新型航空销钉快卸锁的标准化研制

王宗武徐梅香张 哲张宗华常志刚

（1 中航工业综合技术研究所，北京 100028；2 中国直升机设计研究所，江西 景德镇 333000）

新型航空销钉快卸锁的标准化研制

王宗武1徐梅香2张 哲1张宗华1常志刚1

（1 中航工业综合技术研究所，北京 100028；2 中国直升机设计研究所，江西 景德镇 333000）

针对销钉快卸锁使用中暴露出的互换性差、可靠性不高、性能指标偏低等一系列问题，通过开展新型航空销钉快卸锁的标准化研制，将标准化与产品研制同步，丰富了产品种类，固化了产品性能指标，有效提高了销钉快卸锁的通用性，还通过试验验证产品具有较高的可靠性水平，满足了各型飞机的使用需求。

销钉快卸锁；标准化；研制

销钉快卸锁是一种旋转式轻型承力锁，具有体积较小、结构简单、开启方便、自锁能力强、能承受一定拉伸力和剪切力、使用安全可靠等特点，在飞机机体中广泛应用于经常拆卸的口盖部位，给飞机维护带来较大的方便，提高维护效率。

我国最早从某型直升机引入销钉快卸锁的应用，并逐步实现国产化生产与供应，多年来一直应用于国内各型飞行器上，它或与铰链配合，或单独成组使用，用于小型检查口盖、电气设备口盖、仪表安装板、客舱内设隔音层等部位的连接。

但是，随着我国航空事业的不断发展，新型飞机制造和使用需求不断提高，原销钉快卸锁的使用暴露出一系列问题：一是产品互换性差，由于各研制单位对销钉快卸锁技术理解的偏差，其产品在结构尺寸、选材、工艺以及性能指标控制上存在差异，导致不同企业生产的同种产品无法互换；二是产品技术状态不受控，研制生产环节没有必要的指标约束，产品性能缺少系统科学的考核要求和方法，无法有效保证产品性能稳定性；三是产品设计有缺陷，如锁钉易变形，横销易从锁钉中脱落，造成锁紧失效，影响使用及飞行安全，又如在振动较大区域，弹簧垫圈抓紧力不够，难以满足疲劳强度要求。

因此，急需在现有销钉快卸锁的研制、生产和应用基础上，协调统一行业需求，以标准为载体，开展新型销钉快卸锁的自主创新标准化研制。

1 销钉快卸锁的标准化研制思路

标准是产品技术的载体，标准件的标准化工作是产品通用化的重要保证，标准的层级越高，适用范围越广，效果越突出。随着军工行业产品自主创新的不断深入，标准件产品研制由“测绘仿制”向“自主研制”转变，将产品的标准化工作贯穿产品研制全过程，一方面标准编制过程就是产品的设计过程，通过标准的形式统一产品的结构尺寸与规格，作为设计和生产的依据，保证供货产品的通用性。另一方面，标准编制过程又是产品研制过程，通过标准的形式固化产品性能参数，作为生产和选用的依据，控制供货产品质量。

图1 新型销钉快卸锁的标准化研制模式

新型销钉快卸锁的标准化研制模式如图1所示。标准化与产品研制同步，在产品设计阶段，通过标准研究，对国外先进产品标准技术指标与国内现有产品标准进行对比分析，获得产品结构尺寸、材料、工艺要求、性能指标等标准技术要素，以此为产品的设计输入，并由产品的设计需求对标准要素进行反馈，保证标准技术要素设置与指标限制范围的科学性与适用性；在产品试制阶段，依据标准要求进行产品加工工艺摸索，成熟的工艺流程通过标准的形式进行固化，使产品研制成果与标准内容协调一致；将产品性能验证与标准验证相结合，按标准规定的性能指标和试验方法对产品进行试验验证，通过试验数据分析指导产品设计改进和标准完善，最终完成新型销钉快卸锁的设计定型，并以标准的形式固化产品技术状态，为产品批生产和质量控制提供技术依据。

2 销钉快卸锁的设计

2.1 结构设计与尺寸

销钉快卸锁的基本结构形式如图2所示，由锁座、销钉组件和弹簧垫圈3部分组成，其中销钉组件由锁钉、锁钉帽、弹簧和销等4个零件构成，见图3。

在产品的研制过程中，为了更好的贴合产品的实际应用需求，通过对锁钉头型的设计改进，在一字槽型的基础上，又研制了防止扳拧打滑的十字槽型，以及无需工具即可开闭的滚花型和蝶型等3种销钉快卸锁结构形式，丰富了产品的种类。另外，针对防水密封口盖，设计了带密封帽锁座，扩大了产品适用范围。

同时，结合销钉快卸锁实际应用情况的调研，设计了7个产品规格系列，以1 mm为长度间隔，可实现1 mm到8 mm的夹层选用，满足了新型飞机制造和使用需求。

图2 销钉快卸锁

图3 销钉组件

2.2 材料选用与优化

新型销钉快卸锁工程研制过程中充分借鉴了现有航标HB 6864-2011《销钉快卸锁》和国外产品的技术内容，选材尽量与现有国内外产品技术内容相协调。国内外产品零件材料对比见表1。

表1 国内外产品零件材料对比

2.2.1 锁钉材料选择。由于销钉快卸锁实际使用中对锁紧强度和可靠性要求较高，因此，锁钉作为销钉快卸锁的主要承力部件，其材料的选择至关重要。通过对不同材料的锁钉进行拉伸强度、剪切强度、锁止力矩强度分析及计算验证发现，目前行业广泛采用的0Cr18Ni9和1Cr18Ni9Ti等不锈钢均不能满足NASM 5591《非结构性面板扣件》中锁止力矩的强度要求，而17-4PH不锈钢材料，其抗拉强度可达到1 310MPa，可以满足NASM 5591中各项力学性能指标的要求。

2.2.2 销材料选择。横销的直径仅有φ1.6 mm，但在使用中需要承受较大的弯矩和剪应力。在实际应用中，销容易弯曲变形，表明原有材料强度难以满足使用需求，因此需提高横销材料强度，经筛选分析，销材料选为17-7PH丝材，其制造工艺及性能能够满足新型销钉快卸锁的性能要求。

2.2.3 弹簧材料选择。弹簧是销钉快卸锁中的一个重要零件，其性能决定了销钉快卸锁是否满足开锁力矩、闭锁力矩、初始拉力、极限最大力矩、极限最小力矩、面板分离、耐久性、振动多项指标的要求。在最初采用70#琴钢丝及1Cr18Ni9丝材试制过程中，销钉快卸锁不能满足上述指标要求，后改用17-7PH丝材，经几十次的弹簧试制，摸索出满足指标要求的弹簧弹性系数及热处理工艺。

2.2.4 垫圈和锁钉套材料均选用了0Cr18Ni9材料替代1Cr18Ni9，以防止零件发生应力腐蚀。

其他零件在选材上，沿用了现有产品的零件选用原则，没有进行更改。

2.3 表面处理工艺

为了有效防止销钉快卸锁零件之间的接触腐蚀，且考虑到新研型号的三防设计要求，对所有零件表面均进行了镀镉钝化。与现有销钉快卸锁产品相比（见表2），新型销钉快卸锁的耐腐蚀性能更为优异。

表2 国内外产品零件表面处理对比

3 销钉快卸锁的性能验证

3.1 性能参数确定

为了考核研制的新型销钉快卸锁是否满足实际使用需求，需要制定可量化的考核指标，并进行试验验证。

新型销钉快卸锁研制目标是提高产品开闭锁性能和承载强度等机械性能，延长其使用寿命，并具有一定的环境适用性，以提升其综合工作性能。结合国内外先进技术资料，并根据飞机实际工况条件和技术指标，确定新型销钉快卸锁关键性能为最大/最小开锁力矩、最大/最小闭锁力矩、锁止力矩、初始拉力、拉伸载荷、剪切载荷、耐久性、盐雾、振动、淋雨等，其性能指标达到了国际同类先进水平，详见表3。

表3 销钉快卸锁性能

3.2 检验条件

为了保证试验验证过程的严谨性和可重复性，对试验验证的检验条件进行了规定。其中，环境条件为：温度：室温15 ℃～35 ℃；湿度：相对湿度20%～80%；大气压：检验场所的大气压。试验设备和检测仪器要求为“所有用于控制或监控试验参数的试验设备和检测仪器的精度应不低于试验条件要求精度的三分之一。试验设备和检测仪器在试验前应通过检定，并在检定使用周期内使用。”

3.3 试验验证

3.3.1 开锁、闭锁性能

开锁、闭锁性能验证主要是对销钉快卸锁使用性能的考核。具体试验方法是将销钉快卸锁分别安装在规定厚度、极限最大厚度和极限最小厚度的试验面板上，在没有润滑的条件下，对销钉快卸锁进行闭锁操作，直到其处于完全锁闭状态，记录闭锁过程中的力矩，然后对销钉快卸锁进行开锁操作，直到其处于完全开锁状态，并记录开锁过程中的力矩。

试验结果表明，所有试验件的开锁、闭锁性能均满足表3的要求。

3.3.2 拉伸性能

拉伸性能验证主要包括初始拉力、拉伸载荷等考核指标，主要是对销钉快卸锁轴向承载能力的考核。具体试验方法是将销钉快卸锁安装在规定厚度的试验面板上，处于锁闭状态，先缓慢施加拉伸载荷，使锁钉套根部上下面板产生0.08 mm的瞬态间隙，此时初始拉力应不小于35.6 N，其后反复缓慢施加890 N的拉伸载荷并卸载5次后，测量其开锁力矩、闭锁力矩，然后再次缓慢施加1 335 N的拉伸载荷而不发生失效。

试验结果表明，所有试验件的拉伸性能均满足表3的要求。

3.3.3 剪切性能

剪切性能验证主要是对销钉快卸锁径向承载能力的考核。具体试验方法是将销钉快卸锁安装在规定厚度的试验面板上，处于锁闭状态，缓慢施加890 N的剪切载荷并卸载，循环5次，测量其开锁力矩、闭锁力矩，然后再次缓慢施加1 335 N的剪切载荷而不发生失效。

试验结果表明，所有试验件的剪切性能均满足表3的要求。

3.3.4 耐久性

耐久性验证主要是对销钉快卸锁使用寿命的考核。具体试验方法是将销钉快卸锁安装在规定厚度的试验面板上，处于锁闭状态，锁紧部位允许滴一滴润滑油进行润滑，以（20～60）次/分的频率进行开锁和闭锁循环5 000次，试验后检查销钉快卸锁各零件的磨损及配合情况，

试验结果表明，所有试验件在5 000次开锁和闭锁循环后，几乎未发生零件磨损，且开锁、闭锁性能良好。

3.3.5 盐雾

盐雾试验主要是对销钉快卸锁耐腐蚀能力的考核。具体试验方法是将销钉快卸锁按GJB 715.1－1989《紧固件试验方法 盐雾》要求进行200 h盐雾试验，试验后检查销钉快卸锁不应产生明显的腐蚀斑点。

试验结果表明，所有试验件未发生腐蚀迹象。

3.3.6 振动

振动试验主要是对销钉快卸锁在强机械环境下耐受性的考核。具体实验方法是按图4所示安装销钉快卸锁，并处于锁闭状态，在振动频率（60±1.5）Hz，振幅1.59 mm，载荷333.6 N的条件下加载振动25 h，然后卸载振动5 h，试验后销钉快卸锁不应产生松脱、断裂和肉眼可见的明显变形，并能正常开锁和闭锁。

图4 振动试验示意图

试验结果表明，所有试验件试验过程均未产生松脱、断裂和肉眼可见的明显变形，并能正常开锁和闭锁。

3.3.7 淋雨

淋雨试验主要是考核密封性销钉快卸锁的密封性能。具体试验方法是将密封性销钉快卸锁安装在试验面板上，试验时应保证封闭锁座与下面板密封，上面板为受雨面，封闭锁座不淋雨，淋雨试验按GJB 150.8A－2009《军用装备实验室环境试验方法 第8部分：淋雨试验》程序Ⅰ进行，雨滴直径0.5 mm～4.5 mm，降雨强度1.7 mm/min，风速18 m/s，时间30 min，试验后检查封闭锁座密封帽和锁座之间是否有渗水。

试验结果表明，所有试验件未发生渗水迹象。

4 结束语

通过开展新型航空销钉快卸锁的标准化研制，将产品的标准化工作贯穿产品研制全过程，不仅有效提高了销钉快卸锁的通用性和性能指标，还通过试验验证产品具有较高的可靠性水平。目前，新型航空销钉快卸锁已在国内飞机上得到初步应用。实践证明，新型航空销钉快卸锁的标准化研制，既可满足目前各型飞机的使用需求，又可为今后我国航空工业的发展作好技术储备，更对今后航空标准件产品研制具有借鉴意义。

（编辑：劳边）

V21

C

1003-6660（2014）04-0007-04

10.13237/j.cnki.asq.2014.04.002

[收修订稿日期] 2014-05-26