[发明专利]一种自监测的发电机用圆锥滚子轴承

说明书

技术领域

本发明属于轴承监测技术领域，具体涉及一种自监测的发电机用圆锥滚子轴承。

背景技术

轴承是一种典型的机械基础件，在机械、车辆、航空航天、轮船及能源等领域都有着极其广泛的应用；然而，轴承也是转动机器中最易损坏的零件之一，旋转机械故障的30％是由轴承失效所引发的。因此，轴承的状态监测与早期故障诊断已引起人们的高度重视。轴承状态的在线监测已经逐步成为大型发电机、轮船、高铁以及航空器等领域不可或缺的技术，所需监测的指标包括诸如温度、振动、转速及噪音等。早期的轴承监测系统主要是外挂式的，其弊端之一是传感器与信号源间的距离较远，属于非接触的间接测量，故误差较大。近年来，人们又相继提出了不同形式的嵌入式监测系统，这种方法可解决测量精度及准确性问题，但需要改变相关设备的结构或其完整性，以便安装传感监测系统，这不但容易引起设备零部件的应力集中等问题，在一些结构复杂或空间有限的设备上也是无法实现的；最为关键的是，当监测系统需要随轴承内圈或外圈一起转动时，不便通过电线供电，而采用电池供电使用时间很短。因此，目前的轴承监测系统基本上还都是非实时的、间接的非接触测量，难以及时准确地获得轴承的运行状态。

发明内容

本发明提供一种自监测的发电机用圆锥滚子轴承，以解决现有轴承监测系统在实际应用中所存在的还都是非实时的、间接的非接触测量，难以及时准确地获得轴承的运行状态的问题。

本发明采取的技术方案是：包括内圈、圆锥体、外圈，所述外圈宽度大于内圈的宽度，外圈的内孔包括圆锥孔和圆柱孔两部分；内圈与外圈一侧对齐安装，非对齐一侧外圈的端面通过螺钉固定有激励盘的法兰，并通过激励盘上的轴肩与外圈的圆柱孔定位，激励盘上镶嵌有一组激励磁铁一和一个激励磁铁二，非对齐一侧内圈的端面通过螺钉固定有右夹板，右夹板的外缘表面与外圈的圆柱孔间设有密封圈，右夹板的轴肩与内圈的内孔过盈配合，右夹板还通过螺钉固定有左夹板，左夹板和右夹板之间压接有环形金属膜，右夹板上设有一组腔A、一个阶梯孔以及连通腔A和阶梯孔的走线槽，至少一个腔A底壁上安装有热电偶，阶梯孔中采用螺钉安装有电路板，左夹板上设有一组腔B、一个盲孔、一个走线通孔和定位轴肩，在所述腔B的底部还设有导向孔，左夹板通过其上的定位轴肩与右夹板上的阶梯孔定位安装，左夹板上的腔B与右夹板上的腔A半径相等，在腔A一侧的金属膜表面粘接有压电膜，粘接后的压电膜和金属膜共同构成俘能器，在所述俘能器的中心处通过螺钉固定有受激磁铁一，受激磁铁一置于左夹板的导向孔内，所述受激磁铁一与激励磁铁一的半径及距内圈中心的距离分别相等，所述两圆周方向相邻的激励磁铁一的轴向磁极配置方向相反，压板通过螺钉固定在左夹板上，并依次将碟形弹簧、受激磁铁二和压电体压接在左夹板的盲孔内，所述受激磁铁二与激励磁铁二的半径及距内圈的中心的距离分别相等；所述压电体、俘能器及热电偶分别通过导线组一、导线组二和导线组三与电路板连接。

本发明一种实施方式：为提高俘能器的发电能力，激励磁铁一的数量n应满足下式，即其中r及R分别为激励磁铁一的半径及其中心到内圈回转中心的距离；或定角比满足其中Q1为激励磁铁一的两条在轴承回转中心处相交的切线间的夹角，Q2为两相邻激励磁铁一的中心与轴承回转中心的连线间的夹角。

本发明一种实施方式：为提高俘能器自身的发电能力，金属膜及压电膜的材料分别为铍青铜和PZT4，且压电膜厚度与俘能器总厚度比β的取值范围为0.5<β<0.7、压电膜半径与右夹板上的腔A半径之比α的取值范围为0.5<α<0.7。

本发明一种实施方式：为提高俘能器总的发电能力、使各俘能器总面积之和最大，左右夹板间俘能器的最佳数量为n＝4、最佳半径均为r₀＝0.4142(R₀-H)，其中R₀为外圈的内孔半径、H为金属膜的夹紧量。

本发明的优点是结构新颖，轴承自身具有自供能传感监测功能，作为独立的标准部件使用，无需改变其安装设备的结构，可实现真正意义上的实时在线监测；俘能器结构及激励磁铁配置参数确定合理，发供电能力强；采用导向孔防止受激磁铁扭摆，提高俘能器可靠性。

附图说明

图1是本发明一个较佳实施例中的结构剖面图；

图2是图1的A-A视图；

图3是图1的B-B视图；

图4是图1的I部放大图；

图5是本发明左夹板结构示意图；

图6是本发明右夹板结构示意图；