CN101818755B - 一体耦合式智能监测轴承 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种一体耦合式智能监测轴承，包括轴承(1)和安装在该轴承(1)上的智能监测器(2)，所述轴承(1)包括不动外圈(3)和旋转内圈(4)，在所述不动外圈(3)和旋转内圈(4)之间设置有滚珠(5)或滚柱(5’)，所述智能监测器(2)包括壳体(6)和转速码盘(7)，所述转速码盘(7)为装在壳体(6)内并与壳体(6)同轴心的圆形码盘，所述智能监测器(2)安装在所述轴承(1)的一侧，显著效果：实现在不破坏轴承结构的前提下，近距离检测轴承的故障信息，较真实的获取轴承工作的加速度、转速和温度，且不会破坏轴承的结构，不会引起轴承的应力集中问题。
Description
技术领域
本发明属于轴承，尤其涉及一种应用于轴承状态检测的新型一体耦合式智能监测轴承。
背景技术
目前的一体化智能轴承有外挂式和嵌入式两种结构形式。外挂式结合方式不破坏轴承的结构但使传统轴承的整体尺寸发生变化，同时该类结合方式的特点决定了传感组件与故障源存在一定的距离，使得其获取的信号并不能真实地反映轴承的故障信息，更不能用这种方法对轴承的故障特征做早期检测，因为采用该种结构对的轴承故障检测不能保证信号的可靠性；嵌入式结合方式很接近被测信号的发生源，信号传输的中间界面减少，采集的信号能真实地反映轴承的实际工作状况，信噪比高，但该结构破坏了轴承的完整性，且易引起应力集中等问题，因而该结构对轴承状态检测也存在一定的问题。
现有技术的缺点是：外挂式的结构传感组件与故障源存在一定的距离，获取的信号并不能真实地反映轴承的故障信息，嵌入式的结构破坏了轴承的内部结构，引起轴承的应力集中问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种获取轴承信号真实，且不破坏轴承结构的一体耦合式智能监测轴承。
为达到上述目的，本发明表述一种一体耦合式智能监测轴承，包括轴承和安装在该轴承上的智能监测器，所述轴承包括不动外圈和旋转内圈，在所述不动外圈和旋转内圈之间设置有滚珠或滚柱；其关键在于：所述智能监测器包括壳体和转速码盘，所述转速码盘为装在壳体内并与壳体同轴心的圆形码盘，所述智能监测器安装在所述轴承的一侧，其中所述转速码盘与所述轴承的旋转内圈过盈配合，所述轴承的不动外圈的对接端面设置有环槽，所述智能监测器的壳体的对接端面设置有环形凸台，所述壳体的所述环形凸台插入所述不动外圈的环槽内；
壳体通过其上的环形凸台与所述轴承的不动外圈上的环槽过盈配合，转速码盘与所述轴承的旋转内圈过盈配合，不动外圈固定，旋转内圈旋转，实现了在尽量不破坏轴承结构的前提下，近距离检测轴承的故障信息，较真实的获取轴承的工作情况，且不会破坏轴承的结构，不会引起轴承的应力集中问题。
所述壳体上内嵌有两个应变片式加速度传感装置、一个转速传感装置和一个温度传感器装置，所述两个应变片式加速度传感装置的中心线都平行于所述壳体的中心线，两者夹角呈90°，所述转速传感装置沿径向内嵌在所述壳体上，所述温度传感器装置的中心线平行于所述壳体的中心线，在所述壳体的端面上还安装有电路板，所述两个应变片式加速度传感装置、一个转速传感装置和一个温度传感器装置都经信号输出线与所述壳体端面上的电路板的接线端子连接；
所述电路板上还设置有信号采集触发电路、加速度信号放大电路、转速信号放大电路和温度信号放大电路，所述加速度信号放大电路的输入端与所述加速度传感装置的输出端连接，所述转速信号放大电路的输入端与所述转速传感装置的输出端连接，所述温度信号放大电路的输入端与所述温度传感器装置的输出端连接，所述加速度信号放大电路、转速信号放大电路和温度信号放大电路都设置有信号输出端，各信号输出端分别与所述信号采集触发电路的加速度信号输入端、转速信号输入端和温度信号输入端连接，所述信号采集触发电路的输出端输出采集到的信号，交给计算机进行处理。
两个应变片式加速度传感装置、一个转速传感装置和一个温度传感器装置均匀内嵌在壳体上，用于检测轴承工作时的振动、温度和转速情况，传感装置作为智能轴承部件的一部分，易于安装和拆卸，由于该结构靠近轴承故障源，可有效地提取轴承的低频段特征，避免了高频噪声、干扰信号的产生，大大提高了信号的可靠性和有效性，智能轴承的壳体通过过盈配合安装在轴承的端面上，减小了对轴承结构的破坏和轴承应力集中的问题。
两个应变片式加速度传感装置、一个转速传感装置和一个温度传感器装置分别把信号传输到加速度信号放大电路、转速信号放大电路和温度信号放大电路，加速度信号放大电路、转速信号放大电路和温度信号放大电路对输入的信号进行放大后，传输到信号采集触发电路，靠近转速码盘安装的转速传感装置发出脉冲信号，交给信号采集触发电路，当信号采集触发电路根据设定的脉冲计数，触发采集放大了的加速度信号和温度信号，实现了轴承多参量的同步触发采集。
每个所述应变片式加速度传感装置由四片应变片、弹性体和质量块组成，所述弹性体的底部为等腰梯形板型结构，上部为圆柱体结构，所述等腰梯形板型结构沿中心线的上部和下部分别开有第一通孔和第二通孔，所述四片应变片中的两片应变片分别布置在所述弹性体的圆柱体结构中轴面的上部和下部，所述另外两片应变片分别布置在垂直所述弹性体的圆柱体结构中轴面的左右两侧，所述四片应变片与所述等腰梯形板型结构的距离相同，所述两片应变片各引出一根导线，两根导线都穿过第一通孔后与所述电路板的第一加速信号接线端连接，另外两片应变片也都各引出一根导线，这两根导线分别穿过第二通孔后与所述电路板的第二加速信号接线端连接，所述质量块为圆柱形结构，该质量块的一个端面与所述弹性体的上部端面用固定胶固结在一起；
所述壳体内设置有沉孔，该沉孔的上部与所述等腰梯形板型结构的形状一致，厚度相同，在沉孔的上部内壁上涂上固定胶，将上端固定有质量块的弹性体装入所述沉孔中。
轴承运转时，质量块感受振动，质量块产生一正比于加速度的交变力作用在弹性体上，粘贴在弹性体上的应变片随之发生应变，从而使应变片的电阻发生变化，应变片电阻的变化引起应变片组成的桥路不平衡，应变片桥路不平衡而产生的输出电压与新型一体耦合式智能监测轴承壳体的加速度成线性关系，即可测得新型一体耦合式智能监测轴承壳体加速度的大小。则在测量过程中，应变片式加转速传感装置通过测量新型一体耦合式智能监测轴承壳体的加速度来反映轴承的振动，由于采用用四片应变片组成测量电路，通过解耦后可以测量轴承端面两个互相垂直方向上的加速度。
所述转速传感装置由磁极、电磁线圈、转速传感器外壳、永磁铁和“L”形引线组成，所述转速传感器外壳的底部为六角螺套，该转速传感器外壳下部一段为螺纹结构，所述磁极为圆柱形结构，该磁极贯穿所述转速传感器外壳的底部，所述磁极的下端伸出所述转速传感器外壳，该磁极的上端位于转速传感器外壳内，所述磁极顶端与所述永磁铁的下端连接，所述永磁铁的上端与“L”形引线的一端连接，所述电磁线圈安装在所述转速传感器外壳的内壁上，所述磁极穿过所述电磁线圈中心孔；
所述壳体内壁开有径向的转速传感装置安装沉孔，该转速传感装置安装沉孔的上部为内螺纹结构，所述转速传感器外壳通过底部的六角螺套安装在所述壳体的转速传感装置安装沉孔内，所述“L”形引线穿过所述壳体下部的“L”型通孔。
转速传感装置沿径向安装在壳体内壁，转速码盘用弱磁金属材料制作而成，转速码盘跟随轴承一起转动时，伸出的磁极部分产生磁变化，引起电磁线圈磁路的变化，线圈中的磁通发生变化，电磁线圈中感应产生幅值交变的电动势，与电磁线圈间接连接的有源放大器将微弱的感应电动势放大，从而将轴承的转速信号转变为电脉冲信号输出。
所述温度传感器装置由金属套管、电热极、绝缘材料、安装螺母和温度信号引线组成，所述金属套管和电热极都安装在所述安装螺母的底端，所述绝缘材料填充在所述金属套管和电热极之间，所述安装螺母的外壁设有外螺纹，该安装螺母上端与所述温度信号引线的一端连接；
所述壳体上设置有通孔，该通孔下部、中部和上部为三段直径不同的阶梯圆孔，所述通孔的中部内壁为内螺纹结构，所述通孔下部直径大于中部直径，中部直径大于上部直径，所述通孔的中部与所述安装螺母螺纹连接，所述温度传感器装置通过安装螺母安装在所述通孔内，所述金属套管、电热极、绝缘材料都位于通孔下部内，所述安装螺母的上端连接的温度信号引线穿出所述通孔的上部孔。
金属套管靠近轴轴承，能够迅速感知轴承的温度变化，并把温度变化通过导热性能好的绝缘材料传递给电热极，由电热极通过温度信号引线把温度信号传输到放大电路进行处理。
本发明的显著效果是：实现在不破坏轴承结构的前提下，近距离检测轴承的故障信息，较真实的获取轴承工作的加速度、转速和温度，且不会破坏轴承的结构，不会引起轴承的应力集中问题。
附图说明
图1为在滚珠轴承一侧安装有智能智能监测器2的结构示意图；
图2为在滚柱轴承一侧安装有智能智能监测器2的结构示意图；
图3为图1的左视图；
图4为图3的A-A视图；
图5为图3的B-B视图；
图6为本发明的原理框图；
图7为加速度传感装置的俯视图；
图8为图7的A-A视图；
图9为加速度传感装置与壳体的装配图；
图10为图4的A部放大图；
图11转速传感装置的六角螺套的俯视图；
图12为图5的B部放大图；
图13为在滚柱锥轴承一侧安装有智能智能监测器2的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1和2所示，一种一体耦合式智能监测轴承，包括轴承1和安装在该轴承1上的智能监测器2，所述轴承1包括不动外圈3和旋转内圈4，在所述不动外圈3和旋转内圈4之间设置有滚珠5或滚柱5’；所述智能监测器2包括壳体6和转速码盘7，所述转速码盘7为装在壳体6内并与壳体6同轴心的圆形码盘，所述智能监测器2安装在所述轴承1的一侧，其中所述转速码盘7与所述轴承1的旋转内圈4过盈配合，所述轴承1的不动外圈3的对接端面设置有环槽，所述智能监测器2的壳体6的对接端面设置有环形凸台，所述壳体6的所述环形凸台插入所述不动外圈3的环槽内；
如图3至6所示，所述壳体6上内嵌有两个应变片式加速度传感装置8、一个转速传感装置9和一个温度传感器装置10，所述两个应变片式加速度传感装置8的中心线都平行于所述壳体6的中心线，两者夹角呈90°，所述转速传感装置9沿径向内嵌在所述壳体6上，所述温度传感器装置10的中心线平行于所述壳体6的中心线，在所述壳体6的端面上还安装有电路板11，所述两个应变片式加速度传感装置8、一个转速传感装置9和一个温度传感器装置10都经信号输出线与所述壳体6端面上的电路板11的接线端子连接；
所述电路板11上还设置有信号采集触发电路12、加速度信号放大电路13、转速信号放大电路14和温度信号放大电路15，所述加速度信号放大电路13的输入端与所述加速度传感装置8的输出端连接，所述转速信号放大电路14的输入端与所述转速传感装置9的输出端连接，所述温度信号放大电路15的输入端与所述温度传感器装置10的输出端连接，所述加速度信号放大电路13、转速信号放大电路14和温度信号放大电路15都设置有信号输出端，各信号输出端分别与所述信号采集触发电路12的加速度信号输入端、转速信号输入端和温度信号输入端连接，所述信号采集触发电路12的输出端输出采集到的信号，交给计算机16进行处理。
如图7至9所示，每个所述应变片式加速度传感装置8由四片应变片17、弹性体18和质量块19组成，所述弹性体18的底部为等腰梯形板型结构20，上部为圆柱体结构，所述等腰梯形板型结构20沿中心线的上部和下部分别开有第一通孔21和第二通孔21’，所述四片应变片17中的两片应变片17分别布置在所述弹性体18的圆柱体结构中轴面的上部和下部，所述另外两片应变片17分别布置在垂直所述弹性体18的圆柱体结构中轴面的左右两侧，所述四片应变片17与所述等腰梯形板型结构20的距离相同，所述两片应变片17各引出一根导线，两根导线都穿过第一通孔21后与所述电路板11的第一加速信号接线端连接，另外两片应变片17也都各引出一根导线，这两根导线分别穿过第二通孔21’后与所述电路板11的第二加速信号接线端连接，所述质量块19为圆柱形结构，该质量块19的一个端面与所述弹性体18的上部端面用固定胶固结在一起；
所述壳体6内设置有沉孔22，该沉孔22的上部与所述等腰梯形板型结构20的形状一致，厚度相同，在沉孔22的上部内壁上涂上固定胶，将上端固定有质量块19的弹性体18装入所述沉孔22中。
