CN117404184A - 一种底座带测力单元的一体化鼠笼弹支 - Google Patents

一种底座带测力单元的一体化鼠笼弹支 Download PDF

Info

Publication number
CN117404184A
CN117404184A CN202311161892.9A CN202311161892A CN117404184A CN 117404184 A CN117404184 A CN 117404184A CN 202311161892 A CN202311161892 A CN 202311161892A CN 117404184 A CN117404184 A CN 117404184A
Authority
CN
China
Prior art keywords
force measuring
base
strain gauges
integrated
rotor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202311161892.9A
Other languages
English (en)
Inventor
边杰
刘飞春
孙宇星
刘超
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hunan Aviation Powerplant Research Institute AECC
Original Assignee
Hunan Aviation Powerplant Research Institute AECC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hunan Aviation Powerplant Research Institute AECC filed Critical Hunan Aviation Powerplant Research Institute AECC
Priority to CN202311161892.9A priority Critical patent/CN117404184A/zh
Publication of CN117404184A publication Critical patent/CN117404184A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/20—Mounting or supporting of plant; Accommodating heat expansion or creep
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2287—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges constructional details of the strain gauges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/16—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
    • G01L5/161—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in ohmic resistance
    • G01L5/1627—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in ohmic resistance of strain gauges

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Measurement Of Force In General (AREA)

Abstract

本申请公开了一种底座带测力单元的一体化鼠笼弹支，包括底座、若干个弹条、轴承外环，所述底座、若干个弹条、轴承外环组成一体化结构，若干个弹条环形排列围合成圆筒结构，底座、轴承外环分别设置在若干个弹条围合成的圆筒的两端部，所述轴承外环的内壁设有滚动体跑道，所述底座上对称设置有偶数个作为测力单元的测力梁，每个测力梁的一端与对应的弹条相连，另一端与底座相连，在转子轴向力作用下测力梁与弹条和底座相接的位置发生一定变形；各测力梁在靠近弹条和底座的端部位置均粘贴有应变片，若干个应变片组成全桥并通过测量线引出用于转子轴向载荷作用下一体化弹性支承上的轴向载荷测量。本申请精度高、结构简单、加工方便、成本低易实施。

Description

一种底座带测力单元的一体化鼠笼弹支
技术领域
本申请涉及发动机转子弹性支承技术领域，特别地，涉及一种底座带测力单元的一体化鼠笼弹支。
背景技术
鼠笼弹支是中小型航空发动机转子支承系统中常用的支承结构，它能有效降低转子越过临界转速时的振动，保证转子工作平稳。发动机工作时，压气机转子受到的轴向力向前，涡轮转子受到的轴向力向后。过大或过小的轴向力都容易使轴承损坏。因此，转子轴向力必须保持在合适的范围内。发动机工作时，需要测量转子的轴向力以确保发动机正常工作。
