一体化鼠笼弹性支承及转子轴向力测量方法与流程

1.本发明涉及航空发动机转子轴向力测量技术领域，具体涉及一体化鼠笼弹性支承及转子轴向力测量方法。


背景技术：

2.鼠笼弹性支承在中小型航空发动机转子支承系统中广泛使用，它能有效降低转子越过临界转速时的振动，保证转子正常工作。发动机工作时，压气机转子产生向前的轴向力，涡轮转子产生向后的轴向力。过大的轴向力会使轴承过载损坏，过小的轴向力会使轴承轻载打滑。因此，转子轴向力必须保持在合适的范围内。在发动机工作中，需要测量转子的轴向力以保证发动机安全可靠工作。
3.现有的航空发动机转子轴向力测量需使用测力环，测力环安装在鼠笼弹性支承的轴承腔内，测力环的一侧抵靠鼠笼弹性支承的轴承腔挡边，一侧抵靠轴承外圈。轴承外圈与鼠笼弹性支承的轴承腔内壁之间存在间隙，故在转子轴向力作用下轴承与鼠笼弹性支承可相对移动，使得测力环产生变形以实现对轴向力的测量。因此，基于测力环的转子轴向力测量方式只适用于鼠笼弹性支承与轴承为分体结构的转子轴向力测量，而不适用于鼠笼弹性支承与轴承为一体化结构的转子轴向力测量。
4.现有的基于测力环的转子轴向力测量方式只适用于鼠笼弹性支承与轴承为分体结构的转子轴向力测量，而不适用于鼠笼弹性支承与轴承为一体化结构的转子轴向力测量。对于鼠笼弹性支承与轴承为一体化结构的转子轴向力测量，有报道在弹条上粘贴应变片的方式、在鼠笼弹性支承连接筒上加工测力环单元的方式、改变鼠笼弹性支承弹条布局的方式、鼠笼弹性支承采用l型弹条的方式。但是，它们都有各自的特征与适用范围。其中，在弹条上粘贴应变片的方式存在轴向力测量灵敏较低，特别是小轴向力状态下测量误差较大。在鼠笼弹性支承连接筒上加工测力环单元的方式容易因测力环单元引起鼠笼弹性支承的横向刚度出现弱的非线性，测力环的上、下凸台宽度不是很宽，凸台个数较弹条个数少，凸台分布较稀疏，上、下凸台之间的缺口空间都会在一定程度上影响鼠笼弹性支承横向刚度的线性度，对转子的振动稳定性和运行可靠性可能带来风险和不利影响。
5.改变鼠笼弹性支承弹条布局的方式采用弹条交错布局形式，由于其上、下弹条之间的变形梁弧长较测力环的上、下凸台之间的变形梁弧长小，使得改变鼠笼弹性支承弹条布局的方式在进行轴向力测量时的灵敏度不如使用测力环测量轴向力的灵敏度，在满足鼠笼弹性支承横向刚度的条件下需要进一步优化弹条结构参数以提高轴向力测量灵敏度。鼠笼弹性支承采用l型弹条的方式，l型弹条可以保证鼠笼弹性支承具有较高轴向力测量灵敏度，但是l型弹条容易造成鼠笼弹性支承的横向刚度和轴向刚度较弱，特别是横向刚度的线性度欠佳，需进一步加以改进以提高其横向刚度和轴向刚度，并保证其拥有较好的刚度测量线性度。


技术实现要素：

6.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有的基于测力环的转子轴向力测量方式不适用一体化结构的缺陷，以及其它方式或存在容易引起鼠笼弹性支承的横向刚度出现弱的非线性的问题或存在轴向力测量灵敏度欠佳的缺陷，从而提供一体化鼠笼弹性支承及转子轴向力测量方法。
7.为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
8.一体化鼠笼弹性支承，包括一体连接的连接筒和轴承外圈，连接筒和轴承外圈之间连接有若干弹条；
9.所述连接筒的下方设置有底座；所述底座包括若干周向均匀分布的安装块以及若干周向均匀分段布置的弧形梁，安装块和弧形梁交错间隔布置；所述弧形梁与连接筒的底壁相连接，所述安装块的顶端与连接筒的底端之间存在缺口空间，所述安装块与连接筒的外侧壁相连接；
