专利名称：一种直升机旋翼用球面弹性轴承及其成型方法
技术领域：
本发明属于控制机械系统等内部的运动/振动的弹性体构件技术，涉及一种直升 机旋翼用球面弹性轴承及其成型方法。
背景技术：
直升机旋翼系统是由桨叶和桨毂组成的。传统的铰接式(又称全铰接式)旋翼桨 毂是通过桨毂上设置挥舞铰、摆振铰和变距铰来实现桨叶的挥舞、摆振和变距运动。在轴向 铰中采用推力轴承来负担离心力并实现变距运动。传统的推力轴承采用抗摩擦金属轴承， 这种金属轴承一直存在着诸如磨损较快，寿命短，需要润滑剂及润滑剂分布不均，维护和检 修困难等缺点。为了克服传统金属轴承的缺点，美国专利US2752766公开一种弹性元件拉扭杆来 执行完成金属轴承的作用，这种拉扭杆是采用柱状橡胶-金属层叠构件。这种弹性元件 拉扭杆还是存在着构造复杂、维护检修的工作量大、疲劳寿命低等缺点。另外，美国专利 US4232563和US4435097分别公开了一种锥形-柱形结合的橡胶_金属层叠轴承和一种锥 形橡胶_金属层叠弹性轴承，这种结构形式的轴承一般只能承受压缩载荷和扭转载荷，但 不能承载摆振载荷。因此，有必要提出一种能够承载压缩、扭转和摆振三向载荷，并且无需润滑剂、寿 命长、维护简单的弹性轴承。
发明内容
本发明的目的是提出一种能够承载压缩、扭转和摆振三向载荷，并且无需润滑剂、 寿命长、维护简单的直升机旋翼用球面弹性轴承及其成型方法。本发明的技术解决方案 是，轴承包括，两个刚性件，第一刚性件的一个端面具有中心凹球面，第一刚性件的侧面开 有与直升机旋翼桨叶组件固定连接的螺栓通孔；第二刚性件的一个端面具有与第一刚性件 中心凹球面同球心的中心凸球面，第二刚性件的侧面开有与直升机旋翼桨毂中央件固定连 接的螺栓通孔；两个刚性件之间设有刚性球面隔片，刚性球面隔片的球心与第一刚性件的 中心凹球面相同，刚性球面隔片的中心开有通孔，刚性球面隔片的厚度为0. 4mm 1. 5mm ； 刚性球面隔片与第一刚性件和第二刚性件之间填充弹性材料，弹性材料的厚度在0. 4mm 1. 5mm之间。所述的刚性球面隔片的层数根据直升机的载荷设置，刚性球面隔片的层数数量在 11层 24层之间。第一刚性件、第二刚性件以及刚性球面隔片的材料为不锈钢或铝或钛或铜或硬质
工程塑料。弹性材料为天然橡胶材料或合成橡胶材料或两种材料的组合。球面弹性轴承的成型方法是，①将第一刚性件、第二刚性件及刚性球面隔片作喷砂、去污除油处理，晾干后分别喷涂上与弹性材料相适应的胶粘剂，经自然通风干燥后待用；②室温下，在球面模具中将弹性材料分别加压预制出与刚性球面隔片相对应的球 面弹性体预制坯；③先将第二刚性件放入成型模具中，然后，再将球面弹性体预制坯与刚性球面隔 片依次交替放入成型模具中，最后放进第一刚性件；④将安装好的成型模具放到真空硫化压机中高温硫化成型。本发明具有的优点和有益效果，本发明的主要特点是相对于传统全金属轴承，球 面弹性轴承是由弹性体和球面金属隔片等复合而成的结构制件。球面弹性轴承与一个或多 个运动/振动结构连接。这些运动/振动结构可以包括，例如，旋翼飞行器等的旋翼系统桨 毂和桨叶。球面弹性轴承在承载桨叶离心力的同时，其为桨叶的挥舞、变距、摆振提供枢轴 作用。球面弹性轴承有以下优点(1)不需要润滑剂，金属件的磨损可忽略；(2)长寿命，寿 命一般为传统轴承的5到10倍；(3)结构相对简单，多个传统轴承的功能可以集成到一个 弹性轴承上得以实现，简化了系统结构的重量和尺寸；(4)不需要维护，不需防尘密封等辅 助装置；(5)可目视检查轴承的状况，并可就地更换；(6)安全破损，弹性体出现裂纹后还有 相当长的使用寿命；(7)具有自我适应系统频率的能力，对外部载荷的高低变化不敏感。本 发明提出的成型方法具有各层橡胶模量可调以达到轴承各层橡胶层等刚度设计的优点，生 产方便、劳动效率高。
图1为球面弹性轴承的透视图；图2为球面弹性轴承的俯视图；图3是图2的A-A剖面图；图4为刚性球面隔片示意图；图5为弹性体材料坯料预制成型球面模具及弹性体预制坯示意图，其中，图5A为 球面模具示意图，图5B为弹性体预制坯示意图；图6为成型模具示意图。
具体实施例方式
现结合附图对本发明技术方案作进一步详述。如图1和图2所示，本实施例中直升机旋翼用球面弹性轴承10包括位于两端的第 一刚性件20和第二刚性件30，在第一刚性件20和第二刚性件30之间间隔分布的刚性球面 隔片40，刚性球面隔片40的厚度为0. 4mm 1. 5mm ；在第一刚性件20、第二刚性件30与刚 性球面隔片40之间填充的将它们硫化连接而成一体的弹性材料50，弹性材料50的厚度在 0. 4mm 1. 5mm 之间。第一刚性件20具有一个球形凹面，球半径为SRl ；第一刚性件20具有螺栓通孔 21，通过螺栓与直升机旋翼桨叶夹板固定连接；第二刚性件30具有一个与第一刚性体球形 凹面同一球心的球形凸面，球半径为SR2 ；第二刚性件30具有螺栓通孔31，通过螺栓与直升 机旋翼桨毂固定连接。刚性球面隔片40具有与第一刚性体球形凹面同一球心。刚性球面 隔片40的层数根据直升机的载荷设置，刚性球面隔片的层数数量在11层 24层之间。每层的刚性球面隔片的球面半径不同。如图3所示，刚性球面隔片40具有中心开孔41，用作模压时的定位孔。刚性球面 隔片40圆周方向具有成型时定位用的卷边42。图5a所示为弹性体材料坯料预制成型球面模具60，用于在室温下压制球面弹性 体预制坯；图5b所示为预制成型的球面弹性体预制坯61。图6所示，成型方法如下步骤①将第一刚性件20、第二刚性件30及刚性球面隔片作喷砂、去污除油处理，晾干 后分别喷涂与弹性材料相适应的胶粘剂，经自然通风干燥后待用；②室温下在球面模具60中将弹性材料分别加压预制出与刚性球面隔片相对应的 球面弹性体预制坯61 ；③先将第二刚性件放入模具70中，然后球面弹性体预制坯与刚性球面隔片依次 交替放入模具中，最后放进第一刚性件；④将安装好的模具70放到真空硫化压机中高温硫化成型。实施例一两个刚性件材料为铝；第一刚性件20中的球形凹面之球半径为54. 2mm,第二刚性 件30具有一个与第一刚性体球形凹面同一球心的球形凸面，球半径为30mm ；刚性球面隔片40材料为不锈钢，隔片厚度为1. Omm ；根据直升机载荷为4吨，计算 得出球面弹性轴承所需的压缩刚度，然后通过迭代计算，得出球面弹性轴承的隔片数量为 11层；刚性球面隔片40具有中心开孔41，用作模压时的定位孔。刚性球面隔片40圆周方 向具有成型时定位用的卷边42。弹性材料50为合成聚异戊二烯橡胶材料，每层弹性材料的厚度为1. Omm ；与弹性材料相对应的胶粘剂采用Chemlok 250 (洛德公司产品)；球面弹性轴承的成型方法如下①将第一刚性件20、第二刚性件30及刚性球面隔片作喷砂、去污除油处理，晾干 后分别喷涂Chemlok 250胶粘剂，经自然通风干燥后待用；②室温下在球面模具60中将合成聚异戊二烯橡胶材料分别加压预制出与刚性球 面隔片相对应的球面弹性体预制坯61 ；③先将第二刚性件30放入模具70中，然后球面弹性体预制坯61与刚性球面隔片 40依次交替放入模具70中，最后放进第一刚性件20 ；④将安装好的模具70放到真空硫化压机中高温硫化成型。在第一刚性件和第二刚性件的侧面分别加工有螺栓通孔21和31，通过螺栓分别 与直升机旋翼桨叶夹板和旋翼桨毂固定连接。所得球面弹性轴承的性能测试结果如表1所列。表1实施例一所得球面弹性轴承测试性能结果
特性测试结果压缩刚度，kN/mm198扭转刚度，Nm/°5. 24弯曲刚度，Nm/°13. 21疲劳寿命，h2000实施例二刚性件材料为不锈钢；第一刚性件20中的球形凹面之球半径为89. 2mm,第二刚性 件30具有一个与第一刚性体球形凹面同一球心的球形凸面，球半径为40mm ；刚性球面隔片材料为铝片，隔片厚度为1. 2mm ；根据直升机载荷为6吨，计算得 出球面弹性轴承所需的压缩刚度，然后通过迭代计算，得出球面弹性轴承的隔片数量为20 层；弹性材料为天然橡胶材料，每层弹性材料的厚度为1. 2mm ；与弹性材料相对应的胶粘剂采用Chemlok 250 (洛德公司产品)；球面弹性轴承的成型方法如下①将第一刚性件20、第二刚性件30及刚性球面隔片作喷砂、去污除油处理，晾干 后分别喷涂Chemlok 250胶粘剂，经自然通风干燥后待用；②室温下在球面模具60中将天然橡胶材料分别加压预制出与刚性球面隔片相对 应的球面弹性体预制坯61 ；③先将第二刚性件30放入模具70中，然后球面弹性体预制坯61与刚性球面隔片 40依次交替放入模具70中，最后放进第一刚性件20 ；④将安装好的模具70放到真空硫化压机中高温硫化成型。在第一刚性件和第二刚性件的侧面分别加工有螺栓通孔21和31，通过螺栓分别 与直升机旋翼桨叶夹板和旋翼桨毂固定连接。所得球面弹性轴承的性能测试结果如表2所列。表2实施例二所得球面弹性轴承测试性能结果
特性测试结果压缩刚度，kN/mm256扭转刚度，Nm/°6. 24弯曲刚度，Nm/°21. 21疲劳寿命，h2500
权利要求
一种直升机旋翼用球面弹性轴承，其特征是，球面弹性轴承包括，两个刚性件，第一刚性件(20)的一个端面具有中心凹球面(22)，第一刚性件(20)的侧面开有与直升机旋翼桨叶组件固定连接的螺栓通孔(21)；第二刚性件(30)的一个端面具有与第一刚性件(20)中心凹球面(22)同球心的中心凸球面(32)，第二刚性件(30)的侧面开有与直升机旋翼桨毂中央件固定连接的螺栓通孔(31)；两个刚性件之间设有刚性球面隔片(40)，刚性球面隔片(40)的球心与第一刚性件(20)的中心凹球面(22)相同，刚性球面隔片(40)的中心开有通孔(41)，刚性球面隔片(40)的厚度为0.4mm～1.5mm；刚性球面隔片(40)与第一刚性件(20)和第二刚性件(30)之间填充弹性材料(50)，弹性材料(50)的厚度在0.4mm～1.5mm之间。
2.根据权利要求1所述的直升机旋翼用球面弹性轴承，其特征是，所述的刚性球面隔 片(40)的层数根据直升机的载荷设置，刚性球面隔片(40)的层数数量在11层 24层之 间。
3.根据权利要求1所述的直升机旋翼用球面弹性轴承，其特征是，第一刚性件(20)、第 二刚性件(30)以及刚性球面隔片(40)的材料为不锈钢或铝或钛或铜或硬质工程塑料。
4.根据权利要求1所述的直升机旋翼用球面弹性轴承，其特征是，弹性材料(50)为天 然橡胶材料或合成橡胶材料或两种材料的组合。
5.一种成型权利要求1所述的直升机旋翼用球面弹性轴承的方法，其特征在于成型 方法是，①将第一刚性件(20)、第二刚性件(30)及刚性球面隔片(40)作喷砂、去污除油处理， 晾干后分别喷涂上与弹性材料相适应的胶粘剂，经自然通风干燥后待用；②室温下，在球面模具(60)中将弹性材料(50)分别加压预制出与刚性球面隔片(40) 相对应的球面弹性体预制坯(61)；③先将第二刚性件(30)放入成型模具(70)中，然后，再将球面弹性体预制坯(61)与 刚性球面隔片(40)依次交替放入成型模具(70)中，最后放进第一刚性件(20)；④将安装好的成型模具(70)放到真空硫化压机中高温硫化成型。
全文摘要
本发明属于控制机械系统等内部的运动/振动的弹性体构件技术，涉及一种直升机旋翼用球面弹性轴承及其成型方法。轴承包括，两个刚性件，第一刚性件的一个端面具有中心凹球面，第一刚性件的侧面开有与直升机旋翼桨叶组件固定连接的螺栓通孔；第二刚性件的一个端面具有与第一刚性件中心凹球面同球心的中心凸球面，第二刚性件的侧面开有与直升机旋翼桨毂中央件固定连接的安装孔；两个刚性件之间设有刚性球面隔片，刚性球面隔片的球心与第一刚性件的中心凹球面相同，刚性球面隔片的中心开有通孔，刚性球面隔片与第一刚性件和第二刚性件之间填充弹性材料。本发明不需要润滑剂，寿命一般为传统轴承的5到10倍；结构相对简单。
文档编号B29C35/00GK101936337SQ20101028189
公开日2011年1月5日 申请日期2010年9月10日 优先权日2010年9月10日
发明者涂春潮, 王景鹤, 米志安, 苏正涛, 蒋洪罡, 赖亮庆 申请人:中国航空工业集团公司北京航空材料研究院