CN102301148B - 具有集成传感器的滚动轴承 - Google Patents
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Abstract
一种滚动轴承(1)，包括：内圈(12)；外圈(14)；在所述内圈和外圈之间的滚动体(16)；随着所述内圈快速转动的编码器垫圈(32)；以及具有球面的一部分的形式的内表面(26)的支撑构件(18)，所述内表面适于与同样为球面的一部分的形式的所述外圈的相应外表面(28)滑动接触，其中所述支撑构件(18)设置有装置(100；200；300；400)以关于所述编码器垫圈(32)保持传感器(50)在所述传感器可以检测所述编码器垫圈的转动的位置。
Description
技术领域
本发明涉及具有集成传感器的所谓的镶入式轴承或者Y轴承。镶入式轴承是这样的轴承：其外圈罩被容纳在支撑构件内，可以在所有方向转动运动，以为了适应固定部分的轴和转动部分的轴之间可能的错位。这样的轴承可以例如应用在带传送器或者类似装置中。
背景技术
在一些情形下，有必要知道镶入式轴承的转动参数例如以确定带传送器的速度。EP-A-0908729公开一种加衬轴承，其中传感器目标固定到内圈并在传感器的前面转动，该传感器保持靠近该目标并安装在密封装置上，该密封装置固定在轴承的外圈上。数个相对复杂的部件必须高精度地安装在衬套内。这增大轴承的复杂性和成本。而且，因为传感器间接安装在外圈上，相对难以馈送电流，并且一些电缆必须从衬套的固定部分延伸到外圈，具有损坏这些电缆的危险。
发明内容
本发明致力于通过新式的滚动轴承解决这些问题，其中转动参数可以以简单、经济且可靠的方法确定。
为此，本发明涉及滚动轴承，该滚动轴承包括内圈、外圈、在内和外圈之间的滚动体、随着内圈快速转动的编码器垫圈以及具有球面的一部分形式的内表面的支撑构件，该内表面适于与同样是球面的一部分形式的外圈的相应外表面滑动接触。该滚动轴承的特征在于，支撑构件设置有相对于编码器垫圈保持传感器在传感器可以检测编码器垫圈的转动的适当位置的装置。
受益于本发明，不必使用轴承的外圈来支撑传感器。本发明的关于支撑构件保持传感器的装置实际上安装在支撑构件上并且它们可以是相对简单且便宜的。而且，传感器经由保持装置在支撑构件上的安装比它在外圈上的安装更加容易和快速。本发明利用这样的事实：传感器不必紧邻编码器垫圈以为了实现它的转动检测功能。例如，霍尔效应传感器可以在大约10毫米的距离内检测编码器垫圈的转动。
根据本发明的进一步的方面，其是有利的但是非强制性的，滚动轴承可以结合以下特征的一个或多个：
编码器垫圈具有为定心在属于内圈的旋转轴的点上的球面的一部分的形式的至少一个外表面。这样的外表面适于编码器垫圈的转动的有效检测，即使当外圈关于支撑构件转动时，这是由于它的外表面在支撑构件的相应内表面上的滑动运动。在这样的情形中，当内圈关于外圈转动时以及当外圈外表面在支撑构件的内表面上滑动时，传感器和几何表面之间的距离有利地具有固定值。
-传感器可以移除地安装在支撑构件上。
-传感器是磁传感器，优选地是感应传感器或者霍耳效应单元。
-保持传感器的装置包括安装在支撑构件上的支架，该支架形成容纳传感器的壳体。这样的支架可以是可移除地安装在支撑构件上的金属舌状件，并且其具有通过形状配合而使传感器保持不动的孔。或者，支架可以围绕传感器过模塑并可移除地安装在支撑构件上。
-保持传感器的装置包括形成在支撑构件内的腔。传感器安装在该腔内，该腔开口到支撑构件的内体积中。该腔可以是在支撑构件中沿着关于编码器垫圈的旋转轴成径向的方向延伸的孔。
-滚动轴承还包括安装在支撑构件上的盖以从外面隔离内和外圈，传感器安装在该盖上。
-保持传感器的装置可以安装在支撑构件上在一个或数个预定位置以使得传感器通过这些装置保持在检测编码器垫圈的转动的适当位置。
-编码器垫圈是具有凸出部分(parts in relief)的金属圈。
附图说明
本发明将基于下面的描述得以更好的理解，该描述是结合附图给出并作为示例性例子，对本发明的对象没有限制。在附图中：
图1是根据本发明的第一实施例的滚动轴承的透视图；
图2是沿着图1上的线II-II的剖视图；
图3是图1和2的轴承的编码器垫圈的透视图；
图4是根据本发明的第二实施例的轴承的透视图；
图5是图4的轴承的顶视图；
图6是沿着图5上的线VI-VI的放大剖视图；
图7是根据本发明的第三实施例的轴承的透视图；
图8是在图7上的平面VIII中的剖视图；
图9是根据本发明的第四实施例的圈轴承的透视图；以及
图10是图9的平面X中的剖视图。
具体实施方式
图1-3上所示的轴承1是镶入式轴承或者Y轴承，包括内圈12、外圈14、一系列球体16和支撑构件或者壳体18，该支撑构件或者壳体设置有四个孔20，其中未示出的螺丝可以插入以相对于未示出的结构例如带传送器的框架固定支撑构件18。
支撑构件18具有方形基座22，孔20挨着基底22的边角定位。
X1表示轴承1的中心轴。内圈12围绕轴X1相对于外圈14转动。实际上，轴X1与圈12的中心轴X12对齐，所述中心轴X12是圈12的内表面24的对称轴。
支撑构件18具有内表面26，该内表面26呈现为定心在点C上的球面的一部分的形式，该点C属于轴X1。另一方面，外圈14设置有外表面28，该外表面28同样是定心在点C上的球面的一部分的形式。实际上，表面26和28具有半径R26、R28，半径R26、R28具有相同值以使得表面26和28是能够一个在另一个上滑动的相应表面，以为了允许包括项目12、14和16的子组件围绕点C关于支撑构件18枢转运动，如箭头A1所示。这使得能够适应轴X1和插入在圈12中的轴的中心轴线之间可能的错位，同时仍允许圈12关于圈14转动。
盖30安装在支撑构件18上以为了在图1和2的上侧面上从外面隔离项目12-16。
由于在内圈12的相应螺纹中螺旋连接的数个螺丝，编码器垫圈32围绕内圈12安装，这些螺丝中的两个示出在图2上，附图标记为34。相同的螺丝可以用于以熟称“平头螺丝锁定”的构型转动锁定和轴向锁定内圈12到未示出的插入在圈12内的轴上。编码器垫圈32的几何结构可以从图2和3中得到。编码器垫圈32是由挤压过的铁皮制造为一件式的。它具有圆柱壁322，该圆柱壁具有圆形横截面，内径等于圈12的外径，该圈12同样具有圆形横截面。壁322围绕圈12配合。编码器垫圈32也具有截头圆锥壁324，壁324连接圆柱壁322到外圆柱壁326，壁326具有圆形横截面和圆弧形式的母线。因此，壁326是球面的一部分的形式。X32表示垫圈32的中心轴。轴X32是壁322、324和326的对称轴。壁326在当远离壁324时向着轴X32汇聚。壁326设置有四个凹口328，凹口328在壁326的与壁324相对的边缘3262上开口。壁326定心在属于中心轴X32的点C’上。
R32表示壁326的外表面3264的半径，壁326同样是定心在点C’上的球面的一部分的形式。R32的值小于R26和R28的值。这防止在内和外圈12和14关于壳体支撑构件18内部转动时编码器垫圈32接触壳体或者支撑构件18。
当编码器垫圈32安装在内圈12上以及当项目12、14和16安装在支撑构件18之内时，轴X1和X32对齐，点C和C’重叠。
磁传感器50安装在轴承1上的适当位置以检测编码器垫圈32绕轴X1转动。传感器50是感应传感器，其通过电缆52连接到未示出的电子控制单元。
由于由折叠的金属舌部100制成的支架，传感器50关于编码器垫圈32保持就位，以为了限定具有孔104的第一部分102，所述孔在当支撑构件18安装在结构上时呈现为与孔20之一对齐并且由未示出的螺丝穿过。支架100同样形成中间部分106和末端或者上部分108，其中孔110被限定以容纳传感器50在图1和2的适当位置，在那里传感器50和壁326之间的距离d1是如此以使得传感器50可以有效检测编码器垫圈32的转动以为了确定滚动轴承1的转动参数。
