CN203396529U - 双向轴向力测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种双向轴向力测量装置。该双向轴向力测量装置包括被压缩的第一弹性元件，设置在球轴承外圈的第一侧端；被压缩的第二弹性元件，设置在球轴承外圈的第二侧端；第一弹性元件上设有测力器。根据本实用新型的双向轴向力测量装置，通过在球轴承外圈的两端分别设置处于压缩状态的第一弹性元件和第二弹性元件；当轴向力向前时，第一弹性元件继续被压缩，测力器测出第一弹性元件被继续压缩的压缩量即可得到受到向前的轴向力；当轴向力向后时，第一弹性元件被放松，测力器测出第一弹性元件的伸长量即可得到受到向后的轴向力，本实用新型的双向轴向力测量装置结构简单、易于精确校准、安装和拆卸方便。

Description

双向轴向力测量装置

技术领域

本实用新型涉及轴向力测量领域，特别地，涉及一种双向轴向力测量装置。

背景技术

在航空涡轴发动机研制过程中，为保证发动机在工作包线内的所有功率状态下，球轴承不会发生因轻载打滑或反复过零而损坏，发动机压力平衡系统应提供足够的单向轴向力载荷。实际上，由于动力涡轮部分结构复杂，使其转子受力时常有变向现象，这就要求能准确地测量出发动机工作时动力涡轮转子所受的向前和向后的双向轴向力，以便采取修改措施。

测量发动机转子轴向力的传统测量方法之一是：测量发动机6～8个腔室(包括平衡腔)的工作压力，按照一个经验公式进行计算得到转子的轴向力；这种测量方法较简单，但测量准确性较差；测量方法之二是采用单个测力环测量，但只能测量向前或向后的单向轴向力，并不能实现双向的轴向力测量。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种能够测量发动机转子所受到向前或向后的轴向力的双向轴向力测量装置。

为实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种双向轴向力测量装置，包括被压缩的第一弹性元件，设置在球轴承外圈的第一侧端；被压缩的第二弹性元件，设置在球轴承外圈的第二侧端；第一弹性元件上设有测力器。

进一步地，第一弹性元件的两侧面设有多个相互错且沿圆周均布的凸台；测力器包括连接成桥式电路的多个应变片，应变片用于测量第一弹性元件的轴向变形量。

进一步地，应变片设置在第一弹性元件的同一侧面的元件节段上。

进一步地，桥式电路的第一臂上的应变片设置在第一弹性元件的第一侧面的第一位置，与桥式电路的第一臂相连的第二臂上的应变片设置在第一弹性元件的第一侧面的第二位置，第一位置靠近第一弹性元件的第一侧面的凸台的根部，第二位置靠近对应于第一弹性元件的第二侧面的凸台的根部；桥式电路的第三臂上的应变片的位置与第一位置轴对称；桥式电路的第四臂上的应变片的位置与第二位置轴对称。

进一步地，桥式电路的每一臂上设有一个或多个应变片。

进一步地，第一弹性元件的结构与第二弹性元件的结构相同。

进一步地，第一弹性元件的每一侧面沿圆周均布至少3个凸台。

进一步地，所有凸台的高度都相等。

进一步地，轴向力测量装置还包括与桥式电路的输出端连接的测量分析仪。

本实用新型具有以下有益效果：

根据本实用新型的双向轴向力测量装置，通过在球轴承外圈的两端分别设置处于压缩状态的第一弹性元件和第二弹性元件；当轴向力向前时，第一弹性元件继续被压缩，测力器测出第一弹性元件被继续压缩的压缩量即可得到受到向前的轴向力；当轴向力向后时，第一弹性元件被放松，测力器测出第一弹性元件的伸长量即可得到受到向后的轴向力，本实用新型的双向轴向力测量装置结构简单、易于精确校准、安装和拆卸方便。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本实用新型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实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型优选实施例的轴向力测量装置的装配示意图；

