CN105806621A - 基于霍尔式位移传感器的智能轴承 - Google Patents

基于霍尔式位移传感器的智能轴承 Download PDF

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赵海波
董吉洪
李巍
王建
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Abstract

基于霍尔式位移传感器的智能轴承，属于轴承技术领域，为了解决现有智能轴承因掺杂外围结构件的干扰信号从而影响轴承信号的准确性的问题，该智能轴承主要由芯轴、轴承端盖、滚动轴承、轴承座、侧挂式测量套圈及四个霍尔探头组成；侧挂式测量套圈、滚动轴承和轴承端盖从内到外依次同轴设置在轴承座上；四个霍尔探头均匀分布在侧挂式测量套圈的圆环上，且在圆环内部中间位置；所述滚动轴承和侧挂式测量套圈设置在芯轴的外环上；本发明将非接触式振动测量与智能轴承技术相结合，获取轴承的相对位移信号，隔绝来自轴承外围结构件的干扰信号，提高信号质量，相对于现有嵌入式智能轴承，本发明所述智能轴承更容易实现工程推广。

Description

基于霍尔式位移传感器的智能轴承
技术领域
本发明涉及一种应用于轴承状态监测的基于霍尔式位移传感器的智能轴承，属于轴承技术领域。
技术背景
轴承是机械设备传动系统中的关键部件之一，其运行状态的好坏将直接影响系统可靠性和安全性。对轴承的运行状态进行有效监测，是避免因轴承故障造成灾难性后果的有效手段。为获取高信噪比的轴承状态信号，智能轴承应运而生。智能轴承的总体思路是将传感器尽可能近地集成到接近故障源的地方，如轴承的套圈或者滚动体内，然后通过分析获取的信号来对轴承进行监测。但是现有智能轴承仍然存在一些缺陷和不足，最突出的便是现有的智能轴承采用接触式振动测量的方法，无法从根本上克服接触式测量的弊端，仍然会有干扰信号参杂在轴承故障信号中，影响结果的准确性。另外，现有智能轴承多采用嵌入式结构，这种方式既破坏了轴承的整体结构性能，又不利于工程推广。这些缺陷和不足极大地影响了测量方法的合理性与测量结果的准确性，制约了其在实际生产中的应用。
发明内容
本发明为了解决现有智能轴承因掺杂外围结构件的干扰信号从而影响轴承信号的准确性的问题，提供一种基于霍尔式位移传感器的智能轴承。本发明将非接触式振动测量与智能轴承技术相结合，获取轴承的相对位移信号，隔绝来自轴承外围结构件的干扰信号，提高信号质量。
基于霍尔式位移传感器的智能轴承，其特征是，该智能轴承主要由芯轴、轴承端盖、滚动轴承、轴承座、侧挂式测量套圈及四个霍尔探头组成；
侧挂式测量套圈、滚动轴承和轴承端盖从内到外依次同轴设置在轴承座上；
四个霍尔探头均匀分布在侧挂式测量套圈的圆环上，且在圆环内部中间位置；所述滚动轴承和侧挂式测量套圈设置在芯轴的外环上。
轴承端盖的环形内侧具有凸台，凸台压紧在滚动轴承上，使得侧挂式测量套圈与滚动轴承的旋转套圈压紧相连，从而实现侧挂式测量套圈与滚动轴承的旋转套圈一起旋转。
霍尔探头通过紧固螺钉固定在轴承座中的小孔中，其磁感应区域放置在侧挂式测量套圈的内部中间位置。
在轴承座与轴承端盖之间设置垫片。
侧挂式测量套圈主要由大磁环、小磁环、大导磁环、小导磁环、大端盖、小端盖及永磁体固定环组成；
大磁环和小磁环极性相反并联放置；
大导磁环包围大磁环，小导磁环包围小磁环，大导磁体和小导磁环相对放置，形成一个小的空气隙；
大端盖和小端盖将两个导磁环固定在永磁体固定环内，永磁体固定环与芯轴固定连接在一起。
大磁环和小磁环极性相反放置，霍尔传感器放置在大磁环和小磁环所产生的空隙的中心位置；该结构会在Y轴方向产生均匀梯度磁场，其磁感应强度在中心位置为0，沿着Y轴正反方向线性增大，且方向相反。
大磁环和小磁环极性相同并联放置，且置于同一导磁环内，用导磁环将磁场引导到导磁环缺口端的空气隙附近，霍尔传感器放置在空气隙中，沿着Y轴方向产生近似均匀梯度磁场。
本发明的有益效果：侧挂式测量套圈产生的均匀梯度磁场的强度与线性度将直接影响影响测量信号的灵敏度、线性度以及测量范围。具体的永磁体布置方式主要有两种：第一种最简单的形式为用两块相同的永磁体磁极相对放置，本发明称其为对放型结构。第二种结构因其的横剖面组合起来的形状类似字母“X”，本发明称其为X型结构。
本发明所述的智能轴承可以实时输出滚动轴承内外圈的相对位移信号，较传统的接触式测量方法获得的振动信号信噪比更高，准确性更好。另外，本发明所述智能轴承的传感元件侧挂在轴承上，不会对轴承的结构产生任何破坏，相对于现有嵌入式智能轴承，本发明所述智能轴承更容易实现工程推广。
附图说明
图1：本发明基于霍尔式位移传感器的智能轴承的整体装配图的剖视示意图。
图2：本发明所述侧挂式测量套圈的剖视示意图。
图3：本发明所述永磁体X型结构的示意图。
图4：本发明所述永磁体对放型结构的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例进一步对本发明进行说明。
实施方式一：
如图1所示，基于霍尔式位移传感器的智能轴承，该智能轴承主要由芯轴1、轴承端盖3、滚动轴承5、轴承座6、侧挂式测量套圈7及四个霍尔探头9组成。
侧挂式测量套圈7、滚动轴承5和轴承端盖3从内到外依次同轴设置在轴承座6上；轴承端盖3通过螺栓2固定在轴承座6上，为了调整其紧固力的大小，在轴承座6与轴承端盖3之间设置垫片4。
四个霍尔探头9均匀分布在侧挂式测量套圈7的圆环上，且在圆环内部中间位置。所述滚动轴承5和侧挂式测量套圈7设置在芯轴1的外环上，且两者均匀与芯轴1进行过盈或者过渡配合，也可以采用胶接或螺纹连接等连接方式。轴承端盖3的环形内侧具有凸台，凸台压紧在滚动轴承5上，使得侧挂式测量套圈7与滚动轴承5的旋转套圈压紧相连，从而实现侧挂式测量套圈7与滚动轴承5的旋转套圈一起旋转。霍尔探头9通过紧固螺钉8固定在轴承座6中的小孔中，其磁感应区域放置在侧挂式测量套圈7的内部中间位置。
如图2所示，侧挂式测量套圈7主要由大磁环7-3、小磁环7-8、大导磁环7-2、小导磁环7-7、大端盖7-5、小端盖7-6及永磁体固定环7-1组成。大磁环7-3沿着磁极两端分别包裹一个大导磁环7-2，小磁环7-8沿着磁极两端分别包裹一个小导磁环7-7，然后用大端盖7-5和小端盖7-6将其固定在永磁体固定环7-1内，用沉头螺钉7-4将其紧固。永磁体固定环7-1与芯轴1固定连接在一起。这样，在旋转过程中，侧挂式测量套圈7中的均匀梯度磁场也随之进行振动，此时霍尔探头9便可以将该振动信号采集下来并且以霍尔电压的形式输出到上位机。
本实施例中侧挂式测量套圈7中具体采用X型结构的永磁体布置方式来产生均匀梯度磁场，如图3所示。该结构中，大磁环7-3和小磁环7-8极性相反并联放置，大导磁环7-2包围大磁环7-3，小导磁环7-7包围小磁环7-8，大导磁体7-2和小导磁环7-7相对放置，形成一个小的空气隙。在空气隙沿着X轴和Y轴方向均有均匀梯度磁场产生。
实施方式二：
本实施例与实施方式一基本相同，唯一的区别在于侧挂式测量套圈7中具体产生均匀梯度磁场的永磁体布置方式。本实施例采用对放型结构，如图4所示，大磁环7-3和小磁环7-8极性相反放置，霍尔传感器9放置在大磁环7-3和小磁环7-8所产生的空隙的中心位置。该结构会在Y轴方向产生均匀梯度磁场，其磁感应强度在中心位置为0，沿着Y轴正反方向线性增大，且方向相反。

Claims (6)

1.基于霍尔式位移传感器的智能轴承，其特征是，该智能轴承主要由芯轴(1)、轴承端盖(3)、滚动轴承(5)、轴承座(6)、侧挂式测量套圈(7)及四个霍尔探头(9)组成；
侧挂式测量套圈(7)、滚动轴承(5)和轴承端盖(3)从内到外依次同轴设置在轴承座(6)上；
四个霍尔探头(9)均匀分布在侧挂式测量套圈(7)的圆环上，且在圆环内部中间位置；所述滚动轴承(5)和侧挂式测量套圈(7)设置在芯轴(1)的外环上。
2.根据权利要求1所述的基于霍尔式位移传感器的智能轴承，其特征是，轴承端盖(3)的环形内侧具有凸台，凸台压紧在滚动轴承(5)上，使得侧挂式测量套圈(7)与滚动轴承(5)的旋转套圈压紧相连，从而实现侧挂式测量套圈(7)与滚动轴承(5)的旋转套圈一起旋转。
3.根据权利要求1所述的基于霍尔式位移传感器的智能轴承，其特征是，霍尔探头(9)通过紧固螺钉(8)固定在轴承座(6)中的小孔中，其磁感应区域放置在侧挂式测量套圈(7)的内部中间位置。
4.根据权利要求1所述的基于霍尔式位移传感器的智能轴承，其特征是，在轴承座(6)与轴承端盖(3)之间设置垫片(4)。
5.根据权利要求1所述的基于霍尔式位移传感器的智能轴承，其特征是，侧挂式测量套圈(7)主要由大磁环(7-3)、小磁环(7-8)、大导磁环(7-2)、小导磁环(7-7)、大端盖(7-5)、小端盖(7-6)及永磁体固定环(7-1)组成；
大磁环(7-3)和小磁环(7-8)极性相反并联放置；
大导磁环(7-2)包围大磁环(7-3)，小导磁环(7-7)包围小磁环(7-8)，大导磁体(7-2)和小导磁环(7-7)相对放置，形成一个小的空气隙；
大端盖(7-5)和小端盖(7-6)将两个导磁环固定在永磁体固定环(7-1)内，永磁体固定环(7-1)与芯轴(1)固定连接在一起。
6.根据权利要求5所述的基于霍尔式位移传感器的智能轴承，其特征是，大磁环(7-3)和小磁环(7-8)极性相反放置，霍尔传感器(9)放置在大磁环(7-3)和小磁环(7-8)所产生的空隙的中心位置；该结构会在Y轴方向产生均匀梯度磁场，其磁感应强度在中心位置为0，沿着Y轴正反方向线性增大，且方向相反。
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