CN110645266B - 一种传感一体化的关节轴承及其使用方法 - Google Patents

一种传感一体化的关节轴承及其使用方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110645266B
CN110645266B CN201910966657.6A CN201910966657A CN110645266B CN 110645266 B CN110645266 B CN 110645266B CN 201910966657 A CN201910966657 A CN 201910966657A CN 110645266 B CN110645266 B CN 110645266B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fiber grating
sensor
grating sensor
joint bearing
horizontal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910966657.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110645266A (zh
Inventor
丁海兰
韩锦桐
仇黎斌
温保岗
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yangzhou Shunyi Machinery Co ltd
Original Assignee
Yangzhou Shunyi Machinery Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yangzhou Shunyi Machinery Co ltd filed Critical Yangzhou Shunyi Machinery Co ltd
Publication of CN110645266A publication Critical patent/CN110645266A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110645266B publication Critical patent/CN110645266B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C23/00—Bearings for exclusively rotary movement adjustable for aligning or positioning
    • F16C23/02—Sliding-contact bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/72—Sealings
    • F16C33/74—Sealings of sliding-contact bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C41/00—Other accessories, e.g. devices integrated in the bearing not relating to the bearing function as such
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
    • G01B11/165—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge by means of a grating deformed by the object
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2233/00—Monitoring condition, e.g. temperature, load, vibration

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)

Abstract

本发明属于关节轴承领域，涉及一种传感一体化的关节轴承及其使用方法。具体地，本发明提供的传感一体化关节轴承具有传感器布置槽和出线槽以及相应的密封件，用于布置测试关节轴承温度及应变的光纤光栅传感器，实现了温度和应变的有效补偿。本发明具有弥补传统关节轴承设计上的缺陷及测试信号抗干扰能力强等特点，实现了传感一体化的关节轴承。

Description

一种传感一体化的关节轴承及其使用方法
技术领域
本发明属于关节轴承领域，涉及一种传感一体化的关节轴承及其使用方法。
背景技术
关节轴承作为一种通用机械零部件，主要用于摆动机构装置的联接和承载，结构简单、承载力大、寿命长，广泛应用于航空航天装备、交通运输、工程机械等多个领域。但是，由于关节轴承的设计制造可能存在的缺陷，以及使用过程中缺少监测手段，导致关节轴承在使用过程中经常发生失效并导致严重事故。关节轴承的大多数失效故障原因归结为关节轴承结构本体的温度和变形超标，例如由于润滑不足导致的关节轴承温升过大，致使外圈或内圈接触表面磨损严重；过大的变形使得应力集中、导致关节轴承内外圈破碎等。
国内外有一些专利或论文提出了对滚动轴承进行故障监测的技术方法。例如：用于数据可输出的轴承座的检测机构(CN108871778A)采用两个分别设置于滚动轴承内外圈的温度传感器来直接检测出工作状态下的轴承的温度，这相对于传统技术通过检测轴套的温度来判断轴承的温度，检测结果更准确；一种轴承温度检测报警装置(CN108760088A)利用温度检测探头和设置在箱体内部的信号处理器来收集和处理轴承的温升数据，并进行超标时的报警，其中箱体为一可移动的设备；轴承监测装置和方法(CN105765361A)里提出运用安装在滚动轴承上的至少一个应变传感器来检测的应变信号进而检测轴承缺陷的方法；带传感器滚动轴承装置(CN1782450)提出将压电元件设置在固定轨道圈和旋转轨道圈之间，对作用于这些固定轨道圈和固定部件间的载荷进行检测的方法，该方法实现了滚动轴承应变监测的一体化设计。一种测量轴承套圈温度和应变的光纤光栅分布式装置及方法(CN106153224A)提出过运用光纤光栅传感器测量轴承的内外圈的温升和应变，来对轴承进行检测，但此方法需要独立设计或者特殊改进轴承试验机。上述研究都是针对滚动轴承，而由于关节轴承的结构和工作状态的特殊性，目前在关节轴承本体上进行温度和应变监测的一体化设计技术尚属空白。
因此，本发明提出将传感器和关节轴承本体进行集成，通过对关节轴承温度和应变状态进行在线测量和状态判断，形成一种可感知的关节轴承技术和产品，对于关节轴承的安全使用以及关节轴承技术的发展都具有非常重要意义。
发明内容
针对上述提出的目前关节轴承监测中存在的问题，本发明设计了一种基于光纤光栅传感一体化的关节轴承，解决采用传统技术进行关节轴承状态监测时的测试系统与轴承本体相分离、测量不准确使用不方便等方面的不足，克服在特殊试验机或特殊安装才能进行关节轴承状态测试的缺点。
本发明的技术方案为：
一种传感一体化的关节轴承，所述的传感一体化的关节轴承包括关节轴承本体和传感系统，所述传感系统的光纤光栅传感器和连接线安装固定于关节轴承本体中，所述传感系统用于在线测试和监测关节轴承的温度和应变状态；其中：
所述关节轴承本体包括关节轴承外圈和关节轴承内圈，关节轴承外圈的内表面为凹形表面，关节轴承内圈的外表面为凸形表面，关节轴承外圈的内表面和关节轴承内圈的外表面之间间隙装配；
所述关节轴承外圈上设置有传感器布置槽、出线槽、以及与传感器布置槽配合的传感器布置槽密封件、与出线槽配合的出线槽密封件；传感器布置槽沿关节轴承外圈的周向设置于关节轴承外圈外表面的中部，形成一圆环沟道，用于布置光纤光栅传感器，传感器布置槽内部两侧壁上均开设有传感器布置槽沟道；传感器布置槽密封件为一带有断口的环形套圈零件，其具有弹性变形能力，传感器布置槽密封件两侧外壁上设置有传感器布置槽密封件锁紧凸起，用于和传感器布置槽沟道相配合，以将传感器布置槽密封件定位和锁紧，在装配后，传感器布置槽密封件外表面与关节轴承外圈外表面相平齐；
所述出线槽位于关节轴承外圈的外表面上，与传感器布置槽垂直设置，且与传感器布置槽相通，用于将布置完成的光纤光栅传感器引出，出线槽的内部两侧壁上开设有出线槽沟道，用于定位、锁紧出线槽密封件；出线槽密封件为一板型零件，其两侧外壁上设置有出线槽密封件锁紧凸起，用于将出线槽密封件固定在出线槽内，出线槽密封件上表面为一圆弧形表面，装配完成后与关节轴承外圈的外表面构成完整圆面；
