航空機(jī)加件設(shè)計流程研究

趙彩霞

摘 ?要：文章通過對航空（飛機(jī)）結(jié)構(gòu)設(shè)計中機(jī)加件的設(shè)計過程的研究，把機(jī)加件設(shè)計的流程分為三個階段，即初步設(shè)計階段、詳細(xì)設(shè)計階段及三維標(biāo)注階段，并對每個階段的內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)的說明，同時還總結(jié)了設(shè)計要點(diǎn)。此流程為設(shè)計員在該方面的設(shè)計工作提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：飛機(jī);機(jī)加件;設(shè)計;流程

中圖分類號：VTP391.7 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2015）35-0005-02

在航空產(chǎn)品中零件的種類很多，按加工制造方法分為機(jī)加件、鈑金件、焊接件、鑄件及復(fù)合材料件等，其中機(jī)加件在飛機(jī)的零件中占有一定的比例。常見的機(jī)加件有整體壁板、大梁、加強(qiáng)肋、重要接頭、搖臂等。

本文通過本人參加的幾個飛機(jī)型號的結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)，對機(jī)加件的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了歸納、總結(jié)，整理出了機(jī)加件的設(shè)計流程，為設(shè)計員在進(jìn)行機(jī)加件設(shè)計時提供參考資料。

1 ?機(jī)加件設(shè)計的基本要求

飛機(jī)零件設(shè)計是飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計中很重要的工作，以工作量而言，零件設(shè)計工作占飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計工作一半以上。零件設(shè)計基本要求有四個方面：

①滿足強(qiáng)度和剛度要求;

②長壽命和高可靠性;

③盡可能減輕零件重量;

④良好的使用性、工藝性和經(jīng)濟(jì)性。

顯然，這些要求可能是彼此矛盾和相互制約的，就某一具體零件來說，不可能同時滿足，因此需要設(shè)計員針對具體零件進(jìn)行認(rèn)真分析，權(quán)衡利弊，在保證其性能要求的前提下力求盡量滿足要求。

2 ?機(jī)加件的設(shè)計流程圖

機(jī)加零件設(shè)計分為三個階段，即初步設(shè)計階段、詳細(xì)設(shè)計階段及三維標(biāo)注階段。按照此三個階段，機(jī)加件設(shè)計的流程圖，如圖1所示。

3 ?初步設(shè)計階段

在開始進(jìn)行零件設(shè)計時需要給出輸入條件，包括外形設(shè)計基準(zhǔn)、承力構(gòu)件基準(zhǔn)、強(qiáng)度分析報告、優(yōu)化設(shè)計結(jié)果。總體室會提供外形設(shè)計基準(zhǔn)，即理論外形數(shù)模，包括外形曲面、框平面、長桁軸線、梁平面等及重要承力構(gòu)件的基準(zhǔn)等，根據(jù)理論外形數(shù)模確定該機(jī)加件在飛機(jī)坐標(biāo)系下的具體位置。強(qiáng)度室會提供初步強(qiáng)度分析報告，根據(jù)該零件的受力大小初步確定零件的材料及厚度。根據(jù)初步優(yōu)化設(shè)計結(jié)果確定零件的形狀、輪廓尺寸和截面形狀。

3.1 ?確定零件的材料

根據(jù)該零件在機(jī)身的位置及受力情況選擇合適的材料，在選擇材料時要考慮比強(qiáng)度、比剛度及抗疲勞斷裂性能。此外，還要兼顧環(huán)境穩(wěn)定性、耐腐蝕等。對運(yùn)動零件應(yīng)考慮耐磨性。

3.2 ?確定零件的截面形狀

根據(jù)零件所受載荷的類型和裝配協(xié)調(diào)的實(shí)際情況，可選用Γ、Τ、ㄈ、工、Л、O、□形。

受軸力的長桿形零件宜選用Γ、Τ形截面;承受彎距的梁宜選用ㄈ、工形截面;承扭的梁宜選用O、□形截面;而一般的接頭支座宜選用ㄈ、Л形截面。零件的截面尺寸應(yīng)根據(jù)載荷大小進(jìn)行等強(qiáng)度設(shè)計，以減輕重量。