10.所述弧形梁的底面设置有测力单元；所述测力单元包括若干应变片组，每一应变片组包括两个关于连接筒的中心轴对称的应变片，每一应变片组中的两个应变片串联构成桥臂，各桥臂依次串联构成全桥并引出测试线；
11.所述全桥同一个桥臂上的两个应变片适于在受到横向载荷时感受应变方向相反，感受的应变互相抵消；所述全桥同一个桥臂上的两个应变片适于在受到轴向载荷时感受应变方向相同。
12.进一步优化技术方案，所述安装块的底面周向均匀分布有若干凸台，所述弧形梁的两端分别与一凸台相连接；
13.所述安装块与弧形梁相交的位置切割有弧形槽，弧形槽两侧止于凸台，使得在转子轴向力作用下弧形梁与凸台相接的位置能够发生变形。
14.进一步优化技术方案，各所述应变片依次设置在弧形梁底面与凸台相接的位置以及弧形梁底面的中部。
15.进一步优化技术方案，所述弧形梁与连接筒的底壁之间通过若干周向均匀分布的连接柱相连接。
16.进一步优化技术方案，所述安装块与连接筒的外侧壁之间通过若干周向均匀分布的加强筋相连接，以不影响装置整体的横向刚度和结构强度，且使得装置整体的横向刚度主要由弹条的结构尺寸决定。
17.进一步优化技术方案，所述加强筋、连接柱和凸台的个数相同，所述加强筋、连接柱和凸台呈交错分布状态。
18.进一步优化技术方案，所述弧形梁上开设有绑线孔，所述测试线通过绑线孔定位在弧形梁上。
19.进一步优化技术方案，所述底座与连接筒之间的刚性随着弧形梁与安装块的个数减小而增强。
20.转子轴向力测量方法，包括以下步骤：
21.s1.将各测试线接入应变测量仪，对所述的一体化鼠笼弹性支承进行轴向力测量标定，将所述的一体化鼠笼弹性支承固定在标定平台上；
22.s2.在轴承外圈上施加等载荷间距的轴向载荷f，记录应变测量仪中的输出应变值
ε，通过线性拟合得到轴向力标定公式f＝kε+b，k为弧形梁中轴向力与输出应变的换算系数，b为常数，ε为应变测量仪中的输出应变值；
23.s3.在发动机工作过程中，通过应变测量仪监测弧形梁的输出应变值ε＇，并结合步骤s2中的换算系数k，即可实时得到转子工作过程中的轴向力f＇＝kε＇；
24.通过应变片全桥输出应变的正负值来判断转子轴向力的方向。
25.进一步优化技术方案，所述步骤s3中，当转子受到向前的轴向力时，应变片全桥输出正的应变值，当转子受到向后的轴向力时，应变片全桥输出负的应变值，进而通过应变片全桥输出应变的正负值来判断转子轴向力的方向。
26.本发明技术方案，具有如下优点：
27.1.本发明提供的一体化鼠笼弹性支承，既具有传统鼠笼弹性支承调节转子系统临界转速的作用，同时还可以测量转子的轴向载荷，与传统的鼠笼弹性支承结构相比，决定底座带分段弧形梁的一体化鼠笼弹性支承的横向刚度仍然是弹条结构尺寸。因安装块的顶端与连接筒的底端之间存在缺口空间，且安装块与连接筒的外侧壁相连接，使得弧形梁测力单元并不影响底座带分段弧形梁的一体化鼠笼弹性支承的横向刚度和结构强度，不改变传统鼠笼弹性支承的动力学和振动特性，却可满足转子轴向力测量。
28.相比于在鼠笼弹性支承连接筒上加工测力环单元的方式，底座带分段弧形梁的一体化鼠笼弹性支承采用在底座上加工分段弧形梁测量轴向力。底座与连接筒之间通过弧形梁中部的连接柱以及未切割的安装块上的加强筋相连，极大地增强了底座与连接筒之间的刚性。
29.2.本发明提供的一体化鼠笼弹性支承，测力单元融入在底座中，弧形梁和未切割的安装块交错相连形成底座，充分利用底座，使得底座既起到安装鼠笼弹性支承的作用，又起到轴向力测量的功能。底座容易设置弧形梁测力单元，不改变底座的安装尺寸和结构特性。弧形梁一侧的两端与凸台相连，弧形梁的另一侧的中部与连接柱相连，并在弧形梁一侧靠近凸台的位置和连接柱相对的位置粘贴应变片组成全桥测试线路，使得在轴向载荷作用下，弧形梁能很好地感受轴向力，具有良好的轴向力测量灵敏度和准确性。
