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CN1373835A - 混合角面接触滚珠轴承以及包含此种轴承的轴向止推轴承 - Google Patents

混合角面接触滚珠轴承以及包含此种轴承的轴向止推轴承 Download PDF

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CN1373835A
CN1373835A CN00812859A CN00812859A CN1373835A CN 1373835 A CN1373835 A CN 1373835A CN 00812859 A CN00812859 A CN 00812859A CN 00812859 A CN00812859 A CN 00812859A CN 1373835 A CN1373835 A CN 1373835A
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A·J·比贝特
让－皮埃尔·A·卡赫兹
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Abstract

本发明涉及一种滚珠轴承,其中的滚珠轴承(3)在外环(5)的内部轴承槽(4)与内环(7)的外部轴承槽(6)之间成滚动接触,而槽的凹度不是径向定向的,而是基本相互相对倾斜的,若干滚珠(3)通过设置在环(5,7)之间的一保持架(13)而相互隔开,滚珠至少在其表面是由陶瓷制成的,而环(5,7)由钢制成,其上覆有通过阴极喷涂法沉积而成的一层MoSX或TiAlN。本发明可应用于滚珠轴承轴向止动件,特别适用于保持承受离心力的旋转叶片,并且使叶片可相对于旋翼的轴毂改变叶片间距地进行链接。

Description

混合角面接触滚珠轴承以及包含此种轴承的轴向止推轴承
本发明涉及一种角面接触型的滚珠轴承，此种轴承包括一排滚珠，滚珠被设置一钢制外环的一内部轨道槽与一钢制内环的一外部轨道槽之间，并且与轨道槽成滚动接触，该外部槽具有的凹面侧径向地面朝轴承的外侧，而较佳地该凹面侧还轴向地朝着轴承的两侧的其中之一，而内部槽具有的凹面侧径向地面朝轴承的轴线，并且轴向地面朝轴承的另一侧，从而使得两凹槽基本地相互面对着，滚珠在围绕轴承的轴线的圆周方向被设置在两环之间的一滚珠保持架隔开。
更具体地说，本发明涉及一种上述类型的滚珠轴承，准备将该滚珠轴承与其它同样类型的轴承轴向堆叠在一起而安装成一组，从而使用若干高精度的滚珠轴承构成一轴向推力滚珠轴承，具体地说，其精度可达到ABEC7的标准，特别是可以达到航空质量的精度要求。
为了按照相对这些旋翼的轴毂的间距或倾角来链接直升机的尾部旋翼叶片或主旋翼叶片，已采用的是轴向推力滚珠轴承，该轴向推力滚珠轴承同时可与当旋翼转动时引起的离心力相抵而保持住各个叶片，以及使它可以相对于叶毂不连续地转动并且转过相对小的角度范围，从而改变叶片的间距。这种轴向推力轴承由一组轴向堆叠的角面接触滚珠轴承构成，这样它们的角接触是沿与推力滚珠轴承受到负载的方向相一致的方向而成一定角度的。
在用于形成这种轴向推力滚珠轴承的角面接触滚珠轴承中，滚珠与环是用钢制成的。这就存在一个缺点，在由钢制成的滚珠与环之间的接触处的微震摩擦磨蚀现象会引起局部的磨损，其中的磨损程度与叶片的摆动幅度相应，而叶片的摆动幅度则是在特定的频率下根据与间距控制相应的间距而决定的，其中特定的频率例如可为24Hz的量级。在工作时间达到250到350小时量级之后，这种磨损会起抑制作用，然而要求的工作时间可能超过1000小时。这样就需要移开旋翼，取下它们的叶片，换上一组构成轴向推力滚珠轴承的滚珠轴承。出于经济和有助安排的观点考虑，移开及重新配合旋翼以更换推力滚珠轴承的这些操作是非常不利的。
