CN108692925A - 弹性环刚度测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弹性环刚度测量装置及测量方法，该测量装置包括用于固定至测量平台上以容纳待测弹性环的轴承座及设于弹性环内的芯棒，芯棒连接有用于施加力载荷的加载杆，加载杆为球头杠杆，球头杠杆与芯棒同轴线设置且其朝向芯棒的第一端固接于芯棒上，球头杠杆上远离芯棒的第二端设有球头，还包括与球头配合以约束球头杠杆的轴向位移的定位座，球头与定位座铰接配合，球头杠杆上靠近第一端对称设置用于对球头杠杆施加设定载荷的施力机构、用于测量球头杠杆在对应载荷条件下变形量的位移传感器。其实现了在传动装置有约束定位的条件下对弹性环的变形量的检测，提高了测量精度，且方便、快捷地实现弹性环在不同方向上的刚度值的测量。

Description

弹性环刚度测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及弹性环检测领域，特别地，涉及一种弹性环刚度测量装置及测量方法。

背景技术

弹性环是一种能抑制发动机转子振动量的装置，具有结构简单、质量轻、占位小等特点，在近代中小型航空发动机中得到广泛的应用，特别适用于高速旋转机械。采用适当的弹性环和挤压油膜阻尼器，可以容易地将高速转子前二阶刚体临界转速置于慢车转速以下，而将转子的弯曲临界转速置于最高转速以上并有足够的共振裕度(20％以上)。国外多种发动机成功使用弹性环和挤压油膜阻尼器的实例表明，在正常工作状态下，可以使发动机的振动量减少60％以上。由于减小了转子振幅，降低了转子振动的外传力，从而可以降低轴承以及整个承力系统的载荷，提高发动机工作的可靠性与耐久性。

弹性环内、外环在周向均布数量不等的小凸台，其加工精度对弹性环刚度的影响较大，现有技术中，弹性环的刚度一般采用直接测量法测量，如CN 202974628U公开了一种弹性环支承刚度测量装置，直接测量法是直接加集中载荷(砝码)于试验件的特定位置，使其发生变形通过测量加载处位移或变形，由公式(1)来求得刚度值的方法：

式中：K——静刚度；

F——外加载荷量；

S——位移或变形量。

测量时，根据弹性环的工作状态，通过夹具将其安装座或轴承座刚性地固联至测试平台。安装好弹性环后，在其特定位置施加集中载荷F，用测量精度达1μm的电涡流位移传感器测量该载荷作用下，弹性环与集中载荷为同一轴线方向上的相对位移值或变形量S。

把测得的F、S值代入式(1)，就可计算出弹性环的刚度值，单位为N/m。

弹性环内环跟芯棒、弹性环外环跟加载环之间是间隙配合，在载荷作用下，弹性环与芯棒、加载环之间的间隙对测量结果影响很大；加载环轴向未定位，加载时砝码盘会晃动，导致加载环会发生轻微的晃动，位移传感器精度很高，这种轻微的晃动会影响测量的精度。

发明内容

本发明提供了一种弹性环刚度测量装置及测量方法，以解决现有的弹性环测量装置由于经加载环作用于弹性环导致测量精度容易受弹性环与芯棒、加载环之间间隙影响的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供一种弹性环刚度测量装置，包括用于固定至测量平台上以容纳待测弹性环的轴承座及设于弹性环内的芯棒，芯棒连接有用于施加力载荷的加载杆，加载杆为球头杠杆，球头杠杆与芯棒同轴线设置且其朝向芯棒的第一端固接于芯棒上，球头杠杆上远离芯棒的第二端设有球头，还包括与球头配合以约束球头杠杆的轴向位移的定位座，球头与定位座铰接配合，球头杠杆上靠近第一端对称设置用于对球头杠杆施加设定载荷的施力机构、用于测量球头杠杆在对应载荷条件下变形量的位移传感器。

进一步地，施力机构包括施力绳，施力绳的一端套接于球头杠杆的通孔内，施力绳的另一端经力载荷检测装置、调节机构连接至承力座。

进一步地，力载荷检测装置包括感受应力的应变计及接收应变计的电信号，用于显示应力大小的力传感器；应变计的两端分别设置凸耳，一个凸耳连接施力绳，另一凸耳经调节机构连接至承力座。

进一步地，调节机构为用于调节加载至球头杠杆上力载荷大小的调节螺杆。

进一步地，定位座包括对称设置的上支座、下支座，上支座与下支座组成与球头配合的球形孔。

进一步地，球头杠杆在第一端设有凸台，芯棒上设有与凸台配合的凹槽，凸台与凹槽经紧固件固接。

进一步地，芯棒上与弹性环配合的端部套设有耐磨的衬套。

根据本发明的另一方面，还提供一种弹性环刚度测量方法，应用上述的弹性环刚度测量装置，本发明方法包括：

将弹性环内置于轴承座内，并将轴承座固定在测量平台上；

经施力机构施加载荷F至球头杠杆上，且在施力机构的相对侧经位移传感器检测球头杠杆上测量点的变形量S；

计算得到弹性环的刚度值K＝F/S。

进一步地，在对球头杠杆施加载荷F之前，还包括施加预定载荷以消除弹性环的装配间隙，并经记录位移传感器和力传感器的读数，作为试验初值。

进一步地，本发明方法还包括：

对弹性环测量多次；对试验测量数据采用均值处理得到弹性环的刚度值。

本发明具有以下有益效果：

本发明弹性环刚度测量装置及测量方法，通过设置与芯棒同轴线设置的球头杠杆，且力载荷经球头杠杆作用于弹性环上，通过球头杠杆的转动角度来间接反映弹性环的变形量，从而实现了在传动装置有约束定位的条件下对弹性环的变形量的检测，提高了测量精度，且通过改变力载荷的方向，可以方便、快捷地实现弹性环在不同方向上的刚度值的测量。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的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是本发明优选实施例弹性环刚度测量装置的结构示意图；

图2是本发明优选实施例中弹性环受力结构的示意图；

图3是本发明优选实施例中球头杠杆转动的结构示意图。

附图标记说明：

1、衬套；2、芯棒；3、弹性环；4、轴承座；

5、测量平台；6、位移传感器；7、钢丝绳；

8、上支座；9、下支座；10、球头杠杆；

11、力传感器；12、调节螺杆；13、承力座；14、应变计。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参照图1，本发明的优选实施例提供了一种弹性环刚度测量装置，包括用于固定至测量平台5上以容纳待测弹性环3的轴承座4及设于弹性环3内的芯棒2，芯棒2连接有用于施加力载荷的加载杆，加载杆为球头杠杆10，球头杠杆10与芯棒2同轴线设置且其朝向芯棒2的第一端固接于芯棒2上，球头杠杆10上远离芯棒2的第二端设有球头，还包括与球头配合以约束球头杠杆10的轴向位移的定位座，球头与定位座铰接配合，球头杠杆10上靠近第一端对称设置用于对球头杠杆10施加设定载荷的施力机构、用于测量球头杠杆10在对应载荷条件下变形量的位移传感器6。

本实施例通过设置与芯棒2同轴线设置的球头杠杆10，且力载荷经球头杠杆10作用于弹性环3上，通过球头杠杆10的转动角度来间接反映弹性环3的变形量，从而实现了在传动装置有约束定位的条件下对弹性环的变形量的检测，提高了测量精度，且通过改变力载荷的方向，可以方便、快捷地实现弹性环在不同方向上的刚度值的测量。

本实施例中，施力机构包括施力绳，优选地，选用刚性强度大的钢丝绳7，钢丝绳7的一端套接于球头杠杆10的通孔内，钢丝绳7的另一端经力载荷检测装置、调节机构连接至承力座13。

本实施例中，力载荷检测装置包括感受应力的应变计14及接收应变计14的电信号，用于显示应力大小的力传感器11；应变计14的两端分别设置凸耳，一个凸耳连接钢丝绳7，另一凸耳经调节机构连接至承力座13。

本实施例中，调节机构为用于调节加载至球头杠杆10上力载荷大小的调节螺杆12。调节螺杆12与应变计14的凸耳固定，且调节螺杆12上设有预定的螺纹行程段，通过该螺纹行程段与承力座13配合以调节施加于球头杠杆10上的力载荷大小，进而实现对弹性环的定向加载。

本实施例中，定位座包括对称设置的上支座8、下支座9，上支座8与下支座9组成与球头配合的球形孔，球头杠杆10的球头在球形孔内自由转动，实现了对球头杠杆沿其轴向的限位。

优选地，球头杠杆10在第一端设有凸台，芯棒2上设有与凸台配合的凹槽，凸台与凹槽经紧固件固接，从而增强球头杠杆10与芯棒2的连接可靠性及连接刚度。

优选地，芯棒2上与弹性环3配合的端部套设有耐磨的衬套1，从而增强本实施例测量装置的使用寿命。

本实施例弹性环刚度测量装置工作时，弹性环的受力简图如图2所示，其等效于一端固定铰支，另一端悬臂。在球头杠杆受力时，铰支端只提供垂直方向的力，不产生弯矩。其中F为施加于球头杠杆的载荷，F1作用于弹性环，F2作用于定位座。球头杠杆刚度远远大于弹性环刚度，在小载荷作用下，球头杠杆发生的变形可忽略不计，测试点位移变化可认为是弹性环变形引起的。

根据受力平衡得到：

在测试时，尽量使L1等于L，并且要保证L具有一定的长度。使得L1≈L,则F1≈F。当载荷F施加于球头杠杆，球头杠杆会转动一个小角度，如图3所示。

其中：

由于L1≈L,则S1≈S。

因此，可以得到如下公式：

且应用本实施例测量装置时，通过改变载荷作用方向，可以测试不同角度方向的弹性环刚度。

根据本发明的另一方面，还提供一种弹性环刚度测量方法，应用上述实施例的弹性环刚度测量装置，本实施例发明方法包括：

将弹性环3内置于轴承座4内，并将轴承座4固定在测量平台5上；

经施力机构施加载荷F至球头杠杆10上，且在施力机构的相对侧经位移传感器6检测球头杠杆10上测量点的变形量S；

计算得到弹性环3的刚度值K＝F/S。

优选地，在对球头杠杆10施加载荷F之前，还包括施加预定载荷以消除弹性环3的装配间隙，并经记录位移传感器6和力传感器11的读数，作为试验初值。

在具体应用时，弹性环3安装前，对力传感器11进行标定，得到力与应变的关系。弹性环3内环与衬套1外环连接，衬套1放置在芯棒2上，再将弹性环3内置轴承座4，轴承座4固定在测试平台5。芯棒2通过螺栓与球头杠杆10连接，球头杠杆10放置在上支座8和下支座9组成的球形孔内，球头杠杆在孔内能自由转动。力传感器11通过钢丝绳7将力施加于球头杠杆11，在球头杠杆10受力处的正上方放置距离合适的位移传感器6，测试球头杠杆10受力后的位移变化。

弹性环3安装完成后，先施加一个预载，消除装配间隙，记录此时的位移传感器和力传感器的读数，作为试验初值。对球头杠杆10加一定的集中力，待加载稳定后读取和记录位移传感器和力传感器的读数，便于进行刚度值计算。

优选地，本实施例方法还包括：

对弹性环3测量多次；对试验测量数据采用均值处理得到弹性环3的刚度值。

在对弹性环进行完单次加载测量后，卸掉载荷，待弹性环3的变形恢复后，重复上述过程几次，对弹性环进行多次测量。对试验测量数据进行处理，计算相对位移的平均值，根据公式(3)计算试验件的刚度。在后续多次测量过程中，优选地，对弹性环多次施加相同的力载荷，且变换力载荷的施加方向，分别记录每次的相对位移值或变形量，然后计算相对位移值或变形量的平均值，得到弹性环对应的刚度值。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，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。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 (10)

1.一种弹性环刚度测量装置，其特征在于，包括用于固定至测量平台(5)上以容纳待测弹性环(3)的轴承座(4)及设于所述弹性环(3)内的芯棒(2)，所述芯棒(2)连接有用于施加力载荷的加载杆，所述加载杆为球头杠杆(10)，所述球头杠杆(10)与所述芯棒(2)同轴线设置且其朝向所述芯棒(2)的第一端固接于所述芯棒(2)上，所述球头杠杆(10)上远离所述芯棒(2)的第二端设有球头，还包括与所述球头配合以约束所述球头杠杆(10)的轴向位移的定位座，所述球头与所述定位座铰接配合，所述球头杠杆(10)上靠近所述第一端对称设置用于对所述球头杠杆(10)施加设定载荷的施力机构、用于测量所述球头杠杆(10)在对应载荷条件下变形量的位移传感器(6)。

2.根据权利要求1所述的弹性环刚度测量装置，其特征在于，

所述施力机构包括施力绳，所述施力绳的一端套接于所述球头杠杆(10)的通孔内，所述施力绳的另一端经力载荷检测装置、调节机构连接至承力座(13)。

3.根据权利要求2所述的弹性环刚度测量装置，其特征在于，

所述力载荷检测装置包括感受应力的应变计(14)及接收所述应变计(14)的电信号，用于显示应力大小的力传感器(11)；所述应变计(14)的两端分别设置凸耳，一个凸耳连接所述施力绳，另一凸耳经所述调节机构连接至所述承力座。

4.根据权利要求3所述的弹性环刚度测量装置，其特征在于，

所述调节机构为用于调节加载至所述球头杠杆(10)上力载荷大小的调节螺杆(12)。

5.根据权利要求1所述的弹性环刚度测量装置，其特征在于，

所述定位座包括对称设置的上支座(8)、下支座(9)，所述上支座(8)与所述下支座(9)组成与所述球头配合的球形孔。

6.根据权利要求1所述的弹性环刚度测量装置，其特征在于，

所述球头杠杆(10)在所述第一端设有凸台，所述芯棒(2)上设有与所述凸台配合的凹槽，所述凸台与所述凹槽经紧固件固接。

7.根据权利要求1所述的弹性环刚度测量装置，其特征在于，

所述芯棒(2)上与所述弹性环(3)配合的端部套设有耐磨的衬套(1)。

8.一种弹性环刚度测量方法，应用如权利要求1至7任一所述的弹性环刚度测量装置，所述方法包括：

将弹性环(3)内置于轴承座(4)内，并将轴承座(4)固定在测量平台(5)上；

经施力机构施加载荷F至球头杠杆(10)上，且在施力机构的相对侧经位移传感器(6)检测球头杠杆(10)上测量点的变形量S；

计算得到弹性环(3)的刚度值K＝F/S。

9.根据权利要求8所述的弹性环刚度测量方法，其特征在于，

在对球头杠杆(10)施加载荷F之前，还包括施加预定载荷以消除弹性环(3)的装配间隙，并经记录位移传感器(6)和力传感器(11)的读数，作为试验初值。

10.根据权利要求8或者9所述的弹性环刚度测量方法，其特征在于，

所述方法还包括：

对弹性环(3)测量多次；对试验测量数据采用均值处理得到所述弹性环(3)的刚度值。