(57)【要約】      （修正有）【課題】回転翼航空機のボールベアリングの動荷重率及び疲労寿命をに増加させる。【解決手段】回転翼のヘッドのスピンドルのボールベアリングにおいて、該ボールベアリングは、スラグボールセパレータを含む。該セパレータはＰＥＥＫ、ＰＴＦＥ又はポリイミドにより形成される。該セパレータにより与えられた、直径が近似した２つのボールのボール同士の間隔は、そのうち１つのボールの直径の約３．２から約６４％であり得る。セパレータは、通路を画定する環状の形態を有し、該通路には２つの端部を有し、セパレータの内面が、それぞれの端部の最大の内径及びその間の最小の内径を画定定めるするように先細りになり得る。該スラグボールセパレータの面取りされた表面のテーパは約７５°から約１２０°の円錐状の角度を画定し得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転翼のヘッドのスピンドルにボールベアリングを有する回転翼航空機のローターヘッドアセンブリにおいて、該ボールベアリングが、該ベアリング内のボール間にスラグボールセパレータを含むロータヘッドアセンブリ。
【請求項２】
スラグボールセパレータが、米軍用規格ＭＩＬ−Ｐ−４６１８３に準拠する合成樹脂材料を含む請求項１記載のローターヘッドアセンブリ。
【請求項３】
前記合成樹脂材料が、ＰＥＥＫ、ＰＴＦＥ又はポリイミドである請求項２記載のローターヘッドアセンブリ。
【請求項４】
スラグボールセパレータに接触する、直径が近似した２つのボールのボール同士の間隔が、そのうち１つのボールの直径の約３．２％から約６４％である請求項１記載のローターヘッドアセンブリ。
【請求項５】
通路を画定し、２つの端部を有し、内面を含む環状の形態を有し、該内面が前記２つの端部のうち最小の内径に先細りになっているスラグボールセパレータを含む請求項１記載のローターヘッドアセンブリ。
【請求項６】
それぞれの端部に面取りされた表面を含み、該面取りされた表面が約７５°から約１２０°の円錐状の角度に沿う請求項５記載のローターヘッドアセンブリ。
【請求項７】
ボールベアリングの積層構造を含む請求項１記載のローターヘッドアセンブリ。
【請求項８】
固定プレートと、回転プレートと、該固定プレート及び該回転プレート間のボールベアリングと、を含む回転翼航空機スワッシュプレートにおいて、前記推力ベアリングは、インナーレースと、アウターレースと、該インナーレース及び該アウターレースの間の複数のボールと、を有し、前記ボールベアリングが前記ボールの間にスラグボールセパレータを含む回転翼航空機スワッシュプレート。
【請求項９】
スラグボールセパレータが、米軍用規格ＭＩＬ−Ｐ−４６１８３に準拠する合成樹脂材料を含む請求項８記載のスワッシュプレート。
【請求項１０】
前記合成樹脂材料が、ＰＥＥＫ、ＰＴＦＥ又はポリイミドである請求項９記載のスワッシュプレート。
【請求項１１】
１つ又はそれ以上のスラグボールセパレータが、通路を画定する環状の形態を持ち、前記通路は２つの端部を有し、前記スラグボールセパレータの内面がそれぞれの端部の最大の内径及びその間の最小の内径を画定するように先細りになっている請求項８記載のスワッシュプレート。
【請求項１２】
前記スラグボールセパレータの面取りされた表面のテーパが約７５°から約１２０°の角度を規定する請求項８記載のスワッシュプレート。
【請求項１３】
前記スラグボールセパレータにより与えられる、直径が近似した２つのボールのボール同士の間隔が、そのうち１つのボールの直径の約３．２％から約６４％である請求項８記載のスワッシュプレート。
【請求項１４】
前記スラグボールセパレータにより与えられる、直径が近似した２つのボールのボール同士の間隔が、そのうち１つのボールの直径の約３．２％から約９．６％である請求項８記載のスワッシュプレート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボールベアリングに関し、特に回転翼航空機のボールベアリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘリコプタ等の回転翼航空機では、特にそのローター構造においてボールベアリングを使用する際に特殊な環境を与える。例えば、ヘリコプタスワッシュプレート及びローターブレード装備のベアリングは、ヘリコプタ特有の荷重とスピードの下で、信頼性高く継続的に使用できるように、特に設計されていなければならない。他の種類の装置におけるベアリングは、回転翼航空機一般、特にヘリコプタベアリングとは同じように使用されない。このため、他の種類の装置に有用なベアリングの設計が、ヘリコプタスワッシュプレート、ローターブレード装備に適しているとは、当業者は想定しない。
【０００３】
従来型の回転翼航空機ベアリングの一例は、シコルスキー（Sikorsky）ＣＨ５３Ａ／Ｄヘリコプタのテールローターブレード装備にある。該ブレード装備は、ナイロンケージによってボールが所定の場所に保持されているボールベアリングの５−ベアリング積層構造を含む。該ケージを収容するためにベアリングの外側のリングは面取りされていなければならず、そのことがベアリングを弱くする。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