30.3.本发明提供的一体化鼠笼弹性支承及转子轴向力测量方法，采用在弧形梁上应变片全桥贴片和引线的方式，使得其输出应变的正负号可以用于判断转子轴向力的方向。弧形梁在测量转子轴向力时可以有效消除由于转子不平衡等横向载荷的干扰，确保转子轴向力测量的准确性。当转子受到横向载荷时，同一桥臂上的应变方向相反，感受的应变互相抵消。如在同一个桥臂上的应变片在受到轴向载荷时，它们感受应变相同，均为压应变或者拉应变，而当受到横向载荷时，二者感受的应变方向相反，一个受压，一个受拉，二者相互抵消，桥臂上无因横向载荷影响的应变输出，故可以消除横向载荷的影响。
31.应变片全桥还可以有效消除应变片温度效应对于转子轴向力测量的不利影响，提高弧形梁的转子轴向力测量准确度。弧形梁承受的转子轴向力与测量的应变之间存在良好的线性关系，转子轴向力测量灵敏度高。由于粘贴在弧形梁底面上的应变片是全桥接线，所有应变片均接入桥路，各应变片的温度始终相同，为底座带分段弧形梁的一体化鼠笼弹性支承的工作环境温度，所以它们因温度变化所引起的电阻值的变化也相同，又因为它们相互处于电桥相邻的两臂，所以并不产生电桥的输出电压，从而使得温度效应的影响被消除。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1为本发明一体化鼠笼弹性支承第一种形式的底视图；
34.图2为本发明图1中沿a－a线的横向剖视图；
35.图3为本发明图2中沿b－b线的横向剖视图；
36.图4为本发明一体化鼠笼弹性支承第二种形式的底视图；
37.图5为本发明图4中沿a－a线的横向剖视图；
38.图6为本发明图5中沿b－b线的横向剖视图；
39.图7为本发明一体化鼠笼弹性支承第三种形式的底视图；
40.图8为本发明图7中沿a－a线的横向剖视图；
41.图9为本发明图8中沿b－b线的横向剖视图；
42.图10为本发明用于转子轴向力测量的应变片全桥接线图。
43.附图标记：
44.1、底座；10、加强筋；11、凸台；12、连接柱；13、弧形梁；2、弹条；3、轴承外圈；4、连接筒；50、第一应变片；51、第二应变片；52、第三应变片；53、第四应变片；54、第五应变片；55、第六应变片；56、第七应变片；57、第八应变片；6、绑线孔。
具体实施方式
45.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
46.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
47.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
48.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
49.为解决一体化鼠笼弹性支承不能配装测力环进行转子轴向力测量的问题，需针对一体化鼠笼弹性支承结构进行转子轴向力测量改进设计。在实现对带一体化鼠笼弹性支承进行转子轴向力测量的同时，要避免引入转子动力学与振动问题，避免对传统鼠笼弹性支
承进行的结构改动对鼠笼弹性支承的横向刚度和振动特性产生较大影响，同时还需确保转子轴向力测量有较高的灵敏度。本发明专利，旨在设计与提出一种底座带分段弧形梁的一体化鼠笼弹性支承及转子轴向力测量方法，为带一体化鼠笼弹性支承底座带分段弧形梁的转子轴向力测量提供可靠的解决方案，不改变鼠笼弹性支承的刚度和强度特性，提高带一体化鼠笼弹性支承的转子轴向力测量的可行性。
50.实施例1
51.如图1至图10所示，本实施例公开了一体化鼠笼弹性支承，包括连接筒4、轴承外圈3、弹条2、底座1和应变片组。
52.连接筒4和轴承外圈3一体连接，轴承外圈3在鼠笼弹性支承的最外端，轴承外圈3的内壁为滚动体跑道。转子通过轴承内圈、滚动体、保持架、轴承外圈3支撑在底座带分段弧形梁的一体化鼠笼弹性支承上。
53.连接筒4与弹条2相连，弹条2与轴承外圈3相连。
54.连接筒4的下方设置有底座1。底座1包括若干周向均匀分布的安装块以及若干周向均匀分段布置的弧形梁13，安装块和弧形梁13交错间隔布置。弧形梁13与连接筒4同轴心，弧形梁13与连接筒4的底壁相连接，安装块的顶端与连接筒4的底端之间存在缺口空间，安装块与连接筒4的外侧壁相连接。
55.弧形梁13的底面设置有测力单元。测力单元包括若干应变片组，每一应变片组包括两个关于连接筒4的中心轴对称的应变片，每一应变片组中的两个应变片串联构成桥臂，各桥臂依次串联构成全桥并引出测试线。
56.全桥同一个桥臂上的两个应变片适于在受到横向载荷时感受应变方向相反，感受的应变互相抵消；全桥同一个桥臂上的两个应变片适于在受到轴向载荷时感受应变方向相同。
57.上述一体化鼠笼弹性支承，既具有传统鼠笼弹性支承调节转子系统临界转速的作用，同时还可以测量转子的轴向载荷，与传统的鼠笼弹性支承结构相比，决定底座带分段弧形梁的一体化鼠笼弹性支承的横向刚度仍然是弹条结构尺寸。因安装块的顶端与连接筒4的底端之间存在缺口空间，且安装块与连接筒4的外侧壁相连接，使得弧形梁测力单元并不影响底座带分段弧形梁的一体化鼠笼弹性支承的横向刚度和结构强度，不改变传统鼠笼弹性支承的动力学和振动特性，却可满足转子轴向力测量功能。
58.本发明采用在弧形梁上应变片全桥贴片和引线的方式，使得其输出应变的正负号可以用于判断转子轴向力的方向。弧形梁在测量转子轴向力时可以有效消除由于转子不平衡等横向载荷的干扰，确保转子轴向力测量的准确性。当转子受到横向载荷时，同一桥臂上的应变方向相反，感受的应变互相抵消。如在同一个桥臂上的应变片在受到轴向载荷时，它们感受应变相同，均为压应变或者拉应变，而当受到横向载荷时，二者感受的应变方向相反，一个受压，一个受拉，二者相互抵消，桥臂上无因横向载荷影响的应变输出，故可以消除横向载荷的影响。
59.应变片全桥还可以有效消除应变片温度效应对于转子轴向力测量的不利影响，提高弧形梁的转子轴向力测量准确度。弧形梁承受的转子轴向力与测量的应变之间存在良好的线性关系，转子轴向力测量灵敏度高。由于粘贴在弧形梁底面上的应变片是全桥接线，所有应变片均接入桥路，各应变片的温度始终相同，为底座带分段弧形梁的一体化鼠笼弹性
支承的工作环境温度，所以它们因温度变化所引起的电阻值的变化也相同，又因为它们相互处于电桥相邻的两臂，所以并不产生电桥的输出电压，从而使得温度效应的影响被消除。
60.弧形梁13与连接筒4的底壁之间通过若干周向均匀分布的连接柱12相连接。连接筒4与未切割的安装块之间以及连接筒4与弧形梁13之间均存在缺口空间，缺口空间的高度为连接柱12的高度。
61.安装块与连接筒4的外侧壁之间通过若干周向均匀分布的加强筋10相连接，以不影响装置整体的横向刚度和结构强度，加强筋10确保连接筒4与底座1之间连接牢靠。
62.鼠笼弹性支承的横向刚度k＝neb2h2/l3，n为弹条2的个数，e为材料弹性模量，b为弹条2的宽度，h为弹条2的厚度，l为弹条2的长度。由此，使得装置整体的横向刚度主要由弹条2的结构尺寸决定。
63.加强筋10、连接柱12和凸台11的个数相同，加强筋10与连接柱12周向均匀相间分布，加强筋10、连接柱12和凸台11呈交错分布状态。
64.特别地，相比于在鼠笼弹性支承连接筒上加工测力环单元的方式，底座带分段弧形梁的一体化鼠笼弹性支承采用在底座上加工分段弧形梁测量轴向力。底座与连接筒之间通过弧形梁中部的连接柱以及未切割的安装块上的加强筋相连，极大地增强了底座与连接筒之间的刚性。
65.底座1与连接筒4之间的刚性随着弧形梁13与安装块的个数减小而增强。弧形梁与未切割的安装块的个数越少，底座与连接筒之间的刚性越强，使得测量轴向力的弧形梁测力单元不会出现由于在连接筒之间加工测力环、在鼠笼弹性支承连接筒上加工测力环单元的方式而影响鼠笼弹性支承横向刚度的线性度，确保底座带分段弧形梁的一体化鼠笼弹性支承的横向刚度线性度很好(几乎为1)。
66.安装块的底面周向均匀分布有若干凸台11，弧形梁13的两端分别与一凸台11相连接。安装块与弧形梁13相交的位置切割有弧形槽，弧形槽两侧止于凸台11，使得在转子轴向力作用下弧形梁13与凸台11相接的位置能够发生较大变形。
67.同时在未切割的安装块上可保留完整的安装孔，便于使用螺栓将底座带分段弧形梁的一体化鼠笼弹性支承的底座1固定在安装座上。
68.各应变片依次设置在弧形梁13底面与凸台11相接的位置以及弧形梁13底面的中部。在弧形梁13底面的中部即连接柱12相对的位置粘贴第一应变片50、第二应变片51、第三应变片52、第四应变片53，测量弧形梁13在转子轴向力作用下的拉/压应变。在弧形梁13底面与凸台11相接的位置粘贴有第五应变片54、第六应变片55、第七应变片56、第八应变片57，测量弧形梁13在转子轴向力作用下的压/拉应变。
69.如图10所示，将测量拉应变和压应变的八个应变片两两串联后组成全桥引线输出，绑线孔6位于凸台11和连接柱12之间的弧形梁13上，通过绑线孔6将八个应变片输出的4根测试线固定在弧形梁13上。单个应变片的电阻为120ω，输出的4根测试线两两之间的电阻为180ω或240ω。当输出的4根测试线两两之间的电阻为180ω时，对应图10中的ab、bc、cd、da之间；当输出的4根测试线两两之间的电阻为240ω时，对应图10中的ac、bd之间。
70.图1至图3为本发明一体化鼠笼弹性支承第一种形式的结构示意图，图4至图6为本发明一体化鼠笼弹性支承第二种形式的结构示意图，图7至图9为本发明一体化鼠笼弹性支承第三种形式的结构示意图，其中，第二种形式与第一种形式的区别在于应变片的布置方
式不同、加强筋和安装块以及弧形梁的个数不同，第三种形式与第一种形式的区别在于凸台和连接柱的数量不同、应变片的布置方式不同、安装块以及弧形梁的个数不同。
71.以上的底座带分段弧形梁的一体化鼠笼弹性支承，仅仅是以此结构为例，说明了本发明的具体设计与实施过程，并不限于弹条、弧形梁测力单元、底座、未切割的安装块、加强筋、连接柱等的具体结构和应变片粘贴位置，应变片粘贴在弧形梁上凸台根部的位置可以改变，可以粘贴在相邻凸台处，也可以粘贴在不相邻的凸台处并对应组成全桥测量线路。弧形梁与未切割的安装块的个数可以是4个也可以是2个。底座上凸台的分布及个数均可改变、加强筋位置及个数、连接柱个数、连接筒与未切割的安装块和弧形梁之间缺口空间的位置均可改变。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改与变化，弹条个数、长度、宽度、厚度，弧形梁与未切割的安装块的个数、底座凸台个数及位置、连接柱个数及位置、加强筋个数及位置、应变片粘贴位置、全桥引线方式等均可改变。
72.实施例2
73.本实施例公开了一种转子轴向力测量方法，包括以下步骤：
74.s1.将4根测试线接入应变测量仪，对实施例1中的一体化鼠笼弹性支承进行轴向力测量标定，将实施例1中的一体化鼠笼弹性支承固定在标定平台上。
75.s2.在轴承外圈3上施加等载荷间距的轴向载荷f，记录应变测量仪中的输出应变值ε，通过线性拟合得到轴向力标定公式f＝kε+b，k为弧形梁13中轴向力与输出应变的换算系数，ε为应变测量仪中的输出应变值，b为常数，一般要求相关系数r2＞0.99。
76.s3.在发动机工作过程中，通过应变测量仪监测弧形梁13的输出应变值ε＇，并结合步骤s2中的换算系数k，即可实时得到转子工作过程中的轴向力f＇＝kε＇。
77.应变测量仪桥路平衡清零后，当轴向力为0时全桥输出应变值为0。当转子受到向前的轴向力时，第一应变片50、第二应变片51、第三应变片52、第四应变片53测量的为拉应变，第五应变片54、第六应变片55、第七应变片56、第八应变片57测量的为压应变，应变片全桥输出正的应变值。
78.当转子受到向后的轴向力时，第一应变片50、第二应变片51、第三应变片52、第四应变片53测量的为压应变，第五应变片54、第六应变片55、第七应变片56、第八应变片57测量的为拉应变，应变片全桥输出负的应变值。
79.由此，可以通过应变片全桥输出应变的正负值来判断转子轴向力的方向。
80.由于组成全桥同一个桥臂上的两个应变片粘贴在弧形梁13的中心轴对称位置，在轴向力作用下均同时感受拉/压应变，因此应变片全桥在轴向力作用时可以输出相应的应变值。当底座带分段弧形梁的一体化鼠笼弹性支承受到横向载荷时，全桥同一个桥臂上的两个应变片一个感受拉应变，另一个感受压应变，则由横向载荷引起的全桥同一个桥臂上的输出应变为0，即弧形梁13在测量轴向力时可以有效消除横向载荷的干扰，确保轴向力测量的准确性。
81.根据图1、图4、图7和图10，当转子受到横向载荷时，同一桥臂上的应变方向相反，感受的应变互相抵消，如在同一个桥臂上的r50和r51在受到轴向载荷时，它们感受应变相同，均为压应变或者拉应变，而当受到横向载荷时，二者感受的应变方向相反，一个受压，一个受拉，二者相互抵消，桥臂上无因横向载荷影响的应变输出，故可以消除横向载荷的影响。应变片全桥还可以有效消除应变片温度效应对于轴向力测量的不利影响，提高弧形梁
13的轴向力测量准确度。由于粘贴在弧形梁13底面上的八个应变片是全桥接线，所有应变片均接入桥路，各应变片的温度始终相同，为一体化鼠笼弹性支承的工作环境温度，所以它们因温度变化所引起的电阻值的变化也相同，又因为它们相互处于电桥相邻的两臂，所以并不产生电桥的输出电压，从而使得温度效应的影响被消除。
82.本发明经仿真分析和实验验证表明，底座带分段弧形梁的一体化鼠笼弹性支承实测横向刚度为3.96
×
106n/m，具有与同弹条结构参数的鼠笼弹性支承(计算横向刚度为4.05
×
106n/m)相近的横向刚度特性和调节转子系统临界转速的功能，同时由于采用分段弧形梁作为测力单元，具有较高的应变－轴向力测量灵敏度，轴向力标定系数为1.40n/με，可满足带一体化鼠笼弹性支承底座带分段弧形梁的转子轴向力测量需求。
83.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

技术特征：
1.一体化鼠笼弹性支承，包括一体连接的连接筒(4)和轴承外圈(3)，连接筒(4)和轴承外圈(3)之间连接有若干弹条(2)；其特征在于，所述连接筒(4)的下方设置有底座(1)；所述底座(1)包括若干周向均匀分布的安装块以及若干周向均匀分段布置的弧形梁(13)，安装块和弧形梁(13)交错间隔布置；所述弧形梁(13)与连接筒(4)的底壁相连接，所述安装块的顶端与连接筒(4)的底端之间存在缺口空间，所述安装块与连接筒(4)的外侧壁相连接；所述弧形梁(13)的底面设置有测力单元；所述测力单元包括若干应变片组，每一应变片组包括两个关于连接筒(4)的中心轴对称的应变片，每一应变片组中的两个应变片串联构成桥臂，各桥臂依次串联构成全桥并引出测试线；所述全桥同一个桥臂上的两个应变片适于在受到横向载荷时感受应变方向相反，感受的应变互相抵消；所述全桥同一个桥臂上的两个应变片适于在受到轴向载荷时感受应变方向相同。2.根据权利要求1所述的一体化鼠笼弹性支承，其特征在于，所述安装块的底面周向均匀分布有若干凸台(11)，所述弧形梁(13)的两端分别与一凸台(11)相连接；所述安装块与弧形梁(13)相交的位置切割有弧形槽，弧形槽两侧止于凸台(11)，使得在转子轴向力作用下弧形梁(13)与凸台(11)相接的位置能够发生变形。3.根据权利要求2所述的一体化鼠笼弹性支承，其特征在于，各所述应变片依次设置在弧形梁(13)底面与凸台(11)相接的位置以及弧形梁(13)底面的中部。4.根据权利要求2所述的一体化鼠笼弹性支承，其特征在于，所述弧形梁(13)与连接筒(4)的底壁之间通过若干周向均匀分布的连接柱(12)相连接。5.根据权利要求4所述的一体化鼠笼弹性支承，其特征在于，所述安装块与连接筒(4)的外侧壁之间通过若干周向均匀分布的加强筋(10)相连接，以不影响装置整体的横向刚度和结构强度，且使得装置整体的横向刚度主要由弹条(2)的结构尺寸决定。6.根据权利要求5所述的一体化鼠笼弹性支承，其特征在于，所述加强筋(10)、连接柱(12)和凸台(11)的个数相同，所述加强筋(10)、连接柱(12)和凸台(11)呈交错分布状态。7.根据权利要求2所述的一体化鼠笼弹性支承，其特征在于，所述弧形梁(13)上开设有绑线孔(6)，所述测试线通过绑线孔(6)定位在弧形梁(13)上。8.根据权利要求1所述的一体化鼠笼弹性支承，其特征在于，所述底座(1)与连接筒(4)之间的刚性随着弧形梁(13)与安装块的个数减小而增强。9.转子轴向力测量方法，其特征在于，包括以下步骤：s1.将各测试线接入应变测量仪，对如权利要求1至8任意一项所述的一体化鼠笼弹性支承进行轴向力测量标定，将如权利要求1至8任意一项所述的一体化鼠笼弹性支承固定在标定平台上；s2.在轴承外圈(3)上施加等载荷间距的轴向载荷f，记录应变测量仪中的输出应变值ε，通过线性拟合得到轴向力标定公式f＝kε+b，k为弧形梁(13)中轴向力与输出应变的换算系数，b为常数，ε为应变测量仪中的输出应变值；s3.在发动机工作过程中，通过应变测量仪监测弧形梁(13)的输出应变值ε＇，并结合步骤s2中的换算系数k，即可实时得到转子工作过程中的轴向力f＇＝kε＇；通过应变片全桥输出应变的正负值来判断转子轴向力的方向。
10.根据权利要求9所述的转子轴向力测量方法，其特征在于，所述步骤s3中，当转子受到向前的轴向力时，应变片全桥输出正的应变值，当转子受到向后的轴向力时，应变片全桥输出负的应变值，进而通过应变片全桥输出应变的正负值来判断转子轴向力的方向。

技术总结
本发明公开了一体化鼠笼弹性支承及转子轴向力测量方法，所述一体化鼠笼弹性支承包括一体连接的连接筒和轴承外圈，连接筒和轴承外圈之间连接有若干弹条；所述连接筒的下方设置有底座；所述底座包括若干周向均匀分布的安装块以及若干周向均匀分段布置的弧形梁；所述弧形梁与连接筒的底壁相连接，安装块的顶端与连接筒的底端之间存在缺口空间，所述安装块与连接筒的外侧壁相连接；所述弧形梁的底面设置有测力单元。本发明因安装块的顶端与连接筒的底端之间存在缺口空间，且安装块与连接筒的外侧壁相连接，使得弧形梁测力单元并不影响本发明的横向刚度和结构强度，不改变传统鼠笼弹性支承的动力学和振动特性，却可满足转子轴向力测量。量。量。


技术研发人员：边杰 刘飞春 刘超 孙宇星
受保护的技术使用者：中国航发湖南动力机械研究所
技术研发日：2023.03.27
技术公布日：2023/6/28