一种航空发动机轴向力测量结构的标定装置的制作方法

1.本发明属于航空发动机推力轴承的轴向力测量领域，具体设涉及一种航空发动机轴向力测量结构的标定装置。


背景技术：

2.航空发动机研制过程中，需完成推力轴承轴向力分析，确保推力轴承可靠工作。gjb241a中要求“在主轴承的适当位置应安装足够的测量装置，以测量轴承载荷，确定发动机压力平衡系统应提供足够的单向轴向载荷，以保证轴承在发动机工作包线内所有功率状态下不发生滑动损坏”。
3.发动机轴向力测量有间接测量法和直接测量法。传统的间接测量方法是通过测量压气机卸荷腔的压力来间接判定轴向力的大小。这种测量方法简单,但准确性差。常用的轴向力直接测试方法是用一种弹性环式测量结构(也称为测力环)，将其安装于发动机轴承座内，通过测量环式结构受到应力变化反映其承力大小。使用测力环结构直接测量发动机轴向力时，测量的物理量是应测力上应变片的输出，所以试验前需要建立应变和力的对应关系，即对测力环这种轴向力测量结构进行标定。
4.通常的标定试验是使用材料拉压试验机对轴向力测量结构进行压缩试验。材料拉压试验机作为一种通用型的试验设备，其支撑面多为平面，此结构易于实现弹性测力环单个零件的标定。而将弹性测力环装配到发动机轴向力测量结构后，发动机轴向力测量结构的安装边为组件中部的法兰边，无法直接将安装边放置于支撑平面上。同时轴向力测量结构的组件(本文中称为试验件)在标定时，要求受力点位于组件中心，施力方向垂直与受力平面，即需要准确定位组件的位置和姿态。材料拉压试验机的支撑平面结构简单，并没有调节试验件位置和姿态的功能，只能通过试验人员手动调整摆放位置，试验人员的操作经验对试验结果有较为明显的影响。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供一种航空发动机轴向力测量结构的标定装置，能直接通过法兰边来连接轴向力测量结构组件，同时还具有试验件位置、姿态的调节功能，简化试验人员的操作步骤。
6.为了实现上述技术目的，本发明所采用的具体技术方案为：
7.一种航空发动机轴向力测量结构的标定装置，包括：
8.支撑框架；
9.支撑平台，安装在所述支撑框架上，用于承载所述轴向力测量结构；
10.加压装置，安装在所述支撑框架上，与所述支撑平台相对设置，用于产生朝向所述支撑平台的测量载荷；
11.压头，安装在所述加压装置上，用于传递所述测量载荷，朝向所述支撑平台的一端为圆锥头；所述圆锥头的轴向与承载在所述支撑平台上的轴向力测量结构的载荷中轴平行
5、滑块；4-6、旋转把手；4-7、弹簧；5、轴向力测量结构组件。
具体实施方式
26.下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
27.以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
28.要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
29.还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
30.另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
31.在本发明的一个实施例中，提供了一种航空发动机轴向力测量结构的标定装置，如图1至4所示，包括：
32.支撑框架；
33.支撑平台，安装在支撑框架上，用于承载轴向力测量结构；
34.加压装置2，安装在支撑框架上，与支撑平台相对设置，用于产生朝向支撑平台的测量载荷；
