專利名稱：一種直升機(jī)旋翼用球面彈性軸承及其成型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于控制機(jī)械系統(tǒng)等內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)/振動(dòng)的彈性體構(gòu)件技術(shù)，涉及一種直升 機(jī)旋翼用球面彈性軸承及其成型方法。
背景技術(shù)：
直升機(jī)旋翼系統(tǒng)是由槳葉和槳轂組成的。傳統(tǒng)的鉸接式(又稱全鉸接式)旋翼槳 轂是通過(guò)槳轂上設(shè)置揮舞鉸、擺振鉸和變距鉸來(lái)實(shí)現(xiàn)槳葉的揮舞、擺振和變距運(yùn)動(dòng)。在軸向 鉸中采用推力軸承來(lái)負(fù)擔(dān)離心力并實(shí)現(xiàn)變距運(yùn)動(dòng)。傳統(tǒng)的推力軸承采用抗摩擦金屬軸承， 這種金屬軸承一直存在著諸如磨損較快，壽命短，需要潤(rùn)滑劑及潤(rùn)滑劑分布不均，維護(hù)和檢 修困難等缺點(diǎn)。為了克服傳統(tǒng)金屬軸承的缺點(diǎn)，美國(guó)專利US2752766公開(kāi)一種彈性元件拉扭桿來(lái) 執(zhí)行完成金屬軸承的作用，這種拉扭桿是采用柱狀橡膠-金屬層疊構(gòu)件。這種彈性元件 拉扭桿還是存在著構(gòu)造復(fù)雜、維護(hù)檢修的工作量大、疲勞壽命低等缺點(diǎn)。另外，美國(guó)專利 US4232563和US4435097分別公開(kāi)了一種錐形-柱形結(jié)合的橡膠_金屬層疊軸承和一種錐 形橡膠_金屬層疊彈性軸承，這種結(jié)構(gòu)形式的軸承一般只能承受壓縮載荷和扭轉(zhuǎn)載荷，但 不能承載擺振載荷。因此，有必要提出一種能夠承載壓縮、扭轉(zhuǎn)和擺振三向載荷，并且無(wú)需潤(rùn)滑劑、壽 命長(zhǎng)、維護(hù)簡(jiǎn)單的彈性軸承。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種能夠承載壓縮、扭轉(zhuǎn)和擺振三向載荷，并且無(wú)需潤(rùn)滑劑、 壽命長(zhǎng)、維護(hù)簡(jiǎn)單的直升機(jī)旋翼用球面彈性軸承及其成型方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案 是，軸承包括，兩個(gè)剛性件，第一剛性件的一個(gè)端面具有中心凹球面，第一剛性件的側(cè)面開(kāi) 有與直升機(jī)旋翼槳葉組件固定連接的螺栓通孔；第二剛性件的一個(gè)端面具有與第一剛性件 中心凹球面同球心的中心凸球面，第二剛性件的側(cè)面開(kāi)有與直升機(jī)旋翼槳轂中央件固定連 接的螺栓通孔；兩個(gè)剛性件之間設(shè)有剛性球面隔片，剛性球面隔片的球心與第一剛性件的 中心凹球面相同，剛性球面隔片的中心開(kāi)有通孔，剛性球面隔片的厚度為0. 4mm 1. 5mm ； 剛性球面隔片與第一剛性件和第二剛性件之間填充彈性材料，彈性材料的厚度在0. 4mm 1. 5mm之間。所述的剛性球面隔片的層數(shù)根據(jù)直升機(jī)的載荷設(shè)置，剛性球面隔片的層數(shù)數(shù)量在 11層 24層之間。第一剛性件、第二剛性件以及剛性球面隔片的材料為不銹鋼或鋁或鈦或銅或硬質(zhì)
工程塑料。彈性材料為天然橡膠材料或合成橡膠材料或兩種材料的組合。球面彈性軸承的成型方法是，①將第一剛性件、第二剛性件及剛性球面隔片作噴砂、去污除油處理，晾干后分別噴涂上與彈性材料相適應(yīng)的膠粘劑，經(jīng)自然通風(fēng)干燥后待用；②室溫下，在球面模具中將彈性材料分別加壓預(yù)制出與剛性球面隔片相對(duì)應(yīng)的球 面彈性體預(yù)制坯；③先將第二剛性件放入成型模具中，然后，再將球面彈性體預(yù)制坯與剛性球面隔 片依次交替放入成型模具中，最后放進(jìn)第一剛性件；④將安裝好的成型模具放到真空硫化壓機(jī)中高溫硫化成型。