图2是图1所示的I处的放大示意图；

图3是本实用新型的第一弹性元件和应变片的安装示意图；

图4是图3所示的A-A的剖视示意图；以及

图5是本实用新型优选实施例的桥式电路图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参见图1和图2，本实用新型的优选实施例提供了一种双向轴向力测量装置，包括设置在球轴承外圈1的第一侧端的第一弹性元件10、设置在球轴承外圈1的第二侧端的第二弹性元件20及通过导线连接成桥式电路40的多个应变片30，第一弹性元件10的两侧面设有多个相互错位的凸台11；应变片30用于测量第一弹性元件10的凸台11之间的元件节段的轴向变形量。根据本实用新型的双向轴向力测量装置，通过在球轴承外圈1的两端分别设置处于压缩状态的第一弹性元件10和第二弹性元件20；当轴向力向前时，第一弹性元件10继续被压缩，测力器测出第一弹性元件10被继续压缩的压缩量即可得到受到的轴向力；当轴向力向后时，第一弹性元件10被放松，测力器测出第一弹性元件10的放松伸长量即可得到受到的向后轴向力，本实用新型的双向轴向力测量装置结构简单、易于精确校准、安装和拆卸方便。

具体地，请结合参见图3和图4，第一弹性元件10呈环状，贴附在球轴承外圈1的第一侧端。第一弹性元件10的两侧面设有多个相互错位且沿圆周均布的凸台11，所有凸台11的高度都相等，以保证每个侧面的所有凸台受到的轴向力均衡。在本实施例中，第一弹性元件10的每一侧面沿圆周均布至少3个凸台11，两侧面的凸台11都错位设置。

第二弹性元件20呈环状，贴附在球轴承外圈1的第二侧端。在本实施例中，第一弹性元件10的结构与第二弹性元件20的结构相同，以保证第一弹性元件10和第二弹性元件20受到大小相同的力时，第一弹性元件10的轴向变形量和第二弹性元件20的轴向变形量相等。在未示出的实施例中，在保证第一弹性元件10的轴向变形量和第二弹性元件20的轴向变形量相等的前提下，第二弹性元件20可为与第一弹性元件10结构不同的弹性件，如弹簧等。

在安装双向轴向力测量装置时，第一弹性元件10和第二弹性元件20处于预压缩状态，且第一弹性元件10和第二弹性元件20的预压缩力的大小等于预计所受轴向力的大小。当轴向力朝向球轴承外圈1的第一侧端时，第一弹性元件10继续被压缩直至第一弹性元件10承受双倍的预压缩力，第二弹性元件20则逐渐被放松拉伸，直至到非工作状态；当轴向力朝向球轴承外圈1的第二侧端时，第一弹性元件10逐渐被放松拉伸，直至到非工作状态，第二弹性元件20则继续被压缩直至第二弹性元件20承受双倍的预压缩力。

请结合参见图5，测力器包括在第一弹性元件10上设置的多个连接成桥式电路40的应变片30，应变片30用于测量第一弹性元件10凸台11之间的元件节段的轴向变形量。具体地，多个应变片30安装在第一弹性元件10的同一侧面的元件节段上。具体地，桥式电路40的第一臂上的应变片30设置在第一弹性元件10的第一侧面的第一位置，与桥式电路40的第一臂相连的第二臂上的应变片30设置在第一弹性元件10的第一侧面的第二位置，第一位置靠近第一弹性元件10的第一侧面的凸台11的根部，第二位置对应于第一弹性元件10的第二侧面的凸台11的根部；桥式电路40的第三臂上的应变片30的位置与第一位置轴对称；桥式电路40的第四臂上的应变片30的位置与第二位置轴对称。如此，桥式电路40的相连两条臂上的应变片30所测得的第一弹性元件10的轴向变形量相反，当第一、第三臂上的应变片30所在的元件节段周向被拉长应变片30电阻增大时，与第一、第三臂相连的第二、第四臂的应变片30所在的元件节段周向缩短应变片电阻减小。

优选地，桥式电路40的每一臂上设有多个应变片30，在某一轴向力的作用下，每个臂上的每个应变片30会产生相同、与轴向力成正比的的变形量ε。如图5所示，在本实施方式中，桥式电路40的每一臂上设有两个应变片30。

