CN110939659A - 一种轴承外环不压紧的可精准测量透平轴向力的结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴承外环不压紧的可精准测量透平轴向力的结构，包括透平转轴、支承壳体、压紧螺母、第一调整垫、轴承、轴承力传感器、第一销钉、第二调整垫、第二销钉以及轴套；通过第一销钉、第二调整垫、第二销钉、轴承力传感器上的凸齿对以及轴承上的凸台，从而限制了轴承外环的转动，压紧螺母通过与支承壳体螺纹连接，压到第一调整垫，确保压紧螺母能够充分压紧，限制了轴承轴向移动的空间，并且压紧螺母与轴承外环留有一定的轴向间隙，不会压到轴承外环。该结构实现了轴向力传感器工作在无预紧压力的情况下传感器的可靠性，同时通过防转措施，保证轴承外环不发生转动，轴承能安全工作。

Description

一种轴承外环不压紧的可精准测量透平轴向力的结构

技术领域

本发明涉及一种测量结构，具体涉及一种轴承外环不压紧的可精准测量透平轴向力的结构。

背景技术

透平机械泛应用于能源动力、航空航天及临近空间组合发动机等领域，在发动机大功率高性能高效率要求下，透平机械流量大，压力高，轴向力也明显增大，精确测量轴向力对透平机械系统轴向力平衡十分重要。

传统的透平机械轴向力测量方案中，轴承压在轴向力传感器上，由于轴承外环有防转的要求，因此需要压紧轴承外环，使得轴向力传感器在装配状态下承受较大的压紧力，经过试验分析发现轴向力传感器在装配状态受压会影响其测量精度。如果不通过压紧轴承外环来防转，会导致与壳体连接的零件无法安装到位，力矩无法施加，工作过程中零件可能发生松动。

发明内容

为克服现有透平在轴向力测量时，为防止轴承外环旋转需要进行压紧，从而影响轴向力传感器测量精度的问题，本发明提供了一种轴承外环不压紧的可精准测量透平轴向力的结构。

本发明的技术解决方案是：

本发明提供了一种轴承外环不压紧的可精准测量透平轴向力的结构，包括透平转轴、支承壳体、压紧螺母、第一调整垫、轴承、轴承力传感器、第一销钉、第二调整垫、第二销钉以及轴套；

支承壳体内设有三级台阶孔，三级台阶孔包括孔径依次减小的第一安装孔、第二安装孔以及第三安装孔；

透平转轴在位于三级台阶孔内的部分为台阶轴，台阶轴包括轴径依次减小的第一轴段和第二轴段；

轴承安装在所述第二轴段上，且位于第二安装孔内，轴承内环的一侧与第一轴段和第二轴段之间形成的轴肩紧密贴合，轴承内环的另一侧与套装在第二轴段上的轴套端面紧密贴合；轴承与第二安装孔之间保持径向间隙；

压紧螺母与支承壳体螺纹连接，且位于所述第一安装孔内；压紧螺母与第一安装孔孔底之间设有第一调整垫，且压紧螺母与轴承外环靠近第一安装孔一侧的端面之间保持轴向间隙；

轴承外环靠近第三安装孔一侧的端面与第二安装孔孔底之间依次设有轴向力传感器以及第二调整垫；轴向力传感器为环形，轴向力传感器的前端面和后端面上均设有多组凸齿对，多组凸齿对沿圆周方向均布，每组凸齿对包括两个凸齿，两个凸齿之间形成卡槽；轴向力传感器与第二安装孔之间保持径向间隙；

第一销钉一端插装在第二调整垫上，另一端卡装在轴向力传感器后端面中任意一组凸齿对形成的卡槽内；第二销钉一端插装在第二调整垫上，另一端插装在所述第二安装孔孔底的销钉孔内；

轴承外环靠近第三安装孔一侧的端面上沿轴向设有凸台，所述凸台卡装在轴向力传感器前端面中任意一组凸齿对形成的卡槽内。

进一步地，上述压紧螺母与轴承外环靠近第一安装孔一侧的端面之间的轴向间隙为0.05mm。

进一步地，上述轴向力传感器的外圆表面与第二安装孔之间的径向间隙为0.08-0.12mm。

进一步地，上述凸台为金属薄片，采用电阻焊工艺焊接在轴承外环上，能够避免焊接导致的轴承变形。

进一步地，上述每相邻两组凸齿对之间的周向间隔为45°，同一组凸齿对内两个凸齿的周向间隔为8°-14°，凸齿的轴向高度为轴向力传感器厚度的1/3。

进一步地，上述轴承与第二安装孔之间径向间隙小于0.03mm。

进一步地，第二销钉与第二安装孔孔底之间、第二销钉与第二调整垫之间的配合均为间隙配合；第一销钉与第二调整垫之间的配合为过盈配合，并且第一销钉卡装在轴向力传感器后端面中任意一组凸齿对形成的卡槽内的深度为卡槽深度的2/3。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明在轴承未压紧的情况下，通过第一销钉、第二销钉及凸台间的配合，实现了从支承壳体到第二调整垫、到轴向力传感器、到轴承外环的周向约束关系传递，使得轴承即使在外环未压紧的情况下，也能限制其周向转动，确保了轴承安全可靠的工作，同时保证了轴向力传感器在装配过程中处于自由状态，不受压紧力作用，轴向力传感器精度得到明显提高。

同时，通过在壳体与压紧螺母间增加了第一调整垫，压紧螺母在未压到轴承外环的情况下，通过压在第一调整垫上，使得压紧螺母能够施加足够的力矩，有效拧紧，确保了零件的安装紧固到位；同时通过配修第一调整垫的厚度，可以确保压紧螺母与轴承外环保持非常小的轴向间隙，在轴承不压紧的情况下，有效控制轴承外环的轴向移动空间。

附图说明

图1为本发明的结构简图；

图2为第二调整垫与第一销钉、第二销钉配合后的结构示意图；

图3为轴向力传感器的结构简图。

附图标记为：

1-透平转轴、2-支承壳体、3-压紧螺母、4-第一调整垫、5-轴承、6-轴承力传感器、7-第一销钉、8-第二调整垫、9-第二销钉、10-轴套、11-第一安装孔、12-第二安装孔、13-第三安装孔、14-第一轴段、15-第二轴段、16-凸齿对、17-卡槽、18-凸台。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本实施例提供了一种轴承外环不压紧的可精准测量透平轴向力的结构的具体形式，包括透平转轴1、支承壳体2、压紧螺母3、第一调整垫4、轴承5、轴承力传感器6、第一销钉7、第二调整垫8、第二销钉9以及轴套10；

支承壳体2内设有三级台阶孔，三级台阶孔包括孔径依次减小的第一安装孔11、第二安装孔12以及第三安装孔13；

透平转轴1在位于三级台阶孔内的部分为台阶轴，台阶轴包括轴径依次减小的第一轴段14和第二轴段15；

轴承5安装在所述第二轴段15上，且位于第二安装孔12内，轴承5内环的一侧与第一轴段14和第二轴段15之间形成的轴肩紧密贴合，轴承5内环的另一侧与套装在第二轴段15上的轴套10端面紧密贴合；轴承5外环的外圆表面与第二安装孔12之间保持径向间隙，该间隙通常不大于0.03mm，本实施例中为0.02mm；由以上结构可知，轴承5内圈被轴肩以及轴套10进行了轴向定位；

压紧螺母3与支承壳体2螺纹连接，且位于所述第一安装孔11内；压紧螺母3与第一安装孔11孔底之间设有第一调整垫4，且压紧螺母3与轴承5外环靠近第一安装孔11一侧的端面之间保持轴向间隙，本实施例中该轴向间隙为0.05mm；使用时，通过调整第一调整垫4使得压紧螺母3能够压紧在第一调整垫4上，确保施加足够的力矩，压紧螺母3安装到位，并进行锁紧；同时保证压紧螺母3压不到轴承5外环，保证轴承5外环、轴向力传感器6在装配过程中不受轴向压紧力，满足轴向力传感器6的工作要求。

轴承5外环靠近第三安装孔13一侧的端面与第二安装孔12孔底之间依次设有轴向力传感器6以及第二调整垫8；如图2所示，轴向力传感器6为环形，轴向力传感器6的前端面和后端面上均设有多组凸齿对16，多组凸齿对16沿圆周方向均布，每组凸齿对16包括两个凸齿，两个凸齿之间形成卡槽17；轴向力传感器6与第二安装孔12之间保持径向间隙，该径向间隙一般取值范围是0.08-0.12mm，本实施例中径向间隙为0.10mm。

结合图1和图3，第一销钉7一端插装在第二调整垫8上，另一端卡装在轴向力传感器6后端面中任意一组凸齿对16形成的卡槽17内；第二销钉9一端插装在第二调整垫8上，另一端插装在所述第二安装孔12孔底内，第二销钉9限制了第二调整垫8的周向转动，第一销钉7、第二销钉9以及卡槽17一起限制了轴向力传感器6的周向转动；轴承5外环靠近第三安装孔13一侧的端面上沿轴向设有凸台18，凸台18卡装在轴向力传感器6前端面中任意一组凸齿对16形成的卡槽17内，凸台18与卡槽17一起限制了轴承5外环的周向转动；需要说明的是：本实施例中凸台18采用为一金属薄片制成，并通过电阻焊工艺焊接在轴承外环上，这种焊接工艺能够避免焊接导致的轴承变形。

本实施例中需要再强调的一些内容如下：

本实施例中凸齿对16在轴向力传感器的两侧端面各设置有8组，每相邻两组凸齿对16之间的周向间隔为45°，同一组凸齿对16内两个凸齿的周向间隔为8°-14°，凸齿的轴向高度为轴向力传感器厚度的1/3，当然凸齿对的数量，凸齿对之间的间隔，凸齿之间的间隔并不限于本实施例的设计方案。

本实施例中第二销钉9与第二安装孔12孔底之间、第二销钉9与第二调整垫8之间的配合均为间隙配合，便于安装配合；第一销钉7与第二调整垫8之间的配合为过盈配合，为了避免第一销钉7发生松动，并且第一销钉7卡装在轴向力传感器6后端面中任意一组凸齿对16形成的卡槽17内的深度为改卡槽17深度的2/3，保证了轴向力传感器6在量程范围内轴向受压发生变形时，不会顶到第一销钉；

工作前，轴向力传感器6未受压，确保了轴向力测量精度；工作时，透平转轴1带动轴承5内环转动，轴承5滚珠也随之转动，滚珠的摩擦力作用在轴承5外环上，而通过支承壳体2、第二调整垫8、第二销钉9、第一销钉7、轴向力传感器6和凸台18间周向约束的传递，使得轴承5外环不会因摩擦力作用而发生转动，确保轴承安全工作；轴向力传感器6与第二安装孔12(支承壳体)间的径向间隙为0.08-0.12mm，轴向力传感器6工作时受压变形，足够的径向空间使得轴向力传感器6的应变能充分反应所受的轴向力，确保测量结果的准确；压紧螺母已经压紧在第一调整垫，充分拧紧，力矩足够，工作时不会发生松动。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种轴承外环不压紧的可精准测量透平轴向力的结构，其特征在于：包括透平转轴(1)、支承壳体(2)、压紧螺母(3)、第一调整垫(4)、轴承(5)、轴承力传感器(6)、第一销钉(7)、第二调整垫(8)、第二销钉(9)以及轴套(10)；

支承壳体(2)内设有三级台阶孔，三级台阶孔包括孔径依次减小的第一安装孔(11)、第二安装孔(12)以及第三安装孔(13)；

透平转轴(1)位于三级台阶孔内的部分为台阶轴，台阶轴包括轴径依次减小的第一轴段(14)和第二轴段(15)；

轴承(5)安装在所述第二轴段(15)上，且位于第二安装孔(12)内，轴承(5)内环的一侧与第一轴段(14)和第二轴段(15)之间形成的轴肩紧密贴合，轴承(5)内环的另一侧与套装在第二轴段(15)上的轴套端面紧密贴合；轴承(5)与第二安装孔(12)之间保持径向间隙；

压紧螺母(3)与支承壳体(2)螺纹连接，且位于所述第一安装孔(11)内；压紧螺母(3)与第一安装孔(11)孔底之间设有第一调整垫(4)，且压紧螺母(3)与轴承(5)外环靠近第一安装孔(11)一侧的端面之间保持轴向间隙；

轴承(5)外环靠近第三安装孔(13)一侧的端面与第二安装孔(12)孔底之间依次设有轴向力传感器(6)以及第二调整垫(8)；轴向力传感器(6)为环形，轴向力传感器(6)的前端面和后端面上均设有多组凸齿对(16)，多组凸齿对(16)沿圆周方向均布，每组凸齿对(16)包括两个凸齿，两个凸齿之间形成卡槽(17)；轴向力传感器(6)与第二安装孔(12)之间保持径向间隙；

第一销钉(7)一端插装在第二调整垫(8)上，另一端卡装在轴向力传感器(6)后端面中任意一组凸齿对(16)形成的卡槽(17)内；第二销钉(9)一端插装在第二调整垫(8)上，另一端插装在所述第二安装孔(12)孔底的销钉孔内；

轴承(5)外环靠近第三安装孔(13)一侧的端面上沿轴向设有凸台(18)，所述凸台(18)卡装在轴向力传感器(6)前端面中任意一组凸齿对(16)形成的卡槽(17)内。

2.根据权利要求1所述的轴承外环不压紧的可精准测量透平轴向力的结构，其特征在于：所述压紧螺母(3)与轴承(5)外环靠近第一安装孔(11)一侧的端面之间的轴向间隙为0.05mm。

3.根据权利要求1或2所述的轴承外环不压紧的可精准测量透平轴向力的结构，其特征在于：所述轴向力传感器(6)的外圆表面与第二安装孔(12)之间的径向间隙为0.08-0.12mm。

4.根据权利要求3所述的轴承外环不压紧的可精准测量透平轴向力的结构，其特征在于：所述凸台(18)为金属薄片，采用电阻焊工艺焊接在轴承外环上。

5.根据权利要求4所述的轴承外环不压紧的可精准测量透平轴向力的结构，其特征在于：所述每相邻两组凸齿对(16)之间的周向间隔为45°，同一组凸齿对(16)内两个凸齿的周向间隔为8°-14°，凸齿的轴向高度为轴向力传感器厚度的1/3。

6.根据权利要求5所述的轴承外环不压紧的可精准测量透平轴向力的结构，其特征在于：所述轴承(5)与第二安装孔(12)之间径向间隙小于0.03mm。

7.根据权利要求6所述的轴承外环不压紧的可精准测量透平轴向力的结构，其特征在于：所述第二销钉(9)与第二安装孔(12)孔底之间、第二销钉(9)与第二调整垫(8)之间的配合均为间隙配合；第一销钉(7)与第二调整垫(8)之间的配合为过盈配合，并且第一销钉(7)卡装在轴向力传感器(6)后端面中任意一组凸齿对(16)形成的卡槽(17)内的深度为该卡槽深度的2/3。

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