[發明專利]一種高速圓柱滾子軸承及其一體化監測裝置

有效

• 申請號: 201410238363.9
• 申請日: 2014-05-28
• 公開（公告）號: CN103986370A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 闞君武;張肖逸;王淑云;曾平;劉殿龍
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18;F16C41/00;G01M13/04
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 魏征驥

技術領域

本發明屬于滾動軸承及其監測技術領域，具體涉及一種高速圓柱滾子軸承及其一體化監測裝置。

背景技術

軸承是一種典型的機械基礎件，在機械、車輛、航空航天、輪船及能源等領域都有著極其廣泛的應用；然而，軸承也是轉動機器中最易損壞的零件之一，旋轉機械故障的30％是由軸承失效所引發的。因此，軸承的狀態監測與早期故障診斷已引起人們的高度重視。軸承狀態的在線監測已經逐步成為大型發電機、輪船、高鐵以及航空器等領域不可或缺的技術，所需監測的指標包括諸如溫度、振動、轉速及噪音等。早期的軸承監測系統主要是外掛式的，其弊端之一是傳感器與信號源間的距離較遠，屬于非接觸的間接測量，故誤差較大。近年來，人們又相繼提出了不同形式的嵌入式監測系統，這種方法可解決測量精度及準確性問題，但需要改變相關設備的結構或其完整性，以便安裝傳感監測系統，這不但容易引起設備零部件的應力集中等問題，在一些結構復雜或空間有限的設備上也是無法實現的；最為關鍵的是，當監測系統需要隨軸承內圈或外圈一起轉動時，不便通過電線供電，而采用電池供電使用時間很短。因此，目前的軸承監測系統基本上還都是非實時的、間接的非接觸測量，難以及時準確地獲得軸承的運行狀態。

為解決軸承等旋轉監測系統的供電問題，人們提出了多種形式的旋轉式壓電懸臂梁發電裝置，其原理是直接利用軸與軸承座之間的相對轉動通過磁勵耦合的方式激勵壓電振子振動發電，這種工作模式發電機的最大弊端是僅適用于較低轉速的情況；當轉速較高時，旋轉磁鐵與壓電振子端部磁鐵間重疊時間極短，壓電振子難以獲得足夠的動能使其產生振動并發電。

發明內容

本發明提供一種高速圓柱滾子軸承及其一體化監測裝置，以解決現有軸承監測系統以及相關壓電發電裝置在實際應用中所存在的當轉速較高時，旋轉磁鐵與壓電振子端部磁鐵間重疊時間極短，壓電振子難以獲得足夠的動能使其產生振動并發電問題。

本發明采用的技術方案是：內圈與外圈一側對齊安裝，內圈比外圈窄，非對齊一側的內圈端面通過螺釘固定有動盤，動盤的端面凸緣與內圈端面之間壓接有由金屬片一和壓電片一粘接而成的懸臂梁型壓電振子一，該壓電振子一的自由端通過螺釘固定有磁鐵一，磁鐵一套接在動盤底壁上的導向孔內；動盤底壁上的沉孔一的底部安裝有內圈振動傳感器和噪聲傳感器，所述沉孔一處通過螺釘安裝有電路板一；外圈端面通過螺釘固定有定盤，定盤的端面凸緣與外圈端面之間壓接有由金屬片二和壓電片二粘接而成的懸臂梁型壓電振子二，該壓電振子二的自由端通過螺釘固定有磁鐵三，磁鐵三套接在定盤底壁上的導向孔內；定盤底壁上的沉孔二的底部安裝有外圈振動傳感器和轉速傳感器，所述沉孔二處通過螺釘安裝有電路板二；激勵盤的端面凸緣與保持架一及保持架二通過鉚釘鉚接，激勵盤的端面凸緣外表面與外圈內表面間設有限位滾珠，該限位滾珠安裝在激勵盤的端面凸緣外表面上的球面沉孔內、且可沿外圈內孔上的滾道滾動；激勵盤底壁上設有安裝磁鐵二的盲孔和用于轉速測量的通孔；磁鐵一、磁鐵二及磁鐵三的半徑相等、且其中心距內圈中心的距離相等；溫度傳感器安裝在轉動軸Z上，所述溫度傳感器、內圈振動傳感器、噪聲傳感器及所述壓電振子一分別通過不同的導線組與電路板連接；所述外圈振動傳感器和轉速傳感器及所述壓電振子二分別通過不同的導線組與電路板二連接。

本發明一種實施方式是，壓電振子一和壓電振子二的工作部分為等腰梯形，且等腰梯形斜邊延長線相交于其上磁鐵的中心、斜邊間的夾角為其中R0為外圈或內圈的外表面半徑、r₀為各磁鐵中心距內圈中心的距離，m為壓電振子的數量。

本發明一種實施方式是，磁鐵一C1、磁鐵二C2及磁鐵三C3的同性磁極靠近安裝，磁鐵二C2與磁鐵一C1和磁鐵三C3相互作用時應使壓電片僅承受壓應力，且磁鐵二C2的數量n、半徑r以及其中心距內圈中心的距離R之間的關系為n-π2arcsin(r/R)=0.]]>