CN110057585B - 安装在轮毂轴承上的多功能传感器及其轮毂轴承 - Google Patents

安装在轮毂轴承上的多功能传感器及其轮毂轴承 Download PDF

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Abstract

本发明涉及轴承的检测装置，公开安装在轮毂轴承上的多功能传感器及其轮毂轴承，包括壳体，壳体上安装有温度传感器和信号分析芯片，温度传感器采集的温度信号发送给信号分析芯片；还包括隔热套、信号杆、振动传递金属棒和振动传感器，隔热套安装在壳体内的通道上，信号杆通过隔热套一端与温度传感器连接，其另一端与信号分析芯片连接，振动传递金属棒检测轮毂轴承的振动信号并通过振动传感器发送给信号分析芯片。本传感器内设有信号分析芯片，信号分析芯片能够分析传感器传递的温度信号，智能识别温度是正常状态还是失效状态。隔热套用于保护其内的电池和信号分析芯片，防止电池和信号分析芯片因温度过高而影响正常工作。

Description

安装在轮毂轴承上的多功能传感器及其轮毂轴承
技术领域
本发明涉及轴承的检测装置，尤其涉及安装在轮毂轴承上的多功能传感器及其轮毂轴承。
背景技术
在我国交通运输业中，公交车是重要的城市交通工具。商用车轮毂轴承是公交车的一个重要零部件，其主要功能是支撑公交车和引导轮毂转动，需要同时承受径向载荷和轴向载荷，所以轴承的失效要及时预警。轮毂轴承在运转过程中内部零部件之间会发生摩擦碰撞，热量会不断产生与散失，最终会形成热平衡。如果轴承发生内部零件裂纹、断裂、互相胶合、油脂干枯等轴承失效现象，则产热会快速增加，轴承热平衡会被打破，温度会快速上升，最终形成一个新的热平衡，此时的热平衡温度会远高于原平衡，同时轴承高温会进一步破坏轴承零部件，快速打破新平衡及进一步建立更高温度的热平衡，并形成温度的恶性循环。
市场上也有用于检测轴承的传感器，例如申请号：201580043235.1，发明名称：转子轴承温度传感器，该传感器安装在主定子与壁之间的间隙中，但该间隙缝隙很小，传感器安装极不方便。这种结构的轴承外圈总有一部分露在外面，从而使得轴承在使用时稳定性差。长时间在振动环境下工作，传感器上的导热件容易与轴承外圈脱离，造成传感器检测的数据偏低，从而影响维修检修。
由于轮毂轴承运转过程中受到外界的激励，轮毂轴承会输出振动信号，正常振动与失效振动的频域、振幅是完全不同的，同时将振动信号采集出来，通过频域分离，可分离出不同零部件产生的振动，进而可判断是轮毂轴承的哪些部件失效。轴承失效前温度平衡的破坏和振动的变化是监测和预警的重要依据，实现轴承失效的预测和及时维修，很大程度的提高了商用公交车的安全性和可靠性。
发明内容
本发明针对现有技术中检测轴承温度值、和振动值的传感器稳定性差的缺点，提供安装在轮毂轴承上的多功能传感器及其轮毂轴承。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
安装在轮毂轴承上的多功能传感器，包括壳体，壳体上安装有温度传感器，壳体内安装有给信号分析芯片供电的电池，温度传感器与信号分析芯片连接并将采集的温度信号发送给信号分析芯片；
还包括隔热垫片、隔热套、信号杆、振动传递金属棒和振动传感器；
隔热垫片套装在温度传感器上并与壳体的端面连接；
隔热套安装在壳体内的通道上并与隔热垫片连接，隔热套通道的内壁上安装有数量至少一个的固定板，电池安装在固定板上；
信号杆穿过固定板并与其固定连接，信号杆一端穿出隔热垫片与温度传感器固定连接，其另一端与信号分析芯片固定连接，信号杆将温度传感器采集的信号传输给信号分析芯片；
振动传递金属棒一端与壳体连接，其另一端与振动传感器连接，振动传感器通过振动传递金属棒采集轴承的振动信号并发送给信号分析芯片分析。
信号杆一方面能够将温度传感器采集到的温度信号发送给信号分析芯片，另一方面能够支撑固定板，保证了固定板的稳定性，从而保证了电池的稳定性。隔热套和隔热垫片用于保护其内的电池和信号分析芯片，保证它们能够正常工作，同时隔热垫片还为了防止壳体与轮毂轴承发生钢性碰撞。
作为优选，壳体包括螺栓、螺头和盖板，螺栓内设有第一通道，螺头内设有第二通道，盖板盖合第二通道的端口并与螺头固定连接，第一通道与第二通道连通，第一通道的直径小于第二通道的直径，隔热套一端安装在第一通道内，其另一端安装在第二通道内。螺栓和螺头形状的壳体，方便人们安装传感器；传感器隐蔽性能好，防止不法分子破坏。
作为优选，固定板安装在第一通道内的隔热套上，信号分析芯片安装在第二通道内的隔热套上。
作为优选，振动传感器安装在螺头上，振动传递金属棒容置在第二通道内。本传感器还能够同时检测轴承的振动信号，同一零部件受损前后的形态和构造发生变化，受到相同干扰后所表现的振幅和频域不同，这是监控和区分轮毂轴承零部件受损失效的重要依据。振动传递金属棒安装在第二通道内，一方面结构紧凑，另一方面由于第二通道为独立空间，没有外界干扰，振动传递金属棒检测精度高。
作为优选，还包括信号发射天线，信号发射天线安装在螺头上，信号发射天线与信号分析芯片连接，信号发射天线将信号分析芯片分析后的温度信号和振动信号发射出去。信号发射天线能够将信号分析芯片分析后的温度信息和振动信息发送给驾驶室内的中央操控台，方便人们能够及时了解轴承工作环境。
作为优选，信号分析芯片与盖板之间的信号杆上固定有轴套，轴套上固定有数量至少为两片的扇叶，盖板上开设有数量至少为两个的第一通风口，盖板的内端面安装有用于盖合第一通风口的第一弹性盖片，轴承单元静止时，第一弹性盖片盖合第一通风口，轴承单元转动时，第一弹性盖片向内打开。隔热套并不是完全隔热，轴承单元转动的时间久了，隔热套内的温度也会不断升高，轴承单元在转动时，第一弹性盖片打开第一通风口，第一通风口使得隔热套与外环形形成对流，达到散热效果，轴套及其上扇叶与信号杆固定连接，其随着轴承转动而转动，扇叶转动加速隔热套内的空气对流，从而加速散热。
作为优选，螺头为六角螺头，螺头的每一个侧面都设有安装槽，安装槽的底面设有与隔热套连通的第二通风口，安装槽内安装有用于盖合第二通风口的第二弹性盖片，轴承单元静止时，第二弹性盖片盖合第二通风口，轴承单元转动时，第二弹性盖片打开。由于轴承转动时，产生离心作用，第二弹片被甩开，隔热套内的空气可以通过第二通风口进行换气散热，进一步加快了隔热套内的热量散去。
安装有传感器的轮毂轴承，包括轴承外壳；传感器与轴承外壳螺纹连接，轴承外壳上设有第一凹槽，第一凹槽的底面设有第二凹槽，温度传感器安装在第二凹槽内，壳体安装在第一凹槽内。传感器与轴承外壳螺纹连接，传感器拆装方便，温度传感器与第二凹槽接触面积广，温度传感器检测效果好。
作为优选，轴承外壳内设有第一安装孔，第一安装孔内安装有第一内圈，第一内圈与轴承外壳之间安装有形状为圆锥形的第一保持架，第一保持架上安装有第一滚子。
作为优选，轴承外壳内设有第二安装孔，第二安装孔与第一安装孔连通，第二安装孔内安装孔有第二内圈，第二内圈与轴承外壳之间安装有形状为圆锥形的第二保持架，第二保持架上安装有第二滚子。
本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：
本传感器内设有信号分析芯片，信号分析芯片能够分析传感器传递的温度信号，智能识别温度是正常状态还是失效状态。信号杆一方面能够将温度传感器采集到的温度信号发送给信号分析芯片，另一方面能够支撑固定板，保证了固定板的稳定性，从而保证了电池的稳定性。隔热套用于保护其内的电池和信号分析芯片，防止电池和信号分析芯片因温度过高而影响正常工作。
附图说明
图1是本发明中传感器的结构示意图。
图2是图1中壳体的结构示意图。
图3是发明中轮毂轴承和传感器装配结构示意图。
图4是图3中轮毂轴承的剖视结构示意图。
以上附图中各数字标号所指代的部位名称如下：其中，10—壳体、11—温度传感器、12—信号分析芯片、13—电池、14—信号杆、15—固定板、16—振动传递金属棒、17—振动传感器、18—信号发射天线、19—轴承外壳、20—第一内圈、21—第一保持架、22—第一滚子、23—第二内圈、24—第二保持架、 25—第二滚子、26—隔热垫片、27—轴套、28—扇叶、29—第二弹性盖片、30 —隔热套、101—螺栓、102—螺头、103—盖板、191—第一凹槽、192—第二凹槽、193—第一安装孔、194—第二安装孔、1011—第一通道、1021—第二通道、1022—安装槽、1031—第一通风口。
具体实施方式
下面结合附图1-4与实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
安装在轮毂轴承上的多功能传感器，包括壳体10，壳体10上安装有温度传感器11，本实施例温度传感器11为PT100传感器，壳体10内安装有给信号分析芯片12供电的电池13，温度传感器11与信号分析芯片12连接并将采集的温度信号发送给信号分析芯片12，温度传感器11会间隔1秒采集一次温度信号，并将温度信息传递给信号分析芯片12的温度处理模块，信号分析芯片12会分析温度信号，并智能识别温度是在正常状态还是失效状态，如果是正常状态，信号分析芯片12会将信号通过信号发射天线18发送到驾驶室的中央操控台，如果温度超过了报警温度点，温度信号分析芯片会判别温度异常情况，一方面，将温度异常信息传递给信号分析芯片12内的振动处理模块进一步分析轴承失效部件，另一方面，信号分析芯片12会将信号通过信号发射天线18发送到驾驶室的中央操控台，中央操控台报警并显示异常温度。
还包括隔热垫片26、隔热套30、信号杆14、振动传递金属棒16和振动传感器17，隔热垫片26套装在温度传感器11上并与壳体10的端面连接，隔热垫片26与壳体10的端面胶合连接，隔热套30安装在壳体10内的通道上并与隔热垫片26连接，隔热套30内的通道上安装有数量为两块的固定板15，固定板 15与隔热套30之间过盈配合连接，电池13安装在固定板15上，电池13为纽扣电池，一块固定板15上固定有六个纽扣电池。信号分析芯片12安装在隔热套30内，隔热套30隔离了温度，保证了信号分析芯片12和电池13能够正常工作。
信号杆14穿过固定板15并与其过盈配合连接，信号杆14一端穿出隔热垫片26与温度传感器11固定连接，其另一端与信号分析芯片12固定连接，信号杆14将温度传感器11采集的信号传输给信号分析芯片12。
振动传感器17安装在螺头102上，振动传递金属棒16容置在第二通道1021 内，振动传递金属棒16一端与壳体10连接，其另一端与振动传感器17连接，振动传感器17通过振动传递金属棒16采集轴承的振动信号并发送给信号分析芯片12分析。轮毂轴承在运转过程中受到外界干扰，轴承整体会出现一个振动现象。由于轴承内部零部件形态、重量不同，自身的传递函数不同，那么受到相同的干扰信号，所表现的振动时域、频域不同，这是监控和区分轮毂轴承不同零部件的重要依据。同样的，同一零部件受损前后的形态和构造发生变化，受到相同干扰后所表现的振幅和频域不同，这是监控和区分轮毂轴承零部件受损失效的重要依据。信号分析芯片12依据不同零部件振动频率不同的原理，从而将不同零部件的振动分离开，智能识别正常振动和失效振动，并将分析出的信息通过信号发射天线18传递给中央控制台，从而实现及时预测轴承失效时间点。
壳体10包括螺栓101、螺头102和盖板103，螺栓101内设有第一通道1011，螺头102内设有第二通道1021，盖板103盖合第二通道1021的端口并与螺头 102固定连接，第一通道1011和第二通道1021都为圆柱形通道，第一通道1011 与第二通道1021连通，第一通道1011的直径小于第二通道1021的直径，隔热套30一端安装在第一通道1011内，其另一端安装在第二通道1021内。固定板 15安装在第一通道1011内的隔热套30上，信号分析芯片12安装在第二通道 1021内的隔热套30上。螺头102的外端部盖合有盖板，盖板与螺头102胶合在一起，信号杆14穿过信号分析芯片12并与盖板固定连接。
还包括信号发射天线18，信号发射天线18安装在螺头102上，信号发射天线18与信号分析芯片12连接，信号发射天线18将信号分析芯片12分析后的温度信号和振动信号发射出去。
信号分析芯片12与盖板103之间的信号杆14上固定有轴套27，轴套27上固定有数量至少为两片的扇叶28，扇叶28的数量为两片，轴套27与扇叶28一体式，轴套27与信号杆14螺钉固定连接，盖板103上开设有数量至少为两个的第一通风口1031，本实施例第一通风口1031的数量为六个，盖板103的内端面安装有用于盖合第一通风口1031的第一弹性盖片，轴承单元静止时，第一弹性盖片盖合第一通风口1031，轴承单元转动时，第一弹性盖片向内打开。
螺头102为六角螺头，螺头102的每一个侧面都设有安装槽1022，安装槽1022的底面设有与隔热套30连通的第二通风口，安装槽1022内安装有用于盖合第二通风口的第二弹性盖片29，轴承单元静止时，第二弹性盖片29盖合第二通风口，轴承单元转动时，第二弹性盖片29打开。
实施例2
实施例2与实施例1特征基本相同，不同的是实施例2公开了安装有传感器的轮毂轴承，包括轴承外壳19；传感器与轴承外壳19螺纹连接，轴承外壳 19上设有第一凹槽191，第一凹槽191的底面设有第二凹槽192，温度传感器 11安装在第二凹槽192内，壳体10安装在第一凹槽191内。信号分析芯片12 分析温度是在正常状态还是失效状态，如果是正常状态，信号分析芯片12会将信号通过信号发射天线18发送到驾驶室的中央操控台，如果温度超过了报警温度点，温度信号分析芯片会判别温度异常情况，一方面，将温度异常信息传递给信号分析芯片12内的振动处理模块进一步分析轴承失效部件，另一方面，信号分析芯片12会将信号通过信号发射天线18发送到驾驶室的中央操控台，中央操控台报警并显示异常温度。轮毂轴承在运转过程中受到外界干扰，轴承整体会出现一个振动现象。由于轴承内部零部件形态、重量不同，自身的传递函数不同，那么受到相同的干扰信号，所表现的振动时域、频域不同，这是监控和区分轮毂轴承不同零部件的重要依据。同样的，同一零部件受损前后的形态和构造发生变化，受到相同干扰后所表现的振幅和频域不同，这是监控和区分轮毂轴承零部件受损失效的重要依据。信号分析芯片12依据不同零部件振动频率不同的原理，从而将不同零部件的振动分离开，智能识别正常振动和失效振动，并将分析出的信息通过信号发射天线18传递给中央控制台，从而实现及时预测轴承失效时间点。
轴承外壳19内设有第一安装孔193，第一安装孔193内安装有第一内圈20，第一内圈20与轴承外壳19之间安装有第一保持架21，第一保持架21为圆锥形保持架，第一保持架21上安装有第一滚子22。
轴承外壳19内设有第二安装孔194，第二安装孔194与第一安装孔193连通，第二安装孔194内安装孔有第二内圈23，第二内圈23与轴承外壳19之间安装有第二保持架24，第二保持架24为圆锥形保持架，第二保持架24上安装有第二滚子25。
实施例3
实施例3与实施例1特征基本相同，不同的实施例3中壳体10为螺栓101，没有螺头102，电池13和信号分析芯片12都安装在螺栓101内的第一通道1011 上。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (9)

1.安装在轮毂轴承上的多功能传感器，包括壳体(10)，壳体(10)上安装有温度传感器(11)，壳体(10)内安装有信号分析芯片(12)和给信号分析芯片(12)供电的电池(13)，温度传感器(11)与信号分析芯片(12)连接并将采集的温度信号发送给信号分析芯片(12)；其特征在于：
还包括隔热垫片(26)、隔热套(30)、信号杆(14)、振动传递金属棒(16)和振动传感器(17)；
隔热垫片(26)套装在温度传感器(11)上并与壳体(10)的端面连接；
隔热套(30)安装在壳体(10)通道的内壁上并与隔热垫片(26)连接，隔热套(30)内的通道上安装有用于固定电池(13)的固定板(15)；
信号杆(14)穿过固定板(15)并与其固定连接，信号杆(14)一端穿出隔热垫片(26)与温度传感器(11)固定连接，其另一端与信号分析芯片(12)固定连接，信号杆(14)将温度传感器(11)采集的信号传输给信号分析芯片(12)；
振动传递金属棒(16)一端与壳体(10)连接，其另一端与振动传感器(17)连接，振动传感器(17)通过振动传递金属棒(16)采集轴承的振动信号并发送给信号分析芯片(12)分析；壳体(10)包括盖板(103)，信号分析芯片(12)与盖板(103)之间的信号杆(14)上固定有轴套(27)，轴套(27)上固定有数量至少为两片的扇叶(28)，盖板(103)上开设有数量至少为两个的第一通风口(1031)，盖板(103)的内端面安装有用于盖合第一通风口(1031)的第一弹性盖片，轴承单元静止时，第一弹性盖片盖合第一通风口(1031)，轴承单元转动时，第一弹性盖片向内打开。
2.根据权利要求1所述的安装在轮毂轴承上的多功能传感器，其特征在于：壳体(10)包括螺栓(101)和螺头(102)，螺栓(101)内设有第一通道(1011)，螺头(102)内设有第二通道(1021)，盖板(103)盖合第二通道(1021)的端口并与螺头(102)固定连接，第一通道(1011)与第二通道(1021)连通，第一通道(1011)的直径小于第二通道(1021)的直径，隔热套(30)一端安装在第一通道(1011)内，其另一端安装在第二通道(1021)内。
3.根据权利要求2所述的安装在轮毂轴承上的多功能传感器，其特征在于：固定板(15)安装在第一通道(1011)内的隔热套(30)上，信号分析芯片(12)安装在第二通道(1021)内的隔热套(30)上。
4.根据权利要求2所述的安装在轮毂轴承上的多功能传感器，其特征在于：振动传感器(17)安装在螺头(102)上，振动传递金属棒(16)容置在第二通道(1021)内。
5.根据权利要求2所述的安装在轮毂轴承上的多功能传感器，其特征在于：还包括信号发射天线(18)，信号发射天线(18)安装在螺头(102)上，信号发射天线(18)与信号分析芯片(12)连接，信号发射天线(18)将信号分析芯片(12)分析后的温度信号和振动信号发射出去。
6.根据权利要求1所述的安装在轮毂轴承上的多功能传感器，其特征在于：螺头(102)为六角螺头，螺头(102)的每一个侧面都设有安装槽(1022)，安装槽(1022)的底面设有与隔热套(30)连通的第二通风口，安装槽(1022)内安装有用于盖合第二通风口的第二弹性盖片(29)，轴承单元静止时，第二弹性盖片(29)盖合第二通风口，轴承单元转动时，第二弹性盖片(29)向外打开。
7.安装有权利要求1-6任意一项所述的传感器的轮毂轴承，包括轴承外壳(19)；其特征在于：传感器与轴承外壳(19)螺纹连接，轴承外壳(19)上设有第一凹槽(191)，第一凹槽(191)的底面设有第二凹槽(192)，温度传感器(11)安装在第二凹槽(192)内，壳体(10)安装在第一凹槽(191)内。
8.根据权利要求7所述的安装有传感器的轮毂轴承，其特征在于：轴承外壳(19)内设有第一安装孔(193)，第一安装孔(193)内安装有第一内圈(20)，第一内圈(20)与轴承外壳(19)之间安装有形状为圆锥形的第一保持架(21)，第一保持架(21)上安装有第一滚子(22)。
9.根据权利要求7所述的安装有传感器的轮毂轴承，其特征在于：轴承外壳(19)内设有第二安装孔(194)，第二安装孔(194)与第一安装孔(193)连通，第二安装孔(194)内安装孔有第二内圈(23)，第二内圈(23)与轴承外壳(19)之间安装有形状为圆锥形的第二保持架(24)，第二保持架(24)上安装有第二滚子(25)。
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