CN113074680B - 转子轴向最大窜动量的测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种转子轴向最大窜动量的测量装置及其测量方法，所述测量装置包括发动机静子组件、发动机转子组件、吊具、表架、位移传感器、载荷显示仪和载荷施加装置，所述表架固定在所述发动机静子组件上，所述位移传感器安装在所述表架上，所述吊具连接在所述发动机转子组件上，所述载荷显示仪安装在所述吊具上，所述载荷施加装置安装在所述载荷显示仪上，沿发动机轴线施加拉力。本发明测量方法测量得到转子轴向窜动量准确，所述转子轴向最大窜动量的测量方法中测量方法测量结果重复性好，所述测量方法对设备、工装、人员要求低，容易实现。所述测量方法针对相似转静子结构的转子轴向窜动量测量具有通用性。

Description

转子轴向最大窜动量的测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及发动机装配和发动机测量领域，特别涉及一种转子轴向最大窜 动量的测量装置及其测量方法。

背景技术

图1为现有技术中转子支承系统示意图。如图1所示，所述型号航空发动 机分发动机静子组件10与发动机转子组件20，转子支承系统一端为滚珠轴承 30作为止推支点，一端为棒轴承40。

其中，转子轴向最大窜动量是判断球轴承是否装配到位、发动机工作过程 中避免转静子刮磨的一项重要指标。通过固定静子组件10，对转子组件20施 加轴向载荷测量转子组件20相对静子组件10的变化量得到转子轴向最大窜动 量，然而不同的测量方法及载荷就得到不同的转子轴向最大窜动量。

有鉴于此，本领域技术人员设计一种转子轴向最大窜动量的测量方法，以 期克服上述技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中不同的测量方法及载荷得 到不同的转子轴向最大窜动量的缺陷，提供一种转子轴向最大窜动量的测量装 置及其测量方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

一种转子轴向最大窜动量的测量装置，其特点在于，所述测量装置包括发 动机静子组件、发动机转子组件、吊具、表架、位移传感器、载荷显示仪和载 荷施加装置，所述表架固定在所述发动机静子组件上，所述位移传感器安装在 所述表架上，所述吊具连接在所述发动机转子组件上，所述载荷显示仪安装在 所述吊具上，所述载荷施加装置安装在所述载荷显示仪上，沿发动机轴线施加 拉力。

根据本发明的一个实施例，所述载荷显示仪连接所述吊具和所述载荷施加 装置，显示所述载荷施加装置沿发动机轴线施加的载荷。

根据本发明的一个实施例，所述位移传感器的测量杆与所述发动机转子组 件的端面垂直接触，测量所述发动转子组件相对所述发动机静子组件的窜动量。

根据本发明的一个实施例，所述发动机静子组件安装在刚性座上。

根据本发明的一个实施例，所述发动机静子组件和所述发动机转子组件的 一端通过发动机球轴承连接，所述发动机静子组件和所述发动机转子组件的另 一端通过发动机棒轴承连接。

本发明还提供了一种转子轴向最大窜动量的测量方法，其特点在于，所述 测量方法采用如上所述的转子轴向最大窜动量的测量装置，所述转子轴向最大 窜动量的测量方法通过固定静子组件，对转子组件施加轴向载荷，测量转子组 件相对静子组件的变化量；

当载荷不小于阀值时，转子组件相对静子组件的变化量的增量与载荷增量 成正比，按相同增量逐次施加轴向载荷；当转子组件相对静子组件的变化量的 增量连续三次不变化时，则测量得到转子轴向最大窜动量。

根据本发明的一个实施例，所述转子组件相对所述静子组件的变化量等于 转子轴向窜动量与所述轴向载荷引起的所述转子组件、所述静子组件的变形量 之和，即δ₃＝δ₀+δ₁+δ₂；

其中，δ₁表示轴向载荷P引起的转子组件的变形量；δ₂表示轴向载荷P引 起的静子组件的变形量；δ₀表示转子轴向窜动量；δ₃表示转子组件相对静子组 件的变化量。

根据本发明的一个实施例，当轴向载荷达到阀值Q时，发动机球轴承处于 极限位置，对应的所述转子轴向窜动量为转子轴向最大窜动量δ_0max，

即δ_0max＝ΔY(P≥Q)。

根据本发明的一个实施例，当轴向载荷大于等于阀值Q时，所述转子组件 相对所述静子组件的变化量的增量与载荷增量成正比；

转子轴向最大窜动量δ_0max为

δ_0max＝δ₃-(k₁-k₂)P(P≥Q)。

根据本发明的一个实施例，所述测量方法包括以下步骤：

S₁、安装所述转子轴向最大窜动量的测量装置；

S₂、所述载荷施加装置不施加拉力，所述载荷显示仪示数为零，所述发动 机转子组件依靠自重将发动机球轴承压到极限位置，记录此时所述位移传感器 的示数Y₀；

S₃、所述载荷施加装置沿发动机轴线第一次施加拉力，使所述载荷显示仪 示数为ΔP，记录此时所述位移传感器的示数Y₁，计算所述位移传感器示数的 变化量△Y₁＝Y₁-Y₀；

S₄、所述载荷施加装置沿发动机轴线第二次施加拉力，使所述载荷显示仪 示数为2△P，即所述载荷显示仪的示数变化量为ΔP，记录此时所述位移传感 器的示数Y₂，计算所述位移传感器示数的变化量△Y₂＝Y₂-Y₁。

根据本发明的一个实施例，所述步骤S₁中具体包括以下步骤：

S₁₁、调整发动机轴线为竖直状态；

S₁₂、连接发动机静子组件与刚性座；

S₁₃、连接吊具与发动机转子组件；

S₁₄、连接载荷显示仪与吊具；

S₁₅、连接载荷施加装置与载荷显示仪；

S₁₆、固定表架到发动机静子组件上；

S₁₇、在表架上安装位移传感器，位移传感器的测量杆竖直落在发动机转子 组件的端面上；

S₁₈、调整载荷施加装置的轴线与发动机轴线重合。

根据本发明的一个实施例，所述测量方法还包括以下步骤：

S₅、若位移传感器的示数变化量相同，即△Y₂＝△Y₁，则转子轴向窜动量 为△Y＝Y₁-Y₀；

S₆、若位移传感器的示数变化量不相同，即△Y₂≠△Y₁，载荷施加装置继 续沿发动机轴线施加拉力，每次都使载荷显示仪的示数变化量为ΔP，记录位 移传感器的示数，并计算位移传感器的示数的变化量△Y；

S₇、设载荷施加装置沿发动机第i次施加拉力，记录位移传感器的示数Y_i， 计算位移传感器的示数的变化量ΔY_i＝Y_i-Y_i-1(i≥2)，当位移传感器的示数变 化量连续三次相同，即ΔY_i＝ΔY_i-1＝ΔY_i-2时，载荷施加装置停止施加拉力。

S₈、记录转子轴向最大窜动量△Y＝ΔY_i-2＝Y_i-2-Y₀。

本发明的积极进步效果在于：

本发明转子轴向最大窜动量的测量装置及其测量方法通过对发动机结构、 测量原理进行分析，能够准确测量转子轴向最大窜动量。

本发明转子轴向最大窜动量的测量装置及其测量方法具有如下诸多优势：

一、所述测量方法测量得到转子轴向窜动量准确；

二、所述转子轴向最大窜动量的测量方法中测量方法测量结果重复性好；

三、所述测量方法对设备、工装、人员要求低，容易实现；

四、所述测量方法针对相似转静子结构的转子轴向窜动量测量具有通用性。

附图说明

本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例 的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1为现有技术中转子支承系统示意图。

