[发明专利]轴承上的负荷感应

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器，其包括滚动元件轴承、传感器系统和用于决定滚动元件轴承上的机械负荷的负荷决定系统。本发明还涉及用在该机器中的负荷决定系统、用于执行该负荷决定系统的软件以及决定滚动元件轴承上机械负荷的方法。

背景技术

负荷感应技术是决定一定的结构或机器或其部件承载负荷的技术。于是，该结构、机器或部件提供有一个或多个负荷传感器。例如，该机器是汽车，并且每个轮子上的各自负荷通过轮毂决定。关于负荷的信息用于例如电控分别施加给每个驱动轮的功率量或施加给每个轮子的制动量，或者为每个轮子调整悬挂系统，以便改善轮子的负载。负荷感应技术例如也用在机器上的有效载重测量，例如，用于散货运输的卡车、仓储搬运车、家庭洗衣机、传送带、电梯、吊车和提升设备等。负荷感应技术也用在机器的条件监测或运行控制上，例如，风轮机、工业设备、船舶推进系统、航空推进系统等。

负荷感应技术的特定分支涉及物理地整合一个或多个负荷传感器与滚动元件轴承。滚动元件轴承上的负荷导致滚动元件轴承的弹性变形。该变形被一个或多个容放在滚动元件轴承的应变传感器感应。由所感应的弹性变形决定负荷。

美国专利7,444,888，授予给Hendrik Anne Mol and Gerrit Cornelis van Nijen，且通过引用结合于此，公开了一种方法和传感器设置，用于决定操作中作用在滚动元件轴承上的接触力矢量。如所知，滚动元件轴承包括内环、外环和容放在内环和外环之间的多个滚动元件。滚动元件的示例是球圆柱滚筒、针形滚筒和锥形滚筒。从多个传感器接收传感器信号以测量滚动元件轴承的性能特性。所接收的传感器信号被处理为决定接触力矢量。多个传感器设置为测量轴承部件的变形，并且处理的步骤包括采用描述滚动元件轴承的有限元分析模拟的逆变换决定接触力矢量的步骤。有限元分析模拟采用至少一个一般化振型进行简化，该至少一个一般化振型是自然的数学描述或者滚动元件轴承的部件的基本模式变形，例如，内环或外环。

美国专利7,444,888中公开的技术基于测量滚动元件轴承的内环和/或外环的变形。该变形由一方面的滚动元件和另一方面的内环和/或外环之间的滚动接触引起，而滚动元件轴承承受负荷。在滚动元件轴承的内环和外环彼此相对运动的同时测量变形。每个特定的传感器提供特定的传感器信号，表示在特定传感器的位置上内环或外环的局部变形。作为重复通过滚动接触面（也称为“赫兹接触力”-“Hertzian contact forces”）的结果，局部变形动态变化。

重复通过滚动接触面由损坏频率（ball-pass frequency）表述。词语“损坏频率”是指滚动元件单位时间通过传感器位置的次数。特定的传感器信号反映该重复特征。特定传感器信号的振幅看作与滚动元件轴承上的负荷成比例。因此，测量振幅给出关于滚动元件轴承上负荷的信息。对于更多的背景技术信息，例如，请见SKF球轴承期刊Vol.225,1985,pp19-24或SKF球轴承期刊Vol.240,1992,pp2-9。

美国专利7,389,701，授予给Hendrik Anne Mol且通过引用结合于此，公开了在操作中决定作用在滚动元件轴承上的负荷矢量的方法和传感器设置。词语“负荷矢量”是指全部负荷矢量：三个垂直力成分和两个力矩。滚动元件轴承包括内环、外环和容放在内环和外环之间的多个滚动元件。提供多个N传感器，其测量位移和/或应变以决定例如在内环和外环中的位移和/或应变。此外，提供连接到多个N传感器的模型形状系数计算器，通过计算表示内环或外环的至少一个径向模态的N/2傅里叶条件的振幅和相位决定内环或外环的变形。

美国专利7,389,701中公开的技术考虑了作为在负荷下弹性变形的物理目标的滚动元件轴承。变形接近于一般化振型的线性结合。根据部件模式合成（CMS），一般化振型可根据J.A.Wensing,“On the dynamics of ball bearings”,PhD thesis,Univ.Twente,The Netherlands,Dec.1998,ISBN90-36512298中讨论的方法描述。一般化振型的每单独一个具有各自的振幅和各自的相位，由传感器信号决定。数据处理器、神经网络或另外类型的相关存储器接收表示如传感器信号决定的振幅和相位的输入，并且提供表示电流负荷的输出。

发明内容