CN106595464A - 轴承游隙监测系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新颖的轴承游隙监测系统和方法。该轴承游隙监测系统包括位移传感器、固定单元、以及数采单元，其中：固定单元将位移传感器固定在轴承上方；数采单元用于从位移传感器采集有关轴承的轴向游隙的信息。根据本发明实施例的轴承游隙监测系统和方法可以在轴系套装完成之前或之后、以及轴系套装过程中很方便地测量轴承的轴向游隙，从而可以提高轴系的套装精度。

Description

轴承游隙监测系统和方法

技术领域

本发明涉及机械领域，更具体地涉及一种轴承游隙监测系统和方法。

背景技术

在风力发电机组中的电机采用全新的轴系设计的情况下，需要准确掌握轴系的关键设计参数在风力发电机组运行过程中的变化情况，以便对风力发电机组进行全面的认识和评估。

轴承运转时的游隙(即，轴承的工作游隙)的大小对轴承的滚动疲劳寿命、温升、噪声、振动等性能有影响。在风力发电机组的电机前/后轴承的内圈和外圈分别与动轴和定轴过盈装配后，可以用常规的塞尺、百分表、深度尺等结合测量轴承的游隙，但是这样的测量过程耗时费力且测量结果存在较大误差，尤其在测量滚动体与内圈上方的间隙时更不理想。轴系的套装精度要求非常高，它是整个风力发电机组的主传动系统，采用常规的测量方法不能在轴系套装的过程中直观地体现装配工艺的技术要求和精确度。

发明内容

鉴于以上所述的一个或多个问题，本发明提供了一种新颖的轴承游隙监测系统和方法。

根据本发明实施例的轴承游隙监测系统，包括位移传感器、固定单元、以及数采单元，其中：固定单元将位移传感器固定在轴承上方；数采单元用于从位移传感器采集轴承的轴向游隙的信息。

根据本发明实施例的轴承游隙监测方法，包括：利用固定单元将位移传感器固定在轴承上方；利用位移传感器测量轴承的轴向游隙；以及利用数采单元从位移传感器采集轴承的轴向游隙的信息。

根据本发明实施例的轴承游隙监测系统和方法可以在轴系套装完成之前或之后、以及轴系套装过程中很方便地测量轴承的轴向游隙，从而可以提高轴系的套装精度。

附图说明

通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。

图1是示出根据本发明的一个实施例的轴承游隙监测系统的示例性结构框图；

图2是示出根据本发明的一个实施例的轴承游隙监测系统中的传感器布置的示例性示意图；

图3是示出在图2中所示的传感器布置中位移传感器与固定板之间的示例性位置关系示意图；

图4是示出根据本发明的另一实施例的轴承游隙监测系统的示例性线路图；

图5A-5D是示出在轴系套装过程中测量得到的轴承的轴向游隙的示例性波形图；

图6是示出轴承的轴向游隙在轴系套装过程中的示例性变化趋势图；以及

图7是示出根据本发明实施例的轴承游隙监测方法的示例性流程图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。

在风力发电机组的电机前/后轴承的内圈和外圈装配完成后，采用常规的塞尺、百分表、深度尺结合测量轴承的轴向游隙(即，轴向位移量)费时费力且测量结果存在较大误差(即，测量效果不理想)。另外，在牵引车拖动轴系转动以对轴系的套装精度进行评估时，无法实时测量并记录轴承的轴向游隙，从而不能基于轴系套装前后的工艺技术要求与轴承的轴向游隙的变化量来对轴系的套装精度进行约束。

鉴于此，本发明提供了一种新颖的轴承游隙监测系统和方法，能够在轴系套装完成之前或之后、以及轴系套装过程中很方便地测量轴承的轴向游隙，从而可以提高轴系的套装精度。下面，结合附图详细描述根据本发明实施例的轴承游隙监测系统和方法。

图1是示出根据本发明的一个实施例的轴承游隙监测系统的示例性结构框图。如图1所示，轴承游隙监测系统100包括位移传感器102、固定单元104、以及数采单元106，其中：固定单元104将位移传感器102固定在轴承上方，以使位移传感器102能够测量轴承的轴向游隙；数采单元106从位移传感器102采集轴承的轴向游隙的信息。

这里，位移传感器102可以被实现为接触式位移传感器也可以被实现为非接触式位移传感器。然而，由于接触式位移传感器在测量轴承的轴向游隙的过程中可能会对轴承造成碰撞、冲击等不利影响，所以在大多数情况下使用非接触式位移传感器，例如，非接触电涡流位移传感器，来测量轴承的轴向游隙。

在一些实施例中，固定单元104可以被固定在轴承上，从而使得位移传感器102可以经由固定单元104被固定在轴承上方。例如，固定单元104可以被固定在轴承的内圈的上端面上、轴承的外圈的上端面上、或者轴承的外圈的外侧面上；固定单元104的位置和姿态可以是固定的也可以是可调节的；在固定单元104的位置和姿态固定的情况下，位移传感器102的种类通常也比较固定；在固定单元104的位置和姿态可调节的情况下，通常可以比较自由地选择位移传感器102的种类。

图2是示出根据本发明的一个实施例的轴承游隙监测系统中的传感器布置的示例性示意图。如图2所示，在一些实施例中，固定单元104可以包括固定板1042和万向支架1044，其中，固定板1042被安装在万向支架1044的一端，万向支架1044的另一端被固定在轴承的内圈202上，例如，内圈202的上端面上，位移传感器102被安装在固定板1042上。

图3是示出在图2中所示的传感器布置中位移传感器与固定板之间的示例性位置关系示意图。如图3所示，在一些实施例中，位移传感器102经由双螺母被安装在固定板1042的一端，固定板1042的另一端被固定在万向支架1044上。在图2和图3所示的传感器布置中，可以通过调节固定板1042和万向支架1044中的一者或两者的位置和/或姿态来调节位移传感器102相对于轴承的位置。例如，在使用非接触电涡流位移传感器的情况下，可以根据非接触电涡流位移传感器的有效量程(2.5mm)和输出电压(-10V至+10V)等参数来调节该非接触电涡流位移传感器相对于轴承的位置。

在一些实施例中，为了针对轴承中的滚动体204更为准确地测量轴承的轴向游隙，可以通过调节固定板1042和万向支架1044中的一者或两者的位置和/或姿态使位移传感器102位于以下位置：位移传感器102的探头位于轴承中的滚动体204上方，位移传感器102的轴心线与轴承中的滚动体204的轴线平行，位移传感器102的传感区域与滚动体204端面中心定位孔以外的区域对应，其中，滚动体204位于轴承的内圈202与外圈206之间。

在一些实施例中，图1所示的轴承游隙监测系统还可以包括供电单元108和监测单元110，其中，供电单元108被构造用于向位移传感器102和数采单元106供电，监测单元110被配置用于执行以下各项处理中的至少一项：从数采单元106获取轴承的轴向游隙的信息，存储轴承的轴向游隙的信息，以及基于轴承的轴向游隙的信息生成轴承的轴向游隙的变化趋势信息。这里，监测单元110可以被实现为由诸如计算机、个人数字助理、笔记本电脑之类的计算设备运行的程序软件，此时监测单元110可以通过诸如网线之类的有线通信方式、或者诸如WiFi、蓝牙、局域网(LAN)之类的无线通信方式与数采单元106通信。

在一些实施例中，数采单元106可以被实现为可编程逻辑控制器(ProgrammableLogic Controller，PLC)。在这种情况下，数采单元106的IP地址与运行监测单元110的计算设备的IP地址不同，但处于相同的网段。

图4是示出根据本发明的另一实施例的轴承游隙监测系统的示例性线路图。在图4所示的示例中，供电单元108包括220V电源、15V电源、以及24V电源；数采单元106被实现为PLC；位移传感器102被实现为非接触电涡流位移传感器，并且包括用于放大非接触电涡流位移传感器的输出信号的前置器；监测单元110被实现为由计算设备运行的程序软件。这里，由于不涉及位移传感器的固定方式和固定位置，所以图3中没有示出固定单元104。

具体地，在图4所示的示例中，220V电源为15V电源和24V电源供电；15V电源的G2端子连接前置器的GND接口，15V电源的V2端子连接前置器的+15V接口，15V电源的V3端子连接前置器的-15V接口；24V电源给PLC供电；PLC上的“24V”接口与“+”接口短接，“0V”接口与“-”接口短接；PLC上的数采通道1连接前置器的OUT接口，PLC上的数采通道3连接前置器的GND接口。

在运行监测单元110的计算设备通过网线与PLC连接时，PLC的IP地址为例如，192.168.151.103，运行监测单元110的计算设备的IP地址为例如，192.168.151.xx，避免与PLC的IP地址的末位数字一样；当监测单元110启动时，监测单元110新建采集项目，查找PLC的IP地址或者提示用户手动输入PLC的IP地址，并且通过点击查找或者输入的PLC的IP地址录入采集变量(.test、.input)，.test变量对应位移传感器的输出电压值，.input变量对应数采通道号。

监测单元110在开始从数采单元106获取轴承的轴向游隙的信息后，即可监测轴承的轴向游隙的实时数据的波动和波形图；监测单元110在停止从数采单元106获取轴承的轴向游隙的信息后，可以利用自定义或者自动生成的时间轴名称对轴承的轴向游隙的信息进行本地存储。

下面，详细描述利用结合图1至图4描述的轴承游隙监测系统在轴系套装的过程中针对轴承中的滚动体测量轴承的轴向游隙的示例过程。

轴系套装前

将轴承水平放置于地面支撑工装上，默认轴承出厂时的轴向游隙，即初始轴向游隙为0，测量轴承的内圈与外圈之间的高度差并做好记录，拖动轴承的外圈转动数圈，进行多个滚动体整周期的位移测试，作为轴系套装的基础数据。

轴系套装后

利用万向支架和固定板将位移传感器固定在轴承的内圈的上端面上，并将位移传感器调整到为该位移传感器的输出电压为0V左右的位置，即调整位移传感器的初始位移。

A阶段：进行未上轴承预压工装时的整周期数据采集，即在未上轴承预压工装的情况下，针对轴承的64颗滚动体中的每颗滚动体采集轴承的轴向游隙。

B阶段：进行轴承盖板上加装预压工装时的整周期数据采集，即在轴承盖板上加装预压工装的情况下，针对轴承的64颗滚动体中的每颗滚动体采集轴承的轴向游隙。

C阶段：进行预压工装上的六颗螺栓的力矩值达到1040N时的整周期数据采集，即在预压工装上的六颗螺栓的力矩值达到1040N的情况下，针对轴承的64颗滚动体中的每颗滚动体采集轴承的轴向游隙。

这里，假设位移传感器量程为2.5mm，初始位移为1mm，1V输出电压对应的线性关系距离为0.20mm，位移传感器的线性公式为：

y＝4.22x-14.22

y表示位移传感器的输出电压V；x表示位移传感器测量得到的位移。

图5A-5D是示出在轴系套装过程中测量得到的轴承的轴向游隙的示例性波形图。具体地，图5A示出了在轴系套装前轴承的轴向游隙的波形图；图5B示出了在轴系套装后的A阶段轴承的轴向游隙的波形图；图5C示出了在轴系套装后的B阶段轴承的轴向游隙的波形图；图5D示出了在轴系套装后的C阶段轴承的轴向游隙的波形图。

图6是示出轴承的轴向游隙在轴系套装过程中的示例性变化趋势图。图6横坐标表示六个特征点，纵坐标表示每个特征点对应的轴承轴向游隙的峰值电压差，以及1V电压差对应的距离。其中，第一个和第二个特征点是从A阶段的波形图中选取的峰值电压差最大的两个点；第三个和第四个特征点是从B阶段的波形图中选取的峰值电压差最大的两个点；第五个和第六个特征点是从C阶段的波形图中选取的峰值电压差最大的两个点。

由于每个阶段工艺完成后，位移传感器102的传感端面与轴承滚子端面的距离发生改变，因此需要考虑位移传感器102的标定问题，也就是说，在每个阶段1V电压差对应的距离并不相同。

由图6可以看出，在A阶段轴承轴向游隙(也就是轴向的滑移量)较大，在B阶段加装预压工装后，轴承轴向游隙变小，但是在C阶段为预压工装上的螺栓施加力矩之后(这一工艺是轴系装配过程中不可缺少的步骤)，由于螺栓、预压工装对轴承的作用力，导致轴承轴向游隙变大。

结合轴系套装前测量得到的基础数据，可以利用根据本发明实施例的轴承游隙监测系统对轴承的轴向游隙进行测量并相应地调整轴系的套装中施加的力矩，直至达到轴系的轴向游隙满足工艺技术要求为止。

也就是说，在轴承的内圈与动轴、外圈与定轴均为过盈配合后，利用根据本发明实施例的轴承游隙监测系统实时监测在轴系套装后轴承的轴向游隙的数据波形，利用压轴承端盖、预压工装、施加力矩、拖动轴系转动等方法达到轴系的套装工艺要求，在此过程中可以直观、有效地从轴承游隙监测系统中观察到轴承的轴向游隙由大变小的过程，并结合轴承安装前的轴向游隙和高度差等技术参数进行对比，直至轴承装配达到工艺的技术要求。

综上所述，这里提出了这样一种轴承游隙监测方法。图7是示出根据本发明实施例的轴承游隙监测方法的示例性流程图。如图7所示，轴承游隙监测方法700包括：S702，利用固定单元104将位移传感器102固定在轴承上方；S704，利用位移传感器102测量轴承的轴向游隙；以及S706，利用数采单元106从位移传感器102采集轴承的轴向游隙的信息。

其中，步骤S702和步骤S706具体包括：将轴承套装在动轴和定轴之间，在轴承盖板上加装预压工装，为预压工装上的螺栓施加力矩；在加装预压工装的步骤之后，或者在为预压工装上的螺栓施加力矩的步骤之后，利用位移传感器测量轴承的轴向游隙。

根据本发明的轴承游隙监测方法的其他细节与结合图1至图6描述的轴承游隙监测系统类似，这里不再赘述。

需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。

本发明可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。例如，特定实施例中所描述的算法可以被修改，而系统体系结构并不脱离本发明的基本精神。当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明的范围由所附权利要求而非上述描述定义并且落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明的范围之中。

Claims (15)

1.一种轴承游隙监测系统，其特征在于，包括位移传感器、固定单元、以及数采单元，其中，

所述固定单元将所述位移传感器固定在轴承上方；

所述数采单元用于从所述位移传感器采集所述轴承的轴向游隙的信息。

2.根据权利要求1所述的轴承游隙监测系统，其特征在于，所述位移传感器是非接触电涡流位移传感器。

3.根据权利要求1所述的轴承游隙监测系统，其特征在于，所述固定单元包括固定板和万向支架，所述固定板安装在所述万向支架的一端，所述万向支架的另一端固定在所述轴承的内圈上，所述位移传感器安装在所述固定板上。

4.根据权利要求1所述的轴承游隙监测系统，其特征在于，所述固定单元将所述位移传感器固定在所述轴承中的滚动体上方。

5.根据权利要求4所述的轴承游隙监测系统，其特征在于，所述位移传感器的轴心线平行于所述滚动体的轴线，并且所述位移传感器的传感区域与所述滚动体端面中心定位孔以外的区域对应。

6.根据权利要求1所述的轴承游隙监测系统，其特征在于，所述数采单元是可编程逻辑控制器。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的轴承游隙监测系统，其特征在于，还包括：

监测单元，用于执行以下各项处理中的至少一项：从所述数采单元获取所述轴承的轴向游隙的信息，存储所述轴承的轴向游隙的信息，以及基于所述轴承的轴向游隙的信息生成所述轴承的轴向游隙的变化趋势信息。

8.一种轴承游隙监测方法，其特征在于，包括：

利用固定单元将位移传感器固定在轴承上方；

利用所述位移传感器测量所述轴承的轴向游隙；以及

利用数采单元从所述位移传感器采集所述轴承的轴向游隙的信息。

9.根据权利要求8所述的轴承游隙监测方法，其特征在于，所述位移传感器是非接触电涡流位移传感器。

10.根据权利要求8所述的轴承游隙监测方法，其特征在于，所述固定单元包括固定板和万向支架，利用所述固定单元将所述位移传感器固定在所述轴承上方包括：

将所述固定板安装在所述万向支架的一端，将所述万向支架的另一端固定在所述轴承的内圈上，并将所述位移传感器安装在所述固定板上。

11.根据权利要求8所述的轴承游隙监测方法，其特征在于，利用所述固定单元将所述位移传感器固定在所述轴承中的滚动体上方。

12.根据权利要求11所述的轴承游隙监测方法，其特征在于，所述位移传感器的轴心线平行于所述滚动体的轴线，并且所述位移传感器的传感区域与所述滚动体端面中心定位孔以外的区域对应。

13.根据权利要求8所述的轴承游隙监测方法，其特征在于，所述数采单元是可编程逻辑控制器。

14.根据权利要求8-13中任一项所述的轴承游隙监测方法，其特征在于，所述利用所述位移传感器测量所述轴承的轴向游隙，以及利用数采单元从所述位移传感器采集所述轴承的轴向游隙的信息的步骤具体包括：

将轴承套装在动轴和定轴之间，在轴承盖板上加装预压工装，为所述预压工装上的螺栓施加力矩；

在加装预压工装的步骤之后，或者在为所述预压工装上的螺栓施加力矩的步骤之后，利用所述位移传感器测量所述轴承的轴向游隙。

15.根据权利要求14所述的轴承游隙监测方法，其特征在于，还包括：

利用监测单元执行以下各项处理中的至少一项：从所述数采单元获取所述轴承的轴向游隙的信息，存储所述轴承的轴向游隙的信息，以及基于所述轴承的轴向游隙的信息生成所述轴承的轴向游隙的变化趋势信息。