图2为转子轴向最大窜动量测量原理示意图。

图3为本发明转子轴向最大窜动量的测量装置的转子轴向窜动量测量示意 图。

【附图标记】

发动机静子组件 10

发动机转子组件 20

滚珠轴承 30

棒轴承 40

吊具 100

表架 200

位移传感器 300

载荷显示仪 400

载荷施加装置 500

刚性座 600

发动机球轴承 21

发动机棒轴承 22

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发 明的具体实施方式作详细说明。

现在将详细参考附图描述本发明的实施例。现在将详细参考本发明的优选 实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相 同的标记来表示相同或相似的部分。

此外，尽管本发明中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本 发明说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详 细含义在本文的描述的相关部分中说明。

此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含 的意义来理解本发明。

图2为转子轴向最大窜动量测量原理示意图。图3为本发明转子轴向最大 窜动量的测量装置的转子轴向窜动量测量示意图。

如图2和图3所示，本发明提供了一种转子轴向最大窜动量的测量装置， 其包括发动机静子组件10、发动机转子组件20、吊具100、表架200、位移传 感器300、载荷显示仪400和载荷施加装置500，将表架200固定在发动机静 子组件10上，位移传感器300安装在表架200上，吊具100连接在发动机转 子组件20上，载荷显示仪400安装在吊具100上，载荷施加装置500安装在 载荷显示仪400上，沿发动机轴线施加拉力。

优选地，将载荷显示仪400连接吊具100和载荷施加装置500，显示载荷 施加装置500沿发动机轴线施加的载荷。

进一步地，位移传感器300的测量杆与发动机转子组件20的一端面垂直接 触，测量发动转子组件20相对发动机静子组件10的窜动量。

此处发动机静子组件20安装在刚性座600上，可固定表架200。刚性座600 的刚度大，连接发动机静子组件10，限制其轴向移动。

发动机静子组件10和发动机转子组件20的一端通过发动机球轴承21连接， 发动机静子组件10和发动机转子组件20的另一端通过发动机棒轴承22连接。 发动机转子组件20通过发动机球轴承21和发动机棒轴承22支承，发动机球 轴承21具有止推功能，发动机棒轴承22能够保证发动机静子组件10、发动机 转子组件20与发动机轴向重合。

根据上述结构描述，本发明还提供了一种转子轴向最大窜动量的测量方法， 其采用如上所述的转子轴向最大窜动量的测量装置，所述转子轴向最大窜动量 的测量方法通过固定静子组件，对转子组件施加轴向载荷，测量转子组件相对 静子组件的变化量；当载荷不小于阀值时，转子组件相对静子组件的变化量 的增量与载荷增量成正比，按相同增量逐次施加轴向载荷；当转子组件相对静 子组件的变化量的增量连续三次不变化时，则测量得到转子轴向最大窜动量。

优选地，测量转子轴向窜动量可通过固定静子组件，对转子组件施加轴向 载荷P，测量转子组件相对静子组件的变化量δ₃。

所述转子组件相对所述静子组件的变化量等于转子轴向窜动量与所述轴向 载荷引起的所述转子组件、所述静子组件的变形量之和，即

δ₃＝δ₀+δ₁+δ₂ (公式1)

其中，δ₁表示轴向载荷P引起的转子组件的变形量；δ₂表示轴向载荷P引 起的静子组件的变形量；δ₀表示转子轴向窜动量；δ₃表示转子组件相对静子组 件的变化量。

δ₁表示轴向载荷P引起的转子组件的变形量，计算公式为

δ₂表示轴向载荷P引起的静子组件的变形量，计算公式为

则有

δ₀＝δ₃-(k₁-k₂)P (公式4)

令参数k表示为k＝k₁-k₂ (公式5)

当发动机结构及载荷的施加位置确定时，参数k为定值。

则有

δ₀＝δ₃-kP (公式6)

转子轴向窜动量由整机装配状态下球轴承的轴向游隙引起，满足当轴向载 荷达到阀值Q时球轴承处于极限位置，对应的转子轴向窜动量为转子轴向最大 窜动量δ_0max，即

δ_0max＝ΔY(P≥Q) (公式7)

那么在不同的轴向载荷(P₁、P₂)下转子组件相对静子组件的相对变化量δ₃为

满足

若载荷(P₁、P₂)不小于阀值Q，则有

Δδ_o＝0

Δδ₃＝kΔP (公式10)

即当载荷P不小于阀值Q时，转子组件相对静子组件的变化量的增量与载 荷增量成正比。

转子轴向最大窜动量δ_0max为

δ_0max＝δ₃-(k₁-k₂)P(P≥Q) (公式11)

设计刚性座，使参数

足够小(≤0.001μm/Kg)，将发动机静子组件(球 轴承端)竖直状态安装到刚性座上，所述型号航空发动机的球轴承阀值Q约为25Kg，转子组件的自重W远大于阀值Q，可判断球轴承处于前极限位置，转 子组件的变形量δ₁约为0，静子组件的参数k₁足够大，即静子组件的变形量δ₂也 约为0，此时测量得到转子组件相对静子组件的初始距离可定为零位。

所述型号航空发动机转子组件的参数k₁约为0.07μm/Kg，转子轴向最大窜 动量的测量精度为0.01mm，选择载荷增量ΔP为30Kg，使得载荷P达到转子 自重W与球轴承阀值Q之和后，转子组件相对静子组件的变化量的增量Δδ₃为 可被位移传感器识别，又不影响转子轴向最大窜动量的精度。

因转子组件后端有棒轴承，保证载荷沿轴线向后施加，每次增加ΔP，则载 荷P可表示为

P＝iΔP(i≥1) (公式12)

转子组件相对静子组件的变化量的增量Δδ₃连续三次不变化时停止增加载 荷，可表示为

Δδ₃(m)＝Δδ₃(m+1)＝Δδ₃(m+2)＝定值(m≥1) (公式13)

且应满足

(m-1)ΔP＜(W+Q)≤mΔP (公式14)

当载荷P＝mΔP时，作用在转静子组件上的载荷为(mΔP-W)，且满足

Q≤(mΔP-W)＜2ΔP (公式15)

可判断球轴承处于后极限位置，静子组件的变形量δ₂(m)约为0，转子组件 的变形量δ₁(m)小于0.005mm，则转子轴向最大窜动量为δ_0max为

δ_0max＝δ₃(m)-δ₁(m)(i＝m) (公式16)

又因为转子组件的变形量δ₁(m)较小，不影响测量精度，故转子轴向最大窜 动量近似为

ΔY＝δ₃(m) (公式17)

进一步具体地说，本发明转子轴向最大窜动量的测量方法具体包括以下步 骤：

S₁、安装所述转子轴向最大窜动量的测量装置。

其中，所述步骤S₁中具体包括以下步骤：

S₁₁、调整发动机轴线为竖直状态；

S₁₂、连接发动机静子组件与刚性座；

S₁₃、连接吊具与发动机转子组件；

S₁₄、连接载荷显示仪与吊具；

S₁₅、连接载荷施加装置与载荷显示仪；

S₁₆、固定表架到发动机静子组件上；

S₁₇、在表架上安装位移传感器，位移传感器的测量杆竖直落在发动机转子 组件的一端面上；

S₁₈、调整载荷施加装置的轴线与发动机轴线重合。

S₂、所述载荷施加装置不施加拉力，所述载荷显示仪示数为零，所述发动 机转子组件依靠自重将发动机球轴承压到极限位置，记录此时所述位移传感器 的示数Y₀。

S₃、所述载荷施加装置沿发动机轴线第一次施加拉力，使所述载荷显示仪 示数为ΔP，记录此时所述位移传感器的示数Y₁，计算所述位移传感器示数的 变化量△Y₁＝Y₁-Y₀。