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和有益效果，本發(fā)明的主要特點(diǎn)是相對(duì)于傳統(tǒng)全金屬軸承，球 面彈性軸承是由彈性體和球面金屬隔片等復(fù)合而成的結(jié)構(gòu)制件。球面彈性軸承與一個(gè)或多 個(gè)運(yùn)動(dòng)/振動(dòng)結(jié)構(gòu)連接。這些運(yùn)動(dòng)/振動(dòng)結(jié)構(gòu)可以包括，例如，旋翼飛行器等的旋翼系統(tǒng)槳 轂和槳葉。球面彈性軸承在承載槳葉離心力的同時(shí)，其為槳葉的揮舞、變距、擺振提供樞軸 作用。球面彈性軸承有以下優(yōu)點(diǎn)(1)不需要潤(rùn)滑劑，金屬件的磨損可忽略；(2)長(zhǎng)壽命，壽 命一般為傳統(tǒng)軸承的5到10倍；(3)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，多個(gè)傳統(tǒng)軸承的功能可以集成到一個(gè) 彈性軸承上得以實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的重量和尺寸；(4)不需要維護(hù)，不需防塵密封等輔 助裝置；(5)可目視檢查軸承的狀況，并可就地更換；(6)安全破損，彈性體出現(xiàn)裂紋后還有 相當(dāng)長(zhǎng)的使用壽命；(7)具有自我適應(yīng)系統(tǒng)頻率的能力，對(duì)外部載荷的高低變化不敏感。本 發(fā)明提出的成型方法具有各層橡膠模量可調(diào)以達(dá)到軸承各層橡膠層等剛度設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，生 產(chǎn)方便、勞動(dòng)效率高。


圖1為球面彈性軸承的透視圖；圖2為球面彈性軸承的俯視圖；圖3是圖2的A-A剖面圖；圖4為剛性球面隔片示意圖；圖5為彈性體材料坯料預(yù)制成型球面模具及彈性體預(yù)制坯示意圖，其中，圖5A為 球面模具示意圖，圖5B為彈性體預(yù)制坯示意圖；圖6為成型模具示意圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步詳述。如圖1和圖2所示，本實(shí)施例中直升機(jī)旋翼用球面彈性軸承10包括位于兩端的第 一剛性件20和第二剛性件30，在第一剛性件20和第二剛性件30之間間隔分布的剛性球面 隔片40，剛性球面隔片40的厚度為0. 4mm 1. 5mm ；在第一剛性件20、第二剛性件30與剛 性球面隔片40之間填充的將它們硫化連接而成一體的彈性材料50，彈性材料50的厚度在 0. 4mm 1. 5mm 之間。第一剛性件20具有一個(gè)球形凹面，球半徑為SRl ；第一剛性件20具有螺栓通孔 21，通過(guò)螺栓與直升機(jī)旋翼槳葉夾板固定連接；第二剛性件30具有一個(gè)與第一剛性體球形 凹面同一球心的球形凸面，球半徑為SR2 ；第二剛性件30具有螺栓通孔31，通過(guò)螺栓與直升 機(jī)旋翼槳轂固定連接。剛性球面隔片40具有與第一剛性體球形凹面同一球心。剛性球面 隔片40的層數(shù)根據(jù)直升機(jī)的載荷設(shè)置，剛性球面隔片的層數(shù)數(shù)量在11層 24層之間。每層的剛性球面隔片的球面半徑不同。如圖3所示，剛性球面隔片40具有中心開(kāi)孔41，用作模壓時(shí)的定位孔。剛性球面 隔片40圓周方向具有成型時(shí)定位用的卷邊42。圖5a所示為彈性體材料坯料預(yù)制成型球面模具60，用于在室溫下壓制球面彈性 體預(yù)制坯；圖5b所示為預(yù)制成型的球面彈性體預(yù)制坯61。圖6所示，成型方法如下步驟①將第一剛性件20、第二剛性件30及剛性球面隔片作噴砂、去污除油處理，晾干 后分別噴涂與彈性材料相適應(yīng)的膠粘劑，經(jīng)自然通風(fēng)干燥后待用；②室溫下在球面模具60中將彈性材料分別加壓預(yù)制出與剛性球面隔片相對(duì)應(yīng)的 球面彈性體預(yù)制坯61 ；③先將第二剛性件放入模具70中，然后球面彈性體預(yù)制坯與剛性球面隔片依次 交替放入模具中，最后放進(jìn)第一剛性件；④將安裝好的模具70放到真空硫化壓機(jī)中高溫硫化成型。實(shí)施例一兩個(gè)剛性件材料為鋁；第一剛性件20中的球形凹面之球半徑為54. 2mm,第二剛性 件30具有一個(gè)與第一剛性體球形凹面同一球心的球形凸面，球半徑為30mm ；剛性球面隔片40材料為不銹鋼，隔片厚度為1. Omm ；根據(jù)直升機(jī)載荷為4噸，計(jì)算 得出球面彈性軸承所需的壓縮剛度，然后通過(guò)迭代計(jì)算，得出球面彈性軸承的隔片數(shù)量為 11層；剛性球面隔片40具有中心開(kāi)孔41，用作模壓時(shí)的定位孔。剛性球面隔片40圓周方 向具有成型時(shí)定位用的卷邊42。彈性材料50為合成聚異戊二烯橡膠材料，每層彈性材料的厚度為1. Omm ；與彈性材料相對(duì)應(yīng)的膠粘劑采用Chemlok 250 (洛德公司產(chǎn)品)；球面彈性軸承的成型方法如下①將第一剛性件20、第二剛性件30及剛性球面隔片作噴砂、去污除油處理，晾干 后分別噴涂Chemlok 250膠粘劑，經(jīng)自然通風(fēng)干燥后待用；②室溫下在球面模具60中將合成聚異戊二烯橡膠材料分別加壓預(yù)制出與剛性球 面隔片相對(duì)應(yīng)的球面彈性體預(yù)制坯61 ；③先將第二剛性件30放入模具70中，然后球面彈性體預(yù)制坯61與剛性球面隔片 40依次交替放入模具70中，最后放進(jìn)第一剛性件20 ；④將安裝好的模具70放到真空硫化壓機(jī)中高溫硫化成型。在第一剛性件和第二剛性件的側(cè)面分別加工有螺栓通孔21和31，通過(guò)螺栓分別 與直升機(jī)旋翼槳葉夾板和旋翼槳轂固定連接。所得球面彈性軸承的性能測(cè)試結(jié)果如表1所列。表1實(shí)施例一所得球面彈性軸承測(cè)試性能結(jié)果
特性測(cè)試結(jié)果壓縮剛度，kN/mm198扭轉(zhuǎn)剛度，Nm/°5. 24彎曲剛度，Nm/°13. 21疲勞壽命，h2000實(shí)施例二剛性件材料為不銹鋼；第一剛性件20中的球形凹面之球半徑為89. 2mm,第二剛性 件30具有一個(gè)與第一剛性體球形凹面同一球心的球形凸面，球半徑為40mm ；剛性球面隔片材料為鋁片，隔片厚度為1. 2mm ；根據(jù)直升機(jī)載荷為6噸，計(jì)算得 出球面彈性軸承所需的壓縮剛度，然后通過(guò)迭代計(jì)算，得出球面彈性軸承的隔片數(shù)量為20 層；彈性材料為天然橡膠材料，每層彈性材料的厚度為1. 2mm ；與彈性材料相對(duì)應(yīng)的膠粘劑采用Chemlok 250 (洛德公司產(chǎn)品)；球面彈性軸承的成型方法如下①將第一剛性件20、第二剛性件30及剛性球面隔片作噴砂、去污除油處理，晾干 后分別噴涂Chemlok 250膠粘劑，經(jīng)自然通風(fēng)干燥后待用；②室溫下在球面模具60中將天然橡膠材料分別加壓預(yù)制出與剛性球面隔片相對(duì) 應(yīng)的球面彈性體預(yù)制坯61 ；③先將第二剛性件30放入模具70中，然后球面彈性體預(yù)制坯61與剛性球面隔片 40依次交替放入模具70中，最后放進(jìn)第一剛性件20 ；④將安裝好的模具70放到真空硫化壓機(jī)中高溫硫化成型。在第一剛性件和第二剛性件的側(cè)面分別加工有螺栓通孔21和31，通過(guò)螺栓分別 與直升機(jī)旋翼槳葉夾板和旋翼槳轂固定連接。所得球面彈性軸承的性能測(cè)試結(jié)果如表2所列。表2實(shí)施例二所得球面彈性軸承測(cè)試性能結(jié)果
特性測(cè)試結(jié)果壓縮剛度，kN/mm256扭轉(zhuǎn)剛度，Nm/°6. 24彎曲剛度，Nm/°21. 21疲勞壽命，h2500
權(quán)利要求
