铰接机翼用自润滑止推轴承的制作方法

本申请要求于2015年11月30日提交的美国临时专利申请62/260,794号以及于2016年1月26日提交的美国临时专利申请62/287,190号的权益，该两申请的内容通过引用全部并入本文。

技术领域

本发明涉及一种铰接机翼用止推轴承，尤其涉及一种具有润滑内衬套和预载构件的止推轴承，所述预载构件用于将该轴承内的轴向运动在所述衬套磨损前后保持于预设限度内。

背景技术：

在航空航天工业中，机身制造商在寻求将各式飞机的燃料效率最大化及成本最小化(即提高经济效益)的方法和装置。在航空航天设计中，制造商通常寻求优化的一个方面在于机翼的设计。对于固定翼飞机，机翼越长，所获得的飞机升力越大，从而可提高燃料消耗效率。然而，由于机场停机位的局限，机翼长度具有限制。例如，现有机场设计对于飞机翼展具有限制。机场设计以国际民用航空(International Civil Aviation Organization，ICAO)代码A至F为准，其对翼展及起落架宽度和长度的尺寸进行了限制。为了克服这一点，飞机机翼设计为其部分或翼尖可向后或向上摆动，以停入停机位内。这通常称为“曲折式”设计，或称带铰接倾斜式翼尖的飞机。例如(如图1所示)，当飞机100停于机位时，其翼部或翼尖103，103′自工作位置后摆或上摆至机位停机位置，其中，翼部或翼尖103，103′自固定于飞机机身101的底部102向上枢转。离开机位后，所述翼部或翼尖103，103′向前或向下摆动，以允许起飞、飞行及着陆。着陆后，所述翼部或翼尖103，103′在到达机位前再次向后或向上摆动。

如图1进一步所示，在铰接倾斜式翼尖飞机(如铰接倾斜式翼尖飞机100)内，采用与翼尖103，103′和机翼底部102之间的铰接件104连通的致动器(未图示)。此类铰接件104利用各种轴承(如止推轴承)促进翼尖103，103′和机翼底部102之间的相对运动。然而，止推轴承在使用过程中容易发生磨损并导致过度轴向运动，从而使得翼尖103，103′和机翼底部102之间产生失配问题。

因此，针对倾斜式翼尖飞机用铰接件，存在一种对于几乎不具轴向运动的新式轴承的需求，该需求尚待解决。

技术实现要素：

本文公开一种铰接倾斜式飞机翼尖用铰接件的轴承。该轴承包括外部构件，该外部构件具有由凹形内表面定义出的内部区域。该轴承还包括内部构件，该内部构件具有第一内部部分和第二内部部分。所述第一内部部分具有第一底部和自该第一底部轴向延伸的第一轴承部分。所述第二内部部分具有第二底部和自该第二底部轴向延伸的第二轴承部分。所述第一轴承部分和所述第二轴承部分共同形成与所述凹形内表面形状互补的凸形外表面。所述第一轴承部分和所述第二轴承部分之间设置有预载构件(如弹簧圈或弹性材料)，该预载构件与所述第一轴承部分和/或所述第二轴承部分的至少一部分相接合。所述凹形内表面和所述凸形外表面之间设置有润滑衬套。所述第一轴承部分和所述第二轴承部分的至少一部分位于所述内部区域内，使得所述预载构件在径向和/或轴向方向上被向内压缩，从而在径向和/或轴向方向上外偏，以将所述外部构件和所述内部构件之间的轴向运动限制于一预设大小。所述预载构件适于随所述衬套的磨损而在径向和/或轴向方向上外曲，以将所述轴向运动保持于所述预设大小。

在一种实施方式中，所述外部构件包括相互固定的第一外部部分和第二外部部分。

在一种实施方式中，所述第一内部部分和所述第二内部部分相互固定。

在一种实施方式中，所述外部构件形成有径向延伸的安装法兰。

在一种实施方式中，所述安装法兰包括多个贯穿其中的通孔。

在一种实施方式中，所述轴承还包括设置于所述第一外部部分和所述第二外部部分之间的隔圈。该隔圈可由弹性材料制成。

在一种实施方式中，所述外部构件包括第一外部部分和第二外部部分，其中，所述第二外部部分螺入所述第一外部部分。

本文还公开一种铰接倾斜式飞机翼尖用铰接件的轴承。该轴承包括外部构件，该外部构件具有由凹形内表面定义出的内部区域。该轴承还包括内部构件，该内部构件具有第一内部部分和第二内部部分。所述第一内部部分具有第一底部和自该第一底部轴向延伸的第一轴承部分。所述第二内部部分具有第二底部和自该第二底部轴向延伸的第二轴承部分。所述第一轴承部分和所述第二轴承部分共同形成与所述凹形内表面形状互补的凸形外表面。所述轴承还包括由所述第一内部部分和第二内部部分之间的间隙(如可变尺寸间隙)形成的预载构件。所述凹形内表面和所述凸形外表面之间设置有润滑衬套。所述第一内部部分和所述第二内部部分朝相互方向弹性压缩并弹性外偏，以将所述外部构件和所述内部构件之间的轴向运动限制于一预设大小。所述第一内部部分和所述第二内部部分适于随所述衬套的磨损而外曲，从而将所述轴向运动保持于所述预设大小。

附图说明

图1为现有带铰接倾斜式翼尖飞机的立体示意图；

图2为本发明止推轴承的一种实施方式的立体图；

图3为图2止推轴承的俯视示意图；

图4为图2中带预载构件的轴承沿线4-4的横向截面图；

图5为图4沿线4-4截面的一部分的替代实施方式的放大截面图；

图6为图4截面的部分放大图，其中，所述预载构件处于加载位置；

图7为图4截面的部分放大图；

图8为适用于本发明的图4所示衬套的截面图；

图9为适用于本发明的图4所示衬套的另一实施方式的截面图；

图10为本发明止推轴承的另一实施方式的立体图；

图11为图10所示止推轴承沿线11-11的截面立体图；

图12为图11所示止推轴承的部分放大图；

图13为图11所示止推轴承的另一实施方式的截面图；

图14为图13细节处14-14的放大图；以及

图15为用作图10至图14所示止推轴承的预载构件的弹性垫圈的立体图。

具体实施方式

如图1所示，适于与本发明公开内容结合使用的飞机总体以标号100表示。飞机100包括固定至机身101的机翼102。机翼102还包括铰接式飞机翼尖103，103′(下称“翼尖103，103′”)。翼尖103，103′通过铰接件104以枢转方式安装于机翼102上。其中，图1中的元件标号103和103′用于分别表示翼尖103，103′的最小和最大伸展及曲折状态。在本文中，“翼尖”一词总体指构造为用于改变升力的附接件，以及/或者相关领域的技术人员通常视作翼尖的物件。

铰接件104包括轴承10，其例如为与图2所示止推轴承类似的止推轴承10。如图2至图7所示，轴承10包括外部构件12、内部构件14、润滑衬套30(例如自润滑衬套)以及设置于内部构件14内的预载构件50。外部构件12包括由凹形内表面22(最佳示于图4)定义出的内部区域。内部构件14的一部分设置为在外部构件12的所述内部区域内与文中所述的纵向(即轴向)轴线A同心转动。

如图4所示，内部构件14具有底部14X以及轴承部分15，该轴承部分15由第一轴承部分14Y和第二轴承部分14Z定义，此第一、第二轴承部分均自底部14X轴向延伸。轴承部分15的第一轴承部分14Y和第二轴承部分14Z定义出凸形外表面24，该凸形外表面24与外部构件12的凹形内表面22形状互补。凸形外表面24与纵向轴线A形成角度K，从而形成总体呈V形的横截面。

润滑衬套30设置于内部构件14的凸形外表面24和外部构件12的凹形内表面22之间。在一种实施方式中，润滑衬套30固定至外部构件12的凹形内表面22，并与内部构件14的凸形外表面24滑动接合。然而，本发明不限于此，润滑衬套30也可固定至内部构件14的凸形外表面24，并与外部构件12的凹形内表面22滑动接合。

