具有楔形垫片的弹性体轴承组成部件的制作方法

本发明涉及轴承，更特别涉及用于诸如直升机旋翼(/直升机转子)(helicopterrotors)的应用中的层叠弹性体轴承。

背景技术：

已知层叠弹性体轴承，其包括关于(/绕)中心线总体上同轴布置的多个交替的嵌套的弹性体层和金属层。这种轴承允许诸如顺桨铰链(featheringhinge)的定心销等的组成部件绕轴承中心线枢转或“扭转”和/或部分地绕与中心线总体上垂直的一个或多个轴线枢转的运动。这种轴承在诸如支撑尾部旋翼轴或旋翼组件的顺桨铰链的扭转的应用中是有效的，但是在轴承的经历相对较大量的张紧或剪切载荷的某些部分中可能会经历弹性体层的过早失效(/故障)。

技术实现要素：

在一个方面，本发明涉及一种用于使内构件与外构件可运动地联接的层叠轴承组件的组成部件，所述外构件具有孔。所述轴承组成部件包括层叠主体，层叠主体能够布置在所述外构件的孔内并具有能够与所述内构件连接的内径向端和能够与所述外构件连接的外径向端。所述主体由总体上绕中心轴线嵌套的多个交替的、总体上为弧形的弹性体层片和金属层片形成，所述弹性体层片和所述金属层片中的每一个具有相对的第一弧形端和第二弧形端以及在所述第一弧形端与所述第二弧形端之间沿周向延伸的内周向表面和外周向表面。各金属层片的径向厚度在位于径向最宽的第一弧形端处的第一值与位于径向最窄的第二弧形端处的较小的第二值之间沿周向变化。

在另一方面，本发明涉及一种层叠轴承组件，用于使内构件与外构件可运动地联接，所述内构件具有中心轴线，所述外构件具有孔。所述轴承组件包括至少两个层叠轴承组成部件，各层叠轴承组成部件能够至少部分地布置在所述外构件的孔内并具有能够与所述内构件连接的内径向端(使得关于中心轴线间隔开)和能够与所述外构件连接的外径向端。各轴承组成部件包括层叠主体，所述层叠主体由总体上绕中心轴线嵌套的多个交替的、总体上为弧形的弹性体层片和金属层片形成，所述弹性体层片和所述金属层片中的每一个具有相对的第一弧形端和第二弧形端以及在所述第一弧形端与所述第二弧形端之间沿周向延伸的内周向表面和外周向表面。各金属层片总体上为楔形，并且径向厚度在位于径向最宽的第一弧形端处的第一值与位于径向最窄的第二弧形端处的较小的第二值之间沿周向变化。

在又一方面，本发明涉及一种机械组件，包括具有中心轴线的内构件和具有孔的外构件，内构件与外构件中的至少一者能够绕中心轴线在角度上(/成角度地)移位。至少一个层叠主体布置在外构件的孔内并具有与内构件连接的内径向端和与外构件连接的外径向端。所述主体由总体上绕中心轴线同轴地嵌套的多个交替的、总体上为弧形的弹性体层片和金属层片形成，所述弹性体层片和所述金属层片中的每一个具有相对的第一弧形端和第二弧形端以及在所述第一弧形端与所述第二弧形端之间沿周向延伸的内周向表面和外周向表面。各金属层片总体上为楔形，并且径向厚度在位于径向最宽的第一弧形端处的第一值与位于径向最窄的第二弧形端处的较小的第二值之间沿周向变化。

附图说明

当结合附图阅读时，将更好地理解前述发明内容以及本发明的优选实施方式的详细说明。出于阐述本发明的目的，在图示的附图中示出了当前优选的实施方式。然而，应该理解的是，本发明不限于所显示的精确的(/这些)(precise)布置和机构。在附图中：

图1是根据本发明的轴承组成部件的第一结构的立体图；

图2是第一结构的轴承组成部件的前视平面图；

图3是图2的线3-3的径向截面图；

图4是图3的一部分的放大图；

图5是图3的一部分的另一放大图；

图6是图3的线6-6的轴向截面图；

图7是图3的线7-7的轴向截面图；

图8是第一轴承结构的俯视平面图，示出了内连接器和外连接器的另一示例性结构；

图9是由两个第一结构的轴承组成部件形成并示出了内构件和外构件的轴承组件的俯视平面图；

图10是根据本发明的轴承组成部件的第二结构的立体图；

图11是第二结构的轴承组成部件的前视平面图；

图12是图11的线12-12的径向截面图；

图13是图12的一部分的放大图；

图14是图12的线14-14的轴向截面图；

图15是图12的线15-15的轴向截面图；

图16是第一结构的轴承组成部件的前视平面图，其被示出为形成了非对称构造；

图17是层片交替地各自形成有部分圆柱形状的轴承组成部件的轴向截面图；以及

图18是层片交替地各自形成有部分圆锥形状的轴承组成部件的轴向截面图。

具体实施方式

在以下说明中仅出于方便而不是限制的目的使用某些术语。词语“内”、“向内”和“外”、“向外”分别指的是朝向和远离所描述的元件的指定中心线或几何中心的方向，该特定含义从说明的上下文中显而易见。此外，如本文所使用的，词语“连接”和“联接”各自意在包括在中间没有任何其它构件的情况下两个构件之间的直接连接和在中间有一个或多个其它构件的情况下构件之间的间接连接。术语包括上面具体提到的词、其衍生词和类似的引进词(/外来词)。

现在详细参照附图，在附图中相同的数字用于从始至终表示相同的元件。在图1-图18中示出了用于使中央的内构件1与机械组件3的外构件2可运动地联接的层叠轴承组件(laminatedbearingassembly)11的组成部件10，其中外构件2具有孔3(见图9)。优选的是，内构件1和外构件2是旋翼飞机轮毂和叶片组件(rotaryaircrafthubandbladeassembly)的组成部件，例如尾部旋翼轴(tailrotorshaft)和附接于机身(未示出)的壳体(/座)(housing)，但是可以用于支撑除了旋翼飞机之外的任何能相对运动的内构件1和外构件2。轴承组成部件10基本上包括能够布置在外构件(的)孔3内的层叠主体(/层叠体)12，主体12分别具有内径向端12a和外径向端12b以及相对的第一周向侧12c和第二周向侧12d，并优选分别包括内连接器14和外连接器16。主体(的)内径向端12a能够优选借助于内连接器14而与内构件1连接，主体(的)外径向端12b能够优选借助于外连接器16而与外构件2连接。

层叠主体12由多个交替的、总体上弧形的(/大致弓形的)(generallyarcuate)弹性体和金属层片(laminae)18ⁿ、20ⁿ形成，弹性体和金属层片18ⁿ、20ⁿ分别总体上绕着中心轴线ac嵌套(/嵌装)(nested)。也就是说，层片18ⁿ，20ⁿ从以下开始交替：位于径向最内侧的第一弹性体层片18¹、从第一弹性体层片18¹径向向外间隔开并附接于第一弹性体层片18¹的位于径向最内侧的第一金属层片20¹、从第一金属层片20¹径向向外间隔开并附接于第一金属层片20¹的第二弹性体层片18²等等、从第二弹性体层片18²径向向外间隔开并附接于第二弹性体层片18²的第二金属层片20²等等，这如图4和图13所示。另外，对于嵌套的层片18ⁿ、20ⁿ，各层片18ⁿ、20ⁿ的径向尺寸ren、rmn分别沿从中心轴线ac向外的方向总体上(/大致)(generally)增大，这如图5所示。优选地，弹性体层片18ⁿ由具有不同刚度的材料形成，使得最内侧的层片18¹具有最大的刚度、最外侧的层片18ⁿ(例如所示的18⁵)具有最低或最小的刚度。然而，弹性体层片18ⁿ可以各自具有相同的刚度或以任何期望的方式变化的刚度。

弹性体层片和金属层片18ⁿ、20ⁿ中的每一个分别具有相对的第一弧形端和第二弧形端18ⁿa、18ⁿb和20ⁿa、20ⁿb，以及在第一弧形端和第二弧形端18ⁿa、18ⁿb或20ⁿa、20ⁿb之间延伸的周向长度lc。各层片18ⁿ或20ⁿ还分别具有：内周向表面和外周向表面19a、19b和21a、21b，其在第一弧形端和第二弧形端18ⁿa、18ⁿb和20ⁿa、20ⁿb之间沿周向延伸；和相对的轴向端18ⁿc、18ⁿd和20ⁿc、20ⁿd，其分别总体上(/大致)(generally)沿着中心轴线ac间隔开。此外，各金属层片或“垫片(shim)”20ⁿ总体上是楔形的并具有径向厚度trm，该径向厚度trm在位于径向最宽的第一弧形端20ⁿa处的第一值vm1与位于径向最窄的第二弧形端20ⁿb处的较小的第二值vm2之间“渐缩(tapers)”或沿周向变化，并优选直接线性地变化，这如图3和图12所示。

在图1-图9和图16中所示的当前优选的第一构造中，各弹性体层片18ⁿ被形成为使得在第一弧形端18ⁿa与第二弧形端18ⁿb之间具有大致(substantially)恒定的径向厚度tre。厚度变化的金属层片/垫片20ⁿ与总体上恒定厚度的弹性体层片18ⁿ嵌套或者嵌套在总体上恒定厚度的弹性体层片18ⁿ之间，层叠主体12被形成为使得第一周向侧12c具有第一径向长度lr1，第一径向长度lr1实质上大于主体的第二周向侧12d的第二径向长度lr2，这如图3、图5、图12和图13所示。具体地说，位于主体的第一侧12c有较大的径向长度lr1、以及进而在内连接器14与外连接器16之间有最大间隔距离ds1的原因是金属层片20ⁿ的所有径向最宽的弧形端20ⁿa的堆叠(stackup)。相反，位于主体的第二侧12d有较短的径向长度lr2、以及在连接器14、16之间有最小或最少间隔距离ds2起因于金属层片/垫片20的所有径向最窄的弧形端20ⁿb的聚集(aggregate)。

参照图3和图5，对于这种层叠主体结构，内连接器14优选具有外表面36，外表面36具有绕着(/关于)中心轴线ac总体上(/大致)恒定的半径ric，外连接器16具有内表面42，内表面42具有关于中心轴线ac在靠近层叠主体(的)第一周向侧12c的第一值r1与靠近层叠主体(的)第二周向侧12d的较小的第二值r2之间变化的半径roc，这如图5所示。如此，内连接器14与外连接器16之间的间隔距离ds在层叠主体的第一周向侧12c处具有第一值ds1、在层叠主体的第二周向侧12d处具有较小的第二值ds2。换言之，与在第二周向侧12d处的间隔相比，内组成部件14与外组成部件16之间的间隔在主体(的)第一周向侧12c处实质上更大。此外，外连接器18优选被形成具有与垫片20ⁿ的渐缩方向相反的渐缩径向厚度toc，使得连接器外表面43总体上以中心轴线ac为中心，即具有半径ro2，ro2关于轴线ac具有恒定的值，并使得内连接器外表面36与外连接器外表面43之间的间隔距离sco也总体上恒定(参见图3)。具体地说，外连接器厚度toc从总体上(/大致)(generally)邻近层叠主体第一侧12c的较小的第一值tc1增大到大致邻近主体第二侧12d的较大的第二值tc2，这如图3所示。

由于楔形的金属垫片20ⁿ和由此引起的分别位于各主体侧12c、12d处的间隔距离ds1、ds2之差，因此与传统的层叠轴承相比，当以特定方式向轴承组成部件10施加载荷时，弹性体层片18ⁿ的总偏斜(/挠曲)(deflection)减小，并且各弹性体层片18ⁿ的至少实质部分(/至少大部分)保持压缩而不是张紧(/拉伸)(tension)。具体地说，当扭矩t1沿逆时针的第一方向d1施加到内构件1时，从层片第一端18ⁿa向内延伸的各弹性体层片18的“前端”部分朝向具有最小间隔距离ds2的主体侧12d偏斜，压缩相邻的金属垫片20ⁿ之间的各弹性体层片18ⁿ，以减小各弹性体层片(的)前端部分上的张紧载荷和/或增大压缩，这如图3所示。相反，当扭矩t2沿顺时针的第二方向d2施加到外构件2时，从层片(的)第二端18ⁿb向内延伸的各弹性体层片18ⁿ的后端部分朝向具有增大厚度tm的两个相邻的金属层片20的部分偏斜，从而在各层片18ⁿ的(通常趋向于被牵拉或伸展(stretched)成张紧载荷的)这些部分上引起压缩，这也如图3所示。

参照图10-图15，在第二轴承组成部件(的)构造中，各弹性体层片18ⁿ具有径向厚度tre，该径向厚度tre在位于径向最宽的第一弧形端18ⁿa处的第一值ve1与位于径向最窄的第二弧形端18ⁿb处的较小的第二值ve2(即ve1>ve2)之间沿周向变化、优选直接线性地变化，这如图12所示。对于这种变化的弹性体层片厚度tre，弹性体层片18ⁿ和金属层片20ⁿ优选被布置成使得弹性体层片18ⁿ的至少一部分中的每一个的径向最窄(的)端18ⁿb总体上布置在两个相邻的金属层片20ⁿ的径向最宽(的)端20ⁿb之间，反之亦然。优选的是，层片18ⁿ、20ⁿ的大小被设置成使得位于各主体侧端12c、12d处的径向长度lr(未示出)、以及进而内连接器14与外连接器16之间的间隔距离ds(图12)是大致相等或恒定的。如此，外连接器16优选在总体上以中心轴线ac为中心的内表面42与外表面43之间具有总体上恒定的径向厚度toc。然而，当与被形成为使得间隔距离ds实质上相等/恒定的层片18ⁿ、20ⁿ一起使用时，内连接器14和外连接器16中的任一者或两者可以被形成为具有变化的径向厚度tic、toc。

