CN111749984A - 垫片厚度不同的层压轴承组件 - Google Patents

垫片厚度不同的层压轴承组件 Download PDF

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Abstract

一种轴承组件用于将第一构件与第二构件可运动地联接并且包括第一层压体和第二层压体，所述第一层压体和所述第二层压体布置在所述第二构件的孔内、绕着中心线间隔开并且与第一构件连接。所述第一层压体由大体上绕着第一中心轴线嵌套的交替的弧形的第一弹性片和弧形的第一刚性片形成，每个第一刚性片具有在内表面与外表面之间的第一径向厚度。第二层压体由大体上绕着第二中心轴线嵌套的交替的弧形的第二弹性片和弧形的第二刚性片形成，每个第二刚性片具有在刚性片的内表面与外表面之间的第二径向厚度。第一刚性片的第一径向厚度实质上大于第二刚性片的第二径向厚度，使得第二层压体具有比第一层压体实质上小的刚度。

Description

垫片厚度不同的层压轴承组件
技术领域
本发明涉及轴承，更特别地，涉及用于诸如直升机旋翼(helicopter rotors)的应用中的层压弹性轴承(/层叠弹性体轴承)(laminated elastomeric bearings)。
背景技术
层压弹性轴承是已知的并且包括绕着中心线大体上同轴地布置的多个交替的、嵌套的弹性层和金属层。这种轴承允许组件(诸如，顺桨铰链(/变距铰链)(featheringhinge)的对中销)绕着轴承中心线枢转或“扭转”和/或部分地绕着大体上垂直于中心线的一个或多个轴线枢转的运动。这种轴承在诸如旋翼组件(rotor assembly)的顺桨铰链或支撑尾翼轴(tail rotor shaft)的应用中是有效的，但是在轴承的经历相对大量的拉伸载荷的某些部分中可能经历弹性层的过早失效。
发明内容
在一个方面中，本发明是一种轴承组件，用于将第一构件与第二构件可运动地联接，所述第二构件具有孔，所述孔具有中心线。所述轴承组件包括：大体上弧形的第一层压体，布置在所述第二构件(即外构件)的孔内，并且具有与所述第一构件可连接的内径向端部和与所述第二构件可连接的外径向端部。所述第一层压体由大体上绕着第一中心轴线嵌套的多个交替的大体上弧形的第一弹性片(/第一弹性体片)和大体上弧形的第一刚性片形成。所述第一弹性片和所述第一刚性片中的每一者具有相对的第一弧形端部和第二弧形端部以及在所述第一弧形端部与所述第二弧形端部之间在周向上(/沿周向)延伸的内周向表面和外周向表面。每个第一刚性片具有在所述第一刚性片的内周向表面与外周向表面之间的第一径向厚度(/每个第一刚性片在所述第一刚性片的内周向表面与外周向表面之间具有第一径向厚度)。另外，大体上弧形的第二层压体布置在所述第二构件的孔内，以绕着所述中心线与所述第一层压体在周向上间隔开。所述第二层压体具有与所述第一构件可连接的内径向端部和与所述第二构件可连接的外径向端部。所述第二层压体由大体上绕着第二中心轴线嵌套的多个交替的大体上弧形的第二弹性片(/第二弹性体片)和大体上弧形的第二刚性片形成。所述第二弹性片和所述第二刚性片中的每一者具有相对的第一弧形端部和第二弧形端部以及在所述第一弧形端部与所述第二弧形端部之间在周向上(/沿周向)延伸的内周向表面和外周向表面。每个第二刚性片具有在所述第二刚性片的内周向表面和外周向表面之间的第二径向厚度(/每个第二刚性片在所述第二刚性片的内周向表面与外周向表面之间具有第二径向厚度)。所述第一刚性片中的至少大多数第一刚性片中的每一者的第一径向厚度实质上大于所述第二刚性片中的至少大多数第二刚性片中的每一者的第二径向厚度，使得所述第二层压体具有比所述第一层压体实质上小的刚度(stiffness)。
在另一方面中，本发明是一种机械组件，包括与机构可连接的轴、具有纵向轴线的长条的连接杆、沿着所述轴线间隔开的两个相对的端部、邻近于两个杆端部中的一个形成的至少一个孔以及用于将轴和杆可运动地联接的轴承组件。所述轴承组件包括中央联接器和在前面段落中描述的第一层压轴承体和第二层压轴承体，所述中央联接器布置在杆孔内并且具有中央孔和外周向表面，所述轴至少部分地布置在所述联接器的孔内，每个层压轴承体布置在所述连接杆的孔内并且附接到所述联接器和所述杆。
附图说明
当结合附图阅读时，将更好地理解前述发明内容以及对本发明的优选实施方式的详细描述。为了说明本发明，在附图中示出了目前优选的示意性实施方式。然而，应当理解，本发明不限于示出的精确布置和手段。在附图中：
图1是根据本发明的层压轴承组件的俯视图，示出了可运动地联接的第一构件和第二构件；
图2是图1的轴承组件的轴向截面图；
图3是轴承组件的轴向截面图，示出了可选的联接器；
图4是轴承组件的剖切的俯视图，没有示出第一构件；
图5是图4的轴向截面图；
图6是第一层压轴承体的俯视图；
图7是第一层压体的轴向截面图；
图8是第二层压轴承体的俯视图；
图9是第二层压体的轴向截面图；和
图10是具有本发明的两个轴承组件的航空器连杆(aircraft link)的俯视图。
具体实施方式
在以下描述中使用某些术语只是为了方便，而不是限制。词语“内部”、“向内”和“外部”、“向外”是指分别朝向和背离所描述元件的指定中心线或几何中心的方向，具体含义从说明书的上下文中是容易理解的。此外，如本文中所使用的，词语“连接”和“联接”分别旨在包括两个构件之间没有任何其他构件介于其间的直接连接，以及构件之间其中有一个或多个其他构件介于其间的间接连接。术语包括上面具体提及的词语、其衍生词以及具有类似含义的词语。
现在详细参照附图，其中，在全文中相同的数字表示相同的元件，图1至图10中示出了用于将第一构件1和第二构件2可运动地联接的层压轴承组件(laminated bearingassembly)10，第二构件2具有至少一个孔3，孔3具有中心线LC。优选地，第一构件1和第二构件2是直升飞机旋翼驱动组件4的组件，特别地，第一构件1和第二构件2是与机构和长条的连接杆6可连接的驱动轴或销5。连接杆6具有纵向轴线AR、沿着轴线AR间隔开的两个相对的端部6a、6b(图10)以及两个孔3，每个孔3邻近于杆的端部6a、6b中的单独一个。然而，如下所述，第一构件1和第二构件2可以是能够通过层压轴承组件10联接的任何其他适合的可相对运动的组件。在任何情况下，轴承组件10基本上包括布置在第二构件的孔3内的大体上弧形的第一层压体12和布置在孔3内以绕着中心线LC与第一层压体12在周向上间隔开的大体上弧形的第二层压体14。第一层压体12和第二层压体14中的每个被构造为当第一构件1和第二构件2中的一个相对于第一构件1和第二构件2中的另一个移位时偏转，例如绕着中心线LC扭转或绕着垂直于中心线LC的轴线(未示出)“翘起(cock)”。
更具体地，相应地，第一层压体12具有与第一构件1可连接的内径向端部13A、与第二构件2可连接的外径向端部13B、内端部13A与外端部13B之间的径向长度LR1(图2和图6)以及相对的第一周向端部13C和第二周向端部13D。第一层压体12由大体上绕着第一中心轴线A1嵌套的(nested)(优选地，同轴地嵌套的)多个交替的大体上弧形的第一弹性片(/薄片/薄板)(laminae)16和大体上弧形的第一刚性片18(即，“垫片(shim)”)形成。第一弹性片16中的每个分别具有相对的第一弧形端部16a和第二弧形端部16b(图6)，并且分别具有在第一弧形端部16a与第二弧形端部16b之间在周向上延伸的内周向表面17A和外周向表面17B(图6和图7)。