一種長(zhǎng)壽命橡膠支撐軸承的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于彈性軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)，涉及一種長(zhǎng)壽命橡膠支撐軸承的結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 直升機(jī)尾槳旋翼系統(tǒng)通常采用彈性軸承結(jié)構(gòu)來(lái)減小旋翼擺振、揮舞、側(cè)向變距等 載荷對(duì)機(jī)身的影響，軸承承受來(lái)自槳葉的離心載荷、揮舞擺振載荷及側(cè)向變距載荷，有效減 小了機(jī)身的振動(dòng)，其中，球形膠層結(jié)構(gòu)主要承受擺振揮舞載荷，平板膠層主要承受側(cè)向變距 載荷。尾槳旋翼系統(tǒng)采用支撐軸承結(jié)構(gòu)可避免直升機(jī)產(chǎn)生地面共振和空中共振，大大提高 了直升機(jī)的安全性和舒適性，此外，采用彈性支撐軸承結(jié)構(gòu)可以大幅提高槳葉及旋翼系統(tǒng) 的使用壽命，從而延長(zhǎng)整機(jī)的使用壽命，是旋翼系統(tǒng)中的關(guān)鍵功能構(gòu)件。
[0003] 普通支撐軸承結(jié)構(gòu)平板膠層為圓形，其外徑尺寸與中間過(guò)渡金屬件的外徑幾乎相 同，膠層的厚度較薄，中截面的面積較小，這種結(jié)構(gòu)形式的缺陷是承受側(cè)向變距載荷的能力 有限，尤其是當(dāng)軸承承受極大的側(cè)向力載荷或位移時(shí)，平板膠層極容易出現(xiàn)疲勞破壞，嚴(yán)重 的影響支撐軸承的整體壽命。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 本實(shí)用新型的目的是：提出一種能夠抗側(cè)向變距載荷的長(zhǎng)壽命橡膠支撐軸承結(jié) 構(gòu)。
[0005] 本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種長(zhǎng)壽命橡膠支撐軸承，其包括小接頭、一組球形金 屬隔片、中間過(guò)渡金屬件、若干平板橡膠層、若干層平板金屬隔片、大接頭，所述球形金屬隔 片由球形橡膠層粘接成一體，各球形金屬隔片為同球心，球形金屬隔片從小接頭到中間過(guò) 渡金屬件之間面積逐漸變大，最小的球形金屬隔片與小接頭相連、最大的一層球形金屬隔 片與中間過(guò)渡金屬件相連，所述平板金屬隔片之間由平板橡膠層粘接為一體，且粘接為一 體的平板金屬隔片一端與中間過(guò)渡金屬件相連，另一端與大接頭相連，其中，平板橡膠層厚 度方向的平均截面面積大于球形膠層厚度方向上的平均截面面積。
[0006] 中間過(guò)渡金屬件與平板橡膠層接觸的一端比其與球形橡膠層接觸一端徑向尺寸 至少大于10%，二者之間形成有臺(tái)階差。
[0007] 平板橡膠層的平均厚度大于球形橡膠層的平均厚度。
[0008] 平板橡膠層的平均厚度大于1_，厚度截面形狀為圓形或橢圓形或矩形。
[0009] 平板橡膠層的層數(shù)為1~6層，球形橡膠層的層數(shù)為5~15層。
[0010] 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:本實(shí)用新型一種長(zhǎng)壽命橡膠支撐軸承在保證軸承各向剛度 性能指標(biāo)基本不變的如提下可大幅提尚軸承抗側(cè)向變距載荷的能力，從而實(shí)現(xiàn)了軸承的長(zhǎng) 壽命設(shè)計(jì)要求。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1是支撐軸承結(jié)構(gòu)安裝及受力形式示意圖。
[0012] 圖2是普通支撐軸承對(duì)比方案等軸側(cè)示意圖。
[0013] 圖3是圖1的仰視圖。
[0014]圖4為圖3的A-A截面剖視圖。
[0015] 圖5為本實(shí)用新型長(zhǎng)壽命支撐軸承結(jié)構(gòu)實(shí)施方案的等軸側(cè)示意圖。
[0016] 圖6是圖5的仰視圖。
[0017] 圖7是圖6的B-B剖視圖。
[0018] 圖8是對(duì)比方案與本實(shí)用新型實(shí)施方案小接頭球形膠層外緣最大等效節(jié)點(diǎn)應(yīng)變比 較示意圖。
[0019] 圖9是對(duì)比方案與本實(shí)用新型實(shí)施方案大接頭平板膠層外緣最大等效節(jié)點(diǎn)應(yīng)變比 較示意圖。
[0020] 其中，丨一小接頭，2一球形橡膠層，3一球形金屬隔片，4一中間過(guò)渡金屬件， 5一平 板橡膠層，6-平板金屬隔片，7-大接頭。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ]下面對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0022] 參見(jiàn)圖5~圖7,其中，圖5是本實(shí)用新型長(zhǎng)壽命橡膠支撐軸承實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意 圖，圖6是圖5的仰視圖，圖7是圖6的B-B剖視圖。本實(shí)施方式中，所述長(zhǎng)壽命橡膠支撐軸承包 括一組球形金屬隔片3、若干層平板金屬隔片及隔片之間的橡膠層和大小接頭、中間過(guò)渡金 屬件。所述球形金屬隔片3由球形橡膠層2粘接成一體，各球形金屬隔片3為同球心，球形金 屬隔片3從小接頭1到中間過(guò)渡金屬件4之間面積逐漸變大，最小的球形金屬隔片3與小接頭 1相連、最大的一層球形金屬隔片3與中間過(guò)渡金屬件4相連。所述平板金屬隔片6之間由平 板橡膠層5粘接為一體，且粘接為一體的平板金屬隔片6-端與中間過(guò)渡金屬件4相連，另一 端與大接頭7相連，構(gòu)成本實(shí)用新型長(zhǎng)壽命橡膠支撐軸承。
[0023] 為了滿足，結(jié)構(gòu)剛度的設(shè)計(jì)要求，本實(shí)用新型首先設(shè)計(jì)不同的結(jié)構(gòu)方案，通過(guò)有 限元計(jì)算不同結(jié)構(gòu)方案的各向剛度和各球形膠層及平板膠層在不同受力狀態(tài)下的應(yīng)變分 布曲線，查看不同設(shè)計(jì)方案的剛度值是否滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，在滿足剛度技術(shù)指標(biāo)的結(jié)構(gòu) 方案中對(duì)膠層的應(yīng)變分布曲線進(jìn)行綜合比較，最終確定軸承的基本結(jié)構(gòu)形式。
[0024] 為此，本實(shí)用新型長(zhǎng)壽命橡膠支撐軸承的中間過(guò)渡金屬件4與平板橡膠層5接觸的 一端比其與球形橡膠層接觸一端徑向面積至少大于10%，二者之間形成有臺(tái)階差。因此，位 于中間過(guò)渡金屬件4上方的平板膠層厚度方向的平均截面面積大于球形膠層厚度方向上的 平均截面面積，而且二者面積差至少在20%以上。同時(shí)，平板橡膠層的平均厚度大于球形橡 膠層的平均厚度，所述平板橡膠層的平均厚度大于1_，厚度截面形狀可以為圓形、橢圓形、 矩形，具體選用何種形狀，因以支撐軸承的安裝接口進(jìn)行選擇，在接口尺寸及運(yùn)動(dòng)范圍允許 的范圍內(nèi)，因充分的增加平板膠層的截面積。
[0025] 所述的長(zhǎng)壽命橡膠支撐軸承，平板橡膠層的層數(shù)為1~6層，球形橡膠層的層數(shù)為5 ~15層，平板膠層及球形膠層層數(shù)的確定應(yīng)結(jié)合膠層的截面面積及剛度技術(shù)指標(biāo)綜合計(jì)算 得到，其基本原則是在滿足剛度技術(shù)指標(biāo)要求的前提下盡量使膠層在相同載荷條件下的應(yīng) 變水平降低，以利于提高其壽命，在滿足剛度技術(shù)指標(biāo)的前提下，增加膠層的截面面積和厚 度，有利于減小膠層的應(yīng)變水平。然而軸承的抗徑向載荷能力的受到物理影響因素太多，像 膠層層數(shù)、面積、厚度與應(yīng)變和剛度等物理量之間會(huì)相互干擾，互相影響，難以實(shí)現(xiàn)有效匹 配，為此，本實(shí)用新型經(jīng)過(guò)的多次反復(fù)迭代模擬，并經(jīng)無(wú)數(shù)不確定試驗(yàn)才能得到可以滿足實(shí) 際設(shè)計(jì)要求的軸承結(jié)構(gòu)。
[0026] 為此，所述長(zhǎng)壽命橡膠支撐軸承，在滿足剛度技術(shù)指標(biāo)和接口條件的前提下，盡量 增加平板橡膠層的厚度與面積，以降低平板膠層的剪切應(yīng)變。
[0027] 所述的長(zhǎng)壽命橡膠支撐軸承，各球形橡膠層應(yīng)盡量保持同球心，厚度應(yīng)盡量均勻， 平板橡膠層厚度應(yīng)盡量保持均勻。
[0028] 本實(shí)用新型的工作原理是:兩個(gè)橡膠支撐軸承對(duì)稱安裝，小接頭通過(guò)墊塊與柔性 梁連接，大接頭與袖套連接，如附圖1所示，球形膠層承受柔性梁扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的變距載荷及彎 曲產(chǎn)生的揮舞載荷，平板膠層承受袖套徑向擺振運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的位移載荷，由于球形膠層結(jié)構(gòu) 的徑向剛度較平板膠層高得多，支撐軸承承受徑向位移載荷時(shí)，大部分的位移由平板膠層 的剪切變形來(lái)承擔(dān)，剪切變形的大小直接決定平板膠層的應(yīng)變，從而影響軸承的壽命，同時(shí) 徑向變形的大小由徑向載荷決定，徑向載荷與軸承的徑向剛度密切相關(guān)，必須使軸承的徑 向剛度處于合理的區(qū)間才能避免旋翼系統(tǒng)發(fā)生共振。
[0029] 實(shí)施例一
[0030] -種長(zhǎng)壽命橡膠支撐軸承，如圖5~圖7所示。小接頭1、大接頭7、中間過(guò)渡金屬件4 及球形金屬隔片3為不銹鋼材料，球形金屬隔片為7片，各球形橡膠層厚度相同，為1.2mm。
[0031] 平板金屬隔片6為3層不銹鋼材料制成的相同結(jié)構(gòu)的矩形隔片，4角進(jìn)行R3的倒圓 角處理，隔片厚度為1mm，長(zhǎng)60mm，寬45mm，4層平板橡膠層的厚度均為1.8mm，各平板金屬隔 片形狀及尺寸均相同，各平板橡膠層的厚度均勻性由平板金屬隔片平面度及精密成型模具 共同保證。
[0032] 為了便于比較本技術(shù)對(duì)提高軸承抗徑向能力的改善，提供一般支撐軸承對(duì)比方案 與本實(shí)施方案進(jìn)行對(duì)比，其中小接頭、球形隔片結(jié)構(gòu)保持不變，過(guò)渡金屬件外緣為圓形，平 板隔片為圓形，外徑與過(guò)渡金屬件外徑相同，隔片層數(shù)為2層，隔片厚度為0.6mm，橡膠層的 厚度為1_。下表是對(duì)比方案與本實(shí)施方案的各向剛度比較結(jié)果，從表中可看出各向剛度均 相差不大。
[0034]為了說(shuō)明本實(shí)施方案相對(duì)對(duì)比方案對(duì)提高抗徑向載荷的能力，將對(duì)比方案與實(shí)施 方案在相同載荷狀態(tài)下膠層外緣的剪切應(yīng)變大小進(jìn)行比較，圖8是在不同狀態(tài)下與小接頭 粘接膠層外緣最大剪切應(yīng)變比較，圖9是在不同狀態(tài)下的大接頭平板膠層外緣最大剪切應(yīng) 變比較。從圖8可看出，實(shí)施方案小接頭的應(yīng)變相對(duì)對(duì)比方案變化不大，但從圖9中看出平板 膠層的剪切應(yīng)變減小明顯，表明增加平板膠層的面積和厚度對(duì)平板膠層的剪切應(yīng)變效果明 顯，對(duì)球形膠層的影響有限，增加平板膠層的面積和厚度對(duì)提高平板膠層徑向載荷的疲勞 壽命十分有效，可大幅提尚軸承的整體壽命。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種長(zhǎng)壽命橡膠支撐軸承，其特征在于，包括小接頭（1)、一組球形金屬隔片（3)、中 間過(guò)渡金屬件(4)、若干平板橡膠層(5)、若干層平板金屬隔片(6)、大接頭(7)，所述球形金 屬隔片(3)由球形橡膠層(2)粘接成一體，各球形金屬隔片(3)為同球心，球形金屬隔片(3) 從小接頭（1)到中間過(guò)渡金屬件(4)之間面積逐漸變大，最小的球形金屬隔片與小接頭（1) 相連、最大的一層球形金屬隔片(3)與中間過(guò)渡金屬件(4)相連，所述平板金屬隔片(6)之間 由平板橡膠層（5)粘接為一體，且粘接為一體的平板金屬隔片（6) -端與中間過(guò)渡金屬件 (4)相連，另一端與大接頭(7)相連，其特征在于:平板橡膠層(5)厚度方向的平均截面面積 大于球形橡膠層(2)厚度方向上的平均截面面積。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)壽命橡膠支撐軸承，其特征在于： 中間過(guò)渡金屬件(4)與平板橡膠層(5)接觸的一端比其與球形橡膠層(2)接觸一端徑向 尺寸至少大于10%，二者之間形成有臺(tái)階差。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)壽命橡膠支撐軸承，其特征在于:平板橡膠層(5)的平均厚 度大于球形橡膠層(2)的平均厚度。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的長(zhǎng)壽命橡膠支撐軸承，其特征在于:平板橡膠層(5)的平均厚 度大于1_，厚度截面形狀為圓形或橢圓形或矩形。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的長(zhǎng)壽命橡膠支撐軸承，其特征在于:平板橡膠層(5)的層數(shù)為1 ~6層，球形橡膠層(2)的層數(shù)為5~15層。
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于彈性軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)，涉及一種橡膠支撐軸承長(zhǎng)壽命結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。該橡膠支撐軸承的基本構(gòu)成包括小接頭、一組球形金屬隔片、中間過(guò)渡金屬件、若干層平板金屬隔片及隔片之間的橡膠層、大接頭。球形金屬隔片與小接頭之間、球形金屬隔片與中間過(guò)渡金屬件之間及各球形金屬隔片之間均通過(guò)橡膠層經(jīng)硫化粘接成一體，平板金屬隔片與中間過(guò)渡金屬件之間、平板金屬隔片與大接頭之間及平板金屬隔片之間也通過(guò)橡膠層經(jīng)硫化粘接成一體，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)對(duì)平板膠層的層數(shù)、厚度及面積優(yōu)化設(shè)計(jì)在保證軸承剛度性能要求的同時(shí)可大幅提高軸承抗側(cè)向變形的能力，從而大幅提高軸承的整體壽命。
【IPC分類】F16C27/02
【公開(kāi)號(hào)】CN205315489
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201521010048
【發(fā)明人】陳高升, 賴亮慶, 尹建偉, 蘇正濤, 米志安, 劉嘉, 王景鶴
【申請(qǐng)人】中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院
【公開(kāi)日】2016年6月15日
【申請(qǐng)日】2015年12月8日