CN102829079B - 一种刚度可匹配橡胶支撑轴承 - Google Patents

Abstract

本发明属于弹性轴承复合技术，涉及一种刚度可匹配橡胶支撑轴承。刚度可匹配橡胶支撑轴承包括小接头、一组球形金属隔片、中间过渡金属件、若干层平板金属隔片及隔片之间的橡胶层、大接头。球形金属隔片与小接头之间、球形金属隔片与中间过渡金属件之间及各球形金属隔片之间均通过橡胶层经硫化粘接成一体，平板金属隔片与中间过渡金属件之间、平板金属隔片与大接头之间及平板金属隔片之间也通过橡胶层经硫化粘接成一体，且球形金属隔片胶层总厚度与平板金属隔片胶层总厚度比值在1.0～10.0之间。本发明具有使轴承压缩刚度与径向刚度在较大载荷范围内实现刚度匹配，结构简单、设计自由灵活等优点。

Description

一种刚度可匹配橡胶支撑轴承

技术领域

本发明属于弹性轴承复合技术，涉及一种刚度可匹配橡胶支撑轴承。

背景技术

直升机旋翼系统中均采用减振装置，通常采用弹性轴承结构来减小旋翼摆振对机身的影响，可承受大的离心载荷和大的挥舞摆振变距，有效减小机身的振动，避免直升机产生地面共振和空中共振，大大提高了直升机的安全性和舒适性，此外，采用弹性轴承结构可以大幅提高桨叶及旋翼系统的使用寿命，从而延长整机的使用寿命，是旋翼系统中的关键功能构件。

现有技术刚度可匹配橡胶支撑轴承包括球形金属隔片、平板金属隔片及隔片之间的橡胶层和大小接头、中间过渡金属件。其中，大接头为平板金属结构，平板结构胶层总厚度过大使得弹性轴承径向刚度偏低，对径向刚度要求较大的场合，该结构难以同时满足径向刚度和轴向刚度的设计要求。

发明内容

本发明的目的是：提出一种能够实现压缩刚度与径向刚度在较大载荷范围内实现匹配的橡胶支撑轴承。

本发明的技术方案是：一种刚度可匹配橡胶支撑轴承，其包括小接头、一组球形金属隔片、中间过渡金属件、若干层平板金属隔片、大接头，所述球形金属隔片由球形橡胶层粘接成一体，且各球形金属隔片为同球心，球形金属隔片从小接头到中间过渡金属件之间面积逐渐变大，最小的球形金属隔片与小接头相连、最大的一层球形金属隔片与中间过渡金属件相连，所述平板金属隔片之间由平板橡胶层粘接为一体，且粘接为一体的平板金属隔片一端与中间过渡金属件相连，另一端与大接头相连，其中，球形橡胶层总厚度与平板橡胶层总厚度比值在1.0～10.0之间。

所述球形金属隔片的层数为4～10层，平板金属隔片为1～6层。

所述球形金属隔片、平板金属隔片的厚度为0.5mm～1.5mm，厚度公差控制在±0.1mm。

球形金属隔片胶层厚度和平板橡胶层厚度为0.5mm～2.0mm。

大接头与平板橡胶层之间的具有金属凸台。

所述大接头、小接头、球形金属隔片、平板金属隔片及中间过渡金属件的正中心均开有通孔，经胶层粘接成一个整体后各通孔同轴。

所述各球形橡胶层厚度应保证均匀并同球心，各平板橡胶层厚度应保证均匀并相互平行。

球形金属隔片在球面与卷边的过渡处采取圆角处理，内圆半径R1取R0.5mm～R3mm，外圆半径R2取R0.5mm～R4mm。

本发明的优点是：本发明刚度可匹配橡胶支撑轴承采用多层球形轴承与多层柱形轴承复合，通过控制球形金属隔片、平板金属隔片的层数及各胶层的厚度，在保持接口和外观尺寸不变的前提下，可在较大载荷范围内实现压缩刚度和径向刚度的匹配，满足直升机旋翼系统对弹性轴承压缩刚度、挥舞刚度、扭转刚度和径向刚度的不同设计要求，且该设计自由灵活，结构简单，加工成本低，成型容易。

附图说明

图1是本发明刚度可匹配橡胶支撑轴承第一实施方式的结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是图1的仰视图。

图4为图1的A-A剖视图。

图5为球形金属隔片卷边剖视图。

图6是本发明刚度可匹配橡胶支撑轴承第二实施方式的结构示意图。

图7是图6的B-B剖视图。

其中，1－小接头，2－球形橡胶层，3－球形金属隔片，4－中间过渡金属件，5－平板橡胶层，6－平板金属隔片，7－大接头，8-金属凸台。

具体实施方式

下面对本发明做进一步详细说明。

参见图1～图4，其中，图1是本发明刚度可匹配橡胶支撑轴承第一实施方式的结构示意图，图2是图1的俯视图，图3是图1的仰视图，图4为图1的A-A剖视图。本实施方式中，所述刚度可匹配橡胶支撑轴承包括一组球形金属隔片、若干层平板金属隔片及隔片之间的橡胶层和大小接头、中间过渡金属件。

所述的一组球形金属隔片3经球形橡胶层2硫化粘接成一体后，各球形金属隔片是同球心的，各球形金属隔片的厚度是均匀的，球形金属隔片从小接头到中间过渡金属件之间面积逐渐变大，最小的球形金属隔片与小接头之间、最大的一层球形金属隔片与中间过渡金属件之间及各球形金属隔片之间均通过橡胶层经硫化粘接成一体。

所述的平板金属隔片6的厚度是均匀的，经平板橡胶层5硫化粘接成一体后各隔片之间相互平行，且最下方的平板金属隔片经橡胶层与中间过渡金属件相胶结，最上方的平板金属隔片经橡胶层与大接头相胶结，并经硫化粘接成一体。

所述的大接头7、小接头1、球形金属隔片3、平板金属隔片6及中间过渡金属件4的正中心均开有圆孔，所有金属件经胶层粘接成一个整体后各金属件的中心圆孔同轴。

所述的球形橡胶层2、平板橡胶层5厚度可以相同，也可以不同，各球形橡胶层厚度应保证均匀并同球心，各平板橡胶层5厚度应保证均匀并相互平行。

所述球形金属隔片的层数为4～10层，平板金属隔片为1～6层。所述球形金属隔片3、平板金属隔片6的厚度为0.5mm～2mm，厚度公差控制在±0.1mm，其材质为不锈钢、合金钢、铝合金或钛合金。所述大接头7、小接头1、中间过渡金属件4的材质为不锈钢、铝合金、钛合金。

所述球形金属隔片3在球面与卷边的过渡处应进行圆角处理，如图5所示，在工艺满足的条件下应尽量减小内圆半径R1、外圆半径R2的尺寸，通常R1根据金属件厚度和成型工艺取R0.5mm～R3mm，R2取R0.5mm～R4mm。

本发明的工作原理是：刚度可匹配橡胶支撑轴承的大接头7和小接头1分别与直升机的轴承袖套和柔性梁连接。桨叶旋转引起的动载经柔性梁传递到小接头，然后经各橡胶层逐级传递到大接头，各橡胶层的变形对动载起到缓冲过渡作用，从而减小机身的振动。由于桨叶旋转引起的动载传递到轴承小接头时表现为同时承受离心、扭转、挥舞、径向上的复杂叠加交变载荷，轴承的使用寿命通常表现为橡胶层出现疲劳裂纹并逐渐加深扩展最终导致轴承失效，而橡胶层的疲劳裂纹与叠加交变载荷下的等效应变关系密切，某一方向的刚度过高，会影响轴承的整体减振性能，刚度过低，会导致橡胶层应变过大，降低轴承的使用寿命，因此根据桨叶的实际动载对轴承均会给出各方向的刚度指标要求，本发明在满足轴承接口及基本外观尺寸的前提下，通过控制球形金属隔片胶层总厚度与平板金属隔片胶层总厚度的比例，实现了在较大范围内压缩刚度和径向刚度的匹配，同时对扭转刚度和挥舞刚度没有大的影响，可对轴承提出的不同刚度设计指标进行灵活优化设计，满足刚度性能设计要求。

实施例一

一种刚度可匹配橡胶支撑轴承,如图1～图5所示。小接头1、大接头7、中间过渡金属件4为铝合金材料，球形金属隔片3为不锈钢材料，厚度均为0.6mm，厚度公差范围控制在±0.1mm以内，一组球形金属隔片为7片，从小接头到中间过渡金属件面积逐级增大，各球形金属隔片外缘均带有卷边，在成型过程中通过卷边及中心定位销对隔片定位来精确控制各球形金属隔片保持同球心、同轴，从而保证各球形橡胶层同球心及厚度均匀。

平板金属隔片6为不锈钢材料制成的平板圆形隔片，厚度均为0.6mm，厚度公差范围控制在±0.1mm以内，各平板金属隔片形状及尺寸均相同，平板金属隔片一共2层,各平板橡胶层的厚度均匀性及胶层间的平行度由平板金属隔片平面度及精密成型模具共同保证。另外，大接头与平板橡胶层之间的具有金属凸台，以用于调节控制平板橡胶层厚度。

小接头1中心开有螺纹孔用于装配时连接，螺纹孔贯穿小接头1，在其他金属件的中心开有通孔，球形金属隔片3、平板金属隔片6的中心通孔与其外缘应有良好的同轴性，经橡胶硫化成型后，所有金属件的中心孔保持同轴。

与各球形金属隔片相连接的胶层厚度相同，与各平板圆形隔片相连接的胶层厚度相同，球形橡胶层2总厚度与平板橡胶层5总厚度比值为3.5。

球形金属隔片3在球面与卷边的过渡处进行圆角处理，R1为2mm，R2为3mm。

试验测得该结构轴承的压缩刚度为4660N/mm，径向刚度为236N/mm，压缩刚度与径向刚度的比值为19.7，能够满足较大径向载荷条件下的刚度匹配设计要求。

实施例二

一种刚度可匹配橡胶支撑轴承,如图6、图7所示。小接头1、大接头7、中间过渡金属件4为铝合金材料，球形金属隔片3为不锈钢材料，厚度均为0.6mm，厚度公差范围控制在±0.1mm以内，一组球形金属隔片为7片，从小接头到中间过渡金属件面积逐级增大，各球形金属隔片外缘均带有卷边，在成型过程中通过卷边及中心定位销对隔片定位来精确控制各球形金属隔片保持同球心、同轴，从而保证各球形橡胶层同球心及厚度均匀。

平板金属隔片6为不锈钢材料制成的平板圆形隔片，厚度均为0.6mm，厚度公差范围控制在±0.1mm以内，各平板圆形隔片形状及尺寸均相同，平板圆形隔片一共4层,各平板橡胶层的厚度均匀性及胶层间的平行度由平板金属隔片平面度及精密成型模具共同保证。

小接头1中心开有螺纹孔用于装配时连接，螺纹孔贯穿小接头1，在其他金属件的中心开有通孔，球形金属隔片3、平板圆形隔片6的中心通孔与其外缘应有良好的同轴性，经橡胶硫化成型后，所有金属件的中心孔保持同轴。

与各球形金属隔片相连接的胶层厚度相同，与各平板圆形隔片相连接的胶层厚度相同，球形橡胶层2总厚度与平板橡胶层5总厚度比值为1.5。

球形金属隔片3在球面与卷边的过渡处进行了圆角处理，R1为2mm，R2为3mm。

试验测得该结构轴承的压缩刚度为3070N/mm，径向刚度为120N/mm，压缩刚度与径向刚度的比值为25.6，能够满足较小径向载荷条件下的刚度匹配设计要求。

Claims (5)

1.一种刚度可匹配橡胶支撑轴承，其包括小接头、一组球形金属隔片、中间过渡金属件、若干层平板金属隔片、大接头，所述球形金属隔片（3）由球形橡胶层（2）粘接成一体，且各球形金属隔片为同球心，球形金属隔片从小接头到中间过渡金属件之间面积逐渐变大，最小的球形金属隔片与小接头相连、最大的一层球形金属隔片与中间过渡金属件相连，所述平板金属隔片之间由平板橡胶层（5）粘接为一体，且粘接为一体的平板金属隔片一端与中间过渡金属件相连，另一端与大接头相连，其特征在于：球形橡胶层（2）总厚度与平板橡胶层（5）总厚度比值在1.0～10.0之间，所述球形金属隔片的层数为4～10层，平板金属隔片为1～6层，所述球形金属隔片（3）、平板金属隔片（6）的厚度为0.5mm～1.5mm，厚度公差控制在±0.1mm，单层球形金属隔片胶层厚度和平板橡胶层厚度为0.5mm～2.0mm。

2.根据权利要求1所述的刚度可匹配橡胶支撑轴承，其特征在于：大接头与平板橡胶层之间具有金属凸台。

3.根据权利要求2所述的刚度可匹配橡胶支撑轴承，其特征在于：所述大接头（7）、小接头（1）、球形金属隔片（3）、平板金属隔片（6）及中间过渡金属件（4）的正中心均开有通孔，经胶层粘接成一个整体后各通孔同轴。

4.根据权利要求3所述的刚度可匹配橡胶支撑轴承，其特征在于：所述各球形橡胶层厚度应保证均匀并同球心，各平板橡胶层（5）厚度应保证均匀并相互平行。

5.根据权利要求4所述的刚度可匹配橡胶支撑轴承，其特征在于，球形金属隔片（3）在球面与卷边的过渡处采取圆角处理，R1取R0.5mm～R3mm，R2取R0.5mm～R4mm。