另外，为了避免在外环的外径上以及在内环的孔上的微振腐蚀的现象，已知在改进实践中，人们在内环与外环的相应的表面上镀覆了一层铜。
作为本发明的基础的问题是要提出一种可消除轴承的环上的微震摩擦磨蚀效应的上述类型的滚珠轴承，而且此种轴承还可消除轴向堆叠而形成一轴向止推轴承的多个轴承的外环的外径以及内环的孔径上的摩擦腐蚀效应。
为此，根据本发明的上述类型角面接触滚珠轴承的特点是，滚珠由陶瓷制成，至少在表面处是由陶瓷制成的，而在钢环(5，7，18，20)的整个表面上覆有一层硫化钼(MoSx)或氮化钛铝(TiAlN)。
有利的是，MoSx或TiAlN层是通过喷涂而沉积而成的，这使得该层与各个环的钢的基体形成良好的连接。
同样有利的是，滚珠是烧结的，并且由陶瓷制成，这还可节约10％量级的质量，另外有利的是，该陶瓷至少部分地含有Si3N4或TiC。
因此，此种轴承享人杨顷的接触的材料的优良的润摩性能，也就是说在与直升机旋翼的轴向止推滚珠轴承所承受的那种类型的轴向重负载之下和协同的振动强度，从滚珠的陶瓷以及从钢环的MoSx或TiAlN层可以获得优良的润摩性能。
同样有利的是，外环以及内环的钢选用的是普通的轴承钢，其型号较佳地为100C6或M50。
轴承的滚珠保持架可以为一种已知的结构，保持架可做成一整体，它由合成材料模制而成，并且被对中在滚珠上。
有利的是，保持架的合成材料较佳地为尼龙-6，6，在合成材料中加入了一种带有润滑特性的添加剂，此种添加剂较佳地为硫化钼(MoS2)。这样保持架可构成一种当保持架逐渐磨损时可以向滚珠与轨道槽释放出干膜润滑剂的储集层。
本发明的另一个目的是提供一种轴向止推滚珠轴承，这种轴承的特点在于，该轴向推力轴承包括一组若干个上述所确定的角面接触滚珠轴承，这些轴承一方面通过它们的内环，另一方面通过它们的和外环相互接触而轴向堆叠在一起，它们的角接触沿与止推滚珠轴承轴向负载所在的方向相应的同一个方向而成一定的角度。
此外，为了沿止推滚珠轴承所受到的最小的轴向力的方向预先加上负载，轴向止推滚珠轴承还有利地包括一个附加的角面接触滚珠轴承，该轴承安装在其它的角面接触滚珠轴承的堆叠物的一轴端，并且构成可沿与其它的滚珠轴承受到的负载所在的方向相反的方向对所述轴向堆叠物中的其它滚珠轴承预加载荷的一个轴承。
最后，本发明涉及上述轴向止推滚珠轴承的应用，还涉及按照相对所述旋翼的轴毂的间距而链接直升机旋翼叶片。
本发明的其它的优点与特征将从下文给出的一个示范性的实施例的描述中显而易见地获得，但这些描述并无暗指的限制作用，该示范性的实施例将参照下列附图进行描述，附图分别为：
图1为根据本发明的包括七个角面接触滚珠轴承的一轴向推力滚珠轴承的轴向截面图；
图2为图1的轴向推力轴承的六个相同的负载轴承之一的放大截面图；
图3为图1的轴向推力轴承的第七个滚珠轴承的放大截面图，该第七个滚珠轴承为一预加载荷轴承；
图4以放大的比例示出了图1的一个细节，其中示出了图3的预加载荷轴承的轴向静止地抵靠着六个图2中的负载轴承轴向堆叠而成的轴承组；
图5示出了通过图1所示的轴向推力轴承的六个负载轴承中一个的滚珠轴承罩的轴向截面；
图6以放大的比例示出了图5的截面的下端的细节；以及
图7是沿图6的线VII-VII截取的局部截面图。
图1示出了由轴向堆叠的七个角面接触滚珠轴承构成的一轴向推力轴承，具体地说，该图示出了一组六个相同的并且轴向堆叠的负载轴承1和一个第七角面接触滚珠轴承2，其中第七角面接触滚珠轴承是预加载荷轴承，在图1中它位于六个负载轴承1的组的右侧轴端处。