类似地，每个第一刚性片18分别具有相对的第一弧形端部18a和第二弧形端部18b(图6)以及相应地在第一弧形端部18a与第二弧形端部18b之间在周向上延伸的内周向表面19A和外周向表面19B(图6和图7)。优选地，如图2、图3和图7中最佳示出的，第一弹性片16和第一刚性片18中的每个优选地是部分球形(/球面形)(spherical)的，使得每个片16、18的内周向表面17A或19A是大体上凹形的，每个片16、18的外周向表面17B或19B是大体上凸形的。然而，作为一种选择，第一体12的片16、18可以形成为基本上圆柱形的、大体上截头圆锥形的或形成为具有任何其他适当的形状。
此外，第一弹性片16具有在片16的第一弧形端部16a与第二弧形端部16b之间延伸的周向长度(未示出)，第一刚性片18具有在第一弧形端部18a与第二弧形端部18b之间延伸的周向长度(未示出)。优选地，片16、18配置在第一层压体12中，使得片16、18中的每个的周向长度大于布置在一个片的径向内侧的所有片16、18的周向长度。此外，优选地，每个第一刚性片18由金属材料(例如，低碳钢)形成，但是可以由刚性塑料、陶瓷等形成，并且每个第一刚性片18具有在刚性片的内表面19A与外表面19B之间的第一径向厚度T1(图6和图7)，优选地，第一径向厚度T1在弧形端部18a、18b之间在周向上是基本上恒定的。第一刚性片18的第一径向厚度T1可以具有大约相同的第一值，例如0.04”、0.06”、0.08”等，或者(优选地)，第一刚性片18的第一径向厚度T1可以具有在一定范围的厚度值(例如，0.04”至0.08”)内变化的厚度T1。
参照图1至图5、图8和图9，第二层压体14大体上类似于第一层压体12形成，并且具有与第一构件1可连接的内径向端部15A、与第二构件2可连接的外径向端部15B、内端部15A与外端部15B之间的径向长度LR2(图2和图8)以及相对的第一周向端部15C和第二周向端部15D。优选地，两个层压体12、14形成为具有至少近似相等的径向范围(/程度)(extent)或径向长度，即，LR1＝LR2，但如下详细讨论的，优选地，第一层压体12具有比第二层压体14基本上大的周向范围或角度范围。如第一层压体12，优选地，第二层压体14由大体上围绕第二中心轴线A2(优选地，当安装在组件10中时，第二中心轴线A2与第一中心轴线A1至少大体上共线(collinear))嵌套(优选地，同轴地嵌套)的多个交替的大体上弧形的第二弹性片20和大体上弧形的第二刚性片22形成。优选地，第一层压体12和第二层压体14具有相同预定数量的刚性片18、22，例如，第一层压体12中具有8个刚性片18，并且第二层压体14中具有8个刚性片22，并且第一层压体12和第二层压体14具有相同数量的弹性片16、20，诸如每个体12、14中分别具有9个片16或20。
另外，第二弹性片20中的每个分别具有相对的第一弧形端部20a和第二弧形端部20b(图8)以及相应地在第一弧形端部20a与第二弧形端部20b之间在周向上延伸的内周向表面21A和外周向表面21B(图8和图9)。类似地，第二刚性片22中的每个分别具有相对的第一弧形端部22a和第二弧形端部22b(图8)以及相应地在第一弧形端部22a与第二弧形端部22b之间在周向上延伸的内周向表面23A和外周向表面23B(图8和图9)。如第一层压体12那样，优选地，第二弹性片20和第二刚性片22中的每个优选地是部分球形的，使得每个片20、22的内周向表面21A、23A分别是大体上凹形的，每个片20、22的外周向表面21B、23B是大体上凸形的，但是作为一种选择，第二弹性片20和第二刚性片22中的每个可以是基本上圆柱形的、大体上截头圆锥形的等。此外，第二弹性片20具有在片20的第一弧形端部20a与第二弧形端部20b之间延伸的周向长度(未示出)，第二刚性片22具有在第一弧形端部22a与第二弧形端部22b之间延伸的周向长度(未示出)。优选地，片20、22配置在第二层压体14中，使得片20、22中的每个的周向长度大于布置在一个片的径向内侧的所有片20、22的周向长度，使得体14为大体上楔形的(wedge-shaped)。