实际上，d1优选地具有小于15毫米的值。
滚动轴承1的一个部分相对于该滚动轴承的另一个部分的转动参数是以一个部分相对于另一个部分枢转运动为特征的参数。这样的参数可以是角度，其是围绕轴承的中心轴测量一个部分相对于另一个部分的角位置。这样的参数还可以是速度、位移、加速度或者振动。传感器50检测在传感器50的前面的编码器垫圈32的每个凹口328的连续通过，其给出关于编码器垫圈32转动的一些信息。
编码器垫圈32的凹口的数量可以不同于4，例如在2和8之间。该数量不必高，垫圈32的每一转动仅几个脉冲可以通过传感器50产生以构成低分辨率的速度计。
如果包括项目12、14和16的子组件关于支撑构件18围绕点C转动，如箭头A1所示，并且由于表面28关于表面26的滑动运动，表面3264和传感器50之间的距离d1保持为常数，因为表面3264是定心在相同点C-C’上的如同表面26和28的球面的一部分。换句话说项目12、14和16关于支撑构件18的滑动运动并不影响通过传感器50检测转动参数。
根据本发明的有利的方面，传感器50是能够在市场上买到的产品，不必专门设计和配置以实现它的功能。它的成本因此可以非常低，因为感应传感器广泛应用于工业中。孔110的几何结构适于通过形状配合而锁定传感器50在舌部100上。
在如同4-6所示的本发明的第二实施例中，与第一实施例相同的元件具有相同的附图标记。该实施例的轴承110同样具有内圈12、外圈14、球体16和支撑构件18。呈一部分球面形式的表面26和28分别作为内表面设置在支撑构件18上和作为外表面设置在外圈14上。这些表面定心在属于轴承1的中心轴X1的点C上。盖30和编码器垫圈32同样被设置，编码器垫圈大致与第一实施例相同，并具有外壁326，该外壁326的外表面是定心在点C’上的球面的一部分，当轴承1被安装时，该点C’与点C重叠。
在这个实施例中，支架通过绕传感器50过模塑的合成盖200形成，其包括基座部分202，其中两个孔204应该是与设置在支撑构件18的基座22边角附近的孔20对齐。连接传感器50到未示出的电子控制单元的电缆52同样过模塑在盖200中。电缆52的路径没有在图6中示出，因为它不位于这个图的平面中。
如第一实施例，通过对齐盖200的孔204在基座构件22的孔20上而安装盖200在支撑构件18上，这自动定位传感器50相对于编码器垫圈32在允许该传感器检测编码器垫圈32围绕轴X1的转动的适当位置。
在这个实施例中，传感器50通过形成围绕传感器50的壳体210的盖200被机械地保护。而且，电缆52在基座22附近，也就是靠近其上安装有轴承1的结构，从盖200出来。
在如图7-10所示的本发明的第三和第四实施例中，与第一和第二实施例中的元件相同或者相似的元件用相同的附图标记表示。此后，主要描述第三和第四实施例之间关于第一实施例的差异。
在如图7和8所示的第三实施例中，编码器垫圈32安装为挨着轴承1的内圈12的下端36，也就是挨着内圈12的靠近支撑构件18的基座22的末端。编码器垫圈32也具有外壁326，外壁326的外表面是定心在点C’上的球面的一部分，该点C’与分别设置在支撑构件18和外圈14上的两个表面26和28的中心C重叠。
孔300钻在基座22中，沿着关于轴X1径向的方向。这允许在支撑构件18的内体积V18内引入长型的传感器50，该传感器50通过电缆52连接到未示出的电子控制单元。
未示出的装置，例如螺丝或者夹子，可以用于固定传感器50在孔300之内。
在如图9和10所示的本发明的第四实施例中，轴承1的传感器50安装在盖400之内，该盖400咬合到支撑构件18上并具有与第一实施例中的盖30相同的防护功能。电缆52连接传感器50到未示出的电子控制单元。
盖400过模塑在传感器50上。或者，传感器50被胶粘或者通过在盖400的壳体410中的形状配合而被锁定。
