可測量轉子軸向載荷的彈性支承的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及航空發動機技術領域，更具體地，涉及一種可測量轉子軸向載荷的彈性支承。
【背景技術】
[0002]發動機從起動到最大工作轉速，發動機必然要通過一階、二階甚至三階臨界轉速。在轉子快速通過臨界轉速時，轉子將產生較大振動。航空發動機轉子裝有彈性支承，彈性支承能起到減振降幅的作用，可有效調節轉子的臨界轉速，使轉子的臨界轉速調整到其工作轉速之外，保證轉子安全通過臨界轉速。
[0003]壓氣機轉子工作時會產生向前的軸向載荷，渦輪轉子工作時會產生向后的軸向載荷。壓氣機轉子由于壓縮氣體做功，使得氣體壓比增大，氣體反過來對葉片有向前的反作用力，這些反作用力通過轉子作用在球軸承上。相反，氣體推動渦輪葉片做功，渦輪轉子則受到向后的作用力。對于整機轉子來說，轉子的軸向載荷則是作用在壓氣機轉子上向前的軸向載荷和作用在渦輪轉子上向后的軸向載荷的合力。
[0004]軸向載荷必須保持在合適的范圍之內。過大的軸向載荷有可能超過軸承的許用載荷，較小的軸向載荷則會導致軸承輕載打滑，進而造成軸承磨損失效。轉子的軸向載荷必須控制在一定范圍內，既不能太大也不能太小，更不能頻繁換向，以免損壞軸承，造成轉子的破壞和發動機的損毀。因此，在發動機工作過程中，對轉子進行徑向振動監測的同時，必須對其軸向載荷進行測量，以保證轉子安全可靠工作。
[0005]通常，會在彈性支承的兩相互垂直的彈條根部粘貼應變片。通過監測彈性支承振動應變，確保轉子振幅在安全范圍內，保證彈條不發生疲勞斷裂和轉靜子不發生碰磨。
[0006]軸向載荷可以通過測量發動機各個腔室的腔壓，利用氣動計算公式計算得到。但是要求能夠準確測量腔壓、測點位置布置合理、測點數目合適且計算公式準確。根據以往經驗來看，采用氣動公式計算轉子軸向載荷的方法由于受諸多不確定因素的影響，通過氣動方法計算的轉子軸向載荷往往不靠譜，不能反映實際情況。另一種方式是通過試驗直接測量軸向載荷，這需要設計專門的彈性環傳感器，彈性環傳感器一端抵著彈性支承的內安裝邊，另一端承受軸承外環的軸向載荷。其與彈性支承裝配及使用過程中，由于裝配不當或者彈性環傳感器的周向轉動造成彈性環傳感器的信號線被剪斷，從而無法完成測試任務。測試信號線從彈性支承中引出麻煩，若處理不當有可能刮蹭到高速旋轉的轉子。同時彈性環傳感器與彈性支承軸承座內環配合，若二者配合間隙設計太小，測量時由于需要克服二者的摩擦力，造成實際測量載荷偏小;若二者配合間隙過大，難以保證安裝狀態下的彈性環傳感器與彈性支承同心，有可能造成彈性環傳感器偏載。另外，若彈性環傳感器兩端面平面度和平行度不好，同樣會引起工作中軸承的偏載，對其測量結果有較大影響。
[0007]現有公開的資料中并無其他有關測量轉子軸向載荷的彈性支承設計及裝置的技術報道。
【發明內容】
[0008]本發明要解決的技術問題是提供一種測量轉子軸向載荷的彈性支承，該彈性支承既能保留傳統彈性支承減振降幅、調節臨界轉速的功能，同時通過充分利用彈性支承內部空間結構，將彈性環整合在彈性支承內，使其又具備測量轉子軸向載荷的能力。
[0009]本發明的上述目的通過以下技術方案予以實現:
提供一種用于測量轉子軸向載荷的彈性支承，所述彈性支承包括安裝座和與安裝座連接的圓筒形的支承件，所述支承件包括連接端一、連接端二和位于連接端一和連接端二之間的彈條;所述連接端一與安裝座連接，軸承置于連接端二內；還包括彈性環，所述彈性環設置于連接端二內，所述彈性環上靠近軸承的一側設置有載荷凸臺，所述載荷凸臺與軸承外圈接觸，彈性環的另一側固定有連接凸臺；所述連接凸臺與連接端二內壁固定;所述彈性環外徑比所述連接端二的內徑小;在靠近載荷凸臺受壓應力處粘貼有應變片，兩個載荷凸臺之間受拉應力處也粘貼有應變片。
[0010]本發明將彈性環與傳統的彈性支承結合起來進行一體化設計，由此賦予了傳統彈性支承直接測量軸向載荷的功能，具體地，設置載荷凸臺與軸承外圈接觸傳遞載荷至本發明的彈性支承，設置連接凸臺將彈性環與支承件固定，實現了將彈性環與傳統的彈性支承的一體化設計;將彈性環與支承件固定，在彈性環上粘貼應變片，由于彈性環與支承件內壁相連，故彈性環不會由于軸承外圈可能的周向轉動而轉動，即可避免信號線被剪斷而無法完成軸向載荷測量任務的后果。設置彈條，使得彈性支承在徑向可以發生變形，彈性支承的剛度主要由彈條的剛度決定，可以通過改變彈條個數及其橫截面參數(寬度和高度)來獲得合適的彈性支承剛度;所述彈性環外徑比所述連接端二的內徑小，即彈性環與所述連接端二之間有間隙，保證彈性環環體能在軸向自由運動，因為彈性環環體若與支承件內壁連接，則彈性環環體不會變形，使得整個彈性支承不具有測量軸向載荷的功能。
[0011]當本發明所述的彈性支承感受軸向載荷時，由于載荷凸臺受到軸向載荷作用使得彈性環發生彎曲變形，靠近載荷凸臺的應變片受壓，兩載荷凸臺之間的應變片受拉。事先標定好應變和力的對應關系，在實際工作過程中，通過監測相應的應變量，即可以換算成對應的軸向載荷。本發明結構簡單，測量準確，可快速高效地測得軸向載荷。
[0012]進一步地，所述應變片的信號線從連接凸臺之間引出，并且固定在一根彈條上。所述應變片的信號線從連接凸臺之間引出，并固定在一根彈條上，這樣使得信號線在工作過程中，不會被轉子刮斷。
[0013]進一步地，所述應變片的數量為8，4個應變片靠近載荷凸臺，其余4個應變片位于兩個載荷凸臺之間，該8個應變片組成一個全橋。在彈性環的一側的合適位置粘貼應變片，一般粘貼8個應變片，其中4個應變片粘貼在最大拉應力位置，另外4個應變片粘貼在最大壓應力位置。將8個應變片連接成全橋輸出，這樣可以保證測試靈敏度和穩定性。
[0014]進一步地，所述連接凸臺的數量等于所述載荷凸臺的數量，且所述連接凸臺與所述載荷凸臺周向位置相互錯開布置。
[0015]進一步地，在連接凸臺之間設置有限位凸臺，限位凸臺與所述支承件內壁固定，所述限位凸臺與所述彈性環之間具有間隙；所述信號線從連接凸臺和限位凸臺之間引出，并且固定在一根彈條上。在彈性環的一側設計有限位凸臺，用來控制彈性環的變形量，也即限定其可測的載荷范圍。因為在實際工作過程中，轉子軸承的軸向載荷作用在彈性環上，使其發生變形，隨著彈性環的軸向變形量增大，轉子葉片與機匣內壁間隙逐漸變小，有可能發生碰磨，因此需對彈性環的變形量進行限位。
[0016]進一步地，所述限位凸臺與所述載荷凸臺周向位置對應。
[0017]進一步地，所述連接凸臺或者限位凸臺與所述連接端二的連接處設置有倒角。
[0018]進一步地，所述載荷凸臺的個數由測量的軸向載荷范圍、軸承尺寸和測量靈敏度選擇。
[0019]本發明具有以下有益效果:
本發明所述的用于測量轉子軸向載荷的彈性支承將彈性環整合在彈性支承內，形成了具有軸向載荷測量功能的一體化彈性支承設計，既保留了傳統彈性支承減振及調節臨界轉速的功能，又充分利用其內部空間結構;進一步地設計有限位凸臺，限制彈性環的變形量，既保證其正常的測試功能，又能確保轉子正常工作。彈性支承和彈性環一體化設計，能防止彈性環在工作過程中發生周向轉動，保護好測試信號線;進一步地將測試信號線可以從連接凸臺和限位凸臺之間的空間引出，并固定在彈條上，防止其被高速轉動的轉子刮斷。
[0020]本發明設計了一種具有軸向載荷測量功能的彈性支承，整體設計簡單緊湊，可操作性強，可靠性高，可多次重復使用。
【附圖說明】
[0021]構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中: