一种高侧向刚度粘弹性减摆器的制作方法

1.本技术涉及航空领域，具体涉及一种高侧向刚度粘弹性减摆器。


背景技术：

2.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。摆振阻尼器是旋翼系统的关键功能构件，粘弹性减摆器既能为桨叶摆阵运动提供阻尼，又能为桨叶摆阵运动附加摆阵刚度，对桨叶的一阶摆阵固有频率进行合理的匹配，避免发生共振。旋翼系统高速旋转产生的交变载荷，是直升机重要的振动载荷源，随着直升机吨位增大，旋翼摆阵载荷会增大，粘弹性减摆器受到的径向载荷和轴向载荷也均会增大。目前7吨级及以上的中型直升机旋翼用粘弹性减摆器均依赖进口，国内尚属空白。使用低吨位直升机用的国产粘弹性减摆器在大载荷下会出现偏心失稳，致使橡胶层性能迅速下降而提前疲劳失效。
3.为此，提出本发明。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于提供一种高侧向刚度粘弹性减摆器，解决了现有技术中在大径向载荷下内外筒偏心，使用寿命短的问题。
5.为了实现以上目的，本发明提供了以下技术方案。
6.一种高侧向刚度粘弹性减摆器，其包括壳体以及位于所述壳体内部的粘弹性减摆器硫化件；
7.其中，所述粘弹性减摆器硫化件包括嵌套的外筒和内筒，所述内筒的外壁和外筒的内壁之间通过阻尼橡胶层粘接；并且所述内筒的外壁以及所述外筒的内壁都设有凸台，使得所述阻尼硅橡胶层沿内筒的轴向呈中间薄两端厚的形状。
8.本发明的工作原理是：高侧向刚度粘弹性减摆器两端装有带柄轴承，安装于直升机旋翼的两个桨叶支臂之间。旋翼工作运动时，高侧向刚度粘弹性减摆器承受旋翼高速旋转产生的离心力，即径向力；同时主要还承受着桨叶摆振运动产生的轴向剪切力。高侧向刚度粘弹性减摆器刚度可调整桨叶一阶摆振频率，使其避开发生地面共振的区域；其阻尼可确保在地面及飞行中桨叶摆振运动的稳定性；停机状态约束桨叶摆振方向的运动。当圆筒式粘弹性减摆器采用同样的阻尼橡胶时，减小粘弹性减摆器阻尼橡胶层的胶层厚度，粘弹性减摆器的径向刚度和轴向刚度均将增大。粘弹性减摆器在相同位移承载条件下，随着橡胶层厚度增加，胶层的应变能密度将下降。采用两端胶层厚中间胶层薄的橡胶层结构形状设计，一方面提高了圆筒式粘弹性减摆器的径向刚度和轴向刚度，即提高了抗径向载荷和轴向载荷的能力；另一方面降低了橡胶层两端的应变能密度；同时阻尼橡胶为大载荷下的桨叶摆阵运动提供阻尼。对于同样的阻尼橡胶材料来说，其受到的应变能密度越小则疲劳性能越好，即到达疲劳失效的时间越长，对于粘弹性减摆器则是疲劳寿命越长。
9.以上粘弹性减摆器凸台的形状及阻尼橡胶层结构的形状尺寸对减摆器在不同受
力状态下的应变分布曲线不同，因此可以通过优化阻尼橡胶层及凸台的基本结构参数来进一步提高轴向静刚度、径向刚度、动态弹性刚度、动态阻尼刚度和延长疲劳寿命，具体如下优选的方案。
10.进一步地，所述阻尼橡胶层两端的厚度do是中间厚度di的1.05～2倍，所述中间厚度di为所述阻尼橡胶层中心的厚度。
11.进一步地，以平行于所述内筒的径向的线为对称轴，所述阻尼橡胶层呈轴对称形状。
12.进一步地，所述凸台包括：位于中间的等腰梯形凸段，以及所述凸段两侧分别延伸出的平坦段；所述平坦段延伸至所述内筒和所述外筒的嵌套边沿。
13.进一步地，所述凸台的每端平坦段lo占所述凸台的总长度l的5％～25％。
14.进一步地，所述的阻尼橡胶层为高阻尼硅橡胶，其阻尼系数为0.45～0.7。
15.进一步地，所述粘接为高温硫化粘接。
16.进一步地，所述壳体、所述外筒和所述内筒均采用金属。
17.综上，与现有技术相比，本发明达到了以下技术效果：
18.本发明将阻尼橡胶层设计成两端胶层厚度大且具有一定长度，降低了粘弹性减摆器橡胶层两端的应变能密度，相应地将内筒外部和外筒内部进行凸台结构设计提高了粘弹性减摆器的抗径向载荷能力，同时中间部分橡胶层厚度的减小匹配了高阻尼系数的硅橡胶，为大载荷下的桨叶摆阵运动提供阻尼，大载荷下粘弹性减摆器的使用寿命提高了3倍左右，大大提高了旋翼系统的可靠性，减少维修成本。
19.上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本技术的具体实施方式。
附图说明
20.通过阅读对下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本技术的限制。而且在全部附图中，用相同的附图标号表示相同的部件。在附图中：
21.图1是现有圆筒式粘弹性减摆器对比方案剖面图。
22.图2是本发明粘弹性减摆器结构实施方案的等轴测视图。
23.图3是图2的俯视图。
24.图4是图3的a-a剖视图。
25.附图标记：
26.1－壳体，2－粘弹性减摆器硫化件，3－内筒，4－外筒，5－阻尼橡胶层。
具体实施方式
27.下面将结合附图对本技术技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本技术的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本技术的保护范围。
28.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的
技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术；本技术的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
