阅读说明：本技术 连接元件以及用于制造这种连接元件的环的方法 (Connecting element and method for producing a ring of such a connecting element ) 是由 J-B.考德特 A.蒙德林 A.图莫 于 2020-03-04 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种连接元件(1；20),包括第一环(3；22)和第二环(2；21),两个环绕中心轴线(X1；X20)相对于彼此旋转,第一环(3；22)包括具有用于所述相对旋转的与第二环(2；21)相互作用的接触表面(9；28)的接触部分(3-1；22-1)和旨在刚性地固定到支撑件上的紧固部分(3-2；32)。所述接触部分(3-1；22-1)由第一材料制成,所述紧固部分(3-2；32)由与第一材料不同的第二材料制成,第一材料的硬度严格大于第二材料,第二材料的结构疲劳强度严格大于第一材料。(The invention relates to a connecting element (1; 20) comprising a first ring (3; 22) and a second ring (2; 21), the two rings rotating relative to each other about a central axis (X1; X20), the first ring (3; 22) comprising a contact portion (3-1; 22-1) having a contact surface (9; 28) for said relative rotation interacting with the second ring (2; 21) and a fastening portion (3-2; 32) intended to be rigidly fixed to a support. The contact portion (3-1; 22-1) is made of a first material, the fastening portion (3-2; 32) is made of a second material different from the first material, the first material having a hardness strictly greater than the second material, and the second material having a structural fatigue strength strictly greater than the first material.)

连接元件以及用于制造这种连接元件的环的方法

技术领域

本发明涉及一种具有由多种材料制成的环的连接组件，比如具有例如用于燃气轮机的鼠笼的轴承组件，或者诸如球窝接头的铰接连接。最后，本发明还涉及一种用于制造由多种材料制成的这种环的方法。

背景技术

在航空工业中，已知使用金属球窝接头形式的铰接连接来固定相对彼此平移的两个构件，比如连杆和结构部件，同时允许这些构件的相对旋转运动。

这种球窝接头通常包括均由金属制成的内环和外环。内环的内部表面设计成安装在轴上，而外部表面基本上是球形的并且设计成与外环的相应内部表面相互作用。因此，内环和外环具有三个相互旋转自由度，而在平移时彼此固定。

外环可具有径向向外延伸的紧固凸缘，所述凸缘旨在例如通过贯通螺钉刚性地固定到固定支撑件上。这样的外环被制成单件。然而，外环所需的特性和性能是双重的：由于轴承接触，与内环相对接触运动的内部表面具有高硬度和高疲劳强度，同时具有一定程度的柔性和对紧固凸缘的高承受力。

具有例如用于燃气轮机的鼠笼的轴承组件遇到类似的问题。

这种轴承组件包括具有内部滚道的内环、具有外部滚道的外环以及容纳在所述内部和外部滚道之间的多个滚子元件。外环还具有从所述外环轴向延伸的鼠笼，外环和鼠笼制成一体。鼠笼具有用于紧固至固定支撑件的边缘，例如通过贯穿螺钉。鼠笼还包括轴向中间部分，其具有周向分布的多个窗口，以使笼具有一定程度的柔性，以承受组件的各种类型的振动。还已知在外环和固定支撑件的表面之间设置润滑剂膜，所述膜容纳在两个密封件之间的密封室中，以过滤振动。

当前，通过使用具有对于连接组件的这种环的技术和结构要求而言令人满意的性能的金属来达成折衷。例如，这些环可以由M50NiL制成，滚道也可以硬化。

发明内容

本发明旨在克服上述缺点。

更特别地，本发明旨在提供一种具有环的连接元件，该环的滚道具有改进的特定性能，该连接元件还具有带有改进特定性能的紧固部分，而在任一侧上都没有折衷，所述连接元件更便宜、易于制造且更轻巧

本发明涉及一种连接元件，包括第一环和第二环，两个环绕中心轴线相对于彼此旋转。第一环包括具有用于所述相对旋转的与第二环相互作用的接触表面的接触部分和旨在刚性地固定到支撑件上的紧固部分。

