CN109115105A - 一种轴用挡圈与轴槽接触状态监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种轴用挡圈与轴槽接触状态监测装置，包括电池，所述电池的一极连接发光器件的一个引脚，另一级与轴电连接；发光器件的另一个引脚通过导线连接至多个间隔设置的导电薄片；所述导电薄片通过固定在轴用挡圈上的轻质绝缘工件紧密贴合在轴周面上；所述发光器件正对光敏模块的光敏传感器，光敏模块输出为开关量。本发明监测装置无需高精度的间隙传感器，无需为传感器在轴上开安装槽，且结构简单，占用空间小，便于装卸。可在不影响轴用挡圈运行状态的情况下，实现轴用挡圈与轴槽接触状态的实时监测。

Description

一种轴用挡圈与轴槽接触状态监测装置

技术领域

本发明涉及接触状态监测装置技术领域，具体涉及一种轴用挡圈与轴槽接触状态监测装置。

背景技术

轴用挡圈属于紧固件的一种，通过过盈接触固定于轴槽中，起固定和密封作用，广泛应用于机械设备的轴系机构中。用轴用挡圈代替传统紧固件不仅节约成本，而且便于安装和拆卸。中国工业强基战略和“中国制造2025”着重强调核心基础零部件是提升工业核心竞争力的重要基础。轴用挡圈作为基础零部件，在交通装备、航空航天、风电等领域均起着至关重要的作用，但其一直以来较少得到重视。目前国内对轴用挡圈服役性能的相关研究较为匮乏，从而制约了轴用挡圈生产工艺的改进与性能的提升，高端轴用挡圈仍大量依赖进口。

在轴用挡圈实际服役过程中，当轴旋转速度较高时，轴用挡圈可能会因离心作用与轴槽脱离，从而造成其紧固作用失效，影响设备的运行可靠性，高速旋转造成设备失效时有发生。因此，对高速旋转状态下轴用挡圈与轴槽接触状态进行监测非常有必要。目前国外如德国Hugo Benzing等国外挡圈制造龙头企业均有相应的轴用挡圈与轴槽接触状态监测装置或实验经验积累。我国在该领域的研究较为匮乏，轴用挡圈标准GB894.1-86未考虑轴用挡圈在高旋转速度下与轴槽接触状态的可靠性【GB/T 894.1-86，轴用弹性挡圈-A型设计规范[S].】。国内目前对轴用挡圈与轴槽接触状态的研究较少，且均为理论研究：刘洋等利用虚功原理和莫尔积分法对过盈联接的开口圆环建立力学模型，得到了开口圆环张开位移的计算公式【刘洋，杨晋，张剑平，徐玄.开口圆环过盈联接力学分析[J].航空精密制造技术，2014，50(4)：55-57.】；陈志宽对轴用挡圈高旋转速度下的形变进行了理论研究，认为轴用挡圈最厚位置最先脱离轴槽【陈志宽.国标轴用挡圈采用转速限制值的建议[J].航空标准化与质量，1981(2)：35-37.】；徐超对旋转轴用挡圈进行了力矩分析，认为轴用挡圈90°位置最先脱离轴槽【徐超.轴用弹性挡圈工作的松动转速分析计算[J].现代机械，2003，17(6)：27-42.】；上述研究均为理论研究。轴用挡圈轴槽接触状态监测装置的开发存在以下困难：

(1)轴用挡圈安装于轴槽上之后，可供安装监测装置的空间狭小，使用现有集成传感器难以实现监测。除了监测装置集成度要求高，还需要考虑监测装置装卸的便利性以及成本。

(2)轴用挡圈在服役过程中轴的旋转速度可达上万转每分钟，附加的监测装置不能影响轴用挡圈的运行状态；

(3)高速旋转状态下如何将轴用挡圈与轴槽的接触状态的变化转变为数字量实时输出；

因此，尚未出现用于轴用挡圈实际服役过程中轴用挡圈与轴槽接触状态监测装置的研究。

综上所述，需要开发一种新的便于实施的监测装置，用于轴用挡圈实际服役过程中，实现轴用挡圈在高旋转速下与轴槽接触状态的监测，进而提高轴用挡圈运行服役的可靠性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于现有技术难以监测高速旋转状态下的轴用挡圈与轴槽接触状态的问题。

本发明采用以下技术手段解决上述技术问题：

一种轴用挡圈与轴槽接触状态监测装置，包括电池，所述电池的一极连接发光器件的一个引脚，另一级与轴电连接；发光器件的另一个引脚通过导线连接至多个间隔设置的导电薄片；所述导电薄片通过固定在轴用挡圈上的轻质绝缘工件紧密贴合在轴周面上；所述发光器件正对光敏模块的光敏传感器，光敏模块输出为开关量。

进一步地，所述发光器件为发光二极管。

进一步地，所述光敏模块中的传感器为光敏电阻、光敏二极管和光敏三级管中的一种。

进一步地，所述导电薄片为铜箔、铝箔中的一种。

进一步地，所述导电薄片的数量为奇数个，其中一片位于轴用挡圈的宽度最大点，其他导电薄片在所述宽度最大点两侧对称分布。

进一步地，所述导电薄片的数量为三片。

进一步地，三片导电薄片中，一片位于轴用挡圈的宽度最大点，另外两片与宽度最大点距离为轴周面长度的1/8。

进一步地，所述轻质绝缘工件为绝缘薄片，所述绝缘薄片的下端面固定于轴用挡圈的上端面。

进一步地，所述电池固定于轴的上端面。

进一步地，所述绝缘薄片与导电薄片的位置及数量一一对应。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明将轴用挡圈与轴槽的接触状态实时变化，转换为紧贴于轴周面的导电薄片与轴周面之间接触状态变化。本发明监测装置无需高精度的间隙传感器，无需为传感器在轴上开安装槽，且结构简单，占用空间小，便于装卸。

(2)将导电薄片与轴周面之间的接触状态转换为发光器件的亮或灭，从而可利用光敏模块非接触感知发光器件的状态，直接将高旋转速度下轴用挡圈与轴之间的接触状态的输出转变为光敏模块数字开关量的输出。可在不影响轴用挡圈运行状态的情况下，实现轴用挡圈与轴槽接触状态的实时监测。

(3)所使用导电薄片质量小，所使用约束导电薄片的绝缘工件选用轻质材料，导电薄片及约束导电薄片的轻质绝缘工件固定在轴用挡圈端面上不会影响轴用挡圈旋转过程中与轴槽的接触状态。监测装置结构简单、集成度高、可实施性强、成本低，便于实现不同直径轴用挡圈与轴槽接触状态的实时监测。

附图说明

图1是本发明实施例中轴用挡圈与轴槽接触状态监测装置的结构图；

图2是图1的俯视图；

图3是图2中A-A面的截面图。

具体实施方式

为了对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，采用较佳的实施例及附图进行详细说明，具体如下：

一种轴用挡圈与轴槽接触状态监测装置，如图1-3所示，符合DIN471标准的轴用挡圈1固定于轴2的轴槽上。轴用挡圈与轴槽接触状态监测装置包括电池3、发光二极管4、导电薄片5、绝缘薄片6和光敏模块7。

电池3固定安装于轴2的上端面上，包括三块串联的纽扣电池。电池3的一极连接发光二极管4的一个引脚，另一级与轴2电连接。

导电薄片5可以为铜箔、铝箔中的一种，且数量为多个，多个导电薄片5在轴2的周面上按照一定间距分布。优选地，导电薄片5的数量为奇数个，其中一片位于轴用挡圈1的宽度最大点，其他导电薄片5在宽度最大点两侧对称分布。本实施例中，三片铜箔中的一片位于轴用挡圈1的宽度最大点，另外两片在宽度最大点两侧对称分布，且与宽度最大点距离为轴周面长度的1/8。发光二极管4的另一个引脚通过导线8连接至导电薄片5，多个导电薄片5并联连接。

绝缘薄片6由绝缘材质制成，绝缘薄片6的下端面固定于轴用挡圈1的上端面，且绝缘薄片6将导电薄片5紧密贴合在轴2的周面上。本实施例中，三片铜箔通过胶粘分别固定于对应的绝缘薄片6上，导电薄片5下端面不与轴用挡圈1的上端面接触。绝缘薄片6与导电薄片5的位置及数量一一对应。

光敏模块7的光敏传感器(图未示)正对发光二极管4，光敏模块7输出为开关量。光敏模块7中的传感器为光敏电阻、光敏二极管和光敏三级管中的一种。

所述轴用挡圈与轴槽接触状态监测装置的运作流程为：轴用挡圈1实际服役过程中，发光二极管4通过电池3、轴2、导电薄片5构成一个回路。当轴用挡圈1与轴槽接触时，此时发光二极管4通电发光。若轴2旋转速度上升，轴用挡圈1由于离心力作用失去与轴槽的抱紧力。此时轴用挡圈1与轴槽的接触状态发生改变，轴用挡圈1逐渐与轴槽脱离，导电薄片5逐渐脱离轴2的周面。当若干个导电薄片5完全脱离轴2的周面时，发光二极管4的导电回路断开，发光二极管4熄灭。此时光敏模块6输出开关量发生跳变，即可通过后续电路产生报警信号，表明轴用挡圈1已经松脱，进而降低轴的旋转速度，避免事故的发生。

本实施例技术方案的特点在于：

(1)本实施例将轴用挡圈与轴槽的接触状态实时变化，转换为紧贴于轴周面的导电薄片5与轴2周面之间接触状态变化。本发明监测装置无需高精度的间隙传感器，无需为传感器在轴2上开安装槽，且结构简单，占用空间小，便于装卸。

(2)将导电薄片5与轴2周面之间的接触状态转换为发光二极管4的亮或灭，从而可利用光敏模块7非接触感知发光二极管4的状态，直接将高旋转速度下轴用挡圈1与轴2之间的接触状态的输出转变为光敏模块7数字开关量的输出。

(3)所使用导电薄片5质量小，所使用约束导电薄片5的绝缘材料工件选用轻质材料，导电薄片5及约束导电薄片5的绝缘材料工件即绝缘薄片6固定在轴用挡圈1端面上不会影响轴用挡圈1旋转过程中与轴槽的接触状态。

本实施例的积极有益技术效果在于：

(1)可在不影响轴用挡圈运行状态的情况下，实现轴用挡圈与轴槽接触状态的实时监测。

(2)监测装置结构简单、集成度高、可实施性强、成本低，便于实现不同直径轴用挡圈与轴槽接触状态的实时监测。

实施例2

本实施例基于实施例1中的轴用挡圈与轴槽接触状态监测装置，进行了Φ60mm与Φ100mm轴用挡圈与轴槽接触状态的监测实验。

使用Φ60mm轴用挡圈1时，将Φ60mm轴用挡圈1安装于直径60mm的轴2上，轴槽直径为57mm，再将监测装置安装于轴2与轴用挡圈1上。当轴2旋转速度达到7920RPM时，发光二极管4熄灭，光敏模块7输出开关量由低电平跳变至高电平，说明轴用挡圈1与轴槽接触状态发生改变，轴用挡圈1与轴槽之间发生松脱。再降低轴旋转速度，轴用挡圈与轴槽接触状态恢复，则发光二极管4重新点亮，光敏模块7输出开关量由高电平跳回低电平。Φ60mm轴用挡圈对应DIN471标准的松脱旋转速度值为7620RPM，相对误差为3.94％；

使用Φ100mm轴用挡圈时，将Φ100mm轴用挡圈1安装于直径100mm的轴2上，轴槽直径为96.5mm，再将监测装置安装于轴2与轴用挡圈1上。当轴旋转速度达到4140RPM时，发光二极管4熄灭，光敏模块7输出开关量由低电平跳变至高电平，说明轴用挡圈1与轴槽接触状态发生改变，轴用挡圈1与轴槽之间发生松脱。再降低轴2旋转速度，轴用挡圈1与轴槽接触状态恢复，则发光二极管4重新点亮，光敏模块7输出开关量由高电平跳回低电平。Φ100mm轴用挡圈对应DIN471标准的松脱旋转速度值为4180RPM，相对误差为0.97％；

上述实验结果表明本发明的监测装置可有效对轴用挡圈高速旋转过程中与轴槽的接触状态进行实时监测，进而提高轴用挡圈在服役过程中的可靠性。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种轴用挡圈与轴槽接触状态监测装置，其特征在于，包括电池，所述电池的一极连接发光器件的一个引脚，另一级与轴电连接；发光器件的另一个引脚通过导线连接至多个间隔设置的导电薄片；所述导电薄片通过固定在轴用挡圈上的轻质绝缘工件紧密贴合在轴周面上；所述发光器件正对光敏模块的光敏传感器，光敏模块输出为开关量。

2.根据权利要求1所述的一种轴用挡圈与轴槽接触状态监测装置，其特征在于，所述发光器件为发光二极管。

3.根据权利要求1所述的一种轴用挡圈与轴槽接触状态监测装置，其特征在于，所述光敏模块中的传感器为光敏电阻、光敏二极管和光敏三级管中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种轴用挡圈与轴槽接触状态监测装置，其特征在于，所述导电薄片为铜箔、铝箔中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种轴用挡圈与轴槽接触状态监测装置，其特征在于，所述导电薄片的数量为奇数个，其中一片位于轴用挡圈的宽度最大点，其他导电薄片在所述宽度最大点两侧对称分布。

6.根据权利要求5所述的一种轴用挡圈与轴槽接触状态监测装置，其特征在于，所述导电薄片的数量为三片。

7.根据权利要求6所述的一种轴用挡圈与轴槽接触状态监测装置，其特征在于，三片导电薄片中，一片位于轴用挡圈的宽度最大点，另外两片与宽度最大点距离为轴周面长度的1/8。

8.根据权利要求1所述的一种轴用挡圈与轴槽接触状态监测装置，其特征在于，所述轻质绝缘工件为绝缘薄片，所述绝缘薄片的下端面固定于轴用挡圈的上端面。

9.根据权利要求1所述的一种轴用挡圈与轴槽接触状态监测装置，其特征在于，所述电池固定于轴的上端面。

10.根据权利要求1所述的一种轴用挡圈与轴槽接触状态监测装置，其特征在于，所述绝缘薄片与导电薄片的位置及数量一一对应。