专利名称：用于旋翼式飞机的滚珠轴承的制作方法
技术领域：
本申请涉及一种滚珠轴承，特别地，涉及一种应用于旋翼式飞机的滚珠轴承。
背景技术：
旋翼式飞机，例如直升机，为滚珠轴承的应用提供了独特的环境，特别是在他们的转子系统中。例如，在直升机旋转斜盘及转动叶片支架中的轴承必须进行特殊的设计，以在直升机特有的各种载荷和速度的状况下工作时提供可靠的运行。轴承在其他机器上的应用与在旋翼式飞机上的应用，特别是在直升机上的应用是不同的。由于这个原因，在其他机器上可用的轴承设计，在所属技术领域的人员看来，不适合应用在直升机旋转斜盘及转动叶片支撑等中。
传统的旋翼式飞机轴承的例子是在Sikorsky CH53A/D直升机尾部转动叶片支架上的轴承。该叶片支架包括具有5个轴承的滚珠轴承组，在其中滚珠由尼龙保持架保持就位。为了容纳保持架，轴承的外座圈必须进行倒角，这就减弱了轴承的强度。
发明内容
在旋翼式飞机的旋翼毂组件中，旋翼毂组件包括在旋翼头部处主轴上的滚珠轴承，该滚珠轴承包括位于轴承中滚珠之间的嵌块式滚珠隔离器。
在各种可选的方面，嵌块式滚珠隔离器可以包括与美国军方标准MIL-P-46183一致的合成聚合物材料，还可以优选地从包括PEEK，聚四氟乙烯，以及聚酰亚胺的组中选择。类似直径且与嵌块式滚珠隔离器接触的两滚珠之间的滚珠间隔可以是一个滚珠直径的0.6％。但是，考虑到滚珠之间的间隔可以在不脱离本发明更宽方面的情况下应用，本发明在这一方面没有限制。例如，其他实施方案中可以使用这样的嵌块式滚珠隔离器，即它提供滚珠直径的大约3.2％至64％的滚珠间间隔。嵌块式滚珠隔离器可以具有环状结构，该结构包括限定一通道的内表面。该通道具有两端并且所述内表面是锥形的以在所述两端之间形成一最小的内径。所述内表面可以包括在每一端的倒角面，所述倒角面可以为大约75°至大约120°的圆锥角，例如，大约90°。
这里所述的滚珠轴承还可以应用在旋翼式飞机旋转斜盘中，该旋转斜盘包括固定盘、转动盘以及位于所述固定盘和转动盘之间的止推轴承。
图1是嵌块式滚珠隔离器的一实施方案的透视图。
图2是图1所示嵌块式滚珠隔离器的剖面图。
图3是被图1所示的嵌块式滚珠隔离器隔开的两滚珠的局部剖面图。
图4是用在这里所描述的旋翼式系统中的滚珠轴承的局部剖面图。
图5是包括图4中所描述轴承的旋转斜盘组件的局部破断的局部剖面图。以及，图6是旋翼式飞机尾部旋翼毂组件(rotor head assembly)中的滚珠轴承组的局部剖视图。
具体实施例方式
本发明提供了一种对旋翼式飞机转子系统轴承的改进，例如直升机旋转斜盘轴承和旋转叶片支撑轴承的改进，这种改进通过提供一种用于此目的的滚珠轴承来实现，该滚珠轴承包括位于轴承中的滚珠之间的嵌块式滚珠隔离器，而不是轴承罩。
因此本发明，一种满足与现有技术中罩式滚珠轴承同样的设计限制要求的滚珠轴承可以应用更大的滚珠，且可以不再需要座圈的倒角。此外，对于具体的旋翼式飞机的情况而言，这种轴承极大地提高了动态载荷等级和疲劳寿命。
本发明的嵌块式滚珠隔离器的一个实施例如图1和图2所示。嵌块式滚珠隔离器10通常具有沿中心轴A的环形结构、两个端部和一个贯穿其内的通道。该嵌块式滚珠隔离器10还具有大致为圆柱形的外表面12，轴向端面14和16，以及圆锥形的倒角面18和20，所述外表面具有外径do，所述倒角面18和20从端面14和16向通常为圆柱形的内表面22收敛，内表面22具有内径di。倒角面18和20可以与圆锥角C一致，圆锥角C在大约75°至大约120°之间，例如大约90°。内表面22从倒角面18的窄端延伸至倒角面20的窄端，宽度为Wi。
外表面12可以具有这样的外形，即其直径取所述端面之间的最大值；例如，外表面12可以相对于其切线to限定大约为3°的角β，切线to平行于轴A。外表面12从轴A的直径do从切点至每个端面渐渐减少，切点优选在所述端面的中间。类似地，内表面22也可以相对于其切线b1限定一大约为3°的角γ，切线b1平行于轴线A。相应地，从轴A测量，内表面22的直径di，从所述切点开始至两端渐渐增加，所述切点优选在所述端面的中间。所述设有角度的轮廓表面便于将嵌块式滚珠隔离器10从其制造模型中取出。