根据本发明，所述接触部分由第一材料制成，所述紧固部分由与第一材料不同的第二材料制成。第一材料的硬度严格大于第二材料。第二材料的结构疲劳强度严格大于第一材料。

根据本发明的另一有利但非强制性的特征，这种连接元件是铰接连接，并且还可以包括以下特征，单独地或以任何技术上可行组合地使用：

-第一环的接触部分的接触表面与第二环的接触表面直接滑动接触。

-接触表面为球形。

-连接元件是球窝接头。

-第一材料是下列材料之一：青铜、钢、钴合金、钛合金、镍合金。

-第二材料是下列材料之一：钛合金、铝合金、镍合金。

-第一环的紧固部分包括环形凸缘。

-凸缘径向延伸。

-第一环的紧固部分包括多个通孔，每个通孔用于接收紧固螺钉，以便刚性地固定到支撑件。

根据本发明的另一有利但非强制性的特征，这种连接元件是具有滚子元件的轴承，并且还可以包括以下特征，单独地或以任何技术上可行组合使用：

-至少一排滚子元件***在第一环的接触部分的接触表面和第二环的接触表面之间。

-第一材料是下列材料之一：100C6、高速钢M50、ASP2060或M62。

-第二材料是下列材料之一：低碳钢、中碳钢、钛合金、铝合金、M50NiL、32CVD13和INCONEL718。

-第一环是外环，第二环是内环。

-第一环的紧固部分是鼠笼。

-鼠笼包括紧固边缘和具有周向分布的多个窗口的部分。

-边缘径向延伸。

-具有周向分布的多个窗口的部分基本轴向延伸。

-第一环的紧固部分包括多个通孔，每个通孔用于接收紧固螺钉，以便刚性地固定到支撑件。

本发明还涉及一种用于制造根据上述实施例中任一个的连接元件的第一环的方法。该制造方法包括以下步骤：

(a)接触部分由棒材或由第一材料通过增材制造机械加工而成，并且具有接触表面；

(b)接触部分安装在固定支撑件中，使得其外表面的部分是自由的。

(c)第二材料以粉末形式存储，紧固部分使用所述粉末被制造在接触部分的所述自由部分。

(d)通过机械加工最终确定紧固部分的尺寸。

根据本发明的另一有利但非强制性的特征，这种方法的步骤(c)通过3D打印进行。

根据该方法的该特定实施例，在步骤(b)中，接触部分安装在固定支撑件中，使得仅紧固部分将被制造在其上的表面与所述支撑件的安装表面齐平。为此，接触部分可以容纳在所述支撑件的凹部中。根据一特别有利的实施例，所述外表面部分可被研磨以便与支撑件的所述安装表面完全齐平。

这样组装后，接触部分和支撑件装配在3D打印机中。在该方法的步骤(c)中，将第二材料的连续层沉积在接触部分的自由表面上，直到形成紧固部分。

根据本发明的另一有利但非强制性的特征，将具有紧固部分的形状的模具安装在接触部分上，使得仅紧固部分将形成在其上的表面在模具内部是自由的。

在该方法的步骤(c)中，紧固部分通过在真空下将粉末注入到封闭的模具中而形成。由此获得的形状通过热等静压(HIP)固结。

可替代地，可以通过电子束熔化、选择性激光熔化或通过直接金属沉积来熔化第二材料的粉末。

根据其他实施例，用于制造环的方法还可以包括沉积表面涂层的步骤。

附图说明

通过阅读以下纯粹作为非限制性示例提供的描述，本发明将变得更加清楚。

以下描述参考附图，其中：

图1是根据本发明一实施例的安装在轴上的球窝接头的横截面示意图；以及

图2是根据本发明一实施例的具有鼠笼的轴承元件的局部横截面示意图。

具体实施方式

图1示出了具有中心轴线X1的球窝接头连接元件，其总体上以附图标记1表示。

球窝接头1包括内环2和外环3。

内环2包括大致圆柱形内部表面4，其旨在抵靠相应圆柱形轴5的外部周边定位。内环2还包括具有球形轮廓的外部表面6，更具体地作为球形的一部分。内环2的内部表面4和外部表面6通过侧壁7彼此连接。根据未示出的实施例，内环2还可以具有***在其内部表面4和轴5的外部周边之间的圆柱形套筒。该套筒例如可以由青铜制成。

内环2包括例如钛合金。可替代地，该环包括镍合金或钢。

外环3包括基本圆柱形外部表面8。外环3还包括球形的内部表面9，更具体地作为球形的一部分，其对应于内环2的外部表面6。因此，内环2和外环3相对于彼此具有三个旋转自由度。内部表面9通过侧壁10连接到外部表面8。在图1的位置，内环2的侧壁7在轴向截面上在外环3的侧壁10的任一侧上突出，其中圆柱形表面4与轴5同轴。

外环3还包括环形凸缘11，其从外表面8突出并且在远离中心轴线X1的径向方向上延伸。环形凸缘具有至少一个通孔12，其设置成容纳用于将所述外环3刚性地固定至支撑件的紧固螺钉。

根据本发明，外环3由两种不同的材料制成。外环3包括接触部分3-1，其设计成与内环2滑动接触并且由第一材料制成。外环还包括由不同于第一材料的第二材料制成的紧固部分3-2。

接触部分3-1包括外部表面8和内部表面9以及侧壁10。接触部分3-1由硬度严格大于第二材料的材料制成。因此，接触部分3-1由通过与内环2直接滑动来实现旋转功能的特定材料制成。第一材料是下列材料之一：青铜、钢、钴合金。

紧固部分3-2包括凸缘11，并且由弹性严格大于第一材料的材料制成。因此，紧固部分3-2由用于承受载荷和振动的特定材料制成。第二材料是下列材料之一：钛、钛合金、铝合金、镍合金。

本发明的另一优点是，用于紧固部分3-2的材料比用于接触部分3-1或实际上是用于被制造为单件并由代表对要求折衷的材料制成的外环的材料便宜。用于紧固部分3-2的材料也比用于接触部分3-1或实际上是用于被制造为单件并由代表对要求折衷的材料制成的外环的材料更轻。这给出的球窝接头环可以较低的成本和较低的重量最佳地执行旋转和紧固这两个功能中的每一个。

在图2中示出了本发明的第二实施例，其中连接元件包括带有滚子元件的轴承元件，总体上以附图标记20表示，具有中心轴线X20。

轴承20包括内环21、外环22和多个滚子元件23。

内环21具有大致圆筒形内部表面24、形成用于滚子元件23的内部滚道的圆柱形外部表面25以及连接内部表面24和外部表面25的侧壁26。

内环21由钢制成，例如M50。

外环22具有大致圆柱形外部表面27、形成用于滚子元件23的外部滚道的圆柱形内部表面28以及连接外部表面27和内部表面28的侧壁29。

有利地，外部表面27包括两个周向凹槽30、31，每个都可容纳O形环密封件(未示出)，流体膜轴向地设置在容纳在所述凹槽30、31中的两个密封件之间，所述膜被径向捕获在所述外部表面27和固定支撑件(未示出)的表面之间，以形成用于衰减振动的装置。

滚子元件23容纳在所述内部滚道25和外部滚道28之间。在图2所示的示例中，滚子元件23是轴线平行于中心轴线X1的圆柱形滚子。可替代地，滚子元件可以采用另一形式，例如滚珠或圆锥形滚子。

根据图2所示的实施例，外环22还具有从所述外环22的侧壁29轴向延伸的鼠笼32。

鼠笼32具有固定边缘33，其大致径向地延伸并且旨在刚性地固定到固定支撑件(未示出)，例如通过穿过通孔34并且容纳在所述支撑件中的相应的螺纹孔中的螺钉。鼠笼32还包括中间部分35，其基本上是轴向的，具有周向分布的多个窗口36，以便使笼32具有一定程度的柔性，以承受组件的各种类型的振动。根据图2所示的实施例，中间部分35包括两个轴向部分35-1、35-2，每个都具有窗口36，轴向部分35-2的直径大于轴向部分35-1的直径。两个轴向部分35-1、35-2通过弯曲部分35-3连接。紧固边缘33从较大直径的轴向部分35-2的自由端径向延伸。

根据本发明，外环22由两种不同的材料制成。外环22包括接触部分22-1，其设计成与滚子元件23轴承接触并且由第一材料制成。外环22还包括由与第一材料不同的第二材料制成的鼠笼32。

接触部分22-1包括外部表面27和内部表面28以及侧壁29。接触部分22-1由硬度严格大于第二材料的材料制成。因此，接触部分22-1由用于实现对滚子元件23的直接轴承支撑的功能的特定材料制成。第一材料是选自以下材料的钢：100C6、ASP2060、M50、M62。

鼠笼32由弹性严格大于第一材料的材料制成。因此，鼠笼32由用于承受载荷和振动的特定材料制成。第二材料是下列材料之一：低碳钢、中碳钢、钛合金、铝合金、M50NiL、32CVD13和INCONEL718。

图1所示的两个实施例的环3和22都由两种不同的材料制成。根据本发明，通过包括以下步骤的方法来制造环3和22。

接触部分3-1、22-1由第一材料的棒材机械加工而成，并分别具有接触表面9、28。可以从该步骤开始制造接触部分3-1、22-1的确定的尺寸和形状。

接下来，将由此获得的接触部分3-1、22-1安装在固定支撑件中，使得其外表面的部分是自由的。该外表面部分对应于紧固部分将在随后的步骤中形成并附接在其上的表面。因此，接触部分3-1的侧壁10的外表面是自由的，接触部分22-1的侧壁29的外表面是自由的。根据该方法的特定实施例，接触部分安装在固定支撑件中，使得仅侧壁10、29的表面与所述支撑件的安装表面齐平。为此，接触部分3-1、22-1可以容纳在所述支撑件的凹部中。根据特别有利的实施例，所述外表面部分10、29可被研磨以便与支撑件的所述安装表面完全齐平。

根据该方法的第一实施例，接触部分3-1、22-1和支撑件装配在3D打印机中。第二材料以粉末形式存储，并且紧固部分3-2、32的形状分别印刷在接触部分3-1、22-1上。更具体地，第二材料的连续层沉积在接触部分3-1、22-1的侧壁10、29的自由表面上，直到形成紧固部分3-2、22。

根据第二实施例，将具有紧固部分的形状的模具安装在接触部分3-1、22上，使得仅紧固部分将形成在其上的侧壁10、29的表面在模具内部是自由的。

通过在真空下将粉末注入到封闭的模具中来形成紧固部分3-2、32。由此获得的形状通过热等静压(HIP)固结。

根据其他实施例，第二材料的粉末可以通过电子束熔化、选择性激光熔化或通过直接金属沉积来熔化。

最后，通过机械加工来最终确定紧固部分3-2、22的尺寸。用于制造环3、22的方法还可包括特别是在滚道9、28上沉积表面涂层的步骤。

此外，不同实施例的技术特征可以整体上并且仅在某些情况下组合。因此，可以在成本、性能和用户友好性方面适应球窝接头。

作为实施例的示例，已经描述了本发明的球窝接头形式的铰接部件和轴承元件。本发明可以用于任何种类的连接元件。