[发明专利]一种大型自监测圆柱滚子轴承

说明书

技术领域

本发明属于轴承技术领域，具体涉及一种大型自监测圆柱滚子轴承。

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；有鉴于此，人们提出了多种形式的自监测轴承，如中国专利201410233736.3、201410233029.4、201410233722.1，上述各专利的共同特点是利用圆形的或悬臂梁型的弯曲式换能器发电，工作时换能器中的压电片承受交替变化的压应力和拉应力，当轴承及换能器尺度过大时所需轴向尺寸增加、拉应力增加且易导致压电片破碎；此外，由于轴承及换能器结构的制约，现有自监测轴承中非接触激励磁铁与轴承滚动体间距离较小，对无线信号发射的有一定影响。

发明内容

针对现有轴承监测系统在实际应用中所存在的各类问题、以及所提出的自监测轴承在实际应用中的潜在问题，本发明提供一种大型自监测圆柱滚子轴承。本发明的大型自监测圆柱滚子轴承包括外圈、圆柱体、内圈、内筒、不等壁厚磁环、T型磁块、密封垫圈、O型密封圈、外筒、压环、换能器、电路板、传感器及导线；本发明的实施方案是：内筒底壁外侧的止口环套在内圈上，内筒底壁经螺钉固定在内圈端面上，内筒底壁与内圈端面间压接有密封垫圈；内筒底壁内侧设有内隔板，内筒底壁内侧经螺钉安装有电路板和传感器；外筒侧壁端面的法兰经螺钉固定在外圈端面，外筒侧壁套在内筒侧壁外，外筒侧壁与内筒侧壁间设有O型密封圈；外筒底壁上设有花键轴台和外隔板，花键轴台上套接有带有花键孔的不等壁厚磁环，外隔板和内隔板与不等壁厚磁环、内筒底壁及外筒底壁共同构成内腔，外隔板和内隔板与内筒底壁、内筒侧壁、外筒底壁及外筒侧壁共同构成外腔；外隔板和内隔板间设有使内腔与外腔相互连通的环槽；置于外腔内的换能器的一端经螺钉和压板安装在内筒侧壁的端面，换能器由两个粘接有压电片并经铆钉相铆接的金属片构成，换能器上由金属片和压电片粘接所构成的复合层为圆弧形；换能器的另一端经铆钉铆接在T型磁块上纵梁端部的长槽中，T型磁块的纵梁套接在外隔板和内隔板间的环槽中，T型磁块的横梁置于内腔中，T型磁块与不等壁厚磁环的异性磁极靠近安装；同一金属片上的压电片间经导线L1连接，不同金属片上的压电片间经导线L2相连，换能器与电路板间经导线组L4连接，电路板与传感器间经导线组L3连接。

工作过程中，当外圈通过圆柱体与内圈做相对转动时，外筒与内筒发生相对转动，从而带动T型磁块和不等壁厚磁环相对转动；由于T型磁块和不等壁厚磁环的异性磁极靠近安装，当T型磁块和不等壁厚磁环相对转动时换能器始终承受拉力作用、压电片始终承受压应力作用；因带有花键孔的不等壁厚磁环在圆周方向的磁场强度不同，故当T型磁块和不等壁厚磁环相对转动时换能器所承受的拉力、以及压电片所承受的压应力交替地增加和减小，压电片所受压应力交替地增加和减小即将机械能转换成电能，此为发电过程；所生成的电能经电路板上的转换电路处理后供给传感器，从而实现轴承温度、转速或振动特性的自动监测。