一种鼠笼应力环复合结构的轴向力标定装置的制作方法

1.本发明涉及航空发动机轴向力测量技术领域，公开了一种鼠笼应力环复合结构的轴向力标定装置。


背景技术：

2.目前，航空发动机轴向力标定装置设计应用对象为应力环、鼠笼等结构；应力环、鼠笼等结构的标定一般为单件标定，既未拟合轴向力用测力装置实际工况的装配状态，也未考虑应力环、鼠笼及鼠笼-应力环与其他零部件的实际相互作用，所以无法模拟鼠笼应力环测力结构的真实装配情况，未考虑测力装置装配位置和传递力的方位、路径的影响。设计的组件标定装置往往需要多次拆装，尤其是对鼠笼-应力环组件需要开展正向、反向两种状态的标定试验时。
3.国内外目前研究方向主要集中在轴向力标定原理研究和基础性方法的改进。国外相关研究内容如：s hirose， k yoneda提出了一种基于光学测量技术的力传感器及其非线性标定方法；hs oh, u kim研究出了一种基于深度学习的多轴力/力矩传感器标定方法。国内相关研究内容如：中国航发沈阳航空发动机所袁雪、齐海涛等发明了一种航空发动机轴向力标定组件（cn209356120u），主要包括加载帽、定心环和加载底座；关醒凡、陆刚伟等设计了一种用于泵，特别是节段式多级泵的泵轴向力平衡装置（cn95239006），可改善泵轴的受力状况，提高泵的使用寿命。
4.综上，目前针对航空发动机鼠笼-应力环测力结构的轴向力标定方法，没有模拟鼠笼应力环测力一体化结构真实装配状态，同时具备正向、反向标定一体化功能的轴向力标定装置。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种鼠笼应力环复合结构的轴向力标定装置，标定过程无需拆装即可一次性完成压、拉加载下的两次标定试验，不仅简化了试验流程，也提高了试验效率。
6.为了实现上述技术效果，本发明采用的技术方案是：一种鼠笼应力环复合结构的轴向力标定装置，包括安装筒，所述安装筒内设置有安装环和径向限位环；所述安装筒内设置鼠笼应力环，所述鼠笼应力环一端边缘固定于所述安装环上，所述鼠笼应力环外壁与径向限位环内壁接触；所述鼠笼应力环同轴固定有轴承，所述轴承内环一端固定有第一压板，所述轴承内环的另一端固定有第二压板，所述第一压板的外侧面、所述第二压板的外侧面上均设置有应力加载槽，所述应力加载槽的中心均位于轴承的轴线上；所述应力加载槽上开设有应力分散孔。
7.进一步地，所述应力分散孔的截面积取值范围为，所述应力分散孔的深度取值范围为；其中，为标定时施加到第一压
板或第二压板上的最大载荷，为第一压板或第二压板的屈服极限，为第一压板或第二压板的热膨胀系数，为第一压板或第二压板的弹性模量，为标定过程中第一压板或第二压板最大温度变化量，为轴承的内径，为第一压板或第二压板横截面惯性矩，为应力分散孔直径。
8.进一步地，应力加载槽为圆弧形槽，所述应力分散孔开设于圆弧形槽底部中心位置。
9.进一步地，应力加载槽为矩形槽，所述应力分散孔开设于矩形槽底部转角位置。
10.进一步地，第一压板、所述第二压板均与轴承内环端面接触，且所述第一压板和所述第二压板通过螺栓固定连接。
11.进一步地，径向限位环内壁与所述鼠笼应力环外壁之间设置有阻尼环。
12.进一步地，还包括隔热罩，所述隔热罩内设置有加热组件和用于放置安装筒的调节承台。
13.进一步地，安装筒包括第一套筒、第二套筒和第三套筒，所述安装环固定于第一套筒和第二套筒之间，所述径向限位环固定于第二套筒和第三套筒之间，所述第一套筒、所述第二套筒、所述第三套筒通过螺栓轴向固定形成安装筒整体结构。
14.与现有技术相比，本发明所具备的有益效果是：1.本发明标定过程无需拆装即可一次性完成压、拉加载下的两次标定试验，不仅简化了试验流程，也提高了试验效率。
15.2.本发明的轴向力标定装置在对鼠笼应力环复合结构进行标定过程中，加载力臂的加载端头伸入对应的应力加载槽内实现加载端头与应力加载槽相贴合，规避点接触，以使加载力臂施加在第一压板或第二压板上的力更加均匀；而且应力加载槽上开设有应力分散孔，应力分散孔可开设在应力加载槽上应力集中的位置，可以进一步规避因加载或在加温条件模拟鼠笼应力环使用环境进行应力加载标定过程中应力加载槽底部产生应力集中的问题，保证试验安全进行。
16.3.径向限位环与安装筒固定装配，相当于径向限位环与机匣连接；鼠笼应力环外壁与径向限位环内壁接触，能够模拟鼠笼应力环在实际发动机上的装配状态，更加接近鼠笼应力环的真实工作状态，保证了标定数据的可靠性和真实性。
附图说明
17.图1为实施例中鼠笼应力环复合结构的轴向力标定装置结构示意图；图2为图1中局部a的放大示意图；图3为实施例中鼠笼应力环复合结构受压条件下的轴向力标定示意图；图4为实施例中鼠笼应力环复合结构受拉条件下的轴向力标定示意图；其中，1、安装环；2、径向限位环；3、鼠笼应力环；4、轴承；5、第一压板；6、第二压板；7、应力加载槽；8、应力分散孔；9、阻尼环；10、隔热罩；11、加热组件；12、调节承台；13、第一套筒；14、第二套筒；15、第三套筒；16、加载力臂。
具体实施方式
18.下面结合实施例及附图对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
19.实施例参见图1-图4，一种鼠笼应力环复合结构的轴向力标定装置，包括安装筒，安装筒内设置有安装环1和径向限位环2；安装筒内设置鼠笼应力环3，鼠笼应力环3一端边缘固定于安装环1上，鼠笼应力环3外壁与径向限位环2内壁接触；鼠笼应力环3同轴固定有轴承4，轴承4内环一端固定有第一压板5，轴承4内环的另一端固定有第二压板6，第一压板5的外侧面、第二压板6的外侧面上均设置有应力加载槽7，应力加载槽7的中心均位于轴承4的轴线上；应力加载槽7上开设有应力分散孔8。
20.在本实施例中，需要对测量轴向力的鼠笼应力环3复合结构进行标定时，将设置有鼠笼应力环3复合结构的安装筒放置在试验台上，其中鼠笼应力环3安装边与安装环1可通过螺钉固定，第一压板5、第二压板6用于传递加载力臂16施加的力，通过加载力臂16与第一压板5的接触向鼠笼应力环3复合结构施加压应力，实现鼠笼应力环3复合结构受压条件下的轴向力标定；通过翻转安装筒使加载力臂16与第二压板6接触，可以向鼠笼应力环3复合结构施加拉应力，实现鼠笼应力环3复合结构受拉条件下的轴向力标定，而且标定过程无需拆装即可一次性完成压、拉加载下的两次标定试验，不仅简化了试验流程，也提高了试验效率；径向限位环2与安装筒固定装配，相当于径向限位环2与机匣连接；鼠笼应力环3外壁与径向限位环2内壁接触，能够模拟鼠笼应力环3在实际发动机上的装配状态，更加接近鼠笼应力环3的真实工作状态，保证了标定数据的可靠性和真实性。此外本实施例的轴向力标定装置在对鼠笼应力环3复合结构进行标定过程中，通过调整使加载力臂16与第一压板5上的应力加载槽7或第二压板6上的应力加载槽7相对应并定位完成后，加载力臂16的加载端头伸入对应的应力加载槽7内实现加载端头与应力加载槽7相贴合，规避点接触，以使加载力臂16施加在第一压板5或第二压板6上的力更加均匀；而且应力加载槽7上开设有应力分散孔8，应力分散孔8可开设在应力加载槽7上应力集中的位置，可以进一步规避因加载或在加温条件模拟鼠笼应力环3使用环境进行应力加载标定过程中应力加载槽7底部产生应力集中的问题，保证试验安全进行。
21.本实施例中的径向限位环2内壁为可与鼠笼应力环3配合的台阶状，除了具备径向限位功能外，还可以实现对鼠笼应力环沿逆航向的轴向限位功能。
22.本实施例中应力分散孔8的截面积取值范围为，所述应力分散孔8的深度取值范围为；其中，为标定时施加到第一压板5或第二压板6上的最大载荷，为第一压板5或第二压板6的屈服极限，为第一压板5或第二压板6的热膨胀系数，为第一压板5或第二压板6的弹性模量，为标定过程中第一压板5或第二压板6最大温度变化量，为即轴承4的内径（将其作为一维简支梁的受力分析，也即是第一压板5或第二压板6非接触位置长度），为第一压板5或第二压板6横截面
惯性矩，为应力分散孔直径。需要说明的是，此处第一压板5、第二压板6上的应力加载槽7的形状不仅限于圆形，可以根据加载力臂16加载端头的形状进行匹配，尽量保证加载力臂16加载的载荷均布。如当应力加载槽7为圆弧形槽时，应力分散孔8开设于圆弧形槽底部中心位置，能够分散加载力臂16的加载端头对应力加载槽7中心位置小角度产生的集中应力，使应力加载槽7受力更加均匀。当应力加载槽7为矩形槽时，应力分散孔8开设于矩形槽底部四个转角位置。
23.本实施例中，第一压板5、第二压板6均与轴承4内环端面接触，且第一压板5和第二压板6通过螺栓固定连接。第一压板5、第二压板6分别安装在轴承4的两端面，并与内环之间产生力传递，通过穿过轴承4内腔的螺栓进行第一压板5和第二压板6的固定，可以保证第一压板5、第二压板6与鼠笼应力环3复合结构之间的整体稳定性，确保加载的力能够稳定传递，标定数据可靠性更高。
24.径向限位环2内壁与鼠笼应力环3外壁之间设置有阻尼环9。径向限位环2与鼠笼应力环3之间非接触，两者之间留有间隙，通过阻尼环9进行摩擦力的传递。
25.还包括隔热罩10，隔热罩10内设置有加热组件11和用于放置安装筒的调节承台12。进行轴向力标定时，将安装筒放置在隔热罩10内的调节承台12上，通过隔热罩10内的加热组件11实现隔热罩10内的温度调节，隔热罩10能确保温度受控，以模拟鼠笼应力环3复合结构的真实工作环境。调节承台12可以调节安装筒的位置，以使安装筒内的第一压板5或第二压板6的应力加载槽7与加载力臂16的加载端头相对应，便于应力的加载。此外，在模拟加温标定过程中，加载力臂16的加载端头与对应应力加载槽7贴合受力时，热应力无法散开，容易导致贴合部位局部膨胀较大，使所施加的载荷分布不均匀影响标定结果；而本实施例中的应力分散孔8的设置同样可以规避热应力无法散开的问题，确保标定结果的准确性。
26.安装筒包括第一套筒13、第二套筒14和第三套筒15，安装环1固定于第一套筒13和第二套筒14之间，径向限位环2固定于第二套筒14和第三套筒15之间，第一套筒13、第二套筒14、第三套筒15通过螺栓轴向固定形成安装筒整体结构。方便安装筒及鼠笼应力环3复合结构的安装及拆卸。
27.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种鼠笼应力环复合结构的轴向力标定装置，其特征在于，包括安装筒，所述安装筒内设置有安装环(1)和径向限位环(2)；所述安装筒内设置鼠笼应力环(3)，所述鼠笼应力环(3)一端边缘固定于所述安装环(1)上，所述鼠笼应力环(3)外壁与径向限位环(2)内壁接触；所述鼠笼应力环(3)同轴固定有轴承(4)，所述轴承(4)内环一端固定有第一压板(5)，所述轴承(4)内环的另一端固定有第二压板(6)，所述第一压板(5)的外侧面、所述第二压板(6)的外侧面上均设置有应力加载槽(7)，所述应力加载槽(7)的中心均位于轴承(4)的轴线上；所述应力加载槽(7)上开设有应力分散孔(8)。2.根据权利要求1所述的鼠笼应力环复合结构的轴向力标定装置，其特征在于，所述应力分散孔(8)的截面积取值范围为，所述应力分散孔(8)的深度取值范围为；其中，为标定时施加到第一压板(5)或第二压板(6)上的最大载荷，
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为第一压板(5)或第二压板(6)的屈服极限，为第一压板(5)或第二压板(6)的热膨胀系数，为第一压板(5)或第二压板(6)的弹性模量，为标定过程中第一压板(5)或第二压板(6)最大温度变化量，为轴承(4)的内径，为第一压板(5)或第二压板(6)横截面惯性矩，为应力分散孔直径。3.根据权利要求2所述的鼠笼应力环复合结构的轴向力标定装置，其特征在于，所述应力加载槽(7)为圆弧形槽，所述应力分散孔(8)开设于圆弧形槽底部中心位置。4.根据权利要求2所述的鼠笼应力环复合结构的轴向力标定装置，其特征在于，所述应力加载槽(7)为矩形槽，所述应力分散孔(8)开设于矩形槽底部转角位置。5.根据权利要求1所述的鼠笼应力环复合结构的轴向力标定装置，其特征在于，所述第一压板(5)、所述第二压板(6)均与轴承(4)内环端面接触，且所述第一压板(5)和所述第二压板(6)通过螺栓固定连接。6.根据权利要求1所述的鼠笼应力环复合结构的轴向力标定装置，其特征在于，所述径向限位环(2)内壁与所述鼠笼应力环(3)外壁之间设置有阻尼环(9)。7.根据权利要求1所述的鼠笼应力环复合结构的轴向力标定装置，其特征在于，还包括隔热罩(10)，所述隔热罩(10)内设置有加热组件(11)和用于放置安装筒的调节承台(12)。8.根据权利要求1所述的鼠笼应力环复合结构的轴向力标定装置，其特征在于，所述安装筒包括第一套筒(13)、第二套筒(14)和第三套筒(15)，所述安装环(1)固定于第一套筒(13)和第二套筒(14)之间，所述径向限位环(2)固定于第二套筒(14)和第三套筒(15)之间，所述第一套筒(13)、所述第二套筒(14)、所述第三套筒(15)通过螺栓轴向固定形成安装筒整体结构。

技术总结
本发明涉及航空发动机轴向力测量技术领域，公开了一种鼠笼应力环复合结构的轴向力标定装置，标定过程无需拆装即可一次性完成压、拉加载下的两次标定试验，不仅简化了试验流程，也提高了试验效率；而且通过调整使加载力臂与应力加载槽相对应并定位完成后，加载力臂的加载端头伸入对应的应力加载槽内实现加载端头与应力加载槽相贴合，规避点接触，以使加载力臂施加在第一压板或第二压板上的力更加均匀；而且应力加载槽上开设有应力分散孔，应力分散孔可开设在应力加载槽上应力集中的位置，可以进一步规避因加载或在加温条件模拟鼠笼应力环使用环境进行应力加载标定过程中应力加载槽底部产生应力集中的问题，保证试验安全进行。全进行。全进行。


技术研发人员：焦江昆 杨飞兵 刘美茹 郜伟强 卫靖澜 肖潇 何喜鹏 符顺国 杨正兵
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：2023.06.05
技术公布日：2023/7/7