CN103547838A - 具有振动传感器的齿轮 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种齿轮，该齿轮包括具有振动传感器(12)的齿轮表面(11)。振动传感器包括联接于数据发送器(14)的加速度计(13)，其中振动传感器在设在齿轮表面中的空穴(16)内。

Description

具有振动传感器的齿轮
技术领域
本发明涉及具有振动传感器的齿轮，所述振动传感器包括联接于数据发送器的加速度计。
背景技术
在例如风轮机中，监控齿轮的振动是很重要的。监控振动能够在造成涡轮机严重故障之前探测到例如磨损和微点蚀，并且能够在发生任何严重损害之前开始预防性或纠正性的维护。通常情况，齿轮包括在齿轮箱中，振动传感器附连于齿轮器。这种构造的问题在于振动传感器和在齿轮箱中旋转的齿轮之间的距离使得发现或识别重大的振动频率非常困难。另外，由于其它齿轮箱部件中的振动，在这种构造中的振动信号是固有嘈杂的。
在国际专利申请WO2007/085259中，公开了具有至少两个行星齿轮的行星齿轮箱的风轮机。预先包装的振动传感器附连于齿轮箱内的旋转部分，在一个或更多个行星齿轮轴上或接近一个或更多个行星齿轮轴。因此改进了振动探测。但是，仍然需要更进一步提高振动探测的准确性。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有进一步改进的振动探测的齿轮。
根据本发明的第一方面，该目的通过提供一种包括齿轮表面的具有振动传感器的齿轮实现，振动传感器包括联接于数据发送器的加速度计，其中振动传感器设在齿轮表面中的空穴内。
在根据本发明的齿轮中，空穴表面也起到传感器的作用并且振动传感器部件嵌入齿轮表面中。不需要振动传感器的不同部件的分别包装。因此，振动测量较少受到诸如由不完全固定在齿轮表面上的振动传感器包装所造成的背景噪音的影响。此外，润滑剂中的金属颗粒不能触碰到会导致电子器件故障的振动传感器附件。如果振动传感器被包括在附连于齿轮表面的振动传感器包装中，振动传感器包装关于齿轮表面的振动会导致齿轮表面本身的振动的更小的精确测量。利用根据本发明所述的齿轮，振动测量中的背景噪音显著地减少了。
可以提供多个空穴，每个空穴包括至少一个振动传感器。可提供不同类型的振动传感器，用来实现测量具有不同原因、频率和/或运动方向的振动。可监控的振动的例子是齿轮和齿轮箱的本征频率、齿轮之间的润滑剂薄膜的阻尼或者齿轮的垂直和/或水平位移。
优选地，空穴填充有用于密封振动传感器的灌封材料。灌封材料保护振动传感器中的电子器件不受例如水、污垢或润滑油的影响。另外，灌封材料可进一步减少背景噪音并且改善振动传感器对于空穴壁的固定状态。
参考下文所述的实施方式，本发明的这些或其它方面会更加明显并且得到阐明。
附图说明
在图中：
图1表示根据本发明所述的齿轮和齿轮表面的正视图，
图2表示图1的齿轮的横截面，
图3表示图2中所示的横截面的特写，以及
图4和5表示根据本发明所述的齿轮的可替代实施方式。
具体实施方式
图1表示根据本发明所述的齿轮10和平面的齿轮表面11的正视图。齿轮表面11经由轴承17联接于齿轮轴18，轴承17使齿轮表面11关于齿轮轴18旋转。但是本发明并不限于这种特定的齿轮布置。本发明可用于测量任何齿轮布置类型的任何齿轮中的振动。例如本发明可用在行星齿轮箱中行星齿轮的一个或多个齿轮表面11中。在齿轮表面11的径向外边缘设有用来与另一齿轮啮合的齿轮齿19。齿轮表面11还包括其中嵌有振动传感器的空穴。将振动传感器整合在齿轮表面11中能够实现齿轮振动的直接测量，而且受附近振动源干涉很少。下面参考图3说明振动传感器。
齿轮10可以是具有多个齿轮10的齿轮系统的一部分。齿轮系统中的每个齿轮可具有空穴16和振动传感器。齿轮10可具有超过一个空穴16，用于容纳多个振动传感器。例如，振动传感器可位于不同半径的位置。当齿的齿腹啮合时，在外半径上的振动传感器更加靠近齿并且将拾取到更强的信号。在内半径上的振动传感器将拾取到更多的整体振动信号和齿轮运动。来自不同振动传感器的信号可彼此关联起来，从而探测不同频率范围齿轮材料的阻尼。
可替代地或另外地，不同的空穴可以有具有不同几何取向的振动传感器，从而使得不同方向上的振动能够以更高的精度被探测到。对于完整的3D振动监控系统，振动传感器的取向可覆盖用于不同传感器类型的三个轴。
图2表示图1的齿轮10的横截面。横截面沿图1中的A-A线生成。横截面表示齿轮表面11的内部的视图。在该侧视图的顶部和底部，齿轮齿19是可见的。图2也表示齿轮表面11中的空穴16的横截面。根据本发明，振动传感器并不附连在齿轮表面上，而是放在空穴16内。上面已经说明，现无需将振动传感器部件放在分开的包装中。空穴表面也起到传感器功能。除了由于在这种空穴16中设置振动传感器而造成精确度改善以外，这种布置具有的优势在于齿轮表面11没有任何突出。平的齿轮表面11不与齿轮之间的润滑剂流干涉。此外，在齿轮系统装配或维修期间处理损坏的风险减少。
对于甚至更加平坦的表面，空穴16可通过盖子关闭。优选地，盖子由于齿轮表面11相同的材料制成，但也可包括其它材料。盖子可以比如螺旋拧紧或焊接到齿轮表面11上。在特别的实施方式中，齿轮10可包括两个分开的部分，这两个部分结合起来形成齿轮10。包括齿轮前表面的第一部分和包括齿轮后表面的第二部分可共同形成齿轮10。当装配齿轮10时，振动传感器被置于第一或第二部分的空穴中。然后两个部分装在一起，振动传感器被齿轮前表面和齿轮后表面封住。
图3表示图2所示的横截面的特写。该特写详细表示空穴16和振动传感器12。振动传感器12部件可直接附连于空穴壁41。在图3的实施方式中，振动传感器12部件整合在印刷电路板(PCB)31上。振动传感器12包括加速度计13。例如，MEMS(微机电系统)或压电加速度计可用于将振动转换成电信号。加速度计13也可包括应变仪或声发射传感器。不同传感器类型可用于测量不同类型的振动或不同频率范围中的振动。例如，MEMS加速度计非常适合测量0至5kHz范围内的振动，该范围与测量一般性的齿轮运动相关。可选用压电传感器例如用来测量1至40kHz范围内的振动，该范围代表系统的本征频率或润滑剂阻尼。声发射传感器可用在200至500kHz范围内，例如用于监控点蚀进展以及其它状态监控目的。
放大器(未示出)可提供用于放大来自加速度计13的电子信号。适合地，天线14用于将振动数据无线发送到外部接收器和数据处理单元，滑动环可用于通过电线传送传感器数据。微控制器(未示出)可联接于其它电部件，用来控制振动测量和数据通信。电源15(例如电池)用于提供电力给振动传感器12的电子部件。可替代地，电源15可由来自加速度计13的电信号获得动力。例如，来自加速度计13的信号中的部分电能可用于装载电容器，所述电容器联接于天线14，天线14周期性地或间断性地向外部接收器发送振动数据。
PCB31优选地附连于空穴壁41。在典型的实施方式中，PCB31由螺钉52通过例如金属或塑料间隔器51固定于空穴壁41。可替代的是，PCB31可这样连接，即，使用压配合结构或者通过将PCB31设在要焊接于空穴壁41的金属框架中。优选地，空穴16填充油灌封材料21，例如聚氨酯、环氧树脂或硅树脂可用作灌封材料21。灌封材料21具有多种有益效果。它覆盖电子器件并且保护它们不受例如操作损伤、污垢和润滑剂的影响。灌封材料21也改进PCB对于空穴壁41的固定状态并且由此减少了由于振动传感器12相对于齿轮表面振动所引起的噪音。如果空穴16填充灌封材料21直到齿轮表面11的水平，空穴16并不影响沿着齿轮表面11的润滑剂流。振动传感器12部件可被水和/或耐油涂层覆盖以防止例如腐蚀或污染，而不是用灌封材料21填充全部的空穴16。