现有的航空发动机转子轴向力测量需配装测力环，测力环一端贴靠鼠笼弹支轴承腔内的挡边，一端贴靠轴承外环，测力环可在轴承腔内轴向自由移动，在轴向力作用下测力环通过感受变形来测量转子轴向力。因此，使用测力环测量转子轴向力，只能针对轴承外环和鼠笼弹支为分体的结构形式，而不能用于轴承外环与鼠笼弹支的一体化结构形式。对于鼠笼弹支与轴承外环为一体化结构的转子轴向力测量，有报道在弹条上粘贴应变片的方式、在鼠笼弹支连接筒上加工测力环单元的方式、改变鼠笼弹支弹条布局的方式、鼠笼弹支采用L型弹条的方式、鼠笼弹支底座加工分段弧形梁的方式。但是，它们都有各自的特征与适用范围，如：在弹条上粘贴应变片的方式存在轴向力测量灵敏较低，特别是小轴向力状态下测量误差较大。在鼠笼弹支连接筒上加工测力环单元的方式容易因测力环单元引起鼠笼弹支的径向刚度出现弱的非线性(测力环的上、下凸台宽度不是很宽，凸台个数较弹条个数少，凸台分布较稀疏，上、下凸台之间的缺口空间都会在一定程度上影响鼠笼弹支径向刚度的线性度)，对转子的振动稳定性和运行可靠性可能带来风险和不利影响。改变鼠笼弹支弹条布局的方式采用弹条交错布局形式，由于其上、下弹条之间的变形梁弧长较测力环的上、下凸台之间的变形梁弧长小，使得改变鼠笼弹支弹条布局的方式在进行轴向力测量时的灵敏度不如使用测力环测量轴向力的灵敏度，在满足鼠笼弹支径向刚度的条件下需要进一步优化弹条结构参数以提高轴向力测量灵敏度。鼠笼弹支采用L型弹条的方式，L型弹条可以保证鼠笼弹支具有较高轴向力测量灵敏度，但是L型弹条容易造成鼠笼弹支的径向刚度和轴向刚度较弱，特别是径向刚度的线性度欠佳，需进一步加以改进以提高其径向刚度和轴向刚度，并保证其拥有较好的刚度测量线性度。在鼠笼弹支底座加工分段弧形梁的方式，由于分段弧形梁与连接筒之间通过连接柱连接，且连接柱宽度较窄，为了保证一体化鼠笼弹支的径向刚度不受较大影响，在底座和连接筒之间设计有加强筋连接，弧形梁与连接筒之间还需加工缺口空间，而加强筋、缺口空间(连接柱)、凸台等在一定程度上会增加一体化鼠笼弹支的加工难度和加工成本。
发明内容
本申请提供了一种底座带测力单元的一体化鼠笼弹支，以解决现有一体化鼠笼弹支在轴向力测量时存在影响径向刚度和轴向刚度、加工难度大和加工成本高的技术问题。
本申请采用的技术方案如下：
一种底座带测力单元的一体化鼠笼弹支，包括底座、若干个弹条、轴承外环，所述底座、若干个弹条、轴承外环组成一体化结构，若干个弹条环形排列围合成圆筒结构，所述底座、轴承外环分别设置在若干个弹条围合成的圆筒的两端部，所述轴承外环的内壁设有滚动体跑道，所述底座上对称设置有偶数个作为测力单元的测力梁，所述测力梁为悬臂结构，每个测力梁的一端与对应的弹条相连，另一端与底座相连，在转子轴向力作用下测力梁与弹条和底座相接的位置发生一定变形；
各测力梁在靠近弹条和底座的端部位置均粘贴有应变片，若干个所述应变片组成全桥并通过测量线引出用于转子轴向载荷作用下一体化弹性支承上的轴向载荷测量。
进一步地，所述测力梁的厚度小于底座的厚度。
进一步地，所述测力梁包括偶数个对称设置的径向分布的测力梁，每个径向分布的测力梁一端与对应的弹条相连，另一端与底座相连，在转子轴向力作用下径向分布的测力梁与弹条和底座相接的位置发生一定变形；各径向分布的测力梁在靠近弹条和底座的端部位置的表面均粘贴有应变片，若干个所述应变片组成全桥并通过测量线引出用于转子轴向载荷作用下一体化弹性支承上的轴向载荷测量。
进一步地，所述测力梁包括两个对称设置的径向分布的测力梁，每个径向分布的测力梁一端与对应的弹条相连，另一端与底座相连，在转子轴向力作用下径向分布的测力梁与弹条和底座相接的位置发生一定变形；两个径向分布的测力梁在靠近弹条和底座的端部位置的上下两个表面均粘贴有应变片，若干个所述应变片组成全桥并通过测量线引出用于转子轴向载荷作用下一体化弹性支承上的轴向载荷测量。
进一步地，所述测力梁包括四个对称设置的径向分布的测力梁，每个径向分布的测力梁一端与对应的弹条相连，另一端与底座相连，在转子轴向力作用下径向分布的测力梁与弹条和底座相接的位置发生一定变形；四个径向分布的测力梁在靠近弹条和底座的端部位置的同一表面均粘贴有应变片，若干个所述应变片组成全桥并通过测量线引出用于转子轴向载荷作用下一体化弹性支承上的轴向载荷测量。
进一步地，所述测力梁包括：
偶数个对称设置的周向分布的测力梁，每个周向分布的测力梁的一端与对应的弹条相连，另一端与底座相连，在转子轴向力作用下周向分布的测力梁与弹条和底座相接的位置发生一定变形；各周向分布的测力梁在靠近弹条和底座的端部位置的表面均粘贴有应变片，若干个所述应变片组成全桥并通过测量线引出用于转子轴向载荷作用下一体化弹性支承上的轴向载荷测量。
进一步地，所述测力梁包括：
四个对称设置的周向分布的测力梁，其中相邻的两个周向分布的测力梁的一端均与同一弹条相连，另一端则分别与底座相连，在转子轴向力作用下周向分布的测力梁与弹条和底座相接的位置发生一定变形；四个周向分布的测力梁在靠近弹条和底座的端部位置的同一面均粘贴有应变片，若干个所述应变片组成全桥并通过测量线引出用于转子轴向载荷作用下一体化弹性支承上的轴向载荷测量。
进一步地，所述若干个所述应变片组成全桥并通过测量线引出用于转子轴向载荷作用下一体化弹性支承上的轴向载荷测量，具体为：
所有应变片两两串联后组成一个全桥并通过测量线引出用于转子轴向载荷作用下一体化弹性支承上的轴向载荷测量，两两串联时，将对称分布的两个不同测力梁上的具有相同应变方向的两个应变片分别串联形成全桥的桥臂，其中，相邻的两个桥臂中的应变片的应变方向相反，相隔的两个桥臂中的应变片的应变方向相同。
进一步地，所述若干个所述应变片组成全桥并通过测量线引出用于转子轴向载荷作用下一体化弹性支承上的轴向载荷测量，具体为：
将所有应变片分组形成两个全桥并通过测量线引出用于转子轴向载荷作用下一体化弹性支承上的轴向载荷测量，每个全桥的桥臂由两个不同的径向分布的测力梁上的四个应变片连接组成，其中，每个全桥上相邻的两个应变片的应变方向相反，相隔的两个应变片的应变方向相同。
进一步地，所述若干个所述应变片组成全桥并通过测量线引出用于转子轴向载荷作用下一体化弹性支承上的轴向载荷测量，具体为：
将所有应变片分组形成两个全桥并通过测量线引出用于转子轴向载荷作用下一体化弹性支承上的轴向载荷测量，每个全桥的桥臂由四个不同的周向分布的测力梁上的四个应变片连接组成，其中，每个全桥上相邻的两个应变片的应变方向相反，相隔的两个应变片的应变方向相同。
相比现有技术，本申请具有以下有益效果：
本申请提出一种底座带测力单元的一体化鼠笼弹支，为带一体化鼠笼弹支的转子轴向力测量提供可行方案，既不用改变鼠笼弹支的刚度、强度与振动特性，确保转子轴向力测量有较高的灵敏度和准确度，同时方便一体化鼠笼弹支加工和降低加工成本，增强带一体化鼠笼弹支的转子轴向力测量的可实施性和实用性，结构简单、加工方便、成本低易实施。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请优选实施例的底座带测力单元的一体化鼠笼弹支的整体结构图(方案一，带4个径向分布的测力梁，单侧贴片)；
图2为图1中沿A-A线的横向剖视示意图；
图3为图1中沿B-B线的横向剖视示意图；
图4为本申请另一优选实施例的底座带测力单元的一体化鼠笼弹支的整体结构图(方案二，带2个径向分布的测力梁，双侧贴片)；
图5为图4中沿A-A线的横向剖视示意图；
图6为图4中沿B-B线的横向剖视示意图；
图7为图4中沿C-C线的横向剖视示意图；
图8为本申请另一优选实施例的底座带测力单元的一体化鼠笼弹支的整体结构图(方案三，带4个周向分布的测力梁，单侧贴片)；
图9为图8中沿A-A线的横向剖视示意图；
图10为图8中沿B-B线的横向剖视示意图；
图11为申请优选实施例的底座带测力单元的一体化鼠笼弹支的应变片全桥接线图(8个应变片组成1个全桥桥路，适用于带径向分布的测力梁和带周向分布的测力梁的接线)；
图12为申请另一优选实施例的底座带测力单元的一体化鼠笼弹支的应变片全桥接线图(4个应变片组成一个全桥桥路，共2个全桥桥路，适用于带径向分布的测力梁的接线)；
图13为申请另一优选实施例的底座带测力单元的一体化鼠笼弹支的应变片全桥接线图，4个应变片组成一个全桥桥路，共2个全桥桥路，适用于带周向分布的测力梁的接线)。
图中，1—底座；10—周向分布的测力梁；2—弹条；20—径向分布的测力梁；3—轴承外环；30—滚子跑道；40～47—应变片。
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申请。
本申请的优选实施例提供了一种底座带测力单元的一体化鼠笼弹支，包括底座1、若干个弹条2、轴承外环3，所述底座1、若干个弹条2、轴承外环3组成一体化结构，若干个弹条2环形排列围合成圆筒结构，所述底座1、轴承外环3分别设置在若干个弹条2围合成的圆筒的两端部，所述轴承外环3的内壁设有滚动体跑道30，所述底座1上对称设置有偶数个作为测力单元的测力梁，所述测力梁为悬臂结构,每个测力梁的一端与对应的弹条2相连，另一端与底座1相连，在转子轴向力作用下测力梁与弹条2和底座1相接的位置发生一定变形；
各测力梁在靠近弹条2和底座1的端部位置均粘贴有应变片，若干个所述应变片组成全桥并通过测量线引出用于转子轴向载荷作用下一体化弹性支承上的轴向载荷测量。
本实施例提出一种底座带测力单元的一体化鼠笼弹支，为带一体化鼠笼弹支的转子轴向力测量提供可行方案，既不用改变鼠笼弹支的刚度、强度与振动特性，确保转子轴向力测量有较高的灵敏度和准确度，同时方便一体化鼠笼弹支加工和降低加工成本，增强带一体化鼠笼弹支的转子轴向力测量的可实施性和实用性，结构简单、加工方便、成本低易实施。
优选地，所述测力梁的厚度小于底座1的厚度，因此周向分布的测力梁10或径向分布的测力梁20的刚性较与之相连的底座1稍弱，其好处是：1、在转子轴向力作用下，周向分布的测力梁10或径向分布的测力梁20与弹条2和底座1相接的位置能发生一定变形，各周向分布的测力梁10或径向分布的测力梁20在靠近弹条2和底座1的端部位置的表面粘贴的应变片能感受不同应变方向的应变并经全桥输出以测量转子轴向载荷作用下一体化弹性支承上的轴向载荷，保证轴向力测量灵敏度高。2、周向分布的测力梁10或径向分布的测力梁20的数目少，与之相连的弹条2的支撑效果减弱较小(且不影响未与之相连的其它弹条2的支撑效果)，因此对一体化鼠笼弹支整体的径向刚度影响很小，其径向刚度仍然由弹条2的结构尺寸决定。
