CN218913465U - 一种具备滚道状态监测功能的转盘轴承 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具备滚道状态监测功能的转盘轴承，属于轴承技术领域，为了监测轴承在工作过程中滚道的情况，所述具备滚道状态监测功能的转盘轴承包括依次连接的旋转套圈(1)、滚子和固定套圈，旋转套圈(1)和所述固定套圈之间设有保持架，所述保持架上设有第一监测模块组(20)，第一监测模块组(20)含有图像采集及处理模块(202)，图像采集及处理模块(202)能够拍摄所述内滚道和所述外滚道的图像。所述具备滚道状态监测功能的转盘轴承以直观的方式实时监测转盘轴承运转过程中内外滚道各位置表面的具体状态，及早发现滚道表面是否出现磨损、压坑、锈蚀及剥落等失效和故障并及时预警。

Description

一种具备滚道状态监测功能的转盘轴承

技术领域

本实用新型涉及轴承技术领域，具体的是一种具备滚道状态监测功能的转盘轴承。

背景技术

转盘轴承是能够承受综合载荷的大型轴承，可以同时承受较大倾覆力矩、大扭矩及较大的轴向、径向冲击载荷，因此广泛用于起重机械、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，其作为大型回转装置的主要承载部件需要满足复杂工况下的高可靠性，但在实际服役过程中易发生滚道异常磨损、压痕、压坑、点蚀等失效问题，若滚道早期失效不能及时发现，很容易扩展最终造成大面积剥落、锈蚀等严重故障。

现阶段针对轴承滚道故障监测涌现了不少技术成果，大多是通过测量内外圈的轴向、径向相对位移来实现滚道故障监测，但上述方法只适用于滚道产生较大磨损量导致轴承内外圈出现明显相对位移的情况，且易受到安装、加工、测量精度等诸多因素的影响使得测量结果不准确，同时也无法以直观的方式实时监测轴承内外滚道具体失效形式和故障状态。

实用新型内容

为了监测轴承在工作过程中滚道的情况，本实用新型提供了一种具备滚道状态监测功能的转盘轴承，所述具备滚道状态监测功能的转盘轴承以直观的方式实时监测转盘轴承运转过程中内外滚道各位置表面的具体状态，及早发现滚道表面是否出现磨损、压坑、锈蚀及剥落等失效和故障并及时预警，对降低转盘轴承发生严重故障的风险、减少设备停机和拆机、提高设备工作的安全性、稳定性和经济性具有重要意义。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种具备滚道状态监测功能的转盘轴承，包括依次连接的旋转套圈、滚子和固定套圈，旋转套圈上设有内滚道，所述固定套圈上设有外滚道，所述滚子与所述内滚道和所述外滚道均接触，旋转套圈和所述固定套圈之间设有保持架，所述保持架上设有第一监测模块组，第一监测模块组含有多个图像采集及处理模块，多个图像采集及处理模块能够拍摄所述内滚道和所述外滚道的图像。

第一监测模块组还含有标识模块、无线发射器、电源模块和数据存储器，图像采集及处理模块、标识模块、无线发射器和电源模块均与数据存储器连接。

第一监测模块组还含有集成电路板载体，图像采集及处理模块、标识模块、无线发射器、电源模块和数据存储器均安装于集成电路板载体上。

封装箱体内设有密封空腔，图像采集及处理模块、电源模块和数据存储器均位于所述密封空腔内，封装箱体上设有多个拍摄窗口，图像采集及处理模块含有镜头，图像采集及处理模块的镜头与所述拍摄窗口一一对应。

封装箱体的内侧面朝向所述内滚道，封装箱体的外侧面朝向所述外滚道，封装箱体的内侧面和外侧面均设有多个耐磨支脚，封装箱体的内侧面的耐磨支脚能够与所述内滚道接触，封装箱体的外侧面的耐磨支脚能够与所述外滚道接触。

第一监测模块组含有四个图像采集及处理模块，图像采集及处理模块为智能视觉传感器，四个图像采集及处理模块中的两个图像采集及处理模块能够拍摄所述内滚道的图像，四个图像采集及处理模块中的另外两个图像采集及处理模块能够拍摄所述外滚道的图像。

所述保持架含有多个保持架隔离块，多个保持架隔离块沿保持架的周向间隔排列，相邻的两个保持架隔离块之间设有滚子安装通孔；第一监测模块组匹配地设置于滚子安装通孔内；或者，保持架隔离块内设有模块安装孔，第一监测模块组匹配地设置于模块安装孔内。

所述固定套圈上设有第二监测模块组，第二监测模块组的轴向位置与第一监测模块组的轴向位置相对应，第二监测模块组含有依次连接的识别模块和无线接收器，所述无线接收器通过数据传输线与数据处理控制器和显示器依次连接，第一监测模块组还含有标识模块和无线发射器，当第二监测模块组的所述识别模块识别出第一监测模块组的标识模块时，无线发射器能够向所述无线接收器发送数据。

所述滚子包括主推滚子、径向滚子和辅推滚子，所述保持架包括主推保持架、径向保持架和辅推保持架，所述内滚道包括主推滚子内滚道、径向滚子内滚道和辅推滚子内滚道，所述外滚道包括主推滚子外滚道、径向滚子外滚道和辅推滚子外滚道。

当主推保持架上设有第一监测模块组时，主推保持架上第一监测模块组的图像采集及处理模块能够拍摄主推滚子内滚道和主推滚子外滚道的图像；

当径向保持架上设有第一监测模块组时，径向保持架上第一监测模块组的图像采集及处理模块能够拍摄径向滚子内滚道和径向滚子外滚道的图像；

当辅推保持架上设有第一监测模块组时，辅推保持架上第一监测模块组的图像采集及处理模块能够拍摄辅推滚子内滚道和辅推滚子外滚道的图像。

本实用新型的有益效果是：所述具备滚道状态监测功能的转盘轴承能够在运行过程中，以直观的方式在线监测转盘轴承内部滚子与内外滚道接触表面，及早发现滚道表面是否出现磨损、压坑、锈蚀及剥落等失效和故障并及时预警，有效降低转盘轴承发生严重故障的风险，减少设备停机和拆机，提高设备工作的安全性、稳定性和经济性，同时也为后续开展转盘轴承滚道状态监测及故障诊断、滚道失效原因分析及失效机理、优化转盘轴承设计、改善转盘轴承运维等研究提供数据支撑和工程应用参考。

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实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1是本实用新型所述具备滚道状态监测功能的转盘轴承的剖视示意图。

图2是本实用新型所述具备滚道状态监测功能的转盘轴承在第一监测模块组部位的剖视示意图。

图3是图2中A部位的放大示意图。

图4是第一监测模块组的示意图。

图5是第一监测模块组位于滚子安装通孔内的示意图。

图6是第一监测模块组位于模块安装孔内示意图。

附图标记说明如下：

1、旋转套圈；2、第一固定套圈；3、第二固定套圈；4、主推保持架；5、主推滚子；6、主推滚子外滚道；7、主推滚子内滚道；8、径向保持架；9、径向滚子；10、径向滚子外滚道；11、径向滚子内滚道；12、辅推保持架；13、辅推滚子；14、辅推滚子外滚道；15、辅推滚子内滚道；16、第二监测模块组；17、数据传输线；18、数据处理控制器；19、显示器；20、第一监测模块组；

201、封装箱体；202、图像采集及处理模块；203、耐磨支脚；204、标识模块；205、无线发射器；206、电源模块；207、数据存储器；208、集成电路板载体；

401、保持架隔离块；402、滚子安装通孔；403、模块安装孔。

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实用新型。

一种具备滚道状态监测功能的转盘轴承，包括依次连接的旋转套圈1、滚子和固定套圈，旋转套圈1套设于所述固定套圈外，旋转套圈1上设有内滚道，所述固定套圈上设有外滚道，所述滚子与所述内滚道和所述外滚道均接触，旋转套圈1和所述固定套圈之间设有保持架，所述保持架上设有第一监测模块组20，第一监测模块组20含有多个图像采集及处理模块202，多个图像采集及处理模块202能够拍摄所述内滚道和所述外滚道的图像，如图1至图4所示。

在本实施例中，第一监测模块组20还含有标识模块204、无线发射器205、电源模块206和数据存储器207，图像采集及处理模块202、标识模块204、无线发射器205和电源模块206均与数据存储器207电性连接。数据存储器207主要用于存储图像采集及处理模块采集和预处理的数据。

在本实施例中，第一监测模块组20还含有集成电路板载体208，图像采集及处理模块202、标识模块204、无线发射器205、电源模块206和数据存储器207均安装于集成电路板载体208上。电源模块206主要用于为第一监测模块组20提供充足的电能，可以采用自发电装置、电池或无线充电装置中一种或多种，在随保持架转动时不断产生能量，同时配备能量存储器，将自发电装置产生的电能进行储存，确保第一监测模块组20始终有足够的电能可以使用。

在本实施例中，第一监测模块组20还含有封装箱体201，封装箱体201内设有密封空腔，图像采集及处理模块202、电源模块206和数据存储器207均位于封装箱体201的密封空腔内，封装箱体201上设有多个拍摄窗口(即通孔)，图像采集及处理模块202含有镜头，图像采集及处理模块202的镜头与所述拍摄窗口一一对应地密封固定连接，将第一监测模块组20集成封装为一体，避免内部各模块暴露在外部，影响正常工作和使用。

在本实施例中，图像采集及处理模块202可以采用现有的高清摄像头，第一监测模块组20还含有照明模块，所述照明模块可以采用现有的LED灯。所述照明模块可以设置于封装箱体201上，所述照明模块的具体数量和安装位置可以根据需要或有限次实验确定。

在本实施例中，封装箱体201的内侧面朝向所述内滚道，封装箱体201的外侧面朝向所述外滚道，封装箱体201的内侧面和外侧面均设有多个耐磨支脚203，耐磨支脚203可以呈柱状结构，封装箱体201的内侧面的耐磨支脚203能够与所述内滚道接触，封装箱体201的外侧面的耐磨支脚203能够与所述外滚道接触。耐磨支脚203与滚道(所述内滚道和外滚道)的接触方式与所述保持架(上的耐磨块)与滚道(所述内滚道和外滚道)的接触方式相同，耐磨支脚203的材质与所述保持架(上的耐磨块)的材质相同。

例如，封装箱体201的内侧面和外侧面均设有四个耐磨支脚203，四个耐磨支脚203均位于封装箱体201的边缘，四个耐磨支脚203呈矩形分布，封装箱体201的内侧面的耐磨支脚203的内端与所述内滚道接触，封装箱体201的外侧面的耐磨支脚203的外端与所述外滚道接触，但耐磨支脚203不会对所述内滚道和外滚道产生较大的压力，这样可以使封装箱体201沿轴承的轴向定位，耐磨支脚203又不会增大轴承的摩擦阻力，以及损伤所述内滚道和外滚道的工作面。

通过封装箱体201上的耐磨支脚203使得第一监测模块组20稳定放置在保持架上，第一监测模块组20不会随着保持架在滚道间的晃动而发生晃动且能够跟随保持架一起发生转动，但第一监测模块组20的放置方式不限于上述方式，只要能够达到转盘轴承运转时，第一监测模块组20随保持架发生同步旋转的功能且不会在滚道间发生明显晃动即可。

在本实施例中，第一监测模块组20可以含有四个图像采集及处理模块202，图像采集及处理模块202也可以为现有的智能视觉传感器(也可以称为AI视觉传感器)，四个图像采集及处理模块202中的两个图像采集及处理模块202能够拍摄所述内滚道的图像，四个图像采集及处理模块202中的另外两个图像采集及处理模块202能够拍摄所述外滚道的图像。第一监测模块组20的图像采集及处理模块202分布在两侧，可以在保持架旋转过程中对所经过的主推滚子内外滚道进行图像采集及图像预处理，并转化为电信号存储至数据存储器207，如图4所示。

例如，四个图像采集及处理模块202分别为第一个图像采集及处理模块202、第二个图像采集及处理模块202、第三个图像采集及处理模块202和第四个图像采集及处理模块202。第一个图像采集及处理模块202和第二个图像采集及处理模块202的镜头朝向所述内滚道，可以拍摄所述内滚道的图像。第三个图像采集及处理模块202和第四个图像采集及处理模块202的镜头朝向所述外滚道，可以拍摄所述外滚道的图像。

所述的图像采集及处理模块202均匀分布于集成电路板载体208的两侧，采用的高精度、超广角且防油防污镜头距离滚子与内外滚道接触处表面有一定距离，保证镜头能够采集到内外滚道表面足够的区域，同时可以有效减少轴承内部油液附着在镜头上导致采集的图像模糊，也减少油液对于镜头的损伤，采集的滚子与内外滚道接触处表面的图像需要进行预处理，如AD、二值化、图像平滑、变换、增强、恢复、滤波等，此处可以采用现有技术中比较成熟的高精度的智能视觉传感器(也可以称为AI视觉传感器)及其配套系统即可实现，图像采集及预处理功能。

在本实施例中，所述保持架含有多个保持架隔离块401，多个保持架隔离块401沿保持架的周向均匀间隔排列，相邻的两个保持架隔离块401之间设有滚子安装通孔402(也可以称为兜孔)，所述滚子安装于滚子安装通孔402内，根据需要第一监测模块组20可以匹配的安装于滚子安装通孔402内，第一监测模块组20与安装于滚子安装通孔402之间可以有较小的间隙，第一监测模块组20可以替换一个或多个滚子，如图5所示。

或者，保持架隔离块401内设有模块安装孔403，第一监测模块组20可以匹配的安装于位于模块安装孔403内，第一监测模块组20与模块安装孔403之间可以有较小的间隙，如图6所示。第一监测模块组20的数量可以根据需要而定，例如可以为一个或多个，即可以在滚子安装通孔402内或模块安装孔403内安装一个或多个第一监测模块组20。另外，保持架上设有用于暴露标识模块204和无线发射器205的安装通孔。

在本实施例中，所述固定套圈上设有第二监测模块组16，第二监测模块组16的轴向位置与第一监测模块组20的轴向位置相对应，所述的第二监测模块组16固定安装在转盘轴承固定套圈的某一确定位置，当第一监测模块组20旋转至该位置时，第二监测模块组16上识别模块可以识别到第一监测模块组20内的标识模块，此时储存在数据存储器207的数据通过无线发射器205发射至第二监测模块组16内的无线接收器，并通过数据传输线17传输至数据处理控制器18。

第二监测模块组16含有依次连接的识别模块和无线接收器，所述无线接收器通过数据传输线17与数据处理控制器18和显示器19依次连接，当第二监测模块组16的所述识别模块识别出第一监测模块组20的标识模块204时，无线发射器205能够向所述无线接收器发送数据，所述无线接收器可以接收无线发射器205发送的数据，如图1至图2所示。

所述的标识模块204、识别模块、无线发射器205和无线接收器是相互配合工作的，主要作用是当第一监测模块组20靠近第二监测模块组16时能够被识别从而进行后续的无线数据传输，识别模块可以采用非接触式接近开关，标识模块204可以是无线发射器外伸至保持架中的端面，但不限于此结构只要能够实现第一监测模块组20被第二监测模块组16识别时，无线发射器205迅速发射信号至无线接收器，达到快速准确的无线数据传输功能即可。

所述的数据处理控制器18置于转盘轴承外部，通过智能控制算法对滚子与内外滚道接触表面正常状态的图像和出现各种典型的故障及失效形式的图像不断进行学习和训练，确定判决分类规则实现分类器的设计，同时对来自第一监测模块组20和第二监测模块组16监测的图像信息进行特征提取和分类识别判断，最终达到对采集的图像进行故障识别和分类判断并及时做出预警的效果，此处可以采用现有技术中比较成熟的机器学习智能视觉识别和AI智能控制算法来实现。

所述的显示器19置于转盘轴承外部，能够实时显示监测模块组图像采集结果、数据处理控制器的故障识别分类结果及预警信息结果，以直观的方式在线监测滚子与滚道接触表面处是否出现磨损、压坑、锈蚀、剥落等。

在本实施例中，所述固定套圈含有第一固定套圈2和第二固定套圈3，第一固定套圈2和第二固定套圈3连接固定为一体，所述滚子包括主推滚子5、径向滚子9和辅推滚子13，所述保持架包括主推保持架4、径向保持架8和辅推保持架12，所述内滚道包括主推滚子内滚道7、径向滚子内滚道11和辅推滚子内滚道15，所述外滚道包括主推滚子外滚道6、径向滚子外滚道10和辅推滚子外滚道14。第一监测模块组20可以安装与主推保持架4、径向保持架8和辅推保持架12中一个或多个上，从而可以相应的观察内滚道和外滚道的工作情况。

例如，情况一、当主推保持架4上设有第一监测模块组20时，第二监测模块组16位于第一固定套圈2上，主推保持架4上第一监测模块组20的图像采集及处理模块202能够拍摄主推滚子内滚道7和主推滚子外滚道6的图像。情况二、当径向保持架8上设有第一监测模块组20时，第二监测模块组16也位于第一固定套圈2上，径向保持架8上第一监测模块组20的图像采集及处理模块202能够拍摄径向滚子内滚道11和径向滚子外滚道10的图像。情况三、当辅推保持架12上设有第一监测模块组20时，第二监测模块组16位于第二固定套圈3上，辅推保持架12上第一监测模块组20的图像采集及处理模块202能够拍摄辅推滚子内滚道15和辅推滚子外滚道14的图像。上述三种情况(即情况一、情况二和情况三)可以存在一种、两种或三种。

下面以第一监测模块组20安装在主推保持架4上为例，介绍所述具备滚道状态监测功能的转盘轴承的工作过程。

主推保持架4上安装有第一监测模块组20，所述固定套圈上安装有第二监测模块组16，所述的第一监测模块组20含有标识模块204，第二监测模块组16含有识别模块；当转盘轴承发生转动时，旋转套圈1转动，第一监测模块组20随主推保持架4发生转动，第一监测模块组20在转动过程中，图像采集及处理模块202采集主推滚子5与主推滚子外滚道6和主推滚子内滚道7接触处表面图像并进行预处理，预处理的图像储存在数据存储器207中。

当第一监测模块组20靠近第二监测模块组16时，第二监测模块组16的所述识别模块识别出第一监测模块组20的标识模块204，此时进行无线数据传输(即无线发射器205向所述无线接收器发送数据，所述无线接收器可以接收无线发射器205发送的数据)，将监测数据无线传输至第二监测模块组16；第二监测模块组16将所有监测数据通过数据传输线17传输至外部的数据处理控制器18，通过智能控制算法对采集图像进行故障识别和分类，最终将结果实时显示在外部的显示器19上，实现对转盘轴承内部滚道状态的实时监测。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施例，不能以其限定实用新型实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本实用新型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，本实用新型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 (10)

1.一种具备滚道状态监测功能的转盘轴承，其特征在于，所述具备滚道状态监测功能的转盘轴承包括依次连接的旋转套圈(1)、滚子和固定套圈，旋转套圈(1)上设有内滚道，所述固定套圈上设有外滚道，所述滚子与所述内滚道和所述外滚道均接触，旋转套圈(1)和所述固定套圈之间设有保持架，所述保持架上设有第一监测模块组(20)，第一监测模块组(20)含有多个图像采集及处理模块(202)，多个图像采集及处理模块(202)能够拍摄所述内滚道和所述外滚道的图像。

2.根据权利要求1所述的具备滚道状态监测功能的转盘轴承，其特征在于，第一监测模块组(20)还含有标识模块(204)、无线发射器(205)、电源模块(206)和数据存储器(207)，图像采集及处理模块(202)、标识模块(204)、无线发射器(205)和电源模块(206)均与数据存储器(207)连接。

3.根据权利要求2所述的具备滚道状态监测功能的转盘轴承，其特征在于，第一监测模块组(20)还含有集成电路板载体(208)，图像采集及处理模块(202)、标识模块(204)、无线发射器(205)、电源模块(206)和数据存储器(207)均安装于集成电路板载体(208)上。

4.根据权利要求3所述的具备滚道状态监测功能的转盘轴承，其特征在于，第一监测模块组(20)还含有封装箱体(201)，封装箱体(201)内设有密封空腔，图像采集及处理模块(202)、电源模块(206)和数据存储器(207)均位于所述密封空腔内，封装箱体(201)上设有多个拍摄窗口，图像采集及处理模块(202)含有镜头，图像采集及处理模块(202)的镜头与所述拍摄窗口一一对应。

5.根据权利要求4所述的具备滚道状态监测功能的转盘轴承，其特征在于，封装箱体(201)的内侧面朝向所述内滚道，封装箱体(201)的外侧面朝向所述外滚道，封装箱体(201)的内侧面和外侧面均设有多个耐磨支脚(203)，封装箱体(201)的内侧面的耐磨支脚(203)能够与所述内滚道接触，封装箱体(201)的外侧面的耐磨支脚(203)能够与所述外滚道接触。

6.根据权利要求1所述的具备滚道状态监测功能的转盘轴承，其特征在于，第一监测模块组(20)含有四个图像采集及处理模块(202)，图像采集及处理模块(202)为智能视觉传感器，四个图像采集及处理模块(202)中的两个图像采集及处理模块(202)能够拍摄所述内滚道的图像，四个图像采集及处理模块(202)中的另外两个图像采集及处理模块(202)能够拍摄所述外滚道的图像。

7.根据权利要求1所述的具备滚道状态监测功能的转盘轴承，其特征在于，所述保持架含有多个保持架隔离块(401)，多个保持架隔离块(401)沿保持架的周向间隔排列，相邻的两个保持架隔离块(401)之间设有滚子安装通孔(402)；第一监测模块组(20)匹配地设置于滚子安装通孔(402)内；或者，保持架隔离块(401)内设有模块安装孔(403)，第一监测模块组(20)匹配地设置于模块安装孔(403)内。

8.根据权利要求1所述的具备滚道状态监测功能的转盘轴承，其特征在于，所述固定套圈上设有第二监测模块组(16)，第二监测模块组(16)的轴向位置与第一监测模块组(20)的轴向位置相对应，第二监测模块组(16)含有依次连接的识别模块和无线接收器，所述无线接收器通过数据传输线(17)与数据处理控制器(18)和显示器(19)依次连接，第一监测模块组(20)还含有标识模块(204)和无线发射器(205)，当第二监测模块组(16)的所述识别模块识别出第一监测模块组(20)的标识模块(204)时，无线发射器(205)能够向所述无线接收器发送数据。

9.根据权利要求1所述的具备滚道状态监测功能的转盘轴承，其特征在于，所述滚子包括主推滚子(5)、径向滚子(9)和辅推滚子(13)，所述保持架包括主推保持架(4)、径向保持架(8)和辅推保持架(12)，所述内滚道包括主推滚子内滚道(7)、径向滚子内滚道(11)和辅推滚子内滚道(15)，所述外滚道包括主推滚子外滚道(6)、径向滚子外滚道(10)和辅推滚子外滚道(14)。

10.根据权利要求9所述的具备滚道状态监测功能的转盘轴承，其特征在于，当主推保持架(4)上设有第一监测模块组(20)时，主推保持架(4)上第一监测模块组(20)的图像采集及处理模块(202)能够拍摄主推滚子内滚道(7)和主推滚子外滚道(6)的图像；

当径向保持架(8)上设有第一监测模块组(20)时，径向保持架(8)上第一监测模块组(20)的图像采集及处理模块(202)能够拍摄径向滚子内滚道(11)和径向滚子外滚道(10)的图像；

当辅推保持架(12)上设有第一监测模块组(20)时，辅推保持架(12)上第一监测模块组(20)的图像采集及处理模块(202)能够拍摄辅推滚子内滚道(15)和辅推滚子外滚道(14)的图像。

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