NL8003420A - Gelamineerde lagers met dubbel gevormde lagen. - Google Patents

Description

I' . - H.O. 29175 1

Gelamineerde lagers met dubbel gevormde lagen,

De uitvinding heeft betrekking op gelamineerde lagers en heeft in het bijzonder betrekking op lagers van het type voorzien van afwisselend bevestigde lagen uit een veerkrachtig materiaal zoals een elastomeer en een niet uitrek-5 baar materiaal zoals een metaal.

Het is bekend dat de belastingscapaciteit van een lager uit veerkrachtig materiaal vele malen kan worden vergroot door het lager onder te verdelen in een aantal lagen en deze lagen te scheiden door tussenliggende lagen 10 van niet uitrekbaar materiaal. Tegelijkertijd blijft echter de mogelijkheid van het veerkrachtige materiaal om in een richting parallel aan de lagen mee te geven onder invloed van afschuifkrachten in hoofdzaak ongewijzigd. Deze configuratie is toegepast bij het ontwerpen van een groot assortiment 15 van lagers, bijvoorbeeld beschreven in de volgende Amerikaanse octroorschriften: 4.105.266; 4.040.690; 3*807.896; 3.792.711; 3*941.433; 3*679*197; 3*429*622; 3*377*110; 2.995*907; 3*179*400; 2.900.182; 2.752.766; alsmede de in deze octrooischriften geciteerde stand der techniek.

20 Een significante commerciële hoeveelheid gelamineerde lagers wordt gekenmerkt doordat de afwisselend aangehechte lamellen concentrisch zijn geplaatst rond een gemeenschappelijk centraal gedeelte, dat wil zeggen zodanig dat de opeenvolgende afwisselende lagen van veerkrachtig en niet 25 uitrekbaar materiaal zijn aangebracht met een opeenvolgend grotere radiale afstand vanaf het gemeenschappelijke centrale gedeelte. Tot deze lagers behoren diverse configuraties, zoals bijvoorbeeld lagers die cylindrisch of conisch (in het algemeen afgeknot conusvormig) zijn gevormd of die 30 jin wezen bestaan uit segmenten van cylinders, conussen en bolvormen.

De gedragseigenschappen van gelamineerde lagers hebben geresulteert in een commerciële aanvaarding ervan diverse vormen voor een groot aantal toepassingen, bijvoor-35 beeld in hefschroefvliegtuigen. Conisch gevormde lagers worden bijvoorbeeld gebruikt als verend lager voor de hoofdrotor. In een dergelijke toepassing moet het conisch gevormde lager de cyclische torsiebeweging rond de centrale 8 0 0 3 4 20 2 as kunnen opvangen en tegelijkertijd "bestand zijn tegen een grote compressiebelasting gericht volgend dezelfde as· Bij deze lagers treden grotere compressiekrachten en door compressie opgewekte afschuifkrachten op in (a) de veerkrach-5 tige lagen die zich het dichts bevinden bij het gemeenschappelijke centrale gedeelte en (b) die delen van de veerkrachtige lagen die zich het dichts bij het gemeenschappelijk gedeelte bevinden, met het resultaat dat defecten als gevolg van vermoeidheid welke optreden onder invloed van 10 de gecombineerde belastingskrachten en torsiebewegingen over het algemeen optreden in de meest binnenste veerkrachtige laag en in het bijzonder aan de binnenrandgedeelte van de veerkrachtige lagen. In dit verband wordt erop gewezen dat de randen van de elastomere lagen de neiging hebben om 15 te gaan uitstulpen buiten de aangrenzende niet uitrekbare lagen onder compressiebelasting, waardoor op ongewenste wijze lagervermoeidheid ontstaat. De mate van uitpuiling hangt af van de vormfactor, maar in elk geval zijn de mate van uitpuiling en derhalve het slijtageprobleem ernstiger 20 nabij het toppunt (de binnenomtreks)randen dan nabij de basis (de buitenomtrek)randen van conisch gevormde lagers als gevolg van de hogere spanningsniveau's in het toppunt-gebied. Het defect raken van een lager resulteert in het algemeen uit extrusie en erosie of vermoeidheid van de 25 elastomere lagen nabij de binnenranden ervan.

Het fundamentele ontwerpcriterium voor alle elastomere lagers is dat ze belastingkrachten in compressierich-ting opvangen en zich aanpassen aan afschuifbewegingen.

Ten aanzien van de afmetingen en de kosten is het wense-30 lijk om de compressiebelastingscapaciteit van dergelijke lagers te maximaliseren zonder op negatieve wijze de torsie veereigenschappen en in het bijzonder de mogelijkheid van het lager om een torsionele verplaatsing te ondergaan bij afwisselende bewegingen van verschillende grootte, te be-35 invloeden. Tegelijkertijd is het wenselijk om elke ongewenste inwerking op de spanningsverdeling te vermijden of te reduceren. Het bereiken van een optimale combinatie van een belastingscapaciteit, veereigenschappen en een torsionele afschuifspanningsverdeling wordt bemoeilijkt door een aantal 40 factoren. Een van deze factoren is dat elastomere materialen 8003420 4 * 3 veranderingen veronen in de elasticiteitsmodules over een gebied van spanningsamplituden en, afhankelijk van de samenstelling van het materiaal kan de spanningsverdeling in een laag van elastomeer materiaal aanzienlijk variëren over 5 een bepaald spectrum van ingangstoestanden, dat wil zeggen verschillende statische en dynamische belastingen en bewegingen. Een andere factor is, dat de spanningsverdeling de neiging heeft om binnen een bepaalde laag te variëren als ook van laag naar laag ondér verschillende ingangsom-10 standigheden. In dit verband wordt er bij wijze van voorbeeld op gewezen dat een conisch lager, dat toegepast wordt in het bevestigingsstelsel van de hoofdrotor van een hefschroef-vliegtuig een dynamische of statische torsiedeflectie moet ondergaan en tevens tegelijkertijd een dynamische of stati-15 sche compressiebelasting moet ondergaan. De afschuif-spanning die wordt geproduceerd door de torsiedeflectie is niet uniform verdeeld en zo in verdeling variëren als functie van de amplitude van de'torsiedeflectie. Eovendien worden afschuifspanningen geïnduceerd door het aanbieden 20 van compressiebelastingen (ofwel in axiale ofwel in radiale richting) en dergelijke geïnduceerde afschuifspanningen zijn maximaal nabij de randen van de elastomere lagen ge-localiseerd volgens de binnenomtrek van het lager en hebben tevens de neiging om te variëren met de amplituden van de 25 compressiebelasting.