优选地，所述测力梁包括偶数个对称设置的径向分布的测力梁20，每个径向分布的测力梁20一端与对应的弹条2相连，另一端与底座1相连，在转子轴向力作用下径向分布的测力梁20与弹条2和底座1相接的位置发生一定变形；各径向分布的测力梁20在靠近弹条2和底座1的端部位置的表面均粘贴有应变片，若干个所述应变片组成全桥并通过测量线引出用于转子轴向载荷作用下一体化弹性支承上的轴向载荷测量。
优选地，所述测力梁包括两个对称设置的径向分布的测力梁20，每个径向分布的测力梁20一端与对应的弹条2相连，另一端与底座1相连，在转子轴向力作用下径向分布的测力梁20与弹条2和底座1相接的位置发生一定变形；两个径向分布的测力梁20在靠近弹条2和底座1的端部位置的上下两个表面均粘贴有应变片，若干个所述应变片组成全桥并通过测量线引出用于转子轴向载荷作用下一体化弹性支承上的轴向载荷测量。
优选地，所述测力梁包括四个对称设置的径向分布的测力梁20，每个径向分布的测力梁20一端与对应的弹条2相连，另一端与底座1相连，在转子轴向力作用下径向分布的测力梁20与弹条2和底座1相接的位置发生一定变形；四个径向分布的测力梁20在靠近弹条2和底座1的端部位置的同一表面均粘贴有应变片，若干个所述应变片组成全桥并通过测量线引出用于转子轴向载荷作用下一体化弹性支承上的轴向载荷测量。
优选地，所述测力梁包括：
偶数个对称设置的周向分布的测力梁10，每个周向分布的测力梁10的一端与对应的弹条2相连，另一端与底座1相连，在转子轴向力作用下周向分布的测力梁10与弹条2和底座1相接的位置发生一定变形；各周向分布的测力梁10在靠近弹条2和底座1的端部位置的表面均粘贴有应变片，若干个所述应变片组成全桥并通过测量线引出用于转子轴向载荷作用下一体化弹性支承上的轴向载荷测量。
优选地，所述测力梁包括：
四个对称设置的周向分布的测力梁10，其中相邻的两个周向分布的测力梁10的一端均与同一弹条2相连，另一端则分别与底座1相连，在转子轴向力作用下周向分布的测力梁10与弹条2和底座1相接的位置发生一定变形；四个周向分布的测力梁10在靠近弹条2和底座1的端部位置的同一面均粘贴有应变片，若干个所述应变片组成全桥并通过测量线引出用于转子轴向载荷作用下一体化弹性支承上的轴向载荷测量。
优选地，所述若干个所述应变片组成全桥并通过测量线引出用于转子轴向载荷作用下一体化弹性支承上的轴向载荷测量，具体为：
所有应变片两两串联后组成一个全桥并通过测量线引出用于转子轴向载荷作用下一体化弹性支承上的轴向载荷测量，两两串联时，将对称分布的两个不同测力梁上的具有相同应变方向的两个应变片分别串联形成全桥的桥臂，其中，相邻的两个桥臂中的应变片的应变方向相反，相隔的两个桥臂中的应变片的应变方向相同。
优选地，所述若干个所述应变片组成全桥并通过测量线引出用于转子轴向载荷作用下一体化弹性支承上的轴向载荷测量，具体为：
将所有应变片分组形成两个全桥并通过测量线引出用于转子轴向载荷作用下一体化弹性支承上的轴向载荷测量，每个全桥的桥臂由两个不同的径向分布的测力梁20上的四个应变片连接组成，其中，每个全桥上相邻的两个应变片的应变方向相反，相隔的两个应变片的应变方向相同。
优选地，所述若干个所述应变片组成全桥并通过测量线引出用于转子轴向载荷作用下一体化弹性支承上的轴向载荷测量，具体为：
将所有应变片分组形成两个全桥并通过测量线引出用于转子轴向载荷作用下一体化弹性支承上的轴向载荷测量，每个全桥的桥臂由四个不同的周向分布的测力梁10上的四个应变片连接组成，其中，每个全桥上相邻的两个应变片的应变方向相反，相隔的两个应变片的应变方向相同。
下面通过具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1～图10所示，底座带测力单元的一体化鼠笼弹支包括底座1、弹条2、轴承外环3。轴承外环3与底座带测力单元的一体化鼠笼弹支为一体化结构，轴承外环3在底座带测力单元的一体化鼠笼弹支的最外端，轴承外环3的内壁为滚子跑道30。转子通过轴承内环、滚子、保持架、轴承外环3支撑在底座带测力单元的一体化鼠笼弹支上。
底座1包括作为测力单元的周向分布的测力梁10或径向分布的测力梁20，周向分布的测力梁10或径向分布的测力梁20一端与弹条2相连，一端与底座1相连。所述周向分布的测力梁10或径向分布的测力梁20的厚度比底座1的厚度薄，周向分布的测力梁10或径向分布的测力梁20为悬臂结构，在转子轴向力作用下周向分布的测力梁10或径向分布的测力梁20与弹条2和底座1相接的位置会发生较大变形。周向分布的测力梁10或径向分布的测力梁20的个数为偶数，周向对称分布，一般为2个、4个，最多不超过弹条个数。周向分布的测力梁10或径向分布的测力梁20有一定的厚度(一定的刚性)，周向分布的测力梁10或径向分布的测力梁20的个数越少，底座带测力单元的一体化鼠笼弹支的径向刚度受周向分布的测力梁10或径向分布的测力梁20的刚性影响越小，反之影响越大。一体化鼠笼弹支的周向分布的测力梁10或径向分布的测力梁20在很好地满足转子轴向力测量功能的同时，能很好地保证一体化鼠笼弹支所需的径向刚度和结构强度。本申请的周向分布的测力梁10或径向分布的测力梁20能大大改善现有的一体化鼠笼弹支(如L型弹条形式)容易存在的诸如径向刚度减弱、径向刚度出现非线性等问题。同时能避免现有的一体化鼠笼弹支容易存在的诸如加强筋、缺口空间(连接柱)、凸台等结构带来的加工难度大和加工成本高的问题。弹条2的一端与所述的底座1或周向分布的测力梁10或径向分布的测力梁20相连，另一端与轴承外环3相连。
底座带测力单元的一体化鼠笼弹支的径向刚度主要由弹条2的结构尺寸决定。虽然周向分布的测力梁10或径向分布的测力梁20会稍微削弱与之相连的弹条2的径向刚度(由于周向分布的测力梁10或径向分布的测力梁20有一定的厚度，但是其厚度与底座1的厚度薄，因此周向分布的测力梁10或径向分布的测力梁20的刚性较与之相连的底座1稍弱)，但是周向分布的测力梁10或径向分布的测力梁20对一体化鼠笼弹支整体的径向刚度影响很小。假设周向分布的测力梁10或径向分布的测力梁20的个数为m，弹条2的个数为n，材料弹性模量为E，弹条2的宽度为b，弹条2的厚度为h，弹条2的长度为l。径向分布的测力梁20的个数和与之相连的弹条2的个数相同，则对于带测力单元(径向分布的测力梁20)的一体化鼠笼弹支，其径向刚度(n-m)Eb2h2/l3＜K＜nEb2h2/l3，m＜n且为偶数，一般为2和4。周向分布的测力梁10的个数是与之均相连的弹条2的个数的2倍，则对于带测力单元(周向分布的测力梁10)的一体化鼠笼弹支，其径向刚度m＜n，且为偶数，一般为2和4。
底座1上有将一体化鼠笼弹支固定在安装座上的多个安装孔，在周向分布的测力梁10或径向分布的测力梁20单侧或双侧的两端粘贴有应变片40～47。对于单侧贴片的径向分布的测力梁20，在径向分布的测力梁20单侧靠近弹条2的端部位置粘贴有应变片40、41、42、43，在径向分布的测力梁20单侧靠近底座1的端部位置粘贴有应变片44、45、46、47。对于双侧贴片的径向分布的测力梁20，在径向分布的测力梁20一侧靠近弹条2的端部位置粘贴有应变片40、41，在一侧靠近底座1的端部位置粘贴有应变片44、45，在另一侧靠近弹条2的端部位置粘贴有应变片46、47，在另一侧靠近底座1的端部位置粘贴有应变片42、43。对于单侧贴片的周向分布的测力梁10，在周向分布的测力梁10单侧靠近底座1的端部位置(底座1在此位置同时连着其它弹条2)粘贴有应变片40、41、42、43，在周向分布的测力梁10单侧只靠近弹条2的端部位置粘贴有应变片44、45、46、47，也可在周向分布的测力梁10的双侧分别粘贴应变片(贴片位置可参考径向分布的测力梁20的双侧贴片位置，即在单侧贴片时另一侧的对应位置)。对于径向分布的测力梁20和周向分布的测力梁10，双侧对应位置粘贴的应变片所感受的应变方向相反。在转子轴向力作用下应变片40、41、42、43所感受的应变方向相同，为压/拉应变；应变片44、45、46、47所感受的应变方向相同，为拉/压应变；应变片40、41、42、43所感受的应变方向与应变片44、45、46、47所感受的应变方向相反。
如图11～图13所示，测量压应变和拉应变的应变片40～47可以采用接线方法一(图11)两两串联后组成1个全桥桥路输出，也可以采用接线方法二(图12)或接线方法三(图13)将它们组成2个全桥桥路输出。应变片40～47输出的4根测试线(接线方法一，1个全桥桥路输出4根测试线)或者8根测试线(接线方法二或者接线方法三，2个全桥桥路，每个全桥桥路输出4根测试线)固定在弹条2上
相比于8个应变片组成1个全桥桥路而言，8个应变片组成2个全桥桥路的优势在于每个全桥桥路是相对独立、互不干扰的。假如在转子轴向力测量中某1个全桥桥路损坏，另1个全桥桥路仍可继续进行转子轴向力测量，而不像8个应变片组成1个全桥桥路损坏时必须将发动机下台分解重新修复桥路再装配上台测试，从而大大提高轴向力测量的可靠性，减少反复拆装试验件耽误发动机试验进度的风险。同时2个全桥桥路测量的2组轴向力数值可以进行相互验证对比，从而增强转子轴向力测量的可信度和进行测试数据分析和判断(比如轴向力测量出现异常情况时可以更好地判断是轴向力测量桥路异常还是实际转子轴向力本身异常)。同时，由于径向分布的测力梁20和周向分布的测力梁10变形较敏感，4个应变片组成的1个全桥桥路进行转子轴向力测量时的测量精度也可以保证。
对于带径向分布的测力梁上的4个应变片组成1个全桥桥路的接线方法二(图12)：应变片40、44、42、46组成1个全桥桥路，应变片41、45、43、47组成1个全桥桥路。对于带周向分布的测力梁上的4个应变片组成1个全桥桥路的接线方法三(图13)：应变片40、45、43、46组成1个全桥桥路，应变片41、44、42、47组成1个全桥桥路。
单个应变片的电阻为120Ω，输出的4根测试线(将图11)两两之间的电阻为180Ω(对应图11中的AB、BC、CD、DA之间)或240Ω(对应图11中的AC、BD之间)。输出的4根测试线(接线方法二或者接线方法三)两两之间的电阻为90Ω(对应图12和图13中的AB、BC、CD、DA之间)或120Ω(对应图12和图13中的AC、BD之间)。
