位移时而产生的干涉限位。
12.较佳地，所述垫块的顶端设置有凸台，所述凸台在所述第二贴合面相对的一侧凸出于所述垫块。
13.在本方案中，凸台可以与销钉孔周边的材料形成限位接触，防止垫块发生沿销钉孔轴向方向的相对于销钉孔的单向位移。
14.较佳地，所述销钉本体的侧面包括向内凹陷的凹陷部，所述第一台阶面位于所述凹陷部与所述侧面的非凹陷部分的连接处。
15.在本方案中，凹陷部与非凹陷部的连接处形成落差，将第一台阶面设置在连接处，使得第一台阶面与第二台阶面的接触配合得更紧密，而且销钉本体与垫块在配合时，二者在侧面的连接处不容易有凸起或者凹陷。
16.较佳地，所述销钉本体的侧面包括向内凹陷的凹陷部，所述第一端面位于所述凹陷部与所述侧面的非凹陷部分的连接处。
17.在本方案中，凹陷部与非凹陷部的连接处形成落差，将第一台阶面设置在连接处，使得第一台阶面与第二台阶面的接触配合得更紧密。
18.较佳地，所述第一贴合面位于所述凹陷部的位置。
19.在本方案中，将第一贴合面设置在凹陷部的位置，安装状态下，第一贴合面与第二贴合面贴合更紧密，结构更紧凑。
20.较佳地，所述第一贴合面沿所述销钉本体的径向向外凸出。
21.在本方案中，将第一贴合面设置成向外凸出的，相比于将第一贴合面设置为向内凹陷的，销钉本体的强度更高。
22.较佳地，所述垫块呈未封闭的环形。
23.在本方案中，便于使销钉本体从未封闭的开口处与垫块进行安装，提高安装效率。
24.本发明还公开了一种连接组件，其包括上述的销钉组件，所述连接组件还包括销钉孔。
25.较佳地，所述垫块与所述销钉孔之间有间隙。
26.在本方案中，高温环境下，cmc热端部件和金属部件间会出现热变形不匹配的问题，设置间隙可以防止热变形失配问题导致的热失配应力过高。
27.较佳地，所述垫块沿所述销钉孔的周向至少覆盖所述销钉孔一半的区域。
28.在本方案中，垫块在沿销钉孔周向覆盖的区域越大，第一贴合面和第二贴合面的可贴合面的面积也就越大，使得接触应力更分散。
29.较佳地，所述垫块的高度大小大于所述销钉孔的深度大小。
30.在本方案中，可以进一步加大第一贴合面和第二贴合面在沿销钉孔轴向的可贴合面的面积，使得接触应力更分散。
31.本发明的积极进步效果在于：在装配后，销钉的第一贴合面与垫块第二贴合面保持紧贴，当销钉受载后相对于销钉孔发生转动时，垫块相对于销钉孔不发生转动，而销钉相对于垫块转动时第一贴合面和第二贴合面始终保持贴合，故销钉、垫块和销钉孔之间均可以保持良好贴合，不会发生局部接触，避免因接触应力过高而导致销钉与销钉孔的强度失效和结构破坏。
附图说明
32.图1为本发明较佳实施例的cmc热端部件与销钉装配结构示意图。
33.图2为本发明较佳实施例的cmc热端部件与销钉安装截面示意图。
34.图3为本发明较佳实施例的cmc热端部件结构示意图。
35.图4a、图4b和图4c为本发明较佳实施例的销钉本体结构示意图。
36.图5a、图5b和图5c为本发明较佳实施例的垫块结构示意图。
37.图6a和图6b为本发明较佳实施例的销钉与垫块装配状态结构示意图。
38.图7为本发明较佳实施例的销钉与垫块初始装配状态截面示意图。
39.图8为本发明较佳实施例的销钉与垫块发生相对旋转状态截面示意图。
40.附图标记说明
41.cmc热端部件1
42.销钉孔11
43.销钉2
44.非圆柱段21
45.第一贴合面211
46.第一台阶面212
47.第一端面213
48.圆柱段22
49.垫块3
50.第二贴合面31
51.外环圆柱面32
52.缺口33
53.第二台阶面34
54.凸台35
55.第二端面36
56.金属部件4
57.第一间隙41
58.第二间隙42
59.销钉初始状态轮廓线5
具体实施方式
60.下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
61.如图1-图8所示，本实施例公开了一种销钉组件，其包括有销钉2和垫块3，销钉2包括有第一贴合面211，第一贴合面211位于销钉2的侧面，垫块3包括有与第一贴合面211配合的第二贴合面31，第一贴合面211和第二贴合面31均为球面，销钉2和垫块3的外侧表面共同形成销钉2组件的安装表面。其中，由销钉2和垫块3组成的安装表面为与销钉孔11的孔形相匹配的圆柱形，使得销钉2和垫块3整体装入销钉孔11之后还存在一定的活动间隙。具体在本方案中，将销钉2和垫块3安装在销钉孔11后，使第一贴合面211与第二贴合面31保持紧贴，当销钉2受载后相对于销钉孔11发生转动时，垫块3的安装表面因贴合于销钉孔11，因此相对于销钉孔11不会发生如图8中箭头所示的转动，而销钉2相对于垫块3转动时，第一贴合面211和第二贴合面31之间也始终保持贴合，故销钉2、垫块3和销钉孔11之间均可以保持良好贴合，不会发生局部接触，避免因接触应力过高而导致销钉2与销钉孔11的强度失效和结构破坏。
62.具体地，如图4a、图4b和图4c所示，在本实施例中，销钉2为金属材质，销钉2包括圆柱段22和非圆柱段21，第一贴合面211位于销钉2的非圆柱段21部分，非圆柱段21用于与垫块3进行配合安装，圆柱段22用于与金属部件4连接固定，其中第一贴合面211和第二贴合面31均为球面，第一贴合面211与第二贴合面31具有相同的半径尺寸，在其他实施例中，第一贴合面211和第二贴合面31也可以设计成椭球面，将第一贴合面211和第二贴合面31设置成球面，其在贴合时贴合效果更好，进一步减少发生局部接触的可能，其中第一贴合面211在销钉2侧面所在区域的占比为一半，即第一贴合面211在销钉2侧面所在区域的占比为半个圆柱，与销钉2配合的垫块3呈未封闭环形，也即垫块3呈半个环形。在其他实施例中，第一贴合面211在销钉2侧面所在区域的占比可以小于一半，即第一贴合面211在销钉2侧面所在区域的占比小于半个圆柱，同样地，与销钉2配合的垫块3小于半个环形，当然，在其他实施例中，第一贴合面211的占比也可以更大，即第一贴合面211在销钉2侧面所在区域的占比也可以大于一半，第一贴合面211所在区域的占比大于半个圆柱，第一贴合面211的占比越大意味着销钉2与垫块3的可贴合面的面积越大，使得接触应力更分散。垫块3整体形状为近似矩形截面圆形扫略成型，扫略角度小于360
°
，即存在开口，便于与销钉2进行配合安装。如图4a、图4b和图4c以及图5a、图5b和图5c所示，在本实施例中，销钉2包括有第一台阶面212，第一台阶面212沿销钉2的轴向设置，垫块3包括与第一台阶面212配合的第二台阶面34，第一台阶面212用于限制垫块3绕销钉2的轴线转动，通过第一台阶面212与第二台阶面34配合即可防止垫块3相对于销钉2绕销钉2的轴线发生大范围转动，本实施例中第一台阶面212沿销钉2的轴向设置，其中轴向为广义的轴向，即第一台阶面212可以与销钉2的中心轴重合或者平行，并非只包括重合的情形。在其他实施例中，也可以不设置第一台阶面212和第二台阶面34，例如可以在销钉孔11内设置限位块来限制垫块3在较小范围内转动。
63.如图4a-图7所示，在本实施例中，销钉2包括有第一端面213，第一端面213沿销钉2的径向设置，垫块3包括与第一端面213配合的第二端面36，第一端面213和第二端面36之间包括有第二间隙42，第一端面213用于限制垫块3沿销钉2的轴向产生朝向第一端面的位移，通过在销钉2上设置沿销钉2径向的第一端面213，第一端面213与第二端面36配合来限制垫
块3相对于销钉2沿销钉2的轴向发生相向的大范围移动，防止垫块滑出掉落，同时第一端面213和第二端面36之间的第二间隙42可以防止销钉2相对于垫块3发生旋转位移时而产生的干涉限位。由于第一贴合面211和第二贴合面31之间的贴合也有对垫块3沿销钉2轴向的限位作用，故在其他实施例中，也可以不设置第一端面213和第二端面36。
