民用飞机舱门典型单销连接形式研究

民用飞机舱门典型单销连接形式研究
王健
(中航沈飞民用飞机有限责任公司，沈阳110079)
摘要:单销连接作为一种结构连接形式，常见于民用飞机舱门、起落架、升降舵、方向舵、机翼等部件中。

以单销连接为研究对象，重点介绍应用于舱门上的典型单销连接形式。

分析单销连接设计过程中应考虑哪些因素、基本原则、结构防腐及标准件选用等，为工程设计人员提供参考。

关键词:单销连接；舱门；形式；标准件
中图分类号:V222汀H122文献标志码:A文章编号:1002-2333(2020)09-0123-04 Introduction of Typical Single-pin Joint Forms for Civil Aircraft Door
WANG Jian
(AVIC SAC Commercial Aircraft Company Ltd.,Shenyang110079,China)
Abstract：Single pin joint is commonly found in the doors,landing gear,elevators,rudders,wings components of civil aircraft.This paper takes the single pin joint as the research object,and introduces the typical single pin joint form applied to the doors.The factors to be considered in the design of single pin joint,the basic principle,structure anticorrosion and the selection of standard parts are analyzed,which provides reference for engineering designers. Keywords：single pin joint;door;form;standards part
0引言
舱门作为飞机上的运动部件，其设计往往是一个复杂的过程。

用于旅客进出的登机门、货物进出的货舱门、应急逃生时使用的应急门均需要按适航条款要求设计多套机构，如手柄机构、闩机构、锁机构、打开机构、提升机构、增压预防机构、视觉指示机构等。

在这些机构设计时，常常使用单销连接。

对于单销连接设计，应从适航出发，综合考虑安全性、可靠性、互换性、经济性等。

根据舱门不同结构、机构位置及性能要求,合理设计单销连接形式，单销连接设计应经强度校核确认后方可确定最终设计方案。

1单销连接设计考虑因素
单销连接设计形式受很多因素影响，在选择单销连接形式应考虑自对准能力、夹紧与非夹紧、静态与动态等因素。

1.1自对准能力
单销连接可以根据自对准能力分为非自对准连接和自对准连接。

只有在U形接头的中心线和凸耳的中心线之间没有预期的偏差时，才应该考虑使用非自对准连接形式。

这种连接形式可以传递U形接头和凸耳之间的转矩，并且要求旋转轴必须垂直于凸耳的中心线。

自对准连接形式主要用于调整U形接头中心线与凸耳的中心线之间的偏差。

这种连接形式通常不能传递U形接头和凸耳之间的转矩。

1.2夹紧与非夹紧连接
夹紧连接形式可以防止在销上摆动和旋转，在振动环境下尤其适用该种连接形式，夹紧连接形式不推荐应用在动态连接应用中销/螺栓直径大于0.75in带润滑脂润滑的连接和销/螺栓直径大于1.0in自润滑的连接当中。

非夹紧连接形式用于允许在销/螺栓上有摆动、旋转和轴向运动的设计当中，在动态连接应用中，非夹紧连接形式适用于销/螺栓直径大于0.75in带润滑脂润滑的连接和销/螺栓直径大于1.0in自润滑的连接当中。

1.3静态与动态连接
静态连接形式主要用于不做旋转运动的连接中，如舱门一些支座与结构件之间的连接。

动态连接形式主要用于做旋转运动的连接中，如舱门各个机构中的运动件常采用动态连接形式。

2典型单销连接形式
2.1凸耳与凸耳的连接
凸耳与凸耳的连接多用于受力较小的位置，该连接形式常见于舱门闩机构、锁机构上。

根据适航CCAR-25.783(d)(2)要求：“锁闩及其操纵机构必须设计成，在所有的飞机飞行和地面载荷状态下，在门锁闩的状态下，没有试图解开锁闩的力或力矩。

而且，锁闩系统必须包括一种措施，保证锁闩处于锁闩的位置。

该措施必须独立于锁定系统［1］。

”因此闩机构设计时常采用过中心设计,而过中弹簧常被各飞机制造商设计舱门时选用。

过中弹簧典型连接形式如图1所示。

过中弹簧一端与闩轴上的曲柄连接，另一端与固定在横梁上的支座连接，过中弹簧杆端安有球轴承，该连接是一种夹紧型自对准连接形式。

在凸耳与凸耳连接设计时，夹紧型非自对准连接形式也常用于舱门机构当中。

图2所示为某型飞机货舱门视觉指示机构指示牌的连接，由于指示牌只有一端为铰接点，另一端自由，因此在设计指示牌的连接时采用夹紧型非自对准连接形式。

图1过中弹簧连接
图2指示牌连接
2.2凸耳与U形接头的连接
凸耳与U形接头的连接广泛应用在舱门结构、机构上。

根据不同使用位置采用不同种连接形式，如结构件之间的连接固定常采用夹紧型非自对准静态连接，应用于机构件上的连接,常采用动态连接形式，是否夹紧及是否采用自对准连接应根据具体情况确定。

对于舱门结构设计而言，结构件之间的连接大量采用铆钉、高锁螺栓、普通螺栓等紧固件直装配到一起。

但对于某些特殊位置，也会采用凸耳零件与U形接头的连接，这时往往采用夹紧型单销连接形式，确保结构件之间稳定连接。

图3为某型号飞机登机门滑梯包预位杆支座与边框的连接,其采用的便是夹紧型非自对准静态
对于舱门机构设计而言,连杆的使用十分广泛,如提升机构、增压预防机构、模式选择机构等常常采用各种杆机构来进行操纵力传递。

其中，连杆与各机构轴上曲柄、摇臂的连接是一种典型的凸耳与U形接头的连接。

图4为某型飞机登机门模式选择机构的一部分，其中连杆两端的连接采用的是夹紧型自对准形式，这种连接形式在舱门机构中尤为常见，在各飞机制造商各型号飞机登机门、货舱门、应急门上几乎皆有使用。

舱门机构设计较为复杂，不同部分可采用不同的连接形式。

图5为某机型货舱门打开机构示意图，其中铰接点A处为悬挂臂连杆与调整连杆连接,铰接点B处为悬挂臂连杆与悬挂臂的连接，该两处位置连接与典型连杆连接形式一致（如图4）,均为夹紧型自对准连接，因此铰接点C处悬挂臂连杆与悬挂臂的连接采用非夹紧型非自对
图4连杆的连接
准连接，如图6
所示。

其目的是
为了避免发生
应力装配，同时
铰接点A、铰接
点B可以实现自
对准调整。

对于一些
向外翻转打开
的舱门，如货舱
门、应急门等，
舱门与机身支
座的连接通常
也米用凸耳与U
形接头的连接
形式。

图7为某
型飞机翼上应
图5某型飞机货舱门打开机构示意图
图6铰接点C处连接
急门与机身支座的连接及其连接形式。

由图7可见，其中一侧连接为夹紧型连接，并在中间添加垫圈用于航向调整,另一侧采用非夹紧型连接,并且两端均为自对准型,两端不同的连接形式可确保整个舱门安装到机身时的装配可达性。

图7某型飞机应急门与机身连接示意图
2.3U形接头与U形接头的连接
U形接头与U形接头的连接主要用于U形接头两耳片距离比较大的连接区域。

图8为某型飞机货舱门手柄机构中手柄组件与翻板组件的连接及其连接形式，此连接采用夹紧型非自对准连接，单侧夹紧在最右侧耳边上，最左侧零件孔内压入的衬套为铰孔型衬套，可提高铰孔后衬套内孔之间的同轴度，提高装配可达性并且可以减小零件间的间隙量，旋转运动发生在间隔衬套与中间压入翻板的两凸缘衬套的内孔间，作为旋转配合的衬套选用自润滑衬套。

图8某型飞机货舱门手柄机构连接示意图
3耳片连接设计的基本原则
3.1避免应力装配
在单销连接设计时，如果采用夹紧形式的连接，应保证螺栓通过螺母、衬套等夹紧在U形接头单侧耳片上，并且应保证单侧耳片能够承受全部的轴向载荷。

图9所示的单销连接形式,U形接头的两侧耳片均被夹紧，这种夹紧形式的连接会产生装配应力，无论什么时候,这种连接形式都应该尽量避免采用
单耳零件
双耳零件
图9双侧耳片夹紧示例3.2零件保护
对于耳片单销连接设计，无论是凸耳与凸耳还是与U形接头的连接，在设计时都会尽量避免直接以零件孔作为旋转配合面，因为这样的设计在飞机整个服役期内极易对零
件造成磨损、破坏,不仅缩短零件检验、更换周期,还会对飞机安全性造成影响。

因此在单销连接设计时，在U形接头两个耳片孔内均安装衬套，在凸耳零件耳片孔内安装衬套或轴承，同时，要做好腐蚀防护处理。

3.3结构防腐考虑
对暴露在腐蚀环境中的机体结构应采取腐蚀防护措施，以保证所设计的飞机结构满足耐久性要求，使腐蚀、脱层、磨损及由腐蚀导致的其它损伤减至最低限度。

在单销连接设计时应控制接触腐蚀，在零件材料选择时应尽量采用同类别材料接触，当不同类别材料接触时会产生电化学腐蚀，因此需要在其中的一个零件上使用镀层或涂层来避免腐蚀的发生。

如舱门结构、机构中的凸耳零件、U形接头很多采用铝合金材料，而与之配合安装的衬套常采用不锈钢材料，其处理办法是选用带镀铝或镀镉的衬套（考虑到对环境的保护，可以尽量选择镀铝的衬套）。

为了进一步提高腐蚀防护能力，衬套安装时通常采用湿安装,并且进行填角密封处理。

按电化学腐蚀序列，常用材料分类如表1所示。

表1常用材料的类别4标准件选用
标准件被大类别材料
I镁及镁合金量应用于飞机结II镉钛镀层、镉、锌、铝及铝合金构设计当中，标III铁、钢（耐蚀钢除外）、铅、锡及其合金准件的使用可以
IV 铜、黄铜、青铜、镍及镍基合金、铬、钛、大量减少零件的
耐蚀钢、石墨、碳纤维复合材料总数量，减少对
工装的需求，便于规模化生产，并有利于售后维护及修理
工作，同时也是降低产品生产成本的一条有效途径。

在单
销连接设计时，螺栓、螺母、垫圈、衬套等标准件被广泛使
用，并且具有良好的可靠性和互换性气在标准件的选用
时应从适航、安全、强度、腐蚀防护、零件保护等多方面综
合考虑，对于不同型号项目，还应考虑采购难易程度、成
本控制、环境保护等。

4.1螺栓和螺母
应用于飞机舱门上的典型单销连接，螺栓通常选用
不锈钢抗剪型六角螺栓，抗拉型螺栓或其他高强度螺栓
可能被使用到夹紧与非夹紧连接形式当中，但必须由强
度部门确认后方可选用。

根据适航CCAR-25.607（a）要求，下列任一情况下，
每个可卸的螺栓、螺钉、螺母、销钉或其它可卸紧固件，必
须具有两套独立的锁定装置：1）它的丢失可能妨碍在飞
机的设计限制内用正常的驾驶技巧和体力继续飞行和着
陆;2）它的丢失可能使俯仰、航向或滚转操纵能力或响应
下降至低于本部B分部的要求[1]o因此，在螺母选用时通常
选择开槽自锁螺母，并配合使用开口销进行防松。

4.2垫圈
在单销连接设计中,垫圈的选用通常有两种形式,一
种是平垫圈，另一种是沉头垫圈。

垫圈的主要作用是保护
零件、调整间隙,调整轴向位置，增加接触面积等,沉头垫
圈主要用于螺栓头一侧,用于与螺栓头根部小圆角配合,
避免发生干涉,平垫圈主要用于螺母一侧或U形接头与凸
耳之间用来轴向调整等。

4.3衬套
衬套的种类很多，从结构形式上可分为带凸缘衬套
和不带凸缘的平衬套；从是否带润滑层可分为自润滑衬
套和非自润滑衬套；从内孔是否适用铰削可分为铰孔型
衬套和非铰孔型衬套。

在单销连接设计中，不带凸缘的普
通平衬套通常用来实现轴向夹紧。

凸缘衬套主要用于安
装在零件内孔内,使衬套内孔成为抗磨损表面,提供具有
较低摩擦力的摩擦面⑶，对于以衬套内孔为旋转配合面
时，通常适用自润滑衬套。

对于典型的凸耳与U形接头的
连接设计,U形接头一次耳片内通常安装铰孔型凸缘衬
套，其目的是安装衬套后进行铰削,从而提高连侧耳片内
孔同轴度，提高装配可达性。

图10所示为典型U形接头铰
孔型衬套使用示意图（图10中尺寸单位为英寸）O
凸缘衬套与U形接头耳片内孔通常采用过盈配合，合
理的过盈量可提高内孔抗疲劳性能。

内孔直径大于1in
时,衬套外圈与耳片内孔的过盈量通过控制在0.1%〜0.2%
左右，对于内孔直径小于1in时，衬套外圈与耳片内孔的
过盈量通常最小在0.1%左右,随孔径减小适当变大，但最
大不宜超过0.5%。

凸缘衬套材料通常选用不锈钢，压入铝合金零件孔
内,通常选用镀镉或喷涂铝表面处理方式,对于压入不锈
钢零件孔内，直接钝化即可。

铰孔型凸缘衬套材料常选用
铝青铜,铝青铜具有良好的耐磨性和抗腐蚀性，因此铰削
（下转第128页）
析[4]。

有限元模型包括轴头螺栓、辅叶轮、推力盘、电动机转子部件等。

将重力、推力轴承支反力，水的动反力轴向、辅叶轮+推力盘的剩余不平衡力（离心力）、电动机转子部件的剩余不平衡力（离心力）、单边磁拉力、上下导轴承支反力、辅叶轮和推力盘的陀螺力矩、电动机转子部件的陀螺力矩等作为动载荷。

在疲劳分析中采用了不包括螺纹的光杆模型模拟轴头螺栓。

有限元计算虽然对螺栓结构进行了一定的简化，但是与常规的疲劳强度校核相比，更好地考虑了结构细节、受力状态等，所以没有使用应力集中系数对应力结果进行修正；而采用了疲劳强度减弱系数对疲劳极限进行了修正。

在用有限元或理论方法进行螺栓螺纹疲劳分析时，由于很难模拟螺纹的实际结构和螺纹的真实连接状态,通常采用不包括螺纹的光杆模型进行模拟计算,通过疲劳强度减弱系数或应力集中系数来考虑螺纹的局部不连续效应，对计算结果进行修正。

轴头螺栓的有限元疲劳分析表明，轴头螺栓应力峰值未超过其材料的无限寿命的疲劳强度，理论上不会对轴头螺栓产生疲劳损伤，轴头螺栓可满足机组寿命要求。

根据疲劳强度理论,轴头螺栓不会发生疲劳断裂的危险。

（上接第122页）
换膜片组件的维护项目，加强联轴器原材料和制造过程的质量控制,能够有效防止联轴器断裂故障再次发生。

[参考文献]
[0]张展•联轴器、离合器与制动器设计选用手册[M].北京:机械工
业岀版社,2009.
⑵张浩民，周新光,文志民•金属膜片挠性联轴器设计计算[J]•机械
研究与应用,2003,06（3）：54-55.
[3]曾正明•实用钢铁材料手册[M].北京:机械工业岀版社,2005.4结论
0）经计算,螺栓应力峰值未超过其材料寿命的疲劳强度，不会对轴头螺栓产生疲劳损伤。

2）主泵电动机轴头螺栓断裂的原因是螺栓表面出现断裂源。

以下两点是导致断裂源出现的诱因:一是螺栓的螺纹采用车削加工，表面精度要求偏低，有明显的加工刀痕；二是主泵电动机轴头螺栓较样机硬度偏高、Ni含量低、断后伸长率和冲击值低,硬度偏高及冲击值低会使螺栓脆性增加，铁素体含量高于样机件，综合组织性能低于样机件。

[参考文献]
[0]成大先•机械设计手册:机械产品结构设计:第0卷[M].6版•北京:
化学工业岀版社,2006.
[2]孟勇•影响材料热膨胀系数的主要因素[J].工业计量,2005,05⑶:
6-9.
[3]林晓龙•高强度螺栓的应力分析及结构疲劳强度优化[D]•沈阳:
东北大学,2002.（责任编辑邵明涛）
作者简介:胡晓琦（0976—）,男,硕士,高级工程师,从事机械制造工作。

收稿日期:2020-03-26
[4]周新光，张浩民,马志军，等•联轴器圆环式膜片的疲劳寿命计算
[J].化工机械,2005,32（4）:226-229.
⑸王悦,刘雪岭•新型复合材料圆环联轴器膜片应力分析[J]•化工
机械,2009,36（6）:562-565.
（责任编辑邵明涛）
作者简介：潘翔（0983—），男，学士，高级工程师，从事核电厂机械设备管理工作。

收稿日期：2020-04-00
后无需另作表面处理。

5结语
本文以单销连接为研究对象，重点介绍应用于舱门上的典型单销连接形式。

详细介绍了单销连接应考虑的因素和应遵循的基本原则，同时对单销连接设计中常用标准件进行介绍。

本文所介绍的单销连接形式广泛应用于各型号飞机舱门中，可以为飞机设计人员在新型号舱门研制设计中提供一定参考。

[参考文献]
[0]运输类飞机适航标准:CCAR-25-R4[S].
[2]《飞机设计手册》总编委会•飞机设计手册2标准和标准件（上）
[M].北京:航空工业岀版社,2000:0-2.
[3]郑浩.民用飞机结构衬套修理及强度评估[J]•科技资讯，2007
（20）：003-006.（责任编辑马忠臣）
作者简介:王健（0990—）,男，学士，工程师，从事飞机设计工作。

收稿日期：2020-04-28
勘误
本刊2020年第7期第050页《关于提高切割材料利用率的验证分析及措施》一文中，作者胡兴伟的出生年为0988年。

特此更正。