CN112697433B - 一种止推滚动轴承轴向承载测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种止推滚动轴承轴向承载测试装置及方法，包括止推滚动轴承，轴向弹性环，平衡盘，推力电磁轴承，监控组件。监控组件由1/4桥II型电桥、压力传感器、电流传感器、位移传感器、温度传感器和监控器组成。平衡盘将密封座分隔为两个充满压力气的密封腔室，通过两侧压力差可粗调轴向载荷；推力电磁轴承位于平衡盘两侧，通过施加电磁力可细调轴向载荷。轴向弹性环安装于止推滚动轴承的一侧或两侧，利用1/4桥II型电桥标定应变与轴向载荷之间的关系，并利用温度传感器监测润滑油温度。

Description

一种止推滚动轴承轴向承载测试装置及方法

技术领域

本发明涉及止推轴承承载测试技术领域，尤其是涉及一种止推滚动轴承轴向承载测试装置及方法，用于考核止推滚动轴承的轴向承载能力，也可用于标定轴向弹性环应变与轴向载荷之间的关系，达到监测作用在止推滚动轴承上转子轴向力的目的。

背景技术

随着航空航天、国防等技术的发展，发动机日益朝着大推重比、高可靠性、高耐久性、低耗油率、低成本等方向发展，作为发动机关键组件的主轴轴承的工作条件也变得越来越苛刻，而其中具有止推作用的滚动轴承不仅要承担径向载荷，还要支承轴向载荷，其滚动体打滑、疲劳、磨损等引起的滚动轴承失效经常发生，滚动轴承一旦失效会导致系统精度降低，振动急剧加大，磨损，甚至抱轴和断轴。在航空发动机设计过程中，需要对转子轴向力进行准确计算；在航空发动机使用前或使用过程中，也需要对转子轴向力进行准确监测，以便实时监控轴向力情况，评估轴承的寿命和可靠性。

航空涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机通用规范GJB241A-2010要求，发动机压力平衡系统应提供合适的单向轴向载荷，以保证在发动机工作包线内所有功率状态下，不会因轴向力过大甚至超过滚动轴承所允许的负荷而导致轴承损伤，也不会因轴向力过小甚至方向变换而引起轴承轻载打滑蹭伤或转子蹿动，使轴承能在设计使用寿命期内满意地工作，并规定在飞行前试验阶段应完成转子轴向力分析和实测验证。

滚动轴承轴向承载的测试，一方面要考核滚动轴承轴向承载的能力，另一方面要能准确监测作用在轴承上的轴向载荷，所以需要具备能满足这两方面要求的滚动轴承轴向承载测试装置及方法。

发明内容

针对现有技术的上述需求，本发明提出了一种止推滚动轴承轴向承载测试装置及方法，可考核止推滚动轴承的轴向承载能力，也可用于标定轴向弹性环应变与轴向载荷之间的关系，达到监测作用在止推滚动轴承上转子轴向力的目的。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种止推滚动轴承轴向承载测试装置，包括止推滚动轴承、径向滚动轴承、密封座、转轴、监控组件，其中，所述止推滚动轴承、径向滚动轴承分别设置在所述转轴的两端，用以对所述转轴进行转动支撑，且所述止推滚动轴承、径向滚动轴承分别固定设置在一轴承座内，其特征在于，

所述止推滚动轴承的一侧或两侧安装有轴向弹性环，所述轴向弹性环固定设置在所述止推滚动轴承的轴承座内；

所述转轴穿过所述密封座的两相对侧壁上的通孔，且所述转轴与每一所述通孔之间均设有密封部件，使得所述密封座的内腔整体形成为一密封腔室，所述密封腔室中至少设有一平衡盘和两个推力电磁轴承，其中，所述平衡盘固定安装在所述转轴上，并将所述密封腔室分隔为两个相互独立的且相互密封的子腔室，每一所述子腔室的壁面上分别设有一与外部压力气源连通的压力接嘴，所述外部压力气源通过两所述压力接嘴向两所述子腔室内充入压力气，通过所述平衡盘两侧的两所述子腔室内的压差施加气动载荷，粗调作用在所述止推滚动轴承上的轴向载荷；所述两个推力电磁轴承固定安装在所述密封座上，并分别布置在所述平衡盘的两侧，所述两个推力电磁轴承通过向平衡盘施加电磁力实现细调作用在所述止推滚动轴承上的轴向载荷；

