CN106151263B - 组合球面层压轴承组件 - Google Patents

Abstract

一种轴承组件，用于耦合第一和第二部件，包括与第一部件耦合或一体构成的外壳、层压轴承段和球面轴承段，每个段布置在外壳孔中。层压轴承段配置为使得当第一和第二部件上的扭矩值小于预定值时，层压轴承段的至少一部分弯曲。球面轴承段配置为使得当第一和第二部件上的扭矩值为至少预定值时，球面轴承内部部件在球面轴承外部件内可滑动地移动。

Description

组合球面层压轴承组件

技术领域

本发明涉及轴承，更具体地涉及用于旋翼式飞机的可移动耦合组件的层压轴承组件。

背景技术

层压轴承是已知的，并且典型地由多个交替的弹性体和金属的环状或圆柱层构成，并通常包括用于容纳轴或销的中心孔。这种轴承能够支撑销或轴，连杆或由销/轴耦合到外壳，支架等的其他部件的枢转或有限部分转动或扭转。然而，当这样的轴，连杆等的枢转或扭转大于一定的角幅度时，弹性体层可被损坏，特别是长时间使用后。

发明内容

一方面，本发明为一种用于耦合第一和第二部件的轴承组件，第一和第二部件中的至少一个相对于第一和第二部件中的另一个可移动。轴承组件包括与第一部件耦合或与第一部件一体构成的外壳，外壳具有中心孔。层压轴承段和球面轴承段的每一个布置在外壳孔内，层压轴承段和球面轴承段中的一个布置在层压轴承段和球面轴承段中的另一个内，并且配置成与第二部件连接。层压轴承段包括由多个交替的、大致管状、大体为柔性的薄层和大致管状、大体为刚性的薄层，围绕中心轴线同轴地嵌套而构成的大致圆柱形主体。层压轴承段配置为使得当在第一和第二部件中的至少一个上的扭矩具有小于预定值的值时，层压轴承段的至少一部分弯曲。另外，球面轴承段包括具有凹形内部圆周表面的大致环形外环，内部表面部分为球面并限定了孔，部分球面内部部件布置在外环孔中。内部部件具有倚靠外环部的内部表面布置的凸形、部分球面外部表面。球面轴承段配置为使得当在第一和第二部件的至少一个上的扭矩具有至少预定值的值时，球面轴承内部部件在球面轴承外部件内可滑动地移动。

另一方面，本发明再次为用于耦合第一和第二部件的轴承组件，第一和第二部件中的至少一个相对于第一和第二部件中的另一个可移动。轴承组件包括与第一部件耦合或与第一部件一体构成的外壳，外壳具有中心孔。层压轴承段布置在外壳孔内，包括由多个交替的、大致管状弹性体薄层和大致管状金属薄层、围绕中心轴线同轴地嵌套而构成的大致圆柱形主体。球面轴承段包括具有凹形内部圆周表面的大致环形外环，内部表面部分为球面并限定了孔，部分球面内部部件布置在外环孔中。内部部件具有倚靠外环部的内部表面布置的凸形、部分球面外部表面，并与第二部件耦合。另外，层压轴承段配置为使得当在第一和第二部件中的至少一个上的扭矩具有小于预定值的值时，层压轴承段的至少一部分弯曲，而球面轴承段配置为使得当在第一和第二部件的至少一个上的扭矩具有至少预定值的值时，球面轴承内部部件在球面轴承外部件内可滑动地移动。

再一方面，本发明为一种用于旋转翼飞机的机械组件。该组件包括具有带孔端部的杆、配置为将杆与飞机连接的销、以及如前面两个段落中的任何一个所述的轴承组件。

附图说明

前面的概述，以及本发明的优选实施例的详细描述，将在结合所附的附图阅读时更好地理解。为了说明本发明的目的，在附图中示出，这是示意性的，这是目前优选的实施例。然而，应当理解，本发明不限于所示的精确设置和机构。在附图中：

