航空发动机设计图样典型标准化问题分析

张 敏

（中航工业沈阳发动机设计研究所，沈阳 110015）

0 引言

标准化工作在航空发动机型号研制中具有十分重要的作用，贯穿于产品研制的全过程。在产品设计阶段，制定相关标准、贯彻标准以及监督检查标准执行情况是标准化工作的主要任务，而对标准的监督检查则显得尤为重要。通过检查，使企业获得贯彻标准情况反馈信息，及时掌握采用标准方面的短缺状况，了解设计人员对标准理解的分歧程度，发现设计工作中重复出现的标准化问题并及时加以解决，以保证和提高产品质量。

本文对航空发动机设计图样中的基准、表面及其应用和尺寸标注等典型标准化问题进行了比较和分析。

1 基准、表面及其应用

在相关标准中对基准、表面的定义如下：

基准，即理想基准要素，是确定要素间几何关系的依据，分为基准点、基准直线和基准平面。

表面，视图中实际存在的表示面的轮廓线或面。

从定义看，当基准为面时，基准、表面均指视图中的面，似乎有类同之处，实质上基准、表面是2个完全不同的概念：基准面指的是由实际表面建立的理想表面，该理想表面的位置是符合最小条件的，往往用模拟法来表示该基准面；而表面为实际要素。不能将基准、表面混为一体。

从表现形式看，基准应与位置公差要求成对出现，而表面则是在设计者对某实际面有具体的技术要求（如镀涂、特殊加工等）时使用。也就是说，基准是针对形位公差而设，表面常与技术要求相关。在设计图样上，基准用基准代号表示，即用基准符号（加粗的短划）、圆圈、连线、大写拉丁字母的组合表示基准；表面则是用指引线加大写拉丁字母表示。表示基准、表面的大写拉丁字母可以相同，如基准用A，表面亦可用A。但同样为A，从设计到加工检验，工程技术人员的理解是不相同的，即，基准之处A表示带圈的要素所指的点、线或面，表面A表示指引线所示的实际轮廓线或面。在设计图样上，当基准符号与尺寸线对齐时是指中心轴线（或中心平面），基准是在实际中心轴线（或中心平面）的位置上抽象出的理想线或面；当基准符号与尺寸线错开时，基准是指在实际表面（或直线）的基础上建立的理想表面（或理想直线）。

从以上2方面分析可知，基准与表面是2个不同的概念，是不能相互替代使用的。

设计人员在实际应用中，常将基准与表面混用，即在图样上仅标注基准，若对表面有要求，则直接用基准代号来表示，这是错误的，尤其是当基准为中心轴线（或中心平面）时，用基准代号代替表面更是严重错误。该基准是在实际中心轴线（或中心平面）的位置上抽象出的理想线或面，是假想的、抽象的，而表面应是实际的存在的视图要素，此时，简单地用基准符号代替表面，表面是指中心平面，该中心平面不是实际存在的表面，不可能对其提出技术要求；指外轮廓面，设计者并没有引注出表面，或对哪个表面提的技术要求，在这种情况下用基准代替表面，其表述结果不惟一，会造成加工、检验过程中相关人员的理解上产生分歧，极易出现偏差，导致零件或组件质量不合格，甚至造成整机报废。

这是设计人员对所贯彻的标准的理解不透彻造成的，标准化检查时应及时发现并纠正这一错误，指导设计人员给出正确合理的标注。

基准是在实际要素之上建立的理想要素，表面是实际要素，原则上应各自符合其规定的标注及使用方法，当基准的实际表面和表面所指为同一实际表面，且仅在尺寸密集无合适位置标注表面时，允许用基准代号中的拉丁字母来表示表面；当基准符号与尺寸线对齐标注时，严禁用基准代号中的拉丁字母代替表面。

2 标注

在设计图样上，基本尺寸标注的形式如图1所示。针对选定的尺寸基准，设计图样上的尺寸标注经常会出现塔式、链式、坐标式等多种形式。其中坐标式的尺寸标注应用最为广泛，也是设计人员标注时易出错误的形式。另外还有某些特殊尺寸、键槽形孔等尺寸的标注因其本身的特殊性，标注形式极不规范，因此有必要对上述标注进行分析，研究适合其特点的、合理的标注形式。

图1 基本尺寸标注样例

2.1 坐标式的尺寸标注

坐标式的尺寸标注是从同一基准出发来标注结构要素位置尺寸的1种标注形式，如图2（a）所示。该类标注在图样上频繁出现，为简化其标注，允许采用如图2（b）所示的标注形式。简化标注不仅可以节省尺寸标注空间，而且对结构要素位置的确定更形象直观。但是相关标准对简化标注没作过多规定，因此图样上简化标注形式多样，有许多标准化问题值得考虑。

图2 简化标注样例

坐标式简化标注需要1个共同的坐标横轴（或纵轴），这个坐标轴就是尺寸标注的设计基准，该基准是标注尺寸的起点，一般叫0基准，它是根据零件功能及结构与工艺要求用以确定面、线或点的位置所依据的面、线或点。在标注结构要素的位置时，涉及的尺寸数值类型根据设计要求有多种，如按其用途可分为实际设计尺寸、参考尺寸、理论正确尺寸等，按种类可分为线性尺寸、非线性尺寸等。对于不同尺寸数值，共用“0”基准标注或采用同一坐标系标注的合理性与适用性值得商榷。

因发动机设计图样十分复杂，图样上常出现实际设计尺寸、理论正确尺寸的混合坐标式简化标注，也常出现实际设计尺寸（或参考尺寸、理论正确尺寸）的线性尺寸和非线性尺寸的混合标注，此时设计者往往在坐标轴起始处标“0”，不同类型的尺寸共用同一坐标体系。这种作法不妥当。以下问题值得考虑：用1个“0”基准能否涵盖所有尺寸数值类型的设计起点。“0”基准是否应随尺寸类型改变变化。如尺寸为角度尺寸，与线性尺寸共用1个“0”基准标注是否可行。不同尺寸数值类型混合标注是否会造成视图错觉，能否影响加工检验。

假想将坐标式简化标注形式还原成一般形式，那么“0”也可看作是1个数值为0的尺寸，则该0尺寸的数值类型原则上应与结构要素位置尺寸的类型一致，根据尺寸数值类型的变化而变化，也就是说“0”基准有线性和非线性之分、有实际、参考和理论之分，“0”基准的标注类型应与尺寸数值类型一致，仅标注1 个“0”是错误的。

鉴于上述分析可知，不同类型的尺寸数值混合标注显然不合适。如将实际设计尺寸与参考尺寸混合标注，加工、检验时有可能仅注意尺寸“0”基准附近处尺寸类型，或可能造成2类尺寸数值混淆现象，加工、检验时将必检尺寸当作参考尺寸，造成产品不合格事故。该类尺寸简化标注时，不同尺寸数值类型应采用不同坐标轴系标注，且应标注不同的“0”设计基准。

另外，坐标式尺寸标注应符合坐标的特点，尺寸数值应标注在坐标轴交汇处，当尺寸密集采用指引线引注时，指引线应指向坐标交汇点。

在实际应用中，设计人员常存在如下错误：没有标注基准、不同尺寸类型共用1个基准、不同类型尺寸共用1个坐标体系标注、尺寸数值没有标注在坐标交汇点等。通过上述分析，望今后能有相关标准将某些易出错的问题规范化，使设计人员有据可依。

2.2 特殊尺寸的标注

图样上常出现一些按正常方法无法标注的尺寸：如角度极其微小，正常标注根本无法看清楚；如发动机叶片中心型面上有2个特殊点确定的尺寸，正常标注时可能与投影线重合，不能突出2个特殊点等。

为表示清楚该类尺寸，设计人员往往采用如图3所示的形式。然而图中的标注只注意了使尺寸清楚，而忽略了尺寸标注的基本要求。尺寸标注由尺寸界线、尺寸线和尺寸数值构成，其中，尺寸界线应是该尺寸的边界线，是投影线（或面）的延伸线，在图3中L和α的尺寸标注中，边界线采用弯折形式，已无法清楚地表示尺寸到底有哪条轮廓线构成。显然如图3所示的形式不正确。

合理标注该类特殊尺寸，允许采用夸大画法或示意画法，但不应违背尺寸标注的基本要求，或采用制图中规定的用2条平行斜线做尺寸界线的标注形式，实际尺寸以图样上给定尺寸为依据。

图3 某叶片型面尺寸标注

2.3 盘类零件尺寸的标注

发动机图样中的盘类零件较多。盘类零件的主体部分为1组同轴的圆柱面，通常以轴线水平放置作为主视图，径向尺寸一般应在主视图标注。在特殊情况下，也可在反映端面形状的视图中体现。按标准规定，此时标注一系列同轴径向尺寸时，应绘出圆心位置，从圆心引出各径向尺寸线。但是在发动机图样设计中，该径向尺寸一般较大，直接从圆心引出标注时需占用的空间也较大，虽然机械制图中允许采用示意标注法，即示意画出中心，从中心处引出折叠尺寸线来标注较大的径向尺寸，但是还不能更有效地节约空间，有时可能出现仅仅为标注该尺寸而加大图样幅面的情况。为适应发动机研制的特点，合理标注该类尺寸，通过多方面综合研究认为：发动机中的盘类零件要在端面视图中标注径向系列尺寸时，在不致引起误解的情况下，可以省略圆心，仅标注一系列呈放射状分布的径向尺寸线，但应特别注意的是放射状分布的径向尺寸线延长后应能明显交汇于1点。盘类零件尺寸标注如图4所示。

2.4 键槽形孔的尺寸标注

键槽形孔在发动机设计图样中经常出现，因这类孔的槽宽与圆弧转接半径有关，所以尺寸标注具有特殊性。

键槽形孔按槽宽与圆弧转接半径的关系有以下2类情况：

（1）圆弧半径实际尺寸由槽宽决定，可随尺寸变化，即圆弧与槽是相切关系；

（2）圆弧半径实际尺寸大于槽的宽度，即圆弧与槽不相切。

对于第2类孔，因圆弧与槽不相切，在进行尺寸标注时要分别给出槽的结构尺寸和转接半径尺寸，其标注形式如图5（d）所示。该类键槽形孔不常出现，设计人员一般能正确表达设计意图。

对于第1类孔，因圆弧与槽相切，不能简单地给出槽的结构尺寸和转接半径尺寸。设计人员在标注时首先要考虑到加工方法和设计孔的用途，然后再考虑如何标注槽的结构要素尺寸，如何给出转接圆弧标注，尽量做到既不出现重复性尺寸标注，又能满足设计、加工要求。按下列方法标注较为合理。

图4 盘类零件尺寸标注

（1）对键槽形孔无特殊功能要求及特定加工方法时，应给出键槽形孔的长度、宽度数值和两端半径符号 R；如图 5（a）所示。

（2）用于可调节连接螺栓距离的键槽形孔，应给出转接圆弧半径数值及中心距，如图5（b）所示。

（3）当键槽形孔需要铣削加工时，应给出槽宽度数值、转接半径符号R及中心距，如图5（c）所示。

图5 键槽形孔尺寸标注

鉴于上述分析，设计人员在标注键槽形孔的尺寸时，应慎重考虑，给出合理、正确的标注。

3 结束语

通过对发动机设计图样上的这2类标准化问题分析认为，标准化检查在产品研制中确实具有十分重要的意义，标准化工作人员应深入设计现场，及时获取标准的应用信息，及时对设计人员进行标准的宣传，对一些没有直观依据的、容易引起歧义的标准化问题认真研究分析，最好提出合理的解决方案，并向标准化部门提出合理化建议。通过长期的标准化监督检查，真正让标准为设计所用，保证型号设计图样和技术文件的质量，更好地为产品研制服务。

[1]航空发动机设计手册编委会，航空发动机设计手册：第2册[M].北京：航空工业出版社，1999.

[2]汪凯.国家标准机械制图应用指南[M].北京：中国标准出版社，1985.

[3]西安航空发动机公司.工程图样解释[M].西安：西安航空发动机公司，1990.