此外，优选地，每个第二刚性片22由金属材料(例如，低碳钢)形成，但是可以由刚性塑料、陶瓷等形成，并且每个第二刚性片22在第二刚性片的内表面23A与外表面23B之间具有第二径向厚度T2(图8和图9)，优选地，第二径向厚度T2在弧形端部22a、22b之间在周向上是基本上恒定的。优选地，第二刚性片22中的至少大多数第二刚性片22(在不是全部的情况下)的第二径向厚度T2具有相同的第二值，例如，大约千分之二十英寸(0.02”)，但是可以具有在一定范围的厚度值内变化的厚度T2。
如下详细描述的，为了在轴承组件10上提供期望的载荷特性，第一刚性片18中的至少大多数(或全部)第一刚性片18中的每个的第一径向厚度T1实质上大于第二刚性片22中的至少大多数(或全部)第二刚性片22中的每个的第二径向厚度T2。这样，第二层压体14具有比第一层压体12实质上小的刚度。优选地，刚性片18、22的相对尺寸为使得第一刚性片18中的至少大多数第一刚性片18中的每个的第一径向厚度T1与第二刚性片22中的至少大多数第二刚性片22中的每个的第二径向厚度T2之比(即，T1/T2)具有至少为2.0的值，最优选地，具有至少为3.0或更大的值。
另外，每个第一弹性片16分别在第一弹性片的内表面17A与外表面17B之间具有第三径向厚度T3(图6和图7)，并且每个第二弹性片20在第二弹性片的内表面21A与外表面21B之间具有第四径向厚度T4(图8和图9)。如上面讨论的，为了提高轴承组件10的期望的刚度特性，优选地，第二弹性片20中的至少大多数第二弹性片20中的每个的第四径向厚度T4实质上大于第一弹性片16中的至少大多数第一弹性片16中的每个的第三径向厚度T3。优选地，弹性片16、20的相对尺寸为使得第二弹性片20中的至少大多数第二弹性片20中的每个的第四径向厚度T4与第一刚性片16中的至少大多数第一弹性片16中的每个的第三径向厚度T3之比(即，T4/T3)具有至少为2.0的值，最优选地，具有至少为3.0或更大的值。
在不同的层压体12、14之间具有不同的垫片(即，刚性片)厚度T1、T2(并且优选地还具有不同的弹性片厚度T3和T4)的益处特别是在轴承组件10的优选应用中实现，即，在用于将销轴5与连接杆6联接的轴承组件10中实现。在该应用中，连接杆6上的载荷是使得连接杆6处于拉伸状态，这使轴承组件10的在销轴5与杆6的中心CR(图10)之间的“内侧”部分10a(图1和图10)上的载荷处于拉伸状态，并且使轴承组件10的其余的“外侧”部分10b(图1和图10)(即，不在轴5与杆中心CR之间的部分)处于压缩状态。由于弹性体的压缩强度大于拉伸强度，因此增加轴承组件10的内侧部分10a上的弹性片20的厚度能够使轴承组件10支撑较大的载荷并且在失效之前具有较长的寿命。
鉴于以上描述，优选地，如图1和图10所示，第二层压体14布置在杆孔3的内侧部分3I内，并且第一层压体12布置在杆孔3的外侧部分3O内。拉伸载荷沿着杆中心线AR最大，并且轴承组件10上的载荷在从杆中心线AR向孔的外侧部分3O的任一角度方向上从拉伸转变为压缩，使得轴承组件10中的大部分处于压缩状态。这样，优选地，两个轴承体12、14被相对尺寸化使得第一层压体12的角度尺寸或角度范围实质上大于第二层压体14的角度尺寸/范围。
更具体地，第一层压体12具有在体12的第一周向端部13C与第二周向端部13D之间限定(出)的第一角度θ1(图6)，第一角度θ1具有大于180度(180°)的值，并且最优选地为大约230度(230°)。第二层压体14具有在体14的第一周向端部15C与第二周向端部15D之间限定的第二角度θ2(图8)，第二角度θ2具有小于180度(180°)的值，并且最优选地为大约90度(90°)。通过在上面讨论的优选应用中使用这种相对尺寸，第二层压体14主要承受拉伸载荷，第一层压体12主要承受压缩载荷。
参照图3、图5、图7和图9，优选地，轴承组件10还包括中央联接器30，中央联接器30具有外周向表面32并且被构造为将第一层压体12和第二层压体14中的每个与内构件1连接。更具体地，优选地，联接器30具有部分球形的中央部分34和从中央部分34沿相反的方向延伸的第一圆柱形端部部分36和第二圆柱形端部部分38。优选地，联接器30具有中央孔40，中央孔40在第一圆柱形端部部分36的外端部36a与第二圆柱形端部部分38的外端部38a之间延伸，孔40的尺寸适于接纳第一构件1的至少一部分。作为一种选择，如图3中所示，联接器30可以是基本上实心的并且具有适于与第一构件1连接的一个或两个圆柱形端部36、38。
另外，第一层压体12的内端部13A和第二层压体14的内端部15A均附接到联接器30的外表面32。更具体地，第一层压体12具有提供第一体的内径向端部13A的最内部的第一弹性片16I以及提供第一体的外径向端部13B的最外部的弹性片16O。类似地，第二层压体14具有提供第二体的内径向端部15A的最内部的第一弹性片20I以及提供第二体的外径向端部15B的最外部的弹性片20O。利用这种结构，每个体12、14的最内部的弹性片16I、20I结合到联接器的外表面32，每个体12、14的最外部的弹性片18O、20O结合到第二构件的孔3的内周向表面7(图1和图10)，以将轴承组件10与两个构件1、2连接。然而，轴承组件10可以以任何其他适当的方式连接到构件1和构件2中的一个或两者，诸如，在最内部和/或最外部的刚性片18、22(结构未示出)之间的摩擦配合。
本领域技术人员将理解，可以在不脱离本发明的广泛发明构思的情况下对上述实施方式进行改变。因此，应当理解，本发明不限于所公开的特定实施方式，而是旨在涵盖在所附权利要求书中总体上限定的本发明的精神和范围内的变型。

Claims (10)

1.一种轴承组件，用于将第一构件与第二构件可运动地联接，所述第二构件具有孔，所述孔具有中心线，所述轴承组件包括：
大体上弧形的第一层压体，布置在所述第二构件的孔内，并且具有能够与所述第一构件连接的内径向端部和能够与所述第二构件连接的外径向端部，所述第一层压体由大体上绕着第一中心轴线嵌套的多个交替的大体上弧形的第一弹性片和大体上弧形的第一刚性片形成，所述第一弹性片和所述第一刚性片中的每一者具有相对的第一弧形端部和第二弧形端部以及在所述第一弧形端部与所述第二弧形端部之间在周向上延伸的内周向表面和外周向表面，每个第一刚性片具有在所述第一刚性片的内周向表面与外周向表面之间的第一径向厚度；以及
大体上弧形的第二层压体，布置在所述第二构件的孔内，使得绕着所述中心线与所述第一层压体在周向上间隔开，所述第二层压体具有能够与所述第一构件连接的内径向端部和能够与所述第二构件连接的外径向端部，所述第二层压体由大体上绕着第二中心轴线嵌套的多个交替的大体上弧形的第二弹性片和大体上弧形的第二刚性片形成，所述第二弹性片和所述第二刚性片中的每一者具有相对的第一弧形端部和第二弧形端部以及在所述第一弧形端部与所述第二弧形端部之间在周向上延伸的内周向表面和外周向表面，每个第二刚性片具有在所述第二刚性片的内周向表面与外周向表面之间的第二径向厚度；
其中，所述第一刚性片中的至少大多数第一刚性片中的每一者的第一径向厚度实质上大于所述第二刚性片中的至少大多数第二刚性片中的每一者的第二径向厚度，使得所述第二层压体具有比所述第一层压体实质上小的刚度。
2.根据权利要求1所述的轴承组件，其特征在于，所述第一层压体包括多个第一刚性片，所述第二层压体包括多个第二刚性片。
3.根据权利要求1或2所述的轴承组件，其特征在于，所述第一层压体在所述第一层压体的内径向端部与所述第一层压体的外径向端部之间具有第一层压体径向长度，所述第二层压体在所述第二层压体的内径向端部与所述第二层压体的外径向端部之间具有第二层压体径向长度，所述第一层压体径向长度实质上等于所述第二层压体径向长度。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承组件，其特征在于，所述第一刚性片中的至少大多数第一刚性片中的每一者的第一径向厚度与所述第二刚性片中的至少大多数第二刚性片中的每一者的第二径向厚度之比具有至少为2.0的值。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承组件，其特征在于，所述第二刚性片中的每一者的第二径向厚度具有大约相同的第二值。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承组件，其特征在于，每个第一弹性片在所述第一弹性片的内周向表面与外周向表面之间具有第三径向厚度，并且每个第二弹性片在所述第二弹性片的内周向表面与外周向表面之间具有第四径向厚度，所述第二弹性片中的至少大多数第二弹性片中的每一者的第四径向厚度实质上大于所述第一弹性片中的至少大多数第一弹性片中的每一者的第三径向厚度。
7.根据权利要求6所述的轴承组件，其特征在于，所述第二弹性片中的至少大多数第二弹性片中的每一者的第四径向厚度与所述第一弹性片中的至少大多数第一弹性片中的每一者的第三径向厚度之比具有至少为2.0的值。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承组件，其特征在于：
所述第一层压体具有相对的第一周向端部和第二周向端部，所述第一层压体的第一周向端部与第二周向端部之间限定第一角度，所述第一角度具有大于180度的值；并且
所述第二层压体具有相对的第一周向端部和第二周向端部，所述第二层压体的第一周向端部与第二周向端部之间限定第二角度，所述第二角度具有小于180度的值。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承组件，其特征在于，所述轴承组件还包括中央联接器，所述中央联接器具有外周向表面并且被构造为将所述第一层压体和所述第二层压体中的每一者与所述第一构件连接，并且其中：
所述第一层压体具有提供所述第一层压体的内径向端部的最内部的第一弹性片和提供所述第一层压体的外径向端部的最外部的第一弹性片，所述最内部的第一弹性片结合到所述中央联接器的外表面，所述最外部的第一弹性片结合到所述第二构件的内周向表面；
所述第二层压体具有提供所述第二层压体的内径向端部的最内部的第二弹性片和提供所述第二层压体的外径向端部的最外部的第二弹性片，所述第二层压体的最内部的第二弹性片结合到所述中央联接器的外表面，所述第二层压体的最外部的第二弹性片结合到所述第二构件的内周向表面。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承组件，其特征在于，所述第一弹性片、所述第一刚性片、所述第二弹性片和所述第二刚性片中的每一者均是部分球形的，使得每个片的内周向表面是大体上凹形的，并且每个片的外周向表面是大体上凸形的。
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