CN220270792U - 一种中间轴承径向载荷测量装置 - Google Patents

Abstract

一种中间轴承径向载荷测量装置，包括第一传动杆，第二传动杆和中间轴承，第一传动杆与第二传动杆轴向相连，连接位置由中间轴承支撑；中间轴承设置有传感器，传感器能够检测中间轴承内环的径向载荷。通过该装置能够准确地对传动过程中中间轴承受到的径向载荷进行测量，有助于对中间轴承实际工况下的失效模式和寿命进行合理评估。

Description

一种中间轴承径向载荷测量装置

技术领域

本实用新型属于航空发动机测试领域，具体涉及一种中间轴承径向载荷测量装置。

背景技术

航空发动机内通常设置有多段通过花键相连接的径向传动杆，以实现扭矩与转动的传递，例如高压转子段传动齿轮箱与内传动杆连接，再通过花键带动外传动杆，从而将扭矩与转动传递至转接齿轮箱，进而向外输出动力。内、外传动杆配置为中空杆，通过花键啮合，连接位置设置有中间辅助轴承进行支撑。由于零件加工与安装精度和发动机振动等因素的影响，传动杆传动过程中花键无法保持完全同心，由花键不对中导致辅助轴承承受了额外的径向载荷。目前，对轴承的研究多集中在转子不平衡造成的载荷，而缺少对转子不对中造成的径向载荷进行有效测量、标定的手段，导致不能对中间辅助轴承的失效模式和寿命进行合理评估。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种中间轴承径向载荷测量装置，对由传动杆花键不对中导致的径向针对载荷进行测量与标定。

根据本实用新型的实施例，提供一种中间轴承径向载荷测量装置，该装置包括第一传动杆，第二传动杆和中间轴承，所述第一传动杆与第二传动杆轴向相连，连接位置由所述中间轴承支撑；所述中间轴承设置有应变传感器，所述传感器能够检测所述中间轴承内环的径向受力。

该装置能够通过人为设置模拟不同工况下中间轴承的工作状态，并通过传感器测量不同工况下对应的径向载荷，用于指导中间轴承的载荷计算、寿命预测及设计优化。

进一步地，在部分实施例中所述第一传动杆与第二传动杆通过花键相连接。花键连接属于实际工况中传动杆常用的连接方式，同时通过人工设置花键的啮合状态能够有效模拟不同程度的传动杆偏心工况。

进一步地，在部分实施例中所述中间轴承的轴承座上设置有贯穿的引线孔，以容许应变传感器的线束引至轴承座的外表面，便于采集数据。

进一步地，在部分实施例所述中间轴承包括轴承座，所述轴承座内壁设置有回油槽，所述传感器设置在所述回油槽内。将传感器设置在回油槽内能够有效节省空间。

进一步地，在部分实施例中所述回油槽设置在所述轴承座底部的内壁。

进一步地，在部分实施例中所述传感器配置为应变片。

进一步地，在部分实施例中所述第一传动杆和第二传动杆配置为空心轴。空心轴更接近发动机中传动杆的实际结构，同时降低装置重量。

进一步地，在部分实施例中所述中间轴承的外径不超过100mm。航空发动机实际使用的中间轴承尺寸较小，该装置采用的中间轴承应符合实际工况。

进一步地，在部分实施例中所述第一传动杆和/或第二传动杆上设置有挂载机构，能够挂载配重载荷。挂载机构用于对传感器进行标定，以确定测得的数值与径向载荷之间的对应关系。

进一步地，在部分实施例中该装置还包括标定台架，所述标定台架包括多个支座，分别在所述第一传动杆、第二传动杆的末端和所述中间轴承位置进行固定支撑。标定台架能够在标定过程中为该测量装置提供支撑，快速准确地完成标定。

附图说明

图1为一实施例中中间轴承径向载荷测量装置结构示意图；

图2为一实施例中第一传动杆结构示意图；

图3为一实施例中第二传动杆结构示意图；

图4为一实施例中中间轴承的轴承座结构示意图；

图5为一实施例中中间轴承内环与外环结构示意图；

图6为一实施例中标定台架结构示意图。

上述附图的目的在于对本实用新型作出详细说明以便本领域技术人员能够理解本实用新型的技术构思，而非旨在限制本实用新型。为了表达简洁，上述附图仅示意性地画出了与本实用新型技术特征有关的结构，并未严格按照实际比例画出完整装置和全部细节。

具体实施方式

下面通过具体实施例结合附图对本实用新型作出进一步的详细说明。

本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本文的至少一个实施例中。在说明书的各个位置出现的该短语并不一定指代同一实施例，也并非限定为互斥的独立或备选的实施例。本领域技术人员应当能够理解，在不发生结构冲突的前提下本文中的实施例可以与其他实施例相结合。

本文的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”、“相连”、“连接”等应做广义理解，可以是活动连接，也可以是固定连接或成一体。对本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

本文的描述中，“上”、“下”、“左”、“右”、“横向”、“纵向”、“高度”、“长度”、“宽度”等指示方位或位置关系的术语目的在于准确描述实施例和简化描述，而非限定所涉及的零件或结构必须具有特定的方位、以特定方位安装或操作，不能理解为对本文中实施例的限制。

本文的描述中，“第一”、“第二”等术语仅用于区别不同对象，而不能理解为指示相对重要性或限定所描述技术特征的数量、特定顺序或主次关系。本文的描述中，“多个”的含义是至少两个。

航空发动机中普遍采用径向传动杆来实现扭矩与运动传递，例如由高压转子端中央传动齿轮箱至转接齿轮箱，就通过由花键啮合的内传动杆与外传动杆来进行传动，内传动杆与外传动杆之间设置中间辅助轴承进行支撑。从传动系统轻量化角度考虑，中间辅助轴承应尽可能小型化，但小型化会导致承载能力降低，增加中间轴承服役期间功能性失效的风险。因此，准确测定中间轴承服役过程中承受的载荷对于评估中间轴承的寿命、失效模式，指导发动机结构优化十分重要。现有装置多用于转子不平衡对中间轴承造成的径向载荷的测定，但是在径向传动杆传动过程中由于尺寸精度、装配精度和振动同样会造成传动杆花键之间不对中，一些工况下偏心可高达0.6°，而中间轴承体积小，现有的测量装置与测量手段难以对不对中造成的径向载荷进行准确测量。

为了解决上述问题，本实用新型的实施例提供一种中间轴承径向载荷测定装置，用于对航空发动机中间轴承不同工况下的径向载荷进行准确模拟与测量。该装置结构如图1所示，该装置包括第一传动杆100、第二传动杆400和中间轴承，其中中间轴承包括轴承座200和轴承环300。轴承环300结构如图5所示，包括轴承外环301与轴承内环302，其中轴承外环301为静子件，轴承内环302为动子间，轴承内环302与轴承外环301成滑动连接。轴承座200结构如图4所示，轴承座200的内壁设置有配合段201以与轴承外环301成小间隙配合；轴承座200内壁还设置有回油槽202以为轴承环300提供滑油润滑，回油槽202内设置有应变片203以测量轴承环300所承受的载荷。在优选实施例中，回油槽202设置在轴承座200底部的内壁以有利于润滑油在重力作用下的汇聚。在优选实施例中，轴承座200的壁体上设置有径向贯穿的引线孔204，以将应变片203的线束引至轴承座200的外壁，从而便于数据采集。在其他实施例中，应变片203也可以替代为压敏电阻等其他能够测量应力或应变的传感器。在优选实施例中，中间轴承的外径不超过100mm，以符合航空发动机的实际结构尺寸。

在优选实施例中，第一传动杆100结构如图2所示，第二传动杆400结构如图3所示。第一传动杆100两端分别设置有外花键101和103，其中第一传动杆100与第二传动杆400连接的一端还设置有轴承配合面102与轴承内环302成过盈配合。第二传动杆400两端分别设置有内花键401和402，其中内花键401与第一传动杆100的外花键103相啮合，以实现转动与扭矩传递。根据测量需要，可以通过对第一传动杆100、第二传动杆400的轴线相对位置进行调整以改变外花键103和内花键401的偏心程度，人为设置一定的偏心率来模拟中间轴承不同的服役工况。在优选实施例中，第一传动杆100与第二传动杆400均设置为空心轴。

