CN115962943A - 用于确定轴承的至少一个缺陷的系统和相关方法 - Google Patents

Abstract

一种用于确定轴承(8)的至少一个缺陷的系统(1)，所述轴承(8)包括能够相对于彼此同心地旋转的第一圈(10)和第二圈(12)，所述系统(1)包括：测量部件(MM)，用于测量所述第一圈(10)与所述第二圈(12)之间的第一差分距离和第二差分距离；存储部件(RM)，用于存储每个测量到的差分距离；确定部件(DM)，用于根据所存储的测量到的差分距离来确定所述第一圈(10)与所述第二圈(12)之间的径向相对位移的时间分布以及所述第一圈与所述第二圈之间的轴向相对位移的第二时间分布；以及识别部件(IM)，用于从所述时间分中布识别所述轴承的缺陷。

Description

用于确定轴承的至少一个缺陷的系统和相关方法

技术领域

本发明涉及用于确定轴承的至少一个缺陷的方法和系统。

更具体地，本发明涉及使用轴承的距离传感器确定轴承的至少一个缺陷。

背景技术

滚动轴承可以设置有用于测量内圈与外圈之间的相对距离的间隙测量部件，并且设置有振动测量部件。

间隙测量部件和振动测量部件监测滚动轴承，以检测轴承的缺陷并预测轴承的剩余寿命。

间隙测量部件可以包括例如涡流探头(/探针)，并且振动测量部件可以包括例如加速度计。

轴承的监测需要两种传感器。每种传感器的实施需要特定的轴承加工操作，才(能够)将传感器安装在轴承上。

加速度计是测量由轴承和相关联的机器产生的全局轴承振动的绝对振动传感器(absolute vibration sensor)。

轴承通常以规律的旋转速度旋转，例如，每分钟12转(turns)。

此外，用加速度计监测振动还需要若干校准操作。

在机器的特定校准周期期间运行校准操作，以收集振动测量值，从而获得由加速度计传递的容易被振动监测调节部件释义(/解释)(interpreted)的信号。

此外，由于加速度计特别适于测量以高速旋转的轴承的振动，因此由在低速轴承中实现的加速度计传递的测量值不足以精确到获得可靠的振动值。

发明内容

因此，本发明旨在通过提供一种在不使用加速度计的情况下确定轴承的缺陷的方法来克服这些缺点。

根据一方面，提出了一种用于确定轴承的至少一个缺陷的方法，所述轴承包括能够相对于彼此同心地旋转的第一圈和第二圈。

所述方法包括：

-在预定时间段内，在第一圈和第二圈的不同相对角位置处，测量在第一圈相对于第二圈旋转时第一圈与第二圈之间的第一差分距离(differential distances)和第二差分距离，

-根据第一圈和第二圈的相对角位置以及指示预定时间段的演变的变量的值，存储每个测量到的差分距离，

-根据所存储的测量到的差分距离，确定第一圈与第二圈之间的径向相对位移的第一时间分布(temporal profile)以及第一圈与第二圈之间的轴向相对位移的第二时间分布，以及

-从时间分布中识别轴承的缺陷。

所述方法许可(/允许)(permits to)限制传感器和传感器处理装置的数量。

由于没有实施特定的附加传感器来监测轴承，因此减少了安装(/固定/存放)(lodge)轴承监测传感器的加工操作。

此外，所述方法的实施不需要大量的校准。

有利地，所述方法包括通过径向相对位移和轴向相对位移、时间变量以及第一圈与第二圈的相对角位置来确定第一圈与第二圈之间的参考位移的第三时间分布。

优选地，所述方法包括根据所述时间分布中的至少一者来确定第一圈与第二圈之间的相对旋转速度。

有利地，其中识别缺陷的步骤包括：

将所述时间分布中的至少一者转换为频域(frequency domain)表示形式，

将频域表示形式的频率与表征轴承的缺陷的预定频率进行比较，以及

根据比较的结果识别轴承的缺陷。

优选地，识别缺陷的步骤包括：

计算所述时间分布中的至少一者的二阶导数，以获得第一圈与第二圈之间的相对振动，

从相对振动中执行振动分析，以及

从振动分析中识别轴承缺陷。

根据另一方面，提出了一种用于确定轴承的至少一个缺陷的系统，所述轴承包括能够相对于彼此同心地旋转的第一圈和第二圈。

所述系统包括：

测量部件，用于在预定时间段内，测量在第一圈相对于第二圈旋转时第一圈与第二圈之间的第一差分距离和第二差分距离，并且测量第一圈和第二圈的相对角位置，

存储部件，用于根据第一圈和第二圈的相对角位置以及指示预定时间段的演变的时间变量的值来存储每个测量到的差分距离，

确定部件，用于根据由存储部件存储的测量到的差分距离来确定第一圈与第二圈之间的径向相对位移的时间分布以及第一圈与第二圈之间的轴向相对位移的第二时间分布，以及

识别部件，用于从时间分布识别轴承的缺陷。

有利地，测量部件包括安装在轴承的第一圈上的第一距离传感器和第二距离传感器。

有利地，至少第一锥形槽和至少第二锥形槽形成在轴承的第二圈上，并且朝向第一圈取向，

第一距离传感器安装在第一圈上，并且面对第二圈的第一锥形槽的锥形壁，第一锥形槽的锥形壁相对于所述轴承的轴线倾斜，第一距离传感器的纵向轴线垂直于所述第一锥形槽的锥形壁，并且

第二距离传感器安装在第一圈上，并且面对第二圈的第二锥形槽的锥形壁，第二锥形槽的锥形壁相对于所述轴承的轴线倾斜，第二距离传感器的纵向轴线垂直于所述第二锥形槽的锥形壁，

第一槽的锥形壁和第二槽的锥形壁沿着相反的两个方向倾斜地延伸。

优选地，至少一个锥形槽形成在第二圈的圆柱形外表面上，并且朝向第一圈取向。

第一距离传感器安装在第一圈上，并且面对第二圈的锥形槽的锥形壁，锥形槽的锥形壁相对于所述轴承的轴线倾斜，第一距离传感器的纵向轴线垂直于所述轴线，并且

第二距离传感器安装在第一圈上，并且与第一距离传感器不同，第二距离传感器在径向上面对第二圈的第二轴向圆柱形表面。

根据另一方面，本发明还涉及一种轴承，所述轴承包括能够相对于彼此同心地旋转的第一圈、第二圈以及如先前所限定的系统。

附图说明

在查阅实施方式(绝对不是限制性的)的详细描述和附图时，将呈现本发明的其他优点和特征，在附图中：

图1示意性地示出了根据本发明的用于确定轴承的缺陷的系统，

图2是根据本发明的滚动轴承的示例的局部截面，

图3是图2的详细视图，

图4是图2的详细视图，示意性地示出了轴承的一个圈相对于另一圈的轴向位移，

图5是图2的详细视图，示意性地示出了轴承的一个圈相对于另一圈的径向位移，

图6是根据本发明的第二示例的滚动轴承的详细视图，以及

图7示出了根据本发明的用于确定轴承的至少一个缺陷的方法的示例。

具体实施方式

参照图1，图1示出了轴承8和用于确定轴承8的至少一个缺陷的系统1，轴承8包括能够相对于彼此同心地(/同轴地)(concentric)旋转的第一圈和第二圈(未示出)。图2示出了具有第一圈10和第二圈12的轴承8。

系统1包括测量部件MM，用于在预定时间段内测量第一圈10相对于第二圈12旋转时第一圈10与第二圈12之间的第一差分距离(differential distance)和第二差分距离，并且测量第一圈和第二圈的相对角位置(angular position)。

系统1还包括存储部件RM，用于根据第一圈10和第二圈12的相对角位置以及指示预定时间段的演变(evolution)的时间变量(temporal variable)的值来存储由测量部件MM测量到的每个差分距离。

测量部件MM包括例如第一距离传感器24和第二距离传感器25(图2)。

系统1还包括确定部件DM，用于根据存储部件RM中存储的测量到的差分距离来确定第一圈10与第二圈12之间的径向相对位移Dr的第一时间分布(/时间曲线图)(temporalprofile)以及第一圈10与第二圈12之间的轴向相对位移Da的第二时间分布。

系统1包括识别部件IM，用于从第一时间分布和第二时间分布中的至少一者识别轴承8的缺陷。

系统1还包括实现测量部件MM、存储部件RM、确定部件DM和识别部件IM的处理单元PU。

时间变量例如由处理单元PU的时钟来调节(cadenced)。

图2示出了轴承8的示例的截面。

轴承8是包括第一圈10和第二圈12的大直径滚动轴承(large-diameter rollingbearing)。在所示出的示例中，第一圈10是外圈，而第二圈12是内圈。滚动轴承例如可以用于隧道掘进机(/隧道钻机)(tunnel boring machine)、风力涡轮机或使用大直径滚动轴承的任何其他应用中。

外圈10和内圈12是同心的(/同轴的)(concentric)，并且沿着在轴向方向上延伸(run)的轴承旋转轴线X-X'在轴向上延伸。圈10、12是实心型(/固体式)(solid type)的。

外圈10形成为分离式圈(/分开式圈)(split ring)，并且包括在轴向方向上相对于彼此堆叠的第一圈14和第二圈16。外圈的第一圈14和第二圈16中的每个设置有多个对准的通孔(/贯通孔)(未示出)，以通过装配螺栓接合(join)。

在所示出的示例中，滚动轴承包括：两列轴向滚子18、20，配置在外圈10与内圈12之间以形成轴向推力；以及一列径向滚子22，配置在所述圈之间以形成径向推力。

如稍后将描述的，滚动轴承还包括用于检测外圈10与内圈12之间的轴向相对位移和径向相对位移的第一距离传感器24和第二距离传感器25。在所示出的示例中，传感器24和25安装在外圈10上。

一列的滚子18、20、22彼此相同。每个滚子18、20、22包括圆柱形外滚动表面和界定所述外滚动表面的两个相对的前端表面(frontal end surfaces)。每个滚子22的旋转轴线平行于轴承的轴线X-X'并且垂直于每个滚子18、20或者滚子18和20的轴线。在所示出的示例中，滚子18的轴向长度大于滚子20的轴向长度。作为另一种选择，滚子18的轴向长度可以小于或可以等于滚子20的轴向长度。

滚子18在轴向上配置在形成在内圈12上的环形径向滚道26与形成在外圈10上的环形径向滚道28之间。每个径向滚道26、28在截面中具有与滚子18的滚动表面接触的直(/直线的)(straight)的内轮廓。滚道26、28在轴向方向上彼此面对。

滚子20在轴向上配置在形成在内圈12上的环形径向滚道30与形成在外圈10上的环形径向滚道32之间。每个径向滚道30、32在截面中具有与滚子20的滚动表面接触的直的内轮廓。滚道30、32在轴向上彼此面对。成列的滚子18和成列的滚子20在轴向方向上彼此间隔开。

滚子22在径向上配置在形成在内圈12上的环形轴向滚道34与形成在外圈10上的环形轴向滚道36之间。每个轴向滚道34、36在截面中具有与滚子22的滚动表面接触的直的内轮廓。滚道34、36在径向方向上彼此面对。成列的滚子22在径向上相对于成列的滚子18、20向外偏移。成列的滚子22在轴向上位于成列的滚子18、20之间。

外圈10包括环形槽38，环形槽38在径向方向上向内朝向内圈12开口。外圈10包括阶梯式(/台阶式)(stepped)圆柱形内表面或孔10a，槽38从该阶梯式圆柱形内表面或孔10a形成。外圈10还包括在径向上与孔10a相对(/背对)的圆柱形外表面10b。外圈10还包括在轴向上界定所述圈的孔10a和外表面10b的两个相对(/背对)的径向前表面10c、10d。

内圈12包括环形突出鼻部40，环形突出鼻部40接合到外圈的环形槽38中。鼻部40在径向上向外延伸。

内圈12包括圆柱形内孔12a以及在径向上与孔12a相对的阶梯式圆柱形外表面12b。在所示出的示例中，内圈的孔12a设置有齿轮齿(/轮齿)(gear teeth)(未示出)。内圈12还包括在轴向上界定孔12a和圆柱形外表面12b的两个相对的径向前表面12c、12d。突出鼻部40从圆柱形外表面12b在径向上突出。

成列的滚子18、成列的滚子20在轴向上配置在内圈的鼻部40与外圈的槽38之间。成列的滚子18、成列的滚子20布置在内圈的鼻部40的两侧。径向滚道26位于内圈的鼻部40上和阶梯式圆柱形外表面12b的径向部分上。作为另一种选择，径向滚道26可以完全位于鼻部40上。径向滚道30位于鼻部40上。径向滚道28、32位于外圈的槽38上。

更确切地说，鼻部40的第一径向侧面(/侧翼)(flank)部分地界定用于滚子18的径向滚道26。槽38的第一径向侧面(在轴向上面对鼻部40的第一径向侧面)界定用于滚子18的径向滚道28。鼻部40的第二侧面和槽38的相对的第二侧面分别界定用于滚子20的径向滚道30、32。鼻部40的相对的第一侧面和第二侧面在轴向上界定所述鼻部。类似地，槽38的相对的第一侧面和第二侧面在轴向上界定所述槽。鼻部40的第一侧面和第二侧面中的每个从内圈的圆柱形外表面12b在径向上延伸。

成列的滚子22在径向上配置在内圈的鼻部40与外圈的槽38之间。轴向滚道34、36分别位于鼻部40和槽38上。鼻部40的圆柱形外表面界定轴向滚道34。鼻部40的所述圆柱形外表面与圆柱形外表面12b在径向上错开(/偏移)(offset)。结果，轴向滚道34与圆柱形外表面12b也在径向上错开。鼻部40的圆柱形外表面在所述鼻部的相对径向侧面之间在轴向上延伸。

槽38的轴向底部界定轴向滚道36。在所示出的示例中，环形狭槽(slot)41形成在槽38的底部中并且界定轴向滚道36。轴向滚道36在径向上面对鼻部40的圆柱形外表面，轴向滚道34形成到鼻部40的圆柱形外表面上。

在所示出的示例中，内圈12被制成一个部分(/一件式)(one part)。作为另一种选择，内圈12可以在轴向方向上分成固定在一起的至少两个单独部分。在另一变型中，鼻部40可以与内圈的主要部分(/主体部分)分开制造。

如前所述，外圈10在轴向方向上分成两个单独部分(即，第一圈14和第二圈16)。第一圈14和第二圈16一起界定槽38。径向滚道28位于外圈的第一圈14上，并且径向滚道32位于外圈的第二圈16上。

滚动轴承还在两侧包括环形密封件42、44，环形密封件42、44安装在内圈12上并且被设置为封闭(close)存在于圈10、12之间的径向空间。该径向空间限定在外圈的孔10a与内圈的圆柱形外表面12b和鼻部40的外表面之间。

在内圈12和外圈14与密封件42、44之间限定有封闭空间46，成列的滚动元件18、20和22以及第一距离传感器24和第二距离传感器25容纳在封闭空间46中。

每个密封件42、44安装到形成在内圈的圆柱形外表面12b上的槽(未示出)中，并与外圈10接触。密封件42与外圈的径向前表面10c接触。密封件44在轴向上在成列的滚子18附近与外圈的孔10a接触。作为另一种选择，可以为密封件42、44中的至少一者提供其中所述密封件安装在外圈10上并且与内圈12摩擦接触的相反配置。

如前所述，第一距离传感器24和第二距离传感器25被设置为检测外圈10与内圈12之间的轴向相对位移和径向相对位移。为此，在内圈12上还形成有第一环形锥形槽(annular tapered groove)50和第二环形锥形槽52。在所示出的示例中，槽50、52形成在内圈的圆柱形外表面12b上。

如图3更清楚地示出的，第一槽50从内圈的圆柱形外表面12b在径向上向内延伸。槽50包括倾斜地向内延伸的环形锥形部或环形锥形壁50a。锥形壁50a具有截头圆锥形的形状。锥形壁50a相对于滚动轴承的轴线X-X'(图2)倾斜。换言之，锥形壁50a相对于轴线X-X'倾斜地形成。锥形壁50a相对于内圈的轴向圆柱形表面12b倾斜。在如图2所示的滚动轴承的径向平面中，在槽的锥形壁50a与轴向圆柱形表面12b之间形成第一锥角(taper angle)β。例如，第一锥角β的值可以优选地包括在15°与30°之间。

在所示出的示例中，槽50设置有环形径向侧壁50b，环形径向侧壁50b从圆柱形外表面12b在径向上向内延伸，并且锥形壁50a从环形径向侧壁50b延伸。作为另一种选择，槽50可以不具有这种侧壁50b。在这种情况下，锥形壁50a直接从内圈的轴向圆柱形表面12b延伸。

第二槽52从内圈的圆柱形外表面12b在径向上向内延伸。在所示出的示例中，第二槽52从第一槽50在轴向上延伸。

槽52包括倾斜地向内延伸的环形锥形部或壁52a。锥形壁52a具有截头圆锥形的形状。锥形壁52a相对于滚动轴承的轴线X-X'(图2)倾斜。锥形壁52a相对于内圈的轴向圆柱形表面12b倾斜。在锥形壁52a与轴向圆柱形表面12b之间形成第二锥角α。在所示出的示例中，该第二锥角α的值等于形成在第一槽的锥形壁50a与轴向圆柱形表面12b之间的第一锥角β的值。

在所示出的示例中，第二槽52设置有环形径向侧壁52b，环形径向侧壁52b从圆柱形外表面12b在径向上向内延伸，并且锥形壁52a从环形径向侧壁52b延伸。作为另一种选择，槽52可以不具有这种侧壁52b。在这种情况下，锥形壁52a直接从内圈的轴向圆柱形表面12b延伸。

如前所述，在所示出的示例中，第二槽52从第一槽50在轴向上延伸。这里，第二槽的锥形壁52a从第一槽的锥形壁50a延伸。作为另一种选择，圆柱形底部可以将锥形壁50a、52a相互连接(/互连)。

从内圈的圆柱形外表面12b，槽50的锥形壁50a沿着第一方向倾斜地向内延伸，并且槽52的锥形壁52a沿着与所述第一方向相反的第二方向倾斜地向内延伸。

在所示出的示例中，从内圈的圆柱形外表面12b，锥形壁50a朝向内圈的前表面12d(图2)倾斜地延伸，而锥形壁52a朝向前表面12c倾斜地延伸。

在所示出的示例中，槽52的锥形壁52a与槽50的锥形壁50a相对于穿过所述壁之间的边缘的径向平面对称。更一般地，槽52与槽50相对于所述径向平面对称。

第一距离传感器24面对第一槽50。传感器24面对槽的锥形壁50a。传感器24测量距锥形壁50a的距离。第二距离传感器25面对第二槽52。传感器25面对槽的锥形壁52a。传感器25测量距锥形壁52a的距离。

再次参照图2，外圈14设置有径向通孔(/贯通孔)54，第一距离传感器24和第二距离传感器25位于径向通孔54内部。通孔54从外圈的外表面10b延伸并且在孔10a上开口。通孔54在径向上面对内圈的第一槽50和第二槽52。

在所示出的示例中，传感器24、25中的每个安装到通孔54中，并且在径向上突出到设置在外圈10与内圈12之间的径向空间中。传感器24还突出到第一槽50中。传感器24保持与槽的锥形壁50a间隔开。类似地，传感器25还突出到第二槽52中。传感器25保持与槽的锥形壁52a间隔开。作为另一种选择，传感器24、25可以完全位于通孔54内部。

外圈10还包括封闭和密封通孔54的壳体(/机壳/护罩/护套)(casing)56。壳体56还支撑传感器24、25。传感器24、25通过任意适当的方式固定到壳体56。壳体56在径向上定位到通孔54中。壳体56通过任意适当的方式固定在通孔54内部，例如，通过压配合(/压配/压入配合)(force-fitting)固定在通孔54内部。壳体56与外圈的圆柱形外表面10b齐平。

如图3更清楚地示出的，第一传感器24包括安装在外圈的壳体56内部的传感器主体58。传感器主体58面对第一槽的锥形壁50a。传感器主体58突出到槽50中。传感器主体58保持与锥形壁50a间隔开。

在所公开的示例中，传感器24还包括用于传输感测数据的输出连接线缆(outputconnecting cable)60，输出连接线缆60相对于传感器主体58向外延伸。输出线缆60在径向上向外延伸。壳体56设置有贯通开口(未示出)，输出线缆60可以穿过该贯通开口。输出线缆60将传感器24连接到系统1，以传输感测到的测量值。作为另一种选择，在无线传感器的情况下，传感器24可以不具有这种输出线缆。

第一传感器的传感器主体58具有倾斜地延伸的纵向轴线62。轴线62还形成传感器24的纵向轴线。轴线62垂直于第一槽的锥形壁50a。

第二传感器25包括安装在壳体56内部的传感器主体64。传感器主体64面对第二槽的锥形壁52a。传感器主体64突出到槽52中。传感器主体64保持与锥形壁52a间隔开。

在所公开的示例中，传感器25还包括用于传输感测数据的输出连接线缆66，输出连接线缆66相对于传感器主体64向外延伸。输出线缆66穿过壳体56的开口。输出线缆66将传感器25连接到存储部件RM，以传输感测到的测量值。作为另一种选择，在无线传感器的情况下，传感器25可以不具有这种输出线缆。

第二传感器的传感器主体64具有倾斜地延伸的纵向轴线68。轴线68还形成传感器25的纵向轴线。轴线68垂直于第二槽的锥形壁52a。

传感器24、25中的每个可以是电感式距离传感器、或超声波距离传感器、或光学距离传感器。作为另一种选择，传感器24、25中的每个可以是设置有触控笔(/触针)(contactstylus)的机械距离传感器。在后一种情况下，机械传感器面对槽的锥形壁50a或52a，并且还与所述锥形壁接触。

如前所述，传感器24测量距内圈的第一槽的锥形壁50a的距离。沿着传感器24的纵向轴线62测量该距离。传感器25测量距内圈的第二槽的锥形壁52a的距离。沿着传感器25的纵向轴线68测量该距离。

图4示意性地且部分地示出了内圈12相对于外圈10的纯轴向位移。以虚线表示的槽50、52示出了内圈12在轴向移位之后的位置。内圈12相对于外圈10的轴向位移Da由标记为(referenced)70的箭头示出。

标记为72的箭头示出了在内圈12相对于外圈10轴向位移之前由传感器24测量到的距槽的锥形壁50a的第一距离。在该轴向位移之后由传感器24测量到的距槽的锥形壁50a的第二距离由标记为74的箭头示出。

由传感器24检测到的槽的锥形壁50a相对于外圈10的位移ΔM由标记为76的箭头表示。相对位移ΔM的值等于传感器24的差分测量值(differential measurement)，即，由传感器24测量的第二距离与第一距离之间的差。

在内圈12相对于外圈10的纯轴向位移的情况(如图4所示)下，槽的锥形壁50a相对于外圈10的位移ΔM的值还等于：

ΔM＝Da×sinβ    (1)

其中，Da是内圈12相对于外圈10的轴向位移的值，并且β是第一槽的锥形壁50a的第一锥角的值。

图5示意性地且部分地示出了内圈12相对于外圈10的纯径向位移。内圈12相对于外圈10的径向位移Dr由标记为80的箭头示出。

标记为82的箭头示出了在内圈12相对于外圈10径向位移之前由传感器24测量到的距槽的锥形壁50a的第一距离。在该径向位移之后由传感器24测量到的距槽的锥形壁50a的第二距离由标记为84的箭头示出。

由传感器24检测到的槽的锥形壁50a相对于外圈10的位移ΔM由标记为86的箭头表示。相对位移ΔM的值等于传感器24的差分测量值。

在内圈12相对于外圈10的纯径向位移的情况(如图4所示)下，槽的锥形壁50a相对于外圈10的位移ΔM的值还等于：

ΔM＝Dr×cosβ    (2)

其中，Dr是内圈12相对于外圈10的径向位移的值，并且β是第一槽的壁50a的第一锥角的值。

在内圈12相对于外圈10的组合轴向位移和径向位移的情况下，并且考虑到由第一传感器24发出的信号S₂₄是由该传感器测量的距离的线性函数，因此传感器的差分测量值ΔS₂₄由下式定义：

ΔS₂₄＝Dr×cosβ+Da×sinβ    (3)

类似地，关于面对第二槽的锥形壁52a的第二传感器25，该第二传感器的差分测量值ΔS₂₅由下式定义：

ΔS₂₅＝Dr×cosα-Da×sinα    (4)

其中，α是槽的壁52a的第二锥角的值。

如前所述，在所示出的示例中，该第二锥角α的值等于形成在第一槽的锥形壁50a与轴向圆柱形表面12b之间的第一锥角β的值。

因此，在该特定示例中，第二传感器25的差分测量值ΔS₂₅还由下式定义：

ΔS₂₅＝Dr×cosβ-Da×sinβ    (5)

因此，内圈12相对于外圈10的轴向相对位移Da和径向相对位移Dr等于：

因此，可以根据由传感器24、25测量到的位移来计算内圈12相对于外圈10的轴向相对位移和径向相对位移。有利地，确定部件DM计算内圈12相对于外圈10的这些轴向位移和径向位移。

再次参照图2和图3，在所示出的示例中，滚动轴承还包括附加密封件90，附加密封件90布置在由密封件42、44界定的封闭空间46内部。密封件90在轴向上位于密封件42附近。密封件90在轴向上布置在密封件42与轴向滚子20列之间。在所示出的示例中，密封件90安装到形成在内圈的圆柱形外表面12b上的槽(未示出)中，并且与外圈10接触。密封件90在通孔54附近与外圈的孔10a接触。作为另一种选择，密封件90可以安装在外圈14上并且与内圈12摩擦接触。

在径向上在外圈10与内圈12之间，密封件90与密封件42一起界定封闭的检测空间(未示出)，内圈的第一槽50和第二槽52以及外圈的通孔54在该封闭的检测空间内部开口。只有槽50、52、通孔54和传感器24、25位于检测空间内部。在检测空间内部，不存在成列的滚子。这降低了污染物(诸如，脂(/润滑脂)、灰尘、水)到达传感器24、25的风险。

图6(其中相同的部件被赋予相同的附图标记)所示出的示例与第一示例的不同之处仅在于，第一锥角β(形成在第一槽的锥形壁50a与轴向圆柱形表面12b之间)的值与第二锥角α(形成在第二槽的锥形壁52a与所述轴向圆柱形表面12b之间)的值不同。

因此，在这种情况下，内圈12相对于外圈10的轴向相对位移Da和径向相对位移Dr等于：

其中，

并且

在所示出的示例中，锥形槽50、52形成在内圈的圆柱形外表面12b上，在轴向上位于轴向滚子20列与密封件42之间。作为另一种选择，根据滚动轴承的设计，可以在圆柱形表面外12b的另一区域上或在内圈的鼻部的圆柱形外表面上设置槽50、52。

在所示出的示例中，锥形槽50、52连接在一起。换言之，第二槽52从第一槽50在轴向上延伸。在另一变型中，锥形槽50、52可以在轴向上相对于彼此间隔开。锥形槽50、52可以设置在内圈的同一圆柱形外表面上，或者设置在内圈的两个不同的轴向圆柱形表面(例如，内圈的圆柱形外表面12b和鼻部的圆柱形外表面)上。

另外，如前所述，在该示出的示例中，滚动轴承的第一圈是外圈10，而第二圈是内圈12。

作为替代方案，可以提供其中第一圈形成内圈并且第二圈形成外圈的相反配置。在这种情况下，锥形槽50、52中的每个形成在外圈的轴向圆柱形内表面(其形成所述外圈的孔)上，并且传感器24、25安装在内圈上。

在另一实施方式(未示出)中，一个单个锥形槽形成在第二圈的圆柱形外表面12b上并且朝向第一圈10取向。

第一距离传感器24安装在第一圈10上，并且面对第二圈12的锥形槽的相对于轴线X-X'倾斜的锥形壁。

第一距离传感器24的纵向轴线62垂直于轴线X-X'。

第二距离传感器25安装在第一圈10上，并且与第一距离传感器24不同。

第二距离传感器25在径向上面对第二圈12的第二轴向圆柱形表面。

内圈12相对于外圈10的轴向相对位移Da和径向相对位移Dr等于：

其中，ΔM是第一距离传感器24在第二圈12的锥形壁上的差分测量值，并且径向相对位移Dr是第二距离传感器25在第二圈12的圆柱形外表面12b上的差分测量值，并且γ是在轴承8的径向平面中形成在第二圈12的圆柱形外表面12b与锥形槽的锥形壁之间的角的值。

图7示出了实现系统1的方法的示例。

在步骤100中，在预定时间段内，在第一圈10和第二圈12的不同相对角位置处，第一距离传感器24和第二距离传感器25测量在第一圈10相对于第二圈12旋转时第一圈10与第二圈12之间的第一差分距离和第二差分距离。

在步骤101中，根据第一圈10和第二圈12的相对角位置以及在预定时间段内的时间变量的值，由存储部件RM存储(例如，以表的形式存储)传感器24的表示第一差分距离的差分测量值ΔS₂₄和传感器25的表示第二差分距离的差分测量值ΔS₂₅。

在步骤102期间，确定部件DM根据由存储部件RM存储的差分测量值ΔS₂₄和差分测量值ΔS₂₅来确定径向相对位移Dr的第一时间分布(/第一时间轮廓/第一时间曲线)(firsttemporal profile)和轴向相对位移Da的第二时间分布(/第二时间轮廓/第二时间曲线)。

确定部件DM从等式(6)和(7)、(8)和(9)或(12)确定径向相对位移Dr和轴向相对位移Da。

然后，确定部件DM根据时间变量的演变以及第一圈10和第二圈12的相对角位置来确定表示径向相对位移Dr的第一时间分布。

确定部件DM还根据时间变量的演变以及第一圈10和第二圈12的相对角位置来确定表示轴向相对位移Da的第二时间分布。

确定部件DM还可以通过径向相对位移Dr和轴向相对位移Da来确定第一圈10与第二圈12之间的参考位移(/基准位移)(reference displacement)Dref。

参考位移Dref等于：

确定部件DM可以根据时间变量的演变以及第一圈和第二圈的相对角位置来确定参考位移Dref的第三时间分布。

识别部件IM还可以从第三时间分布中识别轴承8的缺陷。

在步骤103期间，确定部件DM还可以根据至少一个时间分布来确定第一圈10与第二圈12之间的相对旋转速度。

由于每个时间分布根据时间变量以及第一圈和第二圈的相对角位置给出相对位移的演变，因此确定部件DM确定使得第一圈10相对于第二圈12完成完整的转动的时间段，然后计算相对旋转速度。

在步骤104中，识别部件IM从时间分布识别轴承8的缺陷。

识别部件IM例如使用快速傅里叶变换算法(FFT)将第一时间分布、第二时间分布或第三时间分布中的至少一者转换为频域表示形式(representative)。

识别部件IM将该表示形式中的频率与表征轴承缺陷的预定频率进行比较。

预定频率可以存储在识别部件IM中，并且例如根据经验(empirically)来确定。

每个预定频率是轴承8的一个缺陷的特征。

如果在比较期间该表示形式中的一个频率与一个预定频率匹配，则识别部件IM推断轴承8有缺陷，并且轴承8具有与由预定频率表征的缺陷相关联的缺陷。

作为变型，识别部件IM计算至少一个时间分布的二阶导数(second derivative)，以获得第一圈10与第二圈12之间的相对振动。

由识别部件IM确定的相对振动被传输到标准振动分析部件，以从相对振动中执行标准振动分析，并从振动分析中识别轴承缺陷。

在该变型中，使用用于从加速度计确定轴承8的缺陷的标准组件。

系统1许可限制传感器和传感器处理装置的数量，并且还许可减少轴承上安装用于监测轴承8以检测一个缺陷并监测振动的传感器的加工(步骤)。

系统1许可用相同的传感器组单独地监测轴向振动和径向振动。

系统1不需要大量的校准来过滤轴承8的缺陷的振动特性，并且特别适用于轴承的低频和低转速。

此外，从相对位移确定的振动测量不受轴承8的环境影响。

在所描述的示例中，轴承8是设置有三列滚动元件的回转轴承。作为另一种选择，滚动轴承可以包括仅一列滚动元件，或者两列滚动元件，或者四列或更多列滚动元件。在所示出的示例中，滚动元件是滚子。滚动轴承可以包括其他类型的滚动元件，例如，球。在另一变型中，轴承也可以是不具有滚动元件的滑动轴承。

Claims (10)

1.一种用于确定轴承(8)的至少一个缺陷的方法，所述轴承(8)包括能够相对于彼此同心地旋转的第一圈(10)和第二圈(12)，所述方法包括：

-在预定时间段内，在所述第一圈(10)和所述第二圈(12)的不同相对角位置处，测量在所述第一圈相对于所述第二圈旋转时所述第一圈(10)与所述第二圈(12)之间的第一差分距离和第二差分距离，

-根据所述第一圈(10)和所述第二圈(12)的相对角位置以及指示所述预定时间段的演变的时间变量的值，存储每个测量到的差分距离，

-根据所存储的测量到的差分距离，确定所述第一圈与所述第二圈之间的径向相对位移的第一时间分布以及所述第一圈与所述第二圈之间的轴向相对位移的第二时间分布，以及

-从所述时间分布中识别所述轴承的缺陷。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括：通过所述径向相对位移和所述轴向相对位移、所述时间变量以及所述第一圈与所述第二圈的相对角位置来确定所述第一圈(10)与所述第二圈(12)之间的参考位移的第三时间分布。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，包括：根据所述时间分布中的至少一者来确定所述第一圈(10)与所述第二圈(12)之间的相对旋转速度。

4.根据任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，识别缺陷的步骤包括：

-将所述时间分布中的至少一者转换为频域表示形式，

-将所述频域表示形式的频率与表征所述轴承(8)的缺陷的预定频率进行比较，以及

-根据所述比较的结果识别所述轴承的缺陷。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，识别缺陷的步骤包括：

-计算所述时间分布中的至少一者的二阶导数，以获得所述第一圈(10)与所述第二圈(12)之间的相对振动，

-从所述相对振动中执行振动分析，以及

-从所述振动分析中识别轴承缺陷。

6.一种用于确定轴承(8)的至少一个缺陷的系统(1)，所述轴承(8)包括能够相对于彼此同心地旋转的第一圈(10)和第二圈(12)，所述系统(1)包括：

-测量部件(MM)，用于在预定时间段内，测量在所述第一圈(10)相对于所述第二圈(12)旋转时所述第一圈(10)与所述第二圈(12)之间的第一差分距离和第二差分距离，并且测量所述第一圈(10)和所述第二圈(12)的相对角位置，

-存储部件(RM)，用于根据所述第一圈(10)和所述第二圈(12)的相对角位置以及指示所述预定时间段的演变的时间变量的值来存储每个测量到的差分距离，

-确定部件(DM)，用于根据由所述存储部件(RM)存储的测量到的差分距离来确定所述第一圈(10)与所述第二圈(12)之间的径向相对位移的时间分布以及所述第一圈与所述第二圈之间的轴向相对位移的第二时间分布，以及

-识别部件(IM)，用于从所述时间分布识别所述轴承的缺陷。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述测量部件(MM)包括安装在所述轴承的第一圈(10)上的第一距离传感器(24)和第二距离传感器(25)。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，至少第一锥形槽(50)和至少第二锥形槽(52)形成在所述轴承的第二圈上，并且朝向所述第一圈取向，

-所述第一距离传感器(24)安装在所述第一圈上，并且面对所述第二圈的第一锥形槽的锥形壁(50a)，所述第一锥形槽的锥形壁(50a)相对于所述轴承的轴线(X-X')倾斜，所述第一距离传感器(24)的纵向轴线(62)垂直于所述第一锥形槽的锥形壁(50a)，并且

-所述第二距离传感器(25)安装在所述第一圈上，并且面对所述第二圈的第二锥形槽的锥形壁(52a)，所述第二锥形槽的锥形壁(52a)相对于所述轴承的轴线(X-X')倾斜，所述第二距离传感器(25)的纵向轴线(68)垂直于所述第二锥形槽的锥形壁(52a)，

-所述第一槽的锥形壁(50a)和所述第二槽的锥形壁(52a)沿着相反的两个方向倾斜地延伸。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，至少一个锥形槽(50)形成在所述第二圈的圆柱形外表面(12b)上，并且朝向所述第一圈(10)取向，

-所述第一距离传感器(24)安装在所述第一圈上，并且面对所述第二圈的锥形槽的锥形壁(50a)，所述锥形槽的锥形壁(50a)相对于所述轴承的轴线(X-X')倾斜，所述第一距离传感器(24)的纵向轴线(60)垂直于所述轴线(X-X')，并且

-所述第二距离传感器(25)安装在所述第一圈上，并且与所述第一距离传感器(24)不同，所述第二距离传感器(25)在径向上面对所述第二圈的第二轴向圆柱形表面。

10.一种轴承(8)，包括能够相对于彼此同心地旋转的第一圈(10)和第二圈(12)以及根据前述权利要求6至9中任一项所述的系统。

Images