一种叠层橡胶及金属弹性轴承的制作方法

本发明属于直升机弹性轴承
技术领域：
，具体涉及一种叠层橡胶及金属弹性轴承。
背景技术：
：直升机是国民经济建设的重要力量，尤其在抗震救灾、应急救援中发挥着不可替代的作用。旋翼是直升机的关键动部件，提供直升机飞行所需的升力和操纵力。旋翼技术直接影响直升机的性能，代表直升机的先进程度，也是直升机划代的重要标志。在全铰接式旋翼构型中，由于挥舞铰、摆振铰和变距铰的存在使桨毂中存在大量的各式各样的金属轴承，导致桨毂结构复杂、零件数目多、制造成本高，维护费用昂贵、维护工作量大，而且安全性比较差。为简化桨毂，20世纪60年代初，世界上开始研制旋翼系统用的弹性轴承以取代挥舞铰、摆振铰和变距铰。在球柔性旋翼构型中由弹性轴承实现挥舞铰、摆振铰和变距铰三铰合一的功能。目前在全铰接式、万向铰式、新型无铰式、新型无铰式中均取代金属轴承。采用弹性轴承的球柔性旋翼能够减重35％和减少零部件数量60％，显著提高直升机的性能。弹性轴承已在国内外众多直升机上得到广泛使用，其作为直升机旋翼系统的重要构件，在桨毂和中央件之间起柔性连接作用，通常在一定的径向和扭转及弯曲载荷下使用，减小桨叶旋转过程中对中央件产生的扭转、挥舞、摆振载荷，弹性轴承的各向刚度性能指标对旋翼系统的动态特性有重要影响。有一定径向和扭转及弯曲载荷的弹性轴承通常选用球形金属隔片和球形橡胶体的层层粘合弹性体结构，针对于大扭转角度的应用工况，会对现有的弹性轴承造成较大的应变，大大降低疲劳寿命。经专利检索，与本发明有一定关系的专利主要有以下专利：1、申请号为“201911228082.4”、申请日为“2019.12.04”、公开号为“cn110901953a”、公开日为“2020.03.24”、名称为“一种智能弹性轴承及其状态监控系统”、申请人为“中国直升机设计研究所”的中国发明专利，该智能弹性轴承包括：弹性体隔片、金属隔片和两个接头，其中，一个接头连接桨叶，另一个接头连接桨毂；且在弹性体隔片、金属隔片和两个接头上设置一个空腔，并采用液体或气体填充该空腔；压力传感器的探头连接在空腔内部，接触空腔内的气体或液体，用来监测弹性轴承上的载荷等，从而可根据监测数据判断出弹性轴承是否处于正常状态，或作为反馈信号控制旋翼系统的运行状态。2、申请号为“cn201010550506.1”、申请日为“2010.11.19”、公开号为“cn102011798a”、公开日为“2011.04.13”、名称为“一种球面弹性轴承及成型球面弹性轴承的注胶方法”、申请人为“中国航空工业集团公司北京航空材料研究院”的发明专利，该发明的球面弹性轴承在大接头[1]的中心有一个沿凹球面[1a]的中心线贯通大接头[1]的大接头注胶孔[1b]，大接头注胶孔[1b]的直径不小于球面隔片[3]注胶孔[3a]的直径，大接头注胶孔[1b]与球面隔片[3]注胶孔[3a]同轴连通。该发明的注胶方法，大接头[1]在上面，大接头注胶孔[1b]的外端口朝上，小接头[2]在下面；使用注胶机将橡胶从大接头注胶孔[1b]的外端口注入。本发明降低了注胶阻力，提高了胶液流动性；避免了球面隔片发生变形或叠片；防止了引起橡胶焦烧、橡胶硫化不均、橡胶致密度不足、橡胶与金属隔片粘接失效等问题，从而提高了弹性轴承的性能与疲劳寿命。3、申请号为“cn201010281896.7”、申请日为“2010.09.10”、公开号为“cn101936337a”、公开日为“2011.01.05”、名称为“一种直升机旋翼用球面弹性轴承及其成型方法”、申请人为“中国航空工业集团公司北京航空材料研究院”的中国发明专利，该发明属于控制机械系统等内部的运动/振动的弹性体构件技术，涉及一种直升机旋翼用球面弹性轴承及其成型方法。