民用飛機操縱系統的軸承選用

張偉，李敬，謝超

(中航通飛研究院有限公司，廣東 珠海 590457)

民用飛機操縱系統使用軸承實現轉動或擺動，其用量大，如某型民用飛機操作系統單機使用軸承達700套，因此，必須重視軸承的選用。軸承除了需符合飛機操縱系統自身的要求，還需符合適航要求。結合對民用飛機的研制經驗，探討了民用飛機操縱系統的軸承選用方法。

1 適航對操縱系統軸承的要求

民用軸承一般根據適航標準CCAR-25R4《運輸類飛機適航標準》和CCAR-23R3《正常類、實用類、特技類和通勤類飛機適航規定》進行設計，其中緊固件和關節接頭對操縱系統的軸承選用有直接影響。

1.1 緊固件

依據適航標準，重要部位緊固件需有2套鎖定裝置，且至少1套為非摩擦型的自鎖方式。鎖定裝置指緊固件具有保險功能，以防止緊固件丟失或松開。飛機常見鎖定裝置分為摩擦型或非摩擦型，摩擦型包括彈簧墊圈、彈性墊圈和自鎖螺母等;非摩擦型包括開口銷、鎖線(即保險絲)、卡緊螺母、止動墊圈、卡環等。

一方面操縱系統應易于拆卸，另一方面彈簧墊圈及彈性墊圈易損傷零件表面涂層，故選用“開槽自鎖螺母+開口銷”的鎖定方式，但國內標準件體系尚不健全，標準件之間不能完全匹配，不能實現這種雙套自鎖方式，因而選用英制緊固件：MS14144(開槽自鎖螺母)和NAS2813-2830(六角短螺紋抗剪螺栓)，其對應軸承也應選用英制尺寸。

國內公制軸承的采購周期比英制軸承短，故在操縱系統非重要部位仍選用公制軸承。可選用國產緊固件：HB1-403(六角槽形螺母)和HB1-106(六角頭螺栓)，并配以開口銷，此時只有1套鎖定裝置。必要時可增加使用HB6246(角形外舌止動墊圈)，但因該止動墊圈受空間限制只能安裝在螺栓頭一側，其鎖定效果有限，只能用于非重要部位的鎖定。

1.2 關節接頭

依據適航標準，有角運動的操縱系統的關節接頭(在推拉系統中)，除了具有球和圓柱滾子軸承的關節接頭外，用作支承的最軟材料的極限支承強度必須具有不低于3.33的特殊安全系數。對于鋼索操縱系統的關節接頭，該系數允許降至2.0。對球和圓柱滾子軸承，不得超過允許的額定載荷值。

操縱系統一般選用球軸承和自潤滑軸承。對于球軸承，其額定載荷不低于實際載荷。對于自潤滑軸承，在硬式操縱系統中，軸承的額定靜載荷應不低于實際載荷的3.33倍；對于鋼索操縱系統，該安全系數允許降為2.0。

因安全系數越高，軸承的額定載荷增大，導致軸承的體積和質量增大，且自潤滑軸承的空載啟動力矩要遠大于球軸承，不利于降低系統摩擦力，故操縱系統應優先選用球軸承，以減輕操縱系統的質量、體積和摩擦力，從而提高操縱系統的靜動態性能。

2 操縱系統對軸承的要求

操縱系統[1]對軸承的要求如下：

1)低速擺動。操縱系統一般是平緩、低速操作飛機舵面，對于傳遞空間擺動的環節，其實際工況中調心角度最大可達到6°～8°。

2)低空載啟動力矩。操縱系統需要較低的摩擦力以實現更高的跟隨性，它使舵面的輸出響應相對于飛行員輸入的相位滯后增大，從而增大飛機響應延遲。

3)游隙小。操縱系統需要較低的間隙以保證飛機具有良好的桿力-桿位移曲線，確保飛行員有良好的操縱感。

4)尺寸小。受飛機內部空間限制，應選用體積較小的軸承。

5)質量小。鑒于飛機輕量化發展的需要，軸承質量也應盡可能小。

6)使用壽命長。飛機使用壽命一般不低于30年，要求操縱系統與其同壽命，因此也要求軸承有較長的使用壽命。

7)承受較大的突變載荷。操縱系統一般需要雙向操縱飛機舵面，導致助力器后的線系會承受較大的交變載荷[2-3]。

8)可維護性好。應避免頻繁地對軸承維護或潤滑，故一般采用密封軸承或免潤滑軸承。

9)軸承的安裝固定方式可靠、易操作。軸承的安裝固定方式對軸向承載能力以及軸承和裝配件的性能和壽命有直接影響，飛機上曾數次發生因軸承安裝方式不當而導致的產品不合格，甚至引發安全事故。

3 軸承的安裝與固定

國內航空軸承的安裝方法推薦采用HB 0-37—2003《軸承的安裝與固定》，而國外航空軸承的安裝方法推薦采用NAS 0331—2013。目前國內飛機操縱系統常用的幾種安裝及固定方法為：球形沖點收壓軸承座;滾輪收壓軸承座;壓鉚法(對軸承翻邊);滾鉚法(對軸承翻邊)。另外，為方便軸承拆卸，可預先在軸承座中壓入一個套筒或襯套，并對其進行收口來固定軸承，需要拆卸時，只需更換套筒或襯套即可。

軸承安裝時，外圈與軸承座孔的配合公差、軸承座的表面粗糙度、軸承座厚度、倒角及收壓方法均會對軸承安裝固定后的質量產生影響。國外航空公司一般根據軸承外圈的實測值選配軸承座孔，通常采取過盈配合；國內航空公司對軸承座孔采用固定的公差帶，一般采取過渡配合[4]。

若軸承固定后需承受軸向載荷，一般選用外圈帶環槽的軸承，并對軸承外圈進行翻邊(壓鉚法或滾鉚法)。經驗表明，僅靠模具載荷變化足以得到符合質量要求的收壓結果，從而可降低收口模具以及軸承座的制造難度。

4 軸承選用

國外軸承標準包括產品標準及技術規范。產品標準規定了軸承的外形尺寸及公差、材料、游隙、熱處理和性能數據等；技術規范規定了軸承的合格鑒定檢驗和質量合格檢驗的項目及原理。針對不同類型的軸承，均有專用的技術規范，可操作性強。國內航空軸承的技術規范為GJB 269A—2000《航空滾動軸承通用規范》，沒有專用的產品標準，通常借用民用軸承的產品標準[5]。

根據適航標準及操作系統對軸承的要求，操縱系統的軸承選用見表1。

表1 操縱系統不同應用部位的軸承選用

5 結束語

結合適航標準和操縱系統要求，對民用飛機操縱系統的軸承選用進行研究。操縱系統的重要部位應采用英制軸承，以便于匹配到鎖定效果可靠的緊固件，非重要部位可選用公制軸承。給出了操縱系統搖臂、拉桿和導向件等不同部位軸承的選用方法。該軸承選用方法已應用到國內某新型民用飛機操縱系統中，滿足了使用需求，可為其他新型民用飛機的軸承選用提供參考。