CN113483027A - 声学智能轴承 - Google Patents

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丁晓喜
李玉兰
张玉东
张强
刘锐
黄文彬
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Abstract

本发明提出了一种声学智能轴承,包括轴承本体，轴承本体外表面上设置有声孔一侧面向轴承的第一声音采集模块，所述轴箱体外表面上设置有第二声音采集模块；所述轴承本体的端部固设有永磁铁组，所述轴箱体内侧设有与所述永磁铁组位置平齐的霍尔传感器组；轴箱体内侧还设置有信号调理模块、数模转换单元、无线传输模块和微控制单元；第一声音采集模块、第二声音采集模块、霍尔传感器组分别与信号调理模块连接，信号调理模块与数模转换单元连接，数模转换单元与微控制单元连接，微控制单元通过无线传输模块与外部通信连接。该声学智能轴承基于轴承转速和声音信号进行轴承状态智能监测，能较全面的实现了对轴承智能监测。

Description

声学智能轴承
技术领域
本发明涉及智能轴承领域，具体涉及一种声学智能轴承。
背景技术
滚动轴承是旋转器械的关键部分，但工作环境恶劣，损坏率高，往往导致设备停机，造成较大的经济损失甚至人员伤亡。因而，针对轴承进行健康状态监测及故障诊断具有极大的社会和经济效益。随着工业现代化进程的推进，具有自感知、自决策及自调控功能的轴承单元——智能轴承近年来成为研究热点。
现阶段智能轴承多采用集成转速、温度或振动传感器的方法感知轴承运行状态，忽略了声音这一信息源的利用。事实上，声信号包含着丰富的轴承状态信息，且相对于温度和振动信号有着早期预警和灵敏度高的独到优势，在列车轨边声学检测中得到了验证。然而，轨边声信号中存在声源混叠、信号畸变、信噪比低等诸多难题，限制了轨边系统的实际应用。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种声学智能轴承。
为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种声学智能轴承,包括轴承本体，所述轴承本体定位于一轴箱体内的轴上，所述轴承本体外表面上设置有声孔一侧面向轴承的第一声音采集模块，所述轴箱体外表面上设置有第二声音采集模块；
所述轴承本体的端部固设有永磁铁组，所述轴箱体内侧设有与所述永磁铁组位置平齐的霍尔传感器组，轴承本体运转时，霍尔传感器组切割永磁铁组的磁感线获取轴承转速信息及运转方向；
所述轴箱体内侧还设置有信号调理模块、数模转换单元、无线传输模块和微控制单元；所述信号调理模块、数模转换单元、无线传输模块和微控制单元集成于一内置电路板上，所述第一声音采集模块、第二声音采集模块、霍尔传感器组分别与所述信号调理模块连接，所述信号调理模块与数模转换单元连接，所述数模转换单元与微控制单元连接，所述微控制单元通过所述无线传输模块与外部通信连接。
该声学智能轴承基于轴承转速和声音信号进行轴承状态智能监测，由于第一声音采集模块接近故障源，且中间传输界面少，接收到的信号可靠程度较高，第二声音采集模块距离故障源较远，且经过多层介质传输，信号强度较小，采集到的信号主要是整个轴箱系统的噪声，因此对这两路具有空间差异性的声音信号进行采集、处理和分析，可以较全面地实现对轴承的智能监测。
该声学智能轴承的优选方案，所述第一声音采集模块设置于所述轴承本体的外圈端面上，所述第二声音采集模块设置于轴箱体的轴箱盖上。这使得第一声音采集模块能更加接近故障源，第二声音采集模块能更准确的采集整个轴箱系统的噪声。
该声学智能轴承的优选方案，所述轴承本体的端部限位有防松板，该防松板固连于所述轴上，所述永磁铁组固设于所述防松板上，所述霍尔传感器组固设于轴箱体的轴箱盖内侧。
本发明的有益效果是：该声学智能轴承较全面的实现了从轴承转速和声音信号方面对轴承的智能监测，在该声学智能轴承中各部件主要集成于轴箱盖、防松板或轴箱体上，便于加工、更换，特别适用于轨道交通轴承和风电轴承。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是声学智能轴承的结构示意图；
图2是霍尔传感器、信号调理模块、数模转换单元、无线传输模块、微控制单元在内置电路板上的分布图；
图3是永磁铁在防松板上的装配图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1至图3所示，本发明提供了一种声学智能轴承,包括轴承本体2，所述轴承本体2定位于一轴箱体1内的轴3上，所述轴承本体2外表面上设置有声孔一侧面向轴承的第一声音采集模块16，所述轴箱体1外表面上设置有第二声音采集模块11。第一声音采集模块16能最大程度接近故障源，且中间传输界面少，接收到的信号可靠程度较高。相较而言，第二声音采集模块11距离故障源较远，且经过多层介质传输，信号强度较小，采集到的信号主要是整个轴箱系统的噪声。对两路具有空间差异性的声音信号进行采集，可以较全面的实现轴承智能监测和诊断。优选的，第一声音采集模块16设置于所述轴承本体2的外圈端面上，第二声音采集模块11设置于轴箱体1的轴箱盖外侧上。其中，第一声音采集模块16和第二声音采集模块11优选但不限于使用麦克风。
轴承本体2的端部固设有永磁铁组，所述轴箱体1内侧设有与所述永磁铁组位置平齐的霍尔传感器组，轴承本体2运转时，霍尔传感器组切割永磁铁组的磁感线感知电平变化、获取轴承转速信息及运转方向。本实施例中优选在轴承本体2的端部限位有防松板4，该防松板4固连于所述轴上，永磁铁组固设于所述防松板4上，霍尔传感器组固设于轴箱体1的轴箱盖内侧。永磁铁组有四个呈“口”字型排列的永磁铁14；霍尔传感器组有四个呈“口”字型排列的微型霍尔传感器13。具体装配时，在轴承本体2的端部设置挡圈17，防松板4通过紧固螺钉15固定在轴承本体2端部的挡圈17上，在防松板4的紧固螺钉15上嵌入4个永磁铁14，采用紧固螺钉15端部嵌入改造，同霍尔传感器13对应放置。
所述轴箱体1内侧还设置有信号调理模块7、数模转换单元8、无线传输模块12和微控制单元10；所述信号调理模块7、数模转换单元8、无线传输模块12和微控制单元10集成于一内置电路板9上，所述第一声音采集模块16、第二声音采集模块11、霍尔传感器组分别与所述信号调理模块7连接，所述信号调理模块7与数模转换单元8连接，所述数模转换单元8与微控制单元10连接，所述微控制单元10通过所述无线传输模块12与外部通信连接。信号调理模块7对第一声音采集模块16、第二声音采集模块11、霍尔传感器136组采集的声音信息、轴承转速、运转方向等信息进行预处理，然后由数模转换单元8转换成数字信号，最后发送给微控制单元10进行存储和无线传输。
在轴箱体1上还开设有孔，于该孔内设置有电源接口5，该电源接口5与所述内置电路板9连接,通过电源接口5与外部电源连接实现供电。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种声学智能轴承,包括轴承本体，所述轴承本体定位于一轴箱体内的轴上，其特征在于，所述轴承本体外表面上设置有声孔一侧面向轴承的第一声音采集模块，所述轴箱体外表面上设置有第二声音采集模块；
所述轴承本体的端部固设有永磁铁组，所述轴箱体内侧设有与所述永磁铁组位置平齐的霍尔传感器组，轴承本体运转时，霍尔传感器组切割永磁铁组的磁感线获取轴承转速信息及运转方向；
所述轴箱体内侧还设置有信号调理模块、数模转换单元、无线传输模块和微控制单元；所述信号调理模块、数模转换单元、无线传输模块和微控制单元集成于一内置电路板上，所述第一声音采集模块、第二声音采集模块、霍尔传感器组分别与所述信号调理模块连接，所述信号调理模块与数模转换单元连接，所述数模转换单元与微控制单元连接，所述微控制单元通过所述无线传输模块与外部通信连接。
2.根据权利要求1所述的声学智能轴承，其特征在于，所述第一声音采集模块设置于所述轴承本体的外圈端面上，所述第二声音采集模块设置于轴箱体的轴箱盖上。
3.根据权利要求1所述的声学智能轴承，其特征在于，所述轴承本体的端部限位有防松板，该防松板固连于所述轴上，所述永磁铁组固设于所述防松板上，所述霍尔传感器组固设于轴箱体的轴箱盖内侧。
4.根据权利要求3所述的声学智能轴承，其特征在于，所永磁铁组有四个呈“口”字型排列的永磁铁；所述霍尔传感器组有四个呈“口”字型排列的微型霍尔传感器。
5.根据权利要求1所述的声学智能轴承，其特征在于，所述轴箱体上开设有孔，于所述孔内设置有电源接口，该电源接口与所述内置电路板连接。
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