如图4所示，预载构件50位于轴承部分15内。在一种实施方式中，预载构件50由第一轴承部分14Y和第二轴承部分14Z之间的间隙G定义。在松弛状态下，间隙G由第一轴承部分14Y和第二轴承部分14Z之间的预设间隔定义。

轴承部分15的一部分位于所述内部区域内，从而使得预载构件50将外部构件12和内部构件14之间的轴向运动限制至预设大小。预载构件50通过在图4所示箭头C的方向上将第一轴承部分14Y和第二轴承部分14Z朝彼此互压的方式使能(例如压缩)。通过将第一轴承部分14Y和第二轴承部分14Z朝彼此互压的方式对预载构件50进行压缩可由内部构件14的凸形外表面24和外部构件12的凹形内表面22之间的过盈配合实现。也就是说，预载构件50会沿箭头D的方向径向和/或轴向外偏，从而促使第一轴承部分14Y和第二轴承部分14Z相互远离并与润滑衬套30相接合。位于内部构件14内的预载构件50具有施加至其外边缘的预载荷，从而生成抵靠润滑衬套30的载荷，并因而实现了对轴承10寿命期间可能发生的任何磨损(例如衬套磨损)的补偿。在一种实施方式中，当预载构件50被压缩时，第一轴承部分14Y和第二轴承部分14Z之间的间隙G减小一预设大小。在轴承10组装后且使用前(即引发磨损前)的初始状态下，内部构件14相对于外部构件12的轴向运动被限制至大约为零的预设大小。

预载构件50设置为随衬套磨损而径向和/或轴向外曲，以将外部构件12和内部构件14之间的轴向运动更好保持、精确保持以及/或者限制于所述预设大小。也就是说，预载构件50设置为对润滑衬套30的预设磨损量进行补偿。虽然以上描述了对外部构件12和内部构件14之间的轴向运动进行的限制，但本领域技术人员可理解的是，其还隐含地表示预载构件50可同样对径向运动等其他运动进行保持和/或限制。

如图4所示，外部构件12包括第一外部部分12A和第二外部部分12B。第一外部部分12A和第二外部部分12B通过本文所述的合适紧固件彼此固定。例如，多个螺栓16分别伸入第二外部部分12B的多个对应螺孔17B内，并螺入形成于第一外部部分12A上的多个对应螺孔17A内。图4所示第一外部部分12A和第二外部部分12B总体相互对称(例如形成镜像)。

虽然第一外部部分12A和第二外部部分12B图示及描述为总体相互对称，但是本发明不限于此，第一外部部分12A和第二外部部分12B还可具有其它构型。例如，如图6所示，第一外部部分212A大于第二外部部分212B且具有朝第二外部部分212B轴向延伸的叶片213。另外，如图6所示，第一外部部分212A和第二外部部分212B之间设置有隔圈60。在一种实施方式中，隔圈60由弹性材料制成。

再次参考图4，内部构件14包括第一内部部分14A和第二内部部分14B。第一内部部分14A和第二内部部分14B通过本文所述的合适紧固件彼此固定。例如，多个螺栓18分别伸入第二内部部分14B的多个对应螺孔19B内，并螺入形成于第一内部部分14A上的多个对应螺孔19A内。图4所示第一内部部分14A和第二内部部分14B总体相互对称(例如形成镜像)。然而，本发明不限于此，第一内部部分14A和第二内部部分14B可具有不同形状并可不相互对称。

在一种实施方式中，如图4所示，外部构件12还包括自该外部构件12径向延伸的安装法兰12M。在一种实施方式中，安装法兰12M包括多个孔，每个孔均为贯穿该安装法兰12M的通孔。在一种实施方式中，外部构件12具有多个贯穿通孔20。安装法兰12M可固定至铰接件104、翼尖103或底部102。如图4所示，内部构件12具有由内表面44定义出的内部区域45。内表面44设置为容纳与铰接件104、翼尖103或底部102连通的轴或杆(未图示)。

在一种实施方式中，如图5所示，内部构件114为一个整体构件，而外部构件112包括由与图4所示类似的合适紧固件相互固定的第一外部部分112A和第二外部部分112B。在图5中，内部构件114的预载构件由作用于内部构件114的外边缘且使润滑衬套130承受压紧力的预载力定义。

如图8所示，润滑衬套30包括位于支撑系统内的多条润滑纤维31。在一种实施方式中，所述支撑系统具有多条支撑纤维33，以及注于支撑纤维33和润滑纤维31之间的树脂39。在一种实施方式中，所述多条润滑纤维31由聚四氟乙烯(PTFE)材料、尼龙和/或石墨制成。在一种实施方式中，所述多条支撑纤维33由玻璃纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯(有时写作聚(对苯二甲酸乙二醇酯)，通常缩写为PET，PETE)、聚酯、棉、间位芳香族聚酰胺材料(如)和/或对位芳香族聚酰胺合成材料(如)制成。在一种实施方式中，所述树脂体系包括聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂、聚酰亚胺树脂和/或聚酰胺树脂。在一种实施方式中，所述支撑系统包括复合树脂体系内的填料，所述复合树脂体系包括聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂、聚酰亚胺树脂和/或聚酰胺树脂。在一种实施方式中，所述填料包括玻璃纤维、石墨、青铜、二硫化钼和/或碳纤维。

如图9所示，润滑衬套的另一实施方式以标号130表示。润滑衬套130包括第一纤维(如织物)层35、第二纤维(如织物)层32X和第三纤维(如织物)层32Y。第一纤维层35由自润滑纤维32A和支撑纤维32B的混合物制成。第二纤维层32X和第三纤维层32Y均由支撑纤维32B制成。在一种实施方式中，所述多条自润滑纤维32A为聚四氟乙烯(PTFE)。在一种实施方式中，所述多条自润滑纤维32A包括石墨纤维。在一种实施方式中，所述多条支撑纤维32B为玻璃纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维、聚酯纤维、棉纤维、间位芳香族聚酰胺纤维和/或对位芳香族聚酰胺纤维。在一种实施方式中，润滑衬套130包括置于其中的填料，例如但不限于玻璃纤维、石墨、青铜、二硫化钼和碳纤维。在一种实施方式中，润滑衬套130由PTFE基质组成，而且包括置于其中的填料。

润滑衬套130还包括第一基质层(即由树脂体系制成)34X、第二基质层(即由树脂体系制成)34Y以及第三基质层(即由树脂体系制成)34Z。在一种实施方式中，第一基质层34X、第二基质层34Y和第三基质层34Z的所述树脂体系包括聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂、聚酰亚胺树脂和/或聚酰胺树脂。

第一基质层34X按箭头F所示方向压入第一纤维层35，从而使得第一基质层34X包封第一纤维层35，而且第一基质层34X的树脂体系注入第一纤维层35并处于自润滑纤维32A和支撑纤维32B之间及周围。

第一基质层34X和第二基质层34Y按箭头F所示方向压入第二纤维层32X，从而使得第一基质层34X和第二基质层34Y包封第二纤维层32X，而且第一基质层34X和第二基质层34Y的树脂体系注入第二纤维层32X并处于支撑纤维32B之间及周围。

第二基质层34Y和第三基质层34Z按箭头F所示方向压入第三纤维层32Y，从而使得第二基质层34Y和第三基质层34Z包封第三纤维层32X，而且第二基质层34Y和第三基质层34Z的树脂体系注入第三纤维层32Y并处于支撑纤维32B之间及周围。

在图10至图15所示的另一种实施方式中，铰接件104包括与图2至图7所示轴承10相类似的止推轴承310，因此类似元件采用以数字3开头的类似附图标记表示。止推轴承310包括内部构件314、环绕内部构件314的外部构件312，以及设置于内部构件314和外部构件312之间的润滑衬套330(如自润滑衬套)。止推轴承310还包括设置于内部构件314内的预载构件350。

外部构件312包括由凹形内表面322定义出的内部区域。内部构件314的一部分设置为在外部构件312的所述内部区域内与本文所述的纵向(即轴向)轴线A同心转动。

如图12所示，内部构件314包括第一内部部分314A和第二内部部分314B，这两部分互为镜像。外部构件312包括第一外部部分312A和第二外部部分312B。第一外部部分312A大于第二外部部分312B，且具有沿轴向向第二外部部分312B延伸于其上的叶片313。第一外部部分312A和第二外部部分312B通过螺纹相互接合，该螺纹接合还将第一内部部分314A和第二内部部分314B固定于所述两外部部分之间。

如图12所示，外部构件312还包括自该外部构件312径向延伸的安装法兰312M。安装法兰312M可固定至铰接件104、翼尖103或底部102。如图11和图12所示，第一内部构件312A具有内表面344A，第二内部构件312B具有内表面344B。内表面344A和344B定义出孔345，用于容纳与铰接件104、翼尖103或底部102连通的轴或杆(未图示)。

第一内部部分314A具有自内表面344A径向外伸的底部351A，第二内部部分314B具有自内表面344B径向外伸的底部351B。第一内部部分314A具有自底部351A轴向内伸且径向外伸的锥形轴承部分315A，第二内部部分314B具有自底部351B轴向内伸且径向外伸的锥形轴承部分315B。预载构件350设置于第一轴承部分315A和第二轴承部分315B之间且与其至少部分相接合。

锥形轴承部分315A和315B由间隙G12彼此间隔分离，并共同形成内部构件314的凸形外表面324，该凸形外表面324与凹形内表面322形状互补。凸形外表面324与平行于纵向轴线A的直线形成角度K。

如图12所示，第一内部部分314A具有形成于其内且开口轴向向内朝向第二内部部分314B的第一C形腔352A，第二内部部分314B具有形成于其内且开口轴向向内朝向第一内部部分314A的第二C形腔352B。预载构件350例如为弹簧垫圈且压缩于第一内部部分314A和第二内部部分314B之间的第一和第二C形腔352A和352B之间，从而将第一内部部分314A和第二内部部分314B沿箭头V所示方向相互轴向外推。

参考图12，第一外部部分312A上的叶片313具有形成于其径向内表面上的母螺纹区域313T。第二外部部分312B具有形成于其径向外表面上的公螺纹区域312T。第二外部部分312B螺入第一外部部分312A，从而将该第一外部部分312A固定至第二外部部分312B。第一外部部分312A包括自叶片313径向内伸的肩部313E。第二外部部分312A包括抵接边缘312E，当第一外部部分312A完全螺入第二外部部分312B内时，该抵接边缘312E抵接肩部313E，以防止该两者之间的轴向运动。

如图11所示，外部构件312的第二外部部分312B具有形成于其轴向面上的多个孔388，此类孔用于容纳工具(例如，开口扳手，未图示)，以便于安装和将第二外部部分312B旋入第一外部部分312A，并利于后续的拆卸操作。在一种实施方式中，螺纹区域312T和313T具有涂敷于其上的螺纹锁固流体，以防止第二外部部分312B与第一外部部分312A无意松脱。在一种实施方式中，第一外部部分312A和第二外部部分312B通过销或铆等防转装置399(图12)彼此固定。

如图12所示，第一外部部分312A具有径向内向锥面，第二外部部分312B也具有径向内向锥面，此两锥面共同形成上述与平行于纵向轴线A的直线形成角度K的凹形内表面322。

内部构件314的凸形外表面324和外部构件312的凹形内表面322之间设置有润滑衬套330。在一种实施方式中，润滑衬套330固定至外部构件312的凹形内表面322，并与内部构件314的凸形外表面324滑动接合。然而，本发明不限于此，润滑衬套330也可固定至内部构件314的凸形外表面324，并与外部构件312的凹形内表面322滑动接合。在一种实施方式中，润滑衬套330的构造与图8所示并描述的润滑衬套30相同。在另一种实施方式中，润滑衬套330的构造与图9所示并描述的润滑衬套130相同。

预载构件350将外部构件312和内部构件314之间的轴向运动限制于一预设大小，例如限制至无轴向运动。第一轴承部分315A和第二轴承部分315B至少部分位于由凹形内表面322所定义的所述内部区域内，从而使得预载构件350在径向和轴向中的至少一个方向上压缩，并在径向和轴向中的至少一个方向上外偏，从而将外部构件312和内部构件314之间的轴向运动限制于预设大小。预载构件350设置为随润滑衬套330的磨损而在径向和轴向中的至少一个方向上弯曲，从而将所述轴向运动保持于所述预设大小。

预载构件350通过在图12所示箭头C的方向上将第一内部部分314A和第二内部部分314B朝彼此互压的方式使能(例如压缩)。通过将第一内部部分314A和第二内部部分314B朝彼此互压的方式对预载构件350进行压缩可由将第二外部部分312B螺入第一外部部分312A的方式实现。也就是说，预载构件350沿箭头V的方向轴向外偏，从而促使第一内部部分312A和第二内部部分312B相互远离并与润滑衬套330相接合。内部构件314的预载构件350生成抵靠润滑衬套330的载荷，并因而实现了对止推轴承310寿命期间可能发生的任何磨损(例如衬套磨损)的补偿。在一种实施方式中，当预载构件350被压缩时，间隙G12减小一预设大小。在止推轴承310组装后且使用前(即引发磨损前)的初始状态下，内部构件314相对于外部构件312的轴向运动被限制至大约为零的预设大小。

预载构件350设置为随润滑衬套330的磨损而轴向和/或径向外曲，以将外部构件312和内部构件314之间的轴向运动更好保持、精确保持以及/或者限制于所述预设大小。可见，预载构件350设置为对润滑衬套330的预设磨损量进行补偿。虽然以上描述了对外部构件312和内部构件314之间的轴向运动进行的限制，但相关领域技术人员可理解的是，其还隐含地表示预载构件350可同样对径向运动等其他运动进行保持和/或限制。

图13和图14所示的止推轴承410类似于图10至图12所示的止推轴承310。因此，相同元件采用以数字4取代第一位的3的类似附图标记表示。止推轴承310和止推轴承410之间的较大差异在于，第一内部部分414A和第二内部部分414B相互不为镜像。相反，第二内部部分414B具有轴向延伸的腿部414L，该腿部414L延伸至第一内部部分414A的轴向端面469。如此，第一内部部分414A置于腿部414L的径向外表面414K上。预载构件450也置于腿部414L的径向外表面414K上，且与参照图10至图12所示止推轴承310所描述的类似方式，预载构件450压缩于第一内部部分414A和第二内部部分414B之间。

如图15所示，预载构件350，450为具有多个轴向延伸的波峰350P和波谷350V的弹簧垫圈。预载构件350，450在箭头C方向上压缩，从而生成初始预载荷，以将第一内部部分312A，412A和第二内部部分314A，414B沿箭头V的方向相互外推。预载构件350，450由有弹力的材料制成，例如但不限于弹性材料和弹簧钢。

本文还公开了一种将轴承10，310，410的外部构件12，312，412和内部构件14，314，414之间的轴向运动保持于预设限度内的方法。该方法包括，提供外部构件12，312，412以及内部设置有预载构件50，350，450的内部构件14，314，414。还提供润滑衬套30，330，430。内部构件14，314，414至少部分设置于外部构件12，312，412内，且润滑衬套30，330，430设置于内部构件14，314，414和外部构件12，312，412之间。预载构件50，350，450被压缩，使得润滑衬套30，330，430的磨损可通过该预载构件50，350，450的膨胀得到补偿，从而将润滑衬套30，330，430磨损前后内部构件14，314，414和外部构件12，312，412之间的轴向运动保持于预设限度内。

虽然以上已通过参考具体实施方式对本发明进行了图示和描述，但是本领域技术人员可理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，还可做出各种改变并以等同物替换替换其元素。此外，在不脱离本发明实质范围的情况下，还可通过做出修改使特定情况或材料适应本发明的教示内容。因此，本发明并不意在限制于以上具体描述中所公开的具体实施方式，相反，本发明包括落入所附权利要求范围内的所有实施方式。