楊炎通

（中航沈飛民用飛機有限責任公司，沈陽 110179）

0 引言

手柄的類型并沒有固定的形式，滿足適航要求和設計要求即可。艙門機構(gòu)的設計[1]要求簡單直接，因此外手柄的位置布置不僅要考慮艙門結(jié)構(gòu)空間的要求，而且外手柄還要靠近閂鎖機構(gòu)位置，最后還要考慮人機工程因素[2]。本文中介紹的外手柄機構(gòu)為上下翻轉(zhuǎn)打開的形式。

1 外手柄機構(gòu)的功能

本文外手柄機構(gòu)的詳細功能如下：操作人員在飛機外側(cè)扳動外手柄可以直接打開艙門；操作人員在飛機內(nèi)部用內(nèi)手柄開門時，外手柄保持靜止，且不會對此過程造成任何阻礙；在用內(nèi)手柄打開艙門后并將艙門保持打開位置時，可以通過外手柄來關閉并鎖定艙門。

2 外手柄機構(gòu)的設計要求

艙門對飛機安全有著直接影響，而艙門打開或關閉的運動需要手柄機構(gòu)才能進行，按照CCAR25.783[3]艙門條款的說明：“每扇外部艙門必須有措施鎖定并保險，以防止飛行中打開（被人無意中打開或是由于關閉時或關閉后機構(gòu)損壞或單個結(jié)構(gòu)元件損壞而打開）”。針對自身功能和適航條款的要求，大多數(shù)飛機艙門外手柄會有以下設計要求：

1）外手柄能夠被95%的男性帶著手套進行操作；

2）手柄把手的形狀和位置在聯(lián)合定義階段確定；

3）外手柄上的任意點能承受來自任何方向的300 lb（約合136 kg）的極限載荷；

4）空氣動力、重力、振動、擺動、結(jié)冰或溫度等單獨或組合作用下，外手柄都不能被意外操作。

3 外手柄機構(gòu)的原理設計及分析

本套外手柄機構(gòu)可以分為翻板鎖機構(gòu)和離合機構(gòu)兩部分，兩機構(gòu)為串聯(lián)式機構(gòu)[4]。

3.1 離合機構(gòu)

離合機構(gòu)可以實現(xiàn)內(nèi)外手柄相互獨立且在特定情況下可以聯(lián)動的功能，如圖1所示，由多個拉桿、搖臂、彈簧等構(gòu)成的小構(gòu)件組成。下文將對外手柄機構(gòu)的各個過程進行逐一分析。

圖1 離合機構(gòu)

1）外手柄關閉并鎖定。門處于關閉狀態(tài)時，彈簧拉桿和連桿1的合力是讓手柄翻板趨于關閉的。

2）扳動外手柄開門。翻板在趨于打開時（此時忽略下文中提到的橡膠圈，單獨分析手柄自身），翻板轉(zhuǎn)動帶動彈簧拉桿擺動，由于連桿1長度不變，拉桿想要擺動需要拉桿1和滑塊發(fā)生相對運動，即滑塊壓縮彈簧1，翻板轉(zhuǎn)動需要克服彈簧1的力，沒有力驅(qū)使彈簧2變形，彈簧拉桿總長度不變。

隨著翻板翻動，通過彈簧拉桿、搖臂、連桿等帶動離合鉤繞軸轉(zhuǎn)動，到達一定角度后，離合鉤勾緊離合襯套，此時離合鉤由于被襯套阻擋無法繼續(xù)運動，即造成了搖臂“卡滯”，故繼續(xù)扳動翻板會使彈簧拉桿會變長，即彈簧2被壓縮。

在翻板翻動一定角度后，翻板軸、鉸接點、彈簧拉桿會處于同一條直線上，此時達到“過中心”狀態(tài)，此時彈簧拉桿的長度需大于它的初始長度，保證離合鉤在翻板“過中心”后也始終鎖緊離合襯套，完成“上鎖”。

曲柄2是與外手柄固連的（如圖1），曲柄1與手柄軸固連，外手柄在開啟時曲柄2直接推動曲柄1運動，此時如果需要關閉外手柄，離合鉤才會拉住離合襯套，從而帶動手柄軸完成關閉運動。

3）扳動外手柄開門。在內(nèi)手柄開門時，內(nèi)手柄軸通過齒輪箱或其他聯(lián)動機構(gòu)帶動外手柄軸轉(zhuǎn)動，與外手柄軸固連的曲柄1會隨動，但曲柄1上的離合襯套會直接跨過離合鉤，不會帶動外手柄上的其它零件運動，從而實現(xiàn)從內(nèi)手柄打開登機門時外手柄不會隨動的功能。

在用內(nèi)手柄開門后，想用外手柄關門，需先將外手柄處于打開狀態(tài)。如圖2所示，在翻板完全打開后，扳動外手柄，當外手柄轉(zhuǎn)動到一定角度時離合鉤外曲面接觸離合襯套，由于手柄翻板處于打開限位處，無法繼續(xù)打開，離合襯套被手柄軸限制無法被離合鉤向外擠壓而運動，繼續(xù)扳動外手柄時，離合鉤不得不通過搖臂拉動彈簧拉桿使之變長（即壓縮彈簧2），在彈簧力的作用下，離合鉤與離合襯套一直緊貼并發(fā)生相對運動，如圖2所示，外弧面先接觸離合襯套并發(fā)生相對滑動，直到圖2中最后的狀態(tài)，在離合鉤小弧面跨過彈簧襯套后，離合鉤會被已被拉長的彈簧拉桿勾住離合襯套，完成鎖定，此時可用外手柄關閉并上鎖已經(jīng)打開的艙門。

