[发明专利]一种自监测圆锥轴承

说明书

本发明涉及一种自监测圆锥轴承，本发明属于轴承技术领域。环形隔板将外圈分隔成左右腔，右腔内经滚动体装有内圈；环形隔板上装有电路板和传感器；右半轴的轴台套在内圈的内孔中，右半轴的轴肩装在内圈上，轴肩与环形隔板之间压接有密封圈；右半轴上装有左半轴，左半轴上装有左磁凸轮环，右半轴上装有右磁凸轮环，左右磁凸轮环形成凸轮槽；外圈内壁凸台上装有换能器，换能器由基板和PZT膜粘接而成，换能器自由端装有受激磁铁，受激磁铁置于凸轮槽内且与左右磁凸轮环间均为排斥力；受激磁铁在凸轮槽内左右可移动的最大距离相等，受激磁铁移动距离最大时，PZT膜上最大应力小于其许用值；换能器和传感器经不同的导线组与电路板相连。

技术领域

本发明属于轴承技术领域，具体涉及一种自监测圆锥轴承。

背景技术

轴承在机械、车辆、航空航天、轮船及能源等领域都是不可或缺的基本构件，同时也是传动系统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温度、振动、转速及噪音等。早期轴承监测系统主要是外挂式的，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，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，虽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，现有轴承监测系统还基本上是定期、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供电监测轴承，其主要问题是不同转速时的发电性能差异较大、有效频带窄、可靠性低。

发明内容

本发明提出一种自监测圆锥轴承，本发明采用的实施方案是：本发明的自监测圆锥轴承包括内圈、滚动体、外圈、传感器、电路板、压环、换能器、受激磁铁、右半轴、左半轴、左磁凸轮环、右磁凸轮环及密封圈；环形隔板将外圈分隔成左腔和右腔，右腔内经滚动体安装有内圈；环形隔板上安装有电路板和传感器，电路板置于左腔内；右半轴的轴台套在内圈的内孔中，右半轴上的轴肩经螺钉安装在内圈上，轴肩与环形隔板之间压接有密封圈；右半轴上经螺钉安装有左半轴，左半轴上经螺钉安装有左磁凸轮环，右半轴上经螺钉安装有右磁凸轮环，左磁凸轮环和右磁凸轮环形成凸轮槽；外圈的内壁凸台上经螺钉和压环安装有换能器，换能器置于左腔内，换能器由基板和PZT膜粘接而成，换能器自由端的两侧经铆钉安装有受激磁铁，受激磁铁置于凸轮槽内，受激磁铁为半球状，受激磁铁与左磁凸轮环和右磁凸轮环之间的作用力均为排斥力；换能器和传感器经不同的导线组与电路板相连。

换能器为基板一侧粘接PZT膜构成的单晶结构或为基板两侧粘接PZT膜构成的双晶结构；换能器为单晶结构时，换能器自由端的最大变形量由下式计