一種直升機(jī)旋翼用球面彈性軸承，其特征是，球面彈性軸承包括，兩個(gè)剛性件，第一剛性件(20)的一個(gè)端面具有中心凹球面(22)，第一剛性件(20)的側(cè)面開(kāi)有與直升機(jī)旋翼槳葉組件固定連接的螺栓通孔(21)；第二剛性件(30)的一個(gè)端面具有與第一剛性件(20)中心凹球面(22)同球心的中心凸球面(32)，第二剛性件(30)的側(cè)面開(kāi)有與直升機(jī)旋翼槳轂中央件固定連接的螺栓通孔(31)；兩個(gè)剛性件之間設(shè)有剛性球面隔片(40)，剛性球面隔片(40)的球心與第一剛性件(20)的中心凹球面(22)相同，剛性球面隔片(40)的中心開(kāi)有通孔(41)，剛性球面隔片(40)的厚度為0.4mm～1.5mm；剛性球面隔片(40)與第一剛性件(20)和第二剛性件(30)之間填充彈性材料(50)，彈性材料(50)的厚度在0.4mm～1.5mm之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直升機(jī)旋翼用球面彈性軸承，其特征是，所述的剛性球面隔 片(40)的層數(shù)根據(jù)直升機(jī)的載荷設(shè)置，剛性球面隔片(40)的層數(shù)數(shù)量在11層 24層之 間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直升機(jī)旋翼用球面彈性軸承，其特征是，第一剛性件(20)、第 二剛性件(30)以及剛性球面隔片(40)的材料為不銹鋼或鋁或鈦或銅或硬質(zhì)工程塑料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直升機(jī)旋翼用球面彈性軸承，其特征是，彈性材料(50)為天 然橡膠材料或合成橡膠材料或兩種材料的組合。
5.一種成型權(quán)利要求1所述的直升機(jī)旋翼用球面彈性軸承的方法，其特征在于成型 方法是，①將第一剛性件(20)、第二剛性件(30)及剛性球面隔片(40)作噴砂、去污除油處理， 晾干后分別噴涂上與彈性材料相適應(yīng)的膠粘劑，經(jīng)自然通風(fēng)干燥后待用；②室溫下，在球面模具(60)中將彈性材料(50)分別加壓預(yù)制出與剛性球面隔片(40) 相對(duì)應(yīng)的球面彈性體預(yù)制坯(61)；③先將第二剛性件(30)放入成型模具(70)中，然后，再將球面彈性體預(yù)制坯(61)與 剛性球面隔片(40)依次交替放入成型模具(70)中，最后放進(jìn)第一剛性件(20)；④將安裝好的成型模具(70)放到真空硫化壓機(jī)中高溫硫化成型。
全文摘要
本發(fā)明屬于控制機(jī)械系統(tǒng)等內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)/振動(dòng)的彈性體構(gòu)件技術(shù)，涉及一種直升機(jī)旋翼用球面彈性軸承及其成型方法。軸承包括，兩個(gè)剛性件，第一剛性件的一個(gè)端面具有中心凹球面，第一剛性件的側(cè)面開(kāi)有與直升機(jī)旋翼槳葉組件固定連接的螺栓通孔；第二剛性件的一個(gè)端面具有與第一剛性件中心凹球面同球心的中心凸球面，第二剛性件的側(cè)面開(kāi)有與直升機(jī)旋翼槳轂中央件固定連接的安裝孔；兩個(gè)剛性件之間設(shè)有剛性球面隔片，剛性球面隔片的球心與第一剛性件的中心凹球面相同，剛性球面隔片的中心開(kāi)有通孔，剛性球面隔片與第一剛性件和第二剛性件之間填充彈性材料。本發(fā)明不需要潤(rùn)滑劑，壽命一般為傳統(tǒng)軸承的5到10倍；結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)B29C35/00GK101936337SQ20101028189
公開(kāi)日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月10日
發(fā)明者涂春潮, 王景鶴, 米志安, 蘇正濤, 蔣洪罡, 賴亮慶 申請(qǐng)人:中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院