29.在本技术实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。在本技术实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
30.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
31.在本技术实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
32.在本技术实施例的描述中，术语“多个”指的是两个以上(包括两个)，同理，“多组”指的是两组以上(包括两组)，“多片”指的是两片以上(包括两片)。
33.在本技术实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术实施例中的具体含义。
34.现有技术中的粘弹性减摆器如图1所示，其对内外筒之间填充的弹性材料没有特殊的结构设计，无法满足高吨位飞行器的减摆要求，容易出现在大径向载荷下内外筒偏心问题，使用寿命短。
35.为此，本发明提供了如图2-4所示的粘弹性减摆器实施方式的结构示意图，图3是图2的俯视图，图4是图3的a-a剖视图。
36.本发明中，所述粘弹性减摆器包括壳体1以及位于所述壳体1内部的粘弹性减摆器硫化件2。其中，所述粘弹性减摆器硫化件2包括嵌套的外筒4和内筒3，所述内筒3的外壁和外筒4的内壁之间通过阻尼橡胶层5粘接；并且所述内筒3的外壁以及所述外筒4的内壁都设有凸台3a、4a，使得所述阻尼橡胶层5沿内筒3的轴向呈中间薄两端厚的形状。
37.本发明中壳体1和粘弹性减摆器硫化件2可以通过温差装配等方式进行组装成一体。
38.首先设计粘弹性减摆器内部不同的阻尼橡胶层5结构形状方案，通过考察不同结构形状方案的粘弹性减摆器刚度特性和阻尼橡胶层5在不同受力状态下的应变分布曲线，查看不同设计方案的刚度值是否满足设计指标要求，在满足刚度技术指标的结构方案中对阻尼橡胶层5的应变分布曲线进行综合比较，最终确定阻尼橡胶层的基本结构参数。
39.在一些优选的实施方式中，所述阻尼橡胶层5两端的厚度do是中间厚度di的1.05～2倍，所述中间厚度di为所述阻尼橡胶层中心的厚度。
40.在一些优选的实施方式中，以平行于所述内筒3的径向的线为对称轴，所述阻尼橡胶层5呈轴对称形状。
41.在一些优选的实施方式中，所述凸台3a、4a包括：位于中间的等腰梯形凸段，以及所述凸段两侧分别延伸出的平坦段；所述平坦段延伸至所述内筒3和所述外筒4的嵌套边沿。
42.在一些优选的实施方式中，所述凸台3a、4a的每端平坦段lo占所述凸台的总长度l的5％～25％。
43.在一些优选的实施方式中，所述的阻尼橡胶层5为高阻尼硅橡胶，其阻尼系数为0.45～0.7。
44.在一些优选的实施方式中，所述粘接为高温硫化粘接。
45.在一些优选的实施方式中，所述壳体1、所述外筒4和所述内筒5均采用金属。
46.基于以上基本方案和变形的优化方案，本发明还提供了以下三个实施例，考察其轴向静刚度、径向刚度、动态弹性刚度、动态阻尼刚度、疲劳寿命等性能。这些实施例均采用如图2-4的结构，区别仅在于尺寸参数有差异。
47.实施例1
48.一种粘弹性减摆器，如图2～图4所示。金属壳体1、金属内筒3及金属外筒4为铝合金材料。阻尼橡胶层5采用高阻尼硅橡胶胶料，阻尼系数0.55。
49.阻尼橡胶层5两端厚度do为16mm，中间厚度di为10mm，阻尼橡胶层总长度l为240mm，两端胶层长度lo为25mm。
50.实施例2
51.一种粘弹性减摆器,如图2～图4所示。金属壳体1、金属内筒3及金属外筒4为铝合金材料。阻尼橡胶层5采用高阻尼硅橡胶胶料，阻尼系数0.35。
52.阻尼橡胶层5两端厚度do为16mm，中间厚度di为10mm，阻尼橡胶层总长度l为240mm，两端胶层长度lo为25mm。
53.实施例3
54.一种粘弹性减摆器,如图2～图4所示。金属壳体1、金属内筒3及金属外筒4为铝合金材料。阻尼橡胶层5采用高阻尼硅橡胶胶料，阻尼系数0.55。
55.阻尼橡胶层5两端厚度do为15mm，中间厚度di为10mm，阻尼橡胶层总长度l为240mm，两端胶层长度lo为10mm。
56.实施例4
57.一种粘弹性减摆器,如图2～图4所示。金属壳体1、金属内筒3及金属外筒4为铝合金材料。阻尼橡胶层5采用高阻尼硅橡胶胶料，阻尼系数0.55。
58.阻尼橡胶层5两端厚度do为15mm，中间厚度di为6mm，阻尼橡胶层总长度l为240mm，两端胶层长度lo为30mm。
59.对比例1
60.一种粘弹性减摆器,如图2～图4所示。金属壳体1、金属内筒3及金属外筒4为铝合金材料。阻尼橡胶层5采用高阻尼硅橡胶胶料，阻尼系数0.55。
61.阻尼橡胶层为等厚度的圆筒状，总长度l为240mm，胶层厚度为16mm。
62.实施例和对比例的粘弹性减摆器性能如下表1所示。
63.表1
[0064][0065][0066]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本技术的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本技术并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。