飞机零部件互换性技术研究

荆天冬 温青山

哈尔滨哈飞航空工业有限公司 黑龙江 哈尔滨 150066

1 绪论

互换性原理始于兵器制造。在中国,早在战国时期(公元前476～前222)生产的兵器便能符合互换性要求。西安秦始皇陵兵马俑坑出土的大量弩机(当时的一种远射程的弓箭)的组成零件都具有互换性。这些零件是青铜制品,其中方头圆柱销和销孔已能保证一定的间隙配合。到了18实际初,美国批量生产的火枪才实现了零件互换。

对飞机来说,具有互换性的飞机零部件,应该具备“拿来就可装上、装上就可使用”,使维修活动大大简化,可减少维修时间,并降低人员的技能要求,同时由于减少了产品中零部组件的品种、数量,也降低对维修保障资源的要求。

2 互换性的定义与分类

互换性指同一件号的零部件,其中一个在一定条件下,用其中任何一个其它零部件来替换而对飞机性能不产生任何偏差时,这个件号的零部件在同一个型号的飞机上是可互换的。

在航空行业内,随着人们对互换性的理解加深,分类的标准越来越趋同,飞机零部件互换性大体分为三类：完全互换、特性互换、不完全互换。

完全互换：指一部件能代替同一件号的另一部件,并满足所有物理的、功能的、结构上的要求。部件或组件安装时,仅需用连接件,除设计规定调整要求外,不需切割、钻孔、铰孔、加垫、敲修等。只需一般机械维护工具。

特性互换：指一部件能代替同一件号的另一部件,并满足所有物理的、功能的、结构上的要求,在重要特性方面(如交点、外形、运动和间隙等)有互换性要求。部件安装时,特性要素不允许有任何调整或补充加工(如交点互换要求交点不允许任何补充加工,外形互换要求外形不允许任何补充加工,运动互换要求运动副和运动轨迹不允许任何调整,间隙互换要求公差间隙不允许任何调整),仅需用连接件,但允许部件替换的部位进行小量的修整,如切割、钻孔、铰孔、加垫、敲修等。只需一般机械维修工具。

不完全互换：指一部件能代替同一件号的另一部件,并满足所有物理的、功能的、结构上的要求。部件安装时,需要补充加工和应用连接件。这些补充加工包括：加垫、钻孔、铰孔、切割、敲修和铆接。需一般机械维修手工工具,不需要特殊设备,如焊接、热处理等设备。

3 设计与互换性

飞机零部件互换性设计的是否合理直接影响飞机的制造、运输、维护和修理。互换性程度高的飞机,在制造时完全可以采用数字化、模块化传递数据的智能化制造来节省制造成本和制造时间,使飞机更快的抢占市场;在运输时,进行模块化拆分运输,送达后就地组装,投入使用;在检查时,零部件的拆卸或者离位检查只需简单的工具就能完成;在维修时,在外场完全可以借助简单的工装和工具进行修理或者更换受损的零部件,从而避免将飞机返回制造单位对受损零部件进行修理或更换。

飞机互换性设计时应遵循以下原则：飞机对称安装的部件,应尽可能设计成左右件互换使用;相同型号的设备、组件必须具有互换性,不能因为生产地不一样而发生变化;采用标准化设计,在标准选用范围内,尽量选用可靠性高的部件、模块和元件;产品更改时,不应改变其安装和连接方式以及有关部位的尺寸,以便新旧产品可以互换安装。

4 制造与互换性

飞机在制造时,需要通过如下的控制方法来满足互换性要求：图样或模型的数据采用数字化传递,将图样或模型中的尺寸(包括公差)采用同精度或更高精度的传递到制造程序中来保证互换性;采用智能制造,尽量避免人为的因素造成的互换性超差;采用制造工装来保证互换性要求;运用互换协调工装(主要有反样件、样件和正、反量规),实现和检查互换项目。

5 检查与互换性

判断一个零部件是否具有互换性,需要进行互换性检查。互换性检查包括检查内容和检查方法。

互换性检查内容包括：连接交点的配合情况及同轴度;部件或组件的各种配合参数(结构间隙、安装尺寸、角度及公差等);活动件的运动灵活性和操作灵活性;封严件的密封性;大部件互换检查前的称重。

互换性检查方法包括：

1)1：1(分子为基准件,分母为互换件,下同),取基准件和互换件各一件作安装互换与替换检查,采用此方法检查时,至少连续两架飞机。互换性检查后,互换件不从基准件上拆下。在标准工艺装备和装配工艺装备完善,部件或组件质量稳定的情况下,推荐采用1：1互换性检查方法,检查工作必须随工序进行,并有记录。

2)1：2互换性检查,取互换件两件分别与同一基准件作互换性检查。

3)2：1互换性检查,取一件互换件分别与两个基准件作互换性检查。

4)2：2互换性检查,从确定的两架飞机中分别拆下互换件进行换装检查,然后将互换件装回原机,恢复原有的状态。

5)2：4互换性检查,本方法除完成2：2互换性检查外,还需要作左右换装检查。

6 互换性设计的应用

Y12E型机水平安定面部件的互换性等级为不完全互换,它与机身连接时采用的是耳片连接。两者连接时,水平安定面的耳片接头与机身框上的双耳片接头采用现场铰孔配钻的方式进行装配。在水平安定面由于故障需要更换时,增加了装配的工艺难度。在Y12F 型机在此处设计时放弃了Y12E型机的装配方式,将水平安定面互换性等级提高到完全互换等级,部件制造时在每个连接点放置一个精铰衬套,装配时只需把水平安定面放置到正确位置,在衬套内插入紧固件即可。在需要对水平安定面做更换修理时,只需借助简单的工装即可完成更换。

7 结论

总之,互换性贯穿飞机的全生命周期。飞机零部件的互换性程度在一定程度上反映了企业的设计水平和工艺水平。飞机零部件互换性程度越高,产品的优势越大,对制造工艺提出的要求也越高;反过来,制造工艺水平的高低制约着飞机零部件互换性程度。