(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヨーク（２４）と、駆動ハブ支持部材（１２）を有する関節型ロータハブ・アッセンブリ（１０）のための軸対称弾性ベアリング・アッセンブリ（３０）であって、
前記軸対称弾性ベアリング・アッセンブリ（３０）は、ヨーク（２４）とハブ支持部材（１２）と共に使用でき、ロータハブ・アッセンブリ（１０）のロータブレード・アッセンブリ（１４）の配置の調整が可能であり、
ベアリング焦点（３０ｆ）を画定する球状ベアリング表面（３２ｓ）を備えた中央ベアリング構成部（３２）を有し、
前記ベアリング焦点（３０ｆ）の互いに対向する前記球状ベアリング表面（３２ｓ）に接合された球状弾性構成部（３４）を有し、
前記球状弾性弾性構成部（３４）の各々は複数の弾性体と非弾力性のシム（３６、３８）の交互層を有し、前記弾性体と非弾力性のシムは曲面の中心Ｃcを有し、当該中心はベアリング焦点（３０ｆ）と一致しており、その直径が順次増加するように設けられ、
前記球状弾性構成部（３４）のそれぞれに接合するベアリング・エンドプレート（４０）を有し、前記ベアリング・エンドプレート（４０）は前記ヨーク（２４）とハブ支持部材（１２）と共に装着可能となっていることを特徴とする軸対称弾性ベアリング・アッセンブリ（３０）。
【請求項２】
前記弾性ベアリング・アッセンブリの前記球状弾性構成部（３４）の弾性層（３６）が、前記ロータブレード・アッセンブリ（１４）の遠心荷重Ｃfに反作用するように作動可能で、かつ、圧縮強度許容量δAllowを有し、
前記球状弾性構成部（３４）は、中央線ＣLを画定し、当該中央線は、各々の球状弾性構成部（３４）の中央を通って延長され、前記ベアリング焦点（３０ｆ）に交差し、
前記球状構成部（３４）における当該最内と最外の弾性層（３６ｉ、３６ｏ）は、前記ベアリング焦点（３０ｆ）から計測される内側と外側の半径Ｒｉ、Ｒｏをそれぞれ画定し、
前記球状構成部（３４）における前記最内弾性層（３６ｉ）のフリーエッジに交差する第一線Ｌ１は、前記中央線ＣLと共に角度βを形成し、
前記球状構成部（３４）における前記最内と最外の弾性層（３６ｉ、３６ｏ）のフリーエッジに交差する第二線Ｌ２は、前記中央線ＣLに平行な線ＣPLと共に角度αを形成し、
前記角度βは、約６５度から約８５度の間であり、
前記角度αは、約３５度から約５５度の間であり、
前記内側の半径Ｒｉの大きさは、
0003801646.tif 000010
以上であることを特徴とする請求項１記載の軸対称弾性ベアリング・アッセンブリ（３０）。
【請求項３】
前記角度βが、約７０度から約８０度の間であり、
前記角度αが、約４０度から約５０度の間であることを特徴とする請求項２記載の軸対称弾性ベアリング・アッセンブリ（３０）。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、弾性ベアリングに関し、より詳細には、関節型ヘリコプターロータハブのための弾性ベアリングに関し、さらに詳細には、関節型ロータハブのロータブレード・アッセンブリの多方向変位を調整するための軸対称弾性ベアリングに関する。
発明の背景
ヘリコプターのロータのハブは、航空機胴体に対し、トルクを発生し、各々のロータブレードの遠心荷重に反作用し、揚力荷重を伝達するための基本構造のアッセンブリである。
ロータ・ハブの一般的な種類は、ロータブレードの多方向変位の調節手段の特性によって、関節型、無関節型、ベアリングレスタイプからなる。例えば、関節型ロータハブは、ロータブレードの可動域を調節するためのベアリング部を１又はそれ以上備えており、一方、ベアリングレスタイプのロータ・ハブは、一般的に「フレックスビーンズ」と呼ばれて、関節型ロータ・ハブのベアリング部を機能的に置換する、柔軟性のある構造体を用いる。
