CN110005706B - 传感化的滚子 - Google Patents

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Abstract

本发明限定一种轴承的传感化的滚子，包括中心孔和传感器模块。传感器模块包括至少四个变形传感器，其相对于固定基准以定义的角度间隔围绕传感器模块的中心轴线沿周向布置，被配置成测量相应的角度位置处的中心轴线与孔的径向内表面之间的径向距离。这些径向距离被对于在位于180度的角度跨度内的定义的角度位置测量。传感器模块还包括处理器，其被配置成接收各测量的径向距离并通过以下来计算作用在滚子上的径向载荷：估计固定基准相对于径向载荷方向的偏移角；并使用估计的偏移角和各测量的径向距离作为数学模型的输入，该数学模型描述了作为角度位置和取决于载荷的参数的函数的孔的变形半径。以这种方式，还能够确定在静态状况下的径向载荷。

Description

传感化的滚子
技术领域
本发明涉及滚子轴承中的载荷检测的领域，尤其涉及这样一种轴承滚子，其具有中空孔，传感器被设置在中空孔内，以用于测量滚子孔的变形。
背景技术
由WO 2016/016054已知这种轴承滚子的示例。公开了一种用于检测作用在滚子上的径向载荷的装置。该装置包括载荷感测器件(load cell)，载荷感测器件跨越(span)滚子孔直径并与孔表面的直径相对部分(/在直径上相对的部分)固定接触。当滚子被在径向上施加载荷(loaded)时，中空孔的圆形截面变形成椭圆形。在载荷下，载荷平面保持不变(same)，但是在滚子转动期间，载荷感测器件的接触位置在该平面内旋转。结果，接触位置不仅相对于彼此经历径向移位，而且还有横向移位。该效应有时被称为咀嚼效应(chewingeffect)。载荷感测器件包括弯曲(的)梁和铰链装置，并且被设计成使得通过载荷感测器件的弹性变形，接触位置与孔表面一起移动，以承受(/吸收)(take up)与咀嚼效应相关联的运动。
所公开的装置被配置成计算在旋转状况下(的)轴承滚子上的径向载荷。
在以下方面仍有改进的余地：定义一种滚子，其具有集成的载荷传感装置，该装置还能够确定在静态状况下(的)滚子上的径向载荷。
发明内容
本发明涉及滚子轴承的传感化的滚子，其具有：中心孔，其沿轴向延伸穿过滚子；和传感器模块，其以非固定的方式安装在孔内。传感器模块被配置成用于确定在静态状况下(即在轴承静止时)轴承滚子上的径向载荷。传感器模块包括至少四个变形传感器，这些变形传感器相对于固定基准以定义的角度间隔βk围绕传感器模块的中心轴线沿周向布置，由此各变形传感器被配置成测量相应的角度位置处的中心轴线与孔的径向内表面之间的径向距离r1、r2、r3、r4。这至少四个径向距离r1、r2、r3、r4被对于在位于180度的角度跨度内的定义的角度位置测量。传感器模块还配备有处理器，处理器被配置成接收测量的径向距离中的每一者并通过以下来计算作用在滚子上的径向载荷：估计固定基准相对于径向载荷方向的偏移角
Figure BDA0001923916680000022
并使用估计的偏移角和各测量的径向距离作为数学模型的输入，其中该数学模型描述了作为角度位置和取决于载荷的参数的函数的孔的变形半径。
当滚子和集成的传感器模块静止时，固定基准可以相对于径向载荷线以任何角度(偏移角)定位。本发明的传感化的滚子中的处理器被配置成由至少四个测量的径向距离(其对应于四个变形的孔半径)来估计该偏移角。适当地，孔变形的数学模型源自滚子在不同的径向载荷下的有限元分析。在优选的实施方式中，数学模型基于由有限元分析得到的孔变形信号的傅里叶级数展开。在特别优选的实施方式中，傅立叶级数展开有两个谐波，因为已经发现这会使优异的精度与快速的计算速度相结合。
在一个示例中，传感器模块包括以45度的均匀角度间隔布置的四个变形传感器。于是，处理器被配置成使用以下关系来估计偏移角
Figure BDA0001923916680000023
Figure BDA0001923916680000021
在一个实施方式中，所述至少四个变形传感器中的每一个均为接近传感器，所述接近传感器具有传感元件，所述传感元件布置在所述传感器模块的径向外表面处，以使得以小的径向间隙面对孔表面。接近传感器可以是光学传感器(例如法布里-珀罗光纤传感器)、电容(式)传感器或电感(式)传感器。优选的是，使用电感式传感器，这是因为这些传感器对介入的污染物(诸如脂)的存在很不敏感。无需说明的是，这种以无接触方式测量孔变形的接近传感器不受与前面所讨论的咀嚼运动相关联的问题的影响。
在一个可选择的示例中，至少四个变形传感器以非固定的方式与孔的径向内表面接触。各变形传感器可以包括悬臂梁，所述悬臂梁附接于传感器模块的主体，或者作为一体部分从所述主体延伸。每个梁在其自由端具有接触元件，该接触元件抵靠孔表面。所述梁还装备有至少一个用于测量梁偏转的应变计。优选的是，悬臂梁在其径向内表面上和在其径向外表面上设置有应变计。
为了确保接触元件保持与孔表面接触(即使是在变形孔直径处于最大值的情况下)，传感器模块有利地设置有用于使悬臂梁能够在孔内预张紧的装置。在一个示例中，传感器模块的主体包括环形缺口，所述缺口挨着所述主体的供各悬臂梁延伸源自的第一区域布置，由此所述缺口被构造成起到铰链的作用。主体还包括位于其端面中的轴向凹部，并且传感器模块配备有锥形元件，所述锥形元件接合在轴向凹部中并且其能够移位到轴向凹部内，以使得使主体的第二区域沿径向向外方向移位。
由于各悬臂梁的接触元件能够相对于孔表面移动，因此包括了这些变形传感器的传感器模块也对前面所讨论的咀嚼运动不敏感。可能发生少量滑动接触。有利的是，接触元件被实施成具有穹顶形状的几何形状，以减小接触压力。
在一个实施方式中，所述至少四个变形传感器中的每一个与位于在直径上相对的角度位置处的另一变形传感器配对，以使得形成第一传感器对、第二传感器对、第三传感器对和第四传感器对。在传感器模块的中心轴线与滚子轴线径向偏离的情况下，该实施方式是有利的，这是因为其能够使径向偏移被抵消。
至少四个变形传感器布置在滚子的大致相同的轴向区域中，优选布置在轴向中心区域中。在另一实施方式中，传感器模块配备有：布置在滚子的轴向中心区域中的第一组(的)至少四个变形传感器和布置在滚子的轴向外侧区域的至少一个另一组(的)至少四个传感器。这使得能够确定沿着滚子的载荷分布，以使得能够检测出例如轴承圈的不对中(misalignment)。
传感器模块还可以只包括四个变形传感器。当变形传感器是接近传感器时，传感器可以布置在180度的角度跨度(/范围)(span)内，即在同一半圆内。当传感器模块包括悬臂梁形式的变形传感器时，有利的是将这些梁中的两个布置在相对的半圆上，使得它们彼此支撑和平衡。梁可以不彼此直径相对地布置，使得它们测量同一直径的半径。各传感器必须被布置成测量与单独的直径相关联的孔半径，由此假设在测量的角度位置处的孔半径等于在直径相对侧处的孔半径。实际上，这四个被测量的径向距离位于同一半圆中。在这种示例中，传感器模块具有相对于固定基准以零度布置的第一变形传感器、以45度布置的第二变形传感器、以135度布置的第三传感器和以270度布置的第四传感器。
适当地，传感器模块通过轴向间隔开的第一弹性元件和第二弹性元件(诸如O形圈)安装于滚子孔，第一弹性元件和第二弹性元件能够承受(take up)孔的径向变形。
有利的是，传感器模块包括由刚性材料制成的圆柱形壳体，所述圆柱形壳体的形状被设计为以小的径向游隙嵌合在所述滚子孔内部并且被完全包含在滚子的尺寸内。壳体保护处理器和传感器电子器件免受污染，并使传感器模块能够作为自持单元安装在滚子孔内。壳体优选还容纳有：能量源，其诸如为电池；和天线，其用于将确定的径向载荷无线传输到位于轴承外部的接收器。当传感器模块包括悬臂梁形式的变形传感器时，壳体可以包括供接触元件突出穿过的孔。
如此，根据本发明的滚子中的传感器模块可以作为自持单元安装，并且能够确定在静态状况下滚子上的径向载荷。所描述的处理方法还可以用于计算在准静态状况下、甚至在动态状况下的载荷，尽管在动态加载的情况下，以传统的方式由动态信号计算载荷在计算上来说更快。然而，本发明将允许轴承的载荷区具有大得多的空间分辨率(/解析度)。当轴承载荷中的瞬态行为变化快于滚子旋转时，这可能是有利的。
附图说明
现将参照附图更详细地描述本发明。
图1示出了可以配备有根据本发明的滚子的滚子轴承的局部截面图；
图2示出了根据本发明的传感化的滚子的示例的截面，其包括安装在滚子的中空孔中的传感器模块；
图3示出了传感器模块的另一示例的立体图，其中壳体组成部件的一部分被移除。
具体实施方式
图1示出了适用于支撑风力涡轮机的主轴的轴承的示例。所述轴承必须禁受(withstand)高的轴向载荷和径向载荷，并且被实施为双列圆锥滚子轴承。轴承包括外圈1，外圈1设置有圆锥滚子的第一列4和第二列5用的锥形的第一外滚道和第二外滚道。所述轴承还包括第一内圈2和第二内圈3，第一内圈2和第二内圈3分别设置有第一滚子列4和第二滚子列5用的锥形的第一内滚道和第二内滚道。另外，第一保持架6和第二保持架7被设置用于分别保持第一滚子列和第二滚子列的滚子。通常，保持架由与滚子交错的(/交织的)(interleaved)分段形成，而不是沿周向彼此邻接(/抵接)(abut)的分段(segments)。
为了提供必要的刚度和确保长的使用寿命，轴承被预紧(preloaded)。内圈2、3相对于外圈1的轴向位置被设定为使得第一滚子列4和第二滚子列5具有负的内游隙(internal clearance)。然后将第一内圈和第二内圈(用)螺栓连接在一起或以其它方式轴向夹紧，以在轴承的(整个)使用寿命期内保持预紧。然而，在实际中，预紧随时间逐渐减小。如果预紧失去(lost)并且滚子上的径向载荷变为零，则其(/滚子)将能够朝向内滚道与外滚道之间的径向间隙(gap)的小直径侧移动，可能导致过度的(excessive)载荷，这将使轴承的使用寿命减少。由于主轴轴承是风力涡轮机的关键且昂贵的组成部件，因此检测轴承是否失去预紧是重要的。
能够测量作用在轴承上的径向载荷、检测过载状况以及表征(characterize)轴承的载荷区的角度范围也是有益的。在诸如风力涡轮机的应用中，还有利的是，在轴承静止时测量径向载荷。在暴风雨的状况下，例如，当涡轮机叶片处于“停(/驻停)(parked)”位置时，轴承可能会经历过载，这可能会对轴承寿命产生不利的影响。为了能够确定在静态状况下作用在轴承上的径向载荷，图示的轴承配备有根据本发明的传感化的滚子。
图2示意性地示出了根据本发明的传感化的滚子的示例的径向截面。滚子10具有滚子主体，滚子主体的径向外表面(未示出)与轴承的内滚道和外滚道接触。滚子设置有中心圆柱形孔15，孔15具有圆柱形孔表面15s。传感器模块20布置在孔内，用于使用多个在周向上布置的变形传感器来确定在静态状况下滚子上的径向载荷。所述模块还包括处理器，处理器接收来自各变形传感器的信号并计算滚子10上的静态径向载荷。
在空载(/无载)(unloaded)状况下，滚子孔15具有圆形截面。在径向载荷下，圆孔变形成大致椭圆形。当沿轴向观察并假设径向载荷线在0度和180度的角度位置处穿过孔时，在这些位置处的孔半径将被压缩到最小值。在90度和270度的角度位置处，孔半径将扩张到最大值。当在动态状况下测量径向载荷时(其中所述传感化的滚子与滚子一起绕着滚子轴线旋转)，孔变形传感器将检测到相应的变形信号，该变形信号包括循环方式的最大峰值和最小峰值。作用在滚子上的动态径向载荷可以由测量的信号中的最大峰值和最小峰值导出。如将理解的是，以这种方式不能测量静态载荷。
根据本发明的传感器模块配备有至少四个变形传感器，这些变形传感器围绕传感器模块20的轴线21沿周向布置，这些变形传感器中的每一者均检测孔表面15s与传感器模块轴线之间的径向距离的变化。假设传感器模块20的轴线21与滚子孔的轴线完全对齐，各变形传感器测量在4个角度间隔开的位置处的孔半径。
适当地，使用有限元分析(FEA)开发表征孔在载荷下的行为的参数模型。参数模型应表示作为围绕孔的相角和取决于载荷的参数的函数的距中心轴线的径向距离。如所提到的，圆形孔截面的变形是大致椭圆形的，其可以由下式来描述：
Figure BDA0001923916680000061
其中
r(θ)是椭圆位于相角θ处的半径，
a是椭圆的半长轴，以及
b是椭圆的半短轴。
基于纯椭圆形变形的拟合模型(fitting model)是可能的，但是在实践中可能不够准确。孔的变形形状不恰好(/不完全)是椭圆形(not exactly an ellipse)，变形可以是热膨胀和径向载荷的结果。
由FEA分析的结果得到的r(θ)的变形“信号”通常是正弦形状。可以使用高阶多项式来描述函数r(θ)。优选的是，使用具有两个谐波的傅里叶级数展开作为数学拟合模型，这是因为发明人已经发现这在准确度(/精度)与计算效率之间提供了最佳平衡。
可以由孔变形信号的FFT变换导出以下表达式：
r(θ)＝a0+a1×cos(2θ)+a2×cos(4θ)+a3×cos(10θ) 式(2)
其中
a0是变形水平(level)的一般偏移(/总体偏移)(general offset)，其取决于载荷和热膨胀；
a1、a2、a3是与施加的载荷成比例的系数。
然后使用算法将测量(到)的半径(radii)与模型进行匹配。在载荷感测应用中，变形传感器k在距固定基准的已知相对角度βk(处)测量到半径rk。然而，固定基准相对于径向载荷的实际方向(actual direction)的偏移角
Figure BDA0001923916680000072
是未知的。滚子孔内的传感器模块旋转，因此在静止时可能采取(adopt)任何角度定向(/方向)。
将传感器k的相角定义为
Figure BDA0001923916680000073
式2可以被改写为：
Figure BDA0001923916680000071
有2个余弦波待被识别，它们具有对应的π和π/2的周期。这使得必须在半个圆内得到4个测量值(measurements)r1、r2、r3、r4，以便求解该等式。假设变形是对称的并且在特定相角处的孔半径等于在直径(diametrically)相对侧的孔半径。
在图2所示的实施方式中，传感器模块20包括八个悬臂梁形式的变形传感器，它们响应于孔(的)变形而弯曲。这八个梁以均匀的角度间隔围绕传感器模块轴线21沿周向布置，并且在直径上相对的对(pairs)连接。在图示的截面中只能看见第一对变形传感器22a、22b。如果传感器模块轴线21与孔轴线同轴，则各弯曲梁22a、22b将测量到相同的距中心轴线21的径向距离。在沿径向存在小偏心率(/偏心)(eccentricity)的情况下，所述对(pair)中的一个传感器将测量到正的径向误差，所述对中的另一个传感器将测量到负的径向误差，从而使径向误差能够被抵消掉。实际上，在半个圆内的(以45度间隔的)四个角度位置处测量孔半径r1、r2、r3、r4。
可以使用搜索函数(search function)来求解式3，该搜索函数对变形水平偏移(量)a0和偏移角
Figure BDA00019239166800000812
的值进行初始猜测，并找出与所测量的半径的最好拟合。优选的是，为了使所需的计算时间最小化，处理器被配置成使用代数方程(/代数式)(algebraicequation)由所测量的半径r1、r2、r3、r4计算偏移角。在给出的以45度间隔测量的四个孔半径的示例中，来自式3的rk的测量(值)的表达式可以被发展如下：
Figure BDA0001923916680000081
Figure BDA0001923916680000082
Figure BDA0001923916680000083
Figure BDA0001923916680000084
这导致
Figure BDA0001923916680000085
Figure BDA0001923916680000086
Figure BDA0001923916680000087
Figure BDA0001923916680000088
因此
Figure BDA0001923916680000089
Figure BDA00019239166800000810
偏移角可以被计算如下：
Figure BDA00019239166800000811
一旦计算出偏移角，则处理器被适当地配置成使用例如最小二乘拟合方法或二阶多项式拟合将所测量的半径r1、r2、r3、r4与参数模型拟合，以求解来自傅立叶级数(式(3))的系数a0、a1、a2并计算滚子上的径向载荷。
如所提到的，图2的实施方式中的变形传感器被实施为悬臂梁。传感器模块20具有主体23，中心螺栓24延伸穿过主体23。所述模块经由在轴向上间隔开的第一弹性元件37和第二弹性元件38安装于孔15。在图示的示例中，由诸如为NBR的顺应材料(/柔顺材料)(compliant material)制成的O形圈被用来在径向上将主体23定位在孔15内并且承受(take up)孔变形，使得模块的主体23不与孔表面15s接触。所述模块还包括封闭的(/围起来的)(enclosed)环形区域30，处理器以及优选还有天线被容纳在该区域中。
八个悬臂梁通过例如螺丝50而附接在主体23上的安装位置。在图示的截面中只能看到其中的两个梁22a、22b。每个梁具有从主体23上的梁支撑位置延伸的自由端。在各自由端的末端(extremity)，设置有接触元件25，接触元件25被布置成抵靠孔表面15s，这意味着孔变形和孔半径的相应变化引起各悬臂梁22a、22b的偏转(deflection)。在接触元件25与各梁的被支撑部分之间，设置有至少一个应变计(stain gauge)以用于测量梁弯曲。优选的是，每个梁的径向内侧和径向外侧均设置有应变计。如上面提到的，图2所示的梁22a、22b作为第一传感器对(pair)运行，以用于消除径向偏心误差。因此，第一传感器对具有四个应变计，有利的是这些应变计以惠斯通电桥连接以补偿温度敏感性。
由于孔的大致椭圆形的变形形状，中心轴线21与孔表面15s之间的径向距离在最大值与最小值之间变化(这取决于滚子相对于径向载荷线的角度定向)。为了确保当梁处于最大径向距离的位置时各梁22a、22b的接触元件25保持与孔表面15s接触，梁应当以一定的预张紧(pre-tension)安装在孔内。传感器模块被设计用于能够使得在传感器模块20插入孔内之后实现这一点。
主体23包括环形缺口(notch)26，以产生能够起到铰链作用的较小直径的区域。缺口26被设置在各梁的附接位置与各梁的自由端延伸源自的支撑位置之间。此外，主体23在梁支撑位置的区域中具有设置在主体的端面中的轴向凹部。传感器模块还包括锥形元件27，锥形元件27安装在中心螺栓24上并接合在主体的轴向凹部中。一旦被安装于滚子孔，就将螺母元件28拧紧在中心螺栓24上，以将锥形元件27进一步推入轴向凹部内。这造成梁支撑位置沿径向向外方向移位，并使接触元件25朝向孔表面15s移位。锥形元件27移位到轴向凹部内，直到来自各梁上的应变计的应变读数指示(/显示)梁被充分预张紧为止。
传感器模块以非固定方式安装在孔15内。因此在轴承运行期间，可能发生在周向上的相对旋转。这种运动被称为蠕变(creep)，由于第一弹性元件37和第二弹性元件38与它们接触的表面之间的摩擦，预期其明显慢于滚子10的旋转速度。在轴承运行期间梁的弯曲还导致接触元件25相对于孔表面15s的非常轻微的轴向移位。因此将发生一定程度(somedegree)的滑动接触。因此接触元件25被实施为具有穹顶形状的几何形状，类似于穿过球体的周边区域(peripheral region)的切片。适当地，穹顶在周向上的直径被选择成符合孔的圆柱形表面15s(/与孔的圆柱形表面15s配合)。这使得赫兹接触压力相对低并使磨损最小化。
在根据本发明的传感化的滚子的另一实施方式中，传感器模块配备有接近传感器，接近传感器以无接触的方式测量孔半径的变化。在图3中示出了这种传感器模块的示例的立体图，其中若干部分已被移除以显露出下面的组成部件。
传感器模块320包括由刚性材料制成的壳体330，壳体30的形状被设计成以小的径向游隙嵌合(/配合)在圆柱(形)滚子孔内。壳体具有主圆柱(形)主体，其直径小于孔(的)直径，并且其尺寸被设计成被包含在滚子的尺寸内。传感器模块320在径向上通过第一弹性(resilient)密封元件和第二弹性密封元件而相对于圆柱形孔定位，第一弹性密封元件和第二弹性密封元件布置在孔的径向内表面与壳体330的径向外表面之间。在图示的示例中使用O形圈。壳体在轴向上通过第一端帽333和第二端帽334定位在滚子孔内，第一端帽333和第二端帽334具有主圆柱形部分，该主圆柱形部分在任一轴向端嵌合(/配合)(fitsover)在壳体330的主圆柱形主体上。各端帽还具有凸缘部分335，凸缘部分335的直径大于主圆柱形部分(的直径)，其(/凸缘部分)在组装之后抵靠被(机)加工于滚子的各轴向端面中的凹入区域。因而传感器模块的壳体330被相对于滚子孔精确地定位。
传感器模块320还设置有八个在周向上间隔开的电感(式)传感器332a-332g，其(/传感器332a-332g)具有由圆形线圈形成的传感元件(/感测元件)，其座落在壳体330的外圆柱表面中并以小的径向间隙(例如1.0mm)面对滚子孔的表面。各电感传感器的线圈连接到LC振荡电路(LC tank circuit)中的电容器，该振荡电路被以谐振(resonance)驱动，以使得在线圈中产生高频磁场。这在滚子孔的面对表面中感应(出)涡流，这产生与线圈的主磁场(primary field)相对的次级磁场(secondary magnetic field)，导致跟线圈与孔表面之间的径向间隙成比例的振荡谐振频率(tank resonant frequency)有明显的转移(shift)。检测该转移以便测量径向间隙的变化，从而测量(出)因变形引起的孔半径的变化。
与图2的实施方式类似，八个传感器以四个传感器对起作用。(在)直径(上)相对的传感器322a和332e形成第一传感器对并一起测量第一孔半径r1；在直径上相对的传感器322b和332f形成第二传感器对并一起测量第二孔半径r2；在直径上相对的传感器322c和332g形成第三传感器对并一起测量第三孔半径r3；在直径上相对的传感器322d和332h形成第四传感器对并一起测量第四孔半径r4。根据本发明，4个半径被在半个圆内的(各)圆周位置处测量(到)，即在180度的角度跨度(span)内测量。
与各电感传感器322a、322b、322c、322d、322e、322f、322g、322h相关联的电子器件被适当地包含在安装在PCB 340上的多个电感数字转换器(IDC)内。在图示的示例中，与一个传感器对相关联的两个圆形线圈连接到单个IDC，尽管(根据IDC的输入通道的数量)所连接的线圈的数量可以更高。
传感器模块320还包括处理器345，处理器345被配置成如参照图2的实施方式解释的那样由测量的孔半径r1、r2、r3、r4计算(出)滚子上的径向载荷。还设置有天线347，天线347用于将处理结果传输到位于轴承外部的接收器。处理器345和天线347也被布置在PCB340上。传感器模块还配备有电池350，电池350用于为传感器和处理电子器件供电。传感器模块还可以配备(成)用于由滚子的旋转来产生其自身的电力。
因此，传感器模块320整体上是易于安装(于滚子孔)和从滚子孔拆卸的自持单元(self-contained unit)。
已经描述了本发明的许多方面和实施方式。本发明不限于这些实施方式，而是可以在所附权利要求的范围内变化。

Claims (13)

1.一种轴承的传感化的滚子(10)，所述传感化的滚子包括：中心孔(15)，其沿轴向延伸穿过所述滚子；和传感器模块(20、220)，其以非固定的方式安装在中心孔内，其特征在于，所述传感器模块包括：
-至少四个变形传感器，其相对于固定基准以定义的角度间隔βk围绕所述传感器模块的中心轴线(21)沿周向布置，由此各变形传感器被配置成测量相应的角度位置处的中心轴线(21)与所述中心孔(15)的径向内表面(15s)之间的径向距离r1、r2、r3、r4，这至少四个径向距离r1、r2、r3、r4被对于在位于360度的角度跨度内的定义的角度位置测量；和
-处理器(345)，其被配置成接收测量的径向距离中的每一者并通过以下来计算作用在所述滚子上的径向载荷：通过估计固定基准相对于径向载荷方向的偏移角
Figure FDA0003368831380000013
并通过使用估计的偏移角和各测量的径向距离作为数学模型的输入，其中该数学模型描述了作为角度位置和取决于载荷的参数的函数的所述中心孔(15)的变形半径。
2.根据权利要求1所述的传感化的滚子，其特征在于，所述处理器用来计算径向载荷的数学模型基于由滚子在径向载荷下的有限元分析得到的孔变形信号的傅里叶级数展开。
3.根据权利要求1或2所述的传感化的滚子，其特征在于，所述传感器模块包括四个变形传感器，其测量45度的均匀角度间隔处的径向距离，所述处理器(345)被配置成使用以下关系来估计偏移角
Figure FDA0003368831380000011
Figure FDA0003368831380000012
4.根据权利要求1或2所述的传感化的滚子，其特征在于，所述至少四个变形传感器中的每一个均为接近传感器，所述接近传感器具有传感元件，所述传感元件布置在所述传感器模块(320)的径向外表面处，以使得以小的径向间隙面对孔表面(15s)。
5.根据权利要求1或2所述的传感化的滚子，其特征在于，所述至少四个变形传感器中的每一个均包括悬臂梁，所述悬臂梁附接于所述传感器模块(20)的主体，所述悬臂梁在其自由端具有接触元件(25)，所述接触元件(25)抵靠孔表面(15s)，所述悬臂梁装备有至少一个用于测量梁偏转的应变计。
6.根据权利要求5所述的传感化的滚子，其特征在于，
·所述主体(23)包括环形缺口(26)，所述缺口(26)挨着所述主体的供各悬臂梁延伸源自的第一区域布置，由此所述缺口(26)被构造成起到铰链的作用；
·所述主体还包括位于其端面中的轴向凹部；以及
·所述传感器模块(20)包括锥形元件(27)，所述锥形元件(27)被构造成接合在所述轴向凹部中并且其能够移位到所述轴向凹部内，以使得使所述主体(23)的第二区域沿径向向外方向移位，以使各梁能够在预张紧下布置在所述中心孔(15)中。
7.根据权利要求5所述的传感化的滚子，其特征在于，位于各悬臂梁的端部处的接触元件(25)具有穹顶形状的几何形状。
8.根据权利要求1或2所述的传感化的滚子，其特征在于，所述至少四个变形传感器中的每一个与位于在直径上相对的角度位置处的另一变形传感器配对，以使得形成第一传感器对(22a、22b；322a、322e)、第二传感器对(322b、322f)、第三传感器对(322c、322g)和第四传感器对(322d、322h)。
9.根据权利要求1或2所述的传感化的滚子，其特征在于，所述传感器模块(20、320)通过轴向间隔开的第一弹性元件和第二弹性元件(37、38；337、338)安装于中心孔(15)。
10.根据权利要求1或2所述的传感化的滚子，其特征在于，所述传感器模块包括由刚性材料制成的圆柱形壳体(330)，所述圆柱形壳体(330)的形状被设计成以小的径向游隙嵌合在中心孔(15)内部并且被完全包含在所述滚子的尺寸内。
11.根据权利要求1或2所述的传感化的滚子，其特征在于，所述传感器模块还包括天线(347)，所述天线(347)用于将由所述处理器(345)计算出的径向载荷传输到位于所述轴承外部的接收器。
12.根据权利要求1或2所述的传感化的滚子，其特征在于，所述传感器模块(20、320)包括在所述滚子(10)的第一轴向区域中围绕所述传感器模块的中心轴线(21)沿周向布置的第一组至少四个变形传感器，还包括在与所述第一轴向区域轴向间隔开的所述滚子的第二轴向区域中围绕所述传感器模块轴线沿周向布置的至少第二组至少四个变形传感器，所述处理器被配置成计算在所述第一轴向区域和所述第二轴向区域中作用在所述滚子上的径向载荷。
13.一种轴承，包括根据前述权利要求中的任一项所述的传感化的滚子(10)。
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