CN117191392A - 行星轮轴承打滑监测装置和行星轮传动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种行星轮轴承打滑监测装置和行星轮传动系统，所述行星轮轴承打滑监测装置包括行星传动组件、摩擦发电组件和检测组件，摩擦发电组件包括电极板、第一摩擦件和第二摩擦件，电极板设于行星架与行星轮的端面之间，第一摩擦件设于行星轮的端面上并与电极板相对，第二摩擦件设于行星轮轴承的端面上并与电极板相对，检测组件包括第一导线、第二导线和交流电分析设备，第一导线用于引出外圈电流，第二导线用于引出内圈电流。本发明的行星轮轴承打滑监测装置可实施监测行星轮轴承的打滑状态，结构简单，成本低，能够匹配行星轮传动系统复杂紧凑的结构特点。

Description

行星轮轴承打滑监测装置和行星轮传动系统

技术领域

本发明涉及齿轮传动设备技术领域，尤其涉及一种行星轮轴承打滑监测装置和行星轮传动系统。

背景技术

轴承是机械系统中最易出现故障的部件，对轴承进行早期故障监测有利于保证机械设备的正常运行和减少危害的发生。而行星轮轴承作为行星轮传动系统中的关键部件，随着滚动轴承服役工况日趋苛刻，其早期失效已严重制约重大装备技术的发展。滚动轴承早期失效主要形式之一是发生在滚动元件和滚道之间的打滑，这可能导致保持架断裂和加剧磨损，导致滚动轴承性能退化和恶化。

轴承打滑和保持架稳定性测试技术主要是通过测量保持架实际转速来实现。现有的测量方法主要有振动测量法、电涡流传感测量法、光纤位移传感测量法以及高速摄像测量法等，其中，振动测量法通过测量保持架振动的频率和振幅来间接计算保持架的转速，由于信号微弱导致测量精度很低；电涡流法需要专门的电涡流传感器和测量设备，精度较高但设备成本高昂；光纤位移传感器测量法需要将光纤传感器固定在轴承保持架上，不适用于结构紧凑的精密机械，同时受限于温度湿度等环境因素影响且成本较高；高速摄像法可以实现非接触测量但需要较高的图像处理能力和算法。因此，现有方法由于技术价格昂贵、传感器和保持架之间的需要通畅空间以及外部电源这些限制，很难实现行星轮轴承的广泛应用和实时在线监测。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

本发明实施例的行星轮轴承打滑监测装置包括：行星传动组件，所述行星传动组件包括太阳轮、行星架、行星轮和行星轮轴承，所述行星架套设在所述太阳轮的轴承上，且所述行星架具有与所述太阳轮的轴承同向延伸的支撑轴，所述行星轮轴承套设在所述支撑轴上，所述行星轮环设在所述行星轮轴承的外周；摩擦发电组件，所述摩擦发电组件包括电极板、第一摩擦件和第二摩擦件，所述电极板设于所述行星架与所述行星轮的端面之间，所述第一摩擦件设于所述行星轮的端面上并与所述电极板相对，所述第二摩擦件设于所述行星轮轴承的端面上并与所述电极板相对；检测组件，所述检测组件包括第一导线、第二导线和交流电分析设备，所述第一导线和所述第二导线均连接在所述电极板和所述交流电分析设备之间，所述第一导线用于向所述交流电分析设备引出所述第一摩擦件产生的摩擦电流，所述第二导线用于向所述交流电分析设备引出所述第二摩擦件产生的摩擦电流。

本发明实施例的行星轮轴承打滑监测装置，行星轮的端面上设有与电极板相对的第一摩擦件，行星轮轴承的端面上设有与电极板接相对的第二摩擦片，第一导线与电极板连接并将第一摩擦件产生的摩擦电流引流至交流电检测设备，第二导线与电极板连接并将第二摩擦件产生的摩擦电流引流至交流电检测设备，由此，根据内圈交流电和外圈交流电的频率可推算出行星轮轴承的实际转速，然后根据公式结合行星轮轴承的理论转速，可计算出行星轮轴承的打滑率，且由于本申请仅在原有的行星轮和行星架之间增设了片式的电极板、第一摩擦件和第二摩擦件，轴向空间占用小，能够匹配行星轮传动系统复杂紧凑的结构特点，结构简单，成本低，可以实现行星轮轴承的广泛应用和实时在线监测。

在一些实施例中，所述第一摩擦件和所述第二摩擦件均为环形，所述电极板包括与所述第二摩擦件相对的内圈叉指电极和与所述第一摩擦件相对的外圈叉指电极，所述第一导线和与所述外圈叉指电极环连接，所述第二导线与所述内圈叉指电极环连接。

在一些实施例中，所述第一摩擦件包括多个在所述行星轮的周向上间隔布置的第一摩擦凸片，所述第一摩擦凸片与所述外圈叉指电极相对，所述第二摩擦件包括多个在所述行星轮轴承的周向上间隔布置的第二摩擦凸片，所述第二摩擦凸片与所述内圈叉指电极相对。

在一些实施例中，所述外圈叉指电极的对数与所述第一摩擦凸片的数量一致，所述内圈叉指电极的对数与所述第二摩擦凸片的数量一致。

在一些实施例中，所述外圈叉指电极为12对，所述内圈叉指电极为8对。

在一些实施例中，所述电极板夹持在所述行星架和所述行星轮之间，且所述行星轮架和所述电极板之间设有垫片，和/或所述电极板和所述行星轮之间设有垫片。

在一些实施例中，所述太阳轮的轴承上设有沿其轴线延伸的中心穿孔，所述第一导线和所述第二导线穿过所述中心穿孔并引出至所述交流电检测设备。

在一些实施例中，所述太阳轮的轴承上还设有滑环，所述第一导线和所述第二导线穿过所述滑环后与所述交流电检测设备连接。

在一些实施例中，所述第一摩擦件与所述行星轮胶粘连接，所述第二摩擦件与所述行星轮轴承胶粘连接。

本发明实施例的行星轮传动系统包括上述实施例所述的行星轮轴承打滑监测装置。

本发明实施例的行星轮传动系统，通过采用上述行星轮轴承打滑监测装置，行星轮的端面上设有与电极板相对的第一摩擦件，行星轮轴承的端面上设有与电极板相对的第二摩擦片，第一导线与电极板连接并将第一摩擦件产生的摩擦电流引流至交流电检测设备，第二导线与电极板连接并将第二摩擦件产生的摩擦电流引流至交流电检测设备，由此，根据内圈交流电和外圈交流电的频率可推算出行星轮轴承的实际转速，然后根据公式结合行星轮轴承的理论转速，可计算出行星轮轴承的打滑率，且由于本申请仅在原有的行星轮和行星架之间增设了片式的电极板、第一摩擦件和第二摩擦件，轴向空间占用小，能够匹配行星轮传动系统复杂紧凑的结构特点，结构简单，成本低，可以实现行星轮轴承的广泛应用和实时在线监测，有利于延长整个行星轮传动系统的寿命。

附图说明

图1是本发明实施例的行星轮轴承打滑监测装置的结构示意图；

图2是本发明实施例的行星轮轴承打滑监测装置的行星轮、电极板、行星架的装配示意图；

图3是本发明实施例的行星轮轴承打滑监测装置的第一摩擦件、第二摩擦件和电极板的设置示意图。

图4是本发明实施例的行星轮轴承打滑监测装置第一摩擦件和第二摩擦件的装配示意图。

图5是本发明实施例的行星轮轴承打滑监测装置的电极板的结构示意图。

图6是本发明实施例的行星轮轴承打滑监测装置的侧视图。

图7是本发明实施例的行星轮轴承打滑监测装置的主视图。

图8是本发明实施例的行星轮轴承打滑监测装置的第一摩擦件的结构示意图。

附图标记：

行星架1，行星轮2，行星轮轴承3，电极板4，内圈叉指电极41，外圈叉指电极42，第一摩擦件5，第一摩擦凸片51，第二摩擦件6，第二摩擦凸片61，垫片7，中心穿孔9，支撑轴10，滑环11。

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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1-图8所示，本发明实施例的行星轮轴承打滑监测装置包括行星传动组件、摩擦发电组件和监测组件。

具体地，行星传动组件包括太阳轮、行星架1、行星轮2和行星轮轴承3，行星架1套设在太阳轮的轴承上，且行星架1具有与太阳轮的轴承同向延伸的支撑轴10，行星轮轴承3套设在支撑轴10上，行星轮2环设在行星轮轴承3的外周，摩擦发电组件包括电极板4、第一摩擦件5和第二摩擦件6，电极板4设于行星架1与行星轮2的端面之间，第一摩擦件5设于行星轮2的端面上并与电极板4相对，第二摩擦件6设于行星轮轴承3的端面上并与电极板4相对，检测组件包括第一导线、第二导线和交流电分析设备，第一导线和第二导线均连接在电极板4和交流电分析设备之间，第一导线用于向交流电分析设备引出第一摩擦件5产生的摩擦电流，第二导线用于向交流电分析设备引出第二摩擦件6产生的摩擦电流。

优选地，第一摩擦件5和第二摩擦件6均为环形，电极板4包括与第二摩擦件6相对的内圈叉指电极41和与第一摩擦件5相对的外圈叉指电极42，第一导线和与外圈叉指电极42环连接，第二导线与内圈叉指电极41环连接。优选地，导线焊接在叉指电极的端部。

需要说明的是，本申请可通过第一导线和第二导线引出外圈交流电和内圈交流电，并根据两种交流电的频率结合公式来结算出行星轮轴承3的实际转速，然后将该实际转速与理论转速作对比以得出打滑率。

为便于理解本申请对行星轮轴承3打滑率的检测过程，下面结合各部件的运动关系进行详细说明：

当太阳轮带动行星轮2旋转时，由于第一摩擦件5被粘贴在行星轮2上，第一摩擦件5随行星轮2一起转动，同理第二摩擦件6随行星轮轴承3一起转动。摩擦件转动过程中，周期性地扫掠电极板4上的电极，从而产生交流电流。得到的交流信号的瞬时频率与齿轮(或轴承)转动的瞬时频率成线性关系，斜率等于电极对数。

例如，在1500rpm的输入转速下，第二摩擦件6(此处第二摩擦件6为环形)与电极板4可以稳定生成幅值为374mV，主频率为28Hz的交流电，在1500rpm的输入转速下，第一摩擦件5(此处第一摩擦件5为环形)和电极板4可以稳定生成幅值为1951mV，主频率为68Hz的交流电，由太阳轮的转速n_s＝1500rpm,根据TENG的工作原理，有

外圈输出交流电的频率f_o＝68Hz,外圈电极对数N_eo＝12(对数可根据需求布置)，可得到行星轮2相对行星架1的转速：n_pr＝343.15rpm

同理对内圈TENG，有

根据内圈输出交流电的f_i＝28Hz内圈电极对数N_ei＝8,可得到行星轮轴承3相对行星架1的转速：n_br＝210.375rpm

行星轮轴承3理论转速计算公式：

其中D为滚子直径，d_m为轴承节圆直径，α为接触角，n_内为轴承内圈转速，n_外为轴承外圈转速。

轴承内圈随行星架1一起转动，轴承内圈相对行星架1的转速为0，有行星轮轴承3相对行星架1的理论转速n_Lr为

故行星轮轴承3的打滑率

也就是说，本申请的行星轮轴承打滑监测装置通过引出第一摩擦件5产生的摩擦电流和第二摩擦件6产生的摩擦电流，并根据电流的频率结合相关运算公式推算出行星轮轴承3的打滑率，实现行星轮轴承3打滑率的监测。

本发明实施例的行星轮轴承打滑监测装置，行星轮2的端面上设有与电极板4相对的第一摩擦件5，行星轮轴承3的端面上设有与电极板4相对的第二摩擦片，第一导线与电极板4连接并将第一摩擦件5产生的摩擦电流引流至交流电检测设备，第二导线与电极板4连接并将第二摩擦件6产生的摩擦电流引流至交流电检测设备，由此，根据内圈交流电和外圈交流电的频率可推算出行星轮轴承3的实际转速，然后根据公式结合行星轮轴承3的理论转速，可计算出行星轮轴承3的打滑率，且由于本申请仅在原有的行星轮2和行星架1之间增设了片式的电极板4、第一摩擦件5和第二摩擦件6，轴向空间占用小，能够匹配行星轮传动系统复杂紧凑的结构特点，结构简单，成本低，可以实现行星轮轴承3的广泛应用和实时在线监测。

优选地，叉指电极采用在FR-4环氧树脂玻纤板材上覆锡工艺制成，电极材料为锡，以光栅状成对排布。

优选地，如图4和图8所示，第一摩擦件5包括多个在行星轮2的周向上间隔布置的第一摩擦凸片51，第一摩擦凸片51与外圈叉指电极42相对，第二摩擦件6包括多个在行星轮轴承3的周向上间隔布置的第二摩擦凸片61，第二摩擦凸片61与内圈叉指电极41相对。由此，摩擦凸片可周期性地扫掠电极板4上梳齿状的电极，从而产生交流电流。

优选地，如图4和图5所示，外圈叉指电极42的对数与第一摩擦凸片51的数量一致，内圈叉指电极41的对数与第二摩擦凸片61的数量一致。

优选地，如图4所示，外圈叉指电极42为12对，内圈叉指电极41为8对。

可选地，外圈叉指电极42和内圈叉指电极41的对数不限于为12对、8对，具体可根据需求选择。

优选地，如图2和图3所示，电极板4夹持在行星架1和行星轮2之间，且行星轮2架和电极板4之间设有垫片7，和/或电极板4和行星轮2之间设有垫片7。由此，可通过调整垫片7数量或厚度来调整行星轮2和行星架1的间隙。

可选地，如图6所示，太阳轮的轴承上设有沿其轴线延伸的中心穿孔9，第一导线和第二导线穿过中心穿孔9并引出至交流电检测设备。由此，中心穿孔9可为导线提供走线空间，同时避免导线随意摆动。

进一步地，如图7所示，太阳轮的轴承上还设有滑环11，第一导线和第二导线穿过滑环11后与交流电检测设备连接。可以理解的是，通过设置滑环11，可避免导线缠绕的问题。

优选地，第一摩擦件5与行星轮2胶粘连接，第二摩擦件6与行星轮轴承3胶粘连接。

本发明实施例的行星轮传动系统包括上述实施例的行星轮轴承打滑监测装置。

本发明实施例的行星轮传动系统，通过采用上述行星轮轴承打滑监测装置，行星轮2的端面上设有与电极板4相对的第一摩擦件5，行星轮轴承3的端面上设有与电极板4相对的第二摩擦片，第一导线与电极板4连接并将第一摩擦件5产生的摩擦电流引流至交流电检测设备，第二导线与电极板4连接并将第二摩擦件6产生的摩擦电流引流至交流电检测设备，由此，根据内圈交流电和外圈交流电的频率可推算出行星轮轴承3的实际转速，然后根据公式结合行星轮轴承3的理论转速，可计算出行星轮轴承3的打滑率，且由于本申请仅在原有的行星轮2和行星架之间增设了片式的电极板4、第一摩擦件5和第二摩擦件6，轴向空间占用小，能够匹配行星轮传动系统复杂紧凑的结构特点，结构简单，成本低，可以实现行星轮轴承3的广泛应用和实时在线监测，有利于延长整个行星轮传动系统的寿命。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种行星轮轴承打滑监测装置，其特征在于，包括：

行星传动组件，所述行星传动组件包括太阳轮、行星架、行星轮和行星轮轴承，所述行星架套设在所述太阳轮的轴承上，且所述行星架具有与所述太阳轮的轴承同向延伸的支撑轴，所述行星轮轴承套设在所述支撑轴上，所述行星轮环设在所述行星轮轴承的外周；

摩擦发电组件，所述摩擦发电组件包括电极板、第一摩擦件和第二摩擦件，所述电极板设于所述行星架与所述行星轮的端面之间，所述第一摩擦件设于所述行星轮的端面上并与所述电极板相对，所述第二摩擦件设于所述行星轮轴承的端面上并与所述电极板相对；

检测组件，所述检测组件包括第一导线、第二导线和交流电分析设备，所述第一导线和所述第二导线均连接在所述电极板和所述交流电分析设备之间，所述第一导线用于向所述交流电分析设备引出所述第一摩擦件产生的摩擦电流，所述第二导线用于向所述交流电分析设备引出所述第二摩擦件产生的摩擦电流。

2.根据权利要求1所述的行星轮轴承打滑监测装置，其特征在于，所述第一摩擦件和所述第二摩擦件均为环形，所述电极板包括与所述第二摩擦件相对的内圈叉指电极和与所述第一摩擦件相对的外圈叉指电极，所述第一导线和与所述外圈叉指电极环连接，所述第二导线与所述内圈叉指电极环连接。

3.根据权利要求2所述的行星轮轴承打滑监测装置，其特征在于，所述第一摩擦件包括多个在所述行星轮的周向上间隔布置的第一摩擦凸片，所述第一摩擦凸片与所述外圈叉指电极相对，所述第二摩擦件包括多个在所述行星轮轴承的周向上间隔布置的第二摩擦凸片，所述第二摩擦凸片与所述内圈叉指电极相对。

4.根据权利要求3所述的行星轮轴承打滑监测装置，其特征在于，所述外圈叉指电极的对数与所述第一摩擦凸片的数量一致，所述内圈叉指电极的对数与所述第二摩擦凸片的数量一致。

5.根据权利要求4所述的行星轮轴承打滑监测装置，其特征在于，所述外圈叉指电极为12对，所述内圈叉指电极为8对。

6.根据权利要求1所述的行星轮轴承打滑监测装置，其特征在于，所述电极板夹持在所述行星架和所述行星轮之间，且所述行星轮架和所述电极板之间设有垫片，和/或所述电极板和所述行星轮之间设有垫片。

7.根据权利要求1所述的行星轮轴承打滑监测装置，其特征在于，所述太阳轮的轴承上设有沿其轴线延伸的中心穿孔，所述第一导线和所述第二导线穿过所述中心穿孔并引出至所述交流电检测设备。

8.根据权利要求1所述的行星轮轴承打滑监测装置，其特征在于，所述太阳轮的轴承上还设有滑环，所述第一导线和所述第二导线穿过所述滑环后与所述交流电检测设备连接。

9.根据权利要求1所述的行星轮轴承打滑监测装置，其特征在于，所述第一摩擦件与所述行星轮胶粘连接，所述第二摩擦件与所述行星轮轴承胶粘连接。

10.一种行星轮传动系统，其特征在于，包括根据权利要求1-9中任一项所述的行星轮轴承打滑监测装置。