Устройство измерения сил, воздействующих на опору ротора газотурбинного двигателя, с помощью динамического тензометрирования

Полезная модель относится к устройству измерения осевых и радиальных сил, воздействующих на подшипниковую опору качения стоечного узла газотурбинного двигателя (ГТД). Данное устройство измерения сил используется при испытаниях и может найти применение во всех узлах, в состав которых входят подшипники качения.
Известно устройство измерения осевого усилия тензометрическими кольцами («Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок» авторы А.А. Иноземцев, М.А. Нихамкин, В.Л. Сандрацкий. – М.: машиностроение, 2008. – Т. 1. – 201 с.) располагаемыми с обоих торцов подшипника качения. Тензометрические кольца представляют собой плоские упругие кольца с упорными площадками. На плоских поверхностях между опорными выступами устанавливаются тензорезисторы. При приложении осевого усилия на опорные выступы происходит деформация площадок с тензорезисторами с появлением сжимающих напряжений с одной стороны площадки и растягивающих – с другой. Показания статического тензометрирования по указанным деформациям тензометрических колец градуируют на технологической установке.
Основным недостатком применяемого устройства является необходимость использования технологической опоры в двигателе, в которой следует установить тензометрические кольца, что значительно увеличивает массу опоры, и дает возможность измерения только осевой силы.
Также известно устройство измерения сил, воздействующих на опору (авторское свидетельство №212594, опубл. 29.11.1968, бюл.№9, МПК G01M13/04) содержащее подшипник качения с тензодатчиками, установленными на посадочной поверхности неподвижного кольца подшипника. Основным недостатком данного устройства является возможность измерения только радиальных нагрузок, и расположение тензорезисторов только на наружном неподвижном кольце.
Наиболее близким к данному техническому решению является способ измерения сил, действующих на опору ротора ГТД, где тензодатчики устанавливают на наклонные к оси вращения подшипника участки наружной посадочной поверхности неподвижного кольца подшипника (патент №2673503, МПК G01L 1//22, опубл. 27.11.2018 Бюл. №33). Недостатком данного технического решения является погрешность измерения, возникающая в результате недостаточной оценки величины динамических напряжений, когда необходимо проводить исследования по условиям работы вращающегося кольца, если отказы подшипника начинаются с него.
Техническим результатом, на достижение которого направлено данное техническое решение, является повышение надежности и точности измерения как радиальной, так и осевой сил, воздействующих на опору ротора.
Технический результат достигается тем, что в устройстве измерения сил, воздействующих на опору ротора ГТД, с помощью динамического тензометрирования, содержащем подшипник качения с тензодатчиками, которые расположены на наклонных к оси вращения участках посадочной поверхности неподвижного кольца подшипника, при этом для тензодатчиков выполняется градуировка усилий, в отличие от известного на посадочной поверхности вращающегося кольца подшипника выполнены  наклонные к оси вращения участки, на которые дополнительно наклеены тензодатчики, причем, наклонные к оси вращения участки посадочной поверхности вращающегося кольца подшипника расположены в направлении касательной к дорожке качения, проходящей в плоскости, параллельной плоскости с дорожкой качения.
На фигуре показан пример схемы расположения тензодатчиков, установленных на кольцах подшипника качения.
Устройство измерения сил воздействующих на опору ротора содержит (фиг.) подшипник качения, с неподвижным 1 и подвижным 2 кольцами вращения. Для измерения осевого усилия на стоечный узел в обе стороны,  тензорезисторы следует размещать на участках, выполненных под углом с обоих торцов колец подшипника качения. Следовательно, на посадочной поверхности неподвижного кольца 1 с его обоих торцов выполнены наклоненные к оси вращения участки  3 и 4, расположенные на встречу друг к другу, на которых расположены тензодатчики 5. Также на посадочной поверхности подвижного кольца 2 с его обоих торцов 6 и 7 выполняются наклоненные к оси вращения участки, расположенные на встречу друг к другу, и на которые наклеиваются тензодатчики 5. При этом наклонные к оси вращения участки посадочной поверхности подвижного кольца 2 подшипника расположены в направлении касательной к дорожке качения, проходящей в плоскости, параллельной плоскости с дорожкой качения.
Наклоненные участки неподвижного кольца 1 и подвижного кольца 2, на которые устанавливаются, для измерения деформации колец подшипника тензодатчики 5, размещаются в зоне наибольших расчетных напряжений, определенных на основании 3D математического моделирования напряженно-деформированного состояния колец подшипника. Толщина наклонных участков от наружной поверхности до дорожек качения должна находиться в диапазоне чувствительности тензодатчиков и не приводить к недопустимым деформациям колец при прилагаемых в работе воздействиях.
Величины измеряемых нагрузок определяются по записям на контрольно-измерительную аппаратуру величины динамических напряжений, измеренных тензодатчиками 5.
Таким образом, благодаря тому, что тензодатчики расположены на наклонных участках неподвижного и подвижного колец подшипника, данное техническое решение позволяет повысить надежность и точность измерения радиальной и осевой сил, воздействующих на опору ротора ГТД.