根据桥式电路40的全桥应变电势e的计算公式，

e＝n·E·k·ε，

其中，n为桥式电路40的每一臂上的应变片30的数量，ε为每一应变片30的变形量，k为常数，E为桥式电路40上的电压。

由上述公式可知，全桥应变电势e的大小与4个因素有关。桥式电路40每一臂上的应变片30越多，所测得全桥应变电势e的电势越高，则所测得的结果越准确，但受到第一弹性元件结构的限制，一般为n＝2～3；桥式电路40上的直流电压E受到应变片工作电流的限制，工作电流一般小于25mA；应变片30的结构常数k＝2；显然，第一弹性元件10和测力传感器制成后，n、E、k的数值已定，全桥应变电势e的大小仅取决于与轴向力成正比的第一弹性元件轴向变形量ε。根据全桥应变电势值与轴向力值的关系，可准确得到轴向力值。通过应变片感受第一弹性元件10的轴向变化量，灵敏度高且易于精确校准，使测量误差较小。

在本实施方式中，本实用新型的双向轴向力测量装置还包括与桥式电路40的输出端连接的测量分析仪50。通过测量分析仪50测得桥式电路40的全桥应变电势e并将全桥应变电势e直接转换为轴所受到的向前或向后的轴向力，则可测量到轴所受到的轴向力的大小。

在本实用新型的其他实施例中，测力器还可以为其他的可以将弹性元件上的轴向力测量的装置。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：

根据本实用新型的双向轴向力测量装置，通过在球轴承外圈的两端分别设置处于压缩状态的第一弹性元件和第二弹性元件；当轴向力向前时，第一弹性元件继续被压缩，测力器测出第一弹性元件被继续压缩的压缩量即可得到受到的轴向力；当轴向力向后时，第一弹性元件被放松，测力器测出第一弹性元件的放松伸长量即可得到受到的向后轴向力，本实用新型的双向轴向力测量装置结构简单、易于精确校准、安装和拆卸方便。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种双向轴向力测量装置，其特征在于，包括

被压缩的第一弹性元件(10)，设置在球轴承外圈(1)的第一侧端；

被压缩的第二弹性元件(20)，设置在所述球轴承外圈(1)的第二侧端；

所述第一弹性元件(10)上设有测力器。

2.根据权利要求1所述的双向轴向力测量装置，其特征在于，

所述第一弹性元件(10)的两侧面设有多个相互错位且沿圆周均布的凸台(11)；

所述测力器包括连接成桥式电路(40)的多个应变片(30)，所述应变片(30)用于测量所述第一弹性元件(10)的轴向变形量。

3.根据权利要求2所述的双向轴向力测量装置，其特征在于，

所述应变片(30)设置在所述第一弹性元件(10)的同一侧面的元件节段上。

4.根据权利要求3所述的双向轴向力测量装置，其特征在于，

所述桥式电路(40)的第一臂上的所述应变片(30)设置在所述第一弹性元件(10)的第一侧面的第一位置，与所述桥式电路(40)的第一臂相连的第二臂上的所述应变片(30)设置在所述第一弹性元件(10)的第一侧面的第二位置，

所述第一位置靠近所述第一弹性元件(10)的第一侧面的所述凸台(11)的根部，第二位置靠近对应于所述第一弹性元件(10)的第二侧面的所述凸台(11)的根部；

所述桥式电路(40)的第三臂上的所述应变片(30)的位置与所述第一位置轴对称；所述桥式电路(40)的第四臂上的所述应变片(30)的位置与所述第二位置轴对称。

5.根据权利要求2所述的双向轴向力测量装置，其特征在于，

所述桥式电路(40)的每一臂上设有一个或多个所述应变片(30)。

6.根据权利要求1所述的双向轴向力测量装置，其特征在于，

所述第一弹性元件(10)的结构与所述第二弹性元件(20)的结构相同。

7.根据权利要求2所述的双向轴向力测量装置，其特征在于，

第一弹性元件(10)的每一侧面沿圆周均布至少3个所述凸台(11)。

8.根据权利要求7所述的双向轴向力测量装置，其特征在于，

所有凸台(11)的高度都相等。

9.根据权利要求2所述的双向轴向力测量装置，其特征在于，

所述轴向力测量装置还包括与所述桥式电路(40)的输出端连接的测量分析仪(50)。

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