CN109488691A - 集成涂层传感器的保持架和轴承单元 - Google Patents

集成涂层传感器的保持架和轴承单元 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种集成涂层传感器的保持架和轴承单元。所述保持架具有沿着轴承的周向方向延伸的第一环形圈和第二环形圈以及在轴向上将第一环形圈和第二环形圈连接的横梁，从而由所述第一环形圈、所述第二环形圈和横梁构成用于容纳滚动体的兜孔。根据本发明，在所述保持架上集成涂层传感器，其中，在所述第一环形圈和所述第二环形圈的径向延伸的外侧端面上设置所述涂层传感器的电极，将其中至少一个所述电极作为电源输入通道，其余电极作为电位信号输出通道。

Description

集成涂层传感器的保持架和轴承单元
技术领域
本发明涉及一种用于轴承的保持架，具有沿着轴承的周向方向延伸的第一环形圈和第二环形圈以及在轴向上将第一环形圈和第二环形圈连接的横梁，从而由所述第一环形圈、所述第二环形圈和横梁构成用于容纳滚动体的兜孔。本发明还涉及一种具有上述保持架的轴承单元。
背景技术
轴承被广泛地应用在各个领域的机械结构中。在具有轴承的机械结构运转时，轴承会受到振动的影响，尤其滚动轴承的保持架，由于滚动体的高速运转保持架会受到较大的影响。经过一段时间之后在保持架中就会产生疲劳裂纹，这有可能会最终导致整个轴承的损坏。
对于一些轴承，比如应用在高速火车上需要非常高可靠性的情况下的轴承需要进行状态监测。由CN 105570320 A公开了一种轴承裂纹监测的技术方案，它是利用射频标签技术。该方法将射频线圈制作在保持架的表面，当保持架运转良好时，外部的射频阅读器可以接收到线圈发出的信号，然而当保持架上有裂纹时，裂纹会破坏线圈，外部的射频阅读器就接收不到线圈的信号了。
现有基于射频标签的轴承裂纹监测方案是一种创新的轴承保持架状态监测方法。但是，这种解决方案只能定性的检测轴承的状态，轴承的监测结果不是好就是坏，不能对损坏的程度进行评估。这种缺点限制了其在轴承剩余寿命预测方面的应用。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题是，提供一种集成涂层传感器的智能轴承单元，它可以实现轴承裂纹情况的定量监测。
所述技术问题通过一种用于轴承的保持架所解决，这种保持架具有沿着轴承的周向方向延伸的第一环形圈和第二环形圈以及在轴向上将第一环形圈和第二环形圈连接的横梁，从而由所述第一环形圈、所述第二环形圈和横梁构成用于容纳滚动体的兜孔，根据本发明在所述保持架上集成涂层传感器，其中，在第一环形圈和第二环形圈的径向延伸的外侧端面上设置用于涂层传感器的电极，将其中至少一个电极作为电源输入通道，其余电极作为电位信号输出通道。优选的是，只将一个电极作为电源输入通道，其它的电极都作为电位信号输出通道。当保持架出现裂纹时，紧邻裂纹两端的电极之间的电位信号就会发生变化，通过分析输出的电位信号的变化，就能够对裂纹进行定位和定量评估。因此，借助集成的涂层传感器可以对轴承的裂纹情况进行定位和定量监测，这可以对轴承的损伤提供早期预警，并可以根据电位信号的变化评估损伤的程度及监测损伤的发展，从而实现对轴承的剩余使用寿命的预测。
根据本发明的实施方式，在所述第一环形圈的外侧端面上的电极与相应的在所述第二环形圈的外侧端面上的电极关于所述横梁两两对置。优选地，根据横梁的位置设置电极的位置，即，在与横梁的两端对应的所述外侧端面上设置电极。因此，电极的数量应该是横梁数量的两倍。两两对置的电极的连线轴向穿过横梁，因此如果横梁上出现裂纹，关于该横梁对置的两个电极间的电位信号会发生变化；如果在第一环形圈或者第二环形圈上出现裂纹，则在环形圈上紧邻该裂纹的两个电极之间的电位信号会发生变化。因此，通过电极的布置，就可以实现对损伤位置的精确定位。
根据本发明的实施方式，在保持架上集成的涂层传感器具有三层涂层，内层为绝缘层，中间层为导电层，最外层为保护层，其中，所述绝缘层将保持架同导电层隔开，优选地是，绝缘层覆盖在保持架的所有表面上。根据本发明，所述导电层由电阻材料组成，因此导电层作为该涂层传感器的传感部分，此外，导电层覆盖保持架的周向外表面以及端面的一部分，即，覆盖第一环形圈和第二环形圈的轴向延伸的环形的外侧表面、横梁的轴向延伸的外侧表面以及在设置第一环形圈和第二环形圈的径向延伸的外侧端面的一部分。优选地是，在第一环形圈和第二环形圈的径向延伸的外侧端面上的导电层构成根据本发明的电极。根据本发明，保护层作为封装层用来保护导电层，优选地，保护层覆盖在第一环形圈和第二环形圈的轴向延伸的环形外侧面上以及在横梁的轴向延伸的外侧表面上。当保持架上产生裂纹时，导电层的电阻将发生改变，这种变化可以通过比较输出电极的电位来进行检测和评估。裂纹越长，导电层的电阻值越大。同时，裂纹位置也可以通过比较输出电极的电位来进行定位。因此，借助这种导电层构成的涂层传感器能够实现对保持架的定位和定量监测。
本发明所要解决的技术问题还通过一种轴承单元所解决，所述轴承单元包括内圈、外圈、滚动体以及具有上述技术特征的保持架。根据本发明，所述轴承单元还具有导电滑环定子和导电滑环动子，其中，所述导电滑环动子和所述导电滑环定子相配合将保持架的电位信号导出。在此，能够使用目前广泛应用在风电和航天航空领域的已知的导电滑环。根据本发明的实施方式，导电滑环动子同电极焊接在一起，尤其同作为电源输入通道的电极焊接，因此导电滑环动子能随保持架一起转动。根据本发明的实施方式，将导电滑环定子和外圈装配在一起，并且同内圈不接触。优选地，还能够将导电滑环定子作为轴承的防尘盖。根据本发明的另外的实施方式，在轴承的外圈和内圈上设置卡槽结构，用来同导电滑环定子相配合，从而固持该导电滑环定子。
附图说明
下面结合附图阐述本发明的优选实施例。附图为：
图1示出根据本发明的轴承单元的立体分解图；
图2示出保持架4的截面以及该截面的局部放大图；
图3A示出保持架的一个端面上的电极分布；
图3B示出保持架的另一端面上的电极分布。
具体实施方式
如图1所示，根据本发明的集成涂层传感器的轴承单元由内圈1、外圈2、滚动体3、保持架4、导电滑环动子5及导电滑环定子6构成。涂层传感器集成在保持架4上。导电滑环动子5连接、优选焊接在保持架4上，并随保持架4一起转动。导电滑环定子6和外圈2装配在一起，同内圈1不接触。导电滑环定子6也可以作为轴承单元的防尘盖。外圈2和内圈1上设计有卡槽结构，以同导电滑环定子6相配合。
图2上侧示出保持架4的截面，保持架4具有第一环形圈41、第二环形圈42和多个横梁405。涂层传感器集成在保持架4上用来检测保持架结构上的裂纹。图2下侧示出截面A的放大视图。根据本发明的涂层传感器共有三层涂层，即内层、中间层和外层，其中，内层为绝缘层401，中间层为导电层402，最外层为保护层403。绝缘层401和保持架4的基体紧密的粘结在一起，并将保持架基体同导电层402分开。由电阻材料组成的导电层402作为涂层传感器的传感部分。保护层403作为封装层用来保护导电层402。
根据本发明按照如下步骤制备集成有涂层传感器的保持架4：a)制备保持架；b)在保持架4上涂覆绝缘涂层401，且该绝缘涂层覆盖整个保持架；c)在保持架的横梁405的朝向外部的圆周外表面上、在保持架的第一环形圈41和第二环形圈42的径向外侧圆周面上、以及在第一环形圈41和第二环形圈42的背离横梁(朝向导电滑环定子5)的端面一部分上涂覆导电层4，所述的端面一部分尤其是指横梁与环形圈连接的部分；d)在保持架的横梁405的朝向外部的圆周外表面上和在保持架的第一环形圈41和第二环形圈42的圆周外侧面上涂覆保护层403，因此保护层403仅覆盖在保持架4圆周方向外表面。
图3示出已经按照上述方法制备完成的保护架4的立体图，其中，图3A示出保持架4的一个端面上的电极分布，而图3B示出保持架4的另一个端面上的电极分布。如图所示，在第一环形圈41和第二环形圈42的背离横梁(朝向导电滑环定子5)的端面上均匀地设置电极(4021a-40214a和4021b-40214b)，根据横梁的位置设置电极的位置。优选地，电极设在横梁与环形圈连接的地方，即，电极两两地关于横梁对置，也就是说所述电极(4021a-40214a和4021b-40214b)位于保持架4的两个端面(A和B)上，并根据保持架横梁405的位置进行布置。其中一个电极将作为电源输入通道，其它电极作为电位信号输出通道。假设4021a电极为电源输入电极，其它电极为电位信号输出电极。当在电极4028a和4029a间有裂纹C1出现时，电极4028a和4029a之间的电位差将明显改变，而电极如4021a和4028a之间的电位差变化很小。同样，当在电极4028a和4028b间有裂纹C2出现时，电极4028a和4028b之间的电位差将明显改变，而电极如4029a和4029b之间的电位差变化很小。所以通过分析比较所有输出电极的电位信号，就可以探测到裂纹的长度和位置信息。
根据本发明导电滑环动子5和导电滑环定子6被用来将保持架4上的电位信号传输出来。可以将导电滑环动子5同电极4021焊接在一起，并随保持架4一起转动。导电滑环定子6和外圈2装配在一起，同内圈1不接触。因此，导电滑环动子5和定子6相配合将转动保持架4上的电位信号传输出来。
当保持架4上产生裂纹时，导电层402的电阻将发生改变，这种变化可以通过比较输出电极的电位来进行探测和评估。裂纹越长，导电层的电阻值越大。同时，裂纹位置也可以通过比较输出电极的电位来进行定位。导电滑环用来将电位信号从旋转的保持架上输出。
虽然在上述说明中示例性地描述了可能的实施例，但是应该理解到，仍然通过所有已知的和此外技术人员容易想到的技术特征和实施方式的组合存在大量实施例的变化。此外还应该理解到，示例性的实施方式仅仅作为一个例子，这种实施例绝不以任何形式限制本发明的保护范围、应用和构造。通过前述说明更多地是向技术人员提供一种用于转化至少一个示例性实施方式的技术指导，其中，只要不脱离权利要求书的保护范围，便可以进行各种改变，尤其是关于所述部件的功能和结构方面的改变。

Claims (11)

1.一种用于轴承的保持架，具有沿着轴承的周向方向延伸的第一环形圈和第二环形圈、以及在轴向上将所述第一环形圈和所述第二环形圈连接的横梁，由所述第一环形圈、所述第二环形圈和横梁构成用于容纳轴承滚动体的兜孔，其特征在于，在所述保持架上集成涂层传感器，其中，在所述第一环形圈和所述第二环形圈的径向延伸的外侧端面上设置用于所述涂层传感器的电极，将其中至少一个所述电极作为电源输入通道，其余的电极作为电位信号输出通道。
2.根据权利要求1所述的保持架，其特征在于，在所述第一环形圈的外侧端面上的电极与在所述第二环形圈的外侧端面上的电极关于所述横梁两两对置。
3.根据权利要求1或2所述的保持架，其特征在于，所述涂层传感器具有三层涂层，内层为绝缘层，中间层为导电层，最外层为保护层，其中，所述绝缘层将所述保持架同所述导电层隔开，其中，由电阻材料组成的导电层作为所述涂层传感器的传感部分，其中，所述保护层作为封装层用来保护所述导电层。
4.根据权利要求3所述的保持架，其特征在于，所述导电层覆盖所述第一环形圈和所述第二环形圈的轴向延伸的外侧表面、所述横梁的轴向延伸的外侧表面以及所述第一环形圈和所述第二环形圈的外侧端面的一部分。
5.根据权利要求3所述的保持架，其特征在于，所述绝缘层覆盖在所述保持架的所有表面上。
6.根据权利要求3所述的保持架，其特征在于，所述保护层覆盖所述第一环形圈和所述第二环形圈的轴向延伸的外侧表面以及所述横梁的轴向延伸的外侧表面。
7.一种具有根据权利要求1至6中任一项所述的保持架的轴承单元，所述轴承单元还包括内圈、外圈和滚动体，其特征在于，所述轴承单元还具有导电滑环定子和导电滑环动子，其中，所述导电滑环动子和所述导电滑环定子相配合将所述保持架的电位信号导出。
8.根据权利要求7所述的轴承单元，其特征在于，所述导电滑环动子同所述电极焊接在一起，并随所述保持架一起转动。
9.根据权利要求7所述的轴承单元，其特征在于，所述导电滑环定子和所述外圈装配在一起，同所述内圈不接触。
10.根据权利要求9所述的轴承单元，其特征在于，所述导电滑环定子作为轴承的防尘盖。
11.根据权利要求7所述的轴承单元，其特征在于，在所述外圈和所述内圈上设有卡槽结构，用来同所述导电滑环定子相配合。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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