一種直升機機頭罩連接設計

劉喆 陳廷浩

摘 要：針對直升機機頭罩拆卸、安裝使用需求，以及裝配過程中遇到的裝配困難問題，通過一種可調整墊片，實現了機頭罩連接件三自由度自由調整的功能。通過尺寸公差分析，提出一種利用螺栓孔直徑最小閾值解決可調整墊片帶來的最小調整量問題。

關鍵詞：機頭罩;連接設計;尺寸公差分配

中圖分類號：TB 文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2021.14.081

0 引言

直升機機頭罩為典型的曲面結構件，其裝配過程中往往會應用到多種工裝、夾具、量具，且裝配過程中普遍存在零件定位不準確、裝配間隙大、結構件之間相互干涉、鉚釘裝配間距不足、裝配后機頭罩打開或者關閉困難等問題。因此，設計員在設計期間，就需要對產品設計方案進行尺寸公差設計，判斷各零件的精度對裝配后機頭罩功能的影響程度，優化結構件尺寸公差設計方案，提高產品裝配質量和效率，解決產品因公差分配問題出現的使用故障。然而尺寸公差設計在直升機結構工程設計中應用較少，裝配過程中往往使用可剝墊片或者打磨來處理間隙問題和干涉問題，增加了裝配時間和人力成本以及產品不合格率。

本文以直升機機頭罩設計為例，通過機頭罩零部件尺寸公差分析及裝配方法，提出一種快速裝配、調整機頭罩與機體結構安裝間隙的一種設計方案。

1 技術方案

1.1 設計要求

因機頭罩設計時需要考慮機身氣動外形、開啟頻率、重量、受力形式、密封、維修便捷性等多方面要求。如圖1所示，該機頭罩由2個銷軸限位裝置、1個X向碰撞限位裝置、4個可調鎖（Q/16S 533 2015）連接。拆卸時只需要兩步，首先抽拉可調鎖的拉環，打開可調鎖，然后拔出機頭罩，安裝同理。

1.2 角盒組件設計

角盒與可調整墊片的接觸面為齒條，用于調整并控制裝配間隙，同時增加摩擦力，防止零部件裝配后受力發生滑動。如圖2a和2b所示，角盒A和角盒C分別與機頭罩和機身裝配。4個角盒與可調整墊片通過螺栓進行裝配，螺栓直徑為M5。角盒螺栓通孔設計為腰形孔如圖2c所示，腰形孔長度方向（調整間隙方向）為齒條縱向。

襯套是指用來達到密封、防止主結構和銷軸磨損的配套件，一般將設計時襯套的硬度和耐磨損性低于主結構和銷軸，方便后期襯套磨損后進行更換，降低了主結構和銷軸的更換頻率，從而降低成本。

在機頭罩連接中，襯套與主結構（角盒D）無相對運動，不存在磨損，兩者之間為過盈配合Φ13H7u6。襯套與銷軸之間為抽插運動，采用間隙配合Φ10H8f7。考慮到襯套與銷軸的耐磨性，銷軸材料選擇硬度和強度較高的青銅QAl10-3-1.5，襯套材料選擇不銹鋼0Cr18Ni9，降低了長期使用導致的磨損問題。

1.3 可調整墊片設計

可調整墊片與角盒之間的接觸面為齒條，同一可調整墊片兩個接觸面的齒條方向垂直。當調整某一個自由度時，只需要調整該角盒與可調整墊片之間的齒形縱向貼合面。如圖3a所示，可調整墊片與角盒B之間的貼合面為齒條接觸面，如圖3b所示，可調整墊片與角盒A之間的貼合面為齒形面，齒條間距為1mm，可調整墊片調整的最小量為1mm。

在該機頭罩調整過程中，通過可調整墊片與角盒A之間的齒條可對銷軸組件Z方向位置進行調節，通過可調整墊片與角盒B之間的梯形嚙齒可對銷軸組件X方向位置進行調節。在機身上，同樣有2個角盒與1個可調整墊片，通過可調整墊片與角盒C之間的齒條可對銷軸組件Y方向位置進行調節，通過可調整墊片與角盒D之間的齒條可對銷軸組件X方向位置進行調節。由此得知，可調整墊片的設計將機頭罩與機身裝配的誤差控制在了1mm以內。

1.4 孔尺寸公差設計

可調整墊片齒條的齒距為1mm，查標準《GB/T 10096-88齒條精度》可知，可調整墊片齒距偏差Δfpt=0.014mm，得到齒距公差為0.028mm，所以可調整墊片裝配的極限偏差為1.028mm。

螺栓選擇M5的螺栓，設計采用螺栓孔來平衡齒條帶來的極限偏差，所以螺栓孔的直徑最小應為Φ6.028mm。公稱尺寸為Φ6mm，下極限偏差為EI=Dmin>0.028mm。查標準公差數值表可知基本尺寸為6mm、EI>0.028mm的螺栓孔公差為6D7（0.0420.03）。由此得到，可調整墊片和角盒的螺栓通孔為Φ60.0420.03mm。

2 裝配設計

裝配時直升機置于工位中，根據第一套工裝，對其中一組銷軸限位裝置的銷軸進行定位。確定第一個銷軸的位置，銷軸的軸線對基準體系XY平面、ZX平面有位置度公差要求，碰撞限位平面與YZ平面有位置度公差要求。

第二套工裝是基于第一套工裝進行定位，第二組銷軸限位裝置的銷軸相對于第一個銷軸有平行度公差，同時，兩組銷軸限位裝置、X向限位裝置的碰撞限位平面有一個位置度公差，機頭罩限位裝置與機身結構限位裝置的碰撞限位平面之間應無間隙。

根據這兩套工裝可以將此襯套、角盒、可調整墊片、可調鎖等零部件進行裝配，即使機身或者機頭罩變形，也可以通過可調整墊片進行調整，避免了裝配后機頭罩拆卸、安裝困難的問題。

3 密封性設計

由于機頭內部裝有設備，機頭罩設計需要考慮密封性設計。而機頭罩材料為復合材料，剛性較差，在變形后與機身結構貼合性變差，導致直升機經常會產生漏水問題，為解決這一問題，機頭罩與機身之間采用σ型密封硅橡膠圈進行密封，并在使用過程中通過可調墊片與角盒之間的齒條對σ型密封橡膠圈的壓縮量進行調整，保證機頭罩的密封性。

4 結語

機頭罩是直升機的重要結構部件，其連接設計能直接影響直升機的維護功能與飛行安全，針對機頭罩連接裝配間隙問題，提出了一種有效解決裝配間隙的方法：

（1）設計出一種齒條狀可調整墊片，通過機頭罩和機身結構上各一套可調整墊片，實現了機頭罩連接件三自由度調整，這種裝配方法提高了機頭罩的裝配效率并能有效解決機頭罩的密封問題。

（2）通過尺寸公差分析，提出了一種利用螺栓孔直徑最小閾值的方式來解決可調整墊片齒條齒間距的最小調整量，提高了機頭罩的裝配成功率。

參考文獻

[1]王寶忠.飛機設計手冊第十冊[M].北京：航空工業出版社，2000.

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