CN104595352B - 滚子轴承装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及滚子轴承装置。该滚子轴承用载荷检测装置具备：应变仪，该应变仪设置于滚子，用于检测赋予该滚子的载荷，该滚子以能够滚动的方式配置在第一滚道圈和第二滚道圈之间；位置检测传感器，该位置检测传感器用于检测上述滚子的公转方向的旋转位置；以及数据记录器，该数据记录器设置于上述滚子，并且记录、存储上述应变仪(32)的检测信号。

Description

滚子轴承装置

本申请是申请日为2010年12月31日、申请号为2010106238138、发明名称为“滚子轴承用载荷检测装置以及滚子轴承装置”的发明申请的分案申请。

于2010年1月25日提出申请的日本专利申请No.2010-013215的内容，包括说明书、附图以及摘要全都通过援引而包含于本发明。

技术领域

本发明涉及在风力发电的主轴支承用等中使用的滚子轴承用的载荷检测装置，以及滚子轴承装置。

背景技术

风力发电作为不排出二氧化碳、对环境的影响小的发电方法近年来再次受到关注，在世界上急速普及，同时，为了得到更高的发电量而逐渐大型化。并且，为了抑制伴随着这种大型化的发电机的重量增加，进行了使发电机框架或轴箱薄壁化等各种用于轻量化的构造的改良。

另一方面，由于发电机的大型化，施加于用于支承转子的主轴的轴承的负荷增大，并且，由于轴箱等的构造的改良，对轴承、特别是对滚动体赋予的载荷分布复杂化。因此，正确地解析轴承的耐久性和寿命更加重要，谋求一种能够正确地取得施加于轴承的滚动体的载荷的测定方法。

以往，为了测定施加于轴承的载荷，像日本特开平7-77218号公报中所记载的那样，通过在轴承的滚动体内部设置应变仪(strain gauge)来进行测定。

具体地说，在日本特开平7-77218号公报的技术中，在滚子的轴心形成有孔，并且，在该孔的内表面设置有应变仪，该应变仪与一体地设置于滚子的发送线圈连接。并且，在外圈的侧面设置有环状的接受线圈，从发送线圈实时发送的应变仪的输出信号由接受线圈接受。进而，该接受线圈与外部的计算机连接，利用该计算机对接受数据进行处理。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种能够减少噪声的影响、能够取得精度高的载荷检测信号，从而能够利用于载荷的解析的滚子轴承用载荷检测装置以及滚子轴承装置。

本发明的一方式的滚子轴承用载荷检测装置，其特征在于，具备：载荷检测传感器，该载荷检测传感器设置于滚子，用于检测赋予该滚子的载荷，上述滚予以能够滚动的方式配置在第一滚道圈和第二滚道圈之间；位置检测传感器，该位置检测传感器用于检测上述滚子的公转方向的旋转位置；以及记录装置，该记录装置设置于上述滚子，用于记录、存储上述载荷检测传感器的检测信号。

附图说明

从以下的参照附图对具体实施方式进行的说明能够清楚本发明的上述的和进一步的目的、特征和优点，其中，对相同或相似的要素标注相同或相似的标号。

图1是本发明的实施方式1所涉及的载荷检测装置所被应用的滚子轴承的侧视截面图。

图2(a)是含有具备载荷检测传感器和记录装置的圆锥滚子的滚子轴承的侧视截面图，图2(b)是示出将记录装置和计算机连接在一起的形态的概要图。

图3是圆锥滚子轴承的局部主视截面图。

图4是保持器的局部主视图。

图5是示出检测对象滚子的公转角度与载荷之间的关系的曲线图。

图6是示出检测对象滚子的载荷分布的曲线图。

具体实施方式

参照附图对将本发明具体化了的实施方式进行说明。

图1是应用了本发明的实施方式所涉及的载荷检测装置的圆锥滚子轴承的侧视截面图。本实施方式的圆锥滚子轴承10是具备销式(pin type)保持器11的圆锥滚子轴承10，该圆锥滚子轴承10具有外圈(第一滚道圈)12、内圈(第二滚道圈)13、多个圆锥滚子14、以及销式保持器11。

外圈12的外周侧固定于壳体16，且在内周侧具有相对于轴向倾斜的外圈滚道面17。并且，外圈12形成为轴向一端部比另一端部在径向厚，由此截面形状形成为梯形状。

并且，内圈13的内周侧与旋转轴18嵌合，且在外周侧具有相对于轴向倾斜且与外圈滚道面17对置的内圈滚道面19。并且，在内圈滚道面19的轴向两侧形成有用于限制圆锥滚子14的轴向移动的凸缘部20。

多个圆锥滚子14在由保持器11保持的状态下在周向隔开间隔配置在外圈滚道面17与内圈滚道面19之间。并且，在各个圆锥滚子14的中心形成有贯通孔22。该贯通孔22沿着圆锥滚子14的中心轴延伸，并贯通圆锥滚子14。

保持器11具有：环状的第一环23；环状的第二环24，该第二环24与第一环23在轴向隔开间隔设置；以及圆棒状的销25，该销25用于连结第一环23和第二环24。

在第一环23，在周向隔开间隔贯通、形成有多个螺纹孔26。第二环24具有比第一环23的内径小的内径、以及比第一环23的外径小的外径，且在周方向隔开间隔形成有多个安装孔27。

销25在一端部形成有外螺纹29，在另一端部形成有压入部30。销25通过将外螺纹29螺合于第一环23的螺纹孔26、并将压入部30压入第二环24的安装孔27而固定于第一环23、第二环24。并且，销25的长度方向中途部插通圆锥滚子14的贯通孔22，将圆锥滚子14支承为旋转自如。另外，压入部30也可以焊接在第二环24的安装孔27的周围。

在具有以上结构的圆锥滚子轴承10中，伴随着旋转轴18的旋转，内圈13旋转，伴随着该内圈13的旋转，各个圆锥滚子14一边绕自身的轴心自转一边绕圆锥滚子轴承10的轴心公转运动。

图2是含有具有载荷检测传感器和记录装置的圆锥滚子的滚子轴承的侧视截面图。

在本实施方式的圆锥滚子轴承10的1个圆锥滚子(以下也称为“检测对象滚子”)14A设置有载荷检测传感器32、位置检测传感器33(受光器49)、以及记录装置36。

在本实施方式中，作为载荷检测传感器32使用所谓的应变仪，在检测对象滚子14A的贯通孔22的内周面设置有2个应变仪32。各个应变仪32都由工作应变片(active gauge)和温度补偿用的平衡应变片(dummy gauge)构成，且分别与记录介质连线。

2个应变仪32在检测对象滚子14A的轴向隔开间隔配置，且设置于贯通孔22的内周面的同一周方向位置。进而，应变仪32通过将在该检测对象滚子14A产生的应变作为电压的变化检测出来而检测对检测对象滚子14A赋予的载荷。

在本实施方式中，作为记录装置36使用数据记录器(data logger)。该数据记录器36是内置有具有与应变仪32的输出对应的电桥电路的基板的专用的部件。该数据记录器36具有以下连接端子：用于与应变仪32或位置检测传感器33连接的连接端子；以及用于连接与计算机50之间进行通信的通信设备的连接端子。

进而，数据记录器36具有以下功能等：输入在应变仪32中产生的电压的模拟信号的功能；将输入的模拟信号转换成数字信号的功能；按照时间序列记录、存储转换成数字信号的数据的功能；以及将所存储的数据输出至计算机等外部设备的功能。

另外，记录装置36也可以通过对市售的数据记录器另外设置具有电桥电路的基板构成。但是，在该情况下，存在记录装置36变大的缺点。因此，在难以设置大记录装置36的情况下，能够通过制作如上所述的内置有具有与应变仪的输出对应的电桥电路的基板的专用的数据记录器使记录装置36小型化。由此能够容易地将记录装置36安装于检测对象滚子14A。

数据记录器36经由安装固定件38安装于检测对象滚子14A的端面。安装固定件38具备一端部与贯通孔22嵌合的嵌合部39和形成于嵌合部39的另一端部的凸缘部40。数据记录器36通过安装螺钉等安装于凸缘部40。因此，数据记录器36与检测对象滚子14A一起自转和公转。

图4是保持器(第一环)的局部主视图。如图2和图4所示，在第一环23，在周方向隔开间隔形成有多个螺纹孔26，但是，仅在1处形成有直径比螺纹孔26大的贯通孔42。并且，如图2所示，在第二环24，仅在1处形成有直径比安装孔27大的贯通孔43。进而，检测对象滚子14A配置在与该贯通孔42、43对应的位置。

进而，安装固定件38的嵌合部39从轴向外侧插通贯通孔42，并且与检测对象滚子14A的贯通孔22嵌合。凸缘部40以及安装于该凸缘部40的数据记录器36配置在比第一环23还朝轴向外侧突出的位置。

图3是圆锥滚子轴承的主视截面图。由于在检测对象滚子14A的贯通孔22中安装有应变仪32和安装固定件38，因此保持器11的销25并不插通该贯通孔22。因此，在本实施方式中，利用如图3所示的分离器(separator)46保持检测对象滚子14A的周方向的位置。该分离器46的截面形状形成为大致T字型，且配置在检测对象滚子14A与该检测对象滚子14A两侧的圆锥滚子14之间。分离器46与各个圆锥滚子14、14A的径向中间部和径向外侧部抵接从而保持各个圆锥滚子14、14A之间的间隔。并且，分离器46具有与圆锥滚子14的轴向长度大致相同的长度，且带有间隙地被夹在第一环23和第二环24之间。

如图2所示，位置检测传感器33由发光器48和光电二极管等受光器49构成，上述发光器48发出激光等光，上述受光器49接受从发光器48发出的光。进而，受光器49安装于设置在检测对象滚子14A的数据记录器36的前端面，将接受到的光的检测信号输出至数据记录器36。

发光器48设置有支承圆锥滚子轴承10的壳体16等，且设置成朝向由圆锥滚子14的公转形成的移动轨迹(公转轨迹)上的一点发光。例如，发光器48朝圆锥滚子14的公转轨迹的最上方位置投射光，当检测对象滚子14A到达公转轨迹的最上方位置时，受光器49接受来自发光器48的光。进而，受光器49接受到的光的检测信号在与应变仪32的检测信号建立关联的状态下记录于数据记录器36。

在本实施方式中，使旋转轴18运转预定的时间，并将此期间内的应变仪32和位置检测传感器33的检测信号存储于数据记录器36。进而，在运转结束后，如图2(b)所示，利用缆线51等连接数据记录器36的连接端子和计算机50，将存储于数据记录器36的数据读出至计算机50。计算机50从应变仪32的检测信号求出对检测对象滚子14A赋予的载荷(滚动体载荷)，并以使该滚动体载荷与检测对象滚子14A的公转方向的旋转位置(公转角度)建立关联的方式图形化。

图5是示出检测对象滚子的公转角度与载荷之间的关系的曲线图。计算机50将利用位置检测传感器33检测到信号的位置作为例如公转角度0°的位置，记录预定的运转时间内的滚动体载荷的推移，制作图5所示的曲线图。另外，图5的曲线图中所示的波形的1个周期相当于检测对象滚子14A的1次自转，从位置检测传感器33的一次输出到下一次输出的时间相当于检测对象滚子14A的1次公转(0°～360°)。

进而，将在图5中得到的公转角度与滚动体载荷的曲线图按照1次1次的公转分离，并将各个公转的曲线图重合，由此制作图6所示的曲线图。进而，通过获得该曲线图的包络线而取得1次公转中的圆锥滚子14的载荷分布。另外，在图6中，作为参考以实线A示出通过FEM解析取得的滚动体载荷的结果。可以看出，利用应变仪32测定到的滚动体载荷和通过FEM解析得到的滚动体载荷大致以相同的倾向分布。

如以上所详细叙述的那样，在本实施方式中，能够将应变仪32的检测信号记录、存储于数据记录器36，并在预定的运转时间结束后将存储的检测信号读出至计算机50而进行解析。因此，与像现有技术(日本特开平7-77218号公报)那样实时地将检测信号发送至计算机50相比较，难以受到噪声的影响，能够使用精度高的检测信号进行可靠性高的载荷解析。

并且，在数据记录器36中，位置检测传感器33的检测信号与应变仪32的检测信号建立关联地记录。因此，能够从检测对象滚子14A的公转角度和该角度处的滚动体载荷正确地解析公转方向的滚动体的载荷分布。

位置检测传感器33由发光器48和受光器49构成，上述发光器48朝检测对象滚子14A的公转轨迹上发光，所述受光器49设置于检测对象滚子14A。由受光器49接受到的光的检测信号记录于数据记录器36，因此受光器49的检测信号和应变仪32的检测信号能够容易地建立关联。

在本实施方式中，作为成为检测对象的轴承使用具有销式保持器11的圆锥滚子轴承10，因此能够利用预先设置于圆锥滚子14的贯通孔22安装应变仪32和数据记录器36，无需对圆锥滚子14新加工孔。

本发明并不限定于上述实施方式，能够适当地进行设计变更。

例如，本发明并不限定于圆锥滚子轴承10，也能够应用于圆柱滚子轴承。并且，也能够应用于不具备销式保持器11的普通的滚子轴承。在该情况下，只要在检测对象滚子设置沿轴向贯通该检测对象滚子的孔，并将应变仪32和数据记录器36安装于该孔即可。

在上述实施方式中，在检测对象滚子14A设置有2个应变仪32，但是，也可以设置1个应变仪32或者设置3个以上应变仪32。

并且，在上述实施方式中，利用应变仪32的检测信号求出公转方向上的圆锥滚子14的载荷分布，但是，也可以从轴向的多个应变仪32的输出求出圆锥滚子14的线压力分布，或者从各个应变仪32的输出的相位偏移求出圆锥滚子14的偏斜角。

在上述实施方式中，数据记录器36与计算机50有线连接，但是，也可以无线连接。在该情况下，由无线产生的衰减或噪声的影响成为问题，但是，由于存储于数字记录器36的检测信号被转换成数字信号、并且在停止运转的期间内进行数据的读出，因此能够减少噪声的影响。

并且，数字记录器36也可以是将数据读出至闪存器等移动式的记录介质的部件，在该情况下，可以将计算机50和数据记录器36直接连接，因此能够省略布线的施工、能够提高计算机50的设置的自由度。

在上述实施方式中，位置检测传感器33的发光器48朝圆锥滚子14的公转轨迹上的一点投射光，但是，也可以朝公转轨迹上的多个点(例如公转角度为0°和180°的点)投射光。

并且，在上述实施方式中，位置检测传感器33由发光器48和受光器49构成，但是，也可以由发光受光器和反射板构成。在该情况下，可以将反射板设置于检测对象滚子14A，从发光受光器透射光，并利用发光受光器接受由反射板反射后的光，由此检测检测对象滚子14A的公转方向的位置。

并且，作为位置检测传感器33也可以使用编码器或解析器等其他的传感器。但是，通过像上述实施方式那样使用由发光器48和受光器49构成的位置检测传感器33，能够以非常简单的结构廉价地设置位置检测传感器33。

数据记录器36也可以经由安装夹具38设置于检测对象滚子14A的相反侧的端面，位置检测传感器33的受光器49也可以安装于检测对象滚子14A的端面或者保持器11。

Claims (5)

1.一种滚子轴承装置，其特征在于，具备：

滚子轴承，该滚子轴承具有第一滚道圈、第二滚道圈、以能够滚动的方式配置在第一滚道圈和第二滚道圈之间的滚子以及检测对象滚子、和保持滚子的保持器，所述滚子具备沿着滚子的中心轴延伸贯通的贯通孔，所述保持器的销插通于所述滚子的贯通孔；

载荷检测传感器，该载荷检测传感器设置于所述检测对象滚子，并且用于检测赋予该检测对象滚子的载荷；

位置检测传感器，该位置检测传感器用于检测所述检测对象滚子的公转方向的旋转位置；以及

记录装置，该记录装置设置于所述检测对象滚子，并且用于将所述载荷检测传感器的检测信号与所述位置检测传感器的信号建立关联地记录、存储，

所述载荷检测传感器是应变仪，多个所述载荷检测传感器沿轴向设置于所述检测对象滚子，且多个所述载荷检测传感器设置于所述贯通孔的内周面的同一周方向位置，

所述位置检测传感器具备发光器和受光器，所述发光器朝所述滚子的公转轨迹上的预定位置发光，所述受光器设置于所述滚子或者与所述滚子一体地公转的部件，用于接受从所述发光器发出的光，

将所述受光器接受到的光的检测信号在与载荷检测传感器的检测信号建立关联的状态下存储于所述记录装置，

所述位置检测传感器配置于相比所述保持器靠轴向的外侧的位置。

2.根据权利要求1所述的滚子轴承装置，其特征在于，

所述载荷检测传感器设置在形成于所述检测对象滚子的轴心的孔内，所述记录装置经由安装夹具安装于所述检测对象滚子的轴向端面，所述安装夹具装配于所述孔。

3.根据权利要求1所述的滚子轴承装置，其特征在于，

所述位置检测传感器安装于在安装夹具安装的记录装置，所述安装夹具装配于形成于所述检测对象滚子的轴心的孔并且插通于所述保持器的贯通孔。

4.根据权利要求2所述的滚子轴承装置，其特征在于，

所述位置检测传感器安装于在安装夹具安装的记录装置，所述安装夹具装配于形成于所述检测对象滚子的轴心的孔并且插通于所述保持器的贯通孔。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的滚子轴承装置，其特征在于，

所述滚子轴承装置还具备计算机，

将存储于所述记录装置的所述载荷以及所述旋转位置读出至所述计算机，并以使所述载荷以及所述旋转位置建立关联的方式图形化。