CN105547534A - 可测量转子轴向载荷的弹性支承 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可用于测量转子轴向载荷的弹性支承。所述弹性支承包括安装座和与安装座连接的圆筒形的支承件，所述支承件包括连接端一、连接端二和位于连接端一和连接端二之间的弹条；所述连接端一与安装座连接，连接端二置于支承座油膜内环与轴承外圈之间；还包括弹性环，所述弹性环设置于连接端二内，所述弹性环上靠近轴承的一侧设置有载荷凸台，所述载荷凸台与轴承外圈接触，弹性环的另一侧固定有连接凸台；所述连接凸台与连接端二内壁固定；所述弹性环外径比所述连接端二的内径小；在靠近载荷凸台受压应力处粘贴有应变片，两个载荷凸台之间受拉应力处也粘贴有应变片。本发明设计了一种具有轴向载荷测量功能的弹性支承，整体设计简单紧凑，可操作性强，可靠性高，可多次重复使用。

Description

可测量转子轴向载荷的弹性支承

技术领域

本发明涉及航空发动机技术领域，更具体地，涉及一种可测量转子轴向载荷的弹性支承。

背景技术

发动机从起动到最大工作转速，发动机必然要通过一阶、二阶甚至三阶临界转速。在转子快速通过临界转速时，转子将产生较大振动。航空发动机转子装有弹性支承，弹性支承能起到减振降幅的作用，可有效调节转子的临界转速，使转子的临界转速调整到其工作转速之外，保证转子安全通过临界转速。

压气机转子工作时会产生向前的轴向载荷，涡轮转子工作时会产生向后的轴向载荷。压气机转子由于压缩气体做功，使得气体压比增大，气体反过来对叶片有向前的反作用力，这些反作用力通过转子作用在球轴承上。相反，气体推动涡轮叶片做功，涡轮转子则受到向后的作用力。对于整机转子来说，转子的轴向载荷则是作用在压气机转子上向前的轴向载荷和作用在涡轮转子上向后的轴向载荷的合力。

轴向载荷必须保持在合适的范围之内。过大的轴向载荷有可能超过轴承的许用载荷，较小的轴向载荷则会导致轴承轻载打滑，进而造成轴承磨损失效。转子的轴向载荷必须控制在一定范围内，既不能太大也不能太小，更不能频繁换向，以免损坏轴承，造成转子的破坏和发动机的损毁。因此，在发动机工作过程中，对转子进行径向振动监测的同时，必须对其轴向载荷进行测量，以保证转子安全可靠工作。

通常，会在弹性支承的两相互垂直的弹条根部粘贴应变片。通过监测弹性支承振动应变，确保转子振幅在安全范围内，保证弹条不发生疲劳断裂和转静子不发生碰磨。

轴向载荷可以通过测量发动机各个腔室的腔压，利用气动计算公式计算得到。但是要求能够准确测量腔压、测点位置布置合理、测点数目合适且计算公式准确。根据以往经验来看，采用气动公式计算转子轴向载荷的方法由于受诸多不确定因素的影响，通过气动方法计算的转子轴向载荷往往不靠谱，不能反映实际情况。另一种方式是通过试验直接测量轴向载荷，这需要设计专门的弹性环传感器，弹性环传感器一端抵着弹性支承的内安装边，另一端承受轴承外环的轴向载荷。其与弹性支承装配及使用过程中，由于装配不当或者弹性环传感器的周向转动造成弹性环传感器的信号线被剪断，从而无法完成测试任务。测试信号线从弹性支承中引出麻烦，若处理不当有可能刮蹭到高速旋转的转子。同时弹性环传感器与弹性支承轴承座内环配合，若二者配合间隙设计太小，测量时由于需要克服二者的摩擦力，造成实际测量载荷偏小；若二者配合间隙过大，难以保证安装状态下的弹性环传感器与弹性支承同心，有可能造成弹性环传感器偏载。另外，若弹性环传感器两端面平面度和平行度不好，同样会引起工作中轴承的偏载，对其测量结果有较大影响。

