CN107985586A - 一种全寿命浆毂结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种全寿命浆毂结构，包括浆毂中心件、桨叶轴、桨夹和桨叶，桨叶轴连接浆毂中心件和桨夹，桨叶设置在桨夹末端，桨叶轴上沿桨夹末端方向依次设有第一轴承，第二轴承和第三轴承，桨叶轴上设有台阶面，第二轴承和第三轴承分别设置在台阶面的两侧。本发明利用直升机旋翼浆毂的两个安装轴承分担桨叶旋转的离心力，大幅提升轴承的使用寿命，使其满足无人直升机全寿命周期使用。

Description

一种全寿命浆毂结构

技术领域

本发明属于直升机技术领域，具体涉及一种全寿命浆毂结构。

背景技术

直升机桨叶在高速旋转过程中，会形成非常大的离心力。直升机浆毂主要受到桨叶所具有的离心力带来的拉力。为保持飞机桨叶的连接稳定性，直升机浆毂内通常至少设置2-3个轴承来连接桨夹轴和桨夹，以支撑桨夹并使飞机在飞行中桨夹绕桨夹轴旋转调节桨叶角度以调整飞机升力。传统旋翼浆毂轴承一般只有直升机使用寿命的半寿命或十分之一寿命甚至200小时的寿命，严重影响了维护成本和维修一致性。在传统设计方案中，轴承通常采用并联方式，如图1所示，轴承一1和轴承二2采用并联方式，轴承一1和轴承二2所受的力并没有因为轴承的数量而带来改善。因此，无法满足直升机全寿命周期的使用，严重影响了维护成本和维修一致性。

专利一种变转速刚性旋翼飞行器用浆毂(公布日2017.01.04，公布号CN106275422A)提供了一种变转速刚性旋翼飞行器用桨毂，适用于转速大范围变化的刚性旋翼，包括桨毂中央件，桨毂中央件上附加弹性片，桨毂中央件与附加弹性片共同固定有变距铰。该专利中变距铰内筒和变距铰外壳之间架设有第一径向轴承和第二径向轴承。专利一种无人直升机的主旋翼浆毂(公告日2017.8.1，公告号CN206394883U)公开了一种无人直升机的主旋翼浆毂，包含旋翼头、端头紧固件、第一止推轴承、第二止推轴承、锁紧环、紧固螺栓、滚子轴承、主轴、贯穿连杆、凸台；所述的旋翼头内设置有端头紧固件，主轴插设在旋翼头内，主轴上设置有凸台，凸台的左侧设置有三个台阶，且三个台阶上自左向右依次安装有第一止推轴承、第二止推轴承、锁紧环和滚子轴承；所述的锁紧环与旋翼头通过若干紧固螺栓固定；所述的贯穿连杆穿过主轴与端头紧固件固定连接。该专利的第一止推轴承、第二止推轴承的外圆与旋翼头的内孔之间采用过盈配合；主轴的外圆与第一止推轴承、第二止推轴承的内孔之间采用过盈配合。上述2份对比专利中的轴承均采用了类似图1的并联连接方式，使得两个轴承同时受到同等程度的离心力，无法进行分担，容易导致轴承疲劳松动，在直升机使用过程中需要中途维护更换，费时费力费成本。

因此急需一种结构简单，可提升轴承使用寿命使其满足直升机全寿命周期使用的全寿命浆毂结构。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种全寿命浆毂结构，该结构利用直升机旋翼浆毂的两个安装轴承分担桨叶旋转的离心力，大幅提升轴承的使用寿命，使其满足无人直升机全寿命周期使用。

本发明提供了如下的技术方案：

一种全寿命浆毂结构，包括浆毂中心件、桨叶轴、桨夹和桨叶，桨叶轴连接浆毂中心件和桨夹，桨叶设置在桨夹末端，桨叶轴上沿桨夹末端方向依次设有第一轴承，第二轴承和第三轴承，桨叶轴上设有台阶面，第二轴承和第三轴承分别设置在台阶面的两侧。

优选的，第二轴承的外径小于第三轴承的外径，第三轴承的外径大于台阶面的外径。

优选的，第二轴承为推力球轴承，第一轴承和第三轴承为深沟球轴承。

优选的，还包括桨夹垫片、密封圈、螺钉、摆振减震器和第二螺钉，桨夹轴内设有螺孔，螺钉设置在螺孔内，桨夹垫片通过螺钉固定在桨夹轴末端外侧，密封圈设置在桨夹垫片与桨夹之间，桨夹末端包括上下对称设置的第一夹片和第二夹片，第一夹片和第二夹片上分别设有上下对称的两对通孔，通孔上设有过渡套，一对通孔的过渡套上设有摆振减震器，另一对通孔的过渡套内设有第二螺钉，桨叶通过摆振减震器和第二螺钉固定在桨夹末端。

