在民用飛機(jī)設(shè)計(jì)過程中如何選用緊固件

1、<p>　　在民用飛機(jī)設(shè)計(jì)過程中如何選用緊固件</p><p>　　[摘 要]航空緊固件在飛機(jī)設(shè)計(jì)過程中作為結(jié)構(gòu)接頭連接的紐帶，起著舉足輕重的作用。對民用飛機(jī)設(shè)計(jì)過程中緊固件的選用原則、步驟以及需要考慮的要素進(jìn)行了闡述，為飛機(jī)設(shè)計(jì)人員正確選用緊固件提供了方法和依據(jù)。 </p><p>　　[關(guān)鍵詞]緊固件 選用原則 選用步驟 考慮要素 </p><p>　

2、　中圖分類號：F320；P49 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）10-0063-01 </p><p>　　飛機(jī)是由許多零組件構(gòu)成的結(jié)合體。這些單獨(dú)零組件要通過緊固件的連接，最終才能形成一架完整的飛機(jī)。一架空客飛機(jī)有100萬以上個鉚釘和約30萬個螺栓；一架典型的雙通道飛機(jī)（如A330/A340）的機(jī)身和機(jī)翼上，緊固件大約有40萬件。由此可見，緊固件看似渺小，在飛機(jī)結(jié)構(gòu)中的作用卻是非常重要的

3、，在某種程度上，飛機(jī)上緊固件的正確選用關(guān)系到整個飛機(jī)的安全性和先進(jìn)性。 </p><p>　　1 緊固件的選用原則 </p><p>　　選用合適的緊固件應(yīng)該確保預(yù)期的結(jié)構(gòu)性能，可以接受的重量和成本并且方便生產(chǎn)。選用緊固件時主要遵循以下三個原則： </p><p>　　首先，民機(jī)設(shè)計(jì)中選用的緊固件必須滿足民用航空適航條例相關(guān)條款要求。 </p><

4、;p>　　其次，優(yōu)先選用先進(jìn)機(jī)型有使用經(jīng)驗(yàn)的緊固件，保證飛機(jī)的可靠性、安全性及先進(jìn)性。 </p><p>　　最后，在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，應(yīng)該選用成本低的緊固件，且盡量減少緊固件的品種與規(guī)格，以便于采購和車間的管理。 </p><p>　　2 緊固件的選用步驟 </p><p>　　在飛機(jī)設(shè)計(jì)中，首先需要編制《緊固件選用目錄》，并以此為依據(jù)對緊固件的選用進(jìn)行

5、控制。設(shè)計(jì)中選用的緊固件必須在選用范圍內(nèi)，不允許超出目錄范圍。通常選擇緊固件的過程分兩步： </p><p>　　首先，選擇一組常見的幾何構(gòu)型的緊固件并選擇其材料使其符合飛機(jī)用途，也就是形成緊固件優(yōu)先選用目錄。 </p><p>　　其次，從該組目錄中選出最適合于專門技術(shù)條件的緊固件。[1] </p><p>　　如果在選用目錄中沒有找到所需要的緊固件，可以把需要的

6、緊固件清單提交給工程標(biāo)準(zhǔn)部門，經(jīng)過批準(zhǔn)驗(yàn)證后方可使用。 </p><p><b>　　3 緊固件的分類 </b></p><p>　　緊固件按功能可分為8大類：螺栓和螺釘、墊圈、墊片及隔套、螺母和鑲嵌件、托板螺母、實(shí)心鉚釘、輕量級螺栓和釘套、盲緊固件、銷及鎖緊裝置等。 </p><p>　　螺栓和螺釘。飛機(jī)的螺栓和螺釘主要用于在結(jié)構(gòu)件之間傳遞相

7、對較大的剪切或拉伸載荷的可拆連接中。 </p><p>　　墊圈、墊片及隔套。墊圈主要功能有：在擰緊螺母或螺栓時防止被連接件表面劃傷；調(diào)節(jié)被連接件的夾層厚度；增大連接件的承壓面積；改善連接件的疲勞性能。 </p><p>　　螺母和鑲嵌件。螺母大致可以分為兩類：一種是用于抗拉螺栓上的抗拉螺母，如12角頭螺母；另一種是用于抗剪螺栓（主要承受剪切載荷）上的抗剪螺母。鑲嵌件是一種帶有內(nèi)螺紋的緊固

8、件，其主要作用就是在強(qiáng)度較低的材料孔中與連接件配合作為內(nèi)螺紋孔，與強(qiáng)度較高的緊固件配合使用。 </p><p>　　托板螺母。托板螺母主要用在結(jié)構(gòu)不開敞且無法使用工具對普通螺母進(jìn)行安裝的地方，一般先將其裝于結(jié)構(gòu)內(nèi)部，連接時將螺栓擰入。 </p><p>　　實(shí)心鉚釘。由于安裝簡單（省去了制孔中的锪窩或劃窩），盡量選用凸頭鉚釘。在需要光滑的空氣動力面或凸頭可能干涉相鄰的結(jié)構(gòu)或機(jī)構(gòu)時，選用埋頭

9、鉚釘。 </p><p>　　輕量級螺栓和釘套。主要包括高鎖螺栓和環(huán)槽鉚釘及其相配合的釘套。這類緊固件屬于高強(qiáng)度的緊固件，主要用于有高強(qiáng)度要求的地方。 </p><p>　　盲緊固件。主要包括盲螺栓和盲鉚釘。盲緊固件主要安裝在結(jié)構(gòu)不開敞且連接件一側(cè)難于觸及的地方，形成單面安裝。盲螺栓的強(qiáng)度比盲鉚釘高，且由于其可以形成大的底腳，適合用于復(fù)合材料連接。 </p><p>

10、;　　銷及鎖緊裝置。飛機(jī)設(shè)計(jì)中使用的銷主要有開口銷、圓柱銷、快卸銷等。 </p><p>　　4 緊固件選擇過程中需要考慮的設(shè)計(jì)要素 </p><p>　　在選擇緊固件的過程中，要保證所選用的緊固件符合如構(gòu)型、配合、功能、可靠性、重量、成本、適航、客戶要求以及機(jī)型特殊要求等諸多要素，這些要素具體可以分為以下幾類： </p><p>　　（1）載荷的類型及大小。緊固件

11、所經(jīng)受的載荷主要包括拉伸載荷和剪切載荷。例如，實(shí)心鉚釘和盲鉚釘通常用在受剪處，且承受載荷較小，如載荷較大或受拉處則使用螺栓。 </p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)材料。飛機(jī)上常用的結(jié)構(gòu)材料主要分為金屬材料和非金屬材料。例如，相對于普通的金屬結(jié)構(gòu)連接，鋁和鋼等常用材料制成的緊固件與復(fù)合材料接觸會產(chǎn)生電偶腐蝕，故選材上應(yīng)選擇與復(fù)合材料電位差較小的材料制成的緊固件，如鈦合金、純鈦、鈦鈮合金等。 </p>&l

12、t;p>　?。?）連接可達(dá)性。在結(jié)構(gòu)一側(cè)無法觸及或一側(cè)結(jié)構(gòu)不開敞的部位需要使用盲緊固件，如盲鉚釘、盲螺栓和托板螺母等。 </p><p>　　（4）使用環(huán)境。使用環(huán)境主要包括溫度、濕度和腐蝕性流體。耐高溫和耐腐蝕的緊固件材料主要有鈦合金和不銹鋼。鈦緊固件主要用在承受高載荷傳遞的地方和高溫區(qū)域和耐腐蝕區(qū)域，主要優(yōu)點(diǎn)是重要的徑向變形、較好干涉配合和較好的疲勞特性，重量比Monel和A-286更輕。 </p

13、><p>　?。?）電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率。在要求導(dǎo)電處使用銅鉚釘，但在鋁合金結(jié)構(gòu)中不要使用銅鉚釘；在靠近如飛機(jī)羅盤及某些設(shè)備的周圍或內(nèi)部使用緊固件時，需要考慮緊固件的導(dǎo)磁率。 </p><p>　　（6）重量。在滿足使用性能的情況下，有效的減輕緊固件的重量，對于整機(jī)重量的減輕是有益的。減輕重量可以從緊固件構(gòu)型設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。例如，Hi-Lok高鎖螺栓是Hi-Shear公司開發(fā)的一種用于飛機(jī)設(shè)計(jì)中的高強(qiáng)度

14、緊固件，為了減輕緊固件的重量，Hi-Shear公司在Hi-Lok的基礎(chǔ)上進(jìn)行重新設(shè)計(jì)而開發(fā)出了Hi-Lite，Hi-Lite總長度減少了，螺紋到光桿的過渡區(qū)域減少了，重量得到減輕。 </p><p>　?。?）成本。緊固件的成本包括本身成本和安裝成本。在滿足結(jié)構(gòu)性能要求的情況下，盡量選擇低成本的緊固件。 </p><p>　?。?）外形。對于有表面氣動特性要求處或者與周圍零件發(fā)生干涉處必須

15、使用埋頭緊固件。 </p><p>　?。?）可拆和重復(fù)使用，緊固件使用中是永久安裝還是周期性拆卸。例如，如果要求可以拆卸并重復(fù)使用的地方就不能使用鉚接類緊固件，而應(yīng)該使用螺接類緊固件。 </p><p>　?。?0）維修。所有的緊固件安裝還應(yīng)考慮飛機(jī)在服役維修過程中便捷性。 </p><p>　?。?1）疲勞。要確保載荷均勻施加到所有緊固件上，即可提高連接的疲勞強(qiáng)

16、度。通過干涉配合和緊固件孔的冷作加工改善疲勞壽命（改善由緊固件孔周圍產(chǎn)生的殘余壓應(yīng)力產(chǎn)生）。在連接中采用緊密容差的孔并采用干涉配合的緊固件，例如在蒙皮對接時，鉚釘及高鎖螺栓與相應(yīng)的釘孔配合將采用干涉配合，以獲得連接處高的疲勞壽命。 </p><p>　?。?2）應(yīng)力集中。結(jié)構(gòu)連接的應(yīng)力集中是難以避免的。選用緊固件系統(tǒng)和需要在結(jié)構(gòu)臨界疲勞處制孔時需要特別注意。 </p><p>　　（13）

17、混合使用緊固件。應(yīng)該避免螺栓或螺釘與鉚釘或者干涉配合緊固件混合使用的連接。由于鉚釘在安裝過程中釘桿產(chǎn)生徑向膨脹，與孔的配合屬于緊配合，而螺栓與孔的配合相對較松，如果兩者同時用于連接中，在消除螺栓與螺孔的間隙之前鉚釘會先承受載荷而螺栓不受載，這樣容易使鉚釘過載并可能導(dǎo)致其提前破壞。 </p><p>　?。?4）庫存、來源以及交付時間。緊固件的庫存是否充足，是否有多種來源，交付期限是否能滿足飛機(jī)設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)要求等都是

18、應(yīng)該考慮的因素。例如，此前波音787客機(jī)試飛遲遲沒有進(jìn)展的主要原因就是緊固件短缺。 </p><p>　?。?5）特殊要求。根據(jù)不同機(jī)型飛機(jī)的具體設(shè)計(jì)要求來選擇緊固件。如某些機(jī)型出于環(huán)?？紤]禁止使用鍍鎘和鍍鉻緊固件。 </p><p>　　總之，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中選擇緊固件時，要綜合考慮影響緊固件選擇的所有要素，要聯(lián)合強(qiáng)度、標(biāo)準(zhǔn)、材料和工藝等專業(yè)一起來完成。 </p><p&g

19、t;<b>　　5 結(jié)束語 </b></p><p>　　綜上所述，在飛機(jī)設(shè)計(jì)選擇緊固件的過程中，設(shè)計(jì)人員要權(quán)衡多項(xiàng)要素之間的關(guān)系，使這些要素達(dá)到最優(yōu)的結(jié)合，只有這樣，才能說在這架飛機(jī)或部件上選用的緊固件是合理先進(jìn)的，才能提高整個航空工業(yè)的飛機(jī)設(shè)計(jì)水平。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>