嵌块式滚珠隔离器10具有从端面14至端面16测量的轴向宽度Wf。在一具体的实施方案中，嵌块式滚珠隔离器10被设计成沿径向中心线CL基本对称。
嵌块式滚珠隔离器10可以由合成聚合物材料制成，例如轴承级别的聚醚醚酮PEEK(poly ether ether ketone)或其他材料，例如，聚四氟乙烯PTFE(Polytetrafluoroethylene)(例如，特氟纶)，聚酰亚胺(例如杜邦公司的VESPEL)等。在一具体的实施方案中，所述材料与1999年7月1日修正的美国军方技术说明MIL-P-46183一致。优选地，所述材料符合1960年1月15日出版、1993年7月1日修订的汽车工程师协会(SAE)的航空材料技术标准AMS 3656E，或1966年3月出版、1994年2月修订的AMS 3660C。
通常，一嵌块式滚珠隔离器10用在两个尺寸类似的滚珠之间，该两滚珠的尺寸与圆锥形倒角面18和20配合。如图3所示，每个滚珠的直径d(球体)大于嵌块式滚珠隔离器10的外径do。在图示的实施例中，直径do与滚珠的直径d(球体)的比率大约在0.85∶1。此外，嵌块式滚珠隔离器10被构造成在滚珠之间提供等于为滚珠直径大约3.2％至大约64％的隔离，优选地在3.2-9.6％之间，在一具体实施例中，大约为滚珠直径的6％。这样，在一具体的实施方案中，被嵌块式滚珠隔离器10隔开的相邻滚珠的中心距离大约是滚珠直径的1.06倍。
滚珠轴承30包括如局部视图4中所示的嵌块式滚珠隔离器，图4显示了位于内座圈32和外座圈34之间并被嵌块式滚珠隔离器10相互隔开的滚珠24。如上所述，由于使用了嵌块式滚珠隔离器10，滚珠轴承30相对于现有技术中用于同样旋翼式飞机的罩式滚珠轴承，提供了非常大的改进，因为其允许应用较大的滚珠(例如，应用直径为12.7毫米(1/2英寸)的滚珠)，而现有技术中用的是直径为11.9毫米(15/32英寸)的滚珠，并且座圈也比现有技术中的座圈更加坚固，因为不必为容纳保持架而对座圈进行倒角。与保持架式轴承相比，随着轴承30的旋转，所述嵌块式滚珠隔离器以对滚珠24的引导和拖延(ead-and-leg)运动产生最小阻力而绕转和流动。这些优点可以在不改变轴承特征，例如接触角、节圆直径以及轴承中滚珠的数量的情况下获得。
具有嵌块式滚珠隔离器而不是尼龙保持架的滚珠轴承可以应用在旋翼式飞机的旋转斜盘(swashplate)中。众所周知，旋转斜盘一般包括安装在一杆上的固定盘和与所述固定盘并列的安装在该杆上的转动盘。在固定盘和转动盘之间有一止推轴承以便于该转动盘的旋转。该止推轴承包括外座圈和内座圈以及位于外座圈和内座圈之间的多个滚珠。在现有技术中，滚珠通过保持架被保持在适当位置。与本发明相一致，所述轴承包括滚珠之间的嵌块式滚珠隔离器。这样，图4中的轴承30在图5中被视为旋转斜盘组件中的止推轴承部分。该旋转斜盘组件35包括固定的内旋转斜盘部件36和旋转的外旋转斜盘部件38。轴承30的内座圈32与固定的内旋转斜盘部件36接触，同时外座圈34与旋转的外旋转斜盘部件38接触。在内座圈32和外座圈34之间，所述轴承30包括多个被隔离器10隔开的滚珠24。嵌块式滚珠隔离器的应用比具有尼龙滚珠保持架的轴承动态载荷率提高了大约14.5％，轴承疲劳寿命增加了大约50％，上述数据是根据防摩擦轴承制造者协会制定的、标准号为9-1990的公式计算出的。
在另一实施方案中，本发明被应用在转动转子座架的轴承中。例如，图6提供了一轴承组的剖视图，该轴承组在用于Sikorsky CH53A/D直升机的旋翼式飞机尾部旋翼毂组件(tail rotor head assembly)中比较有用。尾部旋翼组件的四个旋转叶片中的每一个在各自与旋翼毂连接的主轴上配有一轴承组。轴承组40包括五个匹配的滚珠轴承30a-30e，轴承30a-30e都使用同样尺寸的滚珠24，滚珠24被嵌块式滚珠隔离器10隔开，并位于内座圈32和外座圈34之间。轴承组40是尾部旋翼毂组件的子部件，其能够使所述叶片响应于飞机方向舵控制输入而转动。用于座圈制造材料的技术标准是AMS6440或AMS6441，用于滚珠的技术说明是AMS6440或SAE51100。在一评价中，应用这里所述的PEEK或PTFE嵌块式滚珠隔离器的轴承会比具有尼龙保持架的轴承，动态载荷率提高大约14.5％，疲劳寿命增加大约50％。