现有公开的资料中并无其他有关测量转子轴向载荷的弹性支承设计及装置的技术报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种测量转子轴向载荷的弹性支承，该弹性支承既能保留传统弹性支承减振降幅、调节临界转速的功能，同时通过充分利用弹性支承内部空间结构，将弹性环整合在弹性支承内，使其又具备测量转子轴向载荷的能力。

本发明的上述目的通过以下技术方案予以实现：

提供一种用于测量转子轴向载荷的弹性支承，所述弹性支承包括安装座和与安装座连接的圆筒形的支承件，所述支承件包括连接端一、连接端二和位于连接端一和连接端二之间的弹条；所述连接端一与安装座连接，轴承置于连接端二内；还包括弹性环，所述弹性环设置于连接端二内，所述弹性环上靠近轴承的一侧设置有载荷凸台，所述载荷凸台与轴承外圈接触，弹性环的另一侧固定有连接凸台；所述连接凸台与连接端二内壁固定；所述弹性环外径比所述连接端二的内径小；在靠近载荷凸台受压应力处粘贴有应变片，两个载荷凸台之间受拉应力处也粘贴有应变片。

本发明将弹性环与传统的弹性支承结合起来进行一体化设计，由此赋予了传统弹性支承直接测量轴向载荷的功能，具体地，设置载荷凸台与轴承外圈接触传递载荷至本发明的弹性支承，设置连接凸台将弹性环与支承件固定，实现了将弹性环与传统的弹性支承的一体化设计；将弹性环与支承件固定，在弹性环上粘贴应变片，由于弹性环与支承件内壁相连，故弹性环不会由于轴承外圈可能的周向转动而转动，即可避免信号线被剪断而无法完成轴向载荷测量任务的后果。设置弹条，使得弹性支承在径向可以发生变形，弹性支承的刚度主要由弹条的刚度决定，可以通过改变弹条个数及其横截面参数（宽度和高度）来获得合适的弹性支承刚度；所述弹性环外径比所述连接端二的内径小，即弹性环与所述连接端二之间有间隙，保证弹性环环体能在轴向自由运动，因为弹性环环体若与支承件内壁连接，则弹性环环体不会变形，使得整个弹性支承不具有测量轴向载荷的功能。

当本发明所述的弹性支承感受轴向载荷时，由于载荷凸台受到轴向载荷作用使得弹性环发生弯曲变形，靠近载荷凸台的应变片受压，两载荷凸台之间的应变片受拉。事先标定好应变和力的对应关系，在实际工作过程中，通过监测相应的应变量，即可以换算成对应的轴向载荷。本发明结构简单，测量准确，可快速高效地测得轴向载荷。

进一步地，所述应变片的信号线从连接凸台之间引出，并且固定在一根弹条上。所述应变片的信号线从连接凸台之间引出，并固定在一根弹条上，这样使得信号线在工作过程中，不会被转子刮断。

进一步地，所述应变片的数量为8，4个应变片靠近载荷凸台，其余4个应变片位于两个载荷凸台之间，该8个应变片组成一个全桥。在弹性环的一侧的合适位置粘贴应变片，一般粘贴8个应变片，其中4个应变片粘贴在最大拉应力位置，另外4个应变片粘贴在最大压应力位置。将8个应变片连接成全桥输出，这样可以保证测试灵敏度和稳定性。

进一步地，所述连接凸台的数量等于所述载荷凸台的数量，且所述连接凸台与所述载荷凸台周向位置相互错开布置。

进一步地，在连接凸台之间设置有限位凸台，限位凸台与所述支承件内壁固定，所述限位凸台与所述弹性环之间具有间隙；所述信号线从连接凸台和限位凸台之间引出，并且固定在一根弹条上。在弹性环的一侧设计有限位凸台，用来控制弹性环的变形量，也即限定其可测的载荷范围。因为在实际工作过程中，转子轴承的轴向载荷作用在弹性环上，使其发生变形，随着弹性环的轴向变形量增大，转子叶片与机匣内壁间隙逐渐变小，有可能发生碰磨，因此需对弹性环的变形量进行限位。

进一步地，所述限位凸台与所述载荷凸台周向位置对应。

进一步地，所述连接凸台或者限位凸台与所述连接端二的连接处设置有倒角。

进一步地，所述载荷凸台的个数由测量的轴向载荷范围、轴承尺寸和测量灵敏度选择。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的用于测量转子轴向载荷的弹性支承将弹性环整合在弹性支承内，形成了具有轴向载荷测量功能的一体化弹性支承设计，既保留了传统弹性支承减振及调节临界转速的功能，又充分利用其内部空间结构；进一步地设计有限位凸台，限制弹性环的变形量，既保证其正常的测试功能，又能确保转子正常工作。弹性支承和弹性环一体化设计，能防止弹性环在工作过程中发生周向转动，保护好测试信号线；进一步地将测试信号线可以从连接凸台和限位凸台之间的空间引出，并固定在弹条上，防止其被高速转动的转子刮断。

本发明设计了一种具有轴向载荷测量功能的弹性支承，整体设计简单紧凑，可操作性强，可靠性高，可多次重复使用。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明优选实施例用于测量转子轴向载荷的弹性支承结构图示意图；

图2为图1中沿A-A线的横向剖视图；

图3为图1中沿B-B线的横向剖视图；

图4为图2中C线内的放大图；

图5为图3中沿D-D线的横向剖视图。

图中，1为安装座，2为弹条，3为弹性环，4为载荷凸台，5为连接凸台，6为限位凸台，7为应变片，8为连接端二，9为连接端一。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明，但是以下实施例仅为便于说明本发明思想所例举的示例之一，并不因此限定本发明。基于本发明基本思想所做的简单替换和变化以及不同的实施方式，应视为本发明保护范围。为方便说明，以下实施例以载荷凸台的数量为6个进行说明，但并不因此限定本发明。

实施例1

如图1~5所示，本实施例提供一种用于测量转子轴向载荷的弹性支承，所述弹性支承包括安装座1和与安装座1连接的圆筒形的支承件；所述支承件包括连接端一9、连接端二8和位于连接端一9和连接端二8之间的弹条2；所述连接端一9与安装座1连接，轴承置于连接端二8内；还包括弹性环3，所述弹性环3设置于连接端二8内，所述弹性环3上靠近轴承的一侧设置有载荷凸台4，所述载荷凸台4与轴承外圈接触，弹性环3的另一侧固定有连接凸台5；所述连接凸台5与连接端二8内壁固定；所述弹性环3外径比所述连接端二8的内径小；在靠近载荷凸台4受压应力处粘贴有应变片7，在连接凸台5之间设置有限位凸台6，限位凸台6与所述支承件内壁固定，所述限位凸台6与所述弹性环3之间具有间隙；所述信号线从连接凸台5和限位凸台6之间引出，并且固定在一根弹条2上。

所述应变片7的数量为8，4个应变片靠近载荷凸台4，其余4个应变片位于两个载荷凸台4之间，该8个应变片7组成一个全桥。

所述连接凸台5的数量等于所述载荷凸台4的数量，且所述连接凸台5与所述载荷凸台4周向位置相互错开布置。

所述限位凸台6与所述载荷凸台4周向位置对应。

所述连接凸台5或者限位凸台6与所述连接端二8的连接处设置有倒角。

所述载荷凸台的个数由测量的轴向载荷范围、轴承尺寸和测量灵敏度选择。

一般而言，航空发动机转子会工作在几阶临界转速之上，即发动机转子从起动到工作转速过程中，必须越过几阶临界转速。在临界转速处，转子振动加剧，弹性支承既可以减振又可以将临界转速调离转子的工作转速范围，保证转子安全可靠工作。转子在工作过程中，由于气体的反作用力，会使主轴承承受一定的轴向载荷，轴向载荷必须控制在一个合适的范围内，因此需要对主轴承的轴向载荷进行实际测量。通过间接测量腔压，利用气动计算公式间接获得轴向载荷往往与结果偏离较大。直接进行轴向载荷测量的方法，需要用到一种弹性环结构。

本实施例将该弹性环结构与传统的弹性支承结合起来进行一体化设计，能防止弹性环在工作过程中发生周向转动，保护好测试信号线，由此赋予了传统弹性支承直接测量轴向载荷的功能。弹性环结构在环的两面交错分布一定数目的凸台（载荷凸台和连接凸台），凸台的个数可以根据轴承尺寸、测量的轴向载荷范围以及测量灵敏度选择。在弹性环的一侧通常设计有限位凸台，用来控制弹性环的变形量，也即限定其可测的载荷范围。在弹性环一侧的合适位置粘贴应变片，一般粘贴8个应变片，其中4个应变片粘贴在最大拉应力位置，另外4个应变片粘贴在最大压应力位置。将测试信号线从连接凸台和限位凸台之间的空间引出，并固定在弹条上，防止其被高速转动的转子刮断。将8个应变片连接成全桥输出，这样可以保证测试灵敏度和稳定性。弹性环结构在使用时，由于两侧的凸台受到轴向载荷作用使得弹性环发生弯曲变形，并利用事先的应变和力的标定关系，得到实际工作过程中转子轴承上的轴向载荷大小。

本发明已在某弹性支承的贴片和标定过程中得到了应用和验证。从验证结果来看，此设计结构合理，贴片、引线及引线的固定可行可靠。对弹性支承的弹性环进行应变和力的关系标定，可以发现二者的线性关系好。设计的弹性环结构灵敏度高，测量精度好。

以上针对一种可用于测量转子轴向载荷的弹性支承，仅仅是以该结构为例，说明了本发明的具体设计与实施过程，并不局限于弹性支承及内部弹性环的具体结构，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化（弹条的个数及横截面尺寸，弹性环的尺寸及载荷凸台、连接凸台和限位凸台的个数等均可改变）。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可用于测量转子轴向载荷的弹性支承，所述弹性支承包括安装座和与安装座连接的圆筒形的支承件，所述支承件包括连接端一、连接端二和位于连接端一和连接端二之间的弹条；所述连接端一与安装座连接，轴承置于连接端二内；其特征在于，还包括弹性环，所述弹性环设置于连接端二内，所述弹性环上靠近轴承的一侧设置有载荷凸台，所述载荷凸台与轴承外圈接触，弹性环的另一侧固定有连接凸台；所述连接凸台与连接端二内壁固定；所述弹性环外径比所述连接端二的内径小；在靠近载荷凸台受压应力处粘贴有应变片，两个载荷凸台之间受拉应力处粘贴有应变片。

2.根据权利要求1所述可用于测量转子轴向载荷的弹性支承，其特征在于，所述应变片的信号线从连接凸台之间引出，并且固定在一根弹条上。

3.根据权利要求1所述可用于测量转子轴向载荷的弹性支承，其特征在于，所述应变片的数量为8，4个应变片靠近载荷凸台，其余4个应变片位于两个载荷凸台之间，该8个应变片组成一个全桥。

4.根据权利要求1所述可用于测量转子轴向载荷的弹性支承，其特征在于，所述连接凸台的数量等于所述载荷凸台的数量，且所述连接凸台与所述载荷凸台周向位置相互错开布置。

5.根据权利要求1所述可用于测量转子轴向载荷的弹性支承，其特征在于，在连接凸台之间设置有限位凸台，限位凸台与所述支承件内壁固定，所述限位凸台与所述弹性环之间具有间隙；所述信号线从连接凸台和限位凸台之间引出，并且固定在一根弹条上。

6.根据权利要求5所述可用于测量转子轴向载荷的弹性支承，其特征在于，所述限位凸台与所述载荷凸台周向位置对应。

7.根据权利要求1或5所述可用于测量转子轴向载荷的弹性支承，其特征在于，所述连接凸台或者限位凸台与所述连接端二的连接处设置有倒角。

8.根据权利要求1所述可用于测量转子轴向载荷的弹性支承，其特征在于，所述载荷凸台、连接凸台和限位凸台的个数由测量的轴向载荷范围、轴承尺寸和测量灵敏度选择。