3.3 ?確定零件的腹板和緣條厚度

考慮工藝制造，機(jī)加零件腹板厚度按腹板面積大小確定最小腹板厚度。通常按照緣條的高度確定緣條的厚度。除下陷區(qū)外，機(jī)加框、梁零件，尤其是加強(qiáng)框的緣條均按均勻厚度設(shè)計，不允許出現(xiàn)臺階。

3.4 ?階段總述

零件完成初步設(shè)計后提交給強(qiáng)度進(jìn)行初步計算，如果滿足初步設(shè)計要求，則進(jìn)入詳細(xì)設(shè)計階段，如果不滿足則進(jìn)行修改直到滿足設(shè)計要求。

4 ?詳細(xì)設(shè)計階段

零件完成初步設(shè)計后就進(jìn)入詳細(xì)設(shè)計階段，此階段工作量較大，需要確定很多尺寸。

4.1 ?筋 ?條

為了增加穩(wěn)定性，在框零件的腹板上需要加筋條。加筋條時，為了保證傳力直接，一般應(yīng)在應(yīng)力集中傳遞方向上加筋條。建議筋條高度和筋條厚度之比不大于10。

4.2 ?孔邊凸臺

在腹板上需要開孔時，孔緣必須局部加強(qiáng)，以降低孔周圍的應(yīng)力水平，最好采用對稱的腹板凸臺來消除偏心。

4.3 ?下 ?陷

當(dāng)零件與其他零件相配合存在階差，或?yàn)檠a(bǔ)償由于偏心傳力而產(chǎn)生的局部彎曲，或?yàn)榱朔奖愎に嚂r，需要在零件上增加下陷。機(jī)加零件的下陷與鈑金零件的下陷不同，鈑金零件的下陷通常是等厚度而機(jī)加件下陷則采用局部加厚。下陷的深度與相配合零件的厚度相同。根據(jù)排布緊固件的個數(shù)及間距和邊距確定下陷長度。

4.4 ?零件開孔

零件上開孔的位置應(yīng)盡量交錯排列，以避免對零件截面削弱過大，但在靜強(qiáng)度許可時，緊固件孔宜采用雙排或三排平行排列，以降低孔邊應(yīng)力集中。

4.5 ?轉(zhuǎn)角半徑

轉(zhuǎn)角半徑應(yīng)盡量統(tǒng)一，以減少道具種類和加工工序。一般情況下，鈦合金機(jī)加件的轉(zhuǎn)角半徑選為R8，鋼制機(jī)加件的轉(zhuǎn)角半徑選為R8，鋁合金機(jī)加件的轉(zhuǎn)角半徑選為R6。為特殊考慮連接或疲勞細(xì)節(jié)設(shè)計的情況，可以適當(dāng)減小或加大轉(zhuǎn)角半徑。

4.6 ?設(shè)計要點(diǎn)

①零件上力的傳遞路線力求最直接、最短，去掉不增加強(qiáng)度的多余材料;

②應(yīng)盡可能用直線、平面或直線母線的旋轉(zhuǎn)體來設(shè)計零件形狀，以方便加工;

③結(jié)合面選擇應(yīng)合適，盡量減少和縮小基準(zhǔn)面和精加工面;

④盡量考慮用外部加工表面代替內(nèi)部加工表面，特別是起落架、作動筒等深孔零件。

4.7 ?階段總述

當(dāng)零件完成詳細(xì)設(shè)計后，強(qiáng)度部門進(jìn)行第二輪強(qiáng)度計算;工藝部門介入，進(jìn)行工藝審查;計算零件的重量，檢驗(yàn)零件是否超重。以上的工作完成后反饋給設(shè)計，如有問題，對零件進(jìn)行修正，直到滿足詳細(xì)設(shè)計要求，之后進(jìn)入三維標(biāo)注階段。

5 ?三維標(biāo)注階段

隨著科技水平的提高，設(shè)計進(jìn)入無紙化階段，零件的所有信息都由數(shù)模傳遞，而不用繪制二維工程圖紙。因此，零件的技術(shù)要求等與加工有關(guān)的信息都在數(shù)模中完成，也就是要對零件進(jìn)行三維標(biāo)注。三維標(biāo)注的內(nèi)容有以下幾個方面。