関節型ロータに分類されるロータとしては、球状の多積層弾性ベアリングを介する複数のロータブレード・アッセンブリを駆動するための中央ハブ部材から構成されるものが挙げられる。さらに詳細には、ハブ部材は、複数の放射状スポークと、一対の放射状スポークを構造的に相互接続する剪断セグメントとから構成される。各々の剪断セグメントは、その対応するスポークと共に、ハブ部材の配置に応じて、垂直方向や水平方向に構造体の環状物を形成する。各々の構造体の環状物は一般的なＣ字形のロータ・アッセンブリ・ヨークを装着し、ハブ部材の剪断セグメントを環状に取り囲んでいる。ロータ・アッセンブリ・ヨークは、中間体と、一対の放射状アームと、を含んでいる。当該中間体は、それぞれの環状構造体を通じて拡がり、当該放射状アームは、剪断セグメントの一方の面に設けられている。ヨークアームの中央寄りの端部は、それぞれのロータの基端部（ルートエンド）へ装着されるか、又はその代わりに、中間部のカフ構造体に装着されており、球状の弾性ベアリングは、弾性の有るシムと、弾性の無いシムとが交互に形成されており、このベアリングは、各ヨークの中間体と、連動ロータブレードの荷重と運動を調整する剪断セグメントとの間に挿入されている。
遠心力は、弾性ベアリングにおける圧縮荷重として、すなわち、弾性ベアリングの最内のベアリング・エンドプレートに対向するヨークの支持力として、ハブ部材へ伝達される。弾性ベアリングの球面構造体はロータブレードへのトルクの伝達を調整し、ロータハブへの揚力荷重の伝達のために供給され、ロータブレードの面内（エッジ方向）、面外（フラップ方向）及びピッチ変更（フェザリング）の各運動を調整する。米国特許第３，２８２，２５０号、第３，７６１，１９９号、第４，２３５，５７０号、第４，５６８，２４５号、第４，７９７，０６４号および第４，９３０，９８３号には、前述の型である関節型ロータが図示されており、これらの米国特許は、最新の技術を一般に開示する。
荷重の要求の他に、ロータハブ・アッセンブリの大きさ、例えば、ハブ部材のスポークとヨークの放射状アームとの間の空間の分割は、弾性ベアリングの外面形状と共に、操作可能な動作の外面形状によって決められる。すなわち、ロータシステムのフラップ方向、エッジ方向、ピッチの動作は、クリアランス、例えば、ヨークとハブ部材との間、を決め、一方では、弾性ベアリングの大きさが、ヨークとハブ部材の幾何学的形状の要件に影響する。例えば、妥当なクリアランスは、ヨークの放射状アームと、放射状スポークと、及び／又は、ロータハブのそれぞれの剪断セグメントとの間に設けねばならず、当該クリアランスは、ロータ・アッセンブリ・ヨークがブレード可動域のために外されるような相互間の妨害を防ぐために設けねばならない。さらに、隣接のヨーク及び／又はヨークと介在ロータブレード緩衝器は、ヨークの配置を調整するために充分に間隔を設けなければならない。
弾性ベアリングに関しては、幾つかの要因が、内部の弾性積層の構造と幾何学的形状を決定付ける。例えば、当該弾性ベアリングの内部の弾性積層の最小、最大直径、コーン角度、厚みなどである。第１に、弾性ベアリングの所望の疲労寿命は、弾性積層の必要な特性、例えば、ゴム硬度、剪断係数、許容剪断力など、を決定するために確立されていなければならない。第２に、遠心的に誘発された圧縮力は、弾性積層の内面半径と最小直径を決定するために考慮される。すなわち、最小の圧力は、弾性積層に作用する遠心荷重と反作用することが求められており、当該最小の圧力は、遠心力荷重の方向へ横切ることである。第３に、横断荷重は、遠心力荷重と共に、コーン角度、結果として、弾性積層の最大横断直径を決定するために考慮され、そのような当該横断荷重は、トルクや揚力荷重によって作り出される。すなわち、最小支持コーンは、ゆがみ安定性を設けることが求められており、当該ゆがみ安定性を設けるのは横断荷重が弾性ベアリングへ作用するときや、横断配置と共に遠心力荷重が弾性ベアリングへ作用しているときである。最後に、おそらく、そして最も重要なのだが、フラップとピッチの変更動作のための予想される配置は、弾性層の剪断歪みの許容量以下に維持されねばならない。当該配置は、ベアリング・アッセンブリの充分な寿命の保障と早期破損を防ぐためである。それぞれの弾性層の剪断配置が、剪断許容量に範囲内である限りにおいては、全体の配置は、複数の積層内において調整しなければならない。従って、弾性ベアリングの全体の厚みは、フラップとピッチの動作要求の一つの機能である。これらの設計規準は、以下に詳細に記述する。
前述の種々の規準は、相互に関連して定められ、そして全ての規準を満足することを保障するために相互に吟味されねばならないことが示されるであろう。例えば、弾性ベアリングの厚みは、ベアリングの最大直径に影響を与え、当該厚みはフラップやピッチの動作要求によって優先的に決定されている。すなわち、ベアリングの厚みが増すにつれて、支持コーンは、必要な横断剛性とフラップ方向剛性を維持するために同様に大きくならねばならない。結果的に、ベアリングの横断直径は、支持コーンによって画定される距離を拡げるために増加しなければならない。
前述の規準に適合させるために、従来技術の弾性ベアリングの横断直径と焦点距離は、ロータハブの設計の選択範囲を狭めてしまうという障害をもたらす。例えば、横断直径が、増加するにつれて、ロータハブの放射状スポークとヨークの放射状アームとの間の距離を弾性ベアリングの外面形状に合わせるために、増加させなければならない。また、ハブ及び／又はヨークを拡大する必要があるので、ロータシステムの重量及び空気力学の抵抗特性に不利な影響を与える。弾性ベアリングの厚みが動作要求の原因より増してしまうのにつれて、前述同様な重量と抵抗の不利が、発生する。
さらに詳細には、前記厚みが増すにつれて、ベアリングの焦点からロータハブの剪断セグメントへの距離が大きくなる。この寸法（「焦点距離」として記載されている）が、増してしまうのにつれて、前述同様のそれぞれの運動の要求を調整する剪断セグメントとヨークとの間に、大きな寸法のクリアランスが必要となることが示されるであろう。結果として、ヨーク及び／又は放射状スポークは、拡大されなければならず、さらに、当該増加した間隙の要求を調整しなければならない。
弾性ベアリングの大きさは、水平面のヨークの放射状アームの方向性能力にも影響する。このような方向性は、高回転速度の空気流の領域において空気力学的抵抗を最小化することと、ピッチ制御ロッドの付属装置の簡便化することとが望まれており、当該空気流は、ロータハブ・アッセンブリの回転軸からの距離の関数であり、当該ロッドは、ロータ・アッセンブリ・ヨークを介してロータブレードへ入力するピッチが与えられる。ベアリングの大きさを調整するためにヨーク・アッセンブリを大きくするにつれて、隣接のヨークの間について、又は、ヨークと介在ロータブレード緩衝器との間について、より小さなクリアランスが有用であることが示されている。
それ故に、ヘリコプターのロータハブのための弾性ベアリング・アッセンブリを設ける必要性が存在し、当該ロータハブは、弾性ベアリング・アッセンブリの荷重と運動を調整可能である。一方において、弾性ベアリングの外面形状、とりわけ、その横断直径と焦点距離を最小化させている。
発明の概要
本発明の目的は、軸対称弾性ベアリングを設けることであり、当該ベアリングは、関節型ロータハブ・アッセンブリと共に使用し、ロータブレードの多方向変位を調整するように動作可能であり、当該ロータブレードは、それ自体の弾性ベアリングの最大横断直径と焦点距離とがロータハブ・アッセンブリの大きさと重量を減らすために最小化している。
本発明の他の目的は、弾性積層における剪断歪みを最小化させる一方で、大きなロータブレードの可動域を調整する弾性ベアリングを設けることである。
本発明のさらなる目的は、ロータ・アッセンブリ・ヨークの方向を実質的な水平面に向けることを容易にする弾性ベアリングを設けることである。
これらの発明の目的は、関節型ロータハブ・アッセンブリのための軸対称弾性ベアリング・アッセンブリによって達成される。当該軸対称弾性ベアリング・アッセンブリは、ヨークとロータハブ・アッセンブリのハブ保持部材と共に使用でき、ロータブレード・アッセンブリの多方向変位の調整に関し操作される。軸対称弾性ベアリング・アッセンブリは、中央ベアリング構成部と球面弾性構成部とを含み、当該中心ベアリング構成部は、ベアリング焦点を画定する球面ベアリング表面を備え、当該弾性構成部は、ベアリング焦点に関して各々対向する反対面に球面ベアリング表面に接合されている。それぞれの球面弾性構成部は、弾性体と弾力の無いシムの複数の交互層を有し、当該交互層は中心を備える曲面を有し、当該曲面の中心はベアリング焦点と一致し、かつ順次その半径が長くなるように設けられいる。ベアリングのエンドプレートは、球面弾性構成部に接合され、ハブ支持部材とヨークと共に装着可能となっている。動作時において、中央ベアリング構成部は、球面弾性要素間で、荷重と運動とが割りふりされるように、回転方向において自動的に位置決めされる。即ち、回転角が自動的に定まる。
【図面の簡単な説明】
本発明を詳細に記述した以下の説明を参照し、検討することによって、本発明と付属装置と効果とをより完全に理解することができる。
図１は、本発明による関節型ロータハブ・アッセンブリの斜視図であり、当該ロータハブ・アッセンブリ内部の一部分を切り欠き、軸対称弾性ベアリング・アッセンブリを明確に図示している。
図２ａは、軸対称弾性ベアリングの切り欠いた拡大斜視図であり、ロータ・アッセンブリ・ヨークとロータハブ・アッセンブリの剪断セグメントと共に図示している。
図２ｂは、軸対称弾性ベアリング・アッセンブリの弾性積層の拡大斜視図を図示している。
図３は、図２ａの側面図であり、図中の軸対称弾性ベアリング・アッセンブリは、その焦点の配置にされており、当該焦点は、荷重と運動に誘導されたブレードの応答に関していることを図示している。
図４は、軸対称弾性ベアリングの球面弾性構成部の概略図であり、当該構成部に関連する幾何学的特徴を図示している。
図５ａと図５ｂは、それぞれ、従来の弾性ベアリングと軸対称弾性ベアリング・アッセンブリの側面概略図であり、両者の寸法の違いの比較を目的として図示している。
図６ａと図６ｂは、それぞれ、従来の関節型ロータハブ・アッセンブリと本発明の軸対称弾性ベアリングを設けている関節型ロータハブ・アッセンブリの設計概略図であり、
隣接のヨークの間及び／又はヨークと介在ロータブレード緩衝器との間のクリアランス要求の違いの比較を目的として図示している。
図７ａと図７ｂは、それぞれ、従来の弾性ベアリングと軸対称弾性ベアリング・アッセンブリの設計概略図であり、ロータ・アッセンブリ・ヨークと各ハブ保持部材のそれぞれの剪断セグメントとの間のクリアランスの要求の違いの比較を目的として図示している。
図８は、本発明の軸対称ベアリング・アッセンブリの別の実施態様を図示している。
発明の最良な実施態様
同一の構成、関連する構成には、同じ符号を用いて、図面を基に説明を行なう。図１には、ハブ支持部材１２を有する関節型ロータハブ・アッセンブリ１０を示す。このハブ支持部材は、回転軸１６に関する複数のロータブレード・アッセンブリ１４を駆動操作するためのものである。ハブ支持部材１２は、複数の放射状スポーク２０と剪断セグメント２２とを含み、当該剪断セグメントは、ペアの放射状スポーク、すなわち、上部および下部の放射状スポーク２０ａと２０ｂをそれぞれ、構造的に相互接続している。各々の剪断セグメント２２は、それぞれの放射状スポーク２０と共に、ロータ・アッセンブリ・ヨーク２４を受け入れるために環状構造体を形成する。ヨーク２４は、概略Ｃ字形状をなし、それぞれの剪断セグメント２２を環状形状に、取り囲む。より詳細には、ヨーク２４は、中間体２４ｍと一対の放射状アーム２４ａ、２４ｂとを含み、当該中間体は、それぞれの環状構造体を通じて延長し、当該放射状アームは、中間体２４ｍの外側に突き出して、剪断セグメント２２の片側に設けられている。各々の放射状アーム２４ａ、２４ｂの末端付近部は、カフ構造体２８と共に設けられており、当該カフ構造体は、順番に、各々のロータブレード・アッセンブリ１４の基端部（ルートエンド）に、装着される。
本発明の軸対称弾性ベアリング・アッセンブリ３０は、各ロータ・アッセンブリ・ヨーク２４とそれぞれの剪断セグメント２２との間に挿入され、当該剪断セグメントは、ロータブレード・アッセンブリ１４の多方向変位を調整する。さらに詳細には、本発明の軸対称弾性ベアリング・アッセンブリ３０は、それぞれのブレード・アッセンブリ１４のフラップ方向と先端−末端（エッジ方向）とピッチ運動を調整するように動作可能であり、それぞれの方向を矢印Ｆ、ＬとＰにて指し示した。さらに一方において、当該ベアリング・アッセンブリは、それぞれのロータブレード・アッセンブリ１４へトルクを駆動し、ハブ支持部材１２にその揚力荷重を伝達し、さらに、ロータブレード・アッセンブリ１４に作用する遠心力荷重に反作用するために操作可能である。それぞれの軸対称弾性ベアリング３０、それぞれのヨーク２４と剪断セグメント２２が、それぞれのロータブレード・アッセンブリ１４を据え付けのために必須要件である限りにおいては、一つの弾性ベアリング・アッセンブリ３０と、それぞれハブ・アッセンブリとのその中間構造の記載に関した議論が容易であろう。
図２ａ、図２ｂにおいて、軸対称弾性ベアリング・アッセンブリ３０は、ロータ・アッセンブリ・ヨーク２４とそれぞれの剪断セグメント２２と共に、図示されている。軸対称弾性ベアリング・アッセンブリ３０は、中央ベアリング構成部３２を含み、当該中央ベアリング構成部は、球面ベアリング表面３２ｓを有し、ベアリング焦点３０ｆを画定する。ベアリング焦点３０ｆは、ロータブレード・アッセンブリの関節部分に関して、フラップ方向、先端−末端とピッチ軸、Ｆａ、ＬａとＰａをそれぞれ画定する。それらは、球状表面３２ｆに対して、不連続な球面弾性エレメント３４が接合し、当該球面弾性構成部は、ベアリング焦点３０ｆの対向する両側面に設けられている。さらに、各球面弾性エレメント３４は、弾性体と弾力の無いシム３６及び３８の複数の交互層（図２ｂ参照）よりなり、それぞれのシムは、ベアリングの焦点３０ｆに関して順次半径が長くなるように設けられ、シムと一致する曲面Ｃcの中心を有する。ベアリング・エンドプレート４０は、球面弾性エレメント３４の最外の弾性層３６に接合され、ロータ・アッセンブリ・ヨーク２４と剪断セグメント２２と共に設けられるために安定的な構成をなしている。より詳細には、放射状の最内のベアリング・エンドプレート４０は、ロータ・アッセンブリ・ヨーク２４の中間体２４ｍと共に設けられ、放射状の最外のベアリング・エンドプレート４０は、ハブ支持部材１２の剪断セグメント２２と共に設けられている。
図３において、軸対称弾性ベアリング・アッセンブリ３０は、ロータブレードによる荷重と運動の影響下に置かれて図示されている。より詳細には、ロータ・アッセンブリ・ヨーク２４は、ブレード可動域に誘導されたフラップ方向の影響下により、角度が大きくずれた状態で図示されている。ロータ・アッセンブリ・ヨーク２４が荷重下でずれているので、球面弾性エレメント３４は、各弾性体層の剪断配置を通じてベアリング焦点３０ｆに関してずれている。同時に、中央ベアリング構成部３２は、前記荷重と運動とが球面弾性エレメント３４のそれぞれに割り振られるように回転する。すなわち、中央ベアリング構成部３２は、翼軸、Ｆａについて回転して自動で位置決めされ、球面弾性エレメント３４の対応する弾性層３６、３８、つまり、ベアリング焦点３０ｆに対して等しい円弧に設けられた、３６、３８層が、一致して圧縮荷重と剪断歪みを実質的に受けるようにさわっている。上記状態は、翼軸、Ｆａに対しての中央ベアリング構成部３２が回転しているが、中央ベアリング構成部３２は、すべての軸に対して、回転自由であることは、明白となる。当該すべての軸とは、すなわち、フラップ方向、先端−末端とピッチ軸、Ｆａ、ＬａとＰａであり、これらは、ロータブレード可動域の全範囲に亘って分配している荷重と運動によって影響している。
本発明の軸対称弾性ベアリング・アッセンブリ３０は、球面弾性エレメント３４の剪断歪みに誘導される運動を減少させ、当該球面弾性構成部は、結果的に、ベアリング・アッセンブリ３０の焦点距離と最大横断半径の減少を許容する。本発明の前述の部品に対する、より良い評価を得るために、軸対称弾性ベアリング３０の重要な寸法と幾何学形状を画定する図４により説明する。幾何学的相互関係を議論する前に、後述の範囲と幾何学的記号とを説明する。中央線ＣLは、球面弾性エレメント３４の中央部を横断、ベアリング焦点３０ｆと交差する線である。半径Ｒｉ、Ｒｏは、それぞれ、球面弾性エレメント３４の最内と最外の弾性層の半径である。角βは、中央線ＣLと、最内の弾性層３６の自由縁Ｅｉと、ベアリング焦点３０ｆとを結ぶ第１線Ｌ１とによって、画定される。角αは、中央線ＣＬに平行な線ＣPLと、最内及び最外の弾性層３６ｉ、３６ｏの自由縁Ｅｉ、Ｅｏとを結ぶ第２線Ｌ２とによって、画定される。角θは、半径Ｒｏと角β、αによって画定される支持コーン角である。最小横断直径ＤｔMINは、横断の寸法、すなわち、最内の弾性層３６ｉの中央線ＣLを横切る寸法である。最大横断直径ＤｔMAXは、最外の弾性層３６ｏの横断直径、さらに、コーン角θによって画定される弧の径間である。また、焦点距離Ｄｆは、ベアリングの焦点３０ｆから最外のベアリング・エンドプレート４０の端部までの中央線ＣLに沿った距離である。最大横断直径ＤｔMAXと焦点距離Ｄｆは、半径Ｒｏの最外弾性層への関数である。さらに、最大横断直径ＤｔMAXは、所望のゆがみ安定性を設けるための支持コーン角θによって画定される横断距離の径間でなければならない。後者、すなわち、ゆがみ安定性について考察を行うと、中央ベアリング構成部３２が球面ベアリング・アッセンブリ３４によってのみ制約されている限りにおいては、ゆがみ安定性が軸対称弾性ベアリングに対して大きな影響力を有することは、とりわけ明白である。その結果、その横断方向、フラップ方向の剛性は、ゆがみ不安定性を防ぐために、すなわち、中央ベアリング構成部３２の位置を維持するために、留意した分析をしなければならない。これらの概念については、以下に詳細に述べることとする。先に述べた通り、中央ベアリング構成部３２が球面弾性エレメント３４間に任意に回転する容易に回避できるかどうかは、それらの間に分割される運動に影響する。その結果、おのおのの球面弾性エレメント３４は、ブレード可動域によって誘導される全体角度の配置の１／２を調整する。このような角度を減小させた配置は、球面弾性エレメント３４における剪断歪み、とりわけ、最外弾性層３６ｏにおける剪断歪みを少なくする。従って、軸対称弾性ベアリング・アッセンブリ３０は、従来技術の非軸対称弾性ベアリングに伴う弾性層３６の必要性よりも、球面弾性エレメント３４ごとに、より少ない弾性層３６でこと足りるのである。弾性層３６の数を減らすことによって、半径寸法Ｒｏが最小化され、その結果として、支持コーン角θをスパンする必要な最大横断直径ＤｔMAXは、減少されるであろう。同様に、半径Ｒｏが短くなることで、軸対称ベアリング・アッセンブリ３０の焦点距離Ｄｆが減少される。すなわち、焦点距離Ｄｆが、和Ｒｏ��Ｄｅと等しい限りにおいて、Ｒｏの変化がベアリング・アッセンブリ３０の焦点距離を増減することは、明らかのことである。
所望の支持コーン角θは、荷重状況、弾性層の機械的な利点、例えば、弾性体の容積と剪断の係数、弾性体や弾力性の無いシムなどの歪み許容量、最内及び最外の弾性層３６ｉ、３６ｏへの半径Ｒｉ、Ｒｏ、と重要な幾何学的角度β及び角度αにより、一義的に決定される。より詳細には、支持コーン角θは、ゆがみ強度の理論値と実際のゆがみ強度の比較を行う反復過程によって決定されるであろう。充分なゆがみ安定性を保障するために、以下の式１と式２が満たされねばならない。
0003801646.tif 000002
ここで、ＫTとＫF、それぞれ、ベアリングの幾何学的形状により与えられるベアリング・アッセンブリ３０の横断剛性とフラップ方向剛性である。さらに、
0003801646.tif 000003
前記Ｃfはベアリング・アッセンブリ３０に作用する見込み遠心力であり、ＳＦは所望の安全ファクターである。
横断剛性とフラップ方向剛性、ＫTとＫFの値は、当該技術分野において知られている種々の方法によって決定されるであろうが、簡素な分析法においては以下のようになる。
0003801646.tif 000004
ここで、ＲMは球面弾性エレメント３４の平均角度である。
ＲｉとＲｏの値は、荷重状況、運動要求、圧縮強度、弾性層３６の剪断歪み許容量に基づく反復過程によって決定される。内部角度Ｒｉは、ベアリング・アッセンブリ３０、弾性体の断面積π（ＲｉＳｉｎβ）2、最内の弾性層３６ｉの許容圧縮強度を作用する遠心力Ｃｆによって一義的に決定される。最小Ｒｉを算出するための制御式は、以下の通りである。
0003801646.tif 000005
ここで、δALLOWは、弾性体材質の許容圧縮強度であり、前記角度βは、約６５度から約８５度の間であり、好ましくは、約７０度から約８０度の間である。前記の角度βに関する範囲は、生産工程に支障を来す、すなわち、弾性構成体３４を形成する能力に支障を来す８５度を超えない角度から、半径ＲMの平均値を増加させる、その結果として、ゆがみ強度を減じる６５度を下回る限りにおいて、発明者によって軸対称ベアリング・アッセンブリ３０のために最適に決定されている。
Ｒｏと半径ＲMに関係する弾性層への平均角度βの示す値βMを決定するために、次の式７と式８を同時に解法する。
0003801646.tif 000006
ここで、γALLOWは、弾性体の許容剪断歪みであり、Φは、ロータ・アッセンブリ１４の最大見込み翼角、別の表現をするならば、最大の可動域が見込まれている角度である。
0003801646.tif 000007
ここで、αは、約３５度から約５５度の間であり、好ましくは、約４０度から約５０度の間である。角度αに関する前述の範囲は、発明者によって、最適に決定され、前記軸対称弾性ベアリング・アッセンブリ３０は、角度が５５度より大きくなる範囲では、角度βMの平均値が増加し、Ｒｏは、歪み許容量に合わせて小さくしなければならず、一方、角度が３５度より小さい場合においては、半径ＲＭの平均値が増加し、ゆがみ強度が低減する。
ＲｏとＲｉの最小値が決定されて、半径ＲMの平均値は、式５と横断方向、フラップ方向の剛性値ＫT、ＫFによって算出される。前記ＫT、ＫFは、それぞれ、式３、式４によって決定され、前記剛性値は、式１、式２のゆがみ強度を満足させるために用いられる。
多くの幾何学的形状や材料の組合せが、必要なゆがみ安定性を達成するために使用され、前記ヘリコプターロータの動作要求を満足させる一方において、下記の表は、一例の軸対称弾性ベアリング・アッセンブリ３０の変数の概要を示す。軸対称弾性ベアリング・アッセンブリ３０は、ロータ・システム用に大きさが決められており、おのおののブレード・アッセンブリ１４が±１５度のフラップ方向の最大可動域に、±３０度のピッチ可動域に実験されている。さらに、それぞれのブレード・アッセンブリに作用する遠心荷重Ｃｆは、約７１、０００ｌｂｓ（１５９６２Ｎ）であり、２．５の安全係数が、充分なゆがみ安定性を確証するために用いられている。
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図５ａ及び図５ｂには、従来技術の非軸対称の弾性ベアリング１００の側面図と軸対称弾性ベアリング・アッセンブリ３０の側面図がそれぞれ図示されており、当該側面図は、ベアリング・アッセンブリ１００、３０の横断直径と焦点距離を比較するためのものである。本実施例により、従来技術の最大横断直径ＤｔMAX(PA)と焦点距離Ｄｆ(PA)は、本発明の軸対称弾性ベアリング３０の最大横断直径ＤｔMAXと焦点距離Ｄｆよりも明確に大きいことが示されている。結果的には、ハブ支持部材１０２、すなわち、放射状スポーク１０４ａと１０４ｂは、従来技術の弾性ベアリング１００によって画定される外面形状を調整するために適合して（拡大させて）構成されねばならない。発明の背景にて議論したように、前述の拡大された外面形状は、ロータハブ・アッセンブリの重量と空気力学的抵抗に対して逆の衝撃を与える。対照的に、軸対称弾性ベアリング・アッセンブリ３０は、放射状スポーク２０ａ、２０ｂの両者間の垂直スペースを最小化し、これによって、ハブ支持部材１２の重量の有効性と空気力学的挙動を改善する。
図６ａ及び図６ｂには、従来技術の弾性ベアリング１００の外面形状が大きくなっていることから、隣接するヨーク１０６間及び／又はヨーク１０６とロータブレード介在ダンパ１０８との間の有効クリアランスＣＤ−１(PA)が限定されている。しばしば、これらの限定は、ロータの設計者にロータ・アッセンブリ・ヨークとハブ支持部材との再設計を強制する。この場合、当該ヨークは、有効なクリアランスを増加させるために垂直に方向決めされる。このようなロータハブの構成は、Ｈｉｂｙａｎらの発明、米国特許番号４，５６８，２４５に示されている。さらに発明の背景にて議論したように、このようにクリアランス拡大やヨークの方向決めが要求されることから、ロータハブ・アッセンブリの空気力学的挙動に悪影響を与える。一方、軸対称弾性ベアリング３０は、隣接構成部の間、例えば、ロータ・アッセンブリ・ヨーク２４とロータブレード・ダンパー５０との間に、より大きなクリアランスＣＤ−１を与え、従って、各々のロータ・アッセンブリ・ヨーク２４の放射状アーム２４ａ、２４ｂが、それぞれのロータシステムの面に実質的に水平に方向決められる（すなわち、実質的に水平とは、あるプレ−ピッチ要求に調整するために、１０度以内である）。このような方向決めにより、ヨーク２４の断面積が減少し、結果的に、空気力学的抵抗も減少する。
図７ａ及び図７ｂには、従来技術のベアリング・アッセンブリ１００と軸対称弾性ベアリング・アッセンブリ３０の設計概略図が示され、図中の剪断セグメント１１０、２２とロータ・アッセンブリ・ヨーク１０６、２４が水平面に沿って区分されている。
本実施例によって、従来技術のベアリング・アッセンブリ１００の増加した焦点距離Ｄｆ(PA)は、増加したクリアランスの要求によって、重量の不利益を激化させていることが示されており、当該クリアランスは、放射状アーム１０６ａ、１０６ｂとハブ支持部材１０２の剪断セグメントとの間のことである。このことは、積Ψ＊ＤｆPAとΨ＊Ｄｆを比較することによって可能であり、これらは、ＣＤ−２(PA)とＣＤ−２、それぞれのクリアランス寸法を示す。当該クリアランス寸法は、従来技術の弾性ベアリング１００と本発明の軸対称弾性ベアリング３０によって求められているものである。図示された角度Ψは、最大限の予定角度の動きであり、当該予定角度の動きとは、すなわち、ロータ・ブレード・アッセンブリのフラップ向や先端−先端の動きである。一方、軸対称弾性ベアリング・アッセンブリ３０によって生じる、より小さい焦点距離Ｄｆは、ヨーク２４と剪断セグメント２２との間の充分なクリアランスを低減させる。
一方において、本発明は、一対の球状弾性エレメント３４を図示しているのだが、当該球状弾性エレメント３４は、多数のペアに区分されていても良いことが示されている（図８参照）。しかしながら、当該多数のペアに区分されている球状弾性構成部は、それらの横断剛性ＫTとフラップ方向剛性ＫFが、歪み不安定性を防ぐために充分であるように設けられている。さらに、一方において、本発明は単体中央ベアリング構成部を図示しているのだが、当該中央ベアリング構成部は、多数の構成部３２ａ、３２ｂを含み、当該多数の構成部は、組み付けられたときに、球状弾性エレメント３４に接合するための球面３２ｓを生じることが示されている。球面３２ｓは、図示した通り、連続した球に形状化されてる必要はないが、影響の無い部分Ａにおいて、切除または切り欠かれ、ベアリング構成部３２を軽量化し、又は製造工程を簡略化していることが、示されている。さらに、一方において、軸対称弾性ベアリング・アッセンブリ３０の焦点３０ｆは、好ましくは、ロータブレード・アッセンブリ１４のフラップ、先端−先端、ピッチ軸Ｆａ、Ｌａ、Ｐａと一体であるのだが、このような一体という位置関係は、必須ではないことが示されている。すなわち、一方において、軸間の対向する継ぎ手を妨げないように完全な回転運動が望まれるのだが、軸対称弾性ベアリング・アッセンブリ３０は，要求に不適用なロータブレード関節を調整するのを可能とし、ベアリング焦点３０ｆを一又はそれ以上の軸Ｆａ、Ｌａ、Ｐａから偏らせる。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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