将4根测试线接入应变测量仪，对底座带测力单元的一体化鼠笼弹支进行轴向力测量标定，将底座带测力单元的一体化鼠笼弹支固定在标定平台上，在轴承外环3上施加等载荷间距的轴向载荷F，记录应变测量仪中的输出应变值ε，通过线性拟合得到轴向力标定公式F＝kε+b，k为周向分布的测力梁10或径向分布的测力梁20感受的轴向力与输出应变的换算系数，b为常数，一般要求相关系数R2＞0.99。在发动机工作过程中，通过监测底座带测力单元的一体化鼠笼弹支周向分布的测力梁10或径向分布的测力梁20的输出应变值ε＇，并结合上述换算系数k，即可实时得到转子工作过程中的轴向力F＇＝kε＇。当转子受到向前的轴向力时，应变片40、41、42、43测量的为压应变，应变片44、45、46、47测量的为拉应变，应变片全桥输出正的应变值(应变测量仪桥路平衡清零后，当轴向力为0时全桥输出应变为0)。当转子受到向后的轴向力时，应变片40、41、42、43测量的为拉应变，应变片44、45、46、47测量的为压应变，应变片全桥输出负的应变值。由此，可以通过应变片全桥输出应变的正负值来判断转子轴向力的方向。
对于接线方法一：如图2、图5、图7、图9所示，由于组成全桥同一个桥臂上的两个应变片粘贴在周向分布的测力梁10或径向分布的测力梁20的中心轴对称位置，在轴向力作用下均同时感受压/拉应变(如图11所示，相邻桥臂上的应变片感受的应变完全相反，相对桥臂上的应变片感受的应变完全相同)，因此应变片全桥在轴向力作用时可以输出相应的应变值。当底座带测力单元的一体化鼠笼弹支受到径向载荷时，全桥同一个桥臂上的两个应变片一个感受压应变，另一个感受拉应变，则由径向载荷引起的全桥同一个桥壁上的输出应变为0，即周向分布的测力梁10或径向分布的测力梁20在测量轴向力时可以有效消除由于转子不平衡等径向载荷的干扰，确保轴向力测量的准确性(根据图2、图5、图7和图9，当转子受到径向载荷时，同一桥臂上的应变方向相反，感受的应变互相抵消，如在同一个桥臂上的40和41在受到轴向载荷时，它们感受应变相同，均为压应变或者拉应变，而当受到径向载荷时，二者感受的应变方向相反，一个感受压应变，另一个感受拉应变，二者相互抵消，桥臂上无因径向载荷引起的应变输出，故可以消除径向载荷的影响)。
对于接线方法二：如图2、图5、图7所示，由于粘贴在带径向分布的测力梁20上的组成2个全桥的4个应变片40、44、42、46和4个应变片41、45、43、47依次处于2个全桥的相邻桥臂上(图12)，在轴向力作用下处于相对桥臂上的应变片均同时感受压/拉应变，因此应变片全桥在轴向力作用时可以输出相应的应变值。当底座带测力单元的一体化鼠笼弹支受到径向载荷时，处于相邻桥臂上的两个应变片感受的应变完全相同，全桥输出不变。因此，对于带径向分布的测力梁20，接线方法二在轴向力作用下可正常输出应变值，在径向载荷作用下全桥输出不变，由此可满足轴向力测量的同时不受径向载荷的影响。而对于带径向分布的测力梁20而言，接线方法三中组成2个全桥的4个应变片40、45、43、46和4个应变片41、44、42、47依次处于2个全桥的相邻桥臂上的，虽然在轴向力作用下可正常测量出轴向力，但是其在径向载荷作用下时全桥输出也会发生改变(由于相邻桥臂上的应变片感受的应变完全相反)，即径向载荷会对轴向载荷测量造成干扰，所以对于带径向分布的测力梁20上粘贴在图2、图5、图7所示位置的应变片不可以采用接线方法三进行全桥接线。
对于接线方法三：如图9所示，由于粘贴在带周向分布的测力梁10上的组成2个全桥的4个应变片40、45、43、46和4个应变片41、44、42、47依次处于2个全桥的相邻桥臂上(图13)，在轴向力作用下处于相对桥臂上的应变片均同时感受压/拉应变，因此应变片全桥在轴向力作用时可以输出相应的应变值。当底座带测力单元的一体化鼠笼弹支受到径向载荷时，处于相邻桥臂上的两个应变片感受的应变完全相同，全桥输出不变。因此，对于带周向分布的测力梁10，接线方法三在轴向力作用下可正常输出应变值，在径向载荷作用下全桥输出不变，由此可满足轴向力测量的同时不受径向载荷的影响。而对于带周向分布的测力梁10而言，接线方法二中组成2个全桥的4个应变片40、44、42、46和4个应变片41、45、43、47依次处于2个全桥的相邻桥臂上的，虽然在轴向力作用下可正常测量出轴向力，但是其在径向载荷作用下时全桥输出也会发生改变(由于相邻桥臂上的应变片感受的应变完全相反)，即径向载荷会对轴向载荷测量造成干扰，所以对于带周向分布的测力梁10上粘贴在图9所示位置的应变片不可以采用接线方法二进行全桥接线。
因此，对于带径向分布的测力梁20和带周向分布的测力梁10，接线方法二和接线方法三不可以简单混用，是经过仔细分析和考量后确定的，全桥接线方法需要在满足轴向力可测量的同时，还不受到径向载荷的干扰。
应变片全桥还可以有效消除应变片温度效应对于轴向力测量的不利影响，提高周向分布的测力梁10或径向分布的测力梁20的轴向力测量准确度(由于粘贴在周向分布的测力梁10或径向分布的测力梁20单侧或者两侧的应变片40～47是全桥接线，所有应变片均接入桥路，各应变片的温度始终相同，为一体化鼠笼弹支的工作环境温度，所以它们因温度变化所引起的电阻值的变化也相同，又因为它们相互处于电桥相邻的两臂，所以并不产生电桥的输出电压，从而使得温度效应的影响被消除)。
周向分布的测力梁10或径向分布的测力梁20作为底座带测力单元的一体化鼠笼弹支的测力单元，融入在底座之中，不改变底座的安装尺寸和结构特性。周向分布的测力梁10或径向分布的测力梁20加工方便，可以以极少(最少为2个)的周向分布的测力梁10或径向分布的测力梁20个数满足转子轴向力测量功能，降低周向分布的测力梁10或径向分布的测力梁20对一体化鼠笼弹支径向刚度的影响，降低加工成本。同时周向分布的测力梁10或径向分布的测力梁20相对于底座为悬臂结构，在转子轴向力作用下，周向分布的测力梁10或径向分布的测力梁20变形敏感，通过压/拉应变组成全桥，具有较高的轴向力测量灵敏度和线性度。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种底座带测力单元的一体化鼠笼弹支，包括底座(1)、若干个弹条(2)、轴承外环(3)，所述底座(1)、若干个弹条(2)、轴承外环(3)组成一体化结构，若干个弹条(2)环形排列围合成圆筒结构，所述底座(1)、轴承外环(3)分别设置在若干个弹条(2)围合成的圆筒的两端部，所述轴承外环(3)的内壁设有滚动体跑道(30)，其特征在于，
所述底座(1)上对称设置有偶数个作为测力单元的测力梁，所述测力梁为悬臂结构,每个测力梁的一端与对应的弹条(2)相连，另一端与底座(1)相连，在转子轴向力作用下测力梁与弹条(2)和底座(1)相接的位置发生一定变形；
各测力梁在靠近弹条(2)和底座(1)的端部位置均粘贴有应变片，若干个所述应变片组成全桥并通过测量线引出用于转子轴向载荷作用下一体化弹性支承上的轴向载荷测量。
2.根据权利要求1所述的底座带测力单元的一体化鼠笼弹支，其特征在于，
所述测力梁的厚度小于底座(1)的厚度。
3.根据权利要求1所述的底座带测力单元的一体化鼠笼弹支，其特征在于，
所述测力梁包括偶数个对称设置的径向分布的测力梁(20)，每个径向分布的测力梁(20)一端与对应的弹条(2)相连，另一端与底座(1)相连，在转子轴向力作用下径向分布的测力梁(20)与弹条(2)和底座(1)相接的位置发生一定变形；各径向分布的测力梁(20)在靠近弹条(2)和底座(1)的端部位置的表面均粘贴有应变片，若干个所述应变片组成全桥并通过测量线引出用于转子轴向载荷作用下一体化弹性支承上的轴向载荷测量。
4.根据权利要求3所述的底座带测力单元的一体化鼠笼弹支，其特征在于，
所述测力梁包括两个对称设置的径向分布的测力梁(20)，每个径向分布的测力梁(20)一端与对应的弹条(2)相连，另一端与底座(1)相连，在转子轴向力作用下径向分布的测力梁(20)与弹条(2)和底座(1)相接的位置发生一定变形；两个径向分布的测力梁(20)在靠近弹条(2)和底座(1)的端部位置的上下两个表面均粘贴有应变片，若干个所述应变片组成全桥并通过测量线引出用于转子轴向载荷作用下一体化弹性支承上的轴向载荷测量。
5.根据权利要求3所述的底座带测力单元的一体化鼠笼弹支，其特征在于，所述测力梁包括四个对称设置的径向分布的测力梁(20)，每个径向分布的测力梁(20)一端与对应的弹条(2)相连，另一端与底座(1)相连，在转子轴向力作用下径向分布的测力梁(20)与弹条(2)和底座(1)相接的位置发生一定变形；四个径向分布的测力梁(20)在靠近弹条(2)和底座(1)的端部位置的同一表面均粘贴有应变片，若干个所述应变片组成全桥并通过测量线引出用于转子轴向载荷作用下一体化弹性支承上的轴向载荷测量。
6.根据权利要求1所述的底座带测力单元的一体化鼠笼弹支，其特征在于，所述测力梁包括：
偶数个对称设置的周向分布的测力梁(10)，每个周向分布的测力梁(10)的一端与对应的弹条(2)相连，另一端与底座(1)相连，在转子轴向力作用下周向分布的测力梁(10)与弹条(2)和底座(1)相接的位置发生一定变形；各周向分布的测力梁(10)在靠近弹条(2)和底座(1)的端部位置的表面均粘贴有应变片，若干个所述应变片组成全桥并通过测量线引出用于转子轴向载荷作用下一体化弹性支承上的轴向载荷测量。
7.根据权利要求6所述的底座带测力单元的一体化鼠笼弹支，其特征在于，所述测力梁包括：
四个对称设置的周向分布的测力梁(10)，其中相邻的两个周向分布的测力梁(10)的一端均与同一弹条(2)相连，另一端则分别与底座(1)相连，在转子轴向力作用下周向分布的测力梁(10)与弹条(2)和底座(1)相接的位置发生一定变形；四个周向分布的测力梁(10)在靠近弹条(2)和底座(1)的端部位置的同一面均粘贴有应变片，若干个所述应变片组成全桥并通过测量线引出用于转子轴向载荷作用下一体化弹性支承上的轴向载荷测量。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的底座带测力单元的一体化鼠笼弹支，其特征在于，所述若干个所述应变片组成全桥并通过测量线引出用于转子轴向载荷作用下一体化弹性支承上的轴向载荷测量，具体为：
所有应变片两两串联后组成一个全桥并通过测量线引出用于转子轴向载荷作用下一体化弹性支承上的轴向载荷测量，两两串联时，将对称分布的两个不同测力梁上的具有相同应变方向的两个应变片分别串联形成全桥的桥臂，其中，相邻的两个桥臂中的应变片的应变方向相反，相隔的两个桥臂中的应变片的应变方向相同。