所述监控组件至少包括1/4桥II型电桥、压力传感器、电流传感器、位移传感器、温度传感器和监控器，其中，

所述轴向弹性环上设有受力应变片、温度补偿应变片和温度传感器，其中，所述受力应变片、温度补偿应变片通过连接线组合后形成所述1/4桥II型电桥，所述1/4桥II型电桥用以监测所述轴向弹性环变形的应变值，所述温度传感器用以监测轴承座内润滑油温度；

每一所述推力电磁轴承上均设有位移传感器、压力传感器和电流传感器，其中，所述位移传感器用于监测所述平衡盘与推力电磁轴承之间的轴向间隙距离，所述压力传感器用于监测靠近平衡盘壁面的气体压力，所述电流传感器用以监测通入所述推力电磁轴承的电流；

所述1/4桥II型电桥以及各所述压力传感器、电流传感器、位移传感器、温度传感器均与所述监控器通信连接，所述监控器还通过控制连接线与各所述推力电磁轴承、压力接嘴和/或外部压力气源通信连接，所述监控器通过采集到的气体压力信号、电流信号、轴位移信号和滑油温度信号，控制各所述推力电磁轴承、压力接嘴和/或外部压力气源，继而控制所述止推滚动轴承的轴向载荷的大小，所述监控器通过采集到的所述轴向弹性环变形的应变值，获得应变与轴向载荷之间的线性关系，继而实现对所述轴向弹性环的标定，标定后的轴向弹性环可用于精确、可靠地测量发动机转子的轴向力。

优选地，所述轴向弹性环通过轴承压盖固定设置在所述止推滚动轴承的轴承座内。

优选地，所述平衡盘与密封座的内壁之间设有平衡盘密封，用以将所述密封腔室分隔为两个独立的且相互密封的腔室，防止气体从压力较高的腔室泄漏到压力较低的腔室。

优选地，所述转轴由所述止推滚动轴承和径向滚动轴承支承，并由一动力源通过联轴器或其它传动装置驱动。

优选地，所述推力电磁轴承包括推力静子铁芯、外套体和绝缘铜线圈，其中，所述推力静子铁芯为扇形分瓣结构，所述外套体包裹并固定所述推力静子铁芯，所述绝缘铜线圈缠绕在所述推力静子铁芯上。进一步地，所述推力静子铁芯的扇形分瓣数量大于等于3，用于减少静子铁芯上的涡流损耗。

优选地，所述轴向弹性环为轴向凸台交错均布的结构，弹性环轴向凸台的数量大于等于4，用于确保轴向弹性环在轴向载荷下有足够的变形，且变形量不应超过止推滚动轴承的轴向游隙。

进一步地，所述轴向弹性环上的受力应变片贴于轴向弹性环凸台的背面位置上，温度补偿应变片贴于轴向弹性环凸台内圈靠近受力应变片的位置处。

进一步地，所述受力应变片和温度补偿应变片的数量相等，所述受力应变片与温度补偿应变片之间用耐高温细线焊接，形成所述1/4桥II型电桥，并引出3根金属导线，其中，所述受力应变片的作用是测量应变值与轴向载荷之间的关系，所述温度补偿应变片的作用是消除温度对应变测量的影响。

进一步地，所述轴向弹性环上的温度传感器设置在与受力应变片位置错开的轴向弹性环凸台背面上，用于监测轴承座内润滑油温度。

优选地，所述密封座为上下分半结构，以便于安装和调整所述平衡盘与推力电磁轴承。

优选地，各所述轴承座为整体筒式结构，用于保证所述止推滚动轴承与转轴、径向滚动轴承之间的同心。

优选地，所述平衡盘位于两侧推力电磁轴承中间，平衡盘在静态下距每一侧推力电磁轴承的间隙为0.8～1mm。

优选地，所述平衡盘将密封座分隔为两个单独的密封腔室，密封腔室上各安装有压力接嘴，压力接嘴数量大于等于2，密封腔室内通过压力接嘴充满气体介质。

优选地，所述平衡盘与密封腔室之间的平衡盘密封形式为篦齿密封和蜂窝密封等非接触式密封。

优选地，所述压力传感器安装于推力电磁轴承上，每个推力电磁轴承上的压力传感器数量大于等于1，用于监测靠近平衡盘壁面的气体压力。

优选地，所述电流传感器连接在推力电磁轴承与监控器的回路上，用于监控向推力电磁轴承通入的电流。

优选地，所述位移传感器固定在推力电磁轴承上，每个推力电磁轴承上的位移传感器数量大于等于1，用于监控平衡盘与推力电磁轴承之间的轴向间隙距离。

本发明的止推滚动轴承轴向承载测试装置，主要针对航空发动机中用于承担转子轴向力的止推滚动轴承，其工作原理在于：

在止推滚动轴承支承的转子上安装有平衡盘，平衡盘两侧密封腔室内充满带压力的气体，通过两侧压力差可粗调轴向载荷，气动载荷F_q大小可表示为：F_q＝(P₁-P₂)·A，其中，P₁和P₂分别为平衡盘两侧密封腔室的压力，A为平衡盘的面积。

同时通过推力电磁轴承向平衡盘施加电磁力，可细调轴向载荷，电磁力F_z大小可表示为：F_z＝K_i·i_z-K_x·x，其中，K_i为电流刚度，i_z为控制电流，K_x为位移刚度，x为平衡盘偏离两个推力电磁轴承之间的轴向中心位置距离。

作用在止推滚动轴承的轴向载荷F_a为：F_a＝F_q+F_z

安装于止推滚动轴承一侧或两侧的轴向弹性环在受到轴向载荷后，应变ε与轴向载荷F_a之间的关系可表示为：F_a＝k·ε，其中，k为标定系数。

实现上述操作与计算需要监控组件的配合，主要为与监控器相连的传感器通过监测轴向弹性环应变，平衡盘轴位移、推力电磁轴承电流和润滑油温度等，一方面控制密封腔室内平衡盘两侧的气体压力，另一方面控制推力电磁轴承上的电流大小。本发明能够实现无接触地加载轴向推力，且能够提高轴向载荷的加载精度，不仅可用于考核止推滚动轴承的轴向承载能力，也可用于标定轴向弹性环应变与轴向载荷之间的关系，并将标定的轴向弹性环用于测量发动机转子轴向力。

本发明的另一个发明目的还在于提供一种利用上述装置对止推滚动轴承轴向承载进行测试的方法，其特征在于，所述测试方法包括如下步骤：

SS1.所述监控器控制气源进入所述密封座内平衡盘两侧的两密封子腔室，通过压力传感器监测平衡盘两侧密封子腔室的气体压力P₁、P₂，结合平衡盘的面积A计算施加到平衡盘上的气动载荷F_q：

F_q＝(P₁-P₂)·A

其中，P₁和P₂分别为平衡盘两侧密封子腔室的压力，A为平衡盘的面积；

SS2.所述监控器控制通入推力电磁轴承的电流，通过位移传感器监测的平衡盘位移值以及电流传感器监测的通入推力电磁轴承的电流值计算施加到平衡盘上的电磁力F_z：

F_z＝K_i·i_z-K_x·x

其中，K_i为电流刚度，i_z为控制电流，K_x为位移刚度，x为平衡盘偏离两个推力电磁轴承之间的轴向中心位置距离；

SS3.基于上述步骤SS1、SS2计算得到的气动载荷F_q和电磁力F_z，获得作用到止推滚动轴承上的轴向载荷F_a：

F_a＝F_q+F_z

SS4.根据止推滚动轴承的轴向承载力大小要求，监控器将计算得到的轴向载荷与轴向载荷参考信号进行比较分析，通过调整平衡盘两侧的压力差，粗调止推滚动轴承受到的轴向载荷F_a，并通过调整通入推力电磁轴承的电流i_z细调轴向载荷F_a，以保持与轴向载荷参考信号一致。