需指出的是，在推力滚珠轴承中堆叠的轴承的数量直接与此推力滚珠轴承需承受的负载相关，因此，堆叠轴承的数量可以大于或小于七。
如图1、2以及图5到图7所示，各个负载轴承1为一种角面接触滚珠轴承，它包括一排滚珠3，该排滚珠3设置在两条相互面对着的轨道之间，其中一条轨道为外环5的内部轨道槽4，而另一条为内环7的外部轨道槽6。轨道槽4和6具有的通过轴承的轴线X-X的轴向平面上的截面的形状为一圆弧，内部槽4，圆弧的凹面侧，本例中为径向地面朝着轴承1的轴线X-X，并且轴向地或横向地朝着预加载荷轴承2的相对侧，而外部槽6的凹面侧径向地朝着轴承1的外侧，并且轴向或横向地朝着预加载荷轴承2的一侧。这样，对于六个负载轴承1中的每一个，滚珠3在槽4及槽6之间角面接触，并且滚珠3沿中心在轴承1和2轴线X-X上的锥体的母线，即由此沿中心在推力滚珠轴承的轴线X-X上的锥体的母线，抵靠着两槽滚动接触，该圆锥的线在图1的截面图中由平行轴线Y-Y(在图1的顶部)以及Z-Z(在图1的底部)表示。
由于轨道槽4和6的这种几何形状，外部槽6形成在内部环7的两侧面外围部分之间，其中的一部分8位于图1与图2的左侧，该部分8具有的外径比另一个侧面外围部分9的外径大，而内部环7的两侧面外围部分8，9具有相同的内孔或内径。由此，内部轨道槽4形成在外环5两侧面外围部分之间，其中的一部分10位于图1与图2的左侧，它与内环7的侧面外围部分8在同一侧上，该部分10的内孔或内径比同一外环5的另一侧面外围周边部分11的内孔或内径大，而两侧面外围部分10与11具有的外径相同。另外，外环5相对于内环7在与预加载荷轴承2的相同的一侧上轴向地偏移，即，在与推力滚珠轴承所承受的最大的轴向力的作用方向相应的轴向方向(沿推力滚珠轴承的轴线X-X)上偏移。最后，外部环5的侧面外围部分11在它的内部径向部分具有一截头圆锥状的斜面12，该斜面朝着预加载荷轴承2的一侧偏斜，从而使得在一组负载轴承1的轴向堆叠物中，该侧面外围部分11的侧面与相对于它的属于另一个在轴向堆叠物中与之紧挨着的负载轴承1的外环5的侧面外围部分11的侧面轴向接触，但不会受到一个保持架13的干扰，而该滚珠保持架13设置在轴承1的环5和7之间，用于围绕各个轴承1的轴线X-X在圆周方向中将滚珠3隔开。
图5到图7示出的滚珠保持架13是一整体的，它包括一截面大致为矩形的侧面外围部分14，该部分带有一切成斜面的外径向和外侧向的顶点15，该侧面外围部分14大致径向向内(朝着轴线X-X)支承及突出，并且在轴向上离开切成斜面的顶点15；滚珠轴承还包括若干个大致呈圆盘形的突节16，它带有与球形杯状的横向表面相对的凹面，每一个突节可装配在轨道槽4与6之间以及两个相邻的球3之间，从而当滚珠保持架13的侧面外围部件14分别装在内环7与外环5的相应的侧面外围部分8与10之间时，可使滚珠保持架13对中在滚珠3上。
预加载荷轴承2也是一个角面接触滚珠轴承，该轴承的滚珠3与负载轴承的滚珠相同，并且被安装成为两个基本面对面的轨道之间滚动接触，两个轨道之一是外环18的内部轨道槽17，而另一个是内环20的外部轨道槽19。如图1与图3所示，内部轨道槽17的凹面侧径向地面朝轴线X-X，并且轴向或横向地面朝与负载轴承1相对的一侧上的止推滚珠轴承的外侧，由此，内部轨道槽17形成在外环18的两侧面外围部分21与22之间，其中一个外围部分21(在图1与图3的左侧)具有的内孔或内径比另一个外围部分22小，两侧面外围部分21与22具有相同的外径，而内环20的外部轨道槽19的凹面侧径向地面朝外侧，并位于具有相同孔径与相同外径的内环20的两侧面外围部分23与24之间。这就意味着，在预加载荷轴承2的滚珠3与环18和20之间的角面接触相对于径向方向不是如负载轴承1角面接触那样倾斜的，此外，预加载荷轴承2的角面接触沿与负载轴承1的角面接触的相反方向成一定的角度(参见图1)，其中顶部的轴A-A与底部的轴B-B示出了在预加载荷轴承2的环18与20之间的滚珠3的角面接触的锥体在截面中的母线的位置。
