CN110701186B - 一种组合弹性轴承 - Google Patents

Abstract

本发明属于弹性轴承结构设计技术领域，涉及一种组合弹性轴承，包括离心力弹性轴承和中心弹性轴承，其中离心力弹性轴承由大接头(1)、小接头(2)、球形金属隔片(3)、球形橡胶层(4)组成，中心弹性轴承由外接头(5)、内接头(6)、球带金属隔片(7)、球带橡胶层(8)组成。离心力弹轴承和中心弹性轴承联合承载，离心力轴承主要承受离心力载荷，中心轴承主要承受径向摆振载荷，离心力弹性轴承和中心弹性轴承共同承担扭转载荷和挥舞载荷。与传统单个轴承承载设计相比，本发明具有承载能力高、抗疲劳寿命高等优点。

Description

一种组合弹性轴承

技术领域

本发明属于属于弹性轴承结构设计技术领域，涉及一种组合弹性轴承。

背景技术

弹性轴承是直升机旋翼系统的关键功能构件，主要承受直升机旋翼运动过程中产生的离心、扭转、挥舞和摆振载荷，减小旋翼系统产生的振动向直升机机体的传递，防止直升机产生地面和空中共振。

传统的弹性轴承是球形金属隔片和橡胶交替叠层的单一结构，这种结构形式具有结构简单紧凑、尺寸较小等特点，同样可以承受离心、扭转、挥舞和摆振载荷，但缺点是承受摆振载荷的能力较差，当直升机载荷增加到一定程度时，弹性轴承摆振载荷会急剧增加，对弹性轴承的疲劳寿命产生严重影响，大大缩短其使用寿命。针对大载荷直升机旋翼系统，为了充分利用弹性轴承的既有功能，同时保证其可靠性，使其拥有较长的使用寿命，采用了离心力弹性轴承和中心弹性轴承的组合结构，根据其不同的承载特性，对离心力弹性轴承和中心弹性轴承进行结构优化设计后，可以使离心力弹性轴承承担总体90％以上的离心载荷，中心弹性轴承承担总体90％以上的摆振载荷，这样可以大大减小摆振载荷对离心力弹性轴承的影响，显著提高其疲劳寿命。

发明内容

本发明的目的是：提供一种组合弹性轴承，用于弹性关节轴承的疲劳试验装置，以实现结构简单、成本低、安装维护方便、使用寿命长的目的。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：

一种组合弹性轴承，包括：固定连接在一起的离心力弹性轴承和中心弹性轴承，其中离心力弹性轴承由大接头1、小接头2、球形金属隔片3、球形橡胶层4组成，中心弹性轴承由外接头5、内接头6、球带金属隔片7、球带橡胶层8组成；

离心力弹性轴承大接头1和球形金属隔片3之间、相邻球形金属隔片3之间、球形金属隔片3和小接头2之间均通过球形橡胶层4粘接成一体；中心弹性轴承外接头5和球带金属隔片7之间、相邻球带金属隔片7之间、球带金属隔片7和内接头6之间均通过球带橡胶层8粘接成一体；

离心力弹性轴承和中心弹性轴承所有金属件与橡胶层粘接的球面同球心。

所述的组合弹性轴承在联合承载时，离心力弹性轴承分担90％以上的离心载荷，中心弹性轴承分担90％以上的径向摆振载荷。

所述离心力弹性轴承与球形橡胶层4的粘接球面为：大接头1的内侧球面、小接头2的外侧球面、球形金属隔片3的内外侧球面。

所述中心弹性轴承与球带橡胶层8的粘接球面为：外接头5的内侧球面、内接头6的外侧球面、球带金属隔片7的内外侧球面。

所述离心力弹性轴承小接头2和中心弹性轴承外接头5固定连接，离心力弹性轴承大接头1和中心弹性轴承内接头6固定连接。

安装时，所述离心力弹性轴承金属件的中心轴线和所述中心弹性轴承的中心轴线同轴。所述中心轴线过所述球心。

所述小接头2的内侧、内接头6的内侧进行减重设计。

优选地，所述粘接采用高温下经硫化粘接方式。

优选地，所述固定连接为螺纹连接。

本发明的有益效果是：提供了一种组合弹性轴承，充分利用了各自轴承的承载特性来共同承载复杂的多轴载荷，为重载直升机的旋翼系统减振提供了一种有效可行的技术方案，相对于传统的单一弹性轴承结构，本发明具有承载能力高、使用寿命长、结构尺寸小、重量轻等优点，是重载直升机旋翼系统不可或缺的关键功能构件。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施的技术方案，下面将对本发明的实例中需要使用的附图作简单的解释。显而易见，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明组合弹性轴承的正视图；

图2是图1中的A-A截面示意图；

图3是本发明组合弹性轴承的仰视图；

图4是本发明组合弹性轴承的俯视图；

图5是本发明组合弹性轴承的承载示意图；

图6是本发明组合弹性轴承的实施实例示意图；

其中，1-大接头、2-小接头、3-球形金属隔片、4-球形橡胶层、5-外接头、6-内接头、7-球带金属隔片、8-球带橡胶层、P1-离心力弹性轴承、P2-中心弹性轴承。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将详细描述本发明实施例的各个方面的特征。在下面的详细描述中，提出了许多具体的细节，以便对本发明的全面理解。但是，对于本领域的普通技术人员来说，很明显的是，本发明也可以在不需要这些具体细节的情况下就可以实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例对本发明更好的理解。本发明不限于下面所提供的任何具体设置和方法，而是覆盖了不脱离本发明精神的前提下所覆盖的所有的产品结构、方法的任何改进、替换等。

在各个附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以避免对本发明造成不必要的模糊。

组合弹性轴承如附图1所示，其中心轴截面示意图如图2所示，组合弹性轴承由离心力弹性轴承P1和中心弹性轴承P2两种不同结构的弹性轴承构成，共同承担旋翼运动过程中产生的载荷。其中离心力弹性轴承P1由大接头1、小接头2、球形金属隔片3、球形橡胶层4组成，大接头1和球形金属隔片3之间、小接头2混合球形金属隔片3之间、相邻球形技术隔片之间均通过球形橡胶层4在高温下硫化粘接形成一个整体，大接头1、小接头2、球形金属隔片3的各粘接面同球心，同一橡胶层厚度分布均匀，为了保证离心力弹性轴承具有长的寿命，使各胶层寿命趋于相同，离心力弹性轴承P1的胶层厚度往往遵循从小接头2向大接头1呈梯度递增或渐进递增的趋势，为了保持组合弹性轴承的稳定性，小接头2的球面外缘半径D2应小于大接头1的球面半径D1。

离心力弹性轴承P1的刚度和胶层应变水平与其球面半径SR0、SRN和隔片层数密切相关，中心弹性轴承P2的刚度和胶层应变水平与其球面半径SRC0、SRCN和隔片层数也密切相关，为了匹配离心力弹性轴承P1和中心弹性轴承P2的刚度，需在接口尺寸允许的范围内合理的计算优化SR0、SRN、SRC0、SRCN的具体数值，在此基础上对各自隔片层数和胶层分布及模量分布进行详细设计，使其在联合承载条件下胶层的应变水平和应变梯度处于最小水平。

中心弹性轴承P2主要由外接头5、内接头6、球带金属隔片7、球带橡胶层8构成，外接头5和球带金属隔片7之间、内接头6和球带金属隔片7之间、相邻球带金属隔片7之间均通过球带橡胶层8在高温下硫化粘接成一个整体，外接头5、内接头6、球带金属隔片7的各粘接表面均同球心，同一橡胶层各处厚度分布均匀，球带金属隔片相对于球心的两侧尺寸H1和H2可以相同，也可以不同，各胶层厚度可以相同也可以不同。

组合弹性轴承在联合承载时离心力弹性轴承P1和中心弹性轴承P2应具有相同的球心并保持不变，承载时将离心力弹性轴承P1的小接头2和中心弹性轴承P2的外接头5通过螺栓固定在中央件的同一刚形体上，离心力弹性轴承P1的大接头1和中心弹性轴承P2的内接头6与桨毂连接并保持相对固定。

组合弹性轴承的主要优势大承载和长寿命，充分利用离心力弹性轴承轴向压缩刚度(Z向)大的特定和中心弹性轴承径向刚度(X向)大的特点来分担大部分的离心载荷和摆振载荷，因此在设计之初就应充分考虑离心力弹性轴承和中心弹性轴承的轴向刚度比和径向刚度比，通常使离心力弹性轴承的轴向压缩刚度是中心弹性轴承的10倍以上，中心弹性轴承的径向刚度是离心力弹性轴承的10倍以上，保证在联合承载时，离心力弹性轴承能分担90％的离心载荷，中心弹性轴承能分担90％以上的径向摆振载荷。

为了实现以上刚度匹配效果，需对离心力弹性轴承和中心弹性轴承的金属隔片结构方案进行初步设计，结合接口尺寸在尺寸允许的范围内进行初步的隔片层数、厚度及外缘轮廓结构设计，并计算不同结构设计方案下的各项刚度是否达到技术指标要求，在此基础上确定初步的隔片层数、厚度和外缘形状。

组合接头弹性轴承在维持高承载的同时应保证各胶层具有相近的应变大小，从而保证各轴承胶层具有较长且相近的使用寿命，为了达到此目的需在初步设计方案的基础上对离心力弹性轴承和中心弹性轴承开展联合优化设计，充分研究胶层厚度分布、胶层层数、胶层模量等参数对离心力弹性轴承和中心弹性轴承各胶层应变的影响规律，最终确定在典型载荷条件下各胶层应变梯度最小的结构为最有结构，实现离心力弹性轴承和中心弹性轴承结构的匹配优化设计。

为了保证各胶层厚度、硫化特性的均一性，通常在各金属隔片的中心布置直径相同的通孔(如图2中坐标轴Z向穿过的位置)。

一个带基本结构尺寸的具体组合弹性轴承如附图6所示，其中离心力弹性轴承的大接头球面半径SRN为180，小接头球面半径SR0为100，球形金属隔片层数为32层，大接头1球面外缘直径D1为205，小接头2球面外缘直径D2为150，中心弹性轴承外接头5的球面半径SRCN为68，内接头6的球面半径SRC0为40，球带金属隔片7的层数为12层，球带金属隔片相对于球心的上下两端尺寸H1和H2相同，均为20mm。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可以轻易想到各种等效的修改或者替换，这些修改或者替换都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种组合弹性轴承，其特征在于：所述的组合弹性轴承包括固定连接在一起的离心力弹性轴承和中心弹性轴承，其中离心力弹性轴承由大接头(1)、小接头(2)、球形金属隔片(3)、球形橡胶层(4)组成，中心弹性轴承由外接头(5)、内接头(6)、球带金属隔片(7)、球带橡胶层(8)组成；

所述离心力弹性轴承大接头(1)和球形金属隔片(3)之间、相邻球形金属隔片(3)之间、球形金属隔片(3)和小接头(2)之间均通过球形橡胶层(4)粘接成一体；

所述中心弹性轴承外接头(5)和球带金属隔片(7)之间、相邻球带金属隔片(7)之间、球带金属隔片(7)和内接头(6)之间均通过球带橡胶层(8)粘接成一体；

所述离心力弹性轴承和中心弹性轴承所有金属件与橡胶层粘接的球面同球心。

2.根据权利要求1所述的组合弹性轴承，其特征在于：组合弹性轴承在联合承载时，所述离心力弹性轴承分担90％以上的离心载荷，所述中心弹性轴承分担90％以上的径向摆振载荷。

3.根据权利要求1所述的组合弹性轴承，其特征在于：所述离心力弹性轴承与球形橡胶层(4)的粘接球面为：大接头(1)的内侧球面、小接头(2)的外侧球面、球形金属隔片(3)的内外侧球面。

4.根据权利要求1所述的组合弹性轴承，其特征在于：所述中心弹性轴承与球带橡胶层(8)的粘接球面为：外接头(5)的内侧球面、内接头(6)的外侧球面、球带金属隔片(7)的内外侧球面。

5.根据权利要求1所述的组合弹性轴承，其特征在于：所述离心力弹性轴承小接头(2)和中心弹性轴承外接头(5)固定连接；所述离心力弹性轴承大接头(1)和中心弹性轴承内接头(6)固定连接。

6.对于权利要求1所述的组合弹性轴承，其特征在于：安装时，所述离心力弹性轴承金属件的中心轴线和所述中心弹性轴承的中心轴线同轴。

7.对于权利要求1至6任一项所述的组合弹性轴承，其特征在于：所述小接头(2)的内侧、内接头(6)的内侧进行减重设计。

8.对于权利要求1至6任一项所述的组合弹性轴承，其特征在于：所述粘接采用高温下经硫化粘接方式。

9.对于权利要求5所述的组合弹性轴承，其特征在于：所述固定连接为螺纹连接。

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