图1是通过根据本发明的轴承组件的轴向剖视图；

图2是图1的透视图；

图3是轴承组件的俯视图；

图4是轴承组件的轴向剖视图，示出层压轴承段以第二部件的相对较小的角位移“弯曲”；

图5是轴承组件的轴向剖视图，示出在第二部件的相对较大的角位移过程中，球面轴承段的内部部件可滑动地移动；

图6是表示在轴承上的扭矩与第二部件的位移的曲线图；

图7是层压轴承段的部分的放大轴向剖视图；

图8是球面轴承段的放大轴向剖视图；

图9A和9B，统称图9，分别为在用于制造球面轴承段的模锻操作中的阶段的轴向剖视图；

图10是在具有第一部件的杆端所示的轴承组件的俯视图；

图11是图10所示的安装在旋翼飞机叶片组件的框架或支架中的轴承组件的轴向剖视图；并且

图12是另一种轴承结构的轴向剖视图，示出布置在球面轴承段中的层压轴承段。

具体实施方式

某些术语在以下的说明书中仅用于方便而不是限制性的。词语“内部”、“向内”和“外部”、“向外”分别指朝向和远离所述元件的指定中心线或几何中心的方向，特定的含义从说明书的内容中显而易见。此外，如本文所使用的，词语“连接”和“耦合”分别意在包括两个部件之间的直接连接，没有任何其它部件插入其间，以及部件之间间接连接，其中一个或多个其它部件插入其间。术语包括特别是上面提到的词语、它们的衍生物以及类似含义的词。

现在详细参考附图，其中相同的数字在全文中用来指示相同的元件，在图1-12示出了用于耦合第一和第二部件1、2的组合或“融合”轴承组件10，第一和第二部件1、2中的至少一个可相对于第一和第二部件1、2中的另一个移动。优选地，第一和第二部件1、2是旋转飞行器机翼组件的部件，例如调节杆3和用于将杆端3a连接到框架5的销4，如图11所示，但也可以是任何其它适当的部件。轴承组件10基本上包括外壳12、层压轴承段14和球面轴承段16，两个轴承部14、16分别布置在外壳12中。外壳12与第一部件1耦合或与第一部件1一体构成，并具有中心孔13。要么球面轴承段16布置在层压轴承段14内，如图1-5、7和8所示，要么层压轴承段14布置在球面轴承段16内，如图12所示，轴承部16、18中最内侧的一个配置为与第二部件2连接。

更具体地，在某些优选结构中，层压轴承段14直径尺寸比球面轴承段16大，并具有中心孔15，大小为容纳球面轴承段16，使得球面部分16布置在层压部孔15内(图7)，如图1-5、7和8。在这样的设置中，球面轴承段16优选地具有孔50，用于容纳第二部件2的一部分或与其连接的组件。在其它结构中，球面轴承段16的直径尺寸比层压轴承段14大，并具有中心孔17，尺寸为容纳层压轴承段14，使得层压部14布置在球面部孔17中，如图12所示。

在这两种情况下，层压轴承段14包括大致圆柱形主体18，其由多个交替的、大致管状、大体为柔性的薄层20，和大致管状、大体为刚性的薄层22，围绕中心轴线A_C同轴地嵌套而构成。层压轴承段14配置为使得当第一部件1和/或第二部件2上的扭矩T_A具有小于预定值V_P，称之为“突破扭矩”的值或幅度时，层压轴承段的至少一部分弯曲，如图6所示。具体地，在层压轴承段14的弯曲过程中，至少一个且最好是多个柔性薄层20相对于一对轴向或径向相邻的刚性薄层22(即，分别在特定薄层20的各径向侧)分别压缩，延伸和/或扭转，从而允许或适应第二部件2相对于第一部件1的角位移，无论绕中心轴2a“扭转”或沿垂直于中心轴2a的方向枢转。应当指出的是，扭矩T_A可以由外部组件(例如，旋转叶片调整连杆(3))直接施加到第一和第二部件1、2中的任一个上，并传递到其他部件1或2，使得大约相同量的扭矩施加在两个部件1、2上。

另外，球面轴承段16包括大致环形的外环24，外环24具有凹形内部圆周表面26以及布置在外环孔27中的部分球面内部部件28，内部表面26部分为球面并限定了孔27。球面轴承段内部部件28具有凸形、部分球面的外部表面29，大致倚靠外环24的内部表面26布置，无论直接倚靠或通过与布置在外环内部表面26上的衬垫52接触，如下所述。此外，球面轴承段16配置为使得当第一和第二部件1、2上的扭矩T_A具有至少(即，等于或大于)预定值V_P的值/幅度时，球面轴承内部部件28在球面轴承外环24内可滑动地移动。