5.1 ?尺寸公差

除非特別規(guī)定，零件的一般尺寸公差按HB5800-1999執(zhí)行。對于加強(qiáng)框的緣條、筋條和腹板，需要特殊標(biāo)注的，建議按正負(fù)差給出，一般緣條公差±0.2 mm，腹板公差±0.15 mm。

5.2 ?形位公差

形位公差包括同軸度、垂直度和平行度、位置度等，以滿足零件裝配協(xié)調(diào)關(guān)系。選用的形位公差等級原則上應(yīng)與尺寸公差等級相適應(yīng)，重要零件或配合要求高的部位選用6～7級，一般零件選用8～9級，無配合或配合要求不高的部位選用12級。

5.3 ?表面粗糙度

對于關(guān)鍵件或重要件，圓角處或耳片外表面及耳孔處一般要求表面粗糙度小于Ra1.6，其他部位要求Ra3.2。與配合公差相適應(yīng)的表面粗糙度及其級別的適用范圍參見《飛機(jī)設(shè)計手冊》第10冊。

5.4 ?軋制方向或纖維方向

由于材料的縱、橫方向在力學(xué)性能上有一定差異，板材的軋制方向或鍛件的纖維方向比其他方向強(qiáng)度高一些，因此應(yīng)使零件的主受力方向與板材的軋制方向或鍛件的纖維方向一致。

5.5 ?工藝定位孔

工藝定位孔是機(jī)械加工和裝配時用于固定零件的孔，一般需與工藝人員協(xié)商統(tǒng)一確定位置，并最好與系統(tǒng)通孔共用。

5.6 ?熱處理

零件在完成機(jī)械加工后一般應(yīng)進(jìn)行熱處理以消除加工應(yīng)力并提高零件的力學(xué)性能，所以在零件三維標(biāo)注上要標(biāo)出熱處理要求，按照所選的材料選擇合適的熱處理，并注明熱處理檢驗(yàn)的類別以及σb值。

5.7 ?表面處理

表面處理能使零件表面具有一些特殊性能，如電鍍、涂層等，達(dá)到控制腐蝕或耐磨、耐熱等目的。根據(jù)零件的材料及表面處理的目的選擇不同的表面處理方法。

5.8 ?無損檢驗(yàn)

零件加工完成后要對零件的表面、內(nèi)部缺陷或組織不均勻等進(jìn)行檢查，常用的方法是無損檢驗(yàn)。根據(jù)零件的材料和使用部位、功能等選擇合適的無損檢驗(yàn)方法及檢驗(yàn)類別。

5.9 ?階段總述

完成零件的三維標(biāo)注后基本就完成了零件的設(shè)計，然后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化審查、校對和審核，如有問題返給設(shè)計員進(jìn)行修改;如符合發(fā)圖要求，則經(jīng)過批準(zhǔn)后發(fā)放零件數(shù)模到生產(chǎn)車間進(jìn)行制造。至此，機(jī)加件的設(shè)計流程也就全部結(jié)束。

6 ?結(jié) ?論

綜上，本文繪制了完整的機(jī)加件設(shè)計流程圖，并對流程圖內(nèi)的步驟進(jìn)行了詳細(xì)的說明，還總結(jié)了零件的設(shè)計要點(diǎn)。該流程圖有助于設(shè)計員完成機(jī)加件的設(shè)計任務(wù)，使他們少走彎路，快速掌握機(jī)加件的設(shè)計技巧，設(shè)計出符合功能要求、工藝性良好、成本低、重量輕的零件。

參考文獻(xiàn)：

[1] 《飛機(jī)設(shè)計手冊》總編委.飛機(jī)設(shè)計手冊第10冊“ 結(jié)構(gòu)設(shè)計”[M].北 ? 京：航空工業(yè)出版社，2002.

[2] 《飛機(jī)設(shè)計手冊》總編委.飛機(jī)設(shè)計手冊第9冊“載荷、強(qiáng)度和剛度”

[M].北京：航空工業(yè)出版社，2002.