CN112268067B - 一种直升机旋翼阻尼器弹性杆端轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直升机旋翼阻尼器弹性杆端轴承，包括外接头、内接头、金属隔片和橡胶层，其中金属隔片和橡胶层为叠层结构构成弹性体，弹性体为一层橡胶、一层金属隔片相互叠加，通过粘接剂连接，在模具中硫化成型，最外层和最内层为橡胶层与内接头和外接头连接。由于其结构是采用金属隔片/橡胶叠层结构，通过橡胶剪切变形来提供绕三轴旋转自由度，故其环境适应性好，尤其在防砂尘方面具有先天的优势，使用寿命也相对较高，而且可视情维护。另外，由于弹性体具有自回正功能，因而不会出现自润滑杆端轴承外圈与其附近叉耳碰撞磨蚀的情况。旋翼用弹性杆端轴承代替自润滑杆端关节轴承，能够有效提高旋翼系统可靠性和维护性。

Description

一种直升机旋翼阻尼器弹性杆端轴承
技术领域
本发明涉及直升机旋翼系统结构设计领域，具体涉及一种直升机旋翼阻尼器弹性杆端轴承。
背景技术
直升机旋翼系统中阻尼器为旋翼的摆振运动提供阻尼，以防止发生地面共振和空中共振。其两端分别连接中央件和挥舞支臂，或连接相邻的两个挥舞支臂，其两端的运动需具有多方向转动自由度，因此通常采用杆端关节轴承。
目前杆端关节轴承一般采用的是传统的自润滑金属球铰杆端关节轴承。而传统自润滑关节轴承存在寿命低、环境耐受力差、维护成本高等缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种直升机旋翼阻尼器弹性杆端轴承，用以解决现有传统关节轴承所存在的问题。
为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：
一种直升机旋翼阻尼器弹性杆端轴承，包括外接头、内接头以及弹性体，其中：
所述外接头为环形结构，环形结构的外轮廓为球面状结构，其内部沿轴向开设有用于装配所述弹性体和内接头的安装槽，安装槽的内表面为弧面状结构；
所述内接头为球形结构，其上沿轴向开设有装配孔，装配孔的两端设置有凸肩；装配孔用于穿过旋翼的中央件或挥舞支臂，并进行固定连接；内接头与外接头之间装配所述弹性体；
所述弹性体包覆于内接头外部，为金属隔片和橡胶层间隔布设叠加构成的层叠状结构；所述弹性体中的金属隔片为环绕所述内接头的弧面状结构，沿远离内接头的方向，所述金属隔片的轴向长度逐渐减小，所有金属隔片均对称设置；金属隔片之间设置橡胶层，橡胶层与金属隔片之间通过粘接剂连接。
进一步地，所述外接头下端设置有柄部，柄部上开设有减重孔，柄部底端设置有法兰盘，法兰盘上开设有固定孔，利用螺栓将外接头与阻尼器连接。
进一步地，所述弹性体的最内层为橡胶层，该橡胶层与内接头的外球面之间粘接固定；弹性体的最外层也是橡胶层，与外接头的内表面之间固定连接。
进一步地，所述弹性体的径向承载能力通过设计每一层橡胶层在径向的承载面积满足最低可接受应力值来保证，每层橡胶层的半径的平方和宽度成反比。
进一步地，所述弹性体中，每一层橡胶层的厚度设计为由内至外递增的整体趋势，最外层橡胶层的厚度为最内橡胶层的层厚度的2倍。
进一步地，所述金属隔片为一整套鼓形薄片金属，通过机加工或钣金成型，成型后对半切割，以方便装模具。
进一步地，所述隔片边缘有柱形段，柱形段为形成于所述隔片两端且同轴的柱形结构。
进一步地，所述橡胶层为天然橡胶增加补强填料，通过粘接剂和内接头、外接头和金属隔片连接。
与现有技术相比，本发明具有以下技术特点：
本发明提出了一种新型的杆端关节轴承，采用弹性杆端轴承结构，其结构是采用金属隔片/橡胶叠层结构，通过橡胶剪切变形来提供绕三轴旋转自由度，故其环境适应性好，尤其在防砂尘方面具有先天的优势，使用寿命也相对较高，而且可视情维护。另外，由于弹性体具有自回正功能，因而不会出现自润滑杆端轴承外圈与其附近叉耳碰撞磨蚀的情况。旋翼用弹性杆端轴承代替自润滑杆端关节轴承，能够有效提高旋翼系统可靠性和维护性。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的轴向剖视示意图；
图3为本发明一个实施例中的具体应用示意图。
图中标号说明：1外接头，2内接头，3弹性体，4金属隔片，5橡胶层，6柱形段，7凸肩，8减重孔，9法兰盘。
具体实施方式
本发明提出的直升机旋翼阻尼器弹性杆端轴承，新型直升机旋翼阻尼器弹性杆端轴承，能够替代传统的金属自润滑关节轴承，提高阻尼器甚至旋翼的可靠性和维护性。本发明在设计时的技术需求为：能够承受较大的径向载荷，且具有足够大的径向刚度满足三个方向的角度运动自由度(绕X、Y、Z轴的运动)，且三个方向的弯曲(或扭转)刚度足够小；旋翼阻尼器对弹性杆端轴承带来的径向载荷和三个方向运动自由度都为交变载荷，弹性杆端在复杂的交变载荷作用下，需满足一定的寿命要求。
本发明为应用于直升机旋翼系统的一种直升机旋翼阻尼器弹性杆端轴承，包括外接头1、内接头2以及弹性体3，其中：
所述外接头1为环形结构，外接头1下端设置有柄部，柄部上开设有减重孔8，柄部底端设置有法兰盘9，法兰盘9上开设有固定孔，利用螺栓将外接头1与阻尼器连接；外接头1的环形结构部分的外轮廓为球面状结构，其内部沿轴向开设有用于装配所述弹性体3和内接头2的安装槽，安装槽的内表面为弧面状结构，即安装槽的横截面呈圆弧型，这种结构可以避免弹性体3最外层橡胶边缘过厚而影响性能。
所述内接头2为球形结构，其上沿轴向开设有装配孔，装配孔的两端设置有凸肩7；凸肩7起到分散应力的作用，避免弹性在内外接头1之间产生较大位移时，由于弹性体3边缘应力集中而造成弹性体3的损伤，同时凸肩7也便于内接头2放入磨具中进行定位，便于注塑橡胶；装配孔用于穿过旋翼的中央件或挥舞支臂，并通过螺栓进行固定连接；内接头2与外接头1之间装配所述弹性体3。
所述弹性体3包覆于内接头2外部，为金属隔片4和橡胶层5间隔布设叠加构成的层叠状结构，其最内层为橡胶层5，该橡胶层5与内接头2的外球面之间通过注胶粘接固定。所述弹性体3中的金属隔片4为环绕所述内接头2的弧面状结构，横截面为一段圆弧；且沿远离内接头2的方向，所述金属隔片4的轴向长度，即所述横截面圆弧的跨度逐渐减小；参阅图2，可以看到，最内层的金属隔片4的轴向长度最大，对所述内接头2的外表面的包覆面也最大，越向外层的金属隔片4轴向长度越小；所有金属隔片4均对称设置，用一个面可同时将所有金属隔片4分为对称的两部分。最外层也是橡胶层5，为避免该橡胶层5过厚，所述外接头1安装槽的横截面设计为弧面状结构，则该层橡胶层5也可以为与之形状相适配的弧面型，并通过粘接固定。金属隔片4之间设置橡胶层5，橡胶层5与金属隔片4之间通过粘接剂连接，在模具中硫化成型。
本方案中，为满足旋翼阻尼器的载荷需求，弹性体3的径向承载能力通过设计每一层橡胶层5在径向的承载面积满足最低可接受应力值来保证，具体设计每层橡胶层5的半径的平方和宽度成反比。
可选地，所述弹性体3中，每一层橡胶层5的厚度设计为由内至外递增的整体趋势，以保证每层橡胶层5的弯曲、扭转刚度较为均匀，使得每层橡胶层5的剪切应变较为均匀，以保证产品的寿命，最外层橡胶层5的厚度约为最内橡胶层5的层厚度的2倍。
本方案中，金属隔片4为一整套鼓形薄片金属，通过机加工或钣金成型，成型后对半切割，以方便装模具；金属隔片4边缘有柱形段6，以便于在模具中的定位；所述柱形段6为形成于所述隔片两端且同轴的柱形结构，类似于翻边。金属隔片4的厚度设计应足够小，内接头2的球面半径在满足接口要求的同时也设计的足够小，以满足弹性体3弯曲、扭转刚度的尽量小的要求。
橡胶层5为天然橡胶增加其他橡胶和补强填料等，通过粘接剂和内接头2、外接头1和金属隔片4连接。本方案中，外接头1、内接头2可以为金属材质。
弹性杆端轴承设计了内宽外窄的鼓形弹性体3构型，满足了在承受较大径向载荷的同时提供多方向转动自由度的需求，具有较高的径向刚度和较小的弯曲、扭转刚度。弹性体3通过剪切变形实现转动，不会存在轴承内部结构与轴承内外接头1的摩擦损耗，仅需目视检查，可视情维护，有效提高了旋翼的可靠性和维护性。
本发明设计了内宽外窄的鼓形金属橡胶叠层弹性体3构型，满足了在承受较大径向载荷的同时提供多方向转动自由度的功能；设计了切半的鼓形金属隔片4，使得隔片装配定位成为可能；设计了带柄形式的金属外接头1，满足了金属轴承外圈和旋翼阻尼器杆端轴承座一体化的功能需求。
实施例：
基于应用在某型直升机旋翼阻尼器上，开展了本产品的研制。按照上述构型特点和结构设计特点，完成了本产品的设计仿真、制造、性能及耐久性试验，其产品实物如图3所示，试验结果表明本产品的径向刚度大于指标要求，扭转和弯曲刚度小于(优于)指标要求，耐久性试验结果大于指标要求，完全满足该型直升机旋翼阻尼器的应用指标要求。
以上实施例仅用于说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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同等替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种直升机旋翼阻尼器弹性杆端轴承，其特征在于，包括外接头(1)、内接头(2)以及弹性体(3)，其中：
所述外接头(1)为环形结构，环形结构的外轮廓为球面状结构，其内部沿轴向开设有用于装配所述弹性体(3)和内接头(2)的安装槽，安装槽的内表面为弧面状结构；
所述内接头(2)为球形结构，其上沿轴向开设有装配孔，装配孔的两端设置有凸肩(7)；装配孔用于穿过旋翼的中央件或挥舞支臂，并进行固定连接；内接头(2)与外接头(1)之间装配所述弹性体(3)；
所述弹性体(3)包覆于内接头(2)外部，为金属隔片(4)和橡胶层(5)间隔布设叠加构成的层叠状结构；所述弹性体(3)中的金属隔片(4)为环绕所述内接头(2)的弧面状结构，沿远离内接头(2)的方向，所述金属隔片(4)的轴向长度逐渐减小，所有金属隔片(4)均对称设置；金属隔片(4)之间设置橡胶层(5)，橡胶层(5)与金属隔片(4)之间固定连接；
所述弹性体(3)的径向承载能力通过设计每一层橡胶层(5)在径向的承载面积满足最低可接受应力值来保证，每层橡胶层(5)的半径的平方和宽度成反比；
所述弹性体(3)中，每一层橡胶层(5)的厚度设计为由内至外递增的整体趋势，最外层橡胶层(5)的厚度为最内橡胶层(5)的层厚度的2倍；
所述隔片边缘有柱形段(6)，柱形段(6)为形成于所述隔片两端且同轴的柱形结构。
2.根据权利要求1所述的直升机旋翼阻尼器弹性杆端轴承，其特征在于，所述外接头(1)下端设置有柄部，柄部上开设有减重孔(8)，柄部底端设置有法兰盘(9)，法兰盘(9)上开设有固定孔，利用螺栓将外接头(1)与阻尼器连接。
3.根据权利要求1所述的直升机旋翼阻尼器弹性杆端轴承，其特征在于，所述弹性体(3)的最内层为橡胶层(5)，该橡胶层(5)与内接头(2)的外球面之间粘接固定；弹性体(3)的最外层也是橡胶层(5)，与外接头(1)的内表面之间固定连接。
4.根据权利要求1所述的直升机旋翼阻尼器弹性杆端轴承，其特征在于，所述金属隔片(4)为一整套鼓形薄片金属，通过机加工或钣金成型，成型后对半切割，以方便装模具。
5.根据权利要求1所述的直升机旋翼阻尼器弹性杆端轴承，其特征在于，所述橡胶层(5)为天然橡胶增加补强填料，通过粘接剂和内接头(2)、外接头(1)和金属隔片(4)连接。
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