浅谈民机结构紧固件超差的处理

　　飞机的机体结构是由数万项零组件装配而成的，零组件之间常用紧固件进行连接。紧固件连接的结构承载能力高，疲劳性能好，在飞机上应用最广。航空紧固件类型繁多，大致可以分为两类：可拆卸型和永久型。可拆卸型紧固件包括螺栓、螺母、螺钉、销钉等。永久型紧固件有铆钉、高锁螺栓、环槽钉等。目前，铆钉可以使用自动钻铆机安装，而螺栓类紧固件仍需要手工来完成。

　　飞机在生产过程中常会出现与设计状态不符的情况，这时会产生结构件的拒收，也叫超差。据统计，涉及紧固件的超差占总超差的80%以上，而这些超差几乎都是由人为因素引起。为满足维修性，设计结构尺寸时应预留足够的维修空间。结构修理后，应与修理前具有相同的承载能力、结构刚度和服役寿命。修理方案应尽量简单，方便操作，在考虑静强度的同时要注意疲劳和损失容限要求。对于超差问题，并不存在一个普适的处理方法，而应该将每个超差处理看作一个单独的设计，而且处理超差比开始新的设计要复杂的多。以下将介绍几种最常见的超差情况，给出分析方法和处理方案。

　　1 常见紧固件超差

　　1.1 边距不足

　　一般来说，紧固件边距取为2D+1（D为紧固件直径），这是留有设计余量的数值以应对孔位、孔径超差等情况。通常来说，边距2D是被允许的，有些时候1.5D（边距与载荷方向垂直）也满足强度要求。这些需经过强度分析才能确定是否可以原样使用。

　　如果不能原样使用，通常可按以下两种方法处理：（1）在空间允许的情况下，新增一个新的相同规格的紧固件，并满足边距和间距要求，超差的紧固件保留；（2）在原来结构上增加一个相同材料、相同外形且厚度增大一级的补片。补片尺寸要覆盖超差紧固件基础上，再延伸两个紧固件。

　　1.2 孔径超差

　　当紧固件孔径超差较小，通常采用安装加大紧固件的方法。标准加大紧固件的直径为加大1/32in和1/16in。

　　当紧固件孔径超差较多，无法使用安装加大紧固件来解决。这时可以采用加衬套的方法。常使用的有柱形衬套和埋头衬套。埋头衬套可保证衬套单向不滑落。衬套-超差孔使用干涉配合，干涉量可取0.0015-0.0035in。超差孔中塞入衬套后，在原来位置安装原紧固件。选用衬套时应尽可能选择较小直径的衬套，保证衬套的最小壁厚为0.03in。安装柱形衬套的外径不能超过紧固件头部的直径，以防止衬套从孔中脱落。

　　1.3 紧固件钉头与圆角区干涉

　　当紧固件钉头进入结构圆角，可以选择反装该紧固件。如果仍无法避开干涉，可以在紧固件和结构元件之间增加一块垫板。垫板的最小厚度等于圆角半径加上0.02in，需保证紧固件在垫板上满足边距要求。

　　1.4 多余孔

　　通常来说，机身结构上不允许留有空孔（超差孔和工艺孔）。开孔引起的应力集中会大大降低结构的疲劳强度。对于结构上必须开的孔，如系统通过孔，设计时会在开孔区加厚以降低应力水平。研究表明，干涉配合的堵孔可以将疲劳寿命提高至未实施堵孔的四倍。合格的堵孔，堵孔件能够传递通过该孔的压缩载荷，防止孔在拉伸和压缩载荷下发生变形，通过配合在孔边产生一定的预应力。因此，结构多余空孔一定要堵住，并应满足以上堵孔要求。

　　当单层结构上出现多余空孔，可用紧固件进行堵孔。工程常用铆钉“AD”（2117-T3）或“DD”（2024-T31）钉堵孔，可按需选用平头或埋头钉。

　　当多余孔穿过多层结构件，若满足紧固件的边距和间距要求，可在多余孔处增加一颗紧固件；若不满足要求，应采取分层堵孔方式来处理。这是因为，堵钉穿过两层或多层零件，堵钉就要承受、传递零件之间载荷，对该区域紧固件上的载荷分配会产生影响。如果堵孔直径过大，堵钉要传递与直径相应的较大载荷，这会导致堵钉周围结构材料剪坏。

　　如果开孔距离零件边缘太近，如孔距离结构边缘等于或小于1.6mm，应锉修掉该孔，打磨光滑后进行手工阳极化及涂漆处理。

　　2 小结

　　本文介绍了飞机在生产、制造过程中经常出现的紧固件超差情况，处理原则和措施方法。在实际使用过程中，文中提及的处置方案不可直接套用，应进行相应的强度分析。本文给出了工程常遇到的紧固件超差的处理思路，可为民机设计工程师和结构修理工程师提供参考。