回転翼航空機のローターヘッドアセンブリにおいて、該ローターヘッドアセンブリは回転翼のヘッドのスピンドルのボールベアリングを含み、該ボールベアリングは、ベアリング内のボールの間にスラグボールセパレータを含む。
【０００５】
種々の態様において、スラグボールセパレータは、米軍用規格ＭＩＬ−Ｐ−４６１８３に準拠する合成樹脂材料を含んでもよく、ＰＥＥＫ、ＰＴＦＥ及びポリイミドから成る群から任意に選択されてもよい。スラグボールセパレータに接触する、直径が近似した２つのボールのボール同士の間隔は、そのうち一つのボールの直径の約６％であり得る。しかしながら、本発明はこれに限定されず、ボール同士の間隔は、本発明のより広い観点から逸脱しない範囲で使用することができる。例えば、他の実施の形態においては、ボール同士の間隔がボールの直径の約３．２％から約６４％であるスラグボールセパレータを使用してもよい。スラグボールセパレータは、通路を画定する内面を含む環状の形態をしていてもよい。該通路には２つの端部があり、内面は２つの端部の間の最小の内径を画定するように先細りになっている。該内面は、それぞれの端部に面取りされた表面を含んでもよく、該面取りされた表面は、約７５°から約１２０°、例えば９０°の円錐状の角度に沿うようにしてもよい。
【０００６】
ここに表されているボールベアリングは、固定プレートと、回転プレートと、固定プレート及び回転プレートの間の推力ベアリングと、を含む回転翼航空機スワッシュプレートに使用されてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明は、ベアリングがベアリングケージの代わりにベアリングのボールの間にスラグボールセパレータを含むようなボールベアリングを提供することにより、ヘリコプタスワッシュプレートベアリング及びローターブレード装備ベアリングのような回転翼航空機ローターシステムの改良を提供する。
【０００８】
本発明により、従来のケージ型ボールベアリングと同じ設計の制限に合ったボールベアリングは、より大きいボールを使用することができ、いずれのレースも面取りする必要がなくなる。さらに、回転翼航空機に特有の条件下において、そのベアリングは、動荷重率及び疲労寿命を驚異的に増加させる。
【０００９】
本発明に有用なスラグボールセパレータの１つの実施の形態は、図１及び図２に示される。スラグボールセパレータ１０は、一般的に中心軸Ａについて概して環状の形態を持ち、２つの端部と、その間を通る通路とを有する。スラグボールセパレータ１０は、さらに、外周の直径がｄ0である、概して円筒形である外面１２、軸方向の両端面１４，１６、及び該両端面１４，１６から、内周の直径がｄ1で、概して円筒形である内面２２へ収束するように円錐状に面取りされた表面１８，２０を有する。面取りされた表面１８，２０は、約７５°から１２０°、例えば９０°である円錐状の角度Ｃに沿うようにしてもよい。内面２２は、面取りされた表面１８の狭い方の端部から、面取りされた表面２０の狭い方の端部まで、距離Ｗiで延在する。
【００１０】
外面１２は、その両端部での直径が最大となるように成形されてもよく、例えば、外面１２は、軸Ａに平行である正接線ｔ0に対して約３°の角βに定めてもよい。該外面１２の軸Ａからの直径ｄ0は、好ましくは両端面の中間にある正接点からどちらかの端面に動くに従って減少する。同様に、内面１２は、軸Ａに平行である正接ｂ1に対して約３°の角γとなるように成形されてもよい。従って、軸Ａから計測される該内面２２の直径ｄ1は、好ましくは両端面の中間にある正接点からどちらかの端面に動くに従って増加する。角度をもって形成された面は、それが成形される型からの該スラグボールセパレータの除去を容易にする。
【００１１】
スラグボールセパレータ１０の端面１４から端面１６までの軸方向の長さはＷfである。特定の実施の形態においては、スラグボールセパレータは、半径の中心線ＣＬについて実質的に対称になるように設計される。
【００１２】
スラグボールセパレータ１０は、ベアリンググレードのＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）又はＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）（テフロン（登録商標）等）、ポリイミド（デュポン社のベスペル（登録商標）等）のような他の材料により成形してもよい。特定の実施の形態においては、該材料は、１９９９年７月１日に改定された米軍用規格ＭＩＬ−Ｐ−４６１８３に準拠する。好ましくは、該材料は、１９６０年１月１５日に発行され、１９９３年７月１日に改定されたSociery of Automotive Engineers, Inc. (ＳＡＥ)の航空材料仕様ＡＭＳ３６５６Ｅ、又は１９６６年３月に発行され、１９９４年２月に改定されたＡＭＳ３６６０Ｃに適合する。
【００１３】
一般に、スラグボールセパレータ１０は、円錐状に面取りされた表面１８，２０にかみ合う大きさにされた近似した大きさの２つのボールの間に用いられる。図３に示すように、それぞれのボール２４の直径ｄ（ｓｐｈｅｒ）は、スラグボールセパレータ１０の外径ｄ0より大きい。図示された実施の形態においては、該ボールの直径ｄ（ｓｐｈｅｒ）に対する直径ｄ0の割合 は、約０．８５：１である。さらに、該スラグボールセパレータ１０は、ボールの間隔がボールの直径の約３．２％から約６４％、任意に約３．２％から約９．６％、又は特定の例においてはボールの直径の約６％となるように形成される。よって、特定の実施の形態においては、該スラグボールセパレータ１０と接触するが離されている、ボールの中心から中心の距離ｄ（ｃｓｃ）は、ボールの直径の約１．０６倍である。
【００１４】
スラグボールセパレータを含むボールベアリング３０は、インナーレース３２とアウターレース３４との間にあり、スラグボールセパレータによりお互いに離されているボール２４を示す図４の部分図に示されている。上述の通り、スラグボールセパレータ１０を使用することにより、ボールベアリング３０は、同じ回転翼航空機用のケージ型ボールベアリングに対して驚くべき改善をもたらす。これは、従来のベアリングが１１．９ｍｍ（１５／３２インチ）径のボールを使用するのに対して、ボールベアリング３０が１２．７ｍｍ（１／２インチ）のボールの使用を可能にすること、さらに、ケージを収容するためにいずれのレースも面取りする必要がないため、レースは従来のベアリングよりも強くなることによる。ケージ型ベアリングに比べて、該スラグボールセパレータは、ベアリング３０が回る際に、ボール２４を導いて転がす抵抗を最小にして回転させて流す。これらの利点は、ベアリング内の接触角、ピッチ径、及びボール数等のベアリングの形態に影響を及ぼすことなく達成される。
【００１５】
ナイロンケージのかわりにスラグボールセパレータを有するボールベアリングは、回転翼航空機のスワッシュプレートに採用することができる。その技術分野では知られているように、スワッシュプレートは一般的にマストに据え付けられた固定プレートと、固定プレートに平行にマストに据え付けられた回転プレートとを含む。固定プレートと回転プレートとの間に、回転プレートの回転を容易にする推力ベアリングがある。該推力ベアリングは、インナーレースと、アウターレースと、インナーレース及びアウターレースの間の複数のボールとを含む。従来技術においては、ボールはケージによって所定の場所に保持されていた。本発明においては、該ベアリングはボールの間のスラグボールセパレータを含む。よって、図４のベアリング３０は、図５においてスワッシュプレートアセンブリの推力ベアリング部分として示される。スワッシュプレートアセンブリ３５は、固定インナースワッシュプレート部材３６及び回転アウタースワッシュプレート部材３８を含む。ベアリング３０のインナーレース３２は、スワッシュプレート部材３６と接触し、アウターレース３４は、回転アウタースワッシュプレート部材３８と接触している。インナーレース３２とアウターレース３４との間で、ベアリング３０はスラグ１０により離された複数のボール２４を含む。Anti-Friction Bearing Manufacturer Association, Inc. Standard number  9-1990における式によると、スラグボールセパレータの使用により、ボールのためのナイロンケージを有するベアリングに比べて、動荷重率が約１４．５％増加し、ベアリングの疲労寿命が約５０％増加する。
【００１６】
別の他の実施の形態において、本発明は、回転ローター装備のベアリングに用いられる。例えば、図６は、シコルスキーＣＨ５３Ａ／Ｄヘリコプタ用の回転翼航空機テールローターアセンブリに有用なベアリング積層構造の断面図である。テールローターアセンブリの４つのローターブレードは、各々ローターヘッドに取り付けられたそれぞれのスピンドルのベアリング積層構造に適合する。ベアリング積層構造４０は、スラグボールセパレータ１０によって離された同じ大きさのボール２４を用い、ここに示されているインナーレース３２とアウターレース３４との間に配置する、５つの揃ったボールベアリング３０ａ−３０ｅを含む。ベアリング積層構造４０は、舵のコントロール入力に応答してブレードを回転させるテールローターアセンブリのサブコンポーネントである。リングの製造者材料仕様はＡＭＳ６４４０又はＡＭＳ６４４１であり、ボールの仕様はＡＭＳ６４４０又はＳＡＥ５１１００である。ある評価によれば、ここに示されたＰＥＥＫ又はＰＴＦＥスラグボールセパレータの使用により、ベアリングにナイロンケージを使用した場合に比べて、ベアリング動荷重率が約１４％増加し、疲労寿命が約５０％増加した。
【００１７】
特に指定しない限り、ここに開示された全ての範囲は、その上限値、下限値及びその間の値を含み、また組み合わせることができる。「第１」、「第２」等の用語は、ここではいかなる順序、量、又は重要度を意味せず、ある要素と他の要素を区別するために用いられる。「１つ」という用語は、ここでは量の限度を意味せず、言及された部材の少なくとも１つの存在を意味する。「約」により加減された全ての数値は、特に指定しない限り、正確な数値を含む。
