CN113202862A - 一种关节轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明属于智能轴承技术领域，涉及一种关节轴承。包括轴承内圈、轴承外圈、轴承端盖、自润滑层、柔性电路板、微型传感器集成系统、无线信息传输系统和无线供电系统；柔性电路板安装在轴承端盖的内侧，柔性电路板与轴承端盖热熔为一体；微型传感器集成系统和无线信息传输系统设置在柔性电路板上；无线供电系统利用轴承端盖和轴承外圈上的微孔，通过线路与微型传感器集成系统和无线信息传输系统相连；无线供电系统的接收端线圈和发射端线圈置于轴承外圈外环的环形凹槽内。本关节轴承中采用基于谐振耦合方式进行无线供电，简化了轴承结构，又增加了轴承的功能而且关节轴承的检测更加实时、高效，轴承的运行更加安全可靠。

Description

一种关节轴承
技术领域
本发明属于智能轴承技术领域，涉及一种关节轴承。
背景技术
轴承被誉为回转支撑系统的“心脏”，是回转支撑单元的核心零部件。其广泛应用于航空航天、高铁与汽车轮毂、大型转子及精密机床等各个领域，其发展水平的高低往往代表或制约着一个国家机械工业和其他相关产业的发展水平。
高技术条件下的现代工业对设备的可靠性、安全性、稳定性要求越来越高。正是因为轴承在机械设备中起着承受和传递载荷的作用，其运行状态好坏将直接影响整台设备的性能。据资料介绍，因轴承损坏导致的设备故障率，在重型机械领域约30％，在齿轮箱领域约20％，在高速列车领域约40％，在大型风机领域约40％，在航空发动机领域约35％。
因此，一旦轴承出现安全隐患而不能实现在线监控及预警，后续将出现更大的故障，甚至会带来灾难性的后果。目前，对于轴承状态的监控通常是有人工利用通用仪器设备定期检查轴承状态，改善润滑条件，若发现轴承故障则立刻进行维修、更换。这种方法准确性差、可靠性低，而且费时费力，尤其对一些航空航天、武器装备领域，传统的监控维修模式已经满足不了设备的维护要求。
发明内容
本发明的目的是提出一种关节轴承，以用于航空航天领域，通过智能感知和识别轴承运行工况和磨损状态，将获得的轴承润滑和磨损情况反馈给系统，并具备自发电、无线信号传输等功能。
本发明提出的关节轴承，包括轴承内圈、轴承外圈、轴承端盖和自润滑层；还包括柔性电路板、微型传感器集成系统、无线信息传输系统和无线供电系统；所述的自润滑层安装在轴承内圈和轴承外圈之间，所述的轴承外圈的端面上设有沉孔，用于安装紧固件；轴承外圈和轴承端盖通过紧固件相连；所述的柔性电路板安装在轴承端盖的内侧，柔性电路板与轴承端盖热熔为一体；所述的微型传感器集成系统和无线信息传输系统设置在柔性电路板上；所述的无线供电系统利用轴承端盖和轴承外圈上的微孔，通过线路与微型传感器集成系统和无线信息传输系统相连；所述的无线供电系统的接收端线圈和发射端线圈置于轴承外圈外环的环形凹槽内。
本发明提出的关节轴承，其优点是：
1、本发明的关节轴承中，采用基于谐振耦合方式进行无线供电，不需要外界电源供应，解决了现有技术中智能轴承无法自身供能，只能通过外部供电方式实现功能，简化了轴承结构，又增加了轴承的功能。
2、本发明的关节轴承中，通过传感器无线传输信号，实现轴承在运转过程中实时状态监测，传感器所测轴承数据与报警信号均可通过轴承自带无线传输模块将信息无线传输至各移动终端，相较于手动测量轴承参数，本发明的关节轴承的检测更加实时、高效。
3、本发明的关节轴承，将微型薄膜传感器内置在轴承中，相较于将传感器堆叠在轴承附近，其省去额外空间，且测量精度更高，更能真实反映出轴承运行状态，使轴承的运行更加安全可靠。
附图说明
图1是本发明提出的关节轴承的结构示意图。
图2是图1所示的关节轴承的爆炸图。
图3是本发明关节轴承中传感器集成系统和无线信息传输系统组成示意图。
图4是本发明关节轴承的工作流程图。
图1-图4中，1是轴承内圈，2是轴承外圈，3是端盖，4是自润滑层，5是微型传感器集成系统，6是无线信息传输系统，7是无线供电系统，8是固定环，9是柔性电路板。
具体实施方式
本发明提出的关节轴承，其结构如图1和图2所示，包括轴承内圈1、轴承外圈2、轴承端盖3和自润滑层4；还包括柔性电路板8、微型传感器集成系统5、无线信息传输系统6和无线供电系统7；所述的自润滑层4安装在轴承内圈1和轴承外圈2之间，所述的轴承外圈2的端面上设有沉孔，用于安装紧固件；轴承外圈2和轴承端盖3通过紧固件相连；所述的柔性电路板9安装在轴承端盖3的内侧，柔性电路板9与轴承端盖3热熔为一体；所述的微型传感器集成系统5和无线信息传输系统6设置在柔性电路板9上；所述的无线供电系统7利用轴承端盖3和轴承外圈2上的微孔，通过线路与微型传感器集成系统5和无线信息传输系统6相连；所述的无线供电系统7的接收端线圈和发射端线圈置于轴承外圈2外环的环形凹槽内。
上述关节轴承中的微型传感器集成系统5，由温度传感器、加速度传感器和转速传感器组成，其中：
温度传感器，用于采集关节轴承的工作温度，并将采集的温度信号发送到无线信息传输系统6；
加速度传感器，用于采集关节轴承的加速度，并将采集的加速度信号发送到无线信息传输系统6；
转速传感器，用于采集关节轴承的转速，并将采集的转速信号发送到无线信息传输系统6。
本发明关节轴承中的轴承外圈2外环设置有环形凹槽，环形凹槽中安装有无线供电系统7的接收端线圈；无线供电系统7的发射端的线圈电源接通后，接收线圈和发射线圈都以一定的频率振动从而产生强大的电磁场，通过谐振耦合方式无线供电，实现智能系统电能的无线输送，进而实现轴承在工作旋转状态下监测，获得轴承整寿命时间段内温度、间隙、转速变化的完整数据。
本发明的关节轴承，其本体包括轴承内圈1、轴承外圈2、端盖3和自润滑层4，如图2中所示，还包括镶嵌在轴承本体内的微型传感器集成系统5、无线信息传输系统6和无线供电系统7,以实现轴承的自诊断、自我评估和寿命预测等信息的智能处理，并通过调控装置实现轴承性能调控。
无线供电系统7接收端线圈的外圈安装有固定环8，用于保护和固定线圈，固定环8的两侧有凸起，可安装在外圈相对应的凹槽呢。无线供电系统7与微型传感器集成系统5连接，为微型传感器集成系统提供电能，如图3中所示。微型传感器集成系统用于采集智能轴承运转参数信息，并将采集到的信息转换数据。微型传感器集成系统是微型薄膜传感器，以适应轴承内部的狭小空间；传感器组件内置有处理电路，可以采集所有传感器的数据，并进行处理。微型传感器集成系统包括温度传感器、加速度传感器、转速传感器，分别用于测量智能轴承运转过程中产生的温度、振动、速度的信息。微型传感器集成系统集成在柔性电路板9上，通过热熔技术将柔性FPC安装在轴承端盖，与轴承端盖集成为一体；此种集成传感器能够近距离接触被测信号的发生源，且不破坏轴承本体结构及安装性。无线信号传输系统与微型传感器集成系统连接，同样集成在柔性FPC上，无线信号传输系统利用蓝牙技术完成信号与终端设备之间的信号传输，实现对轴承的实时监测。如图4所示。

Claims (2)

1.一种关节轴承，包括轴承内圈、轴承外圈、轴承端盖和自润滑层；其特征在于，还包括柔性电路板、微型传感器集成系统、无线信息传输系统和无线供电系统；所述的自润滑层安装在轴承内圈和轴承外圈之间，所述的轴承外圈的端面上设有沉孔，用于安装紧固件；轴承外圈和轴承端盖通过紧固件相连；所述的柔性电路板安装在轴承端盖的内侧，柔性电路板与轴承端盖热熔为一体；所述的微型传感器集成系统和无线信息传输系统设置在柔性电路板上；所述的无线供电系统利用轴承端盖和轴承外圈上的微孔，通过线路与微型传感器集成系统和无线信息传输系统相连；所述的无线供电系统的接收端线圈和发射端线圈置于轴承外圈外环的环形凹槽内。
2.如权利要求1的关节轴承，其特征在于所述的微型传感器集成系统由温度传感器、加速度传感器和转速传感器组成，其中：
温度传感器，用于采集关节轴承的工作温度，并将采集的温度信号发送到无线信息传输系统；
加速度传感器，用于采集关节轴承的加速度，并将采集的加速度信号发送到无线信息传输系统；
转速传感器，用于采集关节轴承的转速，并将采集的转速信号发送到无线信息传输系统。
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