CN105757118A - 一种抗径向载荷长寿命橡胶支撑轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明属于弹性轴承结构设计技术，涉及一种抗径向载荷长寿命橡胶支撑轴承。该抗径向载荷长寿命橡胶支撑轴承包括小接头、一组球形金属隔片、中间过渡金属件、若干层平板金属隔片及隔片之间的橡胶层、大接头。球形金属隔片与小接头之间、球形金属隔片与中间过渡金属件之间及各球形金属隔片之间均通过橡胶层经硫化粘接成一体，平板金属隔片与中间过渡金属件之间、平板金属隔片与大接头之间及平板金属隔片之间也通过橡胶层经硫化粘接成一体，本发明的优点是通过对平板胶层的层数、厚度及面积优化设计在保证轴承刚度性能要求的同时可大幅提高轴承抗侧向变形的能力，从而大幅提高轴承的整体寿命。

Description

一种抗径向载荷长寿命橡胶支撑轴承
技术领域
本发明属于弹性轴承结构设计技术，涉及一种抗径向载荷长寿命橡胶支撑轴承的结构。
背景技术
直升机尾桨旋翼系统通常采用弹性轴承结构来减小旋翼摆振、挥舞、侧向变距等载荷对机身的影响，轴承承受来自桨叶的离心载荷、挥舞摆振载荷及侧向变距载荷，有效减小了机身的振动，其中，球形胶层结构主要承受摆振挥舞载荷，平板胶层主要承受侧向变距载荷。尾桨旋翼系统采用支撑轴承结构可避免直升机产生地面共振和空中共振，大大提高了直升机的安全性和舒适性，此外，采用弹性支撑轴承结构可以大幅提高桨叶及旋翼系统的使用寿命，从而延长整机的使用寿命，是旋翼系统中的关键功能构件。
普通支撑轴承结构平板胶层为圆形，其外径尺寸与中间过渡金属件的外径几乎相同，胶层的厚度较薄，中截面的面积较小，这种结构形式的缺陷是承受侧向变距载荷的能力有限，尤其是当轴承承受极大的侧向力载荷或位移时，平板胶层极容易出现疲劳破坏，严重的影响支撑轴承的整体寿命。
发明内容
本发明的目的是：提出一种能够抗侧向变距载荷的长寿命橡胶支撑轴承。
本发明的技术方案是：一种抗径向载荷长寿命橡胶支撑轴承，其包括小接头、一组球形金属隔片、中间过渡金属件、若干层平板金属隔片、大接头，所述球形金属隔片由球形橡胶层粘接成一体，各球形金属隔片为同球心，球形金属隔片从小接头到中间过渡金属件之间面积逐渐变大，最小的球形金属隔片与小接头相连、最大的一层球形金属隔片与中间过渡金属件相连，所述平板金属隔片之间由平板橡胶层粘接为一体，且粘接为一体的平板金属隔片一端与中间过渡金属件相连，另一端与大接头相连，其中，平板胶层的平均厚度大于球形橡胶层的平均厚度，平板胶层厚度方向的平均截面面积大于球形胶层厚度方向上的平均截面面积。
中间过渡金属件与平板橡胶层接触的一端比其与球形橡胶层接触一端径向尺寸至少大于10％，二者之间形成有台阶差。
平板橡胶层的平均厚度大于1mm，厚度截面形状为圆形或椭圆形或矩形。
平板橡胶层的层数为1～6层，球形橡胶层的层数为5～15层。
本发明的优点是：本发明一种抗径向载荷长寿命橡胶支撑轴承在保证轴承各向刚度性能指标基本不变的前提下可大幅提高轴承抗侧向变距载荷的能力，从而实现了轴承的长寿命设计要求。
附图说明
图1是支撑轴承结构安装及受力形式示意图。
图2是普通支撑轴承对比方案等轴侧示意图。
图3是图2的仰视图。
图4为图3的A-A截面剖视图。
图5为本发明长寿命支撑轴承结构实施方案的等轴侧示意图。
图6是图5的仰视图。
图7是图6的B-B剖视图。
图8是对比方案与本发明实施方案小接头球形胶层外缘最大等效节点应变比较示意图。
图9是对比方案与本发明实施方案大接头平板胶层外缘最大等效节点应变比较示意图。
其中，1－小接头，2－球形橡胶层，3－球形金属隔片，4－中间过渡金属件，5－平板橡胶层，6－平板金属隔片，7－大接头。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。
参见图5～图7，其中，图5是本发明长寿命橡胶支撑轴承实施方式的结构示意图，图6是图5的俯视图，图7是图6的B-B剖视图。本实施方式中，所述长寿命橡胶支撑轴承包括一组球形金属隔片3、若干层平板金属隔片6及隔片之间的橡胶层和大小接头、中间过渡金属件。所述球形金属隔片3由球形橡胶层2粘接成一体，各球形金属隔片3为同球心，球形金属隔片3从小接头1到中间过渡金属件4之间面积逐渐变大，最小的球形金属隔片3与小接头1相连、最大的一层球形金属隔片3与中间过渡金属件4相连。所述平板金属隔片6之间由平板橡胶层粘5接为一体，且粘接为一体的平板金属隔片6一端与中间过渡金属件4相连，另一端与大接头7相连，构成本发明的抗径向载荷长寿命橡胶支撑轴承。
为了满足，结构刚度的设计要求，本发明首先设计不同的结构方案，通过有限元计算不同结构方案的各向刚度和各球形胶层及平板胶层在不同受力状态下的应变分布曲线，查看不同设计方案的刚度值是否满足设计指标要求，在满足刚度技术指标的结构方案中对胶层的应变分布曲线进行综合比较，最终确定轴承的基本结构形式。
为此，本发明长寿命橡胶支撑轴承的中间过渡金属件4与平板橡胶层5接触的一端比其与球形橡胶层接触一端径向面积至少大于10％，二者之间形成有台阶差。位于中间过渡金属件4上方的平板胶层厚度方向的平均截面面积大于球形胶层厚度方向上的平均截面面积，而且二者面积差至少在20％以上。同时，平板橡胶层的平均厚度大于球形橡胶层的平均厚度，所述平板橡胶层的平均厚度大于1mm，厚度截面形状可以为圆形、椭圆形、矩形，具体选用何种形状，因以支撑轴承的安装接口进行选择，在接口尺寸及运动范围允许的范围内，充分的增加平板胶层的截面积。上述在结构形状、胶层厚度、胶层厚度的截面面积以及厚度截面形状等多角度的结构改进及综合设计，使获得橡胶支撑轴承应变分布曲线满足设计要求，得到满足刚度值技术指标的结构形式。
所述的长寿命橡胶支撑轴承，平板橡胶层的层数为1～6层，球形橡胶层的层数为5～15层，平板胶层及球形胶层层数的确定应结合胶层的截面面积及刚度技术指标综合计算得到，其基本原则是在满足刚度技术指标要求的前提下尽量使胶层在相同载荷条件下的应变水平降低，以利于提高其寿命，在满足刚度技术指标的前提下，增加胶层的截面面积和厚度，有利于减小胶层的应变水平。但胶层层数、面积、厚度与应变和刚度之间的匹配由于影响因素多，相互干扰，参数的确定较为复杂，特别是要获得满足设计要求的橡胶支撑轴承应变分布曲线较为困难，需要通过多次反复迭代模拟，具有极大的不确定性，事先难以预估，否则，结果很难满足设计要求。
所述的长寿命橡胶支撑轴承，在满足刚度技术指标和接口条件的前提下，尽量增加平板橡胶层的厚度与面积，以降低平板胶层的剪切应变。
所述的长寿命橡胶支撑轴承，各球形橡胶层应尽量保持同球心，厚度应尽量均匀，平板橡胶层厚度应尽量保持均匀。
本发明的工作原理是：两个橡胶支撑轴承对称安装，小接头通过垫块与柔性梁连接，大接头与袖套连接，如附图1所示，球形胶层承受柔性梁扭转产生的变距载荷及弯曲产生的挥舞载荷，平板胶层承受袖套径向摆振运动产生的位移载荷，由于球形胶层结构的径向刚度较平板胶层高得多，支撑轴承承受径向位移载荷时，大部分的位移由平板胶层的剪切变形来承担，剪切变形的大小直接决定平板胶层的应变，从而影响轴承的寿命，同时径向变形的大小由径向载荷决定，径向载荷与轴承的径向刚度密切相关，必须使轴承的径向刚度处于合理的区间才能避免旋翼系统发生共振。
实施例一
一种抗径向载荷长寿命橡胶支撑轴承,如图5～图7所示。小接头1、大接头7、中间过渡金属件4及球形金属隔片3为不锈钢材料，球形金属隔片为7片，各球形橡胶层厚度相同，为1.2mm。
平板金属隔片6为3层不锈钢材料制成的相同结构的矩形隔片，4角进行R3的倒圆角处理，隔片厚度为1mm，长60mm，宽45mm，4层平板橡胶层的厚度均为1.8mm，各平板金属隔片形状及尺寸均相同,各平板橡胶层的厚度均匀性由平板金属隔片平面度及精密成型模具共同保证。
为了便于比较本技术对提高轴承抗径向能力的改善，提供一般支撑轴承对比方案与本实施方案进行对比，其中小接头、球形隔片结构保持不变，过渡金属件外缘为圆形，平板隔片为圆形，外径与过渡金属件外径相同，隔片层数为2层，隔片厚度为0.6mm，橡胶层的厚度为1mm。下表是对比方案与本实施方案的各向刚度比较结果，从表中可看出各向刚度均相差不大。
为了说明本实施方案相对对比方案对提高抗径向载荷的能力，将对比方案与实施方案在相同载荷状态下胶层外缘的剪切应变大小进行比较，图8是在不同状态下与小接头粘接胶层外缘最大剪切应变比较，图9是在不同状态下的大接头平板胶层外缘最大剪切应变比较，从图8可看出，实施方案小接头的应变相对对比方案变化不大，但从图9中看出平板胶层的剪切应变减小明显，表明增加平板胶层的面积和厚度对平板胶层的剪切应变效果明显，对球形胶层的影响有限，增加平板胶层的面积和厚度对提高平板胶层径向载荷的疲劳寿命十分有效，可大幅提高轴承的整体寿命。

Claims (4)

1.一种抗径向载荷长寿命橡胶支撑轴承，其特征在于，包括小接头(1)、一组球形金属隔片(3)、中间过渡金属件(4)、若干平板橡胶层(5)、若干层平板金属隔片(6)、大接头(7)，所述球形金属隔片(3)由球形橡胶层(2)粘接成一体，各球形金属隔片(3)为同球心，球形金属隔片(3)从小接头(1)到中间过渡金属件(4)之间面积逐渐变大，最小的球形金属隔片与小接头(1)相连、最大的一层球形金属隔片(3)与中间过渡金属件(4)相连，所述平板金属隔片(6)之间由平板橡胶层(5)粘接为一体，且粘接为一体的平板金属隔片(6)一端与中间过渡金属件(4)相连，另一端与大接头(7)相连，其特征在于：平板橡胶层(5)的平均厚度大于球形橡胶层(2)的平均厚度，平板橡胶层(5)厚度方向的平均截面面积大于球形橡胶层(2)厚度方向上的平均截面面积。
2.根据权利要求1所述的抗径向载荷长寿命橡胶支撑轴承，其特征在于：中间过渡金属件(4)与平板橡胶层(5)接触的一端比其与球形橡胶层(2)接触一端径向尺寸至少大于10％，二者之间形成有台阶差。
3.根据权利要求1所述的抗径向载荷长寿命橡胶支撑轴承，其特征在于：平板橡胶层(5)的平均厚度大于1mm，厚度截面形状为圆形或椭圆形或矩形。
4.根据权利要求1所述的抗径向载荷长寿命橡胶支撑轴承，其特征在于：平板橡胶层(5)的层数为1～6层，球形橡胶层(2)的层数为5～15层。
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