CN108716533A - 具有状态感知功能的智能齿轮 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有状态感知功能的智能齿轮,包括齿轮和配重孔,配重孔内设置有传动状态监测装置和配重块,传动状态监测装置包括壳体、传感器电路板和电源单元,传感器电路板上设置有调理电路单元、控制单元、时钟单元、存储单元和无线单元,调理电路单元信号入口端连接有加速度传感器单元、应变传感器单元和温度传感器单元;本发明将微传感器直接安装在机械传动设备所需监测的位置,感知信号强度大、可靠性高,通过嵌入式的设计使得传感系统具有体积小,集成程度高,并且将其直接安装在齿轮箱内,可以克服箱体内部复杂机械环境,降低安装空间的影响;具有微型化、低成本、低功耗、高效率、高精度的优点。
Description
技术领域
本发明属于带有齿的轮的技术领域,具体是涉及一种具有状态感知功能的智能齿轮。
背景技术
齿轮箱是机械传动设备的重要组成部分,其运行状态直接关系到机械传动系统以及整机运行的安全性、可靠性、与维护性;随着现代机械传动设备的自动化、系统化、复杂化和精密化程度越来越高,而齿轮箱箱体封闭、内部温度高、转速高、有润滑油、有油气、存在变速、变载、安装空间小,因此迫切需要研发出能够满足以上特殊机械环境下的机械传动设备状态监测系统,现有的技术传动状态监测系统价格昂贵、体积较大、供电困难等,其通过将传感器安装在机械传动设备箱体外部,远离齿轮、轴承等故障率高发设备,只能将传感器安装在远离故障发生地的齿轮箱体等位置固定、不会旋转的地方,导致其传感器感知的信号发生源多,感知的区域广,同时受传递路径、结构质量、摩擦以及结构之间相互耦合作用的影响,存在原始信号成分少、噪声干扰大和环境适应能力差等缺点。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种具有状态感知功能的智能齿轮,该具有状态感知功能的智能齿轮将微传感器直接安装在机械传动设备所需监测的位置,感知信号强度大、可靠性高,通过嵌入式的设计使得传感系统具有体积小,集成程度高,并且将其直接安装在齿轮箱内,可以克服箱体内部复杂机械环境,降低安装空间的影响;基于微传感器与微处理器以及无线传感技术,具有微型化、低成本、低功耗、高效率、高精度的优点。
为了达到上述目的,本发明一种具有状态感知功能的智能齿轮,包括齿轮和一对设置在齿轮上的配重孔,1个配重孔内设置有传动状态监测装置,另1个配重孔内设置有与其对应的配重块,所述传动状态监测装置包括壳体、设置在壳体内的传感器电路板和电源单元,所述传感器电路板上设置有调理电路单元、控制单元、时钟单元、存储单元和无线发射单元,所述调理电路单元信号出口端与控制单元连接,所述控制单元同时与时钟单元、存储单元和无线发射单元连接,所述调理电路单元信号入口端连接有加速度传感器单元、应变传感器单元和温度传感器单元,
所述加速度传感器单元、应变传感器单元和温度传感器单元均设置在齿轮上;
所述电源单元,用于给加速度传感器单元、应变传感器单元、温度传感器单元、调理电路单元和控制单元供电;
所述调理电路单元,用于接收加速度传感器、应变传感器以及温度传感器信号,并将其信号进行放大、降噪和滤波处理;
所述控制单元,用于与调理电路单元连接并对各路信号进行模数转换;
所述时钟单元,用于为控制单元提供精确时钟;
所述存储单元,用于存储各路传感单元采集信号;
所述无线发射单元,用于通过无线传输向向外传输各路传感数据。
进一步,所述加速度传感器单元、应变传感器单元和温度传感器单元分别设置在齿根处,所述加速度传感器单元、应变传感器单元和温度传感器单元通过螺栓固定在齿根处。
进一步,还包括与传动状态监测装置对应设置的数据接收装置,所述数据接收装置设置在齿轮箱外部或箱体上,所述数据接收装置包括壳体和设置在壳体内的传接收电路板,所述传接收电路板上设置有与无线单元对应的无线接收单元、与无线接收单元连接的接收控制单元、以及同时与接收控制单元连接的LED灯单元和USB单元,USB单元通过数据线与监控电脑连接。
进一步,所述壳体内设置有隔板,所述隔板将壳体内分隔成密封的电路板安装仓、自供电装置安装仓和电源安装仓,所述传感器电路板固定安装在电路板安装仓内、所述电源单元固定安装在电源安装仓,所述自供电装置安装仓内设置有与电源单元连接的自供电装置。
进一步,所述电路板安装仓、自供电装置安装仓和电源安装仓沿配重孔的轴线方向依序设置。
进一步,所述自供电装置包括固定在自供电装置安装仓内的一对永磁铁、设置在一对永磁铁之间的线圈和固定设置在线圈两端的金属杆,所述自供电装置安装仓内设置有套装在两端金属杆上的轴承,一端所述金属杆上固定设置有偏心重锤或偏心块,所述线圈与电源单元连接。
进一步,靠近偏心重锤或偏心块一侧的所述金属杆上设置有压电陶瓷,所述压电陶瓷与电源单元连接。
进一步,所述壳体一端设置有压在配重孔孔沿上的压板,另一端设置有可拆卸连接的法兰,所述压板上设置有3-4个连接在法兰上的螺栓。
本发明的有益效果在于:
本发明具有状态感知功能的智能齿轮将微传感器直接安装在机械传动设备所需监测的位置,感知信号强度大、可靠性高,通过嵌入式的设计使得传感系统具有体积小,集成程度高,并且将其直接安装在齿轮箱内,可以克服箱体内部复杂机械环境,降低安装空间的影响;基于微传感器与微处理器以及无线传感技术,具有微型化、低成本、低功耗、高效率、高精度的优点。
附图说明
图1为本发明具有状态感知功能的智能齿轮的结构示意图;
图2为本发明具有状态感知功能的智能齿轮中电路板的框架图;
图3为本发明具有状态感知功能的智能齿轮中监控装置安装示意图。
附图标记:1-传感器电路板;2-调理电路单元;3-温度传感单元;4-应变传感单元;5-加速度传感单元;6-电源单元;7-控制单元;8-时钟单元;9-存储单元;10-无线发射单元;11-传接收电路板;12-接收控制单元;13-无线接收单元;14-LED灯单元;15-USB单元;16-电脑;17-配重块;18-齿轮;19-壳体;20-隔板;21-电路板安装仓;22-自供电装置安装仓;23-电源安装仓;24-压板;25-螺栓;26-线圈;27-永磁铁;28-金属杆;29-压电陶瓷;30-偏心重锤。
具体实施方式
下面将结合附图,对本发明的优选实施例进行详细的描述。
如图1-3为本发明具有状态感知功能的智能齿轮启动前的结构示意图;本发明公开了一种具有状态感知功能的智能齿轮,包括齿轮18和一对设置在齿轮18上的配重孔,1个配重孔内设置有传动状态监测装置,另1个配重孔内设置有与其对应的配重块17,所述传动状态监测装置包括壳体19、设置在壳体19内的传感器电路板1和电源单元6,所述传感器电路板1上设置有调理电路单元2、控制单元7、时钟单元8、存储单元9和无线发射单元10,所述调理电路单元信号2出口端与控制单元7连接,所述控制单元7同时与时钟单元8、存储单元9和无线发射单元10连接,所述调理电路单元2信号入口端连接有加速度传感器单元5、应变传感器单元4和温度传感器单元3,
所述加速度传感器单元5、应变传感器单元4和温度传感器单元3均设置在齿轮18上;
所述电源单元6,用于给加速度传感器单元5、应变传感器单元4、温度传感器单元3、调理电路单元2和控制单元7供电;
所述调理电路单元2,用于接收加速度传感器5、应变传感器4以及温度传感器3信号,并将其信号进行放大、降噪和滤波处理;
所述控制单元7,用于与调理电路单元2连接并对各路信号进行模数转换;
所述时钟单元8,用于为控制单元提供精确时钟;
所述存储单元9,用于存储各路传感单元采集信号;
所述无线发射单元10,用于通过无线传输向向外传输各路传感数据。
本实施例齿轮在传动过程中,加速度传感器单元5、应变传感器单元4和温度传感器单元3分别检测到齿轮在启动或者停止过程中的加速度信号、齿轮齿部处应变力信号和齿轮齿部处温度信号,并将信号发送至调理电路单元2处进行放大、降噪和滤波处理,然后传送至控制单元7进行模数转换,最后通过无线传输向向外传输各路传感数据,该各路传感数据可以通过设置在齿轮箱外部或箱体上的数据接收装置,数据接收装置将数值发送给电脑,方便利用电脑进行数据监控,提高大型齿轮数据监控的准确性和真实性。
本实施例将微传感器直接安装在机械传动设备所需监测的位置,感知信号强度大、可靠性高,通过嵌入式的设计使得传感系统具有体积小,集成程度高,并且将其直接安装在齿轮箱内,可以克服箱体内部复杂机械环境,降低安装空间的影响;基于微传感器与微处理器以及无线传感技术,具有微型化、低成本、低功耗、高效率、高精度的优点。
进一步,优选的所述加速度传感器单元5、应变传感器单元4和温度传感器单元3分别设置在齿根处,所述加速度传感器单元5、应变传感器单元4和温度传感器单元3通过螺栓固定在齿根处,该结构有利于固定加速度传感器单元5、应变传感器单元4和温度传感器单元3,提高加速度传感器单元5、应变传感器单元4和温度传感器单元3的安装强度,方便实时实地进行检测齿轮传动过程中齿轮的加速度信号、应变力信号和温度信号,提高大型齿轮数据监控的准确性和真实性。
进一步,优选的还包括与传动状态监测装置对应设置的数据接收装置,所述数据接收装置设置在齿轮箱外部或箱体上,所述数据接收装置包括壳体和设置在壳体内的传接收电路板11,所述传接收电路板上设置有与无线发射单元10对应的无线接收单元13、与无线接收单元13连接的接收控制单元12、以及同时与接收控制单元12连接的LED灯单元14和USB单元15,USB单元15通过数据线与电脑16监控连接,该结构方便利用无线近距离接收信号,有线传输至电脑16进行数据监控,提高大型齿轮数据监控的准确性和真实性。
进一步,优选的所述壳体19内设置有隔板20,所述隔板20将壳体19内分隔成密封的电路板安装仓21、自供电装置安装仓22和电源安装仓23,所述传感器电路板1固定安装在电路板安装仓21内、所述电源单元6固定安装在电源安装仓23,所述自供电装置安装仓22内设置有与电源单元6连接的自供电装置,该结构有利于利用齿轮的转动达到自供电的目的,避免在齿轮箱上进行开孔,走线以及外接电源装置,提高使用的便捷性,通过隔板密封设置,有利于达到防潮、防高温的效果。
进一步,优选的所述电路板安装仓21、自供电装置安装仓22和电源安装仓23沿配重孔的轴线方向依序设置,该结构有利于传动状态监测装置结构紧凑,布置合理,方便安装操作。
进一步,优选的所述自供电装置包括固定在自供电装置安装仓22内的一对永磁铁27、设置在一对永磁铁27之间的线圈26和固定设置在线圈26两端的金属杆28,所述自供电装置安装仓内设置有套装在两端金属杆28上的轴承,一端所述金属杆28上固定设置有偏心重锤30或偏心块,所述线圈26与电源单元6连接,本实施例该结构利用偏心重锤30或偏心块使金属杆28以及线圈26在自供电装置安装仓22处于偏心状态,自供电装置安装仓22中的一对永磁铁27随着齿轮同步转动,金属杆28和线圈26在重锤和轴承的作用下将会处于静止、来回偏转或者随着齿轮异步转动3种状态,这3种状态均能达到使线圈26切割磁场线,实现电磁能量回收,达到发电的目的,产生的电流输入至电源单元6内,本实施例中线圈26设置为框形金属杆或者金属片结构,有利于其切割磁场线,提高电磁能量回收效率。
进一步,优选的靠近偏心重锤30或偏心块一侧的所述金属杆28上设置有压电陶瓷29,所述压电陶瓷29与电源单元6连接,本实施例随着齿轮旋转运动,金属杆28在偏心重锤30或偏心块重力的作用下,还会引起金属杆的振动,从而使粘贴在上面的压电片29产生变形,从而产生电荷,实现压电能量回收,达到发电的目的,产生的电流输入至电源单元6内。
进一步,优选的所述壳体19一端设置有压在配重孔孔沿上的压板24,另一端设置有可拆卸连接的法兰,所述压板24上设置有3-4个连接在法兰上的螺栓25,该结构有利于将传动状态监测装置夹紧固定在齿轮上,避免其由于齿轮转动而脱落。
最后说明的是,以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述,但本领域技术人员应当理解,可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变,而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (8)
1.一种具有状态感知功能的智能齿轮,包括齿轮和一对设置在齿轮上的配重孔,其特征在于:1个配重孔内设置有传动状态监测装置,另1个配重孔内设置有与其对应的配重块,所述传动状态监测装置包括壳体、设置在壳体内的传感器电路板和电源单元,所述传感器电路板上设置有调理电路单元、控制单元、时钟单元、存储单元和无线发射单元,所述调理电路单元信号出口端与控制单元连接,所述控制单元同时与时钟单元、存储单元和无线发射单元连接,所述调理电路单元信号入口端连接有加速度传感器单元、应变传感器单元和温度传感器单元,
所述加速度传感器单元、应变传感器单元和温度传感器单元均设置在齿轮上;
所述电源单元,用于给加速度传感器单元、应变传感器单元、温度传感器单元、调理电路单元和控制单元供电;
所述调理电路单元,用于接收加速度传感器、应变传感器以及温度传感器信号,并将其信号进行放大、降噪和滤波处理;
所述控制单元,用于与调理电路单元连接并对各路信号进行模数转换;
所述时钟单元,用于为控制单元提供精确时钟;
所述存储单元,用于存储各路传感单元采集信号;
所述无线发射单元,用于通过无线传输向外传输各路传感数据。
2.如权利要求1所述的具有状态感知功能的智能齿轮,其特征在于:所述加速度传感器单元、应变传感器单元和温度传感器单元分别设置在齿根处,所述加速度传感器单元、应变传感器单元和温度传感器单元通过螺栓固定在齿根处。
3.如权利要求1或2所述的具有状态感知功能的智能齿轮,其特征在于:还包括与传动状态监测装置对应设置的数据接收装置,所述数据接收装置设置在齿轮箱外部或箱体上,所述数据接收装置包括壳体和设置在壳体内的接收电路板,所述接收电路板上设置有与无线单元对应的无线单元、与无线单元连接的接收控制单元、以及同时与接收控制单元连接的LED灯单元和USB单元,USB单元通过数据线与监控电脑连接。
4.如权利要求1所述的具有状态感知功能的智能齿轮,其特征在于:所述壳体内设置有隔板,所述隔板将壳体内分隔成密封的电路板安装仓、自供电装置安装仓和电源安装仓,所述传感器电路板固定安装在电路板安装仓内、所述电源单元固定安装在电源安装仓,所述自供电装置安装仓内设置有与电源单元连接的自供电装置。
5.如权利要求4所述的具有状态感知功能的智能齿轮,其特征在于:所述电路板安装仓、自供电装置安装仓和电源安装仓沿配重孔的轴线方向依序设置。
6.如权利要求4所述的具有状态感知功能的智能齿轮,其特征在于:所述自供电装置包括固定在自供电装置安装仓内的一对永磁铁、设置在一对永磁铁之间的线圈和固定设置在线圈两端的金属杆,所述自供电装置安装仓内设置有套装在两端金属杆上的轴承,一端所述金属杆上固定设置有偏心重锤或偏心块,所述线圈与电源单元连接。
7.如权利要求6所述的具有状态感知功能的智能齿轮,其特征在于:靠近偏心重锤或偏心块一侧的所述金属杆上设置有压电陶瓷,所述压电陶瓷与电源单元连接。
8.如权利要求1所述的具有状态感知功能的智能齿轮,其特征在于:所述壳体一端设置有压在配重孔孔沿上的压板,另一端设置有可拆卸连接的法兰,所述压板上设置有3-4个连接在法兰上的螺栓。
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