CN115199650B - 一种具备速度感知功能的轴承及其速度监测方法 - Google Patents

一种具备速度感知功能的轴承及其速度监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具备速度感知功能的轴承及其速度监测方法，所述具备速度感知功能的轴承包括依次连接的转动套圈(1)、滚子(13)和固定套圈(15)，滚子(13)上设有第一标识模块(1303)，保持架(14)内设有第一监测模块组(11)，第一监测模块组(11)含有第一识别模块(1101)，当第一标识模块(1303)接近第一识别模块(1101)时，第一识别模块(1101)能够识别出第一标识模块(1303)。所述具备速度感知功能的轴承及其速度监测方法不但可以监测轴承在工作过程中滚子的速度，还可以监测轴承在工作过程中保持架的速度，对了解轴承内部运行状态、轴承润滑状态、轴承寿命计算有极其重要的价值。

Description

一种具备速度感知功能的轴承及其速度监测方法
技术领域
本发明涉及轴承领域，具体的是一种具备速度感知功能的轴承，还是一种具备速度感知功能的轴承的速度监测方法。
背景技术
转盘轴承是能够承受综合载荷的大型轴承，可以同时承受较大的轴向、径向负荷和倾覆力矩，因此转盘轴承广泛用于起重机械、采掘机械、建筑机械、港口机械、船舶机具、风力发电设备以及高精度的雷达机械等设备的大型回转装置上。转盘轴承一般在密闭空间中运行，工况环境复杂，一般要求转盘轴承具有较高的使用寿命。转盘轴承中滚子的速度影响轴承滚子滚道的应力循环频率、润滑油膜的厚度。
现阶段对轴承内部滚子自转及公转速度的监测方法较为缺乏，如中国专利CN110108487A，公开日期2019年8月9日，公开的《轴承滚动行为检测用的保持架转速检测结构及检测方法》，但该方法通过在外圈的凹陷槽粘贴应变片来获取信号使得测量精度不高，且只能测量保持架的转速并不能实现对滚子自转速度的测量，也不适用于本文所述的转盘轴承。
由于现阶段对转盘轴承中滚子自转及公转速度的监测不足，研究人员对转盘轴承内部滚子的运行状态没有直观的测试数据，因此转盘轴承寿命计算中多采用静力学计算。然而滚子的速度直接影响滚子与滚道的应力循环次数，影响滚子与滚道的油膜接触状态。由于滚子的速度没有数据支撑，使得理论及试验测试的最佳油膜厚度无法应用在转盘轴承中，因此转盘轴承中的润滑量往往是根据经验进行计算，也对转盘轴承寿命产生影响。
发明内容
为了监测轴承在工作过程中滚子的速度，本发明提供了一种具备速度感知功能的轴承及其速度监测方法，所述具备速度感知功能的轴承及其速度监测方法不但可以监测轴承在工作过程中滚子的速度，还可以监测轴承在工作过程中保持架的速度，对了解轴承内部运行状态、轴承润滑状态、轴承寿命计算有极其重要的科研及工程应用价值。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种具备速度感知功能的轴承，包括依次连接的转动套圈、滚子和固定套圈，转动套圈和固定套圈之间设有保持架，滚子上设有第一标识模块，保持架内设有第一监测模块组，第一监测模块组含有第一识别模块，当第一标识模块接近第一识别模块时，第一识别模块能够识别出第一标识模块。
一种具备速度感知功能的轴承的速度监测方法，所述具备速度感知功能的轴承的速度监测方法采用了上述的具备速度感知功能的轴承，所述具备速度感知功能的轴承还含有数据处理模块，所述具备速度感知功能的轴承的速度监测方法包括以下步骤：
第一监测模块组将第一识别模块识别出第一标识模块的第一接近次数发送给数据处理模块，数据处理模块根据所述第一接近次数、所述第一接近次数的对应时间和滚子的尺寸计算出滚子自转的线速度和/或角速度。
本发明的有益效果是：解决了现有技术中转盘轴承滚子的自转速度和公转速度不能实时准确监测的问题，为了解转盘轴承内部滚子运行状态提供技术支撑，为计算转盘轴承寿命计算、润滑特性研究提供数据支持。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明所述具备速度感知功能的轴承的示意图。
图2是图1中A部位的放大示意图。
图3是本发明所述具备速度感知功能的轴承含有两排主推滚子时的示意图。
图4是本发明所述具备速度感知功能的轴承的结构原理图。
图5是第一标识模块在滚子上的示意图。
图6是第二标识模块在保持架上的示意图。
附图标记说明如下：
1、转动套圈；2、第一套圈；3、第二套圈；4、主推滚子；5、主推保持架；6、辅推滚子；7、辅推保持架；8、径向滚子；9、径向保持架；10、数据和电源传输线；11、第一监测模块组；12、第二监测模块组；13、滚子；14、保持架；15、固定套圈；16、数据处理模块；17、显示器；
1101、第一识别模块；1102、电源模块；1103、数据存储器；1104、无线信号发射器；
1201、第二识别模块；1202、无线信号接收器；1203、数据传输模块；
1301、滚子端面；1302、滚子侧周面；1303、第一标识模块；
1401、保持架端面；1402、保持架侧周面；1403、第二标识模块。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种具备速度感知功能的轴承，包括依次连接的转动套圈1、滚子13和固定套圈15，转动套圈1和固定套圈15之间设有保持架14，滚子13与保持架14连接，滚子13上设有第一标识模块1303，保持架14内设有第一监测模块组11，第一监测模块组11含有第一识别模块1101，当第一标识模块1303接近第一识别模块1101时，第一识别模块1101能够识别出第一标识模块1303，如图1所示。
在本实施例中，滚子13为圆柱形，滚子13含有滚子端面1301和滚子侧周面1302，第一标识模块1303位于滚子端面1301内，第一标识模块1303偏离滚子13的轴线，第一标识模块1303可以为盲孔，第一识别模块1101可以为非接触式接近开关传感器，所述非接触式接近开关传感器可以为现有技术产品。设有第一标识模块1303的滚子13可以为一个或多个，如图5所示。
沿滚子13的直径方向，第一识别模块1101的位置与第一标识模块1303的位置能够相对应，即第一识别模块1101和第一标识模块1303到滚子13的轴线的距离相同。在滚子13自转的过程中，第一识别模块1101与第一标识模块1303相对应或不对应时，第一识别模块1101将产生不同的电信号，从而第一识别模块1101能够识别出第一标识模块1303。另外，第一标识模块1303也可以为小磁块，第一识别模块1101也可以为磁感应传感器。
在本实施例中，第一监测模块组11还含有电源模块1102、数据存储器1103和无线信号发射器1104，第一识别模块1101、电源模块1102和无线信号发射器1104均与数据存储器1103连接，当第一识别模块1101识别出第一标识模块1303时，第一识别模块1101能够向数据存储器1103发送数据，如图2和图4所示。
其中，电源模块1102用于向第一监测模块组11供电，电源模块1102可以含有自发电单元和电能储存单元，所述自发电单元可以利用滚子13自转发电，并将所发的电能输送给所述电能储存单元储存，所述电能储存单元与数据存储器1103连接，所述电能储存单元储存的电能可以供第一识别模块1101、数据存储器1103和无线信号发射器1104使用。
数据存储器1103可以存储第一时间段内第一识别模块1101向数据存储器1103发送数据的次数(即第一标识模块1303接近第一识别模块1101的次数)，无线信号发射器1104能够将数据存储器1103内存储的第一时间段内收到的第一数据的次数数据发出，如将所述第一时间段内收到的所述次数数据发送给下述无线信号接收器1202，以进行滚子13自转速度的计算。
另外，第一监测模块组11还含有第一时间模块，所述第一时间模块与数据存储器1103连接，数据存储器1103内不但可以存储所述第一时间段内的所述次数数据，数据存储器1103内还可以存储每次第一标识模块1303接近第一识别模块1101的具体时刻(也可以称为时间点)。
在本实施例中，保持架14上设有第二标识模块1403，固定套圈15上设有第二监测模块组12，第二监测模块组12含有第二识别模块1201，当第二标识模块1403接近第二识别模块1201时，第二识别模块1201能够识别出第二标识模块1403。第二标识模块1403在一个保持架14上的数量可以为一个或多个。
在本实施例中，保持架14为圆环形，保持架14含有保持架端面1401和保持架侧周面1402，第二标识模块1403位于保持架端面1401或保持架侧周面1402内，第二标识模块1403可以为盲孔，第二识别模块1201可以为非接触式接近开关传感器。第二识别模块1201识别出第二标识模块1403的原理与第一识别模块1101识别出第一标识模块1303的原理相同，另外，第二标识模块1403也可以为小磁块，第二识别模块1201也可以为磁感应传感器，如图6所示。
在本实施例中，第二监测模块组12还含有无线信号接收器1202和数据传输模块1203，第二识别模块1201、无线信号接收器1202和数据传输模块1203依次连接，第二监测模块组12还含有第二时间模块，所述第二时间模块与数据传输模块1203连接。
当第二识别模块1201识别出第二标识模块1403时，第二识别模块1201能够向数据传输模块1203发送数据，以进行保持架14自转速度的计算。当第二识别模块1201识别出第二标识模块1403时，第一监测模块组11的数据存储器1103中存储的数据(即第一标识模块1303接近第一识别模块1101的次数以及每次第一标识模块1303接近第一识别模块1101的具体时刻)能够依次通过无线信号发射器1104和无线信号接收器1202发送给数据传输模块1203。
在本实施例中，所述具备速度感知功能的轴承还含有数据处理模块16，数据处理模块16与显示器17连接，数据处理模块16与数据传输模块1203通过数据和电源传输线10连接，数据处理模块16能够接收和处理第一监测模块组11直接或间接发送的数据，数据处理模块16还能够接收和处理第二监测模块组12直接或间接发送的数据。
数据传输模块1203用于向数据处理模块16传输数据，第一监测模块组11通过第二监测模块组12的数据传输模块1203向数据处理模块16发送数据，第二监测模块组12通过数据传输模块1203向数据处理模块16发送数据。例如，每次第一标识模块1303接近第一识别模块1101时，第一识别模块1101能够识别出第一标识模块1303并向数据存储器1103发送数据，数据存储器1103将存储的数据依次通过无线信号发射器1104、无线信号接收器1202和数据传输模块1203发送给数据处理模块16；第二识别模块1201识别出第二标识模块1403时，第二识别模块1201通过数据传输模块1203向数据处理模块16发送数据。
在本实施例中，所述轴承可以为任何需要监测滚子速度的轴承，例如，所述轴承可以为转盘轴承，在转盘轴承中，滚子13包括主推滚子4、辅推滚子6和径向滚子8，相应的，保持架14包括主推保持架5、辅推保持架7和径向保持架9；固定套圈15含有第一套圈2和第二套圈3，第一套圈2和第二套圈3连接固定为一体，第二套圈3位于第一套圈2的外侧。所述具备速度感知功能的轴承能够监测主推滚子4、辅推滚子6和径向滚子8中的一个或多个的自转和公转速度。由于滚子13的公转速度与保持架14的自转速度相同，通过计算保持架14的自转速度便可以得到滚子13的公转速度。
第一种情况：第一标识模块1303位于主推滚子4上，第一监测模块组11和第二标识模块1403均位于主推保持架5上，第二监测模块组12位于第一套圈2上。第二种情况：第一标识模块1303位于辅推滚子6上，第一监测模块组11和第二标识模块1403均位于辅推保持架7上，第二监测模块组12位于第二套圈3上。第三种情况：第一标识模块1303位于径向滚子8上，第一监测模块组11和第二标识模块1403均位于径向保持架9上，第二监测模块组12位于第一套圈2上。上述三种情况可以同时存在或仅存在其中的一种情况或两种情况。
即当主推滚子4上设有第一标识模块1303时，主推保持架5上设有第一监测模块组11和第二标识模块1403；当辅推滚子6上设有第一标识模块1303时，辅推保持架7上设有第一监测模块组11和第二标识模块1403；当径向滚子8上设有第一标识模块1303时，径向保持架9上设有第一监测模块组11和第二标识模块1403。第二监测模块组12的第二识别模块1201与保持架14上的第二标识模块1403一一对应，如图1所示。
在本实施例中，所述的转盘轴承中如果主推滚子4为双列圆柱滚子时，可以在两列圆柱滚子上均设置1到多个具有第一标识模块1303的滚子，相应的在主推保持架5两侧对应安装两个或多个第一监测模块组11，相应的，在固定套圈15上对应安装两个或多个第二监测模块组12，进而测得双列圆柱滚子各自转速及二者的相对转速，如图3所示。
下面以含有第一标识模块1303的滚子13仅有一个且第二标识模块1403在保持架14上的数量仅有一个为例，介绍所述具备速度感知功能的轴承的工作过程。
固定套圈15不动，转动套圈1相对于固定套圈15自转，滚子13相对于固定套圈15自转和公转，滚子13的公转速度与保持架14的自转速度相同。在保持架14自转一圈的过程中，滚子13自转多圈，第一监测模块组11与第二监测模块组12相遇两次，相应的第二识别模块1201识别出第二标识模块1403两次，第二时间模块记录每次第二识别模块1201识别出第二标识模块1403的具体时刻(两次相遇的时间差即为保持架14自转一周的时间)，第一识别模块1101与第一标识模块1303相遇多次，相应的第一识别模块1101识别出第一标识模块1303多次，第一时间模块记录每次第一识别模块1101识别出第一标识模块1303的具体时刻。
第二识别模块1201相邻两次识别出第二标识模块1403的过程中，第一识别模块1101识别出第一标识模块1303的次数以及每次第一识别模块1101识别出第一标识模块1303的具体时刻的数据存储在数据存储器1103中，当第一监测模块组11与第二监测模块组12相遇时，数据存储器1103中的数据依次通过无线信号发射器1104、无线信号接收器1202和数据传输模块1203发送给数据处理模块16；同样的，当第一监测模块组11与第二监测模块组12相遇时，第二识别模块1201通过数据传输模块1203向数据处理模块16发送第二识别模块1201识别出第二标识模块1403的次数以及第二识别模块1201识别出第二标识模块1403的具体时刻的数据，如图1至图4所示。
下面介绍一种具备速度感知功能的轴承的速度监测方法，所述具备速度感知功能的轴承的速度监测方法采用了上述的具备速度感知功能的轴承，所述具备速度感知功能的轴承的速度监测方法包括以下步骤：
第一监测模块组11将第一识别模块1101识别出第一标识模块1303的第一接近次数(数据)发送给数据处理模块16，数据处理模块16根据所述第一接近次数、所述第一接近次数的对应时间和滚子13的尺寸计算出滚子13自转的线速度和/或角速度。
第二监测模块组12将每次第二识别模块1201识别出第二标识模块1403的数据发送给数据处理模块16，数据处理模块16根据本次识别出第二标识模块1403的对应时间和保持架14的尺寸计算出保持架14自转的线速度和/或角速度。
第二监测模块组12将每次第二识别模块1201识别出第二标识模块1403的数据发送给数据处理模块16，保持架14每自转一圈数据处理模块16均可以准确的获知，数据处理模块16可以准确的获知保持架14当前自转一圈实际花费的时间，即本次识别出第二标识模块1403的对应时间。得知保持架14的尺寸和保持架14自转一圈的时间后，计算出保持架14自转的线速度和/或角速度为现有技术。
优选，本次识别出第二标识模块1403的对应时间(保持架14当前自转一圈实际花费的时间)与所述第一接近次数的对应时间相同。例如，在上述第一时间段内，保持架14自转1圈，滚子13自转8圈至10圈。得知滚子13的尺寸和滚子13自转一圈的时间后，计算出滚子13自转的线速度和/或角速度为现有技术。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案、技术方案与技术方案、实施例与实施例之间均可以自由组合使用。

Claims (7)

1.一种具备速度感知功能的轴承，其特征在于，所述具备速度感知功能的轴承包括依次连接的转动套圈(1)、滚子(13)和固定套圈(15)，转动套圈(1)和固定套圈(15)之间设有保持架(14)，滚子(13)上设有第一标识模块(1303)，保持架(14)内设有第一监测模块组(11)，第一监测模块组(11)含有第一识别模块(1101)，当第一标识模块(1303)接近第一识别模块(1101)时，第一识别模块(1101)能够识别出第一标识模块(1303)；
保持架(14)上设有第二标识模块(1403)，固定套圈(15)上设有第二监测模块组(12)，第二监测模块组(12)含有第二识别模块(1201)，当第二标识模块(1403)接近第二识别模块(1201)时，第二识别模块(1201)能够识别出第二标识模块(1403)；
所述具备速度感知功能的轴承还含有数据处理模块(16)，数据处理模块(16)与显示器(17)连接，数据处理模块(16)能够接收和处理第一监测模块组(11)发送的数据，数据处理模块(16)还能够接收和处理第二监测模块组(12)发送的数据；
第一监测模块组(11)能够将第一识别模块(1101)识别出第一标识模块(1303)的第一接近次数发送给数据处理模块(16)，数据处理模块(16)根据所述第一接近次数、所述第一接近次数的对应时间和滚子(13)的尺寸计算出滚子(13)自转的线速度和/或角速度；
第二监测模块组(12)能够将每次第二识别模块(1201)识别出第二标识模块(1403)的数据发送给数据处理模块(16)，数据处理模块(16)根据本次识别出第二标识模块(1403)的对应时间和保持架(14)的尺寸计算出保持架(14)自转的线速度和/或角速度。
2.根据权利要求1所述的具备速度感知功能的轴承，其特征在于，滚子(13)含有滚子端面(1301)和滚子侧周面(1302)，第一标识模块(1303)位于滚子端面(1301)内，第一标识模块(1303)偏离滚子(13)的轴线，第一标识模块(1303)为盲孔，第一识别模块(1101)为非接触式接近开关传感器。
3.根据权利要求2所述的具备速度感知功能的轴承，其特征在于，第一监测模块组(11)还含有电源模块(1102)、数据存储器(1103)和无线信号发射器(1104)，第一识别模块(1101)、电源模块(1102)和无线信号发射器(1104)均与数据存储器(1103)连接，当第一识别模块(1101)识别出第一标识模块(1303)时，第一识别模块(1101)能够向数据存储器(1103)发送数据。
4.根据权利要求3所述的具备速度感知功能的轴承，其特征在于，保持架(14)含有保持架端面(1401)和保持架侧周面(1402)，第二标识模块(1403)位于保持架端面(1401)或保持架侧周面(1402)内，第二标识模块(1403)为盲孔，第二识别模块(1201)为非接触式接近开关传感器。
5.根据权利要求3所述的具备速度感知功能的轴承，其特征在于，第二监测模块组(12)还含有无线信号接收器(1202)和数据传输模块(1203)，当第二识别模块(1201)识别出第二标识模块(1403)时，第二识别模块(1201)能够向数据传输模块(1203)发送数据，数据存储器(1103)中存储的数据能够依次通过无线信号发射器(1104)和无线信号接收器(1202)发送给数据传输模块(1203)。
6.根据权利要求3所述的具备速度感知功能的轴承，其特征在于，所述轴承为转盘轴承，滚子(13)包括主推滚子(4)、辅推滚子(6)和径向滚子(8)，保持架(14)包括主推保持架(5)、辅推保持架(7)和径向保持架(9)；
当主推滚子(4)上设有第一标识模块(1303)时，主推保持架(5)上设有第一监测模块组(11)和第二标识模块(1403)；
当辅推滚子(6)上设有第一标识模块(1303)时，辅推保持架(7)上设有第一监测模块组(11)和第二标识模块(1403)；
当径向滚子(8)上设有第一标识模块(1303)时，径向保持架(9)上设有第一监测模块组(11)和第二标识模块(1403)；
第二监测模块组(12)的第二识别模块(1201)与第二标识模块(1403)一一对应。
7.一种具备速度感知功能的轴承的速度监测方法，其特征在于，所述具备速度感知功能的轴承的速度监测方法采用了权利要求1所述的具备速度感知功能的轴承，所述具备速度感知功能的轴承的速度监测方法包括以下步骤：
第一监测模块组(11)将第一识别模块(1101)识别出第一标识模块(1303)的第一接近次数发送给数据处理模块(16)，数据处理模块(16)根据所述第一接近次数、所述第一接近次数的对应时间和滚子(13)的尺寸计算出滚子(13)自转的线速度和/或角速度；
第二监测模块组(12)将每次第二识别模块(1201)识别出第二标识模块(1403)的数据发送给数据处理模块(16)，数据处理模块(16)根据本次识别出第二标识模块(1403)的对应时间和保持架(14)的尺寸计算出保持架(14)自转的线速度和/或角速度。
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