盖50咬合到支撑构件18上，这关于编码器垫圈32自动地定位传感器50，其类似于第一实施例中的情况，从而使得可以获得该垫圈围绕轴承1的中心轴X1的转动的正确检测。
在所有实施例中，编码器垫圈32的几何结构是使得该圈和传感器50之间的距离，正如在第一实施例中由距离d1所限定，保持常数，即使外圈14关于支撑构件或者壳体18滑动。
在所有实施例中，代替具有设置有凹口的外壁的编码器垫圈32，可以使用其外壁由数个由空的空间所隔开的凸片形成的编码器垫圈，这些凸片的外表面的联合形成包括在球面的一部分中的外表面。也可以使用具有磁化部分的编码器垫圈，该磁化垫圈的外表面同样具有球面的一部分的形式。在其中编码器垫圈具有磁化部分的情形中，代替感应传感器，传感器可以有利地为霍尔效应类型的。
各种类型的传感器可以用于本发明，例如，磁传感器、感应传感器或者电容传感器。
本发明可以用于各种类型的滚动轴承、滚子轴承、滚针轴承等。
Claims (13)
1.一种滚动轴承(1)，包括：
内圈(12)；
外圈(14)；
在所述内圈和外圈之间的滚动体(16)；
随着所述内圈快速转动的编码器垫圈(32)；以及
支撑构件(18)；
其中所述支撑构件(18)设置有装置(100；200；300；400)以关于所述编码器垫圈(32)保持传感器(50)在所述传感器能够检测所述编码器垫圈的转动的位置；
其特征在于，
所述支撑构件具有球面的一部分的形式的内表面(26)，所述内表面适于与同样为球面的一部分的形式的所述外圈(14)的相应外表面(28)滑动接触，
所述编码器垫圈(32)具有定心在属于所述内圈(12)的转动轴(X1)的点(C’-C)上的球面的一部分的形式的至少一个表面(3264)；以及
当所述内圈(12)关于所述外圈(14)转动时以及当所述外圈的所述外表面(28)在所述支撑构件(18)的所述内表面(26)上滑动时，所述传感器(50)和所述至少一个表面(3264)之间的距离(d1)具有固定值。
2.如权利要求1所述的滚动轴承，其中，所述传感器(50)可移除地安装在所述支撑构件(18)上。
3.如权利要求1所述的滚动轴承，其中，所述传感器(50)是磁传感器。
4.如权利要求1-3之一所述的滚动轴承，其中，保持所述传感器(50)的所述装置包括安装在所述支撑构件上的支架(100；200)，所述支架形成容纳所述传感器的壳体(110，210)。
5.如权利要求4所述的滚动轴承，其中，所述支架是可移除地安装在所述支撑构件(18)上的金属的舌部(100)，所述壳体是孔(110)，其中所述传感器通过形状配合而得以固定。
6.如权利要求4所述的滚动轴承，其中，所述支架(200)绕所述传感器过模塑，并可移除地安装在所述支撑构件(18)上。
7.如权利要求1-3之一所述的滚动轴承，其中，保持所述传感器的所述装置包括形成在所述支撑构件(18)中的腔(300)，所述传感器(50)安装在所述腔之内，该腔开口到所述支撑构件的内体积(V18)中。
8.如权利要求7所述的滚动轴承，其中，所述腔是沿着关于所述编码器垫圈(12)的转动轴(X1)成径向的方向在所述支撑构件(18)中延伸的孔(300)。
9.如权利要求1-3之一所述的滚动轴承，其中，它还包括安装在所述支撑构件(18)上以从外部隔离所述内圈和外圈(12，14)的盖（400），所述传感器(50)安装在所述盖上。
10.如权利要求1所述的滚动轴承，其中，保持所述传感器(50)的所述装置(100；200；400)能够安装在所述支撑构件(18)上在一个或数个预定位置以使得所述传感器由所述装置保持在检测所述编码器垫圈(32)的转动的位置。
11.如权利要求1所述的滚动轴承，其中，所述编码器垫圈是具有凸出部分(326)的金属圈(32)。
12.如权利要求3所述的滚动轴承，其中，所述传感器(50)是感应传感器。
13.如权利要求3所述的滚动轴承，其中，所述传感器(50)是霍尔效应单元。
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