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）

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0.75 in带润滑脂润滑的连接和销/螺栓直径大于1.0 in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0.75 in带润滑脂润滑的连接和销/螺栓直径大于1.0 in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连接。

图3 支座与边框连接

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。

图4 连杆的连接

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采用凸耳与U形接头的连接形式。图7为某型飞机翼上应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5 某型飞机货舱门打开机构示意图

图6 铰接点C处连接

图7 某型飞机应急门与机身连接示意图

2.3 U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。

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。

4 标准件选用

表1 常用材料的类别

标准件被大量应用于飞机结构设计当中，标准件的使用可以大量减少零件的总数量，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[2],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]。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[3]，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）。

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1 in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1 in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，因此铰削后无需另作表面处理。

图10 铰孔型衬套使用示意图

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。