Als gevolg daarvan hebben gelamineerde lagers de neiging om veranderingen te vertonen in de veereigenschappen of de stijfheid onder diverse statische belastingen of variërende amplituden van wisselende bewegingen. Alhoewel het 30 spanningsgedrag en de uiteindelijke slijtage kunnen worden gewijzigd door het eenvoudig vervangen van een bepaalde elastomeer door een ander met een verschillende elasticiteits-modules verdient een dergelijke benadering geen voorkeur omdat daardoor op nadelige wijze ofwel de torsionele veer-35 eigenschappen ofwel de torsionele spanningsdistributie wordt beïnvloed.

Bij toepassing in een hef schroef vliegtuig bijvoorbeeld moeten de veringseigenschappen van een lager dat onder afschuif belasting functioneert over het algemeen binnen ge-40 specificeerde grenzen blijven. Een verhoging van de veer- 800 34 20 4 constante kan onaanvaardbaar zijn omdat dit kan resulteren in een samenhangende toename van de vermogenscapaciteit van een actuator of een ander orgaan dat gekoppeld is met het lager, en/of een afname van de gebruikslevensduur van 5 de actuator. Verder kan het uitpuilverschijnsel aan de buitenomtrek van een conisch lager niet voldoende ernstig zijn om een wijziging van de modules te vereisen. Anderzijds kan door een wijziging van de modules ,de torsieve ere ons tante aan de buitenomtrek buiten de aanvaardbare grenzen toe-10 nemen. In dit verband wordt erop gewezen een op een eindig aantal elementen met behulp van een computer uitgevoerde analyse van de elastomere lagen van een conisch lager heeft uitgewezen dat een verhoging van de modules van een elastomere laag een grotere bijdrage van een element van de 15 laag, gepositioneerd aan het basisuiteinde, aan de torsie-veerconstante zal opleveren dan een element van dezelfde lengte gelocaliseerd nabij het toppunt, dit als gevolg van het verschil in effectie straal van dergelijke elementen.

Het eenvoudig wijzigen van de modules van elke laag om 20 daardoor de onder invloed van compressie geïnduceerde spanningen aan de toppuntzijde van het lager te reduceren vormt daarom in het algemeen geen praktische oplossing omdat het moeilijk is om een optimale combinatie tussen de door compressie geïnduceerde randafschuifspanning, de torsie af-25 schuifspanningsverdeling en de laagst mogelijke torsieveer-constante te bereiken rekening houdend met de kosten, de levensduur en de bedrijfsomstandigheden van het stelsel waarin het lager wordt gemonteerd.

Het is verder ingezien dat een absolute uniformiteit 50 van de door compressie geïnduceerde afschuifspanningen binnen een elastomere laag van een conisch lager onmogelijk te bereiken is omdat de spanningen afnemen van een maximale eindige waarde aan elk van de bloot liggende randen naar een minimale waarde op een punt ergens tussen de ran-35 den. Hoe meer uniform de door compressie geïnduceerde af-schuifspanningen tussen het toppunt en de basisranden echter worden, hoe kleiner de waarschijnlijkheid wordt dat een lager defect zal raken een aanmerkelijke tijd voordat de andere lagers defect raken. Hetzelfde geldt indien de span-40 ningen in de aangrenzende lagen op corresponderende punten 800 34 20 5 • 1 meer aan elkaar gelijk worden gemaakt. In dit verband wordt erop gewezen dat vanwege de verschillen tussen de gemiddelde stralen van de lagen van een conisch lager de door compressie geïnduceerde en door torsiekrachten ge-5 induceerde afschuifspanningen aanzienlijk kunnen variëren van laag tot laag indien alle elastomere lagen dezelfde elasticiteitsmodules en dezelfde dikte bezitten.

In het reeds genoemde Amerikaanse octrooischrift 3·679·197 wordt voorgesteld om de lagers ten aanzien van 10 vermoiedheid te verbeteren door de dikte van de opeenvolgende lagen van veerkrachtig materiaal met toenemende straal te laten toenemen en tegelijkertijd de elasticiteitsmodules van deze lagen met toenemende straal te laten af-nemen. Deze techniek is echter kostbaar omdat het noodzake-15 lijk is dat elke laag wordt vervaardigd uit een verschillend materiaal. Een elastomeer lager bestaande uit vijftien veerkrachtige lagen vergt derhalve vijftien verschillende elastomere materialen. Ook al kan dit worden bereikt door een elastisch basismateriaal te verdelen in vijftien partijen en 20 elke partij te modificeren door een verschillende hoeveelheid of type toevoeging, dan blijft het feit dat deze techniek kostbaar en tijdrovend is en dat het lastig is om een verschillend materiaal te moeten gebruiken voor elke veerkrachtige laag. Verder moet ervoor gezorgd worden dat de 25 juiste identificatie van de materialen wordt verzekerd zodat ze op de juiste wijze met afnemende elasticiteitsmodules bij toenemende straal worden gerangschikt op de wijze zoals in het betreffende Amerikaanse octrooischrift is beschreven. Het gebruik van een relatief groot aantal elas-30 tomere materialen zoals in dit Amerikaanse octrooischrift wordt gesuggereerd heeft tevens nadelen wanneer de lagers worden gebruikt bij relatief lage temperaturen, bijvoorbeeld tussen 7,22°0 en -17,8°C. Omdat verschillende elastomere basismaterialen zich verschillend zullen gedragen bij af-35 nemende temperatuur zullen slechts enkele van de elastomere materialen in een lager vervaardigd volgens deze techniek effectief functioneren als het lager koud is, zodat het lager zich niet op correcte wijze kan gedragen en de verslechtering van het lager als gevolg van oneven span-40 ningen van laag naar laag wordt versneld.

800 34 20 6

In het Amerikaanse octrooischrift 4.105.226, dat "betrekking heeft op een niet conisch lager, wordt gesuggereerd dat door het graderen van de elastomere lagen zodanig, dat ze een radiaal variërende elasticiteitsmodules 5 hebben, het mogelijk is de variaties tussen de door compressie teweeg gebrachte schuifspanningen langs de binnen-en buitenomtrek van de lagen te minimaliseren. In dit Amerikaanse octrooischrift 4.105.266 wordt aanbevolen om elke laag tenminste drie elasticiteitsmoduli te geven, 10 waarbij de moduli progressief afnemen van zone naar zone in radiale richting in elke laag van de omtreksrand van de laag, welke de grootste door compressie geïnduceerde schuif-spanning zou ondervinden, indien de laag een constante nominale elasticiteitsmodules had, af. In dit Amerikaanse 15 octrooischrift wordt in het bijzonder gesuggereerd om elke laag te voorzien van een binnen- en een buitenomtreksge-deelte met de respectievelijke moduli X en Z alsmede een centraal gedeelte met een modules Y, waarin X > Y > Z.

Dit Amerikaanse octrooischrift geeft echter geen eenvoudige 20 oplossing voor het probleem om de spanningen tussen de lagen onderling te effenen terwijl tegelijkertijd de niet uniformiteit van de door compressie geïnduceerde schuifspan-ningen in elke laag wordt gereduceerd en de totale torsie-veerconstante van het lager op een laag niveau wordt ge-25 handhaafd. In tegenstelling tot de Amerikaanse octrooi-schriften 3.679.197 en 3.179.400, maar in overeenstemming met het Amerikaanse octrooischrift 3*941.433 zijn er in het Amerikaanse octrooischrift 4.105.266 geen variaties vereist (alhoewel de mogelijkheid wordt opengelaten) in de 30 relatieve dikte van de elastomere lagen. In tegenstelling tot het Amerikaanse octrooischrift 3.941.433 zijn echter de gradatie van de modules niet altijd gelijk van laag tot laag, sommige lagen worden tegengesteld gegradeerd aan anderen. Verder wordt gesuggereerd om gebruik te maken van progres-35 sief stijvere elastomeren in de lagen aangrenzend aan de boveneindplaat van dit lager en progressief zachtere elastomeren in de lagen aangrenzend aan de ondereindplaat van het lager teneinde de door compressie geïnduceerde spanningen door het gehele lager in hoofdzaak te effenen zon-40 der dat dit een aanzienlijk effect heeft op de torsieveer- 800 34 20 • Λ 7 constante van liet lager. De oplossingen in dit Amerikaanse octrooischrift blijven echter beperkt tot de besturing van de veerconstante en de belastingscapaciteit van laag naar laag omdat de beoogde variaties in de elastomere lagen 5 samen gaan met veranderingen in (a) modulesgradatie door wijziging van de gebruikte materialen, (b) de relatieve positionering van de secties met verschillende modules in elke laag, en (c) de dikte van elke laag. In alle gevallen worden in dit Amerikaanse octrooischrift drie verschillende 10 elastomere basismaterialen vereist voor het bereiken van de gradatie die een verbeterde spanningsverdeling oplevert.

De uitvinding heeft nu ten doel een werkwijze te verschaffen voor het vervaardigen van gelamineerde lagers van het beschreven type, waarbij een relatief groot aantal 15 veerkrachtige lagen elk met een verschillende effectieve elasticiteitsmodules kan worden verkregen gebruikmakend van twee verschillende veerkrachtige basismaterialen.

Verder heeft de uitvinding ten doel het verbeteren van de levensduur van gelamineerde lagers tot er vermoeidheids-20 verschijnselen optreden en heeft in het bijzonder ten doel een elastomeer lager te verschaffen dat niet alleen bestand is tegen sterke compressiebelastingen bij een toege-stane afschuifverhouding, maar tevens een verbeterde levensduur heeft totdat er vermoiedheidsverschijnselen op-25 treden bij koude temperaturen.

Een verdere doelstelling van de uitvinding is het verschaffen van een lager waarin tenminste enkele elastomere lagen een radiaal variërende elasticiteitsmodules bezitten waardoor variaties tussen, door compressie geïnduceerde 30 schuifspanningen langs de binnen- en buitenomtrekken van elke laag worden geminimaliseerd. Een verdere doelstelling van de uitvinding is het verschaffen van een lager met elastomere lagen van constante dikte, welke zodanig zijn gevormd dat spanningen als gevolg van torsie effecten van 35 laag naar laag worden vereffend waardoor een meer uniforme verslechtering van de lagen wordt bereikt bij cyclische torsionele beweging.

Andere meer specifieke doelstellingen zijn het reduceren van het probleem van de ongelijkmatige door compres-40 sie geïnduceerde afschuifkrachtverdeling in elk van de lagen 800 34 20 8 van een gelamineerd conusvormig lager waarbij lage waarden van de torsieveerconstante en een hoge belastingscapaci-teit kan worden verkregen, optimalisatie van de spannings-verdelingen geproduceerd door torsionele deflexies rond 5 de centrale as van het lager moge lijk zijn, de invloed op de torsiespanningsverdeling resulterend uit een verandering van de dynamische ingangstorsiespanning kan worden geminimaliseerd en het gebruik van een groot aantal verschillende elastomere basismaterialen voor het verkrijgen van een op-10 timale spanningsverdeling (zoals wordt aanbevolen in het Amerikaanse octrooischrift 3·679·197) kan worden vermeden.

Aan deze doelstellingen kan worden voldaan bij een voorkeursuitvoeringsvorm van een afgeknot conusvormig gelamineerd lager van het bovenbeschreven type, waarbij ten-15 minste enkele van de elastomere lagen zijn gegradeerd in samenstelling zodanig dat ze een eerste hoge elasticiteits-modules bezitten aan de zijde van het toppunt (binnenomtrek) van het lager teneinde het uitpuilverschijnsel te beperken en een tweede lagere elasticiteitsmodules aan de basis 20 (buitenomtrek) zijde van het lager in overeenstemming met de minder geprononseerde uitpuilverschijnselen aan die zijde, waarbij de gradering in samenstelling zodanig is gerealiseerd dat een optimale combinatie van door compressie geïnduceerde schuifspanningen, torsionele schuifspannings-25 verdeling en zo laag mogelijke veerconstante verenigbaar met de geeiste levensduur, wordt bereikt.

Deze gradering wordt gerealiseerd door het vormen van de elastomere lagen op zodanige wijze dat ze bestaan uit twee secties van elastomeer materiaal die zij aan zij zijn 30 geplaatst waarbij de relatieve zijkanten van de twee secties laag voor laag variëren op zodanige wijze dat een effectieve of samengestelde elasticiteitsmodules van geselecteerde waarde wordt verkregen teneinde de torsionele schuifspan-ningsverdeling constant te houden onder alle ingangsom-35 standigheden bij wijzigende torsionele verplaatsingsamplitude, terwijl tegelijkertijd een hoge compressiestijfheid wordt bereikt.

Verdere doelstellingen en kenmerken van de uitvinding worden duidelijk aan de hand van de volgende gedetailleerde 40 beschrijving van een in de figuren weergegeven uitvoerings- 800 34 20 9 * * voorbeeld van de uitvinding.

Figuur 1 toont een groep van krommen ter illustratie van de verandering van de afschuifmodules voor verschillende elastomere uitgangsmaterialen met verandering in de 5 door de uitgangsmaterialen onder identieke verplaatsings-omstandigheden ondervonden spanningen.

Figuur 2 toont een longitudinale doorsnede door de componenten van een conisch gevormde lagersamenstelling vervaardigd in overeenstemming met de uitvinding.

10 In de breedste zin maakt de uitvinding gebruik van twee elastomere basismaterialen, het eerste met een relatief hoge elasticiteitsmodules en het tweede met een relatief lage elasticiteitsmodules, op geschikte wijze gerangschikt en geproportioneerd binnen de meeste of alle 15 elastomere lagen van een gelamineerd lager teneinde een beter vereffende spanningsdistributie van laag tot laag te bereiken alsmede in elke laag een optimaal evenwicht te bereiken tussen de spanningsdistributie, de uitpuilver-schijnselen en de veerconstante. Het aantal lagen waarin 20 twee verschillende elastomere basismaterialen worden toegepast en de relatieve breedten van de elastomere basismaterialen in elke uit deze materialen samengestelde laag kan variëren in overeenstemming met de afmetingen en de vorm van het lager, de elasticiteitsmodules van de toegepaste 25 elastomere materialen en de belastingen waaraan het lager wordt onderworpen. Het is verder voorzien dat sommige van de lagen secties kunnen hebben van basismateriaal met een relatief hoge elasticiteitsmodules (en/of basismateriaal met een relatief lage elasticiteitsmodules) met identieke 30 of nagenoeg identieke breedte, in het bijzonder in de buitenste lagen waar de modules van de lagen meer aan elkaar gelijk is omdat de spanningsverdeling van laag naar laag aan de buitenomtrek van het lager minder problemen geeft.

In dit verband wordt erop gewezen dat de leasticiteitsmo-35 dules van verschillende elastomere basismaterialen of verschillende delen van een individuele elastomere laag kan worden beïnvloed door gebruik te maken van een elastomeer vulmateriaal tijdens de fabrikage van een lager. Volgens een werkwijze voor het fabriceren van een gelamineerd elas-40 tomeer lager worden bijvoorbeeld de elastomere lagen ge- 800 3420 10 sneden uit vellen van een elastomeer materiaal en met de dans gestapeld samen met de lagen van het niet uitrekbare materiaal. Tijdens de toevoering van warmte en druk voor het verbinden van de elastomere en niet-uitrekbare lagen 5 aan elkaar kan elastomeer met een elasticiteitsmodules gelijk aan of verschillend van de moduli van de elastomeren in de diverse lagen worden ingebracht in de vorm van het lager waarin de vormdruk wordt opgewekt teneinde de spleten te vullen en de elastomere lagen tot hun volle afme-10 ting te brengen. Dit elastomere overdrachts- of vulmateriaal kan worden gemengd met de elastomere basismaterialen in de lagen waardoor de elasticiteitsmodules daarvan wordt veranderd of het vulmateriaal kan de vorm bezitten van een dunne laag langs een of beide omtreksoppervlakken van een 15 ringvormig lager. Om onderscheid te maken tussen (a) de elasticiteitsmodules van een elastomeer basismateriaal in een elastomere laag of de geëffectieve gecombineerde modules van twee basismaterialen met verschillende elasticiteitsmodules in een laag, en (b) de elasticiteitsmodules 20 van hetzelfde basismateriaal wanneer dit wordt gemengd met kleine hoeveelheden van een vulmateriaal of van het vulmateriaal zelf wanneer een relatief nauwe of dunne opper-vlaktelaag wordt gevormd op de laag uit elastomeer basismateriaal, wordt de elasticiteitsmodules van een elasto-25 meer basismateriaal dat in een elastomere laag wordt gebruikt en de effectieve gecombineerde modules van twee basismaterialen met verschillende modules in een laag in het volgende aangeduid met"nominale” elasticiteitsmodules van het uitgangsmateriaal respectievelijk de uitgangsmate-50 rialen. Er wordt verondersteld dat de toevoeging van kleine hoeveelheden vulmateriaal de nominale elasticiteitsmodules niet in aanzienlijke mate beïnvloedt (dat wil zeggen op zodanige wijze dat aan de doelstelling van onderhavige aanvrage schade wordt toegebracht). Op soortgelijke wijze wordt 35 de aanwezigheid van een dunne bekleding uit een vullende elastomeer op een laag van een elastomeer basismateriaal buiten beschouwing gelaten. In een kenmerkend geval zal het vulmateriaal of overdrachtsmateriaal ongeveer 15% of minder uitmaken van het volume van een elastomeerlaag in 40 een gelamineerd elastomeer lager.

8003420 * * 11

Figuur 1 illustreert op welke wijze de elasticiteits-modules van een aantal verschillende elastomere samenstellingen kan variëren afhankelijk van de door elke elastomeer ondervonden spanning. De krommen zijn afgeleid door elk 5 van de specimen van elke samenstelling slechts in afschuif-richting te verplaatsen hij een temperatuur van 23,9°C terwijl de specimen vrij waren van compressiebelasting. De diverse samenstellingen werden afgeleid uit een enkel rubber basismateriaal en geproduceerd .door het toevoegen 10 van verschillende hoeveelheden koolstof aan het basismateriaal .

Zoals duidellm blijkt uit een vergelijking tussen kromme A en de krommen G of H kan een relatief zacht materiaal (lage elasticiteitsmodules) variërende graden van rek 15 opvangen met minder effect op zijn afschuifmodules dat het geval is bij een relatief stijf materiaal (met een hoge elasticiteitsmodules). Bij een rek van bijvoorbeeld 50% is bet verschil tussen de elasticiteitsmoduli van de samenstellingen die worden vertegenwoordigd door de krommen A en 20 G of H aanzienlijk kleiner dan het geval is bij een rek van 5%. Anders gezegd, hoe hoger de rek waarin het materiaal wordt onderworpen hoe meer een leastomeer met een relatief hoge afschuifmodules de neiging heeft om zich te gedragen als een elastomeer met een relatief lage afschuifmodules.

25 De uitvinding maakt gebruik van de gedragingen die door figuur 1 worden geïllustreerd door een elastomeer lager te vervaardigen uit twee verschillende elastomere samenstellingen, waarvan de een gekozen is op de eigenschap dat het materiaal relatief kleine veranderingen in 30 de afschuifmodules vertoont zowel statisch als dynamisch) over een breed gebied van rekamplituden, terwijl het andere materiaal wordt gekozen omdat het grotere veranderingen in de afschuifmodules vertoont onder rek binnen dezelfde reeks van amplituden. Door de twee samenstellingen in een of meer 35 van de elastomere lagen op de geschikte wijze te proportioneren is het mogelijk om een lager te vervaardigen waarin de verdeling van de door torsie geïndiceerde rek nagenoeg constant kan worden gehouden door het hele lager voor verschillende ingangsbewegingen binnen de reeks van bewegingen 40 waar het lager voor bestemd is, of tenminste zo constant 80034 20 12 als in het geval dat, zoals beschreven is in het Amerikaanse octrooischrift 3*679.197 elke veerkrachtige laag is vervaardigd uit een verschillende elastomeer. In het laatste geval zal elk basismateriaal een verschillende modules 5 bezitten onder elke ingangstoestand zodat een optimalisatie van de rekverdeling voor alle lagen over de gehele reeks van verwachte ingangsrekken erg moeilijk is.

Teneinde de rekverdeling volgens de uitvinding te optimaliseren wordt elke veerkrachtige laag van een bepaald 10 lager onderworpen aan een eindige elementenanalyse met behulp van een computer teneinde de rek in de verschillende delen van elke laag voor twee verschillende elastomere basismaterialen te bepalen waarbij het ene materiaal een relatief grote stijfheid bezit en het andere materiaal een 15 relatief kleine stijfheid heeft. Het lager wordt geanalyseerd voor de maximale en de inimale mate van rek welke het lager zal ondervinden in de betreffende toepassing, bijvoorbeeld een rek van 50% en 5%· Zodra de rekken, ondervonden door elk computer-analyse element van elke laag (in 20 een kenmerkend geval wordt elke laag onderverdeeld door de computer in vijftien elementen van gelijke breedte) onder maximale en minimale condities voor elk van de twee elastomeren zijn bepaald is het mogelijk om te berekenen welk gedeelte van de breedte van elke laag moet worden vervaar-25 digd uit elk van de twee elastomeren teneinde de rek tussen de lagen onderling bij maximale en minimale rekbelas-ting te effenen (de term "breedte” slaat op de afmeting marallel aan de laag van niet uitrekbaar materiaal zoals getoond is in figuur 2). Het resultaat bij een conisch ge-30 vormd of afgeknot conischvormig lager is dat in elke uit twee basismaterialen opgebouwde laag het stijvere materiaal gelocaliseerd is aan de binnenrand en verloopt in de richting van de buitenomtrek terwijl het zachtere materiaal is gelocaliseerd aan de buitenrand en zich uitstrekt in de 35 richting van de binnenomtrek en wel ver genoeg om aan te rusten tegen het stijvere materiaal, waarbij de breedte van het zachtere materiaal in het algemeen toeneemt met de gemiddelde straal van de individuele lagen en het grootst is in de meest buitenste laag en het kleinst is in de meest 40 binnenste laag.

80034 20 13

Figuur 2 illustreert een voorkeursuitvoeringsvorm van een afgeknot conischvormig gelamineerd lager dat geschikt is voor en bestemd is voor gebruik als lager in een hoofdrotor ophangstelsel voor een hefschroefvliegtuig. Het 5 lager is vervaardigd uit twee ringvormige stijve metalen eindelementen 2 en 4 met afgeknot conusvormige binnen-respectievelijk buitenoppervlakken 6 en 8. In het voltooide lager zijn afwisselend aangehechte lagen van een veerkrachtig materiaal 10 en een niet uitrekbaar materiaal 12 aan-10 gebracht tussen de eindelementen 2 en 4, waarbij de oppervlakken 6 en 8 van deze laatsten aan een laag van veerkrachtig materiaal zijn gehecht. Het lager heeft drie lagen uit veerkrachtig materiaal. Het veerkrachtige materiaal is bij voorkeur een elastomeer zoals een natuurlijke of synthe-15 tische rubber, maar het kan ook een geschikt plastic materiaal met een elastomeer karakter zijn. Het niet uitrekbare materiaal kan bestaan uit staal of een ander soort niet uitrekbaar materiaal zoals een ander metaal (bijvoorbeeld aluminium of titanium) of lagen van met glasvezel of anders-20 zins gewapend plastic. Het is uit de figuur duidelijk dat de lagen 10 en 12 een afgeknotte kegelvorm bezitten en parallel en coaxiaal verlopen aan de oppervlakken 6 en 8 van de twee stijve metalen eindelementen.

De lagen 10 en 12 bezitten een uniforme dikte en de 25 niet uitrekbare lagen 12 (die in het algemeen latoenplaat-jes worden genoemd) zijn dunner dan de veerkrachtige lagen. Indien gewenste kunnen deze latoenplaatjes dikker zijn dan of even dik zijn als de veerkrachtige lagen.

Verder zijn de veerkrachtige lagen zodanig vervaardigd 30 dat ze een grotere stijfheid bezitten aan hun binnenomtreks-einden dan aan hun buitenomtrekseinden zodanig dat een meer uniforme rekverdeling wordt verkregen in elke laag en ook gezien van laag naar laag. Dit wordt bereikt door de veerkrachtige lagen 1Θ te vervaardigen uit twee verschil-35 lende veerkrachtige basismaterialen gerangschikt op de in figuur 2 geïllustreerde wijze. Afhankelijk van de gevraagde eigenschappen van het lager kunnen de verschillende elasto-mere lagen 10 voorzien zijn van secties met gelijke breedte alhoewel dit niet noodzakelijk is.

40 Zoals in de figuur is te zien is de eerste of meest 800 34 20 14 buitenste veerkrachtige laag 10A vervaardigd door tegen het binnenoppervlak 6 van het eindelement 2 twee elasto-mere basismaterialen aan te brengen vertegenwoodigd door de afgeknot kegelvormige secties 101 en 102, waarbij de 5 sectie 101 bestaat uit elastomeer materiaal met een gekozen relatief hoge elasticiteitsmodules, en de sectie 102 bestaat uit een elastomeer materiaal met een elasticiteitsmodules die kleiner is dan de modules van sectie 101. De secties worden zodanig aangebracht dat ze op de getoonde 10 wijze tegen elkaar rusten. Vervolgens wordteeïatoenplaatje 12 geplaatst over deze samengestelde laag en de tweede, uit twee secties bestaande laag 10B wordt op dit latoen-plaatje aangebracht. In de geïllustreerde uitvoeringsvorm is de tweede laag in hoofdzaak identiek aan de eerste laag 15 met uitzondering van het feit dat de sectie 102 van de tweede laag een kleinere breedte heeft dan de corresponderende sectie uit de eerste laag. De twee secties 101 en 102 van de tweede laag kunnen tesamen dezelfde breedte bezitten als de gecombineerde secties uit de eerste laag 20 alhoewel dit niet noodzakelijk is, en hetzelfde geldt voor de derde laag.

De derde elastomere laag 10C wordt op dezelfde wijze voorbereid door allereerst een tweede latoenplaatje voor de tweede samengestelde laag te plaatsen en vervolgens een 25 verdere uit twee secties samengestelde laag op dit tweede latoenplaatje aan te brengen. In deze laag is opnieuw de sectie 102 kleiner dan de sectie 102 uit de tweede laag.

Nadat de drie veerkrachtige lagen zijn aangebracht wordt het andere eindelement 4 gepositioneerd tegen de 50 veerkrachtige laag 10C en vervolgens worden de samengestelde delen behandeld in een vorm onder geschikte druk en temperatuur teneinde de secties van elke samengestelde elastomere laag met elkaar te verbinden en ervoor te zorgen dat de elastomere lagen hechten aan de aangrenzende la-35 toenplaatjes 12 of aan de eindelementen 2 of 4. In het voltooide lager is elke groep van veerkrachtige secties 101 en 102 geïntegreerd zodat een enkele veerkrachtige laag is gevormd.

Tijdens het vormen van de lagen kan een extra elasto-40 meer materiaal worden geïntroduceerd in de lagervorm om 800 34 20 15 een voldoende vormdruk te genereren en de eventueel aanwezige spleten tussen de verschillende secties van elastomeer materiaal te vullen en de elastomere lagen op volle · afmeting te brengen· Dit elastomere vul- of overdrachts-5 materiaal heeft hij voorkeur een elasticiteitsmodules gelijk aan de elasticiteitsmodules van de secties 102, maar ook een elastomeer materiaal met een grotere of kleinere elasticiteitsmodules kan worden toegepast. Zoals in het voorgaande werd opgemerkt zal dit vul- of overdrachtsmateriaal 10 15% of minder uitmaken van het volume van elke elasto mere laag in het lager.

De in het bovenstaande beschreven fabrikagewerkwijze is in het bijzonder geschikt indien het veerkrachtige uitgangsmateriaal een elastomeer is welke onder invloed van 15 warmte en druk kan worden gesmolten en gevormd. Indien het veerkrachtige uitgangsmateriaal een rubber is dan wordt tijdens de hechtstap vulcanisatie toegepast. Andere aspecten van de procedure voor het samenstellen en verbinden van de array van veerkrachtige lagen, metalen latoenplaatjes en 20 lagerelementen 2 en 4 zijn aan de deskundige op het gebied van het vervaardigen van gelamineerde elastomere lagen bekend en zullen niet in detail worden beschreven omdat ze geen deel uitmaken van de uitvinding.

Zoals in het voorgaande werd opgemerkt zijn de secties 25 101 en 102 op geschikte wijze gerangschikt en geproportio neerd teneinde de rekverdeling te effenen en.een optimaal evenwicht te verkrijgen tussen de rekverdeling, de uitpuil-effecten en de veerconstante. Een basismateriaal met een relatief hoge modules wordt gebruikt voor de secties 101 50 aan de bovenzijde of binnenomtrek van het lager teneinde de uitpuilverschijnselen langs de binnenrand van het lager te beperken omdat slijtage en afschuifspanningen geïnduceerd door compressie van oudsher het hoogst zijn aan deze rand. Anderzijds is de noodzaak om de uitpuilverschijnselen te be-35 perken aan de basis of buitenomtrek van het lager niet zo stringent. Als gevolg daarvan kan in dit gebied van het lager een basismateriaal 102 met lagere modules worden toegepast. Zoals in de geïllustreerde uitvoeringsvorm kunnen de elastomere lagen 10 en de latoenplaatjes 12 dezelfde 40 breedte bezitten. Bij voorkeur echter neemt de breedte van 800 34 20 16 de lagen 10 en de latoenplaatjes 12 af met toenemende afstand van de centrale as van liet lager.

Het zal duidelijk zijn dat in het bovenstaande niet de enig mogelijke weg voor het in praktijk brengen van de uit-5 vinding is beschreven omdat de relatieve afmetingen van de secties 101 en 102 als ook het totaal aantal lagen en het aantal van de uit twee secties opgebouwde lagen zal afhangen van de afmetingen en de verwachte bedrijfsomstandigheden van het lager en van de moduli van de basismaterialen 10 die worden gebruikt voor het vervaardigen van de elastomere lagen. Het valt derhalve binnen de uitvinding dat een lager voorzien is van een relatief groot aantal elastomere lagen, bijvoorbeeld 14, en dat sommige van deze lagen (bijvoorbeeld degenen die zich het dichts en/of het verst van de centrale 15 as van het lager bevinden) bestaan uit een enkel elastomeer, hetgeen ofwel een elastomeer kan zijn dat ook toegepast wordt in de uit twee secties opgebouwde lagen ofwel een andere elastomeer met een verschillende modules. De relatieve afmetingen van de secties 101 en 102 van de elastome-20 re lagen die nodig zijn om een uniforme rekverdeling over het verwachte gebied van ingangsrekken te verkrijgen kunnen worden bepaald met behulp van een door een computer uitgevoerde eindige elementenanalyse uitgaande van een programma dat afgeleid is van het eindige elementenprogramma TEX-GAP 25 dat beschreven is in het Amerikaanse octrooischrift 4.105.206.

Het volgende voorbeeld illustreert een voorkeursuitvoeringsvorm alsmede voordelen van de uitvinding.

Voorbeeld.

30 Een afgeknot conusvormig lager met drie elastomere lagen is getoond in de figuur en kan worden geconstrueerd in overeenstemming met de uitvinding waarbij de elastomere lagen en de tussenliggende metalen latoenplaatjes een dikte hebben van respectievelijk 2,54 mm en 1,27 mm en waarbij de 35 secties van de individuele elastomere lagen de volgende breedten hebben: 800 34 20 17 laag sectie 101 sectie 102 10A 0 5,54- 10B 1,47 4,06 100 2,72 2,82 5 In dit lager zijn de secties 101 vervaardigd met een materiaal waarvan de afschuif elasticiteitsmodules volgens o

Young een waarde heeft van 16,169 gram/cm (230 psi) terwijl de secties 102 een afschuif elasticiteitsmodules volgens p

Young bezitten gelijk aan 5»9755 gram/cm (85 psi). De voor-10 gaande waarden gelden voor de nominale elasticiteitsmoduli en elk van de materialen die deel uitmaken van de secties 101 en 102 bestaan in hoofdzaak uit dezelfde elastomeer waarbij de verschillen in de moduli resulteren uit de variërende hoeveelheid koolstof die in het elastpmere materiaal 15 is toegevoegd.

Het binnenoppervlak 6 van het buitenelement 2 van het lager heeft een diameter van 6,05028 cm aan een uiteinde en 11,91768 cm aan een andere uiteinde terwijl het buitenoppervlak van het binnenlagerelement 4 een diameter heeft 20 van 4,2926 cm aan het ene uiteinde en 10,16 cm aan het andere uiteinde.

Een lager geconstrueerd aan de hand van het beschreven voorbeeld zal een totale axiale stijfheid bezitten van 157525,2 gram/cm (882.000 Ib/in), een totale torsionele 25 stijfheid van 2,16 cm/gram/0 (386 in/lb/deg) en in hoofdzaak vereffende afschuifspanningen van laag naar laag, zodat een uniforme verslechtering onder cyclische torsionele bewegingen wordt gewaarborgd.

In tegenstelling daarmee vertoont een lager van gelijke 30 afmetingen vervaardigd van verschillend elastomeer basismateriaal in elke laag in hoofdzaak dezelfde rek in alle drie de lagen bij 50% rek maar een aanzienlijke niet ge-effende rekverdeling bij 5% rek als gevolg van de elastomere rekgevoeligheid die geïllustreerd is met de krommen in 35 figuur 1.

De uitvinding kan ook op andere wijze dan beschreven en geïllustreerd is in praktijk worden gebracht. Het is mogelijk om slechts sommigen van de elastomere lagen in twee secties te verdelen, de lagen kunnen een variërende 40 dikte bezitten, het geïnjecteerde vulmateriaal kan bestemd 8003420 18 zijn om te functioneren als een dam of vasthoudmateriaal tegen uitpuilen en het lager kan ook een verschillend aantal veerkrachtige lagen bezitten.

De uitvinding kan eveneens worden toegepast op lagers 5 van andere vorm. De lagers kunnen nagenoeg een conusvorm aannemen of kunnen cilindrisch uitgevoerd zijn waarbij delen van de elastomere lagen aangebracht zijn onder een hoek ten opzichte van de gemeenschappelijke as zoals een lager dat geïllustreerd is in de Amerikaanse octrooischriften 10 4.64-0.690 en 4.105.266 (figuur 1). De lagers of delen daarvan kunnen eveneens bolvormig uitgevoerd zijn zoals bijvoorbeeld het geval is bij de lagers getoond in de Amerikaanse octrooischriften 4.105.266 (figuur 6), 3*429.622, 3*941.433» 2.900.182 (figuur 8) en 3*790.302 (figuur 3» lagereenheid 15 80) en de al eerder genoemde literatuurplaatsen. In alle gevallen echter worden dezelfde voordelen bereikt, dat wil zeggen dat lagers met geselecteerde compressie- en torsio-nele belastingskarakteristieken kunnen worden vervaardigd uitgaande van slechts twee verschillende basismaterialen.

20 Een verder voordeel is dat de uitvinding het mogelijk maakt om lagers te vervaardigen met meer uniforme afschuif-spanningsverdeling zonder verlies van een adequate regelmogelijkheid, zodat het defect raken van het lager als gevolg van extrusie en knagende erosie als het lager her-25 haalde belastingsveranderingen ondergaat, wordt voorkomen. Bovendien is het, hetgeen even belangrijk is, mogelijk om de torsieveerconstante van het lager te regelen teneinde het gevraagde vermogen dat door een aangesloten actuator of operator, bijvoorbeeld een hydraulische zuiger, moet worden 30 geleverd te reduceren zodat de levensduur en de betrouwbaarheid van de actuator toenemen en/of het mogelijk is om een kleinere actuator te gebruiken. Het zal duidelijk zijn dat verdere modificaties door een deskundige binnen het kader van de uitvinding kunnen worden uitgevoerd.

800 34 20

Claims (11)

1. Gelamineerd lager bestaande uit een aantal afwisselend aan elkaar gehechte lagen van elastomeer materiaal en in hoofdzaak niet uitrekbaar materiaal, welke lagen zijn 5 gerangschikt rond een gemeenschappelijke as teneinde het lager in staat te stellen de in het algemeen loodrecht op de lagen uitgeoefende compressiebelastingen en rond de genoemde as uitgeoefende torsiebelastingen op te vangen, waarbij elke laag met betrekking tot de genoemde as voor-10 zien is van een radiale binnenomtrek en een radiale buitenomtrek, met het kenmerk, dat tenminste een van de genoemde elastomere lagen is opgebouwd uit een eerste gedeelte nabij de genoemde buitenomtrek met een eerste nominale elasticiteitsmodules welke relatief kleine ver-15 anderingen in de modules vertoont over een relatief breed gebied van rekamplituden, en een tweede gedeelte nabij de genoemde binnenomtrek met een tweede nominale elasticiteitsmodules welke aanzienlijk grote veranderingen in de nodules vertoont over tenminste een deel van het genoemde gebied 20 van rekamplituden, waarbij de eerste en tweede gedeelten qua afmetingen dusdanig zijn uitgevoerd dat elk lager een schuifspanningsverdeling vertoont welke beter uniform en constant is voor verschillende ingangsbewegingen rond de genoemde as dat het geval is indien elke elastomere laag 25 een constante nominale elasticiteitsmodules had.

2. Lager volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat de lagen afgeknot conusvormig zijn uitgevoerd.

3. Lager volgens conclusie 2,met het kenmerk, dat een aantal van de genoemde elastomere lagen 30 wordt gekenmerkt door de genoemde eerste en tweede gedeelten.

4. Lager volgens conclusie 3i 1 e t het kenmerk, dat alle lagen van het genoemde aantal lagen dezelfde dikte heeft.

5. Lager volgens conclusie 3, met het ken merk, dat de relatieve afmetingen van de eerste en tweede gedeelten niet constant zijn.

6. Lager volgens conclusie 3» m e t het kenmerk, dat de proportionele afmetingen van tenminste 40 sommigen van de eerste en tweede gedeelten zijn gekozen als 8003420 functie van de afstand daarvan tot de gemeenschappelijke as.

7. Lager volgens conclusie 6,met het kenmerk, dat alle elastomere lagen dezelfde dikte hebben.

8. Gelamineerd lager voorzien van een aantal afwis-5 selend aan elkaar gehechte lagen van elastomeer materiaal en in hoofdzaak niet uitrekbaar materiaal, welke lagen zijn gerangschikt rond een gemeenschappelijke as zodat het mogelijk is dat het lager compressiebelastingen die in het algemeen loodrecht op de genoemde lagen worden uitgeoefend 10 en torsiebelastingen uitgeoefend rond de genoemde as kan opvangen, waarbij elk lager ten opzichte van de genoemde as een radiale binnenomtrek en een radiale buitenomtrek bezit, met het kenmerk, dat tenminste een van de genoemde elastomere lagen voorzien is van een eerste ge-15 deelte waarbij de genoemde buitenomtrek voorzien van een eerste nominale elasticiteitsmodules welke relatief kleine veranderingen in de modules vertoont over een relatief breed gebied van rekamplituden en een tweede gedeelte nabij de genoemde binnenomtrek met een tweede nominale elastici-20 teitsmodules welke aanzienlijk grotere veranderingen in de modules vertoont over tenminste een deel van het genoemde gebied van rekamplituden, welke eerste en tweede gedeelten zodanige proportionele afmetingen bezitten en zodanige elasticiteitsmoduli bezitten dat de stijfheid van het lager 25 in hoofdzaak constant is voor torsionele verplaatsingen van verschillende amplitude en de elastomere lagen in hoofdzaak een gelijke rek ondervinden bij dergelijke verplaatsingen.

9. Gelamineerd lager bestaande uit een aantal afwisse-30 lend aan elkaar gehechte elastomere lagen en niet uitrek- bare lagen, welke lagen afwisselend zijn gerangschikt langs een gemeenschappelijke as welke in de lengterichting van het lager verloopt zodanig dat het lager loodrecht op de lagen uitgeoefende compressiebelastingen en rond de ge-35 meenschappelijke as werkende torsiebelastingen kan opvangen, waarbij elke laag ringvormig is uitgevoerd en met betrekking tot de gemeenschappelijke as voorzien is van een radiale binnenomtrek en een radiale buitenomtrek, en tot de elastomeerlagen tenminste een laag behoort welke, indien 40 gevormd met een over de gehele laag nominale constante 800 34 20 elasticiteitsmodules en indien onderworpen aan een vooraf bepaalde compressiebelasting welke loodrecht inwerkt op de laag, een grotere schuifspanning zou ondervinden nabij een van de genoemde binnen- en buitenomtrekken dan nabij 5 de ander van de genoemde binnen- en buitenomtrekken, met het kenmerk, dat tenminste een elastomere laag bestaat uit twee secties vervaardigd van verschillend elastomeer materiaal en zodanig gerangschikt dat de genoemde ene laag een hogere nominale elasticiteitsmodules 10 bezit nabij de genoemde binnenomtrek dan nabij de genoemde buitenomtrek, waarbij het verschil tussen de nominale elas-ticiteitsmoduli van de twee secties zodanig is dat de verhouding tussen de afschuifspanning als gevolg van de genoemde vooraf bepaalde compressiebelasting nabij de ene 15 omtrek van de tenminste ene laag en de schuifspanning als gevolg van de genoemde vooraf bepaalde compressiebelasting nabij de andere omtrek van de tenminste ene laag kleiner is dan de corresponderende verhouding van de schuifspanningen in de genoemde tenminste ene laag indien deze gevormd zou 20 zijn uit een enkel materiaal waarin voor de gehele laag een nominale constante elasticiteitsmodules geldt.

10. G-elamineerd lager volgens conclusie 9, i e t het kenmerk, dat elk van de genoemde elastomere lagen bestaat uit twee secties vervaardigd van de genoemde 25 verschillende elastomere elastomere materialen.

11. Gelamineerd lager volgens conclusie 9, gekenmerkt door een in hoofdzaak niet flexibel eind-element aan elk uiteinde van het lager, waarmee elk eind-element voorzien is van een oppervlak dat zodanig gevormd 30 is dat dit oppervlak aangepast is aan de genoemde lagen welke oppervlakken aangehecht zijn aan de aangrenzende elastomere laag. ********** 800 34 20