轴承包括，两个刚性件，第一刚性件的一个端面具有中心凹球面，第一刚性件的侧面开有与直升机旋翼桨叶组件固定连接的螺栓通孔；第二刚性件的一个端面具有与第一刚性件中心凹球面同球心的中心凸球面，第二刚性件的侧面开有与直升机旋翼桨毂中央件固定连接的安装孔；两个刚性件之间设有刚性球面隔片，刚性球面隔片的球心与第一刚性件的中心凹球面相同，刚性球面隔片的中心开有通孔，刚性球面隔片与第一刚性件和第二刚性件之间填充弹性材料。4、申请号为“cn201910283844.4”、申请日为“2019.04.09”、公开号为“cn110081077a”、公开日为“2019.08.02”、名称为“一种高径向稳定弹性轴承”、申请人为“中国航发北京航空材料研究院”的中国发明专利，该发明包括小接头、小接头、若干第一球心球面刚性隔片、若干第一球心球面橡胶层、中间刚性过渡件、若干第二球心球面刚性隔片、若干第二球心球面橡胶层和大接头。该发明的优点是通过球心位置不同的两组同球心球面刚性隔片的设计提高了球面弹性轴承抗径向载荷的稳定性、降低了球面弹性轴承靠近小接头侧橡胶层的应变能密度，从而大幅提高球面弹性轴承的整体寿命。5、申请号为“cn201510290035.8”、申请日为“2015.05.29”、公开号为“cn105156470a”、公开日为“2015.12.16”、名称为“一种弹性轴承等刚度设计方法”、申请人为“中国航空工业集团公司北京航空材料研究院”的中国发明专利，该发明属于弹性轴承结构设计技术，涉及一种同球心橡胶-金属叠层结构橡胶弹性轴承的等刚度设计方法。该发明针对球形橡胶-金属叠层结构弹性轴承的不同承载条件，提出了弹性轴承胶层的等压缩刚度、等扭转刚度、等弯曲刚度的设计计算方法，通过对弹性轴承各胶层的等压缩刚度、等扭转刚度、等弯曲刚度设计，可实现弹性轴承在单轴压缩载荷、扭转载荷、弯曲载荷下各胶层的近似等应变，使各胶层均匀产生变形，从而使各胶层的疲劳寿命近似一致，避免局部胶层提前破坏，提高弹性轴承的整体疲劳寿命。6、申请号为“cn201410727993.2”、申请日为“2014.12.03”、公开号为“cn104632885a”、公开日为“2015.05.20”、名称为“一种橡胶弹性轴承”、申请人为“中国航空工业集团公司北京航空材料研究院”的中国发明专利，该橡胶弹性轴承，包括一个金属的大接头(1)，一个金属的小接头(2)，若干层球形金属隔片(3)及若干层橡胶(4)，金属大接头及金属小接头与金属隔片之间通过橡胶层粘接在一起，相邻的金属隔片通过橡胶层粘接在一起，所有金属隔片同一截面的外缘近似处于一条直线或折线上。该发明具有使弹性轴承增加压缩刚度和径向刚度的同时减小扭转刚度和弯曲的特点，有助于提高橡胶弹性轴承的动态性能和疲劳寿命。7、申请号为“cn201320764172.7”、申请日为“2014.08.26”、公开号为“cn204041733u”、公开日为“2014.12.24”、名称为“一种弹性轴承”、申请人为“中国直升机设计研究所”的实用新型专利，该实用新型属于机械设计技术，涉及到一种用于直升机旋翼上的弹性轴承。一种弹性轴承，包括大接头[1]、小接头[3]和弹性体叠层[2]，所述弹性体叠层[2]圆锥台的锥面部分外轮廓为收腰圆椎型。该实用新型可以根据需要对胶层面积进行调整，解决了单纯依靠胶层厚度调节无法实现弹性体叠层橡胶所有胶层绕y、z方向的在一定载荷作用下剪应变大致相当的问题。8、申请号为“cn200910153128.0”、申请日为“2009.09.17”、公开号为“cn101666359a”、公开日为“2010.03.10”、名称为“弹性轴承及其制备方法”、申请人为“浙江省三门县世泰实业有限公司”的中国发明专利，该发明包括位于两端的第一连接件和第二连接件，其特征在于第一连接件和第二连接件之间粘结有具有缓冲和减震功能的多层橡胶片，并且，橡胶片之间间隔粘结有金属衬片。本发明还公开了该弹性轴承的制备方法。与现有技术相比，该发明的优点在于：由于采用橡胶片结合金属衬片作为连接用，橡胶片具有弹性，而金属衬片又能保证连接的强度和承载能力，这样的结构对于强大的冲击力具有减震和缓冲功能，而且，对于瞬间产生的噪音具有吸收降噪功能。9、申请号为“cn201120564752.2”、申请日为“2011.12.22”、公开号为“cn202402478u”、公开日为“2012.08.29”、名称为“一种球面弹性轴承”、申请人为“中国直升机设计研究所”的实用新型专利，该实用新型属于直升机部件设计技术，该实用新型属于直升机部件设计
技术领域：
，特别是涉及对用于直升机桨毂的球面弹性轴承的改进。它由大接头[1]、小接头[2]、5～30个不同心叠放的金属隔片[3]和硫化连接大接头[1]与金属隔片[3]、相邻两个金属隔片[3]以及金属隔片[3]与小接头[2]的橡胶层[4]组成，当在大接头[1]和小接头[2]之间施加一定的压力时，所有橡胶层[4]受压后，各球冠表面的球心都重合到小接头[2]的球心o处，保证各橡胶层[4]的挤压变形量一致。10、申请号为“cn201510895207.4”、申请日为“2015.12.08”、公开号为“cn105757118a”、公开日为“2016.07.13”、名称为“一种抗径向载荷长寿命橡胶支撑轴承”、申请人为“中国航空工业集团公司北京航空材料研究院”的中国发明专利，该发明包括小接头、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，该发明的优点是通过对平板胶层的层数、厚度及面积优化设计在保证轴承刚度性能要求的同时可大幅提高轴承抗侧向变形的能力，从而大幅提高轴承的整体寿命。11、申请号为“cn201210311010.8”、申请日为“2012.08.28”、公开号为“cn102829079a”、公开日为“2012.12.19”、名称为“一种刚度可匹配橡胶支撑轴承”、申请人为“中国航空工业集团公司北京航空材料研究院”的发明专利，该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。上述专利大都是采用球形的叠层橡胶，没有公开由圆柱叠层橡胶与球形叠层橡胶组合的技术方案；而公开号为cn105757118a和cn102829079a专利采用了平面叠层橡胶与碗形叠层橡胶组合的技术方案，主要是用于承受垂直载荷的支撑轴承，其技术方案和解决的技术问题与本发明不同。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是针对现有球形橡胶体疲劳寿命低的缺陷，提供一种能够承受较大扭转角度、具有良好的扭转疲劳性能的叠层橡胶和金属弹性轴承。为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种叠层橡胶，由若干金属隔片与橡胶间隔叠合构成，所述叠层橡胶包括：圆柱部分及球形部分。利用圆柱部分可以承受更大的扭转角度和更低的扭转应变的特点，利用球形部分具有良好的径向、扭转、弯曲和轴向承载能力的特点，通过圆柱部分与球形部分组合的方式，实现叠层橡胶具有高扭转能力，以提高扭转疲劳性能。进一步地，所述球形部分处在圆柱部分外侧。使圆柱部分的半径较小、扭转刚度较小，使圆柱部分在扭转运动能够承受较大的扭转角度，以提高扭转承载能力。进一步地，所述球形部分与圆柱部分之间设置有过渡金属隔片，所述球形部分通过过渡金属隔片与圆柱部分连接。进一步地，所述圆柱部分若干圆柱金属隔片与圆柱橡胶层间隔叠合而成。进一步地，所述球形部分若干球形金属隔片与球形橡胶层间隔叠合而成。本发明还涉及一种弹性轴承，包括：内接头、外接头及设置在内接头、外接头之间的叠层橡胶，所述叠层橡胶包括圆柱部分及球形部分，所述球形部分处在圆柱部分外侧，所述球形部分与圆柱部分之间设置有过渡金属隔片，所述球形部分通过过渡金属隔片与圆柱部分连接。由于采用了由圆柱部分与球形部分组合的叠层橡胶，使得弹性轴承具有较好的扭转能力和扭转疲劳性能，可以适应较大的径向载荷，同时还具有较好的弯曲和轴向承载能力，以满足直升机对弹性轴承扭转疲劳性能的要求，保证飞行安全。进一步地，所述圆柱部分包括：4层圆柱金属隔片与5层圆柱橡胶层，最里层的圆柱金属隔片通过圆柱橡胶层与内接头的外壁连接。进一步地，所述圆柱橡胶层的厚度为1～1.5mm。采用较厚的橡胶层有利于大角度扭转运动。进一步地，所述球形部分包括：8层球形金属隔片与9层球形橡胶层，最外层的球形金属隔片通过球形橡胶层与外接头的外壁连接。进一步地，所述球形橡胶层的厚度为0.8～1.2mm。本发明的有益效果为：本发明的叠层橡胶设置有圆柱部分及球形部分，利用圆柱部分可以承受更大的扭转角度和更低的扭转应变，球形部分具有良好的径向、扭转、弯曲和轴向承载能力的特点，通过圆柱部分与球形部分组合的方式，使叠层橡胶具有高扭转能力，以提高叠层橡胶的扭转疲劳性能。本发明的弹性轴承由于采用了由圆柱部分与球形部分组合的叠层橡胶，使得弹性轴承具有较好的扭转能力和扭转疲劳性能，可以适应较大的径向载荷，同时还具有较好的弯曲和轴向承载能力，以满足直升机对弹性轴承扭转疲劳性能的要求，保证飞行安全。附图说明图1为叠层橡胶的剖视结构示意图，图2为圆柱金属隔片剖视结构示意图，图3为圆柱金属隔片立体结构示意图，图4为过渡金属隔片剖视结构示意图，图5为过渡金属隔片立体结构示意图，图6为球形金属隔片剖视结构示意图，图7为球形金属隔片立体结构示意图，图8为不同结构的叠层橡胶扭转角度对比图，图9为不同结构的叠层橡胶扭转应变对比图，图10为弹性轴承正视结构示意图，图11为弹性轴承俯视结构示意图，图12为弹性轴承剖视结构示意图，图13为弹性轴承立体结构示意图，图14为内接头剖视结构示意图，图15为内接头立体结构示意图，图16为外接头剖视结构示意图，图17为外接头立体结构示意图，图中：1—叠层橡胶、a—圆柱部分、a1—圆柱金属隔片、a2—圆柱橡胶层、b—过渡金属隔片、c—球形部分、c1—球形金属隔片、c2—球形橡胶层、2—内接头、21—外壁、3—外接头、31—内壁。具体实施方式下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的描述：本发明的叠层橡胶1如图1所示：包括：圆柱部分a及球形部分c；所述圆柱部分a若干圆柱金属隔片a1与圆柱橡胶层a2间隔叠合而成；所述球形部分c若干球形金属隔片c1与球形橡胶层c2间隔叠合而成；所述球形部分c通过过渡金属隔片b与圆柱部分a连接。圆柱金属隔片a1如图2至3所示：圆柱金属隔片a1由金属管材/或金属棒材机加工而成，每层圆柱金属隔片a1的直径不同，不同直径的圆柱金属隔片a1和圆柱橡胶层a2像俄罗斯套娃一样间隔叠合粘接在一起，形成叠层橡胶1的圆柱部分a；也可以采用硫化的方式将圆柱金属隔片a1与圆柱橡胶层a2固化连接。其中圆柱橡胶层a2的厚度为1～1.5mm。过渡金属隔片b如图4至5所示：过渡金属隔片b由金属管材/或金属棒材机加工成球形圆环，圆环的内圈为圆柱形、外圈为球形，过渡金属隔片b的内圈通过圆柱橡胶层a2与圆柱部分a弹性连接，过渡金属隔片b的外圈通过球形橡胶层c2与球形部分c弹性连接，从而将圆柱部分a与球形部分c连接形成叠层橡胶1。球形金属隔片c1如图6至7所示：球形金属隔片c1由金属管材/或金属棒材机加工成球形圆环，每层球形金属隔片c1的直径不同，不同直径的球形金属隔片c1和球形橡胶层c2像俄罗斯套娃一样间隔叠合粘接在一起，形成叠层橡胶1的球形部分c；也可以采用硫化的方式将球形金属隔片c1与球形橡胶层c2固化连接。其中球形橡胶层c2的厚度比圆柱橡胶层a2薄，球形橡胶层c2的厚度为0.8～1.2mm。本发明的叠层橡胶1不同于现有的球形叠层橡胶结构，而是采用圆柱—球形组合的叠层橡胶结构，圆柱部分a处在内圈，球形部分c处在外圈。圆柱叠层橡胶结构能够承受较大的径向荷载，同时圆柱部分a的圆柱橡胶层a2较厚，可以承受更大的扭转角度和更低的扭转应变。根据《弹性杆端性能计算方法及验证》和《橡胶件的工程设计应用》中的计算方法，对采用球形叠层橡胶结构和采用圆柱—球形组合的叠层橡胶结构分别进行了计算，当施加力矩使上述两种叠层橡胶结构分别产生20°的总扭转角度时，上述两种叠层橡胶结构每层扭转角度对比表如表一和图8所示；上述两种叠层橡胶结构每层扭转应变对比表如如表二和图9所示。表一：叠层橡胶扭转角度20°时每层扭转角度对比表橡胶层数球面结构扭转角度圆柱—球面组合结构扭转角度12.023.3821.832.5431.902.4541.732.1051.581.8161.400.9971.451.0281.330.9491.230.87101.230.86111.130.80121.060.74131.040.73141.060.75总扭转角度20°20°表二：叠层橡胶扭转角度20°时每层扭转应变对比表橡胶层数球面结构扭转应变圆柱—球面组合结构扭转应变12.452.0422.292.0432.151.8642.011.6951.891.5461.731.2271.641.1681.551.0991.471.04101.360.96111.290.91121.240.87131.140.80141.090.77平均应变1.671.29变化率-23%从上述图表可以看出：这种圆柱—球形组合的叠层橡胶结构的圆柱部分a可以承受更大的扭转角度和具有较低的扭转应变，其每层的平均应变比现有的球形叠层橡胶结构降低了23%，由于疲劳性能主要受橡胶材料本身和应变大小影响，减小扭转应变可提升扭转疲劳性能。弹性轴承如图10至13所示：包括：内接头2、外接头3及设置在内接头2、外接头3之间的叠层橡胶1，所述叠层橡胶1采用上述由圆柱部分a与球形部分c组合的叠层橡胶结构。使得弹性轴承具有较好的扭转能力和扭转疲劳性能，可以适应较大的径向载荷，同时还具有较好的弯曲和轴向承载能力。内接头2如图14至15所示：所述内接头2为圆环体，外壁21为圆柱形，内壁为碗形，采用金属材料加工而成。外壁21通过圆柱橡胶层a2与叠层橡胶1弹性连接。外接头3如图16至17所示：所述外接头3为圆环体，外壁为圆柱形，内壁31为球形，采用金属材料加工而成。内壁31通过球形橡胶层c2与叠层橡胶1弹性连接。本发明的弹性轴承由于采用了由圆柱部分a与球形部分c组合的叠层橡胶1，使得弹性轴承具有较好的扭转能力和扭转疲劳性能，可以适应较大的径向载荷，同时还具有较好的弯曲和轴向承载能力，以满足直升机对弹性轴承扭转疲劳性能的要求，保证飞行安全。综上所述：本发明的有益效果为：本发明的叠层橡胶设置有圆柱部分及球形部分，利用圆柱部分可以承受更大的扭转角度和更低的扭转应变，球形部分具有良好的径向、扭转、弯曲和轴向承载能力的特点，通过圆柱部分与球形部分组合的方式，使叠层橡胶具有高扭转能力，以提高叠层橡胶的扭转疲劳性能。本发明的弹性轴承由于采用了由圆柱部分与球形部分组合的叠层橡胶，使得弹性轴承具有较好的扭转能力和扭转疲劳性能，可以适应较大的径向载荷，同时还具有较好的弯曲和轴向承载能力，以满足直升机对弹性轴承扭转疲劳性能的要求，保证飞行安全。以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关
技术领域：
的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化或变换，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的保护范围，本发明的保护范围应该由各权利要求限定。当前第1页12