多支承转子-轴承系统是大型旋转机械的核心部件,其轴承负荷发生变化将引起转子系统的剧烈振动,导致重大事故的发生。对多支承转子-轴承系统轴承负荷进行监测,可为机组安全运行和故障诊断提供指导,避免恶性事故的发生。本文研究的多维轴承载荷传感器是通过弹性体的变形来反映所测量的轴承载荷,因此弹性体的设计是其结构设计的核心技术,弹性体的结构直接决定了传感器的灵敏度、刚性和动态性能。针对传感器弹性体的重要性,本文应用有限元分析软件ANSYS对二维轴承载荷传感器弹性体进行了结构优化设计。首先通过静态标定数据,确定了二维传感器弹性体的力学模型;然后基于Pro/E软件对其进行了灵敏度分析,根据灵敏度分析的结果,在ANSYS中建立了二维传感器弹性体的力学模型、优化参数模型和优化数学模型。因为二维传感器是测试两个方向的轴承载荷,因此在进行结构优化时,要对两个方向分别进行优化,然后对两个方向的优化结果综合分析,得到了二维传感器的最优结构。本文设计了三维轴承载荷传感器弹性体结构,通过有限元分析,验证了此传感器结构的合理性。用Pro/E软件对三维传感器进行了灵敏度分析,确定了优化设计参数,并对三维传感器的优化方案进行了分析,针对试验台和制作工艺的特殊要求,确定了其初始设计已是最优结构。最后本文用ANSYS对二维传感器最优设计、三维传感器初始设计的输入输出关系进行了数值模拟,模拟结果说明线性度良好,可以将其用于多支承转子-轴承负荷辨识试验台。