一种转子轴鼠笼测力结构标定装置及方法与流程

本发明涉及航空发动机及燃气轮机试验，公开了一种转子轴鼠笼测力结构标定装置及方法。

背景技术：

1、gjb241a中明确规定了发动机首飞前必须完成压力平衡试验，为获得整机上准确的转子轴向力，需将弹性环测力件嵌入至推力轴承附近传递轴向载荷的结构中，进行转子轴向力测量。而为获得弹性环测力件的变形与施加轴向载荷的关系，需对弹性环测力件的载荷—应变关系进行标定。

2、现有技术中轴向力测试无法定性或定量评判径向载荷对轴向力测试结果影响情况。如专利号：cn109357813a公布了一种弹性测力环标定试验装置，该专利中所述的弹性测力环标定为轴向方向的单独标定，未能模拟推力轴承上同时承载径向力和轴向力载荷时轴向力受载情况。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种转子轴鼠笼测力结构标定装置及方法，通过同时施加轴向载荷和径向载荷，模拟航空发动机推力轴承实际承载情况，实现对转子轴鼠笼测力结构的标定，能够解决航空发动机及燃气轮机轴向力测试无法定量评判径向载荷对轴向力测试结果影响的问题。

2、为了实现上述技术效果，本发明采用的技术方案是：

3、一种转子轴鼠笼测力结构标定方法，包括：

4、将安装有弹性环测力件的鼠笼弹性支撑环的外环固定，鼠笼弹性支撑环的内环通过第一轴承与转子轴同轴转动连接；

5、利用轴向施力组件向转子轴施加多组轴向力，且每组轴向力施加的过程中，通过径向施力组件向转子轴施加一组径向力，所述径向力包括两个相互垂直的动态径向力和/或一个静态径向力；

6、获取每组轴向力、径向力施加过程中弹性环测力件得到的应变值；

7、以施加的轴向力为因变量，对应的径向力以及弹性环测力件得到的应变值为自变量进行曲线拟合，得到的曲线关系式确定为弹性环测力件标定曲线。

8、进一步地，进行曲线拟合的拟合公式为

9、

10、其中，f为施加的轴向力，a为弹性环测力件得到的应变值，f1、f2均为动态径向力，f3为静态径向力；表征为发动机转速范围内的圆频率，发动机运行时间；k、b、c为系数，d为常数；通过单独或复合曲线拟合得到k、b、c、d的值，即可得到弹性环测力件标定曲线。

11、为实现上述技术效果，本发明还提供了一种转子轴鼠笼测力结构标定装置，包括：

12、转子轴和鼠笼弹性支撑环，所述鼠笼弹性支撑环内壁与转子轴外壁之间通过第一轴承同轴转动连接；

13、弹性环测力件，所述弹性环测力件安装或嵌入于所述鼠笼弹性支撑环上，用于根据鼠笼弹性支撑环的形变响应产生与应变值相关的电信号；

14、支撑座，所述支撑座与鼠笼弹性支撑环外环固定连接，用于固定鼠笼弹性支撑环；

15、轴向施力组件，所述轴向施力组件与所述转子轴同轴连接，用于向转子轴施加轴向力；

16、径向施力组件，所述径向施力组件包括第一径向施力组件、第二径向施力组件以及第三径向施力组件，所述第一径向施力组件、所述第二径向施力均用于向转子轴施加沿转轴轴径向的动态作用力，所述第三径向施力组件用于向转子轴施加沿转轴轴径向的静态作用力；

17、拟合模块，所述拟合模块用于以施加的轴向力为因变量，对应三个径向力以及弹性环测力件得到的应变值为自变量进行曲线拟合，得到的曲线关系式确定为弹性环测力件标定曲线。

18、进一步地，转子轴沿轴向设置有安装孔，所述安装孔内插设有径向传力杆，所述径向传力杆外壁与安装孔内壁之间设置有直线轴承，所述径向传力杆远离安装孔的端头转动安装于固定的轴承座上；所述径向施力组件用于向所述径向传力杆施加动态作用力和/或静态作用力。

19、进一步地，所述第一径向施力组件、第二径向施力组件、第三径向施力组件均与径向传力杆垂直固定，且所述第一径向施力组件对径向传力杆产生的作用力与所述第二径向施力组件对径向传力杆产生的作用力相互垂直。

20、进一步地，第一径向施力组件、第二径向施力组件的驱动机构均为液压动作筒，第三径向施力组件的驱动机构为液压作动筒或螺纹力矩加载机构；且第一径向施力组件、第二径向施力组件、第三径向施力组件上均设置有径向载荷传感器。

21、进一步地，轴向施力组件包括与液压作动筒或螺纹力矩加载机构，液压作动筒或螺纹力矩加载装置上设置有轴向载荷传感器。

22、进一步地，所述第一轴承和所述鼠笼弹性支撑环一体设置，且所述第一轴承位于所述鼠笼弹性支撑环的内环。

23、与现有技术相比，本发明所具备的有益效果是：本发明通过同时施加轴向载荷和径向载荷，模拟航空发动机推力轴承实际承载情况，实现对转子轴鼠笼测力结构的标定，能够解决航空发动机及燃气轮机轴向力测试无法定量评判径向载荷对轴向力测试结果影响的问题。

技术特征：

1.一种转子轴鼠笼测力结构标定方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的转子轴鼠笼测力结构标定方法，其特征在于，进行曲线拟合的拟合公式为

3.一种转子轴鼠笼测力结构标定装置，该装置用于实施权利要求1或2中的转子轴鼠笼测力结构标定方法，其特征在于，包括：

4.根据权利要求3所述的转子轴鼠笼测力结构标定装置，其特征在于，所述转子轴沿轴向设置有安装孔，所述安装孔内插设有径向传力杆，所述径向传力杆外壁与安装孔内壁之间设置有直线轴承，所述径向传力杆远离安装孔的端头转动安装于固定的轴承座上；所述径向施力组件用于向所述径向传力杆施加动态作用力和/或静态作用力。

5.根据权利要求4所述的转子轴鼠笼测力结构标定装置，其特征在于，所述第一径向施力组件、第二径向施力组件、第三径向施力组件均与径向传力杆垂直固定，且所述第一径向施力组件对径向传力杆产生的作用力与所述第二径向施力组件对径向传力杆产生的作用力相互垂直。

6.根据权利要求5所述的转子轴鼠笼测力结构标定装置，其特征在于，第一径向施力组件、第二径向施力组件的驱动机构均为液压动作筒，第三径向施力组件的驱动机构为液压作动筒或螺纹力矩加载机构；且第一径向施力组件、第二径向施力组件、第三径向施力组件上均设置有径向载荷传感器。

7.根据权利要求3所述的转子轴鼠笼测力结构标定装置，其特征在于，轴向施力组件包括与液压作动筒或螺纹力矩加载机构，液压作动筒或螺纹力矩加载装置上设置有轴向载荷传感器。

8.根据权利要求3所述的转子轴鼠笼测力结构标定装置，其特征在于，所述第一轴承和所述鼠笼弹性支撑环一体设置，且所述第一轴承位于所述鼠笼弹性支撑环的内环。

技术总结
本发明涉及航空发动机及燃气轮机试验技术领域，公开了一种转子轴鼠笼测力结构标定装置及方法，利用轴向施力组件向转子轴施加多组轴向力的同时，通过径向施力组件向转子轴施加动态径向力和/或静态径向力，获取每组轴向力、径向力施加过程中弹性环测力件上的应变值；以施加的轴向力为因变量，对应弹性环测力件得到的轴向力应变值、动态和/或静态径向力为自变量进行曲线拟合，确定为弹性环测力件应变‑载荷标定曲线。本发明通过同时施加轴向载荷和径向载荷于弹性测力件上，模拟航空发动机推力轴承实际承载情况，实现对转子轴鼠笼测力结构的标定，能够解决航空发动机及燃气轮机轴向力测试无法定量评判径向载荷对轴向力测试结果影响的问题。

技术研发人员：程荣辉,杨飞兵,韦淞瀚,郜伟强,滕光蓉,李盛翔
受保护的技术使用者：中国航发四川燃气涡轮研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13