所述传感系统包括水平光纤光栅传感器、竖直光纤光栅传感器、光纤光栅传感器连接线、光纤光栅传感器引线、光纤跳线和数据采集系统；水平光纤光栅传感器上设置有水平测量光纤光栅传感器和水平补偿光纤光栅传感器；竖直光纤光栅传感器上设置有竖直测量光纤光栅传感器和竖直补偿光纤光栅传感器；其中水平测量光纤光栅传感器和竖直测量光纤光栅传感器连接在传感器布置槽的底面上，二者的测头位于关节轴承所在位置对应的半径夹角为90°，并与相应的补偿光纤光栅传感器配合用于测试轴承的应变，水平补偿光纤光栅传感器的测头和竖直补偿光纤光栅传感器的测头被装入套管中，用于测试轴承温度，套管连接在传感器布置槽的底面上，靠近水平测量光纤光栅传感器和竖直测量光纤光栅传感器，与相应的测量光纤光栅传感器平行；传感器连接线布置在水平光纤光栅传感器和竖直光纤光栅传感器之间，将两个传感器相连接，在出线槽输出，以简化关节轴承结构；光纤光栅传感器引线与传感器连接线连接，用于水平光纤光栅传感器和竖直光纤光栅传感器的统一输出，光纤光栅传感器引线光纤跳线连接，将信号传输给数据采集系统。
在一个具体的实施方案中，所述水平测量光纤光栅传感器和竖直测量光纤光栅传感器通过胶水粘在传感器布置槽的底面上。
在一个具体的实施方案中，所述水平补偿光纤光栅传感器的测头和竖直补偿光纤光栅传感器的测头被装入套管中，套管通过胶水粘在传感器布置槽的底面上。
另一方面，本发明提供了一种，使用上述传感一体化的关节轴承进行关节轴承状态监测的方法，其包括以下步骤：
1)水平光纤光栅传感器和竖直光纤光栅传感器通过传感器连接线进行连接，两个传感器所测信号通过布置在出线槽中的传感器引线引出，传感器引线经过出线槽，从关节轴承外圈的轴向引致端面，与光纤跳线进行连接，将信号传输给数据采集系统；
2)温度测试：水平补偿光纤光栅传感器和竖直补偿光纤光栅传感器的波长变化仅受温度影响，测试的信号为关节轴承温度：
Figure BDA0002230694370000041
Figure BDA0002230694370000042
其中，λ1为水平补偿光纤光栅传感器或竖直补偿光纤光栅传感器的原始波长，Δλ1为该补偿光纤光栅传感器的波长变化量，K1T为补偿光纤光栅的温度灵敏度，ΔT为测点处的轴承温升；
3)应力补偿计算：水平测量光纤光栅传感器和竖直测量光纤光栅传感器波长变化受应变、温度影响，测试信号中有关节轴承的温度、应变信号，利用水平补偿光纤光栅传感器和竖直补偿光纤光栅传感器进行修正补偿：
Figure BDA0002230694370000043
Figure BDA0002230694370000044
其中，λ2为步骤1)中对应测点处测量光纤光栅传感器的波长，Δλ2为该测点测量光纤光栅传感器的波长变化量，Kε为光纤光栅应变灵敏度，K1T为该测点补偿光纤光栅的温度灵敏度，K2T为该测点测试光纤光栅的温度灵敏度，ε为该测点处轴承套圈应变量。
本发明的效果和益处是：
本发明提供了一种传感一体化关节轴承；给出了传感器布置槽和出线槽以及密封件的设计方案；提供了一种测试关节轴承温度及应变的光纤光栅传感器布置方案，实现了温度和应变的有效补偿。本发明具有弥补了传统关节轴承设计上的缺陷及测试信号抗干扰能力强等特点，实现了传感一体化关节轴承的设计。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的传感一体化的关节轴承的整体结构示意图；
图2是图1的局部剖视图；
图3是本发明实施例中提供的传感一体化的关节轴承的出线槽的结构示意图；
图4是本发明实施例中提供的传感一体化的关节轴承的出线槽密封件结构示意图；
图5是本发明实施例中提供的传感一体化的关节轴承的出线槽与出线槽密封件装配结构示意图；
图6是本发明实施例中提供的传感一体化的关节轴承的传感器布置槽的截面示意图；
图7(a)至图7(c)是本发明实施例中提供的传感一体化的关节轴承的传感器布置槽密封件的示意图；其中图7(a)为传感器布置槽密封件整体示意图，图7(b)为传感器布置槽密封件截面图，图7(c)为传感器布置槽密封件的的缺口示意图。
图8是本发明实施例中提供的传感一体化的关节轴承的传感器布置槽与传感器布置槽密封件的装配截面示意图；
图9是本发明实施例中提供的传感一体化的关节轴承的无密封件光纤光栅传感器布置主视图；
图10是本发明实施例中提供的传感一体化的关节轴承的无密封件光纤光栅传感器布置侧视图。
图中：1 关节轴承本体；2 传感系统；11 关节轴承外圈；12 关节轴承内圈；21 水平光纤光栅传感器；22 竖直光纤光栅传感器；23 传感器连接线；24 传感器引线；25 光纤跳线；26 数据采集系统；111 传感器布置槽；112 传感器布置槽密封件；113 出线槽；114出线槽密封件；211 水平测量光纤光栅传感器；212 水平补偿光纤光栅传感器；221 竖直测量光纤光栅传感器；222 竖直补偿光纤光栅传感器；1111 传感器布置槽沟道；1121 传感器布置槽密封件断口；1122 传感器布置槽密封件外表面；1123 传感器布置槽密封件锁紧凸起；1131 出线槽沟道；1141 出线槽密封件锁紧凸起；1142 出线槽密封件上表面。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
应当了解，所附附图并非按比例地绘制，而仅是为了说明本发明的基本原理的各种特征的适当简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
在所附多个附图中，同样的或等同的部件(元素)以相同的附图标记标引。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
图1为本发明实施例中提供的传感一体化的关节轴承的整体结构示意图。图2是图1的局部剖视图。参见图1和图2，在本实施例中提供的一种传感一体化的关节轴承，该传感一体化的关节轴承包括关节轴承本体1和传感系统2。关节轴承本体1为特殊设计的关节轴承，具有满足传感器安装与固定的结构形式；传感系统2可以用于在线测试和监测关节轴承的温度和应变状态。
关节轴承本体1包括关节轴承外圈11和关节轴承内圈12，其中关节轴承外圈11的内表面为凹形表面，关节轴承内圈12的外表面为凸形表面，且关节轴承外圈11内表面和关节轴承内圈12外表面之间进行留有间隙的装配。
关节轴承外圈11上设置有传感器布置槽111、出线槽113、以及与传感器布置槽111配合的传感器布置槽密封件112、与出线槽113配合的出线槽密封件114。
图6是本发明实施例中提供的传感一体化的关节轴承的传感器布置槽111的截面示意图。图8是传感器布置槽111与传感器布置槽密封件112的装配截面示意图。参见图6和图8，传感器布置槽111沿关节轴承外圈11的周向设置于关节轴承外圈11外表面的中部，形成一圆环沟道，用于布置光纤光栅传感器，传感器布置槽111内部两侧壁上均开设有传感器布置槽沟道1111，用于和传感器布置槽密封件锁紧凸起1123相配合，定位和锁紧传感器布置槽密封件112。
图7(a)至图7(c)是本发明实施例中提供的传感一体化的关节轴承的传感器布置槽密封件的示意图。参见图7(a)至图7(c)，传感器布置槽密封件112为一带有断口1121的环形套圈零件，其有相对较好的弹性变形能力，传感器布置槽密封件112两侧外壁上设置有传感器布置槽密封件锁紧凸起1123，用于和传感器布置槽沟道1111相配合，以将传感器布置槽密封件112定位和锁紧，在装配后，传感器布置槽密封件外表面1122与关节轴承外圈11外表面相平齐。
图3是本发明实施例中提供的传感一体化的关节轴承的出线槽的结构示意图；图4是出线槽密封件结构示意图；图5是出线槽与出线槽密封件装配结构示意图。参见图3至图5，出线槽113位于关节轴承外圈11外表面上，与传感器布置槽111垂直设置，且与传感器布置槽111相通，用于将布置完成的光纤光栅传感器引出，出线槽113的内部两侧壁上开设有出线槽沟道1131，用于定位、锁紧出线槽密封件114；出线槽密封件114为一板型零件，其两侧外壁上设置有出线槽密封件锁紧凸起1141，用于将出线槽密封件114固定在出线槽113内，出线槽密封件上表面1142为一圆弧形表面，装配完成后与关节轴承外圈11的外表面构成完整圆面。
图9是本发明实施例中提供的传感一体化的关节轴承的无密封件光纤光栅传感器布置主视图；图10是无密封件光纤光栅传感器布置侧视图。参见图2、图9和图10，传感系统2包括水平光纤光栅传感器21、竖直光纤光栅传感器22、传感器连接线23、传感器引线24、光纤跳线25和数据采集系统26。水平光纤光栅传感器21上设置有水平测量光纤光栅传感器211和水平补偿光纤光栅传感器212；竖直光纤光栅传感器22上设置有竖直测量光纤光栅传感器221和竖直补偿光纤光栅传感器222；其中水平测量光纤光栅传感器211和竖直测量光纤光栅传感器221连接(例如通过特殊胶水粘接，如502胶水)在传感器布置槽111的底面上，两者的测头在关节轴承上所在的半径的夹角为90度，与相应的补偿光纤光栅传感器配合用于测试轴承的应变，水平补偿光纤光栅传感器212的测头和竖直补偿光纤光栅传感器222的测头被装入套管中，不直接与关节轴承外圈11固接，用于测试轴承温度，套管连接(例如通过特殊胶水粘接，如502胶水)在传感器布置槽111的底面上，靠近水平测量光纤光栅传感器211和竖直测量光纤光栅传感器221，与相应的测量光纤光栅传感器平行；
传感器连接线23布置在水平光纤光栅传感器21和竖直光纤光栅传感器22之间，将两个传感器相连接，在出线槽113进行输出，以简化关节轴承结构；传感器引线24与传感器连接线23连接，用于水平光纤光栅传感器21和竖直光纤光栅传感器22的统一输出，传感器引线24与光纤跳线25连接，将信号传输给数据采集系统26。
传感系统信号的输出过程为：水平光纤光栅传感器21和竖直光纤光栅传感器22通过传感器连接线23进行连接，两个传感器所测信号通过布置在出线槽113里的传感器引线24引出，传感器引线24经过出线槽113，从关节轴承外圈11的轴向引致端面，后与光纤跳线25进行连接，将信号传输给数据采集系统26。该种信号线的引出方式避免了传感器划伤等问题。
温度的标定方法
将温度光纤光栅传感器接入光纤解调仪，同时连接其数据采集仪，将温度光纤光栅传感器浸没于一定温度的热水浴中，开始监测读数，每间隔1摄氏度记录温度值和光纤光栅传感器的波长值，直至水冷却至室温。将记录的数据，绘制成温度和光纤光栅传感器波长的散点图，并进行曲线拟合，得到关节轴承温度标定曲线。
应变的标定方法
将加工完成的关节轴承装入关节轴承试验机上。将测量光纤光栅传感器接入光纤解调仪，对关节轴承施加径向力Fr，Fr从0N变化到5000N，每变化100N分别记录光纤光栅传感器的波长值和应变测量仪的应变值。将记录的数据，绘制成加载力和测量光纤光栅传感器波长的散点图，并进行曲线拟合，得到关节轴承的应变标定曲线。
根据上述分析，使用上述传感一体化的关节轴承进行标定的具体方法如下：
(1)温度测试：水平补偿光纤光栅传感器212和竖直补偿光纤光栅传感器222的波长变化仅受温度影响，因此测试的信号即为轴承温度：
Figure BDA0002230694370000091
Figure BDA0002230694370000092
其中，λ1为水平补偿光纤光栅传感器212(或竖直补偿光纤光栅传感器222)的原始波长；Δλ1为该补偿光纤光栅传感器的波长变化量；K1T为补偿光纤光栅的温度灵敏度，ΔT为该测点处的轴承温升；
(2)应力补偿计算：水平测量光纤光栅传感器211和竖直测量光纤光栅传感器221波长变化受应变、温度影响，因此测试信号中有轴承的温度、应变信号，利用水平补偿光纤光栅传感器212和竖直补偿光纤光栅传感器222进行修正补偿：
Figure BDA0002230694370000093
Figure BDA0002230694370000094
其中，λ2为步骤(1)中对应测点处测量光纤光栅传感器的波长；Δλ2为该测点测量光纤光栅传感器的波长变化量；Kε为光纤光栅应变灵敏度；K1T为该测点补偿光纤光栅的温度灵敏度；K2T为该测点测试光纤光栅的温度灵敏度；ε为该测点处轴承套圈应变量。
以上示例性实施方式所呈现的描述仅用以说明本发明的技术方案，并不想要成为毫无遗漏的，也不想要把本发明限制为所描述的精确形式。显然，本领域的普通技术人员根据上述教导做出很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方式并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员便于理解、实现并利用本发明的各种示例性实施方式及其各种选择形式和修改形式。本发明的保护范围意在由所附权利要求书及其等效形式所限定。

Claims (4)

1.一种传感一体化的关节轴承，其特征在于，所述的传感一体化的关节轴承包括关节轴承本体(1)和传感系统(2)，所述传感系统(2)的光纤光栅传感器和连接线安装固定于关节轴承本体(1)中，所述传感系统(2)用于在线测试和监测关节轴承的温度和应变状态；其中：
所述关节轴承本体(1)包括关节轴承外圈(11)和关节轴承内圈(12)，关节轴承外圈(11)的内表面为凹形表面，关节轴承内圈(12)的外表面为凸形表面，关节轴承外圈(11)的内表面和关节轴承内圈(12)的外表面之间间隙装配；
所述关节轴承外圈(11)上设置有传感器布置槽(111)、出线槽(113)、以及与传感器布置槽(111)配合的传感器布置槽密封件(112)、与出线槽(113)配合的出线槽密封件(114)；传感器布置槽(111)沿关节轴承外圈(11)的周向设置于关节轴承外圈(11)外表面的中部，形成一圆环沟道，用于布置光纤光栅传感器，传感器布置槽(111)内部两侧壁上均开设有传感器布置槽沟道(1111)；传感器布置槽密封件(112)为一带有断口(1121)的环形套圈零件，其具有弹性变形能力，传感器布置槽密封件(112)两侧外壁上设置有传感器布置槽密封件锁紧凸起(1123)，用于和传感器布置槽沟道(1111)相配合，以将传感器布置槽密封件(112)定位和锁紧，在装配后，传感器布置槽密封件外表面(1122)与关节轴承外圈(11)外表面相平齐；
所述出线槽(113)位于关节轴承外圈(11)的外表面上，与传感器布置槽(111)垂直设置，且与传感器布置槽(111)相通，用于将布置完成的光纤光栅传感器引出，出线槽(113)的内部两侧壁上开设有出线槽沟道(1131)，用于定位、锁紧出线槽密封件(114)；出线槽密封件(114)为一板型零件，其两侧外壁上设置有出线槽密封件锁紧凸起(1141)，用于将出线槽密封件(114)固定在出线槽(113)内，出线槽密封件上表面(1142)为一圆弧形表面，装配完成后与关节轴承外圈(11)的外表面构成完整圆面；
所述传感系统(2)包括水平光纤光栅传感器(21)、竖直光纤光栅传感器(22)、光纤光栅传感器连接线(23)、光纤光栅传感器引线(24)、光纤跳线(25)和数据采集系统(26)；水平光纤光栅传感器(21)上设置有水平测量光纤光栅传感器(211)和水平补偿光纤光栅传感器(212)；竖直光纤光栅传感器(22)上设置有竖直测量光纤光栅传感器(221)和竖直补偿光纤光栅传感器(222)；其中水平测量光纤光栅传感器(211)和竖直测量光纤光栅传感器(221)连接在传感器布置槽(111)的底面上，水平测量光纤光栅传感器(211)和竖直测量光纤光栅传感器(221)的测头位于关节轴承上所在位置对应的半径夹角为90°，并与相应的补偿光纤光栅传感器配合用于测试轴承的应变，水平补偿光纤光栅传感器(212)的测头和竖直补偿光纤光栅传感器(222)的测头被装入套管中，用于测试轴承温度，套管连接在传感器布置槽(111)的底面上，靠近水平测量光纤光栅传感器(211)和竖直测量光纤光栅传感器(221)，与相应的测量光纤光栅传感器平行；传感器连接线(23)布置在水平光纤光栅传感器(21)和竖直光纤光栅传感器(22)之间，将水平光纤光栅传感器(21)和竖直光纤光栅传感器(22)相连接，在出线槽(113)输出，以简化关节轴承结构；光纤光栅传感器引线(24)与传感器连接线(23)连接，用于水平光纤光栅传感器(21)和竖直光纤光栅传感器(22)的统一输出，光纤光栅传感器引线(24)光纤跳线(25)连接，将信号传输给数据采集系统(26)。
2.根据权利要求1所述的传感一体化的关节轴承，其特征在于，所述水平测量光纤光栅传感器(211)和竖直测量光纤光栅传感器(221)通过胶水粘在传感器布置槽(111)的底面上。
3.根据权利要求1或2所述的传感一体化的关节轴承，其特征在于，所述水平补偿光纤光栅传感器(212)的测头和竖直补偿光纤光栅传感器(222)的测头被装入套管中，套管通过胶水粘在传感器布置槽(111)的底面上。
4.使用如权利要求1至3中任一项所述的传感一体化的关节轴承进行关节轴承状态监测的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)水平光纤光栅传感器(21)和竖直光纤光栅传感器(22)通过传感器连接线(23)进行连接，两个传感器所测信号通过布置在出线槽(113)中的传感器引线(24)引出，传感器引线(24)经过出线槽(113)，从关节轴承外圈(11)的轴向引致端面，与光纤跳线(25)进行连接，将信号传输给数据采集系统(26)；
2)温度测试：水平补偿光纤光栅传感器(212)和竖直补偿光纤光栅传感器(222)的波长变化仅受温度影响，测试的信号为关节轴承温度：
Figure FDA0002618626990000031
Figure FDA0002618626990000032
其中，λ1为水平补偿光纤光栅传感器(212)或竖直补偿光纤光栅传感器(222)的原始波长，Δλ1为该补偿光纤光栅传感器的波长变化量，K1T为补偿光纤光栅的温度灵敏度，ΔT为测点处的轴承温升；
3)应力补偿计算：水平测量光纤光栅传感器(211)和竖直测量光纤光栅传感器(221)波长变化受应变、温度影响，测试信号中有关节轴承的温度、应变信号，利用水平补偿光纤光栅传感器(212)和竖直补偿光纤光栅传感器(222)进行修正补偿：
Figure FDA0002618626990000033
Figure FDA0002618626990000034
其中，λ2为步骤1)中对应测点处测量光纤光栅传感器的波长，Δλ2为该测点测量光纤光栅传感器的波长变化量，Kε为光纤光栅应变灵敏度，K1T为该测点补偿光纤光栅的温度灵敏度，K2T为该测点测试光纤光栅的温度灵敏度，ε为该测点处轴承套圈应变量。
CN201910966657.6A 2019-06-26 2019-10-12 一种传感一体化的关节轴承及其使用方法 Active CN110645266B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2019105600391 2019-06-26
CN201910560039 2019-06-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110645266A CN110645266A (zh) 2020-01-03
CN110645266B true CN110645266B (zh) 2020-11-27

Family

ID=68993883

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910966657.6A Active CN110645266B (zh) 2019-06-26 2019-10-12 一种传感一体化的关节轴承及其使用方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110645266B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019214488A1 (de) * 2019-09-23 2021-03-25 Aktiebolaget Skf Lager mit einer einzelnen optischen Messfaser zur Lasterfassung und Lagereinheit mit kombinierten Lagern
CN111457967A (zh) * 2020-05-22 2020-07-28 大连工业大学 一种基于光纤光栅传感一体化汽车轮毂轴承及其制作方法
CN112525531B (zh) * 2020-10-10 2021-11-19 南通大学 一种嵌入式智能轴承监测系统及其监测方法
CN112524359B (zh) * 2020-11-19 2022-11-18 潍坊科技学院 一种集成光纤光栅的智能轴向挤压式管接头
CN113202862B (zh) * 2021-05-08 2022-08-02 清华大学 一种关节轴承

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2772470B1 (fr) * 1997-12-12 2000-03-10 Electricfil Capteur de deplacement rotatif equipe de moyens d'assemblage avec un axe d'entrainement concus pour minimiser les effets d'un desalignement de connexion
WO2006116051A2 (en) * 2005-04-28 2006-11-02 Nsk Corporation Bearing unit having a device and method for determining axial force
CN102365538B (zh) * 2009-03-26 2013-09-18 Ntn株式会社 带有传感器的车轮用轴承
US8229682B2 (en) * 2009-08-17 2012-07-24 General Electric Company Apparatus and method for bearing condition monitoring
CN101975632A (zh) * 2010-11-04 2011-02-16 西北工业大学 一种温度自补偿光纤光栅杆力传感器及使用方法
US9389195B2 (en) * 2012-10-15 2016-07-12 Nanolab, Inc. Sensor for wear measurement, method of making, and method of operating same
EP2932223B1 (en) * 2012-12-14 2017-02-15 Aktiebolaget SKF Fibre sensor assembly
CN105905320B (zh) * 2016-06-13 2017-11-10 北京航空航天大学 一种具有偏航随动的主动重力补偿系统
CN106153224B (zh) * 2016-06-28 2018-12-18 大连理工大学 一种测量轴承套圈温度和应变的光纤光栅分布式装置及方法
CN106286579B (zh) * 2016-11-01 2019-01-18 福建省计量科学研究院 负荷传感器的推力关节轴承结构
JP6982961B2 (ja) * 2017-02-14 2021-12-17 帝人株式会社 樹脂組成物
CN107389254B (zh) * 2017-08-24 2019-07-16 武汉科技大学 轮胎-路面三向力测量装置及其测量方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110645266A (zh) 2020-01-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110645266B (zh) 一种传感一体化的关节轴承及其使用方法
EP0029736B1 (en) Method of diagnosis of operating conditions of bearing and apparatus therefor
CN109990000B (zh) 具有集成的载荷检测的滚子
US4175430A (en) Load measuring apparatus
US8314925B2 (en) Fiber-optic based thrust load measurement system
CN109668596A (zh) 基于光纤光栅传感的轴承保持架测量装置
JPS5923889B2 (ja) 圧延機におけるロ−ルのスラスト荷重の測定方法
US20200166076A1 (en) Rolling bearing arrangement for a transmission
CN103302112B (zh) 整辊内嵌式板形仪
JP2013156118A (ja) 溶接配管形状測定装置
CN111537089A (zh) 一种航空轴承内圈温度实时测量装置
US20220128096A1 (en) Rolling bearing assembly
CN110744357B (zh) 一种机床主轴轴承瞬态预紧力测试装置及方法
JPS58615A (ja) 軸受の監視方法
CN111487002A (zh) 桥梁球型支座的测力方法
CN114562926B (zh) 曲轴油封压装深度和跳动检测工具
CN213148307U (zh) 一种轴承载荷试验组件
US20240175769A1 (en) Sensor arrangement for measuring the load of a rolling bearing and method for calibrating the sensor arrangement
RU2816544C1 (ru) Способ диагностики проскальзывания тел качения в подшипнике
CN212844147U (zh) 一种具有双校验功能的压力传感器
US20230038874A1 (en) Method of determining the center of loading of a rolling element
AU2022431028A1 (en) Rolling bearing assembly
US20210364469A1 (en) Eddy current probe, notably for a rolling bearing
CN218885231U (zh) 一种用于高速主轴的预紧测量传感器安装结构及测量系统
CN221077509U (zh) 测量装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant