一种用于带冠涡轮叶片的力测量装置及方法

本发明属于电子测量仪器制造，具体涉及一种用于带冠涡轮叶片的力测量装置及方法。

背景技术：

1、采用摩擦减振的带冠涡轮叶片或带凸肩风扇叶片等结构，需要通过接触力测量获得接触面参数并揭示力学特性。目前的测量方案通常采用商用的多维测力元件或机械解耦测力结构。商用测力元件往往注重元件的通用性，因此对于特殊应用场景不具备适用性。

2、对于航空发动机的涡轮叶片的叶冠结构，其接触面的结构尺寸往往较小(大约在5到10mm左右)，且叶冠结构包括锯齿冠、异形冠和平行冠等多种结构，现有的多维商用测力元件无论是结构尺寸还是在安装使用上都不具备可操作性，现有的机械解耦测力结构装置尚无适用于航空发动机带冠涡轮叶片的叶冠接触面的装置，现有的装置结构复杂，测量精度低，不能适用于不同型号的带冠涡轮叶片的叶冠接触面的形状和角度，进而导致对带冠涡轮叶片的叶冠接触面的力进行测量时，摩擦片难以定位准确，测量精度无法保证。综上种种原因，航空发动机带冠涡轮叶片的接触界面接触力测量始终是干摩擦研究领域的难点。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种用于带冠涡轮叶片的力测量装置，用以解决现有技术中对带冠涡轮叶片的接触面的力测量难以定位且精度较低的问题。

2、本发明采用如下技术方案：

3、一种用于带冠涡轮叶片的力测量装置，包括安装基座和至少一个测力组件；所述测力组件位置可调地设置在所述安装基座上；

4、其中，所述安装基座包括在竖直方向延伸的安装平面；

5、所述测力组件包括第一传力结构基座、第二传力结构基座、第三传力结构基座、三个传力结构、摩擦块基座和摩擦块；其中，所述第一传力结构基座、第二传力结构基座、第三传力结构基座分别位置可调地设置在所述安装平面上，所述三个传力结构的一端分别固定连接在所述第一传力结构基座、第二传力结构基座或第三传力结构基座上，所述三个传力结构彼此正交；所述三个传力结构的另一端与所述摩擦块基座固定连接；所述摩擦块基座包括平台部，所述摩擦块固定设置在所述平台部上，且所述平台部与所述安装平面相互平行且彼此间隔开一段距离；

6、所述三个传力结构按照第一直角坐标系(x1-y1-z1)布置，三个所述传力结构分别沿着x1、y1、z1方向延伸；所述第一直角坐标系(x1-y1-z1)与以所述安装平面为y2-z2平面、所述安装平面法向为x2向的第二直角坐标系(x2-y2-z2)之间存在如下线性变换关系：

7、

8、

9、进一步地，所述安装平面上设置有第一平键槽和两个滑轨安装槽；所述第一平键槽和两个滑轨安装槽彼此平行间隔设置；所述滑轨安装槽内固定设置有滑轨；所述第一传力结构基座的底部设置有定位台，所述定位台被设置在所述第一平键槽内且可相对于所述第一平键槽往复移动；所述第二传力结构基座和第三传力结构基座的底部均设置有滑块，所述滑块一一对应的设置在所述滑轨上。

10、进一步地，所述安装平面上还设置有两组第二平键槽，所述两组第二平键槽与所述两个滑轨安装槽一一对应地设置；所述第一平键槽和所述两组第二平键槽均配套设置有第一螺纹孔；所述第二传力结构基座和第三传力结构基座的底部均设置有第三平键槽，所述力测量装置还包括平键，所述平键卡入第二平键槽和第三平键槽内；所述第一传力结构基座、第二传力结构基座和第三传力结构基座分别通过对应的第一螺纹孔被紧固件固定在所述安装平面上。

11、进一步地，所述传力结构包括顺序连接的力传感器适配块、力传感器、传力轴和连接轴；所述力传感器适配块与所述第一传力结构基座、第二传力结构基座或第三传力结构基座固定连接；所述连接轴与所述摩擦块基座固定连接。

12、进一步地，所述传力轴的横向弯曲刚度kb小于等于轴向拉压刚度kp的1％。

13、进一步地，所述摩擦块基座还包括三个支撑杆部，所述三个支撑杆部从所述摩擦块基座的边缘向外延伸，所述三个支撑杆部彼此正交且相对于所述摩擦块基座的中心周向均布。

14、进一步地，所述三个传力结构分别与所述三个支撑杆部中的一个固定连接。

15、进一步地，所述摩擦块包括摩擦块安装端和摩擦块摩擦端，所述摩擦块安装端固定设置在所述摩擦块基座的中部，所述摩擦块摩擦端具有摩擦块接触面，所述摩擦块接触面位于所述摩擦块摩擦端的侧面。

16、进一步地，所述摩擦块与所述摩擦块基座中心轴线重合，所述三个支撑杆部的中心轴线的交点位于所述摩擦块接触面上，且所述摩擦块接触面与水平面之间具有一夹角α，以摩擦块接触面所在的平面为x3-y3平面，以垂直于摩擦块接触面的方向为z3的方向构建第三坐标系x3-y3-z3，其与第二坐标系之间存在如下线性变换关系：

17、

18、另一方面，本发明还涉及一种用于带冠涡轮叶片的力测量方法，使用根据前文所述的一种用于带冠涡轮叶片的力测量装置

19、本发明至少具有如下有益效果之一：

20、(1)本发明通过三向正交的传力结构伸出摩擦块基座，并将摩擦块作为摩擦副静件安装于摩擦块基座上保证可达性，可用于航空发动机带冠涡轮叶片的叶冠接触面等小尺寸接触面的接触力测量，具体的，摩擦块作为与叶冠接触面相配合的摩擦副静件，可根据叶冠接触面尺寸和结构进行设计并安装于摩擦块基座上，由于摩擦块所处位置位于三向正交传力结构伸出末端，因此摩擦块所在位置结构尺寸仅取决于摩擦块自身，且与叶冠结构之间不存在干涉。

21、(2)本发明通过使测力组件位置可调地设置在安装基座的安装平面上，使得测力时可根据摩擦块与叶冠接触面相互之间的压力来调整测力组件的位置，使得摩擦块定位精准，测量过程不受安装误差的影响，提高了测量精度。

22、(3)本发明采用第一坐标系布置传力结构，采用第三坐标系测量接触力，避免接触力水平对接触力测量误差的影响，使得测力误差仅与传力轴的解耦度有关，第三坐标系与第二坐标系之间的夹角可满足具有不同角度的带冠涡轮叶片接触面的测量需求。

23、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

技术特征：

1.一种用于带冠涡轮叶片的力测量装置，其特征在于，包括安装基座和至少一个测力组件；所述测力组件位置可调地设置在所述安装基座上；

2.根据权利要求1所述的一种用于带冠涡轮叶片的力测量装置，其特征在于，所述安装平面上设置有第一平键槽和两个滑轨安装槽；所述第一平键槽和两个滑轨安装槽彼此平行间隔设置；所述滑轨安装槽内固定设置有滑轨；所述第一传力结构基座的底部设置有定位台，所述定位台被设置在所述第一平键槽内且可相对于所述第一平键槽往复移动；所述第二传力结构基座和第三传力结构基座的底部均设置有滑块，所述滑块一一对应的设置在所述滑轨上。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于带冠涡轮叶片的力测量装置，其特征在于，所述安装平面上还设置有两组第二平键槽，所述两组第二平键槽与所述两个滑轨安装槽一一对应地设置；所述第一平键槽和所述两组第二平键槽均配套设置有第一螺纹孔；所述第二传力结构基座和第三传力结构基座的底部均设置有第三平键槽，所述力测量装置还包括平键，所述平键卡入第二平键槽和第三平键槽内；所述第一传力结构基座、第二传力结构基座和第三传力结构基座分别通过对应的第一螺纹孔被紧固件固定在所述安装平面上。

4.根据权利要求1所述的一种用于带冠涡轮叶片的力测量装置，其特征在于，所述传力结构包括顺序连接的力传感器适配块、力传感器、传力轴和连接轴；所述力传感器适配块与所述第一传力结构基座、第二传力结构基座或第三传力结构基座固定连接；所述连接轴与所述摩擦块基座固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种用于带冠涡轮叶片的力测量装置，其特征在于，所述传力轴的横向弯曲刚度kb小于等于轴向拉压刚度kp的1％。

6.根据权利要求1所述的一种用于带冠涡轮叶片的力测量装置，其特征在于，所述摩擦块基座还包括三个支撑杆部，所述三个支撑杆部从所述摩擦块基座的边缘向外延伸，所述三个支撑杆部彼此正交且相对于所述摩擦块基座的中心周向均布。

7.根据权利要求6所述的一种用于带冠涡轮叶片的力测量装置，其特征在于，所述三个传力结构分别与所述三个支撑杆部中的一个固定连接。

8.根据权利要求1所述的一种用于带冠涡轮叶片的力测量装置，其特征在于，所述摩擦块包括摩擦块安装端和摩擦块摩擦端，所述摩擦块安装端固定设置在所述摩擦块基座的中部，所述摩擦块摩擦端具有摩擦块接触面，所述摩擦块接触面位于所述摩擦块摩擦端的侧面。

9.根据权利要求8所述的一种用于带冠涡轮叶片的力测量装置，其特征在于，所述摩擦块与所述摩擦块基座中心轴线重合，所述三个支撑杆部的中心轴线的交点位于所述摩擦块接触面上，且所述摩擦块接触面与水平面之间具有一夹角α，以摩擦块接触面所在的平面为x3-y3平面，以垂直于摩擦块接触面的方向为z3的方向构建第三坐标系x3-y3-z3，其与第二坐标系之间存在如下线性变换关系：

10.一种用于带冠涡轮叶片的力测量方法，其特征在于，使用根据权利要求1-9中任意一项所述的一种用于带冠涡轮叶片的力测量装置。

技术总结本发明涉及一种用于带冠涡轮叶片的力测量装置，属于电子测量仪器制造技术领域，解决了现有技术中对带冠涡轮叶片的接触面的力测量难以定位且精度较低的问题。本发明包括安装基座和位置可调地设置在所述安装基座上的至少一个测力组件；测力组件包括第一传力结构基座、第二传力结构基座、第三传力结构基座、三个传力结构、摩擦块基座和摩擦块；安装基座具有一个安装平面，安装平面为竖直平面；三个传力结构按第一坐标系的坐标轴方向布置，安装基座的长宽高方向构成第二坐标系，第一坐标系与第二坐标系之间存在转换关系。本发明通过特定的摩擦块与传力结构的布置方式，避免了接触力水平对接触力测量误差的影响，提高了测力组件的定位精度和力测量结果的精度。技术研发人员：张大义,孙赫,吴亚光,张启成受保护的技术使用者：北京航空航天大学技术研发日：技术公布日：2024/9/2