对于这种层片结构，可以认为金属层片20的至少一部分布置成相邻的内、外金属层片20ⁿ的对22，这如图13所示。在这种布置中，某些金属层片20ⁿ各自是在一对22中的外层片20ⁿ和在相邻的对22中的内层片20ⁿ(即，除了最内侧的层片20¹和最外侧的层片20ⁿ之外)。在各金属层片(的)对22中，内金属层片20ⁿ的外表面21b和外金属层片20ⁿ的内表面21a绕中心轴线ac沿逆时针的第一角度方向d1大致在径向上会聚，这如图13所示。如此，当扭矩t沿第一角度方向d1施加在层叠(的)组成部件10上时，布置在金属层片20ⁿ的特定对22之间的弹性体层片18ⁿ中的每一者总体上压靠会聚的外周向表面21a和内周向表面21b。因此，当在期望的正常运行条件下扭转载荷主要沿第一方向d1时，从第二端18ⁿb朝向第一端18ⁿa延伸的各弹性体层片18ⁿ的后端部分的至少实质部分(/至少大部分)总体上处于与张紧相反的压缩状态。

对于任一轴承组成部件的构造，与先前已知的层叠轴承/轴承组成部件相比，由楔形金属层片/垫片20ⁿ形成的层叠主体12导致轴承组成部件10、进而还有轴承组件11的寿命预期显著增加。这种增加的原因在于以下事实：与张紧相比，弹性体具有更大的压缩强度。因此，通过在弹性体层片18ⁿ的部分上引起压缩(或至少减小张紧载荷)(否则其将处于张紧状态或具有更大的张紧载荷)，来导致轴承寿命增加。

现在参照图3、图8和图12，如上所述，内连接器14被构造成使层叠主体内径向端12a与内构件1连接，并优选包括至少总体上刚性的、部分圆柱形的主体30，其优选由金属材料形成。内连接器(的)主体30具有径向内端30a，径向内端30a能够通过任何适当的手段(/部件)(means)(例如，通过如图8所示的销或短轴(stubshaft)34或者(如图3、图11、图16所示的)用于接纳销/轴的插座/开口35)与内构件1连接。此外，内连接器主体30具有弯曲的径向外端30b，径向外端30b具有外周向表面段(/外圆周表面段)36，最内侧的弹性体层片18¹通过任何适当的手段(例如通过成型、借助于粘合剂、通过一个或多个紧固件、等等)附接于外表面36。然而，内连接器30可以具有任何其它适当的形状和/或被构造成通过任何其它适当的手段或结构与内构件1或层叠主体12连接。

此外，外连接器构件16被构造成使层叠主体(的)外径向端12b与外构件2连接，并优选包括大致弧形的主体38。如图8和图9所示，外连接器主体38优选具有：内环部分40，其提供了内周向表面42；和外凸缘部分44，其从环部分40径向向外延伸，提供了外表面43并具有多个用于接纳紧固件(未示出)的开口46。弹性体层片18ⁿ中的最外侧的一个(例如如所示的层片18⁵)通过任何适当的手段附接于外连接器(的)内表面42的至少一部分，例如通过成型、通过粘合剂结合、紧固件等等，附接于连接器表面38、通过粘合剂等结合于连接器主体38。此外，优选的是，内环部分40能够被布置成抵靠限定出外构件(的)孔3的内周向表面2a，凸缘部分44能够被布置成抵靠外构件2的安装表面2b并通过多个紧固件(例如，螺栓)附接于外构件2的安装表面2b，这如图9所示。然而，外连接器16可以具有任何适当的形状和/或可以被构造成通过任何其它适当的手段或结构与外构件2或层叠主体12连接。

参照图6、图7和图14-图16，优选地，层叠主体12的弹性体层片18ⁿ和金属层片20ⁿ中的每一个优选总体上为部分球面形，即，总体上成形为球体的一部分(的形状)，并具有曲率中心cc，曲率中心cc大致位于内连接器14的几何中心cg或靠近内连接器14的几何中心cg。更具体地说，如图所示，弹性体层片和金属层片18ⁿ、20ⁿ中的每一者的内表面19a、21a分别为大致(generally)凹状、弹性体层片和金属层片18ⁿ、20ⁿ中的每一者的外表面19b、21b为大致凸状。作为另一种选择，层片18ⁿ、20ⁿ中的每一者可以是总体上(/generally)直壁的并且任一者可以是大致圆柱形(substantiallycircularcylindrical)，这如图17所示，或者如图18所示总体上为圆锥形。然而，层片18ⁿ、20ⁿ中的任一者或全部可以根据层叠轴承组件11的组成部件10的特定应用的需要而具有任何其它适当的形状或不同形状的组合。

对于层叠主体12的优选的球面层片18ⁿ、20ⁿ，内连接器(的)外表面36的至少一部分是部分球面形的，该球面的曲率中心(未示出)位于几何中心cg上。最内侧的弹性体层片18¹附接于内构件(的)外表面36，使得弹性体层片和金属层片18ⁿ、20ⁿ的曲率中心cc与连接器(的)外表面36的曲率中心总体上重合，或者沿着中心轴线ac从连接器(的)外表面36的曲率中心总体上间隔开。即，或者是层片18ⁿ、20ⁿ总体上关于内连接器16对称(图6、图7、图14和图15)、或者是相对于连接器16非对称(图16)。这种非对称结构在相对侧提供了用于在某些应用中安装机械组件3的其它组成部件的额外的间隔，并且还能够在更平衡的“使用中”负载状况下适应轴向预紧或静态载荷。

参见图3-图5、图8、图12和图13，层叠主体12的层片18ⁿ、20ⁿ优选被布置成使得弹性体层片和金属层片18ⁿ、20ⁿ中的每一个的周向长度lc大于布置在一个层片18ⁿ或20ⁿ的径向内侧的每一个其它层片(eachotherlamina)18ⁿ、20ⁿ的周向长度lc(图5和图13)。换言之，层片18ⁿ、20ⁿ被布置成使得周向“较短”的层片18ⁿ或20ⁿ设置在周向较长的层片18ⁿ、20ⁿ的径向内侧，使得层叠主体12总体上为“扇形(/饼形)(pie-shaped)”，但作为另外的选择也可以根据需要具有任何其它适当的形状。此外，角度θ被分别限定在对应的弹性体层片和金属层片18ⁿ、20ⁿ中的每一者的两个弧形端18ⁿa、18ⁿb或20ⁿa、20ⁿb与中心轴线ac之间，这如图3和图8所示。对于上述层片18ⁿ、20ⁿ的周向长度lc变化的布置，弹性体层片和金属层片18ⁿ、20ⁿ中的每一个的角度θ的值大约等于弹性体层片和金属层片18ⁿ、20ⁿ中的每一个其它层片(eachotherone)的角度θ的值，即对于所有层片18ⁿ、20ⁿ，θ的值大约相等。由此，由如上所述设置尺寸和进行布置的所有层片18ⁿ、20ⁿ形成的整个层叠主体12具有主体角度α，主体角度α被限定在两个周向侧12a、12b与中心轴线ac之间，角度α的值大约等于单个层片18ⁿ或20ⁿ的角度θ的值。

优选地，每个层片角度θ的值在大约十五度(15°)至大约一百八十度(180°)之间，因此还有轴承组成部件10的主体角度α(也是如此)，但是可以具有任何期望的值，例如，十度(10°)或甚至更少。角度θ、α的特定值总体上取决于特定轴承组件11所需的轴承组成部件10的预期数量，各组成部件10在特定的轴承组件11内可以具有实质上相同或实质上不同的主体角度α。例如，如果需要使轴承组件10具有两个轴承组成部件10，那么各轴承组成部件10可以被形成和在大小上被设置成使得主体角度α达到(upto)(以及至少略小于)一百八十度(180°)、并且适当地设置连接器14、16的大小。另外，例如，如果需要使轴承组件11包括三个轴承组成部件10，则各轴承的组成部件主体12可以被形成和在大小上被设置成使得角度θ达到(以及至少略小于)一百二十度(120°)。然而，轴承组件11可以由任何期望数量的轴承组成部件10形成，所述轴承组成部件10被形成具有任何期望的主体角度α，例如两个轴承组成部件10具有(/形成有)大约120°的主体角度α，这如图9所示。此外，轴承组件11可以单独使用或与另一轴承组件11组合使用，例如，(通过)层片18ⁿ、20ⁿ形成为锥形元件(图18)并且两个组件11“背靠背”定位，以使得能够(实现)轴向载荷平衡。

本领域技术人员将理解的是，可以在不脱离上述实施方式的广泛发明构思的情况下对上述实施方式进行变化。因此，应当理解，本发明不限于所公开的特定实施方式，而是意在覆盖如总体上在所附权利要求中定义的本发明的精神和范围内的变型。