轴承载荷测试方法和轴承载荷测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种轴承载荷测试方法和轴承载荷测试装置，包括以下步骤：模拟阶段：对鼠笼弹支的一端加载径向载荷和/或轴向载荷，获取位于所述鼠笼弹支上的应变片的响应值，基于所述径向载荷和所述响应值代入由载荷到应变的系数矩阵，获得载荷与应变的关系方程；试验阶段：根据试验中测得的应变数据，通过载荷与应变的关系方程，求得载荷结果。通过这种方式获得的轴承载荷数据，可有效避免各种载荷之间耦合作用对测试结果造成的影响，降低了检测误差。差。差。

【技术实现步骤摘要】
轴承载荷测试方法和轴承载荷测试装置


[0001]本专利技术涉及航空发动机领域，特别涉及一种轴承载荷测试方法和轴承载荷测试装置。

技术介绍

[0002]航空发动机转速范围较为宽广，工作状态点较多。为确保良好的轴承工作条件，避免轻载打滑，通常需要监测轴承处的轴向力。传统监测轴承轴向力的方法采用测力环进行测量。但该方法需要在装置上预留测力环的安装空间。在结构紧凑的要求下，发动机通常难以为测力环预留安装空间。如果为安装测力环更改产品的结构，代价高昂。因此，基于测力环的轴向力测量方法有时无法得到应用。
[0003]国内外目前还存在基于鼠笼弹支(鼠笼弹性支承)的对轴向力测试的专利技术，在分析和研究这些技术时发现该项技术的测量精度还较低，有待进一步提升。
[0004]目前，中国专利申请号为CN111238711A的文件公开了一种对鼠笼弹支进行力学分析的方法。然而，如图1所示，鼠笼弹支1＇承受来自轴承外环2＇传递过来的轴向载荷F
A
和径向载荷F
r
。其中，轴向载荷F
A
等效为鼠笼弹支1＇中各个笼条11＇上承受的轴向载荷F
Ai
和弯矩M
Ai
。各个笼条11＇上的F
Ai
大小相等，方向相同。而如图2所示：各个笼条11＇上的M
Ai
大小相等，方向不同。各个笼条11＇的截面及受力关系如图3所示，由于笼条11＇外圆面的半径R2与内圆面的半径R1的大小不同，在弯矩M
Ai
的作用下，笼条11＇在外圆面的中点A处的应变大小与内圆面的中点B处的应变大小不同。因此，通过测量在外圆面的中点A处和内圆面的中点B处的应变，再对测得的应变量进行平均并不能消除弯矩M
Ai
对轴向力F
A
的测量的影响，因此，中国专利申请号为CN111238711A的文件中公开的测量方法存在着一定的偏差。
[0005]除了以上所分析的轴向载荷F
A
，鼠笼弹支1＇还承受轴承外环2＇传递过来的径向载荷F
r
。受力分布如图4所示：径向载荷F
r
等效为各个笼条11＇上的径向载荷F
ri
和所有笼条11＇共同承受的弯矩M
r
。其中，弯矩M
r
应力场分布简单，可以通过鼠笼弹支1＇的在圆周上互成180度的两根笼条11＇的应变求和来消除弯矩M
r
对轴向力测量的影响。但是，径向载荷F
ri
的影响比较复杂。各个笼条11＇上的径向载荷F
ri
方向相同、大小不等。因此，笼条11＇在径向载荷F
ri
的作用以及端部的变形限制的作用下，会在笼条11＇上产生复杂的应变场。笼条11＇应力场虽有一定的应力分布规律，例如笼条11＇的靠近中截面处的应力较小，而远离中截面处的应变快速增大，但径向力不可避免地对轴向力的测量形成影响，即载荷之间的耦合作用对载荷测量有影响，如果不考虑这种影响，势必对轴向力的测量造成较大的误差。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中轴承载荷测试方法存在较大的测量误差的缺陷，提供一种轴承载荷测试方法和轴承载荷测试装置。
[0007]本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
[0008]一种轴承载荷测试方法，所述测试方法包括以下步骤：
[0009]模拟阶段：对鼠笼弹支的一端加载径向载荷和/或轴向载荷，获取位于所述鼠笼弹支上的应变片的响应值，基于所述径向载荷和所述响应值代入由载荷到应变的系数矩阵，获得载荷与应变的关系方程；
[0010]试验阶段：根据试验中测得的应变数据，通过载荷与应变的关系方程，求得载荷结果。
[0011]该轴承载荷测试方法，在使用鼠笼弹支检测轴承的径向力和轴向力之前，通过在模拟阶段对鼠笼弹支的一端施加径向载荷或者轴向载荷，通过载荷和鼠笼弹支上测得的响应值代入由载荷到应变的系数矩阵，以基于载荷相对应变的关系方程计算获得轴承的径向力和轴向力，通过这种方式获得的轴承轴向力等数据，可效避免径向力对轴向力测试结果造成的影响，降低了检测误差。
[0012]较佳地，在所述模拟阶段之前还包括准备阶段：建立X轴、Y轴和Z轴组成的坐标系，将所述鼠笼弹支的轴线设置为所述X轴，将所述鼠笼弹支的径向平面设置为由Y轴和Z轴组成YZ平面。
[0013]较佳地，所述模拟阶段中，对鼠笼弹支的一端加载径向载荷，获取位于所述鼠笼弹支上的应变片的响应值包括：
[0014]加载沿X轴方向的力至所述鼠笼弹支上，测量所述应变片的响应值；
[0015]加载沿Y轴方向的力至所述鼠笼弹支上，测量所述应变片的响应值；
[0016]加载沿Z轴方向的力至所述鼠笼弹支上，测量所述应变片的响应值。
[0017]在模拟阶段中，分别沿相对垂直的X向、Y向与Z向对鼠笼弹支施加载荷以获得对应的应变片的响应值，以通过获取相对更多的数据，提高计算获得的载荷与应变的关系方程的精确程度。
[0018]径向力Fr分解为Fy、Fz，加上轴向力Fx，一共3个未知量，因此，应变片数量应大于等于3。
[0019]较佳地，所述鼠笼弹支上的应变片的数量为四个，所述模拟阶段中，所述由载荷到应变的系数矩阵为[k]，[k]的求解公式为：
[0020][0021]式中：F
x0
为沿X轴方向加载至所述鼠笼弹支上的力，ε
x1
、ε
x2
、ε
x3
、ε
x4
是四个所述应变片在加载F
x0
时的响应值，F
y0
为沿Y轴方向加载至所述鼠笼弹支上的力，ε
y1
、ε
y2
、ε
y3
、ε
y4
是四个所述应变片在加载F
y0
时的响应值，F
z0
为沿Z轴方向加载至所述鼠笼弹支上的力，ε
z1
、ε
z2
、ε
z3
、ε
z4
是四个所述应变片在加载F
z0
时的响应值。
[0022]较佳地，当鼠笼弹支的安装法兰边较厚(刚性强)、弹支固定螺栓圆周均布等情况时，可选择不施加轴向力F
x0
，在不施加轴向力的情况下[k]为：
[0023][0024]式中：E为所述鼠笼弹支的弹性模量，S为所述鼠笼弹支的所有笼条的截面总面积。
[0025]上述方法流程，提供了一种较为优选的系数矩阵。
[0026]较佳地，所述试验阶段中，所述载荷结果包括轴向力和径向力。
[0027]一种轴承载荷测试装置，应用于如上所述的轴承载荷测试方法中，所述轴承载荷测试装置包括：鼠笼弹支、应变片和应变测量系统，所述鼠笼弹支包括若干笼条，若干所述笼条绕所述鼠笼弹支的周向设置，所述应变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轴承载荷测试方法，其特征在于，所述测试方法包括以下步骤：模拟阶段：对鼠笼弹支的一端加载径向载荷和/或轴向载荷，获取位于所述鼠笼弹支上的应变片的响应值，基于所述径向载荷和所述响应值代入由载荷到应变的系数矩阵，获得载荷与应变的关系方程；试验阶段：根据试验中测得的应变数据，通过载荷与应变的关系方程，求得载荷结果。2.如权利要求1所述的轴承载荷测试方法，其特征在于，在所述模拟阶段之前还包括准备阶段：建立X轴、Y轴和Z轴组成的坐标系，将所述鼠笼弹支的轴线设置为所述X轴，将所述鼠笼弹支的径向平面设置为由Y轴和Z轴组成YZ平面。3.如权利要求2所述的轴承载荷测试方法，其特征在于，所述模拟阶段中，对鼠笼弹支的一端加载径向载荷，获取位于所述鼠笼弹支上的应变片的响应值包括：加载沿Y轴方向的力至所述鼠笼弹支上，测量所述应变片的响应值；加载沿Z轴方向的力至所述鼠笼弹支上，测量所述应变片的响应值。4.如权利要求3所述的轴承载荷测试方法，其特征在于，所述鼠笼弹支上的应变片的数量为四个，所述模拟阶段中，所述由载荷到应变的系数矩阵为[k]，[k]的求解公式为：式中：F
x0
为沿X轴方向加载至所述鼠笼弹支上的力，ε
x1
、ε
x2
、ε
x3
、ε
x4
是四个所述应变片在加载F
x0
时的响应值，F
y0
为沿Y轴方向加载至所述鼠笼弹支上的力，ε
y1
、ε
y2
、ε
y3
、ε
y4
是四个所述应变片在加载F
y0
时的响应值，F
z0
为沿Z轴方向加载至所述鼠笼弹支上的力，ε
z1
、ε
z2
、ε
z3
、ε
z4
是四个所述应...

【专利技术属性】
技术研发人员：马会防，陈亚龙，邱鸿旭，曹钊源，陈影，
申请(专利权)人：中国航发商用航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：