民用飞机操纵系统的轴承选用

张伟，李敬，谢超

(中航通飞研究院有限公司，广东 珠海 590457)

民用飞机操纵系统使用轴承实现转动或摆动，其用量大，如某型民用飞机操作系统单机使用轴承达700套，因此，必须重视轴承的选用。轴承除了需符合飞机操纵系统自身的要求，还需符合适航要求。结合对民用飞机的研制经验，探讨了民用飞机操纵系统的轴承选用方法。

1 适航对操纵系统轴承的要求

民用轴承一般根据适航标准CCAR-25R4《运输类飞机适航标准》和CCAR-23R3《正常类、实用类、特技类和通勤类飞机适航规定》进行设计，其中紧固件和关节接头对操纵系统的轴承选用有直接影响。

1.1 紧固件

依据适航标准，重要部位紧固件需有2套锁定装置，且至少1套为非摩擦型的自锁方式。锁定装置指紧固件具有保险功能，以防止紧固件丢失或松开。飞机常见锁定装置分为摩擦型或非摩擦型，摩擦型包括弹簧垫圈、弹性垫圈和自锁螺母等;非摩擦型包括开口销、锁线(即保险丝)、卡紧螺母、止动垫圈、卡环等。

一方面操纵系统应易于拆卸，另一方面弹簧垫圈及弹性垫圈易损伤零件表面涂层，故选用“开槽自锁螺母+开口销”的锁定方式，但国内标准件体系尚不健全，标准件之间不能完全匹配，不能实现这种双套自锁方式，因而选用英制紧固件：MS14144(开槽自锁螺母)和NAS2813-2830(六角短螺纹抗剪螺栓)，其对应轴承也应选用英制尺寸。

国内公制轴承的采购周期比英制轴承短，故在操纵系统非重要部位仍选用公制轴承。可选用国产紧固件：HB1-403(六角槽形螺母)和HB1-106(六角头螺栓)，并配以开口销，此时只有1套锁定装置。必要时可增加使用HB6246(角形外舌止动垫圈)，但因该止动垫圈受空间限制只能安装在螺栓头一侧，其锁定效果有限，只能用于非重要部位的锁定。

1.2 关节接头

依据适航标准，有角运动的操纵系统的关节接头(在推拉系统中)，除了具有球和圆柱滚子轴承的关节接头外，用作支承的最软材料的极限支承强度必须具有不低于3.33的特殊安全系数。对于钢索操纵系统的关节接头，该系数允许降至2.0。对球和圆柱滚子轴承，不得超过允许的额定载荷值。

操纵系统一般选用球轴承和自润滑轴承。对于球轴承，其额定载荷不低于实际载荷。对于自润滑轴承，在硬式操纵系统中，轴承的额定静载荷应不低于实际载荷的3.33倍；对于钢索操纵系统，该安全系数允许降为2.0。

因安全系数越高，轴承的额定载荷增大，导致轴承的体积和质量增大，且自润滑轴承的空载启动力矩要远大于球轴承，不利于降低系统摩擦力，故操纵系统应优先选用球轴承，以减轻操纵系统的质量、体积和摩擦力，从而提高操纵系统的静动态性能。

2 操纵系统对轴承的要求

操纵系统[1]对轴承的要求如下：

1)低速摆动。操纵系统一般是平缓、低速操作飞机舵面，对于传递空间摆动的环节，其实际工况中调心角度最大可达到6°～8°。

2)低空载启动力矩。操纵系统需要较低的摩擦力以实现更高的跟随性，它使舵面的输出响应相对于飞行员输入的相位滞后增大，从而增大飞机响应延迟。

3)游隙小。操纵系统需要较低的间隙以保证飞机具有良好的杆力-杆位移曲线，确保飞行员有良好的操纵感。

4)尺寸小。受飞机内部空间限制，应选用体积较小的轴承。

5)质量小。鉴于飞机轻量化发展的需要，轴承质量也应尽可能小。

6)使用寿命长。飞机使用寿命一般不低于30年，要求操纵系统与其同寿命，因此也要求轴承有较长的使用寿命。

7)承受较大的突变载荷。操纵系统一般需要双向操纵飞机舵面，导致助力器后的线系会承受较大的交变载荷[2-3]。

8)可维护性好。应避免频繁地对轴承维护或润滑，故一般采用密封轴承或免润滑轴承。

9)轴承的安装固定方式可靠、易操作。轴承的安装固定方式对轴向承载能力以及轴承和装配件的性能和寿命有直接影响，飞机上曾数次发生因轴承安装方式不当而导致的产品不合格，甚至引发安全事故。

3 轴承的安装与固定

国内航空轴承的安装方法推荐采用HB 0-37—2003《轴承的安装与固定》，而国外航空轴承的安装方法推荐采用NAS 0331—2013。目前国内飞机操纵系统常用的几种安装及固定方法为：球形冲点收压轴承座;滚轮收压轴承座;压铆法(对轴承翻边);滚铆法(对轴承翻边)。另外，为方便轴承拆卸，可预先在轴承座中压入一个套筒或衬套，并对其进行收口来固定轴承，需要拆卸时，只需更换套筒或衬套即可。

轴承安装时，外圈与轴承座孔的配合公差、轴承座的表面粗糙度、轴承座厚度、倒角及收压方法均会对轴承安装固定后的质量产生影响。国外航空公司一般根据轴承外圈的实测值选配轴承座孔，通常采取过盈配合；国内航空公司对轴承座孔采用固定的公差带，一般采取过渡配合[4]。

若轴承固定后需承受轴向载荷，一般选用外圈带环槽的轴承，并对轴承外圈进行翻边(压铆法或滚铆法)。经验表明，仅靠模具载荷变化足以得到符合质量要求的收压结果，从而可降低收口模具以及轴承座的制造难度。

4 轴承选用

国外轴承标准包括产品标准及技术规范。产品标准规定了轴承的外形尺寸及公差、材料、游隙、热处理和性能数据等；技术规范规定了轴承的合格鉴定检验和质量合格检验的项目及原理。针对不同类型的轴承，均有专用的技术规范，可操作性强。国内航空轴承的技术规范为GJB 269A—2000《航空滚动轴承通用规范》，没有专用的产品标准，通常借用民用轴承的产品标准[5]。

根据适航标准及操作系统对轴承的要求，操纵系统的轴承选用见表1。

表1 操纵系统不同应用部位的轴承选用

5 结束语

结合适航标准和操纵系统要求，对民用飞机操纵系统的轴承选用进行研究。操纵系统的重要部位应采用英制轴承，以便于匹配到锁定效果可靠的紧固件，非重要部位可选用公制轴承。给出了操纵系统摇臂、拉杆和导向件等不同部位轴承的选用方法。该轴承选用方法已应用到国内某新型民用飞机操纵系统中，满足了使用需求，可为其他新型民用飞机的轴承选用提供参考。