64.如图7所示，垫块3在顶端和底端包括有缺口33，缺口33位于第二贴合面31的一侧，通过设置缺口33使得销钉2在装配后与垫块3之间具有第一间隙41，可以进一步允许销钉2在小的范围内相对于垫块3转动，防止销钉2相对于垫块3发生旋转位移时而产生的干涉限位。具体地，在本实施例中，缺口33为第二贴合面31倒斜边特征，用于安装状态下与销钉2形成间隙。在其他实施例中，也可以单独在垫块3的顶端或者底端设置缺口33。
65.如图4a、图4b和图4c所示，在本实施例中，销钉2的侧面包括向内凹陷的凹陷部，第一台阶面212和第一端面213均位于凹陷部与侧面的非凹陷部分的连接处，凹陷部即非圆柱段21向内凹陷的部分，凹陷部与非凹陷部的连接处形成落差，将第一台阶面212和第一端面213设置在连接处，使得第一台阶面212与第二台阶面34以及第一端面213与第二端面36的接触配合得更紧密。在其他实施例中，可以单独设置第一台阶面212位于凹陷部与侧面的非凹陷部分的连接处或者单独设置第一端面213位于凹陷部与侧面的非凹陷部分的连接处。
66.如图4a、图4b和图4c所示，在本实施例中，第一贴合面211位于凹陷部的位置，将第一贴合面211设置在凹陷部的位置，安装状态下，第一贴合面211与第二贴合面31贴合更紧密，结构更紧凑。
67.如图4a、图4b和图4c所示，在本实施例中，第一贴合面211沿销钉2的径向向外凸出，将第一贴合面211设置成向外凸出的，相比于将第一贴合面211设置为向内凹陷的，销钉2的强度更高。当然，在其他实施例中，也可以将第一贴合面211设置成内凹的。
68.如图5a、图5b和图5c所示，在本实施例中，垫块3呈未封闭的环形，将垫块3设置成未封闭的环形便于使销钉2从未封闭的开口处与垫块3进行安装，提高安装效率。
69.如图5a、图5b和图5c所示，在本实施例中，垫块3的顶端设置有凸台35，凸台35在第二贴合面31相对的一侧凸出于垫块3，凸台35可以与销钉孔11周边的材料形成限位接触，防止垫块3发生沿销钉孔11的轴向方向的相对于销钉孔11的单向位移。
70.如图3和图7所示，本实施例还公开了一种连接组件，其包括上述的销钉2组件，连接组件还包括销钉孔11，销钉孔11为圆形，在其他实施例中，销钉孔11也可以为矩形等，用于被销钉2插入进行限位安装。
71.在本实施例中，垫块3与销钉孔11之间有第三间隙(图中未示出)，垫块3包括用于与销钉孔11的内环面接触安装的外环圆柱面32，即垫块3的外环圆柱面32的半径尺寸小于销钉孔11内环面的半径尺寸，由于在高温环境下，cmc热端部件1和金属部件4间会出现热变形不匹配的问题，通过在垫块3与销钉孔11之间设置第三间隙可以防止热变形失配问题导致的热失配应力过高。
72.在本实施例中，如图6a和图6b所示，销钉2的第一贴合面211占销钉2的侧面对应位置一半的周向区域，在其他实施例中，第一贴合面211在销钉2的侧面对应位置的占比可以大于一半，第一贴合面211的区域越大，第一贴合面211的面积也越大，与之配合的第二贴合面31的面积也就越大，也即在装配后，垫块3沿销钉孔11的周向至少覆盖销钉孔11一半的区域，垫块3在沿销钉孔11周向覆盖的区域越大，第一贴合面211和第二贴合面31的可贴合面
的面积也就越大，使得接触应力更分散。
73.如图7所示，垫块3的高度大小大于销钉孔11的深度大小，可以进一步加大第一贴合面211和第二贴合面31在沿销钉孔11轴向的可贴合面的面积，使得接触应力更分散。
74.在安装状态下，销钉2与垫块3通过第一贴合面211和第二贴合面31压紧贴合，两者之间已经具有了沿销钉2轴向和径向方向的限位作用，销钉2与金属部件连接的一端是固定的，所以销钉2是被固定安装的，同时再通过第一端面213和第二端面36以及第一台阶面212和第二台阶面34间的限位作用，两者间沿销钉2周向方向的自由度也被限制，因此安装状态下两者之间可以保持正确的相对位置状态，如果第一贴合面211和第二贴合面31沿销钉2轴向方向上的限位作用失效，则第一端面213和凸台35补充起到轴向的限位作用，防止垫块3脱离销钉孔11连接而造成额外的危险。
