在民用飛機設計過程中如何選用緊固件

1、<p>　　在民用飛機設計過程中如何選用緊固件</p><p>　　[摘 要]航空緊固件在飛機設計過程中作為結構接頭連接的紐帶，起著舉足輕重的作用。對民用飛機設計過程中緊固件的選用原則、步驟以及需要考慮的要素進行了闡述，為飛機設計人員正確選用緊固件提供了方法和依據。 </p><p>　　[關鍵詞]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 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）10-0063-01 </p><p>　　飛機是由許多零組件構成的結合體。這些單獨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。一架空客飛機有100萬以上個鉚釘和約30萬個螺栓；一架典型的雙通道飛機（如A330/A340）的機身和機翼上，緊固件大約有40萬件。由此可見，緊固件看似渺小，在飛機結構中的作用卻是非常重要的

3、，在某種程度上，飛機上緊固件的正確選用關系到整個飛機的安全性和先進性。 </p><p>　　1 緊固件的選用原則 </p><p>　　選用合適的緊固件應該確保預期的結構性能，可以接受的重量和成本并且方便生產。選用緊固件時主要遵循以下三個原則： </p><p>　　首先，民機設計中選用的緊固件必須滿足民用航空適航條例相關條款要求。 </p><

4、;p>　　其次，優(yōu)先選用先進機型有使用經驗的緊固件，保證飛機的可靠性、安全性及先進性。 </p><p>　　最后，在滿足設計要求的前提下，應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>　　在飛機設計中，首先需要編制《緊固件選用目錄》，并以此為依據對緊固件的選用進行

5、控制。設計中選用的緊固件必須在選用范圍內，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型的緊固件并選擇其材料使其符合飛機用途，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準部門，經過批準驗證后方可使用。 </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。飛機的螺栓和螺釘主要用于在結構件之間傳遞相

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螺紋的緊固

8、件，其主要作用就是在強度較低的材料孔中與連接件配合作為內螺紋孔，與強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構不開敞且無法使用工具對普通螺母進行安裝的地方，一般先將其裝于結構內部，連接時將螺栓擰入。 </p><p>　　實心鉚釘。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構或機構時，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度的緊固件，主要用于有高強度要求的地方。 </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構不開敞且連接件一側難于觸及的地方，形成單面安裝。盲螺栓的強度比盲鉚釘高，且由于其可以形成大的底腳，適合用于復合材料連接。 </p><p>

10、;　　銷及鎖緊裝置。飛機設計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計要素 </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型、配合、功能、可靠性、重量、成本、適航、客戶要求以及機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>　?。?）載荷的類型及大小。緊固件

11、所經受的載荷主要包括拉伸載荷和剪切載荷。例如，實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>　?。?）結構材料。飛機上常用的結構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構連接，鋁和鋼等常用材料制成的緊固件與復合材料接觸會產生電偶腐蝕，故選材上應選擇與復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>　?。?）連接可達性。在結構一側無法觸及或一側結構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>　?。?）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>　?。?）電導率和磁導率。在要求導電處使用銅鉚釘，但在鋁合金結構中不要使用銅鉚釘；在靠近如飛機羅盤及某些設備的周圍或內部使用緊固件時，需要考慮緊固件的導磁率。 </p><p>　?。?）重量。在滿足使用性能的情況下，有效的減輕緊固件的重量，對于整機重量的減輕是有益的。減輕重量可以從緊固件構型設計來實現。例如，Hi-Lok高鎖螺栓是Hi-Shear公司開發(fā)的一種用于飛機設計中的高強度

14、緊固件，為了減輕緊固件的重量，Hi-Shear公司在Hi-Lok的基礎上進行重新設計而開發(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。在滿足結構性能要求的情況下，盡量選擇低成本的緊固件。 </p><p>　　（8）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>　　（9）可拆和重復使用，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使用的地方就不能使用鉚接類緊固件，而應該使用螺接類緊固件。 </p><p>　?。?0）維修。所有的緊固件安裝還應考慮飛機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

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生的殘余壓應力產生）。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）應力集中。結構連接的應力集中是難以避免的。選用緊固件系統和需要在結構臨界疲勞處制孔時需要特別注意。 </p><p>　?。?3）

17、混合使用緊固件。應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致其提前破壞。 </p><p>　　（14）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設計的節(jié)點要求等都是

18、應該考慮的因素。例如，此前波音787客機試飛遲遲沒有進展的主要原因就是緊固件短缺。 </p><p>　?。?5）特殊要求。根據不同機型飛機的具體設計要求來選擇緊固件。如某些機型出于環(huán)保考慮禁止使用鍍鎘和鍍鉻緊固件。 </p><p>　　總之，結構設計中選擇緊固件時，要綜合考慮影響緊固件選擇的所有要素，要聯合強度、標準、材料和工藝等專業(yè)一起來完成。 </p><p&g

19、t;<b>　　5 結束語 </b></p><p>　　綜上所述，在飛機設計選擇緊固件的過程中，設計人員要權衡多項要素之間的關系，使這些要素達到最優(yōu)的結合，只有這樣，才能說在這架飛機或部件上選用的緊固件是合理先進的，才能提高整個航空工業(yè)的飛機設計水平。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>