更具体地，球面轴承段16配置为使得当第一部件1和/或第二部件2上的扭矩T_A小于预定“突破”值V_P时，球面轴承内部部件28相对于球面轴承外部件基本上保持静止。这样，轴承10内的唯一运动是在较低的扭矩水平，层压轴承段14的弯曲或偏转，如在下面更详细地讨论。然而，当第一和/或第二部件1、2上的扭矩T_A大于或等于预定扭矩T_A，突破值V_P，球面轴承内部部件28在球面轴承外环24内滑动，同时弹性轴承部14保持“未弯曲”或返回到初始或未弯曲的状态(例如，图1和图2)，如图5所示。因此，组合轴承组件10能够适应低循环极端运动，或角位移，和相对较大幅度的运动/位移，由球面轴承内部部件28的移动，而不会对弹性轴承部14的使用寿命产生不良影响，如在下面进一步详细讨论。

参照图1-5、10和11，在某些结构中，外壳12构成为层压轴承段14的外部底部部件30，如下所述，其布置在第一部件1的孔6内，例如旋转飞行器机翼组件的连杆或杆3，如最佳示于图10和11，但也可以与连杆或杆3一体构成(未示出)，例如通过将最外弹性薄层20结合到孔6的内部表面。在其它结构中，外壳12可以是单独的壳体，例如圆柱壳19(图12)，轴承部14、16被固定或可移动地组装于其中。当构成为独立组件时，外壳12通过任何适当的装置附连到或安装在第一部件1上，例如通过将外壳12组装在第一部件1的孔或空腔中，通过将外壳12安装在框架或支架上(均未示出)，其可以是第一部件1或附连到第一部件1上的组件等。

现在参看图1-5、7和12，层压轴承段14优选还分别包括外部和内部环形底部部件30、32，多个柔性和刚性薄层20、22布置在两个底部部件30、32之间。外部底部部件30将外壳12提供成一定的结构，如在图1-5和7中所示，并且内部底部部件32具有内部圆周表面31以提供层压轴承段孔15(示出于图7)。内部底部部件孔15容纳球面轴承段16(图1-5和7)或第二部件2(或与其相连的组件)(图12)。外部底部部件32可布置在第一部件1内的孔6内(图10和11)或球面轴承内部部件28的孔50内(图12)，如在下面进一步详细讨论。然而，层压轴承段14可以替换地形成为没有环形底部部件，例如，最内侧弹性薄层20结合到球面轴承段16的外环24的外部表面，而最外弹性薄层20结合到与第一部件1一体构成的外壳12(结构未示出)。

特别参照图7，层压轴承段14优选地通过布置或插入柔性薄层20和刚性薄层22的交替层构成，使得每个柔性层/薄层20由直径较大的刚性薄层22围绕，并且反之亦然。换句话说，柔性和刚性薄层20、22中的每一个具有外径dF，dR，并且多个薄层20、22设置为使得薄层20、22中的每一个布置在具有比此个薄层20或22的外侧直径dp或dr大的外直径dp、dR的所有其它薄层20、22内。优选地，层压轴承段14优选构成为薄层20、22的厚度和轴向长度在从中心轴线A_C径向向外的方向上增大。具体地，柔性薄层20中的每一个和刚性薄层22中的每一个分别具有相对的轴向端22a、22b或22a、22b，以及相对轴向端22a、22b和22a、22b之间的轴向长度(未示出)。多个薄层20、22设置为使得薄层20、22中的每一个的轴向长度比布置在此个薄层20、22内的所有薄层20、22的轴向长度大。此外，每一个柔性和刚性薄层20、22优选是部分球面，如在附图中所描绘的，但也可以是大致圆形的圆柱形或任何其它适当的形状。

优选地，该柔性薄层20中的每一个是由弹性体构成，例如，天然或合成橡胶，并且刚性薄层22中的每一个由金属材料构成，如钢或铝，但也可以由任何其它合适的刚性材料构成，例如陶瓷材料，刚性聚合物或塑料等。刚性薄层22中的每一个可以包括单一的，大体圆柱形的壳，或者可以由围绕中心轴线A_C周向隔开的多个弧形壳构成。此外，每个柔性薄层20优选结合到径向内部相邻的刚性薄层22和径向外部相邻的刚性薄层22。最优选地，所有的柔性薄层20压缩模制到刚性薄层22，使得每个柔性薄层20在相关的径向相邻的一对刚性薄层22之间具有压缩“预载”。

现在参考图1-5、8、9和12，球面轴承段16的外环24优选构成为具有圆柱形外部表面42和内部表面44的大致圆形管40，内部表面44具有部分圆周内部表面26。内部部件28优选构成为部分圆形球48，具有大致平坦的轴向端表面49A，49B和在端表面49A，49B之间延伸的中心孔50。优选地，外环24和内部“球”部件28分别由金属材料，例如钢制成，但也可以由任何其它合适的材料构成，例如陶瓷材料。在图1-5、8和9中描绘的一个优选实施例中，球面内部部件28的中心孔50尺寸设计成容纳第二部件2的一部分，例如所示的轴3，或与第二部件2连接的组件。然而，内部球部件28可替代地构成为基本上实心，没有任何孔，而是被构造为将一个端面49A或49B与第二部件2连接，或可以具有突起或其它装置(均未示出)，用于将球48与第二部件2连接。在图12所示的替代实施例中，球面轴承段18的直径尺寸大于层压轴承段14，使得内部部件中心孔50的尺寸设计为容纳层压轴承段14。这样，当内部部件28相对于外环24可滑动地移动时，整个层压轴承段14随着球面轴承段内部部件28移动，而没有弯曲。

如在图8最佳示出，球面轴承段16优选包括构成在外环内部表面26上的相对薄的衬垫52，以便围绕并倚靠内部部件28的外部表面29布置。衬垫52由光滑材料构成，例如，聚四氟乙烯(“PTFE”)。采用优选的衬垫52，球面轴承段16的内部球部件28通过与衬垫内部表面52a的接触摩擦接合外环24。然而，在其它实施例中，内部部件外部表面29直接接触(即并列地倚靠)外环内部表面26。在任何情况下，球面轴承段外环24和内部部件28尺寸设计为使得当第一和第二部件1、2中至少一个上的扭矩T_A具有小于预定值V_P的值时，内部部件28和外环之间的摩擦防止内部部件28相对于外环24移动。

因此，内部部件28和外环24之间建立的摩擦力的幅度足以防止相对运动，直到施加到轴承组件10上的突破扭矩V_P临界于轴承组件10正常工作。目前，优选通过使球面轴承外环24至少部分围绕球面轴承内部部件28变形，以最小化内部部件28和外环24之间的间隙，并建立提供扭矩T_A，即，突破转矩的预定值V_P所需的摩擦力。更具体地，外环24优选由大致圆柱形的管60提供，其中装配内部部件28，然后组装组件60、28放置在成形模62内，如图9A所述。上部和下部半模64A，64B被挤压在一起，以在模锻或“缩口”操作中围绕球面轴承内部部件28构成管60，从而建立提供所需摩擦力必须的最小间隙，如图9B所示。然而，球面轴承环24和内部球部件28可以由任何其它适当的方式构成或组装。

本领域技术人员应当理解，可对上述实施例进行改变，而不脱离本发明的广义发明构思。因此，可以理解的，本发明不局限于所公开的具体实施方案，而是意在覆盖所附权利要求中所通常定义的本发明的精神和范围。

Claims (11)

1.一种轴承组件，用于耦合第一和第二部件，该第一和第二部件中的至少一个相对于该第一和第二部件中的另一个可移动，该轴承组件包括：

外壳，其中一个与该第一部件耦合并与该第一部件一体构成，该外壳具有中心孔；

层压轴承段和球面轴承段，其每一个设置在该外壳孔内，该层压轴承段和该球面轴承段中的一个布置在该层压轴承段和该球面轴承段中的另一个内，并且配置为与该第二部件连接；

该层压轴承段包括大致圆柱形主体，该主体由围绕中心轴线同轴地嵌套的多个交替的、大致管状、大体为柔性的薄层和大致管状、大体为刚性的薄层构成，该层压轴承段配置为使得当该第一和第二部件中的至少一个上的扭矩值小于预定值时，该层压轴承段的至少一部分弯曲；并且

该球面轴承段包括具有凹形内部圆周表面的大致环形外环，该内部表面部分为球面并限定了孔，部分球面内部部件布置在该外环孔内且具有凸起，部分球面外表面设置为倚靠该外环部的内部表面，该球面轴承段配置为使得当该第一和第二部件的至少一个上的扭矩值为至少预定值时，该球面轴承内部部件在该球面轴承外部件内可滑动地移动。

2.如权利要求1所述的轴承组件，其中该球面轴承段配置为当该第一和第二部件中的至少一个上的扭矩小于该预定值时，该球面轴承内部部件相对于该球面轴承外部部件基本上保持静止。

3.如权利要求1所述的轴承组件，其中该球面轴承段内部和外部部件的尺寸设计为使得当该第一和第二部件中至少一个上的扭矩值小于预定值时，该内部部件和外部部件之间的摩擦防止该内部部件相对于该外部部件移动。

4.如权利要求1所述的轴承组件，其中，在该层压轴承段的弯曲过程中，至少一个柔性薄层相对于一对同轴相邻的刚性薄层执行压缩、延伸和扭转中的至少一个。

5.如权利要求1所述的轴承组件，其中该柔性和刚性薄层中的每一个具有外径，该多个薄层设置为使得薄层中的每一个布置在外径大于该一个薄层外径的所有其它薄层内。

6.如权利要求1所述的轴承组件，其中该柔性薄层中的每一个和刚性薄层中的每一个具有相对的轴向端，以及相对轴向端之间的轴向长度,该多个薄层设置为使得该薄层中的每一个的轴向长度大于该一个层内设置的所有薄层的轴向长度。

7.如权利要求6所述的轴承组件，其中每一个柔性和刚性薄层为部分球面。

8.如权利要求1所述的轴承组件，其中该柔性薄层中的每一个由弹性体构成，并且该刚性薄层中的每一个由金属材料构成。

9.如权利要求1所述的轴承组件，其中如下之一：

该层压轴承段具有中心孔，并且该球面轴承段设置在该层压轴承段的该中心孔内；和

该球面轴承段具有中心孔，并且该层压轴承段设置在该球面轴承段的该中心孔内。

10.一种轴承组件，用于耦合第一和第二部件，该第一和第二部件中的至少一个相对于该第一和第二部件中的另一个可移动，该轴承组件包括：

外壳，其中一个与该第一部件耦合或与该第一部件一体构成，该外壳具有中心孔；

层压轴承段，设置在该外壳孔内，并且包括大致圆柱形主体，该主体由围绕中心轴线同轴地嵌套的多个交替的、大致管状弹性体薄层和大致管状金属薄层构成；和

球面轴承段，包括具有凹形内部圆周表面的大致环形外环，该内部表面部分为球面并限定了孔，部分球面内部部件布置在该外环孔内且具有凸起，部分球面外部表面设置为倚靠该外环部的该内部表面，该内部部件与该第二部件耦合；

其中，该层压轴承段配置为使得当该第一和第二部件中的至少一个上的扭矩值小于预定值时，该层压轴承段的至少一部分弯曲，并且该球面轴承段配置为使得当该第一和第二部件的至少一个上的扭矩值为至少预定值时，该球面轴承内部部件在该球面轴承外部件内可滑动地移动。

11.一种机械组件，用于旋翼飞行器，该组件包括：

杆，具有有孔的端部；

销，配置为连接该杆与该飞行器；和

轴承组件，设置在该杆的孔中，配置为将该杆和该销可移动地耦合，并包括：

外壳，其中一个与该杆耦合且与该杆一体构成，该外壳具有中心孔；

层压轴承段和球面轴承段，其每一个设置在该外壳的孔内，该层压轴承段和球面轴承段中的一个布置在该层压轴承段和球面轴承段中的另一个内，并且配置为与该销连接；

该层压轴承段包括大致圆柱的主体，该主体由围绕中心轴线同轴嵌套的多个交替的、大致管状、大体为柔性的薄层和大致管状、大体为刚性的薄层构成，该层压轴承段配置为使得当该杆和销中的至少一个上的扭矩值小于预定值时，该层压轴承段的至少一部分弯曲；并且

该球面轴承段包括具有凹形内部圆周表面的大致环形外环，该内部表面部分为球面并限定了孔，部分球面内部部件布置在外环孔中且具有凸起，部分球形外表面设置为倚靠该外环部的该内部表面，该球面轴承段配置为使得当该杆和销的至少一个上的扭矩值为至少预定值时，该球面轴承内部部件在球面轴承外部件内可滑动地移动。