專利名稱:用于旋翼式飛機的滾珠軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本申請涉及一種滾珠軸承,特別地,涉及一種應(yīng)用于旋翼式飛機的滾珠軸承。
背景技術(shù):
旋翼式飛機,例如直升機,為滾珠軸承的應(yīng)用提供了獨特的環(huán)境,特別是在他們的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中。例如,在直升機旋轉(zhuǎn)斜盤及轉(zhuǎn)動葉片支架中的軸承必須進行特殊的設(shè)計,以在直升機特有的各種載荷和速度的狀況下工作時提供可靠的運行。軸承在其他機器上的應(yīng)用與在旋翼式飛機上的應(yīng)用,特別是在直升機上的應(yīng)用是不同的。由于這個原因,在其他機器上可用的軸承設(shè)計,在所屬技術(shù)領(lǐng)域的人員看來,不適合應(yīng)用在直升機旋轉(zhuǎn)斜盤及轉(zhuǎn)動葉片支撐等中。
傳統(tǒng)的旋翼式飛機軸承的例子是在Sikorsky CH53A/D直升機尾部轉(zhuǎn)動葉片支架上的軸承。該葉片支架包括具有5個軸承的滾珠軸承組,在其中滾珠由尼龍保持架保持就位。為了容納保持架,軸承的外座圈必須進行倒角,這就減弱了軸承的強度。
發(fā)明內(nèi)容
在旋翼式飛機的旋翼轂組件中,旋翼轂組件包括在旋翼頭部處主軸上的滾珠軸承,該滾珠軸承包括位于軸承中滾珠之間的嵌塊式滾珠隔離器。
在各種可選的方面,嵌塊式滾珠隔離器可以包括與美國軍方標準MIL-P-46183一致的合成聚合物材料,還可以優(yōu)選地從包括PEEK,聚四氟乙烯,以及聚酰亞胺的組中選擇。類似直徑且與嵌塊式滾珠隔離器接觸的兩滾珠之間的滾珠間隔可以是一個滾珠直徑的0.6%。但是,考慮到滾珠之間的間隔可以在不脫離本發(fā)明更寬方面的情況下應(yīng)用,本發(fā)明在這一方面沒有限制。例如,其他實施方案中可以使用這樣的嵌塊式滾珠隔離器,即它提供滾珠直徑的大約3.2%至64%的滾珠間間隔。嵌塊式滾珠隔離器可以具有環(huán)狀結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)包括限定一通道的內(nèi)表面。該通道具有兩端并且所述內(nèi)表面是錐形的以在所述兩端之間形成一最小的內(nèi)徑。所述內(nèi)表面可以包括在每一端的倒角面,所述倒角面可以為大約75°至大約120°的圓錐角,例如,大約90°。
這里所述的滾珠軸承還可以應(yīng)用在旋翼式飛機旋轉(zhuǎn)斜盤中,該旋轉(zhuǎn)斜盤包括固定盤、轉(zhuǎn)動盤以及位于所述固定盤和轉(zhuǎn)動盤之間的止推軸承。
圖1是嵌塊式滾珠隔離器的一實施方案的透視圖。
圖2是圖1所示嵌塊式滾珠隔離器的剖面圖。
圖3是被圖1所示的嵌塊式滾珠隔離器隔開的兩滾珠的局部剖面圖。
圖4是用在這里所描述的旋翼式系統(tǒng)中的滾珠軸承的局部剖面圖。
圖5是包括圖4中所描述軸承的旋轉(zhuǎn)斜盤組件的局部破斷的局部剖面圖。以及,圖6是旋翼式飛機尾部旋翼轂組件(rotor head assembly)中的滾珠軸承組的局部剖視圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提供了一種對旋翼式飛機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)軸承的改進,例如直升機旋轉(zhuǎn)斜盤軸承和旋轉(zhuǎn)葉片支撐軸承的改進,這種改進通過提供一種用于此目的的滾珠軸承來實現(xiàn),該滾珠軸承包括位于軸承中的滾珠之間的嵌塊式滾珠隔離器,而不是軸承罩。
因此本發(fā)明,一種滿足與現(xiàn)有技術(shù)中罩式滾珠軸承同樣的設(shè)計限制要求的滾珠軸承可以應(yīng)用更大的滾珠,且可以不再需要座圈的倒角。此外,對于具體的旋翼式飛機的情況而言,這種軸承極大地提高了動態(tài)載荷等級和疲勞壽命。
本發(fā)明的嵌塊式滾珠隔離器的一個實施例如圖1和圖2所示。嵌塊式滾珠隔離器10通常具有沿中心軸A的環(huán)形結(jié)構(gòu)、兩個端部和一個貫穿其內(nèi)的通道。該嵌塊式滾珠隔離器10還具有大致為圓柱形的外表面12,軸向端面14和16,以及圓錐形的倒角面18和20,所述外表面具有外徑do,所述倒角面18和20從端面14和16向通常為圓柱形的內(nèi)表面22收斂,內(nèi)表面22具有內(nèi)徑di。倒角面18和20可以與圓錐角C一致,圓錐角C在大約75°至大約120°之間,例如大約90°。內(nèi)表面22從倒角面18的窄端延伸至倒角面20的窄端,寬度為Wi。
外表面12可以具有這樣的外形,即其直徑取所述端面之間的最大值;例如,外表面12可以相對于其切線to限定大約為3°的角β,切線to平行于軸A。外表面12從軸A的直徑do從切點至每個端面漸漸減少,切點優(yōu)選在所述端面的中間。類似地,內(nèi)表面22也可以相對于其切線b1限定一大約為3°的角γ,切線b1平行于軸線A。相應(yīng)地,從軸A測量,內(nèi)表面22的直徑di,從所述切點開始至兩端漸漸增加,所述切點優(yōu)選在所述端面的中間。所述設(shè)有角度的輪廓表面便于將嵌塊式滾珠隔離器10從其制造模型中取出。
嵌塊式滾珠隔離器10具有從端面14至端面16測量的軸向?qū)挾萕f。在一具體的實施方案中,嵌塊式滾珠隔離器10被設(shè)計成沿徑向中心線CL基本對稱。
嵌塊式滾珠隔離器10可以由合成聚合物材料制成,例如軸承級別的聚醚醚酮PEEK(poly ether ether ketone)或其他材料,例如,聚四氟乙烯PTFE(Polytetrafluoroethylene)(例如,特氟綸),聚酰亞胺(例如杜邦公司的VESPEL)等。在一具體的實施方案中,所述材料與1999年7月1日修正的美國軍方技術(shù)說明MIL-P-46183一致。優(yōu)選地,所述材料符合1960年1月15日出版、1993年7月1日修訂的汽車工程師協(xié)會(SAE)的航空材料技術(shù)標準AMS 3656E,或1966年3月出版、1994年2月修訂的AMS 3660C。
通常,一嵌塊式滾珠隔離器10用在兩個尺寸類似的滾珠之間,該兩滾珠的尺寸與圓錐形倒角面18和20配合。如圖3所示,每個滾珠的直徑d(球體)大于嵌塊式滾珠隔離器10的外徑do。在圖示的實施例中,直徑do與滾珠的直徑d(球體)的比率大約在0.85∶1。此外,嵌塊式滾珠隔離器10被構(gòu)造成在滾珠之間提供等于為滾珠直徑大約3.2%至大約64%的隔離,優(yōu)選地在3.2-9.6%之間,在一具體實施例中,大約為滾珠直徑的6%。這樣,在一具體的實施方案中,被嵌塊式滾珠隔離器10隔開的相鄰滾珠的中心距離大約是滾珠直徑的1.06倍。
滾珠軸承30包括如局部視圖4中所示的嵌塊式滾珠隔離器,圖4顯示了位于內(nèi)座圈32和外座圈34之間并被嵌塊式滾珠隔離器10相互隔開的滾珠24。如上所述,由于使用了嵌塊式滾珠隔離器10,滾珠軸承30相對于現(xiàn)有技術(shù)中用于同樣旋翼式飛機的罩式滾珠軸承,提供了非常大的改進,因為其允許應(yīng)用較大的滾珠(例如,應(yīng)用直徑為12.7毫米(1/2英寸)的滾珠),而現(xiàn)有技術(shù)中用的是直徑為11.9毫米(15/32英寸)的滾珠,并且座圈也比現(xiàn)有技術(shù)中的座圈更加堅固,因為不必為容納保持架而對座圈進行倒角。與保持架式軸承相比,隨著軸承30的旋轉(zhuǎn),所述嵌塊式滾珠隔離器以對滾珠24的引導(dǎo)和拖延(ead-and-leg)運動產(chǎn)生最小阻力而繞轉(zhuǎn)和流動。這些優(yōu)點可以在不改變軸承特征,例如接觸角、節(jié)圓直徑以及軸承中滾珠的數(shù)量的情況下獲得。
具有嵌塊式滾珠隔離器而不是尼龍保持架的滾珠軸承可以應(yīng)用在旋翼式飛機的旋轉(zhuǎn)斜盤(swashplate)中。眾所周知,旋轉(zhuǎn)斜盤一般包括安裝在一桿上的固定盤和與所述固定盤并列的安裝在該桿上的轉(zhuǎn)動盤。在固定盤和轉(zhuǎn)動盤之間有一止推軸承以便于該轉(zhuǎn)動盤的旋轉(zhuǎn)。該止推軸承包括外座圈和內(nèi)座圈以及位于外座圈和內(nèi)座圈之間的多個滾珠。在現(xiàn)有技術(shù)中,滾珠通過保持架被保持在適當(dāng)位置。與本發(fā)明相一致,所述軸承包括滾珠之間的嵌塊式滾珠隔離器。這樣,圖4中的軸承30在圖5中被視為旋轉(zhuǎn)斜盤組件中的止推軸承部分。該旋轉(zhuǎn)斜盤組件35包括固定的內(nèi)旋轉(zhuǎn)斜盤部件36和旋轉(zhuǎn)的外旋轉(zhuǎn)斜盤部件38。軸承30的內(nèi)座圈32與固定的內(nèi)旋轉(zhuǎn)斜盤部件36接觸,同時外座圈34與旋轉(zhuǎn)的外旋轉(zhuǎn)斜盤部件38接觸。在內(nèi)座圈32和外座圈34之間,所述軸承30包括多個被隔離器10隔開的滾珠24。嵌塊式滾珠隔離器的應(yīng)用比具有尼龍滾珠保持架的軸承動態(tài)載荷率提高了大約14.5%,軸承疲勞壽命增加了大約50%,上述數(shù)據(jù)是根據(jù)防摩擦軸承制造者協(xié)會制定的、標準號為9-1990的公式計算出的。
在另一實施方案中,本發(fā)明被應(yīng)用在轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子座架的軸承中。例如,圖6提供了一軸承組的剖視圖,該軸承組在用于Sikorsky CH53A/D直升機的旋翼式飛機尾部旋翼轂組件(tail rotor head assembly)中比較有用。尾部旋翼組件的四個旋轉(zhuǎn)葉片中的每一個在各自與旋翼轂連接的主軸上配有一軸承組。軸承組40包括五個匹配的滾珠軸承30a-30e,軸承30a-30e都使用同樣尺寸的滾珠24,滾珠24被嵌塊式滾珠隔離器10隔開,并位于內(nèi)座圈32和外座圈34之間。軸承組40是尾部旋翼轂組件的子部件,其能夠使所述葉片響應(yīng)于飛機方向舵控制輸入而轉(zhuǎn)動。用于座圈制造材料的技術(shù)標準是AMS6440或AMS6441,用于滾珠的技術(shù)說明是AMS6440或SAE51100。在一評價中,應(yīng)用這里所述的PEEK或PTFE嵌塊式滾珠隔離器的軸承會比具有尼龍保持架的軸承,動態(tài)載荷率提高大約14.5%,疲勞壽命增加大約50%。
除非有具體的說明,這里所公開的范圍都包括且可以組合其端點和所有中間點的值。這里的術(shù)語“第一”、“第二”等等,不說明任何次序、數(shù)量或重要性,而是用于將元件相互區(qū)別開來。這里的術(shù)語“一”或“一個”不是對數(shù)量的限制,而是存在至少一個所涉及的物項。除非有具體說明,所有被“大約”修飾的數(shù)字都包括其精確的數(shù)值。
盡管本發(fā)明結(jié)合具體實施例進行了說明,但所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解,在閱讀和理解上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上,各種對已公開實施方案的改變和改進都落在本發(fā)明和隨附權(quán)利要求的范圍和精神之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種旋翼式飛機的旋翼轂組件,包括在旋翼的頭部處位于主軸上的滾珠軸承(30a,30b,…30e)組(40),其特征在于滾珠軸承(30a,30b,…30e)包括位于軸承(30a,30b,…30e)中滾珠(24)之間的嵌塊式滾珠隔離器(10)。
2.如權(quán)利要求1所述的旋翼轂組件,其特征在于嵌塊式滾珠隔離器(10)由與美國軍方標準MIL-P-46183一致的合成聚合物材料構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1所述的旋翼轂組件,其特征在于嵌塊式滾珠隔離器在每端具有倒角面(18,20),所述倒角面(18,20)形成大約75°至大約120°的圓錐形角。
4.一種旋翼式飛機旋轉(zhuǎn)斜盤組件(35),包括固定盤(36)、轉(zhuǎn)動盤(38)以及位于所述固定盤(36)和轉(zhuǎn)動盤(38)之間的滾珠軸承(30),所述止推軸承(30)包括內(nèi)座圈(32)和外座圈(34)以及位于外座圈和內(nèi)座圈之間的多個滾珠(24),其特征在于所述滾珠軸承(30)包括位于滾珠(24)之間的嵌塊式滾珠隔離器(10)。
5.如權(quán)利要求4所述的旋轉(zhuǎn)斜盤組件,其特征在于嵌塊式滾珠隔離器(10)由與美國軍方標準MIL-P-46183一致的合成聚合物材料構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)斜盤組件,其特征在于所述合成聚合物材料是PEEK、PTFE或聚酰亞胺。
7.如權(quán)利要求4所述的旋轉(zhuǎn)斜盤組件,其特征在于一個或多個嵌塊式滾珠隔離器(10)具有環(huán)狀結(jié)構(gòu),環(huán)狀結(jié)構(gòu)在其中形成通道,該通道具有兩端,所述嵌塊式滾珠隔離器的內(nèi)部被形成錐形,以便在每個端部具有最大的內(nèi)徑,在端部中間具有最小的內(nèi)徑。
8.如權(quán)利要求4所述的旋轉(zhuǎn)斜盤組件,其特征在于所述嵌塊式滾珠隔離器的倒角面(18,20)的錐形限定大約75°至大約120°的角。
9.如權(quán)利要求4所述的旋轉(zhuǎn)斜盤組件,其特征在于由嵌塊式滾珠隔離器(10)提供的、相似直徑的兩滾珠(24)之間的滾珠間隔為一個滾珠直徑的大約3.2%至64%。
10.如權(quán)利要求4所述的旋轉(zhuǎn)斜盤組件,其特征在于由嵌塊式滾珠隔離器提供的、相似直徑的兩滾珠之間的滾珠間隔為一個滾珠直徑的大約3.2%至9.6%。
全文摘要
一種具有滾珠軸承(30)的旋翼式飛機尾部旋翼轂組件,所述滾珠軸承位于旋翼頭部處的主軸上,滾珠軸承(30)包括位于軸承(30)中滾珠(24)之間的嵌塊式滾珠隔離器(10)。嵌塊式滾珠隔離器(10)可以由聚醚醚酮樹脂,聚四氟乙烯,或聚酰亞胺制造。由嵌塊式滾珠隔離器(10)提供的、相似直徑的兩滾珠之間的滾珠間隔可以是一個滾珠直徑的大約3.2%至64%。隔離器可以具有環(huán)狀構(gòu)以在其中形成通道,該通道具有兩端并且隔離器的內(nèi)部被形成錐形從而在每個端部具有最大的直徑,在端部中間具有最小的直徑。嵌塊式滾珠隔離器倒角面(18,20)的錐形可以形成大約75°至大約120°的圓錐形角。這里所述的滾珠軸承還可以應(yīng)用在旋翼式飛機旋轉(zhuǎn)斜盤(35)中,該旋轉(zhuǎn)斜盤包括固定盤(36)、轉(zhuǎn)動盤(38)以及位于所述固定盤(36)和轉(zhuǎn)動盤(38)之間的止推軸承(30)。
文檔編號F16C33/30GK101042161SQ200710092379
公開日2007年9月26日 申請日期2007年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月13日
發(fā)明者A·哈比布瓦恩德 申請人:滾動軸承美國公司