优选地，利用设置在轴向弹性环上的温度传感器监测润滑油的温度，若润滑油温度过高，及时降低供给密封腔室气源压差和通入推力电磁轴承电流的大小，防止轴向载荷过大造成的止推滚动轴承故障。

优选地，通过贴于轴向弹性环上1/4桥Ⅱ型电桥获得与轴向载荷对应的应变值，对轴向弹性环进行标定，轴向载荷与轴向弹性环的应变值ε呈现线性比例关系：

F_a＝k·ε

其中，k为标定系数，ε为轴向弹性环的应变值。

本发明的上述对止推滚动轴承轴向承载进行测试的方法，其工作原理在于：根据止推滚动轴承的轴向承载力大小要求，利用气动载荷F_q和电磁力F_z的共同作用实现轴向载荷F_a的加载；采用压力传感器获取平衡盘两侧密封腔室的压力P₁和P₂，计算施加在平衡盘上的气动载荷F_q；采用电流传感器获取通入推力电磁轴承的控制电流i_z，采用位移传感器获取平衡盘偏离两个推力电磁轴承之间的轴向中心位置距离x，计算施加在平衡盘上的电磁力F_z；基于上述计算得到的气动载荷F_q和电磁力F_z，计算作用到止推滚动轴承上的轴向载荷F_a。为使实际的轴向载荷与轴向载荷参考信号保持一致，利用监控器调整平衡盘两侧的压力差P₁-P₂，粗调止推滚动轴承受到的轴向载荷F_a，并通过调整通入推力电磁轴承的电流i_z细调轴向载荷F_a。基于上述施加到止推滚动轴承的轴向载荷F_a，采用1/4桥II型电桥获取轴向弹性环应变ε，计算轴向弹性环应变ε与轴向载荷F_a之间的标定系数k。基于上述测试方法，考核不同轴向载荷F_a作用下的止推滚动轴承的承载能力，并同时记录轴向弹性环的应变值ε，用于准确测量发动机转子轴向力。

同现有技术相比，本发明的止推滚动轴承轴向承载测试装置及方法，其显著的技术优势和有益效果在于：

1.本发明中平衡盘两侧的密封子腔室中充满带压力的气体，通过两侧压力差可粗调作用在止推滚动轴承上的轴向载荷，同时通过推力电磁轴承向平衡盘施加电磁力，可实时细调轴向载荷，气动载荷与电磁力的共同作用能够增大施加的轴向载荷，也使加载精度得到提高。

2.本发明通过改变平衡盘两侧的气动压差以及推力电磁轴承的通入电流大小，不仅可考核高轴向载荷下的止推滚动轴承承载能力，也可考核轻载下的止推滚动轴承工作能力，还可测试止推滚动轴承受到的载荷方向发生变化后的工作能力。

3.本发明中通入密封腔室内的气体介质可冷却推力电磁轴承绝缘铜线圈因长时间工作而升高的温度，有效缓解推力电磁轴承在使用过程中的发热问题。

4.当平衡盘与推力电磁轴承之间的间隙距离过小时，在调整通入推力电磁轴承电流的同时，可以通过改变密封腔室内的压力调整此间隙，防止平衡盘与推力电磁轴承之间发生碰磨，增大了本发明的可靠性。

5.本发明中的轴向弹性环贴有1/4桥II型应变片电桥和温度传感器，既可以在标定后用于测量作用在止推滚动轴承上的转子轴向力，又可以监测轴承座内润滑油的温度，提高了止推滚动轴承的使用安全性。

附图说明

图1为本发明的止推滚动轴承轴向承载测试装置示意图。

图2为推力电磁轴承的结构及监控引线示意图。

图3为轴向弹性环的结构及监控引线示意图。

图4为止推滚动轴承轴向承载测试方法原理图。

附图标记说明：1-电机；2-联轴器；3-止推滚动轴承；4-轴向弹性环；5-推力电磁轴承；6-位移传感器；7-监控器；8-压力接嘴；9-径向滚动轴承；10-转轴；11-滑油密封；12-平衡盘；13-轴承压盖；14-轴承座；15-气体密封；16-密封座；17-平衡盘密封；18-压力传感器；19-金属导线；20-绝缘铜线圈；21-静子铁芯；22-外套体；23-电流传感器；24-受力应变片；25-温度补偿片；26-耐高温细线；27-1/4桥II型电桥；28-温度传感器；29-监控组件。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。下面结合附图对本发明的结构、技术方案作进一步的具体描述，给出本发明的一个实施例。

如图1所示，本发明的滚动轴承轴向承载测试装置，包括电机1、联轴器2、止推滚动轴承3、轴向弹性环4、推力电磁轴承5、监控器7、径向滚动轴承9、转轴10、平衡盘12、轴承座14以及密封座16。安装有平衡盘12的转轴10由止推滚动轴承3和径向滚动轴承9支承，并由一动力源(优选为电机1)通过联轴器2或其它传动装置驱动。止推滚动轴承3和径向滚动轴承9分别固定设置在轴承座14内。止推滚动轴承3的一侧或两侧安装有轴向弹性环4，由轴承压盖13固定于轴承座14内。轴承座14的内部充满润滑油，由滑油密封11密封。转轴10穿过密封座16的两相对侧壁上的通孔，且转轴10与每一通孔之间均设有密封部件(气体密封15)，使得密封座16的内腔整体形成为一密封腔室，密封腔室中至少设有一平衡盘12和两个推力电磁轴承5。平衡盘12固定安装在转轴10上，并将密封腔室分隔为两个相互独立的且相互密封的子腔室，平衡盘12两侧的推力电磁轴承5安装在密封座16上，平衡盘12与推力电磁轴承5之间存在间隙。压力气源通过压力接嘴8进入平衡盘12两侧的密封子腔室内，使密封座16的内部充满压力气，密封腔室之间由平衡盘密封17密封，防止气体从压力较高的腔室泄漏到压力较低的腔室，密封腔室与外界之间由气体密封15密封。

位移传感器6和压力传感器18安装于推力电磁轴承5上。监控器7与轴向弹性环4和推力电磁轴承5上的各传感器之间用通信连接线(金属导线19)相连，且监控器7还通过控制连接线与各推力电磁轴承、压力接嘴和/或外部压力气源相连。

在本发明优选的实例中，密封座16为上下分半结构，以便于安装和调整平衡盘12与推力电磁轴承5。各轴承座14为整体筒式结构，用于保证止推滚动轴承3与转轴10、径向滚动轴承9之间的同心。平衡盘12位于两侧推力电磁轴承5中间，平衡盘12在静态下距每一侧推力电磁轴承5的间隙为0.8～1mm。平衡盘12将密封座6分隔为两个单独的密封腔室，各密封子腔室上各安装有压力接嘴8，压力接嘴8数量大于等于2，密封腔室内通过压力接嘴充满气体介质。平衡盘12与密封腔室之间的平衡盘密封17的结构形式为篦齿密封和蜂窝密封等非接触式密封。

图2所示为推力电磁轴承结构及监控引线示意图，推力电磁轴承5主要由绝缘铜线圈20、静子铁芯21、外套体22组成。绝缘铜线圈20缠绕在分瓣拼合的静子铁芯21上，静子铁芯21以及周向均布的位移传感器6和压力传感器18均固定在外套体22上。位移传感器6、压力传感器18和电流传感器23经通信连接线(金属导线19)与监控器7相连，实现轴位移信号、压力信号和电流信号的采集。

在本发明中，如图3所示为轴向弹性环结构及监控引线示意图，轴向弹性环4优选为轴向凸台交错均布的结构，弹性环轴向凸台的数量大于等于4，用于确保轴向弹性环在轴向载荷下有足够的变形，且变形量不应超过止推滚动轴承的轴向游隙。轴向弹性环4上粘贴有受力应变片24、温度补偿片25和温度传感器28。受力应变片24贴于轴向弹性环凸台的背面位置上，温度补偿应变片25贴于轴向弹性环凸台内圈靠近受力应变片24的位置处，温度传感器28设置在与受力应变片位置错开的轴向弹性环凸台背面上，用于监测轴承座内润滑油温度。受力应变片24和温度补偿应变片25的数量相等，耐高温细线26将周向均布的受力应变片24和温度补偿片25焊连在一起，形成1/4桥II型电桥27，并引出3根金属导线，其中，受力应变片的作用是测量应变值与轴向载荷之间的关系，温度补偿应变片的作用是消除温度对应变测量的影响。在止推滚动轴承3受到轴向载荷后，1/4桥II型电桥27和温度传感器28向监控器7分别反馈应变信号和滑油温度信号。

为实现本发明的功能，一种止推滚动轴承轴向承载测试方法原理图如图4所示，基本方法原理如下：

本发明中监控组件29由监控器7、位移传感器6、压力传感器18、电流传感器23、1/4桥II型电桥27和温度传感器28共同构成。在电机1将转轴10驱动到指定转速后，所述测试方法首先将轴向载荷参考信号输入到监控器7中，一方面进行粗调轴向载荷，监控器7控制气源进入密封座16内的密封腔室，通过压力传感器18监测的气体压力计算平衡盘12两侧的压力差，结合平衡盘12的面积计算施加到平衡盘12上的气动载荷F_q：

F_q＝(P₁-P₂)·A

其中，P₁和P₂分别为平衡盘12两侧密封腔室的压力，A为平衡盘12的面积。

另一方面对轴向载荷进行实时细调，监控器7控制电流通入推力电磁轴承5，通过位移传感器6监测的平衡盘12位移值以及电流传感器23监测的通入推力电磁轴承5的电流值计算施加到平衡盘12上的电磁力F_z：

F_z＝K_i·i_z-K_x·x

其中，K_i为电流刚度，i_z为控制电流，K_x为位移刚度，x为平衡盘12偏离两个推力电磁轴承5之间的轴向中心位置距离。

作用在平衡盘12上的气动载荷与电磁力的合力即为止推滚动轴承3受到的轴向载荷F_a：

F_a＝F_q+F_z

监控器7将计算得到的轴向载荷与轴向载荷参考信号进行比较分析，判断是否需要改变供给气源和通入电流的大小。而贴于轴向弹性环4上的温度传感器28监测润滑油的温度，防止轴向载荷过大造成的止推滚动轴承3故障。

最后对轴向弹性环4进行标定，通过1/4桥Ⅱ型电桥27获得与轴向载荷对应的应变值，两者呈现线性比例关系：F_a＝k·ε，其中，k为标定系数，ε为轴向弹性环4的应变值。

以上所述仅用以说明本发明的较佳实施例，而并非限制本发明所描述的技术方案，因此，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明，但是仍然存在对本发明进行任何修改或等同替换的可能。而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种止推滚动轴承轴向承载测试装置，包括止推滚动轴承、径向滚动轴承、密封座、转轴、监控组件，其中，所述止推滚动轴承、径向滚动轴承分别设置在所述转轴的两端，用以对所述转轴进行转动支撑，且所述止推滚动轴承、径向滚动轴承分别固定设置在一轴承座内，其特征在于，

所述止推滚动轴承的一侧或两侧安装有轴向弹性环，所述轴向弹性环固定设置在所述止推滚动轴承的轴承座内；

所述转轴穿过所述密封座的两相对侧壁上的通孔，且所述转轴与每一所述通孔之间均设有密封部件，使得所述密封座的内腔整体形成为一密封腔室，所述密封腔室中至少设有一平衡盘和两个推力电磁轴承，其中，所述平衡盘固定安装在所述转轴上，并将所述密封腔室分隔为两个相互独立的且相互密封的子腔室，每一所述子腔室的壁面上分别设有一与外部压力气源连通的压力接嘴，所述外部压力气源通过两所述压力接嘴向两所述子腔室内充入压力气体，通过所述平衡盘两侧的两所述子腔室内的压差施加气动载荷，粗调作用在所述止推滚动轴承上的轴向载荷；所述两个推力电磁轴承固定安装在所述密封座上，并分别布置在所述平衡盘的两侧，所述两个推力电磁轴承通过向平衡盘施加电磁力实现细调作用在所述止推滚动轴承上的轴向载荷；

所述监控组件至少包括1/4桥II型电桥、压力传感器、电流传感器、位移传感器、温度传感器和监控器，其中，

所述轴向弹性环上设有受力应变片、温度补偿应变片和温度传感器，其中，所述受力应变片、温度补偿应变片通过连接线组合后形成所述1/4桥II型电桥，所述1/4桥II型电桥用以监测所述轴向弹性环变形的应变值，所述温度传感器用以监测轴承座内润滑油温度；

每一所述推力电磁轴承上均设有位移传感器、压力传感器和电流传感器，其中，所述位移传感器用于监测所述平衡盘与推力电磁轴承之间的轴向间隙距离，所述压力传感器用于监测靠近平衡盘壁面的气体压力，所述电流传感器用以监测通入所述推力电磁轴承的电流；

所述1/4桥II型电桥以及各所述压力传感器、电流传感器、位移传感器、温度传感器均与所述监控器通信连接，所述监控器还通过控制连接线与各所述推力电磁轴承、压力接嘴和/或外部压力气源通信连接，所述监控器通过采集到的气体压力信号、电流信号、轴位移信号和润滑油温度信号，控制各所述推力电磁轴承、压力接嘴和/或外部压力气源，继而控制所述止推滚动轴承的轴向载荷的大小，所述监控器通过采集到的所述轴向弹性环变形的应变值，获得应变与轴向载荷之间的线性关系，继而实现对所述轴向弹性环的标定，标定后的轴向弹性环可用于精确、可靠地测量发动机转子的轴向力。

2.根据权利要求1所述的止推滚动轴承轴向承载测试装置，其特征在于，所述轴向弹性环通过轴承压盖固定设置在所述止推滚动轴承的轴承座内。

3.根据权利要求1所述的止推滚动轴承轴向承载测试装置，其特征在于，所述平衡盘与密封座的内壁之间设有平衡盘密封，用以将所述密封腔室分隔为两个独立的且相互密封的子腔室，防止气体从压力较高的子腔室泄漏到压力较低的子腔室。

4.根据权利要求1所述的止推滚动轴承轴向承载测试装置，其特征在于，所述转轴由所述止推滚动轴承和径向滚动轴承支承，并由一动力源通过联轴器或其它传动装置驱动。

5.根据权利要求1所述的止推滚动轴承轴向承载测试装置，其特征在于，所述推力电磁轴承包括推力静子铁芯、外套体和绝缘铜线圈，其中，所述推力静子铁芯为扇形分瓣结构，所述外套体包裹并固定所述推力静子铁芯，所述绝缘铜线圈缠绕在所述推力静子铁芯上。

6.根据权利要求5所述的止推滚动轴承轴向承载测试装置，其特征在于，所述推力静子铁芯的扇形分瓣数量大于等于3，用于减少静子铁芯上的涡流损耗。

7.根据权利要求6所述的止推滚动轴承轴向承载测试装置，其特征在于，所述轴向弹性环为轴向凸台交错均布的结构，弹性环轴向凸台的数量大于等于4，用于确保轴向弹性环在轴向载荷下有足够的变形，且变形量不超过止推滚动轴承的轴向游隙。

8.根据权利要求7所述的止推滚动轴承轴向承载测试装置，其特征在于，所述轴向弹性环上的受力应变片贴于轴向弹性环凸台的背面位置上，温度补偿应变片贴于轴向弹性环凸台内圈靠近受力应变片的位置处。

9.根据权利要求8所述的止推滚动轴承轴向承载测试装置，其特征在于，所述受力应变片和温度补偿应变片的数量相等，所述受力应变片与温度补偿应变片之间用耐高温细线焊接，形成所述1/4桥II型电桥，并引出3根金属导线，其中，所述受力应变片的作用是测量应变值与轴向载荷之间的关系，所述温度补偿应变片的作用是消除温度对应变测量的影响。

10.根据权利要求8所述的止推滚动轴承轴向承载测试装置，其特征在于，所述轴向弹性环上的温度传感器设置在与受力应变片位置错开的轴向弹性环凸台背面上，用于监测轴承座内润滑油温度。

11.根据权利要求1所述的止推滚动轴承轴向承载测试装置，其特征在于，所述密封座为上下分半结构，以便于安装和调整所述平衡盘与推力电磁轴承。

12.根据权利要求1所述的止推滚动轴承轴向承载测试装置，其特征在于，各所述轴承座为整体筒式结构，用于保证所述止推滚动轴承与转轴、径向滚动轴承之间的同心。

13.根据权利要求1所述的止推滚动轴承轴向承载测试装置，其特征在于，所述平衡盘位于两侧推力电磁轴承中间，平衡盘在静态下距每一侧推力电磁轴承的间隙为0.8～1mm。

14.根据权利要求1所述的止推滚动轴承轴向承载测试装置，其特征在于，所述平衡盘将密封座分隔为两个单独的密封腔室，密封腔室上各安装有压力接嘴，压力接嘴数量大于等于2，密封腔室内通过压力接嘴充满气体介质。

15.根据权利要求1所述的止推滚动轴承轴向承载测试装置，其特征在于，所述压力传感器安装于推力电磁轴承上，每个推力电磁轴承上的压力传感器数量大于等于1，用于监测靠近平衡盘壁面的气体压力。

16.根据权利要求1所述的止推滚动轴承轴向承载测试装置，其特征在于，所述电流传感器连接在推力电磁轴承与监控器的回路上，用于监控向推力电磁轴承通入的电流。

17.根据权利要求1所述的止推滚动轴承轴向承载测试装置，其特征在于，所述位移传感器固定在推力电磁轴承上，每个推力电磁轴承上的位移传感器数量大于等于1，用于监控平衡盘与推力电磁轴承之间的轴向间隙距离。

18.一种利用上述权利要求1～17任一项所述的装置对止推滚动轴承轴向承载进行测试的方法，其特征在于，所述测试方法包括如下步骤：

SS1.所述监控器控制气源使气体进入所述密封座内平衡盘两侧的两密封子腔室，通过压力传感器监测平衡盘两侧密封子腔室的气体压力P₁、P₂，结合平衡盘的面积A计算施加到平衡盘上的气动载荷F_q：

F_q＝(P₁-P₂)·A

其中，P₁和P₂分别为平衡盘两侧密封子腔室的压力，A为平衡盘的面积；

SS2.所述监控器控制通入推力电磁轴承的电流，通过位移传感器监测的平衡盘位移值以及电流传感器监测的通入推力电磁轴承的电流值计算施加到平衡盘上的电磁力F_z：

F_z＝K_i·i_z-K_x·x

其中，K_i为电流刚度，i_z为控制电流，K_x为位移刚度，x为平衡盘偏离两个推力电磁轴承之间的轴向中心位置距离；

SS3.基于上述步骤SS1、SS2计算得到的气动载荷F_q和电磁力F_z，获得作用到止推滚动轴承上的轴向载荷F_a：

F_a＝F_q+F_z

SS4.根据止推滚动轴承的轴向承载力大小要求，监控器将计算得到的轴向载荷与轴向载荷参考信号进行比较分析，通过调整平衡盘两侧的压力差，粗调止推滚动轴承受到的轴向载荷F_a，并通过调整通入推力电磁轴承的控制电流i_z细调轴向载荷F_a，以保持与轴向载荷参考信号一致。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，利用设置在轴向弹性环上的温度传感器监测润滑油的温度，若润滑油温度过高，及时降低供给密封腔室气源压差和通入推力电磁轴承电流的大小，防止轴向载荷过大造成的止推滚动轴承故障。

20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，通过贴于轴向弹性环上1/4桥Ⅱ型电桥获得与轴向载荷对应的应变值，对轴向弹性环进行标定，轴向载荷与轴向弹性环的应变值ε呈现线性比例关系：

F_a＝k·ε

其中，k为标定系数，ε为轴向弹性环的应变值。

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