在优选实施例中，如图6所示，该装置还包括挂载机构500，在不同实施例中挂载机构可以设置在第一传动杆100和/或第二传动杆400，用于挂载配重以为中间轴承施加载荷。在优选实施例中，该装置还包括标定台架，标定台架包括第一支座601、中间轴承支座602和第二支座603，标定台架能够在静态标定时提供固定支撑。

采用上述装置进行中间轴承径向载荷测量，能够直接、准确地测定不同工况下中间轴承所承受的载荷，并确定不同工况下传动轴偏心对中间轴承径向载荷的影响，从而在发动机开发阶段对中间轴承的结构进行合理设计，优化轴承寿命，缩短设计周期。上述装置结构简单，对硬件的改动小，测量结构准确，改装成本低，实施方式简单。

在一个优选实施例中，该中间轴承径向载荷测量装置的使用方法如下：

首先，布置应变片203并将线束引出，将标准对中的第一传动杆100、第二传动杆400与中间轴承组装在一起。

接下来，进行传感器静态标定，将第一传动杆100外花键101一端固定支撑在第一支座601上，将中间轴承的轴承座200固定在中间轴承支座602上，将第二传动杆400的内花键402一端固定支撑在第二支座602上。在第一传动杆100的挂载机构500上挂载配重，并记录应变片记录的应变变化Δε。测量配重挂载位置与第一传动杆100两端的距离L₁和L₂，计算中间轴承承受的径向载荷F＝GL₁/(L₁+L₂)，其中G为配重的重力。调整配重的挂载位置并进行多次测量与计算，完成Δε与径向载荷F之间数值关系的标定。

最后，进行模拟试验。通过调整第一支座601、中间轴承支座602和第二支座603的高度，设置第一传动杆100与第二传动杆400不同的偏心率。将经过调整的测量装置与驱动装置相连接，带动第一传动杆100按预定转速转动，并记录测试过程中应变片203的读数，根据标定结果确定中间轴承在所承受的载荷。在不同偏心率下进行多组试验，进而确定传动杆偏心对中间轴承径向载荷的影响。

上述实施例的目的在于结合附图对本实用新型作出进一步的详细说明，以便本领域技术人员能够理解本实用新型的技术构思。在本实用新型权利要求的范围内，对所涉及的零件结构进行优化或等效替换，以及在不发生结构与原理冲突的前提下对不同实施例中的实施方式进行结合，均落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种中间轴承径向载荷测量装置，其特征在于，包括第一传动杆，第二传动杆和中间轴承，所述第一传动杆与第二传动杆轴向相连，连接位置由所述中间轴承支撑；所述中间轴承设置有传感器，所述传感器能够检测所述中间轴承内环的径向受力。

2.根据权利要求1所述的中间轴承径向载荷测量装置，其特征在于，所述第一传动杆与第二传动杆通过花键相连接。

3.根据权利要求1或2所述的中间轴承径向载荷测量装置，其特征在于，所述中间轴承包括轴承座，所述轴承座上设置有贯穿的引线孔。

4.根据权利要求1或2所述的中间轴承径向载荷测量装置，其特征在于，所述中间轴承包括轴承座，所述轴承座内壁设置有回油槽，所述传感器设置在所述回油槽内。

5.根据权利要求4所述的中间轴承径向载荷测量装置，其特征在于，所述回油槽设置在所述轴承座底部的内壁。

6.根据权利要求1或2所述的中间轴承径向载荷测量装置，其特征在于，所述传感器配置为应变片。

7.根据权利要求1或2所述的中间轴承径向载荷测量装置，其特征在于，所述第一传动杆和第二传动杆配置为空心轴。

8.根据权利要求1或2所述的中间轴承径向载荷测量装置，其特征在于，所述中间轴承的外径不超过100mm。

9.根据权利要求1或2所述的中间轴承径向载荷测量装置，其特征在于，所述第一传动杆和/或第二传动杆上设置有挂载机构，能够挂载配重载荷。

10.根据权利要求1或2所述的中间轴承径向载荷测量装置，其特征在于，还包括标定台架，所述标定台架包括多个支座，分别在所述第一传动杆、第二传动杆的末端和所述中间轴承位置进行固定支撑。