优选的，还包括桨夹控制臂、球铰、拉杆和电机，桨夹控制臂设置在桨夹的两侧，浆毂中心件底部设有拉杆，拉杆两端通过球铰分别连接2个桨夹控制臂，电机与拉杆连接，电机控制拉杆摆动带动桨夹旋转。

优选的，桨叶上下表面通过旋翼垫片连接摆振减震器和第二螺钉。

本发明的有益效果是：

1、本发明结构改进简单，安装方便，成本低廉。

2、本发明利用直升机旋翼浆毂的两个安装轴承分担桨叶旋转的离心力，大幅提升轴承的使用寿命，使其满足无人直升机全寿命周期使用，可减少维护成本和使用成本。

3、本发明第二轴承为推力球轴承，第一轴承和第三轴承为深沟球轴承。第二轴承为主要离心力受力轴承，采用推力球轴承可有效承担轴向力量。第一轴承和第三轴承采用深沟球轴承既可承受径向力量也可承受轴向力量，其中第三轴承可分担部分轴向的离心力。

4、本发明桨夹垫片通过螺钉固定在桨夹轴末端外侧，密封圈设置在桨夹垫片与桨夹之间，使桨夹轴与桨夹之间的连接紧密稳固。

5、本发明拉杆两端通过球铰分别连接2个桨夹控制臂，电机与拉杆连接，电机控制拉杆摆动带动桨夹旋转，其连接结构简单，方便飞行中控制桨夹绕桨夹轴旋转，以调整桨叶的角度，进而调整飞机的升力。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是现有技术轴承受力剖面结构示意图；

图2是本发明轴承受力剖面结构示意图；

图3是本发明的轴承设置剖面结构示意图；

图4是本发明的轴承设置立体剖面结构示意图；

图5是本发明的装配爆炸图；

图6是本发明旋翼整体结构示意图。

图中标记为：1、轴承一；2、轴承二；3、浆毂中心件；4、桨叶轴；41、台阶面；5、桨夹；6、桨叶；7、第一轴承；8、第二轴承；9、第三轴承；10、桨夹垫片；11、密封圈；12、螺钉；13、摆振减震器；14、第二螺钉；15、过渡套；16、垫片；17、第二过渡套；18、旋翼垫片；19、桨夹控制臂；20、球铰；21、拉杆；22、电机。

具体实施方式

下面结合附图描述本发明的优选实施方式。

如图2至图5所示，一种全寿命浆毂结构，包括浆毂中心件3、桨叶轴4、桨夹5和桨叶6，桨叶轴4连接浆毂中心件3和桨夹5，桨叶6设置在桨夹5末端，桨叶轴4上沿桨夹5末端方向依次设有第一轴承7，第二轴承8和第三轴承9，桨叶轴4上设有台阶面41，第二轴承8和第三轴承9分别设置在台阶面41的两侧。

具体的，第二轴承8的外径小于第三轴承9的外径，第三轴承9的外径大于台阶面41的外径。具体的，第二轴承8为推力球轴承，第一轴承7和第三轴承9为深沟球轴承。

具体的，还包括桨夹垫片10、密封圈11、螺钉12、摆振减震器13和第二螺钉14，桨夹轴4内设有螺孔，螺钉12设置在螺孔内，桨夹垫片10通过螺钉12固定在桨夹轴4末端外侧，密封圈11设置在桨夹垫片10与桨夹5之间，桨夹5末端包括上下对称设置的第一夹片和第二夹片，第一夹片和第二夹片上分别设有上下对称的两对通孔，通孔上设有过渡套15，一对通孔的过渡套15上设有摆振减震器13，另一对通孔的一个过渡套15内设有第二螺钉14，桨叶6通过摆振减震器13和第二螺钉14固定在桨夹5末端。第二螺钉14为内六角螺钉。

具体的，桨夹轴4与第一轴承7之间还设有垫片16。具体的，摆振减震器13和过渡套15之间还设置有第二过渡套17。

具体的，桨叶6上下表面通过旋翼垫片18连接摆振减震器13和第二螺钉14。

如图5所示，还包括桨夹控制臂19、球铰20、拉杆21和电机22，桨夹控制臂19设置在桨夹5的两侧，浆毂中心件3底部设有拉杆21，拉杆21两端通过球铰20分别连接2个桨夹控制臂19，电机22与拉杆21连接，电机22控制拉杆21摆动带动桨夹5旋转。