9.根据权利要求3至5中任一项所述的底座带测力单元的一体化鼠笼弹支，其特征在于，所述若干个所述应变片组成全桥并通过测量线引出用于转子轴向载荷作用下一体化弹性支承上的轴向载荷测量，具体为：
将所有应变片分组形成两个全桥并通过测量线引出用于转子轴向载荷作用下一体化弹性支承上的轴向载荷测量，每个全桥的桥臂由两个不同的径向分布的测力梁(20)上的四个应变片连接组成，其中，每个全桥上相邻的两个应变片的应变方向相反，相隔的两个应变片的应变方向相同。
10.根据权利要求6至7中任一项所述的底座带测力单元的一体化鼠笼弹支，其特征在于，所述若干个所述应变片组成全桥并通过测量线引出用于转子轴向载荷作用下一体化弹性支承上的轴向载荷测量，具体为：
将所有应变片分组形成两个全桥并通过测量线引出用于转子轴向载荷作用下一体化弹性支承上的轴向载荷测量，每个全桥的桥臂由四个不同的周向分布的测力梁(10)上的四个应变片连接组成，其中，每个全桥上相邻的两个应变片的应变方向相反，相隔的两个应变片的应变方向相同。
CN202311161892.9A 2023-09-11 2023-09-11 一种底座带测力单元的一体化鼠笼弹支 Pending CN117404184A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311161892.9A CN117404184A (zh) 2023-09-11 2023-09-11 一种底座带测力单元的一体化鼠笼弹支

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311161892.9A CN117404184A (zh) 2023-09-11 2023-09-11 一种底座带测力单元的一体化鼠笼弹支

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117404184A true CN117404184A (zh) 2024-01-16

Family

ID=89486090

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311161892.9A Pending CN117404184A (zh) 2023-09-11 2023-09-11 一种底座带测力单元的一体化鼠笼弹支

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117404184A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7707902B2 (en) Apparatus for measuring bearing thrust load
US5663497A (en) Six component wind tunnel balance
US9658132B2 (en) Bearing arrangement and method
CN108801523B (zh) 用于推力轴承的测力弹性体及推力轴承的测力装置
US4984173A (en) System for aligning a rotating line-shaft
WO2018029790A1 (ja) 力覚センサ
CN111238711B (zh) 转子轴向力测试方法
CN105588669A (zh) 一种轴销式三向测力传感器
US8256306B1 (en) High-capacity low-profile load cell for measuring compression force
CN115539145A (zh) 轴向载荷测量一体化鼠笼弹性支承及测量方法
CN115539146A (zh) 一体化鼠笼弹性支承及轴向力测量方法
US20190212215A1 (en) Force sensor
US7100458B2 (en) Flexure system for strain-based instruments
CN117404184A (zh) 一种底座带测力单元的一体化鼠笼弹支
CN113091967B (zh) 一种轴销式三轴测力传感器
CN210603718U (zh) 一种自平衡大扭矩传感器标定装置
CN216381720U (zh) 变形评估设备和风力发电机组
CN110296837B (zh) 一种基于轴瓦变形的滑动轴承载荷测量方法
KR20070019910A (ko) 축하중 측정시스템
CN111623954B (zh) 一种风洞天平电桥故障检测方法
CN111442902A (zh) 一种复合式六分量螺旋桨试验天平
CN111608748A (zh) 鼠笼式弹性支承
CN214373034U (zh) 一种用于压电材料力频特性检测的力矩传感器
JPH089445Y2 (ja) 異常検出センサ付転がり軸受
CN115539147A (zh) 转子轴向载荷可测试的一体化弹性支承及测量方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination