CN111982369A - 输出轴测扭方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种输出轴测扭方法，包括以下步骤：将扭矩测量装置安装于发动机机匣上；根据发动机机匣上布置扭矩测量机构的位置将输出轴分为前输出轴和后输出轴，且前输出轴和后输出轴均为空心轴结构；将基准轴的固定端从前输出轴的连接端伸入前输出轴内并固定，而基准轴的自由端则位于前输出轴的连接端外，通过将后输出轴的连接端与前输出轴的连接端相连接，使前输出轴和后输出轴的连接处之间构成沿径向布设的间隙槽，且基准轴的自由端从间隙槽伸出，以与扭矩测量装置相匹配；将后输出轴与动力涡轮转子连接，将前输出轴与传动***连接，通过扭矩测量装置测得输出轴与基准轴之间的相对扭转角度，进而确定输出轴的输出扭矩和输出功率。

Description

输出轴测扭方法
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，特别地，涉及一种输出轴测扭方法。
背景技术
对于航空发动机中，特别是涡轴发动机，输出功率是其基本性能参数，但是在工作状态下通常不能直接测出输出功率，而是在发动机内部设置扭矩测量装置，以测量发动机实时、真实的输出扭矩，再结合扭转角，就可得出实时的输出功率。目前常用的测扭方式是采用基准轴和输出轴组合测扭，基准轴的固定端伸入输出轴内并固定于输出轴的第一端，基准轴的自由端则位于输出轴的第二端外，扭矩测量机构安装于发动机机匣上并位于基准轴的自由端的一侧，工作时，输出轴因为需要传递功率，自身发生扭转，而基准轴不会出现自身扭转，通过扭矩测量机构测得基准轴的自由端与输出轴之间的相对扭转角度，再结合其他数据就可以计算出输出轴的扭矩。但现有的有些发动机因为结构限制，若基准轴的自由端布置于输出轴的第二端外，基准轴的自由端一侧无法布置扭矩测量机构。
发明内容
本发明提供了一种输出轴测扭方法，以解决现有的基准轴的自由端布置于输出轴的第二端外而无法布置扭矩测量机构的技术问题。
根据本发明的一个方面，提供一种输出轴测扭方法，用于测量发动机输出轴的输出扭矩和输出功率，具体包括以下步骤：将扭矩测量装置安装于发动机机匣上；根据发动机机匣上布置扭矩测量机构的位置将输出轴分为前输出轴和后输出轴，且前输出轴和后输出轴均为空心轴结构；将基准轴的固定端从前输出轴的连接端伸入前输出轴内并固定，而基准轴的自由端则位于前输出轴的连接端外，通过将后输出轴的连接端与前输出轴的连接端相连接，使前输出轴和后输出轴的连接处之间构成沿径向布设的间隙槽，且基准轴的自由端从间隙槽伸出，以与扭矩测量装置相匹配；将后输出轴与动力涡轮转子连接，将前输出轴与传动***连接，通过动力涡轮转子带动输出轴转动，使输出轴与基准轴之间发生相对扭转，进而通过扭矩测量装置测得输出轴与基准轴之间的相对扭转角度，进而根据输出轴与基准轴之间的相对扭转角度确定输出轴的输出扭矩和输出功率。
进一步地，前输出轴与后输出轴的连接处沿径向设有第一测扭齿，基准轴的自由端设有用于从间隙槽伸出的第二测扭齿，通过扭矩测量装置测得第一测扭齿和第二测扭齿之间的相对位置变化，从而测得输出轴与基准轴之间的相对扭转角度。
进一步地，多个间隙槽沿输出轴的周向等距排布，第一测扭齿、间隙槽以及第二测扭齿三者一一对应布设。
进一步地，前输出轴的连接端设有前安装盘，后输出轴的连接端设有后安装盘，多个第一测扭齿沿周向均匀布设于前安装盘和/或后安装盘上；通过连接件将前安装盘与后安装盘连接，以使前安装盘与后安装盘之间形成用于安装基准轴的自由端的安装腔，且相邻的两个第一测扭齿之间形成间隙槽。
进一步地，扭矩测量装置采用扭矩传感器，第一测扭齿和第二测扭齿均采用励磁齿。
进一步地，测得输出轴与基准轴之间的相对扭转角度，具体包括以下步骤：记录第一测扭齿和第二测扭齿之间的角度为安装初始角；通过动力涡轮转子带动输出轴和基准轴转动，使第一测扭齿和第二测扭齿经过扭矩传感器12时切割磁力线而产生感生电势，根据第一测扭齿经过时产生电势的周期与第二测扭齿经过时产生电势的周期之间的时间间隔，测得输出轴和基准轴转动过程中的第一测扭齿和第二测扭齿之间的角度，输出轴和基准轴转动过程中的第一测扭齿和第二测扭齿之间的角度；输出轴和基准轴转动过程中的第一测扭齿和第二测扭齿之间的角度与安装初始角之间的偏差角度即为转动过程中基准轴与输出轴之间产生的相对扭转角度。
进一步地，基准轴的固定端和前输出轴上沿径向开设有相匹配的定位孔，通过连接件与定位孔过盈配合，以将基准轴的固定端与前输出轴固定连接。
进一步地，前输出轴上设有第一安装边，通过第一压紧螺母将第一轴承的内圈沿轴向压紧固定于第一安装边上，第一轴承的外圈固定于发动机机匣上。
进一步地，后输出轴上设有第二安装边，通过第二压紧螺母将第二轴承的内圈沿轴向压紧固定于第二安装边上，第二轴承的外圈固定于发动机机匣上。
进一步地，前输出轴通过花键结构传动***连接，后输出轴通过法兰盘与动力涡轮转子连接。
本发明具有以下有益效果：
本发明的输出轴测扭方法，根据发动机机匣上布置扭矩测量机构的位置将输出轴分为前输出轴和后输出轴，且前输出轴和后输出轴均为空心轴结构，将基准轴的固定端从前输出轴的连接端伸入前输出轴内并固定，而基准轴的自由端则位于前输出轴的连接端外，通过将后输出轴的连接端与前输出轴的连接端相连接，使前输出轴和后输出轴的连接处之间构成沿径向布设间隙槽，且基准轴的自由端从伸出与扭矩测量装置相匹配，从而通过动力涡轮转子带动输出轴转动，使输出轴与基准轴之间发生相对扭转，通过扭矩测量装置测得输出轴与基准轴之间的相对扭转角度，进而根据输出轴与基准轴之间的相对扭转角度确定输出轴的输出扭矩和输出功率。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的输出轴测扭结构的结构示意图；
图2是本发明优选实施例的扭矩传感器的结构示意图。
图例说明：
1、前输出轴；2、后输出轴；3、基准轴；4、第一测扭齿；5、第二测扭齿；6、间隙槽；7、固定销；8、第一轴承；9、第二轴承；10、花键结构；11、法兰盘；12、扭矩传感器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
图1是本发明优选实施例的输出轴测扭结构的结构示意图；图2是本发明优选实施例的扭矩传感器的结构示意图。
如图1所示，本实施例的输出轴测扭结构，用于测量发动机输出轴的输出扭矩和输出功率，具体包括以下步骤：将扭矩测量装置安装于发动机机匣上；根据发动机机匣上布置扭矩测量机构的位置将输出轴分为前输出轴1和后输出轴2，且前输出轴1和后输出轴2均为空心轴结构；将基准轴3的固定端从前输出轴1的连接端伸入前输出轴1内并固定，而基准轴3的自由端则位于前输出轴1的连接端外，通过将后输出轴2的连接端与前输出轴1的连接端相连接，使前输出轴1和后输出轴2的连接处之间构成沿径向布设的间隙槽6，且基准轴3的自由端从间隙槽6伸出，以与扭矩测量装置相匹配；将后输出轴2与动力涡轮转子连接，将前输出轴1与传动***连接，通过动力涡轮转子带动输出轴转动，使输出轴与基准轴3之间发生相对扭转，通过扭矩测量装置测得输出轴与基准轴3之间的相对扭转角度，进而根据输出轴与基准轴3之间的相对扭转角度确定输出轴的输出扭矩和输出功率。本发明的输出轴测扭方法，根据发动机机匣上布置扭矩测量机构的位置将输出轴分为前输出轴1和后输出轴2，且前输出轴1和后输出轴2均为空心轴结构，将基准轴3的固定端从前输出轴1的连接端伸入前输出轴1内并固定，而基准轴3的自由端则位于前输出轴1的连接端外，通过将后输出轴2的连接端与前输出轴1的连接端相连接，使前输出轴1和后输出轴2的连接处之间构成沿径向布设间隙槽6，且基准轴3的自由端从伸出与扭矩测量装置相匹配，从而通过动力涡轮转子带动输出轴转动，使输出轴与基准轴3之间发生相对扭转，通过扭矩测量装置测得输出轴与基准轴3之间的相对扭转角度，进而根据输出轴与基准轴3之间的相对扭转角度确定输出轴的输出扭矩和输出功率。
如图1所示，前输出轴1与后输出轴2的连接处沿径向设有第一测扭齿4，基准轴3的自由端设有用于从间隙槽6伸出的第二测扭齿5，通过扭矩测量装置测得第一测扭齿4和第二测扭齿5之间的相对位置变化，从而测得输出轴与基准轴3之间的相对扭转角度。
如图1所示，多个间隙槽6沿周向等距分布，第一测扭齿4、间隙槽6以及第二测扭齿5三者一一对应布设。前输出轴1的连接端设有前安装盘，后输出轴2的连接端设有后安装盘，多个第一测扭齿4沿周向均匀布设于前安装盘和/或后安装盘上；通过连接件将前安装盘与后安装盘连接，使前安装盘与后安装盘之间形成用于安装基准轴3的自由端的安装腔，且相邻的两个第一测扭齿4之间形成间隙槽6，以使基准轴3的自由端从间隙槽6伸出。间隙槽6的径向截面形状为扇形。可选地，第一测扭齿4、间隙槽6以及第二测扭齿5均设有两个、三个或四个。可选地，第一测扭齿4和第二测扭齿5的径向截面形状为扇形或矩形。间隙槽6的弧度大于基准轴3的最大扭转角度。
如图2所示，扭矩测量装置采用扭矩传感器12，第一测扭齿4和第二测扭齿5均采用励磁齿。扭矩传感器12是一种高速磁电传感器，当输出轴和基准轴3转动前，第一测扭齿4和第二测扭齿5之间的角度为安装初始角，当动力涡轮转子带动输出轴和基准轴3转动时，第一测扭齿4和第二测扭齿5经过扭矩传感器12时切割磁力线而产生感生电势，根据第一测扭齿4经过时产生电势的周期与第二测扭齿5经过时产生电势的周期之间的时间间隔，测得输出轴和基准轴3转动过程中的第一测扭齿4和第二测扭齿5之间的角度，输出轴和基准轴3转动过程中的第一测扭齿4和第二测扭齿5之间的角度与安装初始角之间的偏差角度便是转动过程中基准轴3与输出轴之间产生的相对扭转角度，进而根据输出轴与基准轴3之间的相对扭转角度确定输出轴的输出扭矩和输出功率。在本实施例中，两个第一测扭齿4呈180度布设，两个第二测扭齿5呈180度布设，安装初始角为90度。在本实施例中，扭矩传感器12位于第一测扭齿4和第二测扭齿5的上方。
如图1所示，基准轴3的固定端和前输出轴1上沿径向开设有相匹配的定位孔，通过连接件与定位孔过盈配合，以将基准轴3的固定端与前输出轴1固定连接。在本实施例中，通过一个或多个固定销7将基准轴3的固定端与前输出轴1固定连接。
如图1所示，前输出轴1安装有第一轴承8，前输出轴1上设有第一安装边，通过第一压紧螺母将第一轴承8的内圈沿轴向压紧固定于第一安装边上，第一轴承8的外圈固定于发动机机匣上。后输出轴2安装有第二轴承9，后输出轴2上设有第二安装边，通过第二压紧螺母将第二轴承9的内圈沿轴向压紧固定于第二安装边上，第二轴承9的外圈固定于发动机机匣上。在本实施例中，第一轴承8为滚棒轴承。第二轴承9为滚子轴承。可选地，前输出轴1通过多个第一轴承8安装于发动机机匣上。后输出轴2通过多个第二轴承9安装于发动机机匣上。
如图1所示，前输出轴1通过花键结构10传动***连接，后输出轴2通过法兰盘11与动力涡轮转子连接。法兰盘11位于第一轴承8与第二轴承9之间。可选地，前输出轴1上设有膜盘结构，通过膜盘结构将前输出轴1与传动***连接。可选地，后输出轴2上设有花键结构10，通过花键结构10将后输出轴2与动力涡轮转子连接。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种输出轴测扭方法，用于测量发动机输出轴的输出扭矩和输出功率，其特征在于，具体包括以下步骤：
将扭矩测量装置安装于发动机机匣上；
根据发动机机匣上布置扭矩测量机构的位置将输出轴分为前输出轴(1)和后输出轴(2)，且前输出轴(1)和后输出轴(2)均为空心轴结构；
将基准轴(3)的固定端从前输出轴(1)的连接端伸入前输出轴(1)内并固定，而基准轴(3)的自由端则位于前输出轴(1)的连接端外，通过将后输出轴(2)的连接端与前输出轴(1)的连接端相连接，使前输出轴(1)和后输出轴(2)的连接处之间构成沿径向布设的间隙槽(6)，且基准轴(3)的自由端从间隙槽(6)伸出，以与扭矩测量装置相匹配；
将后输出轴(2)与动力涡轮转子连接，将前输出轴(1)与传动***连接，通过动力涡轮转子带动输出轴转动，使输出轴与基准轴(3)之间发生相对扭转，通过扭矩测量装置测得输出轴与基准轴(3)之间的相对扭转角度，进而根据输出轴与基准轴(3)之间的相对扭转角度确定输出轴的输出扭矩和输出功率。
2.根据权利要求1所述的输出轴测扭方法，其特征在于，
前输出轴(1)与后输出轴(2)的连接处沿径向设有第一测扭齿(4)，基准轴(3)的自由端设有用于从间隙槽(6)伸出的第二测扭齿(5)，
通过扭矩测量装置测得第一测扭齿(4)和第二测扭齿(5)之间的相对位置变化，从而测得输出轴与基准轴(3)之间的相对扭转角度。
3.根据权利要求2所述的输出轴测扭方法，其特征在于，
多个间隙槽(6)沿输出轴的周向等距排布，第一测扭齿(4)、间隙槽(6)以及第二测扭齿(5)三者一一对应布设。
4.根据权利要求2所述的输出轴测扭方法，其特征在于，
前输出轴(1)的连接端设有前安装盘，后输出轴(2)的连接端设有后安装盘，多个第一测扭齿(4)沿周向均匀布设于前安装盘和/或后安装盘上；
通过连接件将前安装盘与后安装盘连接，以使前安装盘与后安装盘之间形成用于安装基准轴(3)的自由端的安装腔，且相邻的两个第一测扭齿(4)之间形成间隙槽(6)。
5.根据权利要求2所述的输出轴测扭方法，其特征在于，
扭矩测量装置采用扭矩传感器(12)，第一测扭齿(4)和第二测扭齿(5)均采用励磁齿。
6.根据权利要求5所述的输出轴测扭方法，其特征在于，测得输出轴与基准轴(3)之间的相对扭转角度，具体包括以下步骤：
记录第一测扭齿(4)和第二测扭齿(5)之间的角度为安装初始角；
通过动力涡轮转子带动输出轴和基准轴(3)转动，使第一测扭齿(4)和第二测扭齿(5)经过扭矩传感器12时切割磁力线而产生感生电势，根据第一测扭齿(4)经过时产生电势的周期与第二测扭齿(5)经过时产生电势的周期之间的时间间隔，测得输出轴和基准轴(3)转动过程中的第一测扭齿(4)和第二测扭齿(5)之间的角度，输出轴和基准轴(3)转动过程中的第一测扭齿(4)和第二测扭齿(5)之间的角度；
输出轴和基准轴(3)转动过程中的第一测扭齿(4)和第二测扭齿(5)之间的角度与安装初始角之间的偏差角度即为转动过程中基准轴(3)与输出轴之间产生的相对扭转角度。
7.根据权利要求1所述的输出轴测扭方法，其特征在于，
基准轴(3)的固定端和前输出轴(1)上沿径向开设有相匹配的定位孔，通过连接件与定位孔过盈配合，以将基准轴(3)的固定端与前输出轴(1)固定连接。
8.根据权利要求1所述的输出轴测扭方法，其特征在于，
前输出轴(1)上设有第一安装边，通过第一压紧螺母将第一轴承(8)的内圈沿轴向压紧固定于第一安装边上，第一轴承(8)的外圈固定于发动机机匣上。
9.根据权利要求1所述的输出轴测扭方法，其特征在于，
后输出轴(2)上设有第二安装边，通过第二压紧螺母将第二轴承(9)的内圈沿轴向压紧固定于第二安装边上，第二轴承(9)的外圈固定于发动机机匣上。
10.根据权利要求1所述的输出轴测扭方法，其特征在于，
前输出轴(1)通过花键结构(10)传动***连接，后输出轴(2)通过法兰盘(11)与动力涡轮转子连接。
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