图4和5表示根据本发明所述的齿轮40、50的可替代实施方式。图4表示齿轮40，其中齿轮表面11的部分43已经被移除，例如为了减少重量或成本。在本例中齿轮40包括两个具有振动传感器的空穴16、56。第一空穴16设在径向平面内的齿轮表面中，以图1至3所示的相同的方式。第一空穴16位于齿轮40的正面或背面。如果第一空穴16延伸穿过齿轮表面11的全部厚度，那么振动传感器可经过齿轮表面11安装在中间。
在图4的实例中，额外的空穴56设在其中一个省去的部分43的侧壁。这样，额外的空穴56位于垂直于径向平面的平面内。因此齿轮40的前表面和后表面形成额外的空穴56的空穴壁的一部分。额外的空穴56和相应的振动传感器合适地设置在齿轮表面11的中间或接近中间，刚好在前表面和后表面之间。
在图5中，齿轮50是环形的。空穴66设在环的内圆周上。与图4中额外的空穴56相同，空穴66被适当地放置在齿轮50的后表面和前表面之间的中间位置。
应当注意的是，上述实施方式阐明而非限制本发明，本领域技术人员将能够设计很多可替代的实施方式而并不脱离所附权利要求。在权利要求中，圆括号之间的任何附图标记不应被解释成限制权利要求。动词“包括”及其变形并不排除那些除了在权利要求中声明过得之外的元件或步骤。在元件之前的冠词“一个”并不排除多个这种元件的存在。本发明可以通过包括几个不同元件的硬件以及通过合适的编程计算机来实现。在列举若干方法的装置权利要求中，这些方法的几个可由一个且相同的硬件项目体现。某些方法在相互不同的从属权利要求中被叙述的仅有事实并不表示不能使用这些方法的结合达到更有益效果。

Claims (9)

1.一种齿轮(10)，其包括齿轮表面(11)，具有振动传感器(12)，所述振动传感器(12)包括联接于数据发送器(14)的加速度计(13)，其中振动传感器(12)设置在齿轮表面(11)的空穴(16)内。
2.根据权利要求1所述的齿轮(10)，其中空穴(16)的表面(41)也起到包括加速度计(13)和数据发送器(14)的传感器作用。
3.根据权利要求1所述的齿轮(10)，其中空穴(16)至少局部填充有用于密封振动传感器(12)的灌封材料(21)。
4.根据权利要求1所述的齿轮(10)，其中加速度计(13)和数据发送器(14)安装在印刷电路板(31)上。
5.根据权利要求4所述的齿轮(10)，其中印刷电路板(31)附连于空穴(16)的表面(41)。
6.根据权利要求5所述的齿轮(10)，其中印刷电路板(31)经由金属或塑料间隔器(51)连接于空穴(16)的表面(41)。
7.根据权利要求1所述的齿轮(10)，其中振动传感器还包括用于提供电力的电源(15)。
8.根据权利要求1所述的齿轮(10)，其中电源(15)布置用于从来自加速度计(13)的电信号获得动力。
9.根据权利要求1所述的齿轮(10)，其中齿轮表面(11)包括至少一个额外的空穴(56)，所述空穴(56)包括额外的振动传感器。
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C20 Patent right or utility model deemed to be abandoned or is abandoned