除非有具体的说明，这里所公开的范围都包括且可以组合其端点和所有中间点的值。这里的术语“第一”、“第二”等等，不说明任何次序、数量或重要性，而是用于将元件相互区别开来。这里的术语“一”或“一个”不是对数量的限制，而是存在至少一个所涉及的物项。除非有具体说明，所有被“大约”修饰的数字都包括其精确的数值。
尽管本发明结合具体实施例进行了说明，但所属领域的普通技术人员应当理解，在阅读和理解上述内容的基础上，各种对已公开实施方案的改变和改进都落在本发明和随附权利要求的范围和精神之内。
权利要求
1.一种旋翼式飞机的旋翼毂组件，包括在旋翼的头部处位于主轴上的滚珠轴承(30a，30b，…30e)组(40)，其特征在于滚珠轴承(30a，30b，…30e)包括位于轴承(30a，30b，…30e)中滚珠(24)之间的嵌块式滚珠隔离器(10)。
2.如权利要求1所述的旋翼毂组件，其特征在于嵌块式滚珠隔离器(10)由与美国军方标准MIL-P-46183一致的合成聚合物材料构成。
3.如权利要求1所述的旋翼毂组件，其特征在于嵌块式滚珠隔离器在每端具有倒角面(18，20)，所述倒角面(18，20)形成大约75°至大约120°的圆锥形角。
4.一种旋翼式飞机旋转斜盘组件(35)，包括固定盘(36)、转动盘(38)以及位于所述固定盘(36)和转动盘(38)之间的滚珠轴承(30)，所述止推轴承(30)包括内座圈(32)和外座圈(34)以及位于外座圈和内座圈之间的多个滚珠(24)，其特征在于所述滚珠轴承(30)包括位于滚珠(24)之间的嵌块式滚珠隔离器(10)。
5.如权利要求4所述的旋转斜盘组件，其特征在于嵌块式滚珠隔离器(10)由与美国军方标准MIL-P-46183一致的合成聚合物材料构成。
6.如权利要求5所述的旋转斜盘组件，其特征在于所述合成聚合物材料是PEEK、PTFE或聚酰亚胺。
7.如权利要求4所述的旋转斜盘组件，其特征在于一个或多个嵌块式滚珠隔离器(10)具有环状结构，环状结构在其中形成通道，该通道具有两端，所述嵌块式滚珠隔离器的内部被形成锥形，以便在每个端部具有最大的内径，在端部中间具有最小的内径。
8.如权利要求4所述的旋转斜盘组件，其特征在于所述嵌块式滚珠隔离器的倒角面(18，20)的锥形限定大约75°至大约120°的角。
9.如权利要求4所述的旋转斜盘组件，其特征在于由嵌块式滚珠隔离器(10)提供的、相似直径的两滚珠(24)之间的滚珠间隔为一个滚珠直径的大约3.2％至64％。
10.如权利要求4所述的旋转斜盘组件，其特征在于由嵌块式滚珠隔离器提供的、相似直径的两滚珠之间的滚珠间隔为一个滚珠直径的大约3.2％至9.6％。
全文摘要
一种具有滚珠轴承(30)的旋翼式飞机尾部旋翼毂组件，所述滚珠轴承位于旋翼头部处的主轴上，滚珠轴承(30)包括位于轴承(30)中滚珠(24)之间的嵌块式滚珠隔离器(10)。嵌块式滚珠隔离器(10)可以由聚醚醚酮树脂，聚四氟乙烯，或聚酰亚胺制造。由嵌块式滚珠隔离器(10)提供的、相似直径的两滚珠之间的滚珠间隔可以是一个滚珠直径的大约3.2％至64％。隔离器可以具有环状构以在其中形成通道，该通道具有两端并且隔离器的内部被形成锥形从而在每个端部具有最大的直径，在端部中间具有最小的直径。嵌块式滚珠隔离器倒角面(18，20)的锥形可以形成大约75°至大约120°的圆锥形角。这里所述的滚珠轴承还可以应用在旋翼式飞机旋转斜盘(35)中，该旋转斜盘包括固定盘(36)、转动盘(38)以及位于所述固定盘(36)和转动盘(38)之间的止推轴承(30)。
文档编号F16C33/30GK101042161SQ200710092379
公开日2007年9月26日 申请日期2007年3月13日 优先权日2006年3月13日
发明者A·哈比布瓦恩德 申请人:滚动轴承美国公司