高琳；田斌
航西安飞机工业集团股份有限公司，陕西 西安 710089
Design And Research Of Floating Self-locking Nut For Metal Cover Seal
[摘要]为解决航空制造领域普遍采用橡胶包金属件自锁螺母中橡胶包层因老化产生开裂或脱落问题，设计一种具有较好游动量，密封性能、锁紧性能、耐腐蚀性能佳、操作简单等多元化功能于一体的自锁螺母。可以广泛的应用于军、民用飞机的连接系统上，可靠性能及安装效率高，前景极佳具有推广价值。
[关键词]金属罩密封游动自锁螺母，密封罩，自锁螺母，航空，设计
引言
航空制造领域大量使用具有自调节功能的游动自锁螺母，而飞机结构中，像气密舱、整体油箱等部位都需要进行密封连接，为此，需要螺母具有密封特性、锁紧特性。目前飞机的密封结构普遍采用橡胶包金属件自锁螺母和螺栓组成连接系统。橡胶材料具有自然老化特性，随着时间、温湿度影响易加速橡胶的老化，产生开裂、脱落现象，这种材料的螺母在使用可靠性方面存在缺陷。
1 总体结构及工作原理
金属罩密封游动自锁螺母是由密封罩、自锁螺母、压圈、密封圈组成，如下图所示。目前具有密封性能的自锁螺母多为固定式双耳托板螺母，不太便于某些安装空间狭窄的部位使用，并且整体结构重量过重，降低了飞机的载重能力。本设计的结构形式能够适用于狭窄空间或封闭部位安装使用，其产品质量比现有自锁螺母的质量减少，对飞机的载重能力具有重大贡献。
其工作原理为：安装时，首先密封罩腔中的凹型面与凸型面的高低差设计产生的游动量可以快速调整密封罩的位置，使飞机零件与密封罩上的固定连接孔的位置重合并铆接，螺栓通过结构件与螺母组件旋合拧紧后产生一定预紧力，预紧力在轴向对压圈产生压紧力；同时，压圈与密封罩之间为过盈配合，对密封罩有一定“束缚”作用；压圈和密封罩配合再压紧密封圈形成密闭空间，实现密封功能。螺栓的拧入和压圈与密封罩的过盈配合，使螺母组件牢固地结合为一体，保证了密封的可靠性。可以使用于汽油、煤油、水或空气的环境中；可以使用在-50～100℃环境下。
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2 金属罩密封游动自锁螺母设计
在HB1-818-83和GJB125.1A～2A-89、GJB125.7A～8A-89双耳密封游动自锁螺母的基础上，进行了结构、选材设计，目的是提供一种结构简单、质量轻，能够适用于狭窄空间或封闭部位安装使用，避免橡胶包层因老化产生开裂或脱落，且具有较好的游动量、密封性能、锁紧性能、耐腐蚀性特点、高强度螺纹连接结构的金属罩密封游动自锁螺母。
2.1 选材设计
密封罩选择1Cr18Ni9Ti 或0Cr18Ni9制造，1Cr18Ni9Ti 或0Cr18Ni9作为不锈钢耐热钢使用最广泛，具有较好的耐晶间腐蚀能力及优良的耐蚀性，可解决橡胶老化出现的开裂、破损等现象，避免因橡胶老化脱落而堵塞油路或气路，影响飞机正常服役。自锁螺母采用原材料16CrSiNi低碳合金钢，广泛用于制造各类航空标准的托板螺母，材料塑性、韧性优于（ML）30CrMnSiA，且可以达到同样的强度水平。压圈采用LY12-CZ，密封圈采用5870。
2.2 结构设计
密封罩呈对称型台阶腔体结构，腔内设有对称型的凹型面与凸型面结构，腔体外侧设有单耳托板，托板上设有固定连接孔；自锁螺母位于密封罩腔内，自锁螺母外圆两侧设有与密封罩腔内凹型面配合的限位凸肩，并与凹型面成间隙配合，限位凸肩顶面与密封罩腔内的凸型面相贴合；压圈位于自锁螺母的下方并与其底面相贴合，压圈与密封罩之间为过盈配合；密封圈位于压圈与密封罩装配后形成的环槽内。
2.3 特点
（1）密封罩采用1Cr18Ni9Ti或0Cr18Ni9不锈钢材料，解决了橡胶老化出现的开裂、破损等现象，避免了因橡胶老化脱落而堵塞油路或气路，影响飞机正常服役。
（2）较好的游动性能，解决了目前使用的密封型托板螺母，因固定式无法游动，不便于现场安装操作的问题，提高了安装工艺性。
（3）单耳托板的结构设计能够适用于狭窄空间或封闭部位安装使用的特点。
（4）自锁螺母采用了高强度MJ螺纹，有效的增强螺纹耐疲劳特性。
（5）规格范围MJ3×0.5～MJ10×1.25，多直径规格的设计可满足后续的发展需求。
3 结论与展望
与现有技术相比，本文所述自锁螺母结构形式可使自锁螺母的质量比现有自锁螺母的质量减少10%左右，对飞机的载重能力具有重大贡献。其结构形式使自锁螺母在单耳托板密封罩内有适当的游动量特性，使螺栓与螺母配合时能够快速的自动对中，提高了装配质量，不仅具有较好的游动量、密封性能、锁紧性能、耐腐蚀性的特点，还具有能够适用于狭窄空间或封闭部位安装使用的特点，并且操作简单，实现了自锁螺母多元化功能。本文所述自锁螺母可以广泛的应用于军、民用飞机的连接系统上，可靠性能及安装效率高，前景极佳具有推广价值。
对今后密封部位橡胶材料的选择上,提出个人展望：鉴于橡胶密封圈使用寿命有限，仍然会存在老化使橡胶圆形密封圈的可逆变形不断减少，密封力下降。从本质上来说，材料变形能力不足导致的局部应变不能协调是开裂的本质，所以提高材料的塑性变形能力是关键。因此，对圆形橡胶密封圈材料特性上需要进一步改善。
［参考文献］
[1] 李英亮，紧固件概论[M]. 北京：国防工业出版社，2014
[2] 中国航空材料手册编辑委员会，中国航空材料手册[M].北京：中国标准出版社，2002