预加载荷承轴2的滚珠也是以一个滚珠保持架25沿着圆周方向并围绕轴线X-X被隔开，该保持架25与保持架13的结构类似但又大致关于径向平面对称，该预加载荷承轴2由此被设计成可接收沿与最大的力所施加的方向相对的轴向方向施加在止推滚珠轴承上的最小的轴向力，并且当它以使用结构安装时，该预加载荷轴承2可用来对止推滚珠轴承进行预加载荷。
图1与图4示出了轴向堆叠的负载轴承1与预加载荷轴承2，负载轴承1通过它们的内环7又相互轴向接触，与预加载荷轴承2直接相邻的的负载轴承1还通过内环7轴向抵靠在预加载荷轴承的内环20上，而它的外环18沿与负载轴承1中相同的方向从它的内环20轴向偏移开。这使得外环18通过侧面外围部分21与相邻的负载轴承1的外环5的侧面外围部分11轴向接触，其中侧面外围部分11的12处形成有一斜面。
在这些轴承1和2中，所有的滚珠3都是烧结的，并且由诸如Si3N4或TiC之类的陶瓷制成。轴承1的环5和7以及预加负载轴承2的环18与20由诸如型号为100C6或M50的普通轴承钢制成，并且它们的整个表面覆盖有一层硫化钼(MoSx)，其中的x较佳地等于或接近1.7，或者也可通过喷涂法而附着上一层氮化钛铝(TiAlN)，也就是说通过一种被称为“PVD”(物理蒸汽沉积)的方法，这种方法例如为由德国公司Ceme Con GmbH，Talbotstrasse 21-D-52068 AACHEN Germany实行并注册商标名为“TIHALOX”的方法。喷涂也可以通过实施由法国的CEA(Commissariat àI′Engergie Atomique)的CENG(Centre d′Essais Nucléaires de Grenoble)开发的PVD法而完成，这种名为“MoSx”的方法可以使硫化钼的喷涂获得具有优良硬度的柱状结构组织。
需重点指出的是，在由此获得的混合轴承中，MoSx或TiAlN的覆层不仅存在于轴承1和2的环5、7、18和20的轨道槽4、6、17和9之上，并且还存在于内孔、外径以及这些环轴向相互抵靠所通过的侧面的其它这些表面上。
滚珠3的陶瓷与轴承环的MoSX或TiAlN层的接触具有良好的润摩性能，这样可消除这些环5、7、18和20上的微震摩擦磨蚀的效应。此外，镀在负载轴承1与预加载荷轴承2的外环5和18外径上以及内环7和20的内孔或内径上的铜镀层可以消除摩擦腐蚀的效应，例如可消除在直升机旋翼叶片根套与旋翼毂轴或臂之间摩擦腐蚀效应，其中直升机讫翼叶片根套装有轴向止推滚珠轴承的内环5和18并随之一体转动，而负载轴承1与预加载荷轴承2的内环7和20围绕旋翼毂轴或臂安装且随之一体转动，从而允许通过围绕轴毂的臂或轴的转动来控制叶片的间距。
一体的且分别对中在相应的滚珠上保持架13与25都是用合成材料模制而成的，它可以加入一种添加剂，此添加剂可选择为，当保持架13与25磨耗时，该添加剂可作用滚珠3与环之间干膜润滑剂。
在此实例中，各个保持架13或25有利地用加有MoS2的尼龙-6，6制成，这样保持架13或25可构成一硫化钼的储集层，当保持架13与25逐渐磨耗时，其中的硫化钼可释放出而用作滚珠3与轨道槽之间的干膜润滑剂。
