CN108425941A - 滚子轴承用的状态检测装置及滚子轴承装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种滚子轴承用的状态检测装置及滚子轴承装置。滚子轴承用的状态检测装置具备：传感器，安装于在滚子轴承中的滚子的中心形成的贯通孔内；记录装置，记录传感器的检测信号；以及安装夹具，用于将记录装置安装于滚子，安装夹具经由贯通孔而贯通滚子，且具备从滚子的轴向的外侧与滚子的轴向一端部卡合的第一卡合部以及从滚子的轴向的外侧与滚子的轴向另一端部卡合的第二卡合部。

Description

滚子轴承用的状态检测装置及滚子轴承装置
将在2017年2月14日提出的日本专利申请2017-025029的包括其说明书、附图及摘要的公开作为参照而全部援引于此。
技术领域
本发明涉及滚子轴承用的状态检测装置及滚子轴承装置。
背景技术
近年来，轧制装置等使用的滚动轴承存在操作速度的提高或高负荷状态下的长时间使用等置于严苛的使用环境下的倾向。由于安装滚动轴承的轴箱的结构的改良等而向滚动轴承的滚动体施加的载荷分布复杂化。因此，检测运转中的滚动轴承的状态而准确地分析滚动轴承的耐久性或寿命变得非常重要。
日本特开2011-149538号公报公开了作为滚动轴承的状态能够检测滚动体载荷的滚子轴承装置。如图11所示，日本特开2011-149538号公报记载的滚子轴承装置101具备载荷检测装置，该载荷检测装置具有滚子轴承110、载荷检测传感器132、位置检测传感器139及记录装置133。滚子轴承110具有作为滚动体的滚子114。载荷检测传感器132检测向滚子114施加的载荷。位置检测传感器139检测滚子114的公转方向的旋转位置。记录装置133设置于滚子114并记录、存储载荷检测传感器132的检测信号。
载荷检测传感器132由在滚子114的轴心形成的贯通孔122的内表面上安装的应变片构成。记录装置133由经由安装夹具134而安装的数据记录器构成。安装夹具134通过与贯通孔122的一端部嵌合而固定于滚子114。因此，应变片132及数据记录器133与滚子114一起沿着滚子轴承110的内外圈112、113的滚道自转并公转。
日本特开2011-149538号公报记载的滚子轴承110在高速旋转、高振动、高温等严苛的环境下使用时，在安装于滚子114的应变片132或数据记录器133上也作用有较大的负担。这种情况下，由于数据记录器133的安装夹具134仅与滚子114的贯通孔122的一端部嵌合，因此如果受到较大的振动或曝露于高温，则有可能安装夹具134的嵌合松脱而从滚子114脱离。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种能够防止记录装置从滚子脱离的滚子轴承用的状态检测装置及滚子轴承装置。
本发明的一个方式的滚子轴承用的状态检测装置的结构上的特征在于，具备：传感器，安装于在滚子轴承中的滚子的轴心形成的贯通孔内；记录装置，记录所述传感器的检测信号；及安装夹具，用于将所述记录装置安装于所述滚子，其中，所述安装夹具经由所述贯通孔进行贯通，且具备从所述滚子的轴向的外侧与所述滚子的轴向一端部卡合的第一卡合部以及从所述滚子的轴向的外侧与所述滚子的轴向另一端部卡合的第二卡合部。
附图说明
前述及后述的本发明的特征及优点通过下面的具体实施方式的说明并参照附图而明确，其中，相同的标号表示相同的部件。
图1是应用了实施方式的状态检测装置的滚子轴承装置的概略的纵剖视图。
图2是表示相对于图1而使滚子旋转了90°的状态的滚子轴承装置的概略的纵剖视图。
图3是图2的J-J向视剖视图。
图4是将状态检测装置分解表示的主视图。
图5(a)是图4的A-A向视图，图5(b)是图4的B-B向视图，图5(c)是图4的C-C向视图。
图6是图1的D部的放大剖视图。
图7是图1的E部的放大剖视图。
图8是图6的F部的放大剖视图。
图9是图7的G部的放大剖视图。
图10是图2的H-H向视图。
图11是表示现有技术的滚子轴承装置的纵剖视图。
具体实施方式
以下，说明本发明的滚动轴承装置的一个实施方式。图1是应用了实施方式的状态检测装置的滚子轴承装置的概略的纵剖视图。图2是表示相对于图1而使滚子旋转了90°的状态的滚子轴承装置的概略的纵剖视图。图3是图2的J-J向视剖视图。本实施方式的滚子轴承装置1具有滚子轴承10和状态检测装置31。
本实施方式的滚子轴承10是具备销式保持架11的圆锥滚子轴承10，具备外圈12、内圈13、多个圆锥滚子14及销式保持架11。外圈12由轴承钢等形成为圆环状。外圈12的外周侧固定于未图示的壳体，且在内周侧具有相对于轴向倾斜的外圈滚道面17。外圈12通过轴向的一端部比另一端部沿径向形成得厚而截面形状形成为梯形形状。
内圈13由轴承钢等形成为圆环状。在内圈13的内周侧嵌合有未图示的旋转轴，在外周侧具有相对于轴向倾斜且与外圈滚道面17相对的内圈滚道面19。在内圈滚道面19的轴向两侧形成有限制圆锥滚子14的轴向的移动的突缘部20。
多个圆锥滚子14由轴承钢等形成为圆锥台(截头圆锥)形状。圆锥滚子14在外圈滚道面17与内圈滚道面19之间，以由保持架11保持的状态沿周向隔开间隔地配置。在各圆锥滚子14的中心形成有贯通孔22。该贯通孔22配置在圆锥滚子14的中心(轴心)，且贯通圆锥滚子14。
保持架11具备环状的第一环23、环状的第二环24、圆棒状的销25(参照图3)。第二环24相对于该第一环23沿轴向隔开间隔地设置。销25将第一、第二环23、24连结。第一环23及第二环24沿周向隔开间隔地形成有用于安装销25的两端的多个安装孔。销25经由贯通孔22而贯通圆锥滚子14。由此，圆锥滚子14由保持架11保持。安装有状态检测装置31的圆锥滚子14(在图3中记载于左右中央的圆锥滚子14)在贯通孔22内未插入销25，也如图1及图2所示，插入有状态检测装置31的一部分的结构(后述的安装夹具34)。在第一环23及第二环24形成有与用于安装销25的安装孔相比大径的插通孔23a、24a。在该插通孔23a、24a内插通安装夹具34。
圆锥滚子轴承10中，伴随着旋转轴的旋转而内圈13旋转，伴随着该内圈13的旋转而各圆锥滚子14绕自身的轴心自转并绕圆锥滚子轴承10的轴心进行公转运动。
状态检测装置31包括设置于圆锥滚子轴承10的一个或多个圆锥滚子14上的传感器32及记录装置33。本实施方式的状态检测装置31是作为圆锥滚子轴承10的状态而检测圆锥滚子轴承10上负荷的滚动体载荷的载荷检测装置。传感器32使用所谓应变片。
在圆锥滚子14的贯通孔22的内周面安装有两个应变片32。两个应变片32沿圆锥滚子14的轴向隔开间隔地配置，在贯通孔22的周向上配置于相同的相位(周向位置)。各应变片32由工作片和温度补偿用的补偿片构成，分别经由引线32a而与记录装置33连接。应变片32通过将在圆锥滚子14产生的应变检测为电压的变化，由此来检测向圆锥滚子14施加的载荷。
记录装置33使用所谓的数据记录器。该数据记录器33设为内置有具有与应变片32的输出对应的电桥电路的基板的专用的结构。该数据记录器33具备用于连接应变片32的引线32a的连接端子和用于与外部的计算机等设备连接的连接端子。
数据记录器33具备输入在应变片32中产生的电压的模拟信号的功能、将被输入的模拟信号转换成数字信号的功能、以时间序列记录并存储转换成数字信号的数据的功能、将存储的数据向计算机等外部的设备输出的功能等。
数据记录器33经由安装夹具34而安装于圆锥滚子14。安装夹具34穿过贯通孔22而贯通圆锥滚子14。需要说明的是，如前所述，在保持架11的第一环23及第二环24形成有用于使安装夹具34插通的插通孔23a、24a。该插通孔23a、24a相比用于安装销25的安装孔而形成得稍大径。
图4是将状态检测装置31分解表示的主视图。安装夹具34由螺栓构件36、螺母构件37及支架构件38构成。螺栓构件36具备形成为细长的棒状的主体部41、在主体部41的长度方向的一端部设置的头部42以及在主体部41的长度方向的另一端部设置的外螺纹部43。
图5(a)是图4的A-A向视图，图5(b)是图4的B-B向视图。如图5(a)所示，主体部41由截面形状为矩形形状、具体而言截面大致正方形形状的方棒构成。外螺纹部43具有比主体部41的宽度小的外径。外螺纹部43形成为比主体部41短的长度尺寸。
如图5(b)所示，头部42形成为扁平形状(椭圆形状)，具有与主体部41的一边的宽度相同的尺寸的厚度t和比主体部41的宽度大的尺寸的宽度W1、W2。头部42具备具有较大的宽度W1的宽幅部42a和具有较小的宽度W2的窄幅部42b。在宽幅部42a与窄幅部42b之间形成有第一阶梯部42c。该第一阶梯部42c具有随着从窄幅部42b朝向宽幅部42a而使宽度尺寸逐渐扩大的锥面42c1。如后所述，头部42构成第一卡合部，该第一卡合部与圆锥滚子14的位于圆锥滚子14的轴向端面的贯通孔22的外缘(开口缘)处的内周缘22a卡合。
在宽幅部42a的前端面的宽度方向中央部形成有内螺纹孔42d。该内螺纹孔42d用于与支架构件38连结。在宽幅部42a的前端面的宽度方向的两侧形成有卡合凹部42e。该卡合凹部42e也用于与支架构件38连结。螺栓构件36从圆锥滚子14的小端侧插入于贯通孔22。
如图4所示，螺母构件37形成为大致圆筒形状，在中心部贯通形成有内螺纹孔37e。图5(c)是图4的C-C向视图。在螺母构件37的一端部形成有工具卡合部37d，该工具卡合部37d与用于对螺母构件37进行连结操作的工具卡合。工具卡合部37d形成为大致长方体的块状。螺母构件37具有外径较大的大径部37a和外径较小的小径部37b。在大径部37a与小径部37b之间形成有第二阶梯部37c。小径部37b的外径比贯通孔22的内径稍小，大径部37a的外径比贯通孔22的内径稍大。第二阶梯部37c具有随着从小径部37b朝向大径部37a而使外径逐渐扩大的锥面37c1。如后所述，该螺母构件37构成与圆锥滚子14的内周缘22a卡合的第二卡合部。
图6是图1的D部的放大剖视图。螺母构件37通过使内螺纹孔37e与插入于贯通孔22的螺栓构件36的外螺纹部43螺合而沿轴向与螺栓构件36连结。螺母构件37的旋转操作可以使用与螺母构件37的工具卡合部37d卡合的工具50进行。与螺栓构件36连结的螺母构件37的小径部37b插入到贯通孔22内，大径部37a的大致整体配置于贯通孔22的轴向外侧。第二阶梯部37c从圆锥滚子14的轴向外侧与圆锥滚子14的内周缘22a接触并卡合。
图8是图6的F部的放大剖视图。在圆锥滚子14的内周缘22a形成有圆角状的倒角部22a1。第二阶梯部37c的锥面(卡合面)37c1与圆锥滚子14的内周缘22a的倒角部22a1接触。当向螺栓构件36连结螺母构件37时，螺母构件37被向贯通孔22的轴向内侧引入，锥面37c1被较强地按压于倒角部22a1。因此，能够使螺母构件37牢固地卡合于圆锥滚子14的轴向一端部。
在使螺母构件37与螺栓构件36螺合之后，通过将外螺纹部43或内螺纹孔37e的螺纹牙压溃，使螺母构件37无法脱离地完全固定于螺栓构件36。由此，螺栓构件36与螺母构件37的连结不会产生松动，能够将两者牢固地连结。
图7是图1的E部的放大剖视图。螺栓构件36的头部42的窄幅部42b向贯通孔22内插入，宽幅部42a配置在贯通孔22的轴向外侧。第一阶梯部42c从圆锥滚子14的轴向外侧与圆锥滚子14的内周缘22a接触并卡合。
图9是图7的G部的放大剖视图。螺栓构件36的第一阶梯部42c的锥面(卡合面)42c1与圆锥滚子14的内周缘22a的圆角状的倒角部22a1接触。当向螺栓构件36连结螺母构件37时，螺栓构件36被向贯通孔22的轴向内侧引入，锥面42c1被较强地按压于倒角部22a1。因此，能够使螺栓构件36牢固地卡合于圆锥滚子14的轴向另一端部。
如图4所示，支架构件38形成为圆筒形状，在其中心形成有螺栓孔38a，该螺栓孔38a供用于安装于螺栓构件36的安装螺栓51插通。在支架构件38的轴向一端面设有用于安装数据记录器33的安装面38b，在另一端面设有向螺栓构件36安装用的安装面38c。在安装面38c设有朝向螺栓构件36突出的两个卡合突起38d。
如图7所示，在使安装面38c与螺栓构件36的头部42的前端面抵接的状态下，通过将插入于螺栓孔38a的安装螺栓51向内螺纹孔42d连结而将支架构件38安装于螺栓构件36。支架构件38的卡合突起38d通过插入于螺栓构件36的卡合凹部42e而与螺栓构件36卡合。通过该卡合，能防止支架构件38相对于螺栓构件36的绕轴心的相对旋转。数据记录器33通过未图示的安装螺钉等而安装于支架构件38的安装面38b。数据记录器33配置在圆锥滚子轴承10的圆锥滚子14的小端侧且比保持架11的第一环23配置于轴向外侧。
如图2所示，将传感器32的引线32a朝向螺栓构件36的头部42侧引出。具体而言，将引线32a沿着螺栓构件36的主体部41的一个侧面41a向头部42侧引出。该主体部41的一个侧面41a配置成与头部42的一个侧面42f大致对齐。引线32a通过粘结剂45而固定于头部42的一个侧面42f。
图10是图2的H-H向视图，头部42具有比贯通孔22的内径小的厚度t。因此，在头部42的侧面42f与贯通孔22的内周面之间形成空间S。引线32a穿过该空间S而从贯通孔22的内部向外部引出。换言之，螺栓构件36的头部42具有侧面42f，该侧面42f用于形成使引线32a插通的配线空间S。通过设为这样的结构，能够将传感器32的引线32a顺畅地并减少与周围的干涉地向外部引出。
如图2所示，在支架构件38形成有凹槽38e，该凹槽38e用于避免与保持架11的干涉而将引线32a向外部引出。因此，也防止了引线32a与支架构件38的干涉。将引线32a沿着截面正方形形状(矩形形状)的主体部41的一个侧面引出。由此，能够防止引线32a在主体部41的周围扭转的情况而将引线32a朝向配线空间S直线性地向外部引出。
在具有以上的结构的本实施方式的状态检测装置31中，使螺栓构件36的头部(第一卡合部)42和螺母构件(第二卡合部)37分别从轴向外侧卡合于圆锥滚子14的轴向的各端部，通过头部42和螺母构件37将圆锥滚子14夹入，由此将安装夹具34安装于圆锥滚子14。因此，安装夹具34以沿轴向的移动及绕轴心的旋转被限制的状态牢固地安装于圆锥滚子14。因此，安装夹具34不会从滚子14脱离，能够良好地维持使数据记录器33安装于滚子14的状态。
安装夹具34由具有与圆锥滚子14相同的线膨胀系数的原料形成。例如，安装夹具34由与圆锥滚子14相同的原料形成。在曝露于高温的圆锥滚子轴承10的情况下，由于热量而圆锥滚子14膨胀，安装于圆锥滚子14的安装夹具34也膨胀。如果安装夹具34比圆锥滚子14沿轴向更大地膨胀，则头部42及螺母构件37中的一方或双方从圆锥滚子14分离，存在产生松动而绕轴心的旋转被容许的可能性。当安装夹具34旋转时，产生后述的引线32a缠绕于安装夹具34或者与保持架11干涉而发生断线的可能性。在本实施方式中，安装夹具34由具有与圆锥滚子14相同的线膨胀系数的原料形成，因此能够消除以上那样的不良情况。
安装夹具34也可以由比滚子14的线膨胀系数小的材料形成。这种情况下，在滚子轴承10曝露于高温时，滚子14比安装夹具34更大地膨胀，因此安装夹具34的头部(第一卡合部)42及螺母构件(第二卡合部)37分别较强地卡合于滚子14的轴向端部。因此，能够更牢固地将安装夹具34安装于滚子14。
安装夹具34具备与螺栓构件36分开的支架构件38。如果假设支架构件38与螺栓构件36一体地形成，则在向螺栓构件36连结螺母构件37时，支架构件38成为障碍而难以确认第一阶梯部42c是否卡合于圆锥滚子14的内周缘22a。在本实施方式中，具备与螺栓构件36分开的支架构件38，由此，在未安装支架构件38的状态下，能够进行螺栓构件36与螺母构件37的连结。在该连结时，容易确认第一阶梯部42c卡合于圆锥滚子14的内周缘22a的情况。
在将螺栓构件36与螺母构件37连结之后，在未安装支架构件38的状态下，将传感器32的引线32a向外部引出。由此，能够将引线32a避免松弛地引出，也能够容易地进行使引线32a粘结于螺栓构件36的作业(设置粘结剂45的作业)。通过避免引线32a松弛，能抑制由于运转中的振动等而引线32a移动的情况。由此，能够防止该引线32a与滚子14或保持架11接触而损伤的情况。
在本实施方式中，应变片32的检测信号经由引线32a而记录、存储于数据记录器33。在数据的存储结束之后，通过将安装夹具34切断而将数据记录器33拆卸。通过将数据记录器33与外部的计算机等连接而将存储的数据取出，进行分析。具体的分析方法可以与现有技术(例如，日本特开2011-149538号公报)同样地应用公知的方法。
前述实施方式在全部的点上为例示而不受限制。即，本发明的滚子轴承装置并不局限于图示的方式而在本发明的范围内也可以为其他的方式的结构。例如，本发明的滚子轴承10并不限定为圆锥滚子轴承10，也可以为圆筒滚子轴承。而且，本发明的滚子轴承10也可以是不具备销式保持架11的通常的滚子轴承。这种情况下，只要在作为检测对象的滚子14上设置沿轴向贯通的孔，并向该孔安装应变片32、数据记录器33即可。
在上述实施方式中，安装夹具34的支架构件38安装于螺栓构件36，但也可以安装于螺母构件37。这种情况下，只要在螺母构件37的外周面(侧面)与圆锥滚子14的内周缘22a之间形成用于引出引线32a的配线空间即可。而且，支架构件38也可以与螺栓构件36或螺母构件37一体地形成。在上述实施方式中，在圆锥滚子14设置两个应变片32，但也可以设置一个或三个以上的应变片32。
在上述实施方式中，状态检测装置31具备应变片来作为传感器32。然而，也可以具备检测圆锥滚子14的温度的热电偶等或其他的传感器来作为传感器32。安装夹具34的第一、第二阶梯部42c、37c的卡合面42c1、37c1形成为锥状，圆锥滚子14的内周缘22a的倒角部22a1形成为圆角状，但也可以与之相反。
根据本发明，能够防止记录装置从滚子的脱离。

Claims (7)

1.一种滚子轴承用的状态检测装置，包括：
传感器，安装于在滚子轴承中的滚子的中心形成的贯通孔内；
记录装置，记录所述传感器的检测信号；以及
安装夹具，用于将所述记录装置安装于所述滚子，其中，
所述安装夹具经由所述贯通孔进行贯通，且具备从所述滚子的轴向的外侧与所述滚子的轴向一端部卡合的第一卡合部以及从所述滚子的轴向的外侧与所述滚子的轴向另一端部卡合的第二卡合部。
2.根据权利要求1所述的滚子轴承用的状态检测装置，其中，
所述安装夹具包括螺栓构件和螺母构件，所述螺栓构件具有所述第一卡合部，所述螺母构件具有所述第二卡合部且沿所述滚子的轴向与所述螺栓构件连结。
3.根据权利要求2所述的滚子轴承用的状态检测装置，其中，
所述安装夹具具备用于安装所述记录装置的支架构件，该支架构件与所述螺栓构件及所述螺母构件分开设置。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的滚子轴承用的状态检测装置，其中，
所述第一卡合部及所述第二卡合部与所述滚子的位于所述贯通孔的开口缘处的内周缘卡合。
5.根据权利要求4所述的滚子轴承用的状态检测装置，其中，
在所述滚子的内周缘形成有倒角部，所述第一卡合部及所述第二卡合部具有与所述倒角部接触的卡合面，所述倒角部及所述卡合面中的一个形成为圆角状，另一个形成为锥状。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的滚子轴承用的状态检测装置，其中，
在所述第一卡合部及所述第二卡合部中的至少一个与所述滚子的内周缘之间，设有供配线穿过的空间。
7.一种滚子轴承装置，包括滚子轴承以及权利要求1～6中任一项所述的状态检测装置，
所述滚子轴承具备：
内圈，具有内圈滚道；
外圈，具有配置于所述内圈滚道的径向外侧的外圈滚道；
滚子，配置于所述内圈滚道和所述外圈滚道之间；以及
保持架，保持所述滚子。
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