75.如图8所示，以图中箭头的方向即逆时针转动为例给出了当销钉2相对于销钉孔11发生转动时安装结构的剖面，旋转过程中，垫块3与销钉孔11的贴合状态保持不变，销钉2与垫块3在第一贴合面211和第二贴合面31之间发生相对滑动，同时保持接触贴合状态，参考图中销钉初始状态轮廓线5，如果发生逆时针旋转亦然，因此避免了销孔安装结构内部局部接触应力过高并容易发生结构强度失效和使用寿命降低的问题。
76.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种销钉组件，其特征在于，其包括有销钉本体和垫块，所述销钉本体包括有第一贴合面，所述第一贴合面位于所述销钉本体的侧面，所述垫块包括有与所述第一贴合面配合的第二贴合面，所述第一贴合面和所述第二贴合面均为球面或者椭球面，所述销钉本体和所述垫块的外侧表面共同形成所述销钉组件的安装表面。2.如权利要求1所述的销钉组件，其特征在于，所述销钉本体包括有第一台阶面，所述第一台阶面沿所述销钉本体的轴向设置，所述垫块包括与所述第一台阶面配合的第二台阶面，所述第一台阶面用于限制所述垫块绕所述销钉的轴线转动。3.如权利要求1所述的销钉组件，其特征在于，所述销钉本体包括有第一端面，所述第一端面沿所述销钉本体的径向设置，所述垫块包括与所述第一端面配合的第二端面，所述第一端面和所述第二端面之间包括有间隙，所述第一端面用于限制所述垫块沿所述销钉本体的轴向产生朝向所述第一端面的位移。4.如权利要求1所述的销钉组件，其特征在于，所述垫块在顶端和/或底端包括有缺口，所述缺口位于所述第二贴合面的一侧。5.如权利要求1所述的销钉组件，其特征在于，所述垫块的顶端设置有凸台，所述凸台在所述第二贴合面相对的一侧凸出于所述垫块。6.如权利要求2所述的销钉组件，其特征在于，所述销钉本体的侧面包括向内凹陷的凹陷部，所述第一台阶面位于所述凹陷部与所述侧面的非凹陷部分的连接处。7.如权利要求3所述的销钉组件，其特征在于，所述销钉本体的侧面包括向内凹陷的凹陷部，所述第一端面位于所述凹陷部与所述侧面的非凹陷部分的连接处。8.如权利要求6或7任意一项所述的销钉组件，其特征在于，所述第一贴合面位于所述凹陷部的位置。9.如权利要求1-7任意一项所述的销钉组件，其特征在于，所述第一贴合面沿所述销钉本体的径向向外凸出。10.如权利要求1-7任意一项所述的销钉组件，其特征在于，所述垫块呈未封闭的环形。11.一种连接组件，其包括如权利要求1-10任意一项的销钉组件，其特征在于，所述连接组件还包括销钉孔。12.如权利要求11所述的连接组件，其特征在于，所述垫块与所述销钉孔之间有间隙。13.如权利要求11所述的连接组件，其特征在于，所述垫块沿所述销钉孔的周向至少覆盖所述销钉孔一半的区域。14.如权利要求11所述的连接组件，其特征在于，所述垫块的高度大小大于所述销钉孔的深度大小。

技术总结
本发明公开了一种销钉组件及包含其的连接组件，其包括有销钉本体和垫块，所述销钉本体包括有第一贴合面，所述第一贴合面位于所述销钉本体的侧面，所述垫块包括有与所述第一贴合面配合的第二贴合面，所述第一贴合面和所述第二贴合面均为球面或者椭球面，所述销钉本体和所述垫块的外侧表面共同形成所述销钉组件的安装表面。在装配后，销钉的第一贴合面与垫块第二贴合面保持紧贴，当销钉受载后相对于销钉孔发生转动时，垫块相对于销钉孔不发生转动，而销钉相对于垫块转动时第一贴合面和第二贴合面始终保持贴合，故销钉、垫块和销钉孔之间均可以保持良好贴合，不会发生局部接触，避免因接触应力过高而导致销钉与销钉孔的强度失效和结构破坏。失效和结构破坏。失效和结构破坏。


技术研发人员：郭洪宝 王子媛 蒋婷
受保护的技术使用者：中国航发商用航空发动机有限责任公司
技术研发日：2022.02.14
技术公布日：2023/8/23