CN110319123A - 轴承组件、方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴承组件、方法和系统。所述轴承组件包括第一座圈。此外，所述轴承组件包括与第一座圈同心设置的第二座圈，其中所述第二座圈的半径沿轴承组件的轴向长度变化。所述轴承组件还包括围绕第二座圈设置并操作性地耦合至第二座圈的壳体。此外，所述轴承组件包括多个支撑结构，所述多个支撑结构被配置成使第二座圈可拆卸地耦合至壳体，其中所述多个支撑结构被配置成当第二座圈上的扭矩大于扭矩阈值时，使第二座圈与壳体脱离以允许第二座圈运动。

Description

轴承组件、方法和系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年3月29日提交的名称为“轴承组件和方法”、申请号为201841011968的印度专利申请的优先权。上述申请的全部内容通过引入并入本文中用于所有目的。

技术领域

本文的实施方案涉及轴承组件和方法。

背景技术

在车辆中采用传动系以使车辆能够运动。传动系可包括经由轴、轴承和齿轮箱耦合至车辆的车轮的发动机。发动机使车轮旋转。

轴承中的故障可能导致传动系和车辆的故障。这种情况可以称为锁轴情况。轴承可能由于各种原因，例如缺少润滑、积尘、设计问题、错位等发生故障。在轴承发生故障的情况下，传动系的其它部件也可能发生故障。

可能期望有一种不同于目前可用的那些系统和方法的用于检测传动系中的异常状态的系统和方法。

发明内容

根据本文的一方面，提供了一种轴承组件。所述轴承组件包括第一座圈。此外，所述轴承组件包括与第一座圈同心设置的第二座圈，其中所述第二座圈具有沿轴承组件的轴向长度变化的半径。此外，所述轴承组件包括围绕第二座圈设置并操作性地耦合至第二座圈的壳体。此外，所述轴承组件包括多个支撑结构，所述多个支撑结构被配置成使第二座圈可拆卸地耦合至壳体，其中所述多个支撑结构被配置成当第二座圈上的扭矩大于扭矩阈值时使第二座圈与壳体脱离以允许第二座圈运动。

根据本文的另一方面，提供了一种方法。所述方法包括通过使用旋转电机向轴承组件提供第一扭矩以使轴承组件的第一座圈旋转；当所述第二座圈上的第二扭矩大于扭矩阈值时，使轴承组件的第二座圈与壳体脱离，以允许第二座圈运动；以及使用控制器分析至少对应于旋转电机的一个或多个运行参数，以检测轴承组件中异常的存在。

根据本文的又一方面，提供了一种系统。所述系统包括轴承组件。所述轴承组件包括第一座圈；与第一座圈同心设置的第二座圈，其中第二座圈具有沿轴承组件的轴向长度变化的半径；围绕第二座圈设置并且操作性地耦合至第二座圈的壳体；以及被配置成使第二座圈可拆卸地耦合至壳体的多个支撑结构，其中所述多个支撑结构被配置成当第二座圈上的扭矩大于扭矩阈值时使第二座圈与壳体脱离以允许第二座圈运动。所系统进一步包括操作性地耦合至轴承组件的旋转电机和被配置为分析至少对应于旋转电机的一个或多个运行参数以检测轴承组件中存在异常的控制器。

附图说明

当参考附图阅读以下具体实施方式时，将理解本公开的这些特征和其它特征以及各方面，在附图中，相同的符号在所有图中表示相同的部件，其中：

图1是根据本文的方面的具有示例性轴承组件的系统的示意图；

图2是根据本文的方面的图1的轴承组件的一个实施方案的截面图；

图3是根据本文的方面的图1的轴承组件的一个实施方案的另一截面图；

图4是根据本文的方面的图1的轴承组件的另一实施方案的截面图；

图5A-图5B是根据本文的方面的在图1的轴承组件中使用的界面层的详细图示；和

图6是根据本文的方面的表示运行图1的系统以检测在该系统中采用的轴承组件中的异常的方法的流程图。

具体实施方式

除非另外定义，否则本文所用的技术术语和科学术语具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。如本文所用，术语“第一”、“第二”等不表示任何顺序、数量或重要性，而是用来将一个元件与另一个元件区分开。而且，术语“一”和“一个”不表示数量的限制，而是表示存在至少一个所引用的组件。术语“或”意味着包括性的，并且表示一个、一些或所有列出的组件。“包括”、“包含”或“具有”及其变体的使用意味着包括其后列出的组件及其等同物以及额外的组件。术语“连接”和“耦合”不限于物理或机械连接或耦合，并且可以包括直接或间接的电连接或耦合。此外，术语“电路”和“电路系统”以及“控制器”可以包括单个部件或多个部件，它们是有源的和/或无源的，并且被连接或以其他方式耦合在一起以提供所描述的功能。在本文中示例性被定义为用作示例，并不暗示出对特定部件、配置、功能等的偏好。

如下文将详细描述的，提供了具有示例性轴承组件的系统和运行具有示例性轴承组件的系统的方法的各种实施方案。在一个示例中，所述系统包括车辆。车辆可以是机车、非公路用车辆等。所述车辆包括传动系。所述传动系可以是电传动系或机械传动系。示例性轴承组件可形成传动系的一部分。此外，传动系包括旋转电机。旋转电机可以是交流发电机、发动机等。旋转电机经由转子、轴、轴承组件和变速齿轮耦合至车辆的一个或多个车轮。此外，使用车轴将车辆的一个车轮耦合至另一个车轮。如将理解的，旋转电机有助于车辆的车轮的旋转，从而允许车辆的运动。

根据本文的各方面，示例性轴承组件包括第一座圈、第二座圈、壳体和多个支撑结构。第二座圈与第一座圈同心设置。在一个实施方案中，第二座圈围绕第一座圈设置。在该实施方案中，第一座圈可被称为内座圈，第二座圈可被称为外座圈。此外，多个滚轴设置在第一座圈和第二座圈之间。根据本文的方面，第二座圈具有沿轴承组件的轴向长度变化的半径。另外，第一座圈操作性地耦合(operatively coupled)至旋转电机的转子上。

在轴承组件的正常工作状态期间，第一座圈被配置成旋转，第二座圈被配置成静止。在一个示例中，第一座圈的旋转使得旋转电机的转子旋转。根据本文的各方面，使用多个支撑结构将第二座圈耦合至壳体，其中所述壳体是固定结构。

通常，轴承组件易于发生故障。轴承组件可能由于各种原因例如缺少润滑、积尘、设计问题、错位等而发生故障。在一个示例中，轴承组件中的异常包括第一座圈的锁定状态和/或滚轴卡塞。在这种情况下，第一座圈和滚轴无法旋转。在传统系统中，由于第一座圈不旋转，旋转电机的转子可能不再旋转。在这种情况下，如果车辆包括该轴承组件，则车辆的相应车轴可以处于锁定状态。当车辆的车轴处于锁定状态时，车辆可能突然停止在道路/轨道上移动。在这种情况下，为了移动车辆，可能需要在轨道/道路上切割锁定的车轴。在另一种情况下，可能需要吊起车辆并随后将车辆运输到修理厂。通过使用本文描述的示例性轴承组件，避免了传统现有系统的至少一些缺点。

根据本文的方面，提供了一种示例性轴承组件。所述轴承组件被设计成使得即使在轴承组件中发生异常例如第一座圈的锁定状态和/或滚轴卡塞的情况下，在车辆中使用所述轴承组件允许车辆移动确定时长，从而防止车辆突然停止。在一个示例中，在轴承组件中的第一座圈处于锁定状态的情况下，第二座圈所经受的扭矩可以大于第二座圈的确定扭矩阈值。因此，支撑结构上的扭矩可大于支撑结构的确定扭矩阈值。如本文所述，确定值表示指定部件的已知特性。将理解，确定值可以是预定的、指定的或以其他方式计算的，并且指示特定值。在这种情况下，支撑结构可以剪切(shear)，从而使得第二座圈能够旋转。第二座圈的旋转使得旋转电机的转子异常旋转。由于转子的异常旋转，相应车轴的旋转不被阻碍，从而允许车辆继续运动。在这种情况下，车辆可以被配置为移动确定时长，例如约6小时，以至少能够将车辆移动到附近的修理厂。这可以避免在轨道/道路上切割车轴。如将理解的，在轨道/道路上切割车轴可能是非常昂贵的。而且，使车辆能够运动确定时长避免了吊起车辆并将车辆运输到附近的修理厂的麻烦步骤。

可以注意到，旋转电机的转子的异常旋转导致传动系的运行参数变化。传动系的运行参数包括旋转电机和相关变速齿轮的运行参数。可以注意到，即使在采用传统轴承组件的系统中，传动系的运行参数也可改变。然而，使用示例性轴承组件有助于放大由于转子的异常旋转而引起的运行参数的变化，从而有助于通过分析运行参数而容易地识别轴承组件中的异常。

在一个示例中，可通过监测和分析至少旋转电机和相关变速齿轮的运行参数识别示例性轴承组件中的异常。除了旋转电机和相关变速齿轮的运行参数之外，与传动系的其它部件相关的运行参数也可被监控和分析。在一个示例中，旋转电机和相关变速齿轮的运行参数包括旋转电机的电流/电压、变速齿轮的扭矩/振动等。可使用目前可用的传动系传感器监测传动系的运行参数，例如电流传感器、电压传感器、振动传感器、声传感器等。此外，可以使用目前可用的信号处理技术分析传动系的运行参数。如果需要，使用传动系中目前可用的传感器和目前可用的信号处理技术监测运行参数以识别示例性轴承组件中的异常，避免了对任何额外的传感器/信号处理技术的需要。

本文对于采用所述轴承组件的车辆进行描述。还预期在除了车辆之外的系统所采用的传动系中使用所述轴承组件。

现在转到附图，图1是根据本文的方面的具有示例性轴承组件108的系统100的示意图。在一个示例中，系统100是车辆。系统100包括操作性地彼此耦合的传动系102、传感器104和控制器106。传动系102包括示例性轴承组件108、旋转电机110、轴112、变速齿轮114、多个车轮116和车轴118。在图1的示例中，示出旋转电机110为传动系102的组成部分。在另一个示例中，旋转电机110可在传动系102外部。旋转电机110可以是发动机或发电机。此外，旋转电机110包括转子120。在一个实施方案中，转子120经由轴112耦合至轴承组件108。此外，轴承组件108经由相应变速齿轮114耦合至多个车轮116中的相应车轮。此外，车轮116使用车轴118彼此耦合。为了便于表示，在图1中仅示出了一个车轴、相应一组车轮和相应传动系部件。

根据本文的各方面，轴承组件108包括第一座圈(图1中未示出)和第二座圈(图1中未示出)。第二座圈与第一座圈同心设置。在一个实施方案中，第二座圈围绕第一座圈设置。此外，多个滚轴(图1中未示出)设置在第一座圈和第二座圈之间。根据本文的方面，第二座圈具有沿轴承组件108的轴向长度变化的半径。轴承组件108还包括围绕第二座圈设置的壳体(图1中未示出)。此外，轴承组件108包括多个支撑结构(图1中未示出)，所述支撑结构被配置成使第二座圈可拆卸地耦合至壳体。多个支撑结构被配置成当第二座圈上的扭矩大于第二座圈的确定扭矩阈值时使第二座圈与壳体脱离以允许第二座圈运动。

在轴承组件108的正常运行状态期间，第一座圈被配置成旋转。在这种情况下，第一座圈形成轴承组件108的旋转元件。旋转电机110的转子120耦合至第一座圈。由于第一座圈的旋转，转子120旋转。

如将理解的，各种情况可能导致轴承组件108的故障。在一个示例中，轴承组件108中的异常包括第一座圈的锁定状态和滚轴卡塞。然而，其它异常状态也已经被预期。

在传统系统中，当第一座圈处于锁定状态并且滚轴卡塞时，旋转电机和变速齿轮上的扭矩增大，从而导致旋转电机和变速齿轮的损坏。此外，当车辆中采用的轴承组件的第一座圈处于锁定状态时和/或如果滚轴卡塞时，耦合至第一座圈的转子停止旋转。随后，采用轴承组件的车辆可能突然停止移动。在这种情况下，可能需要从道路/轨道吊起车辆到修理厂和/或需要在道路/轨道上切割车轴。通过使用示例性轴承组件108避免了传统系统的至少一些缺点。

根据本文的各方面，即使在车辆中所采用的轴承组件108中出现异常的情况下，车辆也可被配置成继续移动确定时长，从而防止车辆在道路/轨道上突然停止。在一个实施方案中，在轴承组件108的第一座圈的锁定状态和滚轴卡塞的情况下，即使在施加扭矩时，第一座圈也不能旋转。结果，第二座圈可能承受增大的扭矩。

由于第二座圈所经受的扭矩持续增大，在特定时间点，第二座圈所经受的扭矩可能大于第二座圈的确定扭矩阈值。在这种情况下，支撑结构上的扭矩大于支撑结构的确定扭矩阈值。当支撑结构上的扭矩大于支撑结构的确定扭矩阈值时，支撑结构剪切。支撑结构的剪切使得第二座圈旋转。在这种情况下，第二座圈形成轴承组件108的旋转元件。另外，在一个示例中，第一座圈、第二座圈、和滚轴的组合作为单个单元一起工作并旋转。第二座圈的旋转可使得旋转电机110的转子120异常旋转。在一个实施方案中，第二座圈的旋转有助于使旋转电机110的转子120偏心旋转。转而，即使在轴承组件108的第一座圈处于锁定状态的情况下，转子120的这种异常旋转有助于移动车辆的车轴118。轴承组件108的设计便于车辆由于车轴118的运动而运动确定时长。

此外，转子120的异常旋转导致传动系102的运行参数变化。在一个示例中，转子120的异常旋转导致旋转电机110的磁气隙变化。磁气隙的这些变化又使得旋转电机110的运行参数变化。旋转电机110的运行参数的非限制性示例包括旋转电机的电流/电压/扭矩。在另一个示例中，转子120的异常旋转使得传动系102的其它部件例如变速齿轮114的运行参数变化。旋转电机110和/或变速齿轮114的运行参数的一些非限制性示例包括旋转电机110的电流、旋转电机110的速度、旋转电机110的扭矩、变速齿轮114的振动信号、变速齿轮114的声信号或其组合。

使用操作性地耦合至传动系102的传感器104测量传动系102及其各种组件的运行参数。传感器104可包括速度传感器、电流传感器、电压传感器、扭矩传感器、声传感器、振动传感器或其组合。在一个实施方案中，传感器104被配置成测量旋转电机110和变速齿轮114中的至少一个的运行参数。可以注意到，如果需要，传感器104当前被传动系102使用，从而规避对任何额外的传感器的需要。

此外，由控制器106分析由传感器104测量的运行参数。如本文所用，术语“控制器”是指集成电路(IC)、计算机、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路(ASIC)、专用处理器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)和/或任何其它可编程电路。控制器106被配置为分析一个或多个运行参数以识别轴承组件108中异常的存在。在一个示例中，采用传统的信号处理技术分析运行参数。此外，异常包括第二座圈的运动、旋转电机110的转子120的偏心旋转、第一座圈的锁定状态、轴承组件的滚轴卡塞或其组合。轴承组件108的结构和运行使用轴承组件108的传动系的方法将参照图2-图6进行更详细的说明。

图2是根据本文的方面的图1的轴承组件108的一个实施方案的截面图200。具体地，图2是沿图1的线2-2的截面图。轴承组件200包括第一座圈202、第二座圈204、多个滚轴206、壳体208和多个支撑结构210。第二座圈204与第一座圈202同心设置。此外，第二座圈204围绕第一座圈202设置。

第二座圈204具有沿轴承组件200的轴向长度(图3中所示)变化的半径。壳体208至少围绕第二座圈204设置，并通过支撑结构210操作性地耦合至第二座圈204。在一个实施方案中，第二座圈204可以是锥形圆柱结构(tapered cylindrical structure)。在另一个实施方案中，第二座圈204可以是具有锥形套筒的均匀圆柱形结构，所述锥形套筒围绕该均匀圆柱形结构设置。第二座圈的结构将参照图3-图4进行更详细的说明。

支撑结构210被配置成使第二座圈204可拆卸地耦合至壳体208。在一个示例中，支撑结构210是可被配置成基于第二座圈204上的扭矩值剪切的剪切销，从而有助于使第二座圈204与壳体208去耦合。更一般地，支撑结构210可以设计成具有这样的特征，即当低于指定水平的扭矩施加至所述结构时，结构保持完整，而当高于指定水平的扭矩施加至结构时，使得结构被剪切或以其它方式切断。例如，支撑结构可包括剪切销，剪切销可具有圆柱形金属轴，圆柱形金属轴具有可位于剪切销的中点或中点附近的直径减小的部分(例如，凹槽)。在其它情况下，支撑结构可包括具有圆柱形形状的剪切销，其中包括被设计成在超过指定扭矩水平时剪切的较弱的材料。较弱的材料可以位于剪切销的中点处或中点附近。然而，在其它示例中，支撑结构可包括被设计成当施加的扭矩超过指定水平时起皱、压缩或破碎以允许结构运动但不剪切或切断的材料、部分等。在另外的实施方案中，支撑结构可包括剪切、起皱、压缩或破碎的易碎的链节、中空部分或其它结构，如上所述。在某些实施方案中，所采用的支撑结构210的数目可为12。也已经预期使用更多或更少数量的支撑结构来将第二座圈204耦合至壳体208。

在轴承组件200的正常运行状态期间，第一座圈202被配置成旋转，第二座圈204被配置成静止。附图标记212表示第一座圈202的旋转方向。轴承组件200耦合至旋转电机(图2中未示出)的转子(图2中未示出)。具体地，第一座圈202耦合至旋转电机的转子。在一个示例中，在施加扭矩时，第一座圈202旋转。第一座圈202的旋转有助于使转子旋转。

在某些情况下，滚轴206可能处于卡塞状态，而第一座圈202可能处于锁定状态。在这种情况下，第一座圈202不能响应于任何施加的扭矩旋转。由于第一座圈202不能旋转，第二座圈204承受增大的扭矩。在一种情况下，第二座圈204上的扭矩可能超过第二座圈204的确定扭矩阈值。在这种情况下，支撑结构210上的扭矩增大到超过支撑结构210的确定扭矩阈值，从而使得支撑结构210剪切。支撑结构210的这种剪切导致第二座圈204运动。随后，第二座圈204沿方向214旋转。在这种情况下，第一座圈202、第二座圈204和滚轴206充当旋转的单个单元。在该示例中，第二座圈204的旋转可以使得转子异常旋转。即使在轴承组件200中出现异常的情况下，转子的异常旋转也使得采用轴承组件200的车辆能够运动。在这种情况下，车辆可以移动确定时长，例如约6小时，以至少允许将车辆移动到附近的修理厂。

另外，转子的异常旋转使得采用轴承组件200的传动系的运行参数变化。使用目前可用的传动系传感器和信号处理技术监控并随后分析传动系的运行参数以检测轴承组件200中的异常。

图3是根据本文的方面的图1的轴承组件108的一个实施方案的另一截面图300。具体地，图3表示沿图2的线3-3的截面图。

在图3的示例中，轴承组件300包括第一座圈302和第二座圈304。滚轴306设置在第一座圈302和第二座圈304之间。在一个示例中，第一座圈302是具有相同的内半径和相同的外半径的圆柱形结构。具体地，第一座圈302是具有内半径和外半径的圆柱形结构。在一个实施方案中，第二座圈304具有锥形圆柱结构。在这种实施方案中，第二座圈304的内半径是相同的，第二座圈304的外半径沿着轴承组件300的轴向长度309变化。在该实施方案中，第二座圈304的外半径沿轴承组件300的轴向方向308变化。因此，第二座圈304具有锥形外表面。

在一个示例中，第二座圈304是整体式结构。如本文所用，术语“整体式结构”是指基本上没有任何接头的连续结构。在一个示例中，整体式结构可以是没有任何接合部分或层的整体式结构。在一些实施方案中，整体式第二座圈304可以在加工过程中形成为一个结构，不需要任何钎焊或多个烧结步骤。

在图3的示例中，轴承组件300包括壳体310和支撑结构312。第二座圈304使用支撑结构312可拆卸地耦合至壳体310上。第二座圈304包括第一端314和第二端316。第二座圈304的第一端314使用耦合装置318耦合至壳体310。耦合装置318包括弹簧，例如贝氏弹簧。此外，在第二座圈304的第二端316和壳体310之间设有间隙320。

此外，在图3中，沿径向方向330设置支撑结构312。在另一个实施方案中，可沿轴向方向，例如沿轴向方向308，设置支撑结构。在沿轴向方向308设置支撑结构的实施方案中，支撑结构可设置在第二座圈304的第二端316和壳体310之间。

此外，第二座圈304具有外表面324和内表面325。类似地，壳体310具有外表面327和内表面326。轴承组件300可包括设置在第二座圈304的外表面324和壳体310的内表面326的界面处的润滑介质贮存器328。在一个实施方案中，可围绕支撑结构312设置润滑介质贮存器328。在另一个实施方案中，润滑介质贮存器328可设置在距支撑结构312确定距离处。润滑介质贮存器328被配置成存储润滑剂，所述润滑剂随后被供应至第二座圈304的外表面324和壳体310的内表面326的界面。在一个示例中，润滑剂是油。在另一个示例中，润滑剂是润滑脂。

此外，轴承组件300包括设置在第二座圈304的外表面324和壳体310的内表面326中的至少一个上的界面层322。界面层322包括多个凹口，其中所述凹口被配置成容纳确定体积的润滑剂。

如上参照图1-图2所述，在轴承组件300中出现异常的情况下，第二座圈304移动并随后旋转。在一个示例中，轴承组件300中的异常包括第一座圈302的锁定状态。在第一座圈302处于锁定状态的情况下，第二座圈304上的扭矩超过第二座圈304的确定扭矩阈值。结果，支撑结构312上的扭矩超过对于支撑结构312的确定扭矩阈值。超过扭矩阈值可导致支撑结构312剪切。支撑结构312的剪切使得第二座圈304移动。具体地，第二座圈304被配置成从静止状态转变至动态状态。如本文所用，术语“静止状态”是第二座圈304不移动的状态。如本文所用，术语“动态状态”是第二座圈304经受旋转、线性运动等的状态。在一个实施方案中，第二座圈304通过耦合装置318沿轴向方向308移入间隙320中。随后，第二座圈304绕轴向方向308旋转。在一个实施方案中，第二座圈304绕轴向方向308异常旋转。此外，界面层322提供第二座圈304相对于壳体310的减少摩擦(例如，基本无摩擦)的运动。将参照图5A和图5B更详细地解释界面层322的结构。

在一个示例中，轴承组件300耦合至旋转电机(图3中未示出)的转子(图3中未示出)。具体地，第一座圈302操作性地耦合至旋转电机的转子。在第二座圈304异常旋转的情况下，转子异常旋转。在一个示例中，转子偏心旋转。转子的偏心旋转使得采用轴承组件300的传动系的运行参数变化。使用目前可用的传动系传感器和信号处理技术，监控并随后分析传动系的运行参数以检测轴承组件300中的异常。

此外，即使在轴承组件300中出现异常的情况下，转子的异常旋转使得采用轴承组件300的车辆能够运动。在这种情况下，车辆可以移动确定时长，以至少允许将车辆移动到附近的修理厂。

图4是根据本文的方面的图1的轴承组件108的另一个实施方案的截面图400。具体地，图4示出了图1的轴承组件108的不同实施方案的沿图2的线3-3的截面图。

轴承组件400包括第一座圈402、第二座圈404、壳体412和支撑结构416。第一座圈402是具有相同内半径和相同外半径的圆柱形结构。滚轴406设置在第一座圈402和第二座圈404之间。第二座圈404包括套筒408和圆柱形子单元410。圆柱形子单元410具有圆柱形结构。在该实施方案中，圆柱形子单元410具有相同内半径和相同外半径。套筒408和圆柱形子单元410是不同部件，其作为单个单元被一起保持在壳体412和滚轴406之间。

在一个示例中，圆柱形子单元410与第一座圈402同心设置。此外，套筒408围绕圆柱形子单元410并与其同心设置。在一个实施方案中，套筒408具有沿轴向方向414增大的外半径。附图标记415描述了径向方向。在该实施方案中，套筒408具有相同内半径。在图4的示例中，套筒408使用支撑结构416耦合至壳体412。

此外，轴承组件400包括界面层418和润滑介质贮存器420。润滑介质贮存器420设置在套筒408的外表面422和壳体412的内表面424的界面处。在一个实施方案中，润滑介质贮存器420围绕支撑结构416设置。润滑介质贮存器420被配置成存储润滑剂，例如油、润滑脂等，然后润滑剂可被供应至套筒408的外表面422和壳体412的内表面424的界面。

此外，界面层418可以设置在套筒408的外表面422和壳体412的内表面424中的至少一个上。界面层418包括多个凹口。在一个示例中，所述凹口被配置为容纳润滑剂。

并且，轴承组件400包括耦合装置426。耦合装置426有助于使圆柱形子单元410的第一端430耦合至壳体412。耦合装置426有助于使圆柱形子单元410的第二端432移入圆柱形子单元410和壳体412之间的间隙428中。在一个示例中，耦合装置426是弹簧，例如贝氏弹簧。

在轴承组件400异常的情况下，第二座圈404移动并旋转。在一个示例中，轴承组件400中的异常包括第一座圈402的锁定状态。在该示例中，第二座圈404上的扭矩增大到超过第二座圈404的扭矩阈值。结果，支撑结构416上的扭矩增大到超过支撑结构416的扭矩阈值。因此，支撑结构416剪切。由于支撑结构416的剪切，套筒408和圆柱形子单元410沿轴向414移位。在一个示例中，使用耦合装置426使圆柱形子单元410移入间隙428中。在套筒408和圆柱形子单元410移位之后，第二座圈404异常地围绕轴向414旋转。界面层418有助于提供第二座圈404相对于壳体412的减少摩擦(例如，基本无摩擦)的运动。将参照图5A和图5B更详细地解释界面层418的结构。

在一个示例中，转子(图4中未示出)耦合至轴承组件400。特别地，转子耦合至轴承组件400的第一座圈402。在一个示例中，转子具有圆柱形结构。此外，转子包括第一端和第二端，其中转子的第一端耦合至轴承组件400。在第二座圈404异常旋转的情况下，转子异常地(例如，偏心地)旋转。转子的异常旋转包括转子的旋转轴相对于轴向方向414的角度变化。转子的旋转轴的角度变化包括转子的第二端由于重力的位移。在另一个示例中，转子的异常旋转是以下这样的：使得转子的旋转轴以转子的旋转轴横切出圆锥形轮廓的方式移动，所述圆锥形轮廓的底部形成于转子的第一端。

转子的偏心旋转使得采用轴承组件400的传动系的运行参数变化。传动系的运行参数包括旋转电机的电流、旋转电机的速度、旋转电机的扭矩、相关变速齿轮的振动信号、相关变速齿轮的声信号或其组合。使用目前可用的传动系传感器和信号处理技术监测并随后分析运行参数以检测轴承组件400中的异常。如果需要，使用目前可用的传动系传感器允许避免使用额外的传感器。

此外，即使在轴承组件400异常的情况下，转子的异常旋转也使得采用轴承组件400的车辆能够运动。在这种情况下，车辆可以被移动确定时长，以至少允许将车辆移动到附近的修理厂。

图5A-图5B是根据本文的方面的在图1的轴承组件中使用的界面层的详细图示。特别地，图5A是界面层500的详细图示。图5A所示的界面层500是图3的界面层322或图4的界面层418的一个示例。在一个示例中，界面层500是涂层。在一个示例中，涂层是轴颈轴承(journal bearing)涂层，例如溅射的铝锡(AlSn)。界面层500包括第一膜502、第二膜504和第三膜506。第二膜504设置在第一膜502上。此外，第三膜506设置在第二膜504上。在该实施方案中，第二膜504设置在第一膜502和第三膜506之间。在一个实施方案中，界面层500以这样的方式设置，即，使得第一膜502被设置成与壳体的内表面和第二座圈的外表面中的至少一个直接接触。

第一膜502是基于摩擦学材料的膜。在一个实施方案中，第一膜502包括铝(Al)或铜(Cu)基材料。在一个示例中，第一膜502具有约0.5毫米(mm)的厚度。第二膜504形成可具有约0.003mm的厚度的中间膜。并且，第三膜506可以形成顶部覆盖膜，并且包括金属或有机材料。在该示例中，第三膜506的厚度为约0.02mm。界面层500包括多个孔。在一个实施方案中，界面层500的孔隙率的范围可以为界面层500体积的约1％至约4％。

图5B是图5A的界面层500的俯视图550。特别地，图5B是图5A的界面层500沿方向508的详细俯视图。界面层550包括多个凹口552。凹口552被配置成容纳确定体积的润滑剂，例如油、润滑脂等。在一个实施方案中，每个凹口552的深度小于10微米。此外，每个凹口552的直径可从约50微米变化至约150微米。界面层550有助于在第二座圈和壳体之间提供润滑界面，以便能够实现轴承组件的第二座圈的减少摩擦(例如，基本无摩擦)的旋转。

图6是根据本文的方面的表示运行图1的系统100以检测系统中所采用轴承组件中的异常的方法流程图600。特别地，图6表示运行传动系以检测传动系中所采用的轴承组件中的异常的方法。参考图1和图2的组件描述图6的方法。

所述方法开始于步骤602，其中向轴承组件108提供第一扭矩以使轴承组件108的第一座圈202旋转。在一个示例中，轴承组件108耦合至旋转电机110的转子120。特别地，轴承组件108的第一座圈202耦合至旋转电机110的转子120。在正常运行状态期间，当向轴承组件108提供第一扭矩时，第一座圈202旋转。结果，旋转电机110的耦合至第一座圈202的转子120旋转。如本文所用，术语“第一扭矩”指的是施加至第一座圈202上的扭矩。

在轴承组件108中出现异常的情况下，第一座圈202可以处于锁定状态。因此，即使向第一座圈202提供第一扭矩，第一座圈202也不会旋转。结果，在第二座圈204和多个支撑结构210上的扭矩增大。如上所述，第二座圈204使用支撑结构210保持在固定位置。特别地，第二座圈204使用支撑结构210耦合至轴承组件108的壳体208。

在步骤604处，当轴承组件108的第二座圈204上的第二扭矩大于确定扭矩阈值时，轴承组件108的第二座圈204与壳体208脱离，以允许第二座圈204运动。如本文所用，术语“第二扭矩”是指施加至第二座圈204上的扭矩。在轴承组件108中出现异常的情况下，在特定时间点，第二座圈204上的第二扭矩大于第二座圈204的确定扭矩阈值。在这种情况下，支撑结构210上的扭矩大于支撑结构210的确定扭矩阈值。在这种情况下，支撑结构210剪切，第二座圈204与壳体208脱离。由于第二座圈204的脱离，第二座圈204被配置成从静止状态转变至动态状态。如本文所用，术语“静止状态”是第二座圈不移动的状态。如本文所用，术语“动态状态”是第二座圈经受运动例如旋转运动、线性运动等的状态。在一个实施方案中，由于第二座圈204的脱离，第二座圈204移入轴承组件108的间隙中，并且第二座圈204开始旋转。此外，处于动态状态的脱离的第二座圈204被配置成使旋转电机110的转子120异常旋转。在一个示例中，转子120可偏心地旋转。

转子120的偏心旋转导致旋转电机110的磁气隙中的不平衡。结果，旋转电机110的运行参数变化。在一个实施方案中，转子120的偏心旋转使得传动系102的其它部件的运行参数变化。

此外，在步骤606处，使用控制器106分析至少对应于旋转电机110的一个或多个运行参数，以检测轴承组件108中异常的存在。传动系102的运行参数包括旋转电机110的电流、旋转电机110的速度、旋转电机110的扭矩、变速齿轮114的振动信号、变速齿轮114的声信号或其组合。可以注意到，旋转电机110的电流可以包括谐波和电流的基波分量。

在一个实施方案中，使用传感器104测量传动系的运行参数。此外，由控制器106分析传动系102的运行参数以识别轴承组件108中的异常。轴承组件108中的异常包括轴承组件108的第一座圈202的锁定状态、第二座圈204的运动、滚轴206卡塞或其组合。

在一个示例中，运行参数的分析包括识别变速齿轮在啮合频率(meshingfrequency)处的速度的交变分量。如本文所用，术语“啮合频率”是指齿轮啮合频率或齿啮合频率。啮合频率等于变速齿轮的齿数和变速齿轮的每分钟转数的乘积。在一个实施方案中，识别变速齿轮啮合频率处的速度的交变分量有助于识别轴承组件108中的异常。

在轴承组件108的正常运行状态期间，在啮合频率处，速度的交变分量可能不出现。在另一个示例中，在轴承组件108的正常运行状态期间，速度的交变分量可以仅在啮合频率处以标称水平(nominal level)出现。速度的交变分量在啮合频率处以升高或调制水平出现可以表示轴承组件中的异常。

在另一个示例中，通过将啮合频率处或接近啮合频率处的速度的交变分量与先前或历史的啮合频率处或接近啮合频率的速度的交变分量进行比较，检测轴承组件108中的异常。在一个示例中，历史的啮合频率处或接近啮合频率的速度的交变分量具有标称值，并且该标称值指示轴承组件108的非异常状况。如果啮合频率处或接近啮合频率处的速度的交变分量的当前测量结果显著偏离历史的啮合频率处或接近啮合频率处的速度的交变分量，则可以指示轴承组件中的异常。

在另一个示例中，运行参数的分析包括以确定时间间隔识别旋转电机110的电流的波谱分量。旋转电机110的电流是交流电流(AC)。在一种情况下，以转子120的每旋转一次的速率确定旋转电机110的电流的波谱分量。在一个实施方案中，电流的波谱分量可以是周期性出现的。如本文所用，术语“波谱分量”是指范围在针对该信号的指定频率间隔之外的信号分量。在一个实施方案中，在确定时间间隔识别旋转电机110的电流的波谱分量有助于识别轴承组件108中的异常。

可以注意到，在轴承组件108的正常运行状态期间，旋转电机110的电流的波谱分量可能不能在确定时间间隔期间被识别，从而指示轴承组件108的非异常条件。然而，在确定时间间隔期间识别到旋转电机110的电流的波谱分量的存在可以表示轴承组件108中的异常。信号处理技术，例如快速傅立叶变换(FFT)技术和包络解调技术，可以用于识别旋转电机110的电流的波谱分量的存在。

在又一个示例中，运行参数的分析包括识别表示第二座圈204运动开始的时间点。另外，在步骤606处，可以基于所识别的时间点确定轴承组件108的剩余使用寿命。可以注意到，第二座圈204作为轴承组件108的旋转元件运行的时长是基于轴承组件108的设计而预先确定的。在一个示例中，第二座圈204作为轴承组件108的旋转元件运行的时长可以是约6小时。在该示例中，第二座圈204在经过6小时的时长后可以发生故障，并且可以不旋转。可以基于所识别的表示第二座圈204运动开始的时间点和第二座圈204作为轴承组件108的旋转元件运行的预定时长确定轴承组件108的剩余使用寿命。轴承组件108的剩余使用寿命可以限定为第二座圈204作为轴承组件108的旋转元件运行的预定时长与表示第二座圈204运动开始的确定时间点之间的差。

在轴承组件108的剩余使用寿命期间，基于对传动系102的运行参数的分析监测轴承组件108的运行状态。在一个示例中，如果基于对传动系102的运行参数的分析确定轴承组件108的状况正在迅速劣化，则至少可以修改轴承组件108的旋转速度、轴承组件108的第一扭矩或者其组合。在一个示例中，通过降低相关发动机的速度，降低轴承组件108的转速。在该示例中，降低相关发动机的速度有助于延迟轴承组件108的劣化速率。

实施参照图6所述的方法600有助于在不使用额外的传感器或信号处理技术的情况下检测轴承组件108中的异常。此外，图6的方法600也有助于移动车辆，即使在轴承组件108中出现异常(例如故障)的情况下，例如轴承组件108的第一座圈202处于锁定状态。

前述处理步骤可以由基于处理器的系统(例如通用或专用计算机)上的适当代码来实现。在本文中还应当注意，本文描述的一些步骤或所有步骤可以以不同的顺序执行或同时执行。此外，可以以各种编程语言，包括但不限于C++或Java，实现这些功能。这样的代码可以被存储或适于存储在一个或多个有形的机器可读介质上，诸如存储在数据储存库芯片、本地或远程硬盘、光盘(CD或DVD)、存储器或可以被基于处理器的系统访问以执行所存储的代码的其他介质上。有形的介质可以包括其上印刷有指令的纸张或其它合适的介质。指令可以经由对纸张或其他介质的光学扫描而被电子地捕获，然后被编译、解释或如果需要的话以适当的方式被处理，然后被存储在数据储存库或存储器中。

本文公开的控制方法和例程可以作为可执行指令存储在非暂时性存储器中，并且可以由包括与各种传感器、致动器和其它车辆硬件结合的控制器的控制系统执行。本文描述的特定例程可以表示任意数量的处理策略例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等中的一个或多个。这样，所示的各种动作、操作和/或功能可以按所示的顺序执行、并行执行，或者在某些情况下被省略。同样，处理的顺序不是实现本文所描述的示例实施方案的特征和优点所必需的，而是为了便于说明和描述而被提供的。取决于所使用的特定策略，可以重复执行所示动作、操作和/或功能中的一个或多个。此外，所述动作、操作和/或功能可以图形化地表示要编程到控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码，其中通过执行包括与电子控制器结合的各种车辆硬件部件的系统中的指令执行所述动作。

根据本文所讨论的实施方案，提供了具有示例性轴承组件的系统以及运行具有该示例性轴承组件的系统的方法。在第一座圈处于锁定状态的情况下，使用示例性轴承组件有助于通过作为旋转元件的第二座圈来运行轴承组件。第二座圈的旋转使得耦合至轴承组件的旋转电机的转子偏心旋转。旋转电机的转子的偏心旋转使得传动系的运行参数变化，例如旋转电机和相关变速齿轮的运行参数。监控和分析传动系的运行参数以识别轴承组件中异常的存在。现有的传感器和信号处理技术被用于监测和分析所述运行参数以识别轴承组件中的异常。

此外，示例性轴承组件可用于诸如车辆的系统中。车辆可以是机车、非公路车辆等。在采用示例性轴承组件的车辆中，即使在轴承组件发生故障时也不会妨碍车辆的运输。因此，如果需要，可以在不需要吊起车辆到修理厂和在道路/轨道上切割车辆的车轴的情况下运输车辆。

尽管已经参考示例性实施方案描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等同物替换其元件。另外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可以进行许多修改以使特定的情况或材料适应本发明的教导。

如本文所用，除非另有说明，术语“基本上”解释为表示范围的正或负百分之五。

Claims (20)

1.一种轴承组件，包括：

第一座圈；

与所述第一座圈同心设置的第二座圈，其中，所述第二座圈的半径沿所述轴承组件的轴向长度变化；

围绕所述第二座圈设置并且操作性地耦合至所述第二座圈的壳体；和

被配置成使所述第二座圈可拆卸地耦合至所述壳体的多个支撑结构，其中，所述多个支撑结构被配置成当所述第二座圈上的扭矩大于扭矩阈值时，使所述第二座圈与所述壳体脱离以允许所述第二座圈运动。

2.如权利要求1所述的轴承组件，其中，所述第二座圈是整体式结构。

3.如权利要求1所述的轴承组件，其中，所述第二座圈包括：

圆柱形子单元；和

围绕所述圆柱形子单元设置的套筒，其中，所述套筒具有锥形外表面。

4.如权利要求1所述的轴承组件，还包括设置在所述第二座圈的第一端和所述壳体之间的耦合装置，其中，

所述耦合装置被配置成使所述第二座圈移入所述第二座圈的第二端与所述壳体之间的间隙中，以允许所述第二座圈运动。

5.如权利要求1所述的轴承组件，还包括设置在所述第二座圈的外表面和所述壳体的内表面中的至少一个上的界面层，其中，所述界面层被配置成保持润滑剂。

6.如权利要求1所述的轴承组件，其中，

所述轴承组件操作性地耦合至旋转电机和变速齿轮中的至少一个，并且

所述旋转电机和所述变速齿轮中的至少一个耦合至传感器。

7.如权利要求6所述的轴承组件，其中，

脱离的所述第二座圈被配置为从静止状态转变至动态状态，并且

处于所述动态状态的脱离的第二座圈被配置为使所述旋转电机的至少一个转子异常旋转。

8.如权利要求6所述的轴承组件，其中，所述传感器包括速度传感器、电流传感器、电压传感器、声传感器、振动传感器或其组合；并且

所述传感器被配置成测量所述旋转电机和所述变速齿轮中的至少一个的一个或多个运行参数，

所述旋转电机和所述变速齿轮中的至少一个的所述一个或多个运行参数包括所述旋转电机的电流、所述旋转电机的速度、所述旋转电机的扭矩、所述变速齿轮的振动信号、所述变速齿轮的声信号或其组合。

9.如权利要求8所述的轴承组件，其中，

所述轴承组件操作性地耦合至控制器，

所述控制器被配置成分析所述一个或多个运行参数，以识别异常的存在，并且

所述异常包括所述第二座圈的运动、所述第一座圈的锁定状态、所述轴承组件的滚轴卡塞或其组合。

10.一种方法，包括：

使用旋转电机向轴承组件提供第一扭矩，以使所述轴承组件的第一座圈旋转；

当所述轴承组件的第二座圈上的第二扭矩大于扭矩阈值时，使所述第二座圈与壳体脱离，以允许所述第二座圈运动；以及

使用控制器分析至少对应于所述旋转电机的一个或多个运行参数，以检测所述轴承组件中异常的存在。

11.如权利要求10所述的方法，还包括使用设置在所述第二座圈的第一端和所述壳体之间的耦合装置使所述第二座圈移入所述第二座圈的第二端和所述壳体之间的间隙中，以允许所述第二座圈运动。

12.如权利要求10所述的方法，其中，使所述第二座圈脱离包括剪切多个支撑结构以使所述第二座圈与所述壳体分离。

13.如权利要求12所述的方法，其中，使所述轴承组件的所述第二座圈与所述壳体脱离包括：

使所述第二座圈从静止状态转变至动态状态；以及

基于所述第二座圈的动态状态，至少使所述旋转电机的转子异常旋转；

其中，至少使所述旋转电机的转子异常旋转包括使所述旋转电机的所述转子偏心旋转。

14.如权利要求10所述的方法，其中，至少对应于所述旋转电机的所述一个或多个运行参数包括所述旋转电机的电流、所述旋转电机的速度、所述旋转电机的扭矩或其组合。

15.如权利要求10所述的方法，还包括使用传感器测量所述一个或多个运行参数。

16.如权利要求10所述的方法，其中，分析所述一个或多个运行参数包括识别所述旋转电机在啮合频率处的速度的交变分量。

17.如权利要求10所述的方法，其中，分析所述一个或多个运行参数包括以时间间隔识别所述旋转电机的电流的波谱分量。

18.如权利要求10所述的方法，其中，分析所述一个或多个运行参数还包括：

识别表示所述第二座圈的运动开始的时间点；以及

基于所识别的时间点确定所述轴承组件的剩余使用寿命。

19.如权利要求18所述的方法，还包括：

基于对所述一个或多个运行参数的分析，确定所述轴承组件在所述轴承组件的剩余使用寿命期间的运行状态；以及

基于所述轴承组件的所述运行状态，至少修改所述轴承组件的转速、所述轴承组件的所述第一扭矩或其组合。

20.一种系统，包括：

轴承组件，包括：

第一座圈；

与所述第一座圈同心设置的第二座圈，其中，所述第二座圈的半径沿所述轴承组件的轴向长度变化；

围绕所述第二座圈设置并且操作性地耦合至所述第二座圈的壳体；和

被配置成使所述第二座圈可拆卸地耦合至所述壳体的多个支撑结构，其中，所述多个支撑结构被配置成当所述第二座圈上的扭矩大于扭矩阈值时，使所述第二座圈与所述壳体脱离以允许所述第二座圈运动；

操作性地耦合至所述轴承组件的旋转电机；和

控制器，所述控制器被配置为分析至少对应于所述旋转电机的一个或多个运行参数，以检测所述轴承组件中异常的存在。