【００１８】
本発明は、特定の実施の形態に関して記載されているが、前述の発明の開示を読み、理解することにより、開示された実施の形態の数々のバリエーション及び変更は本発明及び添付の特許請求の範囲の精神と範囲に含まれると、当業者には理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】スラグボールセパレータの一実施の形態の斜視図である。
【図２】図１のスラグボールセパレータの断面図である。
【図３】図１のスラグボールセパレータにより離された２つのボールの部分断面図である。
【図４】ここに示された回転翼システムに用いられるボールベアリングの部分断面図である。
【図５】図４のベアリングを含むスワッシュプレートアセンブリの部分断面図、部分破断図である。
【図６】回転翼航空機テールローターヘッドアセンブリにおけるボールベアリング積層構造の部分断面図である。
【図１】
2007247899.tif 000003
【図２】
2007247899.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
【発明の名称】    ROTARY  WING  AIRCRAFT  BALL  BEARING
【技術分野】
【０００１】
This  invention  relates  to  ball  bearings,  and  in  particular,  to  ball  bearings  in  rotary  wing  aircraft.
【背景技術】
【０００２】
Rotary  wing  aircraft,  such  as  helicopters,  provide  unique  environments  for  the  use  of  ball  bearings,  particularly  in  their  rotor  systems.  For  example,  the  bearings  in  helicopter  swashplates  and  in  rotor  blade  mounts  must  be  specially  designed  to  provide  reliable  ongoing  use  under  the  type  of  load  and  speed  conditions  that  are  unique  to  helicopters.  The  use  of  bearings  in  other  types  of  machines  is  nonanalogous  to  rotary  wing  aircraft  bearings  in  general  and  to  helicopter  bearings  in  particular.  For  this  reason,  bearing  designs  that  are  useful  in  other  kinds  of  machines  are  not  assumed  by  those  of  ordinary  skill  in  the  art  to  be  suitable  for  helicopter  swashplates,  rotor  blade  mounts,  etc.
【０００３】
One  example  of  a  conventional  rotary  wing  aircraft  bearing  is  in  the  tail  rotor  blade  mount  of  a  Sikorsky  CH53A/D  helicopter.  The  blade  mount  includes  a  5-bearing  stack  of  ball  bearings  in  which  the  balls  are  held  in  place  by  a  nylon  cage.  To  accommodate  the  cage,  the  outer  rings  of  the  bearings  must  be  chamfered,  which  weakens  the  bearings.
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
In  a  rotor  head  assembly  of  a  rotary  wing  aircraft,  the  rotor  head  assembly  comprising  a  ball  bearing  on  a  spindle  at  the  head  of  a  rotor  wing,  the  ball  bearing  comprises  slug  ball  separators  between  the  balls  in  the  bearing.
【０００５】
In  various  optional  aspects,  a  slug  ball  separator  may  comprise  a  synthetic  polymeric  material  compliant  with  U.S.  military  specification  
MIL-P-46183,  and  may  optionally  be  selected  from  the  group  comprising  PEEK,  PTFE,  and  polyimide.  The  ball-to-ball  separation  between  two  balls  of  like  diameter  in  contact  with  a  slug  ball  separator  may  be  about  6%  of  the  diameter  of  one  of  the  balls.  However,  the  present  invention  is  not  limited  in  this  regard  as  ball-to-ball  separation  may  be  employed  without  departing  from  the  broader  aspects  of  the  present  invention.  For  example,  other  embodiments  may  employ  a  slug  ball  separator  that  provides  a  ball-to-ball  separation  of  about  3.2%  to  about  64%  of  a  ball  diameter.  A  slug  ball  separator  may  have  an  annular  configuration  that  includes  an  interior  surface  defining  a  passage  therethrough.  The  passage  has  two  ends  and  the  interior  surface  is  tapered  to  define  a  minimum  internal  diameter  between  the  two  ends.  The  interior  surface  may  include  a  chamfered  surface  at  each  end,  and  the  chamfered  surface  may  conform  to  a  conical  angle  of  about  75°  to  about  120°,  for  example,  about  90°.
【０００６】
A  ball  bearing  as  described  herein  may  also  be  used  in  a  rotary  wing  aircraft  swashplate  comprising  a  stationary  plate,  a  rotating  plate;  and  a  thrust  bearing  between  the  stationary  plate  and  the  rotating  plate.
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
This  invention  provides  an  improvement  to  rotary  wing  aircraft  rotor  system  bearings  such  as  helicopter  swashplate  bearings  and  rotor  blade  mount  bearings  by  providing  a  ball  bearing  for  such  uses  in  which  the  bearing  comprises  slug  ball  separators  between  balls  in  the  bearing,  rather  than  a  bearing  cage.
【０００８】
As  a  result  of  this  invention,  a  ball  bearing  meeting  the  same  design  constraints  as  a  prior  art  caged  ball  bearing  can  employ  larger  balls  and  obviates  the  need  to  chamfer  either  of  the  races.  In  addition,  under  the  conditions  specific  to  the  rotary  wing  aircraft,  the  resulting  bearing  has  a  surprisingly  increased  dynamic  load  rating  and  fatigue  life.
【０００９】
One  embodiment  of  a  slug  ball  separator  useful  in  the  present  invention  is  shown  in  Fig.  1.  and  Fig.  2.  Slug  ball  separator  10  has  a  generally  annular  configuration  about  a  central  axis  A,  two  ends  and  a  passage  therethrough.  The  slug  ball  separator  10  further  has  a  generally  cylindrical  exterior  surface  12  having  an  external  diameter  do,  axial  end  faces  14  and  16,  and  conical  chamfered  surfaces  18  and  20  that  converge  from  the  end  faces  14,  16  towards  a  generally  cylindrical  interior  surface  22  having  an  internal  diameter  di.  Chamfered  surfaces  18  and  20  may  conform  to  a  conical  angle  C  of  about  75°  to  about  120°,  for  example,  about  90°.  Interior  surface  22  extends  for  a  distance  Wi  from  the  narrow  end  of  chamfered  surface  18  to  the  narrow  end  of  chamfered  surface  20.
【００１０】
Exterior  surface  12  may  be  contoured  so  that  its  diameter  is  at  a  maximum  between  the  end  faces;  for  example,  exterior  surface  12  may  define  an  angle  β  of  about  3°  relative  to  a  tangent  line  to  thereon  that  is  parallel  to  axis  A.  The  diameter  do  of  surface  12  from  axis  A  thus  decreases  moving  from  the  tangent  point,  which  is  preferably  midway  between  the  end  faces,  towards  either  end  face.  Similarly,  interior  surface  22  may  be  contoured  to  define  an  angle  γ  of  about  3°  relative  to  a  tangent  line  b1  thereon  that  is  parallel  to  axis  A.  Accordingly,  the  diameter  di  of  interior  surface  22,  measured  from  axis  A,  increases  moving  towards  either  end  face  from  the  tangent  point,  which  is  preferably  midway  between  the  end  faces.  The  contoured  surfaces  provided  by  angles  facilitate  removal  of  the  slug  ball  separator  10  from  the  mold  in  which  it  is  formed.
【００１１】
Slug  ball  separator  10  has  an  axial  length  Wf  measured  from  end  face  14  to  end  face  16.  In  a  particular  embodiment,  slug  ball  separator  10  is  designed  to  be  substantially  symmetric  about  a  radial  centerline  CL.
【００１２】
Slug  ball  separator  10  may  be  formed  from  a  synthetic  polymeric  material  such  as  bearing  grade  PEEK (poly  ether  ether  ketone) or  other  material  e.g., PTFE  (polytetrafluoroethylene)(such  as  TEFLON（Ｒ）),  polyimide  (such  as  Dupont’s  VESPEL（Ｒ）),  etc.  In  particular  embodiment,  the  material  is  compliant  with  U.S.  military  specification  MIL-P-46183  as  amended  1  July  1999.  Preferably,  the  material  will  conform  to  Society  of  Automotive  Engineers,  Inc. (SAE) Aerospace  Material  Specification  AMS  3656E  issued  15  January  1960,  revised  1  July  1993  or  AMS  3660C  issued  March  1966,  revised  February  1994.
【００１３】
Typically,  a  slug  ball  separator10  is  used  between  two  like-sized  balls  that  are  sized  to  engage  the  conical  chamfered  surfaces  18  and  20.  As  seen  in  Fig. 3, the  diameter  d(spher)  of  each  ball  24  is  larger  than  the  outer  diameter  do  of  slug  ball  separator  10.  In  the  illustrated  embodiment,  the  ratio  of  diameter  do  to  the  ball  diameter  d(spher)  is  about  0.85:1.  In addition,  the  slug  ball  separator  10  is  configured  to  provide  a  separation  between  the  balls  that  is  equal  to  about  3.2%  to  about  64%  of  a  ball  diameter,  optionally  about  3.2  to  about  9.6%  or,  in  a  specific  example,  about  6%  of  a  ball  diameter.  Thus,  in  a  particular  embodiment,  the  center-to-center  distance d(csc) of  balls  in  contact  with,  but  separated  by,  the  slug  ball  separator  10  is  about  1.06  times  a  ball  diameter.
【００１４】
A  ball  bearing  30  comprising  slug  ball  separators  is  shown  in  the  partial  view  of  Fig.  4,  which  shows  balls  24  between  inner  race  32  and  outer  race  34  and  separated  from  each  other  by  slug  ball  separators  10.  As  indicated  above,  due  to  the  use  of  slug  ball  separators  10,  ball  bearing  30  provides  a  surprising  improvement  over  a  prior  art  caged  ball  bearing  for  the  same  rotary  wing  aircraft  because  it  allows  the  use  of  a  larger  ball  (e.g., the  use  of  a  ball  of  12.7
mm (1/2 in.) diameter  where  the  prior  art  bearing  employed  a  ball  of  11.9 mm (15/32 in.) diameter, and  the  races  are  stronger  than  in  the  prior  art  bearing  because  there  is  no  need  to  chamfer  either  race  to  accommodate  a  cage.  In  contrast  to  a  caged  bearing,  the  slug  ball  separators  orbit  and  flow  with  minimal  resistance  to  lead-and-lag  motions  of  balls  24  as  bearing  30  rotates.  These  advantages  are  achieved  without  impact  on  bearing  features  such  as  contact  angle,  pitch  diameter  and  the  number  of  balls  in  the  bearing.
【００１５】
A  ball  bearing  having  slug  ball  separators  instead  of  a  nylon  cage  can  be  employed  in  a  rotary  wing  aircraft  swashplate.  As  is  known  in  the  art,  a  swashplate  generally  comprises  a  stationary  plate  mounted  on  a  mast  and  a  rotating  plate  mounted  on  the  mast  in  juxtaposition  to  the  stationary  plate.  There  is  a  thrust  bearing  between  the  stationary  plate  and  the  rotating  plate  to  facilitate  rotation  of  the  rotating  plate.  The  thrust  bearing  comprises  an  inner  race  and  an  outer  race  and  a  plurality  of  balls  between  the  inner  race  and  the  outer  race.  In  the  prior  art,  the  balls  were  kept  in  place  by  a  cage.  In  keeping  with  the  present  invention,  the  bearing  comprises  slug  ball  separators  between  the  balls.  Thus,  the  bearing  30  of  Figure  4  is  seen  in  Fig.  5  as  a  thrust  bearing  portion  of  a  swashplate  assembly.  The  swashplate  assembly  35  comprises  a  stationary  inner  swashplate  member  36  and  a  rotating  outer  swashplate  member  38.  The  inner  race  32  of  bearing  30  is  in  contact  with  the  stationary  swashplate  member  36  and  the  outer  race  34  is  in  contact  with  the  rotating  outer  swashplate  member  38.  Between  the  inner  race  32  and  the  outer  race  34,  the  bearing  30  comprises  a  plurality  of  balls  24  that  are  separated  by  slugs  10.  The  use  of  slug  ball  separators  yields  a  dynamic  load  rating  increase  of  about  14.5%  and  a  bearing  fatigue  life  increase  of  about  50%  over  a  bearing  having  a  nylon  cage  for  the  balls,  according  to  formulations  established  in  Anti-Friction  Bearing  Manufacturer  Association, Inc.  Standard  number  9-1990.
【００１６】
In  another  embodiment,  the  present  invention  is  utilized  in  the  bearing  of  a  rotary  rotor  mount.  For  example,  Fig.  6  provides  a  cross-sectional  view  of  a  bearing  stack  useful  in  a  rotary  wing  aircraft  tail  rotor  head  assembly  for  a  Sikorsky  CH53A/D  helicopter.  Each  of  the  four  rotor  blades  of  the  tail  rotor  assembly  is  fitted  with  a  bearing  stack  on  a  respective  spindle  attached  to  the  rotor  head.  Bearing  stack  40  comprises  five  matched  ball  bearings  30a−30e  all  utilizing  the  same  size  balls  24  separated  by  slug  ball  separators  10  and  dispose  between  inner  races  32  and  outer  races  34  as  described  herein.  Bearing  stack  40  is  a  sub-component  of  the  tail  rotor  head  assembly  that  permits  the  blade  to  rotate  in  response  to  rudder  control  input.  The  manufacturer  material  specification  for  the  rings  is  AMS  6440  or  AMS  6441;  the  specification  for  the  balls  is  AMS  6440  or  SAE51100.  In  one  evaluation,  the  use  of  PEEK  or  PTFE  slug  ball  separators  as  described  herein  resulted  in  an  increase  of  the  dynamic  load  rating  of  the  bearing  by  about  14%  and  an  increase  of  the  fatigue  life  by  about  50%  relative  to  the  use  of  nylon  cage  in  the  bearing.
【００１７】
Unless  otherwise  specified,  all  ranges  disclosed  herein  are  inclusive  and  combinable  at  the  end  points  and  all  intermediate  points  therein.  The  terms  “first,”  “second,”  and  the  like,  herein  do  not  denote  any  order,  quantity,  or  importance,  but  rather  are  used  to  distinguish  one  element  from  another.  The  terms  “a”  and  “an”  herein  do  not  denote  a  limitation  of  quantity,  but  rather  denote  the  presence  of  at  least  one  of  the  referenced  item.  All  numerals  modified  by  “about”  are  inclusive  of  the  precise  numeric  value  unless  otherwise  specified.
【００１８】
Although  the  invention  has  been  described  with  reference  to  particular  embodiments  thereof,  it  will  be  understood  by  one  of  ordinary  skill  in  the  art,  upon  a  reading  and  understanding  of  the  foregoing  disclosure,  that  numerous  variations  and  alterations  to  the  disclosed  embodiments  will  fall  within  the  spirit  and  scope  of  this  invention  and  of  the  appended  claims.
【図面の簡単な説明】
【００１９】
Fig.  1  is  a  perspective  view  of  one  embodiment  of  a  slug  ball  separator;
Fig.  2  is  a  cross-sectional  view  of  the  slug  ball  separator  of  Fig.  1;
Fig.  3  is  a  partly  cross-sectional  view  of  two  balls  separated  by  the  slug  ball  separator  of  Fig.  1;
Fig.  4  is  a  partly  cross-sectional  view  of  a  ball  bearing  for  use  in  a  rotary  wing  system  as  described  herein;
Fig.  5  is  a  partly  cross-sectional,  partly  broken-away  view  of  a  swashplate  assembly  comprising  the  bearing  of  Fig.  4;  and
Fig.  6  is  a  partly  cross-sectional  view  of  a  ball  bearing  stack  in  a  rotary  wing  aircraft  tail  rotor  head  assembly.
1.  In  a  rotor  head  assembly  of  a  rotary  wing  aircraft  comprising  a  ball  bearing  on  a  spindle  at  the  head  of  a  rotor  wing,  the  improvement  comprising  that  the  ball  bearing  comprises  slug  ball  separators  between  the  balls  in  the  bearing.
2.  The  rotor  head  assembly  of  claim  1,  wherein  a  slug  ball  separator  comprises  a  synthetic  polymeric  material  compliant  with  U.S.  military  specification  MIL-P-46183.
3.  The  rotor  head  assembly  of  claim  2,  wherein  the  synthetic  polymeric  material  is  PEEK,  PTFE,  or  polyimide.
4.  The  rotor  head  assembly  of  claim  1  wherein  the  ball-to-ball  separation  between  two  balls  of  like  diameter  in  contact  with  a  slug  ball  separator  is  equal  to  about  3.2  to  about  64%  of  the  diameter  of  one  of  the  balls.
5.  The  rotor  head  assembly  of  claim  1,  comprising  a  slug  ball  separator  having  an  annular  configuration  that  defines  a  passage  therethrough  and  that  has  two  ends,  and  that  includes  an  interior  surface,  the  interior  surface  being  tapered  to  a  minimum  internal  diameter  between  the  two  ends.
6.  The  rotor  head  assembly  of  claim  5  comprising  a  chamfered  surface  at  each  end,  the  chamfered  surface  conforming  to  a  conical  angle  of  about  75°  to  about  120°.
7.  The  rotor  head  assembly  of  claim  1  comprising  a  stack  of  ball  bearings.
8.  In  a  rotary  wing  aircraft  swashplate  comprising  a  stationary  plate,  a  rotating  plate;  and  a  ball  bearing  between  the  stationary  plate  and  the  rotating  plate,  the  thrust  bearing  comprising  an  inner  race  and  an  outer  race  and  a  plurality  of  balls  between  the  inner  race  and  the  outer  race,  the  improvement  comprising  that  the  ball  bearing  comprises  slug  ball  separators  between  the  balls.
9.  The  swashplate  of  claim  8,  wherein  a  slug  ball  separator  comprises  a  synthetic  polymeric  material  compliant  with  U.S.  military  specification  MIL-P-46183.
10.  The  rotor  head  assembly  of  claim  9,  wherein  the  synthetic  polymeric  material  is  PEEK,  PTFE,  or  polyimide.
11.  The  swashplate  of  claim  8,  wherein  one  or  more  slug  ball separators  has  an  annular  configuration  that  defines  a  passage  therethrough,  the  passage  having  two  ends,  and  the  interiors  of  the  slug  ball  separators  are  tapered  to  define  a  maximum  internal  diameter  at  each  end  and  a  minimum  internal  diameter  therebetween.
12.  The  swashplate  of  claim  8  wherein  the  taper  of  the  chamfered  surface  of  the  slug  ball  separator  defines  an  angle  of  about  75°  to  about  120°.
13.  The  swashplate  of  claim  8  wherein  the  ball-to-ball  separation  between  two  balls  of  like  diameter  provided  by  the  slug  ball  separator  is  equal  to  about  3.2%  to  about  64%  of  the  diameter  of  one  of  the  balls.
14.  The  swashplate  of  claim  8  wherein  the  ball-to-ball  separation  between  two  balls  of  like  diameter  provided  by  the  slug  ball  separator  is  equal  to  about  3.2%  to  about  9.6%  of  the  diameter  of  one  of  the  balls.
1.  Abstract
In  a  rotary  wing  aircraft  tail  rotor  head  assembly  having  a  ball  bearing  on  a  spindle  at  the  head  of  a  rotor  wing,  the  ball  bearing  contains  slug  ball  separators  between  the  balls  in  the  bearing.  The  separator  may  be  made  from  PEEK,  PTFE,  or  polyimide.  The  ball-to-ball  separation  between  two  balls  of  like  diameter  provided  by  the  separator  may  about  3.2  to  about  64%  of  the  diameter  of  one  of  the  balls.  A  separator  may  have  an  annular  configuration  that  defines  a  passage  therethrough,  the  passage  having  two  ends  and  the  interior  of  the  separator  being  tapered  to  define  a  maximum  diameter  at  each  end  and  a  minimum  diameter  therebetween.  The  taper  of  the  chamfered  surface  of  the  slug  ball  separator  may  define  a  conical  angle  of  about  75°  to  about  120°.  A  ball  bearing  as  described  herein  may  also  be  used  in  a  rotary  wing  aircraft  swashplate  having  a  stationary  plate,  a  rotating  plate;  and  a  thrust  bearing  between  the  stationary  plate  and  the  rotating  plate.
2.  Representative  Drawing
Fig.1
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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