圖2 門在打開后扳動外手柄至打開狀態(tài)

在關閉外手柄鎖定艙門時，離合襯套給離合鉤的力不應有脫鉤的趨勢，傳動角應設置成驅(qū)動離合鉤上鉤的狀態(tài)。

4）扳動外手柄開門。如外手柄各個機構(gòu)示圖所示，機構(gòu)中采用多套平面四桿機構(gòu)，但是四桿機構(gòu)設計比較復雜，存在誤差，會使機構(gòu)不易精確地實現(xiàn)運動規(guī)律，所以在設計時要減小誤差對機構(gòu)運動規(guī)律的干擾。減小誤差有兩個方法，一是通過研究桿件長度等機構(gòu)因素來分析四桿機構(gòu)的運動規(guī)律，從而提高傳動精度。為避免輸出角φ3波動過大，l1和l3的公差應盡可能取小值，l2和l4的長度變化對輸出角φ3的影響可以相互抵消[5]，故在設計時可以考慮嚴格控制l1和l3的公差，稍微放開l2和l4以節(jié)約制造成本。

二是通過設置調(diào)整組件來彌補機構(gòu)在制造過程中產(chǎn)生的誤差對傳動精度的影響。當離合機構(gòu)因為誤差而無法完成某些功能時，可以調(diào)節(jié)離合襯套及離合鉤轉(zhuǎn)軸的位置，來彌補制造和裝配的誤差。

3.2 翻板鎖機構(gòu)

翻板鎖機構(gòu)的主要作用是鎖定/解除鎖定手柄機構(gòu)，由翻板、翻板鎖（叉子）、襯套、彈簧桿、橡膠圈組成，如圖4所示。翻板鎖、橡膠圈與艙門結(jié)構(gòu)（手柄盒）固連，襯套固連在翻板上，彈簧桿一端鉸接在翻板上，一端與搖臂鉸接。

圖3 四桿機構(gòu)分析圖

圖4 翻版鎖機構(gòu)

艙門關閉并鎖定時，手柄翻板在彈簧桿的作用下處于關閉的狀態(tài)，襯套被與結(jié)構(gòu)固連的翻板鎖勾住，此時外手柄被翻板鎖鎖定，外手柄不會因為慣性力、氣動力等其他外力打開，但是需要設計翻板關閉限位來保證翻板、手柄和艙門蒙皮的階差。

扳動外手柄前需打開翻板，翻動翻板的同時，翻板上的襯套離開翻板鎖，此時手柄處于解鎖狀態(tài)，可以扳動外手柄。當操作者需要通過外手柄來開門時，人手指按下手柄翻板、伸入手柄并握住手柄把手，在翻板向內(nèi)翻動一定距離時（距離的具體數(shù)值由設計者給定，滿足人機功效學要求），橡膠圈和彈簧連桿的合力應使驅(qū)使手柄翻板閉合，即設計者可以選擇此時翻板沒有過中心，或者翻板已經(jīng)過中心但橡膠圈給翻板的力大于彈簧力，這樣設計的意義在于翻板在任何時候可以自動關閉。同樣，需要設計翻板打開位置限位。

如圖5所示，翻板在閉合情況下關閉外手柄，手柄旋轉(zhuǎn)至襯套剛好接觸翻板鎖后繼續(xù)轉(zhuǎn)動手柄，襯套會沿著翻板鎖曲面滑動，同時帶動手柄翻板克服彈簧拉桿拉力向內(nèi)翻動（翻板打開），直至滑動到鎖底部（翻板關閉），同時手柄完全關閉，此時襯套在彈簧拉桿的作用下進入鎖底部，完成手柄上鎖。

圖5 在翻板關閉時關閉外手柄

如圖6所示，翻板在打開的情況下關閉手柄，外手柄關閉時，手柄翻板內(nèi)緣會先接觸橡膠圈，隨著手柄繼續(xù)關閉，橡膠圈的壓縮量逐漸變大，到某一時刻橡膠圈的彈力會大于彈簧拉桿給翻板的拉力，促使翻板完成過中心運動，進而關閉翻板并使手柄上鎖。

圖6 在翻板打開時關閉外手柄

4 結(jié)論

本文對一種外手柄機構(gòu)的各個功能及其原理進行了詳細介紹，分析了各個狀態(tài)下機構(gòu)中每個零組件的作用，并得出以下結(jié)論：

1）內(nèi)手柄開門時，內(nèi)手柄帶動外手柄軸上的曲柄（安裝離合襯套的曲柄）越過離合鉤運動，即外手柄軸動而外手柄不動。

2）外手柄開門時，與外手柄固連的曲柄推動與手柄軸固連的曲柄進行解閂解鎖運動；外手柄關門時，離合鉤勾緊離合襯套，完成外手柄驅(qū)動手柄軸的運動。

3）用外手柄關門并鎖定時，離合襯套給離合鉤的合力，不應驅(qū)使離合鉤解鉤。

4）多套四桿機構(gòu)應設計成桿長對機構(gòu)運動結(jié)果影響較小，以避免因制造和裝配誤差而造成外手柄功能失效的情況發(fā)生。