具体工作实现原理如下：

如图1所示，现有技术中轴承一1和轴承二2采用并联方式，轴承1和轴承二2受到的离心力引起的拉力近乎相同，均为F，轴承一1和轴承二2的受力面积也相同。

本发明中主要由第二轴承8和第三轴承9采用非并联方式连接，第二轴承8和第三轴承9分担承受离心力引起的拉力，第二轴承8、第三轴承9受到的拉力设为F1和F2，F1+F2＝F。由于第二轴承8受力接触面积大于第三轴承9，则第二轴承8承担主要的离心力引起的拉力，第三轴承9受到的主要挤压在外圈，所以轴承旋转时候的磨损并不受太大影响。因此本发明与现有技术之间主要比较轴承一1、轴承二2和第二轴承8的使用寿命。假设轴承一1、轴承二2和第二轴承8为相同型号的轴承，现有技术的浆毂和本发明的浆毂轴承各结构及体积基本相同。

轴承寿命计算公式如下：

其中，L₁₀-基本额定寿命(10^6r)；L_10h-基本额定寿命(小时)；C-基本额定动载荷；P-轴承载荷；ε-轴承类型决定的系数。

基本额定动载荷计算公式如下：

C＝b_mf_cL_we ^7/9Z^3/4D_we ^29/27 (2)

其中，b_m、f_c-系数；L_we-滚子有效长度；Z-有效；D_we-滚子直径。

则根据本发明采用的尺寸计算，第二轴承8和第三轴承9的受力接触面积分别为270.24mm²和76.62mm²。则结构体积基本与图1相同的第二轴承8承受的力与轴承一1或轴承二2承受的力之比，即轴承载荷P₂/P₁可以通过下列式子计算：

270.24/(76.62+270.24)＝0.78(3)

设基本额定动载荷C不变，则现有技术的轴承一1或轴承二2的基本额定动载荷C₁等于本发明第二轴承8的基本额定动载荷C₂，则将C₁、C₂、P₂/P₁的结果分别带入轴承寿命计算公式(1)中，可以计算得到如下算式：

则根据算式(4)和(5)可知，本发明第二轴承8的使用寿命是原先轴承一1和轴承二2使用寿命的2倍。如果轴承一1和轴承二2采用的传统精密级轴承，则一般可满足直升机使用寿命的半寿命，而采用本发明的第二轴承8则可以达到直升机使用寿命的全寿命，从而减少维护成本和使用成本。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种全寿命浆毂结构，其特征在于，包括浆毂中心件、桨叶轴、桨夹和桨叶，所述桨叶轴连接所述浆毂中心件和所述桨夹，所述桨叶设置在所述桨夹末端，所述桨叶轴上沿所述桨夹末端方向依次设有第一轴承，第二轴承和第三轴承，所述桨叶轴上设有台阶面，所述第二轴承和所述第三轴承分别设置在所述台阶面的两侧。

2.根据权利要求1所述的全寿命浆毂结构，其特征在于，所述第二轴承的外径小于所述第三轴承的外径，所述第三轴承的外径大于所述台阶面的外径。

3.根据权利要求2所述的全寿命浆毂结构，其特征在于，所述第二轴承为推力球轴承，所述第一轴承和所述第三轴承为深沟球轴承。

4.根据权利要求1所述的全寿命浆毂结构，其特征在于，还包括桨夹垫片、密封圈、螺钉、摆振减震器和第二螺钉，所述桨夹轴内设有螺孔，所述螺钉设置在所述螺孔内，所述桨夹垫片通过所述螺钉固定在所述桨夹轴末端外侧，所述密封圈设置在所述桨夹垫片与所述桨夹之间，所述桨夹末端包括上下对称设置的第一夹片和第二夹片，所述第一夹片和所述第二夹片上分别设有上下对称的两对通孔，所述通孔上设有过渡套，一对所述通孔的过渡套上设有摆振减震器，另一对所述通孔的过渡套内设有第二螺钉，所述桨叶通过所述摆振减震器和所述第二螺钉固定在所述桨夹末端。

5.根据权利要求1所述的全寿命浆毂结构，其特征在于，还包括桨夹控制臂、球铰、拉杆和电机，所述桨夹控制臂设置在所述桨夹的两侧，所述浆毂中心件底部设有拉杆，所述拉杆两端通过球铰分别连接2个所述桨夹控制臂，所述电机与所述拉杆连接，所述电机控制所述拉杆摆动带动所述桨夹旋转。

6.根据权利要求4所述的全寿命浆毂结构，其特征在于，所述桨叶上下表面通过旋翼垫片连接所述摆振减震器和所述第二螺钉。