35.压头2-3，安装在加压装置2上，用于传递测量载荷，朝向支撑平台的一端为圆锥头；圆锥头的轴向与承载在支撑平台上的轴向力测量结构的载荷中轴平行或重合；
36.压板2-4，压板2-4朝向加压装置2的一端设置有圆锥孔；外径与轴向力测量结构的上端直孔同径；当轴向力测量结构承载在支撑平台上，且压板2-4限位在轴向力测量结构上端的直孔内时，圆锥孔与轴向力测量结构的载荷中轴同轴；
37.承件平台4，安装在支撑平台上；轴向力测量结构位姿可调地设置在承件平台4上；
38.其中：圆锥头的形状与圆锥孔的形状相同；圆锥孔的尾部朝向圆锥头的端部；加压装置2与压头2-3之间设置有力传感器2-2。
39.在本实施例中，承件平台4与支撑平台之间设置有多个调节顶柱3；各调节顶柱3设
置在支撑平台远离压头2-3的一端，用于基于自身的伸缩调整支撑平台的位姿。
40.在本实施例中，承件平台4包括托盘4-1、法兰安装盘4-2以及多个螺杆滑块组件4-3；托盘4-1底面由各调节顶柱3支承，托盘4-1的圆周上均布多个螺杆滑块组件4-3的安装孔；法兰安装盘4-2用于固定试验件，滑动安装在托盘4-1上，基于各螺杆滑块组件4-3实现在托盘4-1上的平面滑动。
41.在本实施例中，螺杆滑块组件4-3包括螺杆4-4、滑块4-5、旋转把手4-6和弹簧4-7；螺杆4-4螺纹安装于安装孔；旋转把手4-6带动螺杆4-4旋转；螺杆4-4靠近法兰安装盘4-2的一端设置滑块4-5；滑块4-5接触法兰安装盘4-2；弹簧4-7设置在滑块4-5与螺杆4-4之间，用于保持螺杆4-4与滑块4-5的接触。
42.在本实施例中，调节顶柱3包括支承套3-1、球头螺栓3-2、球面顶块3-3和压紧螺母3-4；支承套3-1与支承平台1-2固连；球头螺栓3-2基于压紧螺母3-4与支承套3-1连接；球面顶块3-3的底面与球头螺栓3-2通过球面接触配合，顶面支承承件平台4。
43.在本实施例中，支撑框架上还设置有横梁导轨；加压装置2上设置有移动横梁2-1；加压装置2基于移动横梁2-1安装在横梁导轨上；横梁导轨用于提供移动横梁2-1的运动导向。
44.本实施例的航空发动机轴向力测量结构的标定装置包括：固定框架1、加压装置2、调节顶柱3、承件平台4。
45.固定框架1包括：支承框架1-1和支承平台1-2。此结构为装置中的固定部分，主要用途是为装置运动提供导向和承载负荷。
46.加压装置2位于支承框架1-1上，包括：移动横梁2-1、力传感器2-2、压头2-3和压板2-4，其功能是给试验件施加载荷力。力传感器2-2位于移动横梁2-1上。压头2-3与力传感器2-2相连。压板2-4放置于试验件上。在施加载荷力过程中，压头2-3与压板2-4接触。
47.调节顶柱3位于支承平台1-2上，包括：支承套3-1、球头螺栓3-2、球面顶块3-3和压紧螺母3-4。支承套3-1有内螺纹，球头螺栓3-2跟支承套3-1通过螺栓连接，使用压紧螺母3-4将螺栓和支承套3-1固连。球面顶块3-3的顶面支承承件平台4，其角度姿态与承件平台4一致，球面顶块3-3底面是与球头螺栓3-2配合的内凹球面，实现让球头螺栓3-2通过球面接触间接支承承件平台4的功能。
48.承件平台4包括：托盘4-1、螺杆滑块组件4-3、法兰安装盘4-2。托盘4-1底面由调节顶柱3支承，顶面用于支承法兰安装盘4-2，托盘4-1圆周上均布四个杆滑块4-5组件的安装孔。法兰安装盘4-2用于固定轴向力测量结构组件5，可以通过法兰边上的螺栓连接将试验件和安装盘固定。螺杆滑块组件4-3安装于托盘4-1的四周，由螺杆4-4、旋转把手4-6、滑块4-5和弹簧4-7组成，其可以通过旋转螺杆4-4调整滑块4-5位置。
49.本实施例法兰安装盘4-2的内径稍大于轴向力测量结构组件5法兰边的内径，所以安装盘不会与试验件干涉。试验件可以正装或倒装于安装盘上，还可以与安装盘底面配合。其实现的效果是可以根据试验载荷加载方向和试验件在发动机内部的实际承力面来决定试验件与法兰安装盘4-2的联接方式。
50.本发明法兰安装盘4-2依靠自身重力放置于托盘4-1上，法兰安装盘4-2的外圆与螺杆滑块组件4-3的滑块4-5接触，滑块4-5的移动可以推动法兰安装盘4-2在与托盘4-1的接触平面上滑动，实现对法兰安装盘4-2位置的调整功能。
51.本发明压头2-3和压板2-4上有刻度，在压头2-3下压过程中可以通过刻度确认压头2-3和压板2-4接触区域回转中心的对齐程度。通过调整法兰安装盘4-2位置，带动轴向力测量结构组件5和压板2-4运动，实现压头2-3和压板2-4对齐，保证载荷力作用点位于试验件中心。
52.本发明标定装置中承件平台4由多个调节顶柱3支承，每个调节顶柱3可以调节螺栓配合来调整球头螺栓3-2伸出的长度，以调整承件平台4支承点的高度。通过对承件平台4多个支承点高度的调整，实现承件平台4角度姿态的调整功能。
53.参照附图1，为本发明航空发动机轴向力测量结构标定装置一种实施方式的结构示意图。本实施方案中，标定装置包括固定框架1、加压装置2、调节顶柱3、承件平台4。
54.固定框架包括1：支承框架1-1和支承平台1-2。支承框架1-1内部有横梁导轨，能为加压装置2的运动提供导向。
55.加压装置2包括：移动横梁2-1、力传感器2-2、压头2-3和压板2-4。移动滑梁2-1由布置在支承框架1-1内部的电机丝杠驱动，可以沿支承框架1-1的横梁导柱上下运动。力传感器2-2与压头2-3相连，都位于移动横梁2-1的下方，随着移动横梁2-1向下移动可以施加并测量向下的载荷力。
56.参照图2，调节顶柱3包括：支承套3-1、球头螺栓3-2、球面顶块3-3和压紧螺母3-4。支承套3-1通过螺栓连接与支承平台1-2固连。球头螺栓3-2跟支承套3-1通过螺栓连接，使用压紧螺母3-4将球头螺栓3-2和支承套3-1固连。球面顶块3-3底面与球头螺栓3-2通过球面接触配合，顶面支承承件平台4，其角度姿态与承件平台4一致。
57.本发明实施方式中有四个调节顶柱3支承承件平台4，每个调节顶柱可以调节的球头螺栓3-2跟支承套3-1的配合来调整球头螺栓3-2伸出的长度，以调整承件平台4支承点的高度。通过对承件平台4的四个支承点高度的调整，可以对承件平台4的角度姿态进行调整。
58.参照附图2和附图3，承件平台4包括：托盘4-1、法兰安装盘4-2、螺杆滑块组件4-3。托盘4-1底面由调节顶柱3支承，托盘4-1圆周上均布四个螺杆滑块组件4-3的安装孔。法兰安装盘用于固定试验件，通过螺栓组件6连接将轴向力测量结构组件5和法兰安装盘4-2固定。
59.参照附图3，螺杆滑块组件4-3安装于托盘4-1的四周，由螺杆4-4、滑块4-5、旋转把手4-6和弹簧4-7组成。转动旋转把手4-6带动螺杆4-4旋转，可以调整螺杆4-4的伸出距离以推动滑块4-5移动。弹簧4-7的作用时保持螺杆4-4与滑块4-5的接触。法兰安装盘4-2依靠自身重力放置于托盘4-1上，法兰安装盘4-2的外圆与滑块4-5接触，滑块4-5的移动可以推动法兰安装盘4-2在平面上滑动。
60.本发明实施方式中的压头2-3下方为锥面。压板2-4上方为内锥孔，与压头2-3下方的锥面配合，锥面的回转中心为载荷力作用点。参照附图4，压头2-3的锥面上有刻度，在压头2-3下压过程中，若压头2-3与压板2-4的中心不对齐，则锥面会有一侧先接触，接触点所在的方位则为轴向力测量结构组件5偏移的方位，观察接触点对应的刻度可以知道偏移的距离。通过旋转螺杆滑块组件4-3，带动法兰安装盘4-2、轴向力测量结构组件5和压板2-4沿偏移运动，使得锥面由一侧接触变为整圈接触，实现压头2-3和压板2-4对齐，保证载荷力作用点位于轴向力测量结构组件5中心。
61.以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何
熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种航空发动机轴向力测量结构的标定装置，其特征在于，包括：支撑框架；支撑平台，安装在所述支撑框架上，用于承载所述轴向力测量结构；加压装置，安装在所述支撑框架上，与所述支撑平台相对设置，用于产生朝向所述支撑平台的测量载荷；压头，安装在所述加压装置上，用于传递所述测量载荷，朝向所述支撑平台的一端为圆锥头；所述圆锥头的轴向与承载在所述支撑平台上的轴向力测量结构的载荷中轴平行或重合；压板，所述压板朝向所述加压装置的一端设置有圆锥孔；外径与所述轴向力测量结构的上端直孔同径；当所述轴向力测量结构承载在所述支撑平台上，且所述压板限位在所述轴向力测量结构上端的直孔内时，所述圆锥孔与所述轴向力测量结构的载荷中轴同轴；承件平台，安装在所述支撑平台上；所述所述轴向力测量结构位姿可调地设置在所述承件平台上；其中：所述圆锥头的形状与所述圆锥孔的形状相同；所述圆锥孔的尾部朝向所述圆锥头的端部；所述加压装置与所述压头之间设置有力传感器。2.根据权利要求1所述的航空发动机轴向力测量结构的标定装置，其特征在于，所述承件平台与所述支撑平台之间设置有多个调节顶柱；各所述调节顶柱设置在所述支撑平台远离所述压头的一端，用于基于自身的伸缩调整所述支撑平台的位姿。3.根据权利要求2所述的航空发动机轴向力测量结构的标定装置，其特征在于，所述承件平台包括托盘、法兰安装盘以及多个螺杆滑块组件；所述托盘底面由各所述调节顶柱支承，所述托盘的圆周上均布多个所述螺杆滑块组件的安装孔；所述的法兰安装盘用于固定试验件，滑动安装在所述托盘上，基于各所述螺杆滑块组件实现在所述托盘上的平面滑动。4.根据权利要求3所述的航空发动机轴向力测量结构的标定装置，其特征在于，所述螺杆滑块组件包括螺杆、滑块、旋转把手和弹簧；所述螺杆螺纹安装于所述安装孔；所述旋转把手带动所述螺杆旋转；所述螺杆靠近所述法兰安装盘的一端设置所述滑块；所述滑块接触所述法兰安装盘；所述弹簧设置在所述滑块与所述螺杆之间，用于保持所述螺杆与所述滑块的接触。5.根据权利要求4所述的航空发动机轴向力测量结构的标定装置，其特征在于，所述调节顶柱包括支承套、球头螺栓、球面顶块和压紧螺母；所述的支承套与所述支承平台固连；所述球头螺栓基于所述压紧螺母与所述支承套连接；所述球面顶块的底面与所述球头螺栓通过球面接触配合，顶面支承所述承件平台。6.根据权利要求1所述的航空发动机轴向力测量结构的标定装置，其特征在于，所述支撑框架上还设置有横梁导轨；所述加压装置上设置有移动横梁；所述加压装置基于所述移动横梁安装在所述横梁导轨上；所述横梁导轨用于提供所述移动横梁的运动导向。

技术总结
本发明属于航空发动机推力轴承的轴向力测量领域，具体设涉及一种航空发动机轴向力测量结构的标定装置，包括支撑框架/支撑平台/加压装置/压头/压板以及承件平台；本发明能直接通过法兰边来连接轴向力测量结构组件，同时还具有试验件位置、姿态的调节功能，简化试验人员的操作步骤。员的操作步骤。员的操作步骤。


技术研发人员：韦淞瀚 杨飞兵 郜伟强 石小江 滕光蓉 谭清江 卫靖澜
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：2023.02.08
技术公布日：2023/7/12