以上描述了在图l中的截面图中所示的轴向止推滚珠轴承，在该轴承中，负载轴承1和预加载荷轴承2的外环5和18、内环7和20、保持架13和25以及若干滚珠3是一种互配合的组件。
本发明的轴向止推轴承可用于通过它的基部抵靠着转动时作用在叶片上的离心力而保持旋翼叶片，而同时又允许叶片根据通过不连续的转动而形成的间距，在与相应的轴毂的径向臂或轴相关的一有限角度的范围内进行链接，在直升机的工作循环中，根据本发明的止推滚珠轴承可以连续运转600个小时，而无需重新加入润滑剂，这大约是由一组普通角面接触止推滚珠轴承组成的止推轴承使用寿命的两倍，并且与之相比，根据本发明的滚珠轴承还可显著地节约质量，减少大约10％的数量级。

Claims (10)

1.一种角面接触型滚珠轴承，该轴承包括一排滚珠(3)，这些滚珠(3)设置在一钢制的外环(5，18)的一内部轨道槽(4，17)与一钢制的内环(7，20)的一外部轨道槽(6，19)之间，并与之成滚动接触，所述外部轨道槽(6，19)的凹面侧径向地面朝轴承(1，2)的外侧，并且较佳地轴向地面朝轴承(1，2)的两侧之一，所述内部轨道槽(4，17)的凹面侧径向地面朝轴承(1，2)的轴线(X-X)，并且轴向地面朝轴承(1，2)的另一侧，这样槽(4，6；17，19)基本相互面对着，滚珠(3)通过设置在环(5，7；18，20)之间的一滚珠保持架(13，25)在围绕轴承的轴线(X-X)的圆周方向被隔开，其特征在于：
滚珠至少在表面处是由陶瓷制成的，而在钢环(5，7，18，20)的整个表面上覆有一层硫化钼(MoSx)或氮化钛铝(TiAlN)。
2.如权利要求1所述的滚珠轴承，其特征在于，MoSx或TiAlN层是通过喷涂而沉积而成的。
3.如权利要求1和2所述的滚珠轴承，其特征在于，滚珠(3)是烧结的，并且由陶瓷制成。
4.如权利要求1至3中任何一项所述的滚珠轴承，其特征在于，陶瓷至少含有部分的Si3N4或TiC。
5.如权利要求1至4中任何一项所述的滚珠轴承，其特征在于，外环(5，18)以及内环(7，20)的钢选用的是普通的轴承钢，较佳地可选用其型号为100C6或M50的普通轴承钢。
6.如权利要求1至5中任何一项所述的滚珠轴承，其特征在于，保持架(13，25)被做成一个零件，它由合成材料模制而成，并且被对中在滚珠(3)上。
7.如权利要求6所述的滚珠轴承，其特征在于，保持架(13，25)的合成材料较佳地为尼龙6，6，在合成材料中加入了一种具有润滑特性的添加剂，此种添加剂较佳地为硫化钼(MoS2)。
8.一种轴向推力轴承，其特征在于，该轴向推力轴承包括一组若干个如权利要求1到7中的任何一项所述的角面接触滚珠轴承(1)，这些轴承(1)一方面通过它们的内环(7)而另一方面通过它们的外环(5)相互轴向接触而堆叠在一起，它们的角接触沿与止推滚珠轴承被轴向施加的负载所在的方向相应的同一个方向而形成一定的角度。
9.如权利要求8所述的轴向止推滚珠轴承，其特征在于，该轴承包括一附加的角面接触滚珠(3)轴承(2)，该轴承(2)安装在其它的角面接触滚珠(3)轴承(1)的堆叠物的一轴向端上，并且构成这样一种轴承，即，它可沿与其它的滚珠轴承(1)受到的负载所在的方向相反的方向对所述轴向堆叠物中的其它滚珠轴承(1)预加载荷。
10.一种如权利要求8和9之一所述的一轴向止推滚珠轴承的应用，以根据与所述旋翼的轴毂相关的间距而链接直升机旋翼叶片。
CN00812859A 1999-09-17 2000-09-14 混合角面接触滚珠轴承以及包含此种轴承的轴向止推轴承 Pending CN1373835A (zh)

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