如图10和11所示，所述转速传感装置9由磁极23、电磁线圈24、转速传感器外壳25、永磁铁26和“L”形引线27组成，所述转速传感器外壳25的底部为六角螺套28，该转速传感器外壳25下部一段为螺纹结构，所述磁极23为圆柱形结构，该磁极23贯穿所述转速传感器外壳25的底部，所述磁极23的下端伸出所述转速传感器外壳25，该磁极23的上端位于转速传感器外壳25内，所述磁极23顶端与所述永磁铁26的下端连接，所述永磁铁26的上端与“L”形引线27的一端连接，所述电磁线圈24安装在所述转速传感器外壳25的内壁上，所述磁极23穿过所述电磁线圈24的中心孔；
所述壳体6内壁开有径向的转速传感装置安装沉孔，该转速传感装置安装沉孔的上部为内螺纹结构，所述转速传感器外壳25通过底部的六角螺套28安装在所述壳体6的转速传感装置安装沉孔内，所述“L”形引线27穿过所述壳体6下部的“L”型通孔。
如图12所示，所述温度传感器装置10由金属套管29、电热极30、绝缘材料31、安装螺母32和温度信号引线33组成，所述金属套管29和电热极30都安装在所述安装螺母32的底端，所述绝缘材料31填充在所述金属套管29和电热极30之间，所述安装螺母32的外壁设有外螺纹，该安装螺母32上端与所述温度信号引线33的一端连接；
所述壳体6边缘设置有垂直于该壳体6径向的通孔34，该通孔34下部、中部和上部为三段直径不同的阶梯圆孔，所述通孔34的中部内壁为内螺纹结构，所述通孔34下部直径大于中部直径，中部直径大于上部直径，所述通孔34的中部与所述安装螺母32螺纹连接，所述温度传感器装置10通过安装螺母32安装在所述通孔34内，所述金属套管29、电热极30、绝缘材料31都位于通孔34下部内，所述安装螺母32的上端连接的温度信号引线33穿出所述通孔34的上部孔。
如图13，安装有智能监测器2的一体耦合式智能监测轴承，轴承由不动外圈3、圆台形旋转内圈35和滚柱36组成，所述智能监测器2包括壳体6和转速码盘7，所述转速码盘7为装在壳体6内并与壳体6同轴心的圆形码盘，所述智能监测器2安装在所述轴承1的一侧，其中所述转速码盘7与所述轴承1的旋转内圈4过盈配合，所述轴承1的不动外圈3的一侧端面上设置有凹槽，所述智能监测器2的壳体6外侧设置有一环形凸台，所述壳体6上的环形凸台与所述轴承1上设置的凹槽装配，壳体6安装在所述轴承1的不动外圈3上。
Claims (4)
1.一种一体耦合式智能监测轴承，包括轴承(1)和安装在该轴承(1)上的智能监测器(2)，所述轴承(1)包括不动外圈(3)和旋转内圈(4)，在所述不动外圈(3)和旋转内圈(4)之间设置有滚珠(5)或滚柱(5’)；其特征在于：所述智能监测器(2)包括壳体(6)和转速码盘(7)，所述转速码盘(7)为装在壳体(6)内并与壳体(6)同轴心的圆形码盘，所述智能监测器(2)安装在所述轴承(1)的一侧，其中所述转速码盘(7)与所述轴承(1)的旋转内圈(4)过盈配合，所述轴承(1)的不动外圈(3)的对接端面设置有环槽，所述智能监测器(2)的壳体(6)的对接端面设置有环形凸台，所述壳体(6)的所述环形凸台插入所述不动外圈(3)的环槽内；
所述壳体(6)上内嵌有两个应变片式加速度传感装置(8)、一个转速传感装置(9)和一个温度传感器装置(10)，所述两个应变片式加速度传感装置(8)的中心线都平行于所述壳体(6)的中心线，两者夹角呈90°，所述转速传感装置(9)沿径向内嵌在所述壳体(6)上，所述温度传感器装置(10)的中心线平行于所述壳体(6)的中心线，在所述壳体(6)的端面上还安装有电路板(11)，所述两个应变片式加速度传感装置(8)、一个转速传感装置(9)和一个温度传感器装置(10)都经信号输出线与所述壳体(6)端面上的电路板(11)的接线端子连接；