S₄、所述载荷施加装置沿发动机轴线第二次施加拉力，使所述载荷显示仪 示数为2ΔP，即所述载荷显示仪的示数变化量为ΔP，记录此时所述位移传感器 的示数Y₂，计算所述位移传感器示数的变化量△Y₂＝Y₂-Y₁。

S₅、若位移传感器的示数变化量相同，即△Y₂＝△Y₁，则转子轴向窜动量 为△Y＝Y₁-Y₀；

S₆、若位移传感器的示数变化量不相同，即△Y₂≠△Y₁，载荷施加装置继 续沿发动机轴线施加拉力，每次都使载荷显示仪的示数变化量为ΔP，记录位 移传感器的示数，并计算位移传感器的示数的变化量△Y；

S₇、设载荷施加装置沿发动机第i次施加拉力，记录位移传感器的示数Y_i， 计算位移传感器的示数的变化量ΔY_i＝Y_i-Y_i-1(i≥2)，当位移传感器的示数变 化量连续三次相同，即ΔY_i＝ΔY_i-1＝ΔY_i-2时，载荷施加装置停止施加拉力。

S₈、记录转子轴向最大窜动量△Y＝ΔY_i-2＝Y_i-2-Y₀。

本发明转子轴向最大窜动量的测量装置及其测量方法通过固定静子组件， 对转子组件施加轴向载荷，测量转子组件相对静子组件的变化量，并分析出变 化量的构成要素为转子轴向窜动量、轴向载荷引起的转子组件的变形量、轴向 载荷引起的转子组件的变形量。

依据转子轴向窜动量达到阀值不变的特性，推理得到当载荷不小于此阀值 时，转子组件相对静子组件的变化量的增量与载荷增量成正比，并以此发明了 一种测量方法，按相同增量逐次施加轴向载荷，当转子组件相对静子组件的变 化量的增量连续三次不变化时则测量得到转子轴向最大窜动量。

综上所述，本发明转子轴向最大窜动量的测量装置及其测量方法通过对发 动机结构、测量原理进行分析，能够准确测量转子轴向最大窜动量。本发明转 子轴向最大窜动量的测量装置及其测量方法具有如下诸多优势：

一、所述测量方法测量得到转子轴向窜动量准确；

二、所述转子轴向最大窜动量的测量方法中测量方法测量结果重复性好；

三、所述测量方法对设备、工装、人员要求低，容易实现；

四、所述测量方法针对相似转静子结构的转子轴向窜动量测量具有通用性。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解， 这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的 技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多 种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种转子轴向最大窜动量的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括发动机静子组件、发动机转子组件、吊具、表架、位移传感器、载荷显示仪和载荷施加装置，所述表架固定在所述发动机静子组件上，所述位移传感器安装在所述表架上，所述吊具连接在所述发动机转子组件上，所述载荷显示仪安装在所述吊具上，所述载荷施加装置安装在所述载荷显示仪上，沿发动机轴线施加拉力；

所述发动机静子组件和所述发动机转子组件的一端通过发动机球轴承连接，所述发动机静子组件和所述发动机转子组件的另一端通过发动机棒轴承连接；

所述位移传感器的测量杆与所述发动机转子组件的一端面垂直接触，测量所述发动转子组件相对所述发动机静子组件的窜动量。

2.如权利要求1所述的转子轴向最大窜动量的测量装置，其特征在于，所述载荷显示仪连接所述吊具和所述载荷施加装置，显示所述载荷施加装置沿发动机轴线施加的载荷。

3.如权利要求1所述的转子轴向最大窜动量的测量装置，其特征在于，所述发动机静子组件安装在刚性座上。

4.一种转子轴向最大窜动量的测量方法，其特征在于，所述测量方法采用如权利要求1-3任意一项所述的转子轴向最大窜动量的测量装置，所述转子轴向最大窜动量的测量方法通过固定静子组件，对转子组件施加轴向载荷，测量转子组件相对静子组件的变化量；

当载荷不小于阀值时，转子组件相对静子组件的变化量的增量与载荷增量成正比，按相同增量逐次施加轴向载荷；当转子组件相对静子组件的变化量的增量连续三次不变化时，则测量得到转子轴向最大窜动量。

5.如权利要求4所述的转子轴向最大窜动量的测量方法，其特征在于，所述转子组件相对所述静子组件的变化量等于转子轴向窜动量与所述轴向载荷引起的所述转子组件、所述静子组件的变形量之和，即δ₃＝δ₀+δ₁+δ₂；

其中，δ₁表示轴向载荷P引起的转子组件的变形量；δ₂表示轴向载荷P引起的静子组件的变形量；δ₀表示转子轴向窜动量；δ₃表示转子组件相对静子组件的变化量。

6.如权利要求5所述的转子轴向最大窜动量的测量方法，其特征在于，当轴向载荷达到阀值Q时，发动机球轴承处于极限位置，对应的所述转子轴向窜动量为转子轴向最大窜动量δ_0max，即δ_0max＝ΔY(P≥Q)。

7.如权利要求5所述的转子轴向最大窜动量的测量方法，其特征在于，当轴向载荷大于等于阀值Q时，所述转子组件相对所述静子组件的变化量的增量与载荷增量成正比；

转子轴向最大窜动量δ_0max为δ_0max＝δ₃-(k₁-k₂)×P〔P≥Q)。

8.如权利要求4所述的转子轴向最大窜动量的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括以下步骤：

S₁、安装所述转子轴向最大窜动量的测量装置；

S₂、所述载荷施加装置不施加拉力，所述载荷显示仪示数为零，所述发动机转子组件依靠自重将发动机球轴承压到极限位置，记录此时所述位移传感器的示数Y₀；

S₃、所述载荷施加装置沿发动机轴线第一次施加拉力，使所述载荷显示仪示数为ΔP，记录此时所述位移传感器的示数Y₁，计算所述位移传感器示数的变化量ΔY₁＝Y₁-Y₀；

S₄、所述载荷施加装置沿发动机轴线第二次施加拉力，使所述载荷显示仪示数为2ΔF，即所述载荷显示仪的示数变化量为ΔP，记录此时所述位移传感器的示数Y₂，计算所述位移传感器示数的变化量ΔY₂＝Y₂-Y₁。

9.如权利要求8所述的转子轴向最大窜动量的测量方法，其特征在于，所述步骤S₁中具体包括以下步骤：

S₁₁、调整发动机轴线为竖直状态；

S₁₂、连接发动机静子组件与刚性座；

S₁₃、连接吊具与发动机转子组件；

S₁₄、连接载荷显示仪与吊具；

S₁₅、连接载荷施加装置与载荷显示仪；

S₁₆、固定表架到发动机静子组件上；

S₁₇、在表架上安装位移传感器，位移传感器的测量杆竖直落在发动机转子组件的一端面上；S₁₈、调整载荷施加装置的轴线与发动机轴线重合。

10.如权利要求9所述的转子轴向最大窜动量的测量方法，其特征在于，所述测量方法还包括以下步骤：

S₅、若位移传感器的示数变化量相同，即ΔY₂＝ΔY₁，则转子轴向窜动量为ΔY＝Y₁-Y₀；

S₆、若位移传感器的示数变化量不相同，即ΔY₂≠ΔY₁，载荷施加装置继续沿发动机轴线施加拉力，每次都使载荷显示仪的示数变化量为ΔP，记录位移传感器的示数，并计算位移传感器的示数的变化量ΔY；

S₇、设载荷施加装置沿发动机第i次施加拉力，记录位移传感器的示数Y_i，计算位移传感器的示数的变化量ΔY_i＝Y_i-Y_i-1(i≥2)，当位移传感器的示数变化量连续三次相同，即ΔY_i＝ΔY_i-1＝ΔY_i-2时，载荷施加装置停止施加拉力；

S₈、记录转子轴向最大窜动量ΔY＝ΔY_i-2＝Y_i-2-Y₀。

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