一种无铰式桨毂和直升机的制作方法

1.本发明属于直升机技术领域，尤其涉及一种无铰式桨毂和直升机。


背景技术：

2.无铰或无轴承旋翼的操纵功效高，能够提高直升机的机动性能和跟随性。因此，国内外很多飞机在设计之初会选用无铰式旋翼(bo105或者山猫)或无轴承旋翼(ec135)。
3.目前，现有直升机无铰式桨毂主要是如下形式：采用金属轴承和拉扭条实现，但有如下不足：
4.一方面，现有无铰式桨毂结构复杂，金属轴承需要大量零件用于定位、密封和润滑，保证轴承工作环环境满足使用要求；同时，金属轴承要求零件精度高，配合精密，导致零件机加成本偏高，废品率高；
5.另一方面，现有无铰式桨毂使用金属轴承，金属轴承对于工作环境要求较高，无法在雨水、沙尘、盐雾等恶劣环境工作，需要做大量密封设计，维持轴承工作环境洁净。
6.再一方面，桨毂工作属于大载荷高频周期摆动运动，金属轴承长时间在这种工况下工作会出现磨损、压痕、间隙等问题，总体表现出寿命低的问题。


技术实现要素：

7.鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种无铰式桨毂和直升机，解决了现有技术中无铰式桨毂采用金属轴承金钩复杂、对密封、装配、润滑、精度和工作环境要求高以及长时间工作会出现磨损、压痕和间隙的问题。
8.本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
9.本发明提供了一种无铰式桨毂，包括弹性轴承和桨毂中央件；桨毂中央件设于弹性轴承的外壁，直升机的桨夹设于弹性轴承的内壁；弹性轴承从外至内包括依次套接的外连接层、叠层和内连接层；外连接层与桨毂中央件固定连接；内连接层与桨夹固定连接；叠层包括沿径向交替套接的弹性层和刚性层。
10.进一步地，弹性轴承的数量为2个，桨毂中央件通过2个弹性轴承与桨夹连接。
11.进一步地，叠层的内端面和外端面均为弹性层。
12.进一步地，弹性轴承的形状为圆柱形。
13.进一步地，外连接层包括连接筒体以及设于连接筒体一端且与连接筒体固定连接的连接环；连接筒体的外壁和连接环的侧壁均与桨毂中央件固定连接。
14.进一步地，连接筒体和连接环一体成型。
15.进一步地，还包括拉扭杆，拉扭杆的一端与桨毂中央件固定连接，拉扭杆的另一端与桨夹固定连接。
16.本发明还提供了一种直升机，包括桨叶、夹持桨叶的桨夹以及上述无铰式桨毂。
17.进一步地，桨叶通过主桨配重螺栓与桨夹固定连接。
18.进一步地，直升机为500kg以下的直升机。
19.与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
20.a)本发明提供的无铰式桨毂，在保证相同设计要求和功能要求的基础上，采用弹性轴承取代原有桨毂的金属轴承，能够大大简化无铰式桨毂的结构，有效减少零件种类和数量，无需特殊密封结构，降低零件加工精度，弹性轴承寿命远高于金属轴承，能够有效解决无铰式桨毂采用金属轴承金钩复杂、对密封、装配、润滑、精度和工作环境要求高以及长时间工作会出现磨损、压痕和间隙的问题。
21.b)本发明提供的无铰式桨毂，采用弹性的叠层，能够承受足够的挥舞力和摆振升力，使得叠层具有足够的弹性形变，降低叠层的加工精度，提高叠层的密封性。同时，弹性层的密封性通常大于刚性层，弹性形变的叠层自身就具有一定的密封性，因此，无需做过多的密封设计，能够有效减少弹性轴承的零件数量，提高其环境适应能力。此外，由于弹性层的重量通常小于刚性层的重量，弹性层的设置能够有效降低弹性轴承的整体重量。
22.本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
23.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
24.图1为本发明实施例一提供的无铰式桨毂的结构示意图，为了能够更清楚地了解桨毂与直升机的桨夹之间的连接关系，此图中还示出了直升机的桨夹；
25.图2为本发明实施例一提供的无铰式桨毂与直升机桨夹的连接关系的局部图；
26.图3为本发明实施例一提供的无铰式桨毂中弹性轴承的结构示意图；
27.图4为本发明实施例一提供的无铰式桨毂中弹性轴承的剖视图；
28.图5为本发明实施例二提供的直升机中主桨配重螺栓的结构示意图。
29.附图标记：
30.1-桨叶；2-桨夹；3-主桨螺栓；4-动平衡配重块；5-压紧螺母；6-开口销；7-螺杆；8-桨毂中央件；9-弹性轴承；91-内花键；92-弹性层；93-刚性层；94-连接筒体；95-连接环；96-外花键；97-内连接层；10-拉扭杆。
具体实施方式
31.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明的一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
32.实施例一
33.本实施例提供了一种无铰式桨毂，参见图1至图4，包括弹性轴承9和桨毂中央件8，其中，桨毂中央件8通过弹性轴承9与直升机的桨夹2连接，也就是说，从内至外，桨夹2、弹性轴承9和桨毂中央件8依次套接，桨毂中央件8设于弹性轴承9的外壁，桨夹2设于弹性轴承9的内壁。
34.对于弹性轴承9的结构，具体来说，其为套叠结构的圆柱式弹性轴承，从外至内包括依次套接的外连接层、叠层和内连接层97，其中，外连接层与桨毂中央件8固定连接，内连
接层97与桨夹2固定连接，叠层包括沿径向交替套接的弹性层92(例如，橡胶层)和刚性层93(例如，金属层)。
35.与现有技术相比，本实施例提供的无铰式桨毂，在保证相同的设计要求和功能要求的基础上，采用弹性轴承9取代原有无铰式桨毂的金属轴承，能够大大简化无铰式桨毂的结构，有效减少零件种类和数量，无需特殊密封结构，降低零件加工精度，弹性轴承9的寿命远高于金属轴承，能够有效解决无铰式桨毂采用金属轴承金钩复杂、对密封、装配、润滑、精度和工作环境要求高以及长时间工作会出现磨损、压痕和间隙的问题。
36.具体来说，采用弹性的叠层，能够承受足够的挥舞力和摆振升力，使得叠层具有足够的弹性形变，降低叠层的加工精度，提高叠层的密封性。同时，弹性层92的密封性通常大于刚性层93，弹性形变的叠层自身就具有一定的密封性，因此，无需做过多的密封设计，能够有效减少弹性轴承9的零件数量，提高其环境适应能力。此外，由于弹性层92的重量通常小于刚性层93的重量，弹性层92的设置能够有效降低弹性轴承9的整体重量。
37.示例性地，上述弹性轴承9的形状为圆柱形，也就是说，弹性轴承9为圆柱式弹性轴承9。
38.为了保证桨毂中央件8与桨夹2之间的稳定连接，上述弹性轴承9的数量可以为多个，例如，2个，桨毂中央件8通过2个弹性轴承9与桨夹2连接。
39.在实际应用中，叠层承受桨叶1产生的挥舞力和摆振升力主要是通过弹性层92的内壁与外壁之间的相对周向转动来实现的，但是，值得注意的是，弹性层92的内壁与外壁之间的相对周向转动使得弹性层92的材料会承受剪切作用，这样，一旦弹性层92的内壁与外壁之间的相对周向转动超过弹性层92的材料所能承受的最大剪切力，弹性层92材料会发生破坏，进而导致弹性轴承9整体的破坏，因此，需要对弹性层92的内壁与外壁之间的相对周向转动进行适当的限制，避免其破坏弹性层92，示例性地，与其中一个弹性层92相邻的两个刚性层93之间设有限位花键组件，限位花键组件用于限定弹性层92的内部与外壁之间的相对周向转动。
40.具体来说，定义与弹性层92的内壁相邻的刚性层93为第一刚性层，与弹性层92的外壁相邻的刚性层93为第二刚性层，第一刚性层的外壁沿周向设有多个第一花键凸起，相邻两个第一花键凸起之间为第一花键凹槽，第二刚性层的内壁沿周向设有多个第二花键凸起，相邻两个第二花键凸起之间为第二花键凹槽。第一花键凸起插入第二花键凹槽中，且第一花键凸起的侧壁与第二花键凹槽的侧壁具有第一间隙；第二花键凸起插入第二花键凹槽中，且第二花键凸起的侧壁与第一花键凹槽的侧壁具有第二间隙。需要说明的是，第一间隙与第二间隙中不设置弹性层92。这样，第一花键凸起仅能够在第二花键凹槽中移动，第二花键凸起仅能够在第一花键凹槽中移动，也就是说，弹性层92的内壁与外壁之间的相对周向转动距离为第一间隙和第二间隙中的最小值，从而能够对弹性层92的内壁与外壁之间的相对周向转动进行适当地限制，基本上能够避免弹性层92发生破坏，进而能够提高上述无铰式桨毂的安全性。
41.为了能够保证弹性轴承9与桨毂中央件8之间的稳定连接，对于外连接层的结构，具体来说，其包括连接筒体94以及设于连接筒体94一端且与连接筒体94固定连接的连接环95，实际应用中，连接筒体94和连接环95可以一体成型，连接筒体94的外壁和连接环95的侧壁均与桨毂中央件8固定连接。这样，连接筒体94和连接环95均与桨毂中央件8固定连接，起
到双重连接作用，从而能够保证弹性轴承9与桨毂中央件8之间的稳定连接；此外，需要说明的是，通过连接环95的设置，还能够对弹性轴承9的轴向运动进行一定的限制，从而能够承担一部分桨叶1产生的离心力。
42.需要说明的是，为了保证弹性轴承9具有足够的力学强度，内连接层97和外连接层均为刚性件。
43.示例性地，内连接层97与桨夹2以及外连接层与桨毂中央件8之间均可以通过花键结构实现可拆卸固定连接。具体来说，内连接层97的内壁设有内花键91凸起，其与桨夹2上设置的桨夹2花键凹槽相互配合；外连接层的外壁设有外花键96凸起，其与桨毂中央件8上设置的桨毂中央件8花键凹槽相互配合。
44.需要说明的是，为了便于叠层与内连接层97和外连接层之间的连接，叠层的内端面和外端面均为弹性层92。
45.示例性地，刚性层93的数量为1～3层，弹性层92的数量为2～4层。也就是说，刚性层93的数量为1层，则相应地，弹性层92的数量为2层，叠层包括依次套接的弹性层92、刚性层93和弹性层92；刚性层93的数量为3层，则相应地，弹性层92数量为4层，叠层包括依次套接的弹性层92、刚性层93、弹性层92、刚性层93、弹性层92、刚性层93和弹性层92。
46.值得注意的是，在弹性轴承9中，弹性层92主要用于承受桨叶1产生的挥舞力和摆振升力，刚性层93主要用于保证弹性轴承9的力学强度，刚性层93的设置仅需要保证力学强度即可，因此，刚性层93的径向厚度小于弹性层92的径向厚度。
47.为了保证弹性轴承9具有足够的力学性能，上述弹性轴承9的径向厚度为8～40mm，如8mm、16mm、25mm、36mm或40mm。
48.为了能够实现弹性轴承9的外壁与桨毂中央件8可拆卸固定连接，示例性地，弹性轴承9的外壁设有外花键96，桨毂中央件8的内壁设有中央花键，外花键96与中央花键相互配合实现弹性轴承9的外壁与桨毂中央件8可拆卸固定连接。
49.同样地，为了能够实现弹性轴承9的内壁与桨夹2的可拆卸固定连接，示例性地，弹性轴承9的内壁设有内花键91，桨夹2的外壁设有桨夹2花键，内花键91与桨夹2花键相互配合实现弹性轴承9的内壁与桨夹2的可拆卸固定连接。
50.可以理解的是，为了使上述无铰式桨毂能够承受桨叶1产生的离心力，其还包括拉扭杆10，拉扭杆10的一端与桨毂中央件8固定连接，拉扭杆10的另一端与桨夹2固定连接。通过拉扭杆10的设置，能够对桨毂和桨夹2之间的轴向运动进行限位，从而能够承受桨叶1产生的离心力。
51.实施例二
52.本实施例提供了一种直升机，包括桨叶1、夹持桨叶1的桨夹2以及实施例一提供的无铰式桨毂。
53.与现有技术相比，本实施例提供的直升机的有益效果与实施例一提供的无铰式桨毂的有益效果基本相同，在此不一一赘述。
54.示例性地，上述桨叶1通过主桨配重螺栓与桨夹2固定连接，具体来说，参见图5，主桨配重螺栓包括主桨螺栓3、动平衡配重块4和螺杆7，螺杆7和动平衡配重块4位于主桨螺栓3的螺栓头端，螺杆7的一端与螺栓头固定连接，动平衡配重块4套设于螺杆7上且与螺杆7可拆卸连接。
55.与现有技术相比，本实施例的主桨配重螺栓适用于小型直升机的动平衡调节，需要说明的是，小型直升机是指500kg以下的直升机，其中，动平衡配重块4通过螺杆7设于主桨螺栓3的螺栓头端，在对桨叶1进行拆卸时，动平衡配重块4能够始终与主桨螺栓3一同拆卸安装，从而能够保证动平衡配重块4不会在拆卸过程中丢失，在重新安装桨叶1过程中，也无需重新装配动平衡配重块4，从而能够大大提高直升机的维护效率。
56.同时，由于单独设置螺杆7用于安装动平衡配重块4，能够有效增加动平衡配重块4的安装数量和安装质量，从而提高了直升机的动平衡调节能力。
57.此外，上述主桨配重螺栓的结构能够在现有主桨螺栓3的基础上进行改进，即在主桨螺栓3的螺栓头端固定螺杆7，操作方便简单，适应工业生产和应用。
58.为了减少螺杆7的安装对主桨螺栓3结构上的影响，上述主桨螺栓3与螺杆7的长度比可以控制在3.0～5.0范围内(例如，3.0、3.3、3.6、4.2、4.5或5.0)，示例性地，当主桨螺栓3为90mm时，螺杆7的长度可以为20mm。
59.本实施例的主桨配重螺栓中，动平衡配重块4的配重范围为0～90g，例如，动平衡配重块4的配重为25g、40g、60g、75g或90g。
60.在直升机的飞行过程中或直升机的维护过程中，为了避免动平衡配重块4掉落，上述主桨配重螺栓还包括压紧螺母5，压紧螺母5套设于螺杆7上且与螺杆7螺纹可拆卸连接，压紧螺母5位于动平衡配重块4远离主桨螺栓3的一端。通过压紧螺母5能够对动平衡配重块4的轴向运动进行限位，避免其脱出螺杆7。
61.在实际应用中，反复使用和振动后，压紧螺母5可能也会出现松动或脱落的问题，因此，上述主桨配重螺栓还包括设于螺杆7远离主桨螺栓3一端的开口销6，开口销6与螺杆7可拆卸固定连接，开口销6位于压紧螺母5远离主桨螺栓3的一侧，可以理解的是，螺杆7远离主桨螺栓3的一端设有通孔，开口销6插入通孔中。这样，通过压紧螺母5和开口销6的双重配合，基本上能够防止动平衡配重块4的脱落，从而保证直升机的飞行安全。
62.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种无铰式桨毂，其特征在于，包括弹性轴承和桨毂中央件；所述桨毂中央件设于弹性轴承的外壁，直升机的桨夹设于弹性轴承的内壁；所述弹性轴承从外至内包括依次套接的外连接层、叠层和内连接层；所述外连接层与桨毂中央件固定连接；所述内连接层与桨夹固定连接；所述叠层包括沿径向交替套接的弹性层和刚性层。2.根据权利要求1所述的无铰式桨毂，其特征在于，所述弹性轴承的数量为2个，所述桨毂中央件通过2个弹性轴承与桨夹连接。3.根据权利要求1所述的无铰式桨毂，其特征在于，所述叠层的内端面和外端面均为弹性层。4.根据权利要求1所述的无铰式桨毂，其特征在于，所述弹性轴承的形状为圆柱形。5.根据权利要求1所述的无铰式桨毂，其特征在于，所述外连接层包括连接筒体以及设于连接筒体一端且与连接筒体固定连接的连接环；所述连接筒体的外壁和连接环的侧壁均与桨毂中央件固定连接。6.根据权利要求5所述的无铰式桨毂，其特征在于，所述连接筒体和连接环一体成型。7.根据权利要求1至6所述的无铰式桨毂，其特征在于，还包括拉扭杆，所述拉扭杆的一端与桨毂中央件固定连接，所述拉扭杆的另一端与桨夹固定连接。8.一种直升机，其特征在于，包括桨叶、夹持桨叶的桨夹以及如权利要求1至7任一项所述的无铰式桨毂。9.根据权利要求8所述的直升机，其特征在于，所述桨叶通过主桨配重螺栓与桨夹固定连接。10.根据权利要求9所述的直升机，其特征在于，所述直升机为500kg以下的直升机。

技术总结
本发明公开了一种无铰式桨毂和直升机，属于直升机技术领域，解决了现有技术中无铰式桨毂采用金属轴承金钩复杂、对密封、装配、润滑、精度和工作环境要求高以及长时间工作会出现磨损、压痕和间隙的问题。该无铰式桨毂包括弹性轴承和桨毂中央件；桨毂中央件设于弹性轴承的外壁，直升机的桨夹设于弹性轴承的内壁；弹性轴承从外至内包括依次套接的外连接层、叠层和内连接层；外连接层与桨毂中央件固定连接；内连接层与桨夹固定连接；叠层包括沿径向交替套接的弹性层和刚性层。该无铰式桨毂可用于桨毂和桨夹的连接。毂和桨夹的连接。毂和桨夹的连接。


技术研发人员：孟程 孙涛 张亚军 张瑞芳 田玲 田刚印
受保护的技术使用者：北京中航智科技有限公司
技术研发日：2022.03.25
技术公布日：2023/10/8