所述电路板(11)上还设置有信号采集触发电路(12)、加速度信号放大电路(13)、转速信号放大电路(14)和温度信号放大电路(15)，所述加速度信号放大电路(13)的输入端与所述加速度传感装置(8)的输出端连接，所述转速信号放大电路(14)的输入端与所述转速传感装置(9)的输出端连接，所述温度信号放大电路(15)的输入端与所述温度传感器装置(10)的输出端连接，所述加速度信号放大电路(13)、转速信号放大电路(14)和温度信号放大电路(15)都设置有信号输出端，各信号输出端分别与所述信号采集触发电路(12)的加速度信号输入端、转速信号输入端和温度信号输入端连接，所述信号采集触发电路(12)的输出端输出采集到的信号，交给计算机(16)进行处理。
2.根据权利要求1所述一体耦合式智能监测轴承，其特征在于：每个所述应变片式加速度传感装置(8)由四片应变片(17)、弹性体(18)和质量块(19)组成，所述弹性体(18)的底部为等腰梯形板型结构(20)，上部为圆柱体结构，所述等腰梯形板型结构(20)沿中心线的上部和下部分别开有第一通孔(21)和第二通孔(21’)，所述四片应变片(17)中的两片应变片(17)分别布置在所述弹性体(18)的圆柱体结构中轴面的上部和下部，所述另外两片应变片(17)分别布置在垂直所述弹性体(18)的圆柱体结构中轴面的左右两侧，所述四片应变片(17)与所述等腰梯形板型结构(20)的距离相同，所述两片应变片(17)各引出一根导线，两根导线都穿过第一通孔(21)后与所述电路板(11)的第一加速信号接线端连接，另外两片应变片(17)也都各引出一根导线，这两根导线分别穿过第二通孔(21’)后与所述电路板(11)的第二加速信号接线端连接，所述质量块(19)为圆柱形结构，该质量块(19)的一个端面与所述弹性体(18)的上部端面用固定胶固结在一起；
所述壳体(6)内设置有沉孔(22)，该沉孔(22)的上部与所述等腰梯形板型结构(20)的形状一致，厚度相同，在沉孔(22)的上部内壁上涂上固定胶，将上端固定有质量块(19)的弹性体(18)装入所述沉孔(22)中。
3.根据权利要求1所述一体耦合式智能监测轴承，其特征在于：所述转速传感装置(9)由磁极(23)、电磁线圈(24)、转速传感器外壳(25)、永磁铁(26)和“L”形引线(27)组成，所述转速传感器外壳(25)的底部为六角螺套(28)，该转速传感器外壳(25)下部一段为螺纹结构，所述磁极(23)为圆柱形结构，该磁极(23)贯穿所述转速传感器外壳(25)的底部，所述磁极(23)的下端伸出所述转速传感器外壳(25)，该磁极(23)的上端位于转速传感器外壳(25)内，所述磁极(23)顶端与所述永磁铁(26)的下端连接，所述永磁铁(26)的上端与“L”形引线(27)的一端连接，所述电磁线圈(24)安装在所述转速传感器外壳(25)的内壁上，所述磁极(23)穿过所述电磁线圈(24)的中心孔；
所述壳体(6)内壁开有径向的转速传感装置安装沉孔，该转速传感装置安装沉孔的上部为内螺纹结构，所述转速传感器外壳(25)通过底部的六角螺套(28)安装在所述壳体(6)的转速传感装置安装沉孔内，所述“L”形引线(27)穿过所述壳体(6)下部的“L”型通孔。
4.根据权利要求1所述一体耦合式智能监测轴承，其特征在于：所述温度传感器装置(10)由金属套管(29)、电热极(30)、绝缘材料(31)、安装螺母(32)和温度信号引线(33)组成，所述金属套管(29)和电热极(30)都安装在所述安装螺母(32)的底端，所述绝缘材料(31)填充在所述金属套管(29)和电热极(30)之间，所述安装螺母(32)的外壁设有外螺纹，该安装螺母(32)上端与所述温度信号引线(33)的一端连接；
所述壳体(6)边缘设置有垂直于该壳体(6)径向的通孔(34)，该通孔(34)下部、中部和上部为三段直径不同的阶梯圆孔，所述通孔(34)的中部内壁为内螺纹结构，所述通孔(34)下部直径大于中部直径，中部直径大于上部直径，所述通孔(34)的中部与所述安装螺母(32)螺纹连接，所述温度传感器装置(10)通过安装螺母(32)安装在所述通孔(34)内，所述金属套管(29)、电热极(30)、绝缘材料(31)都位于通孔(34)下部内，所述安装螺母(32)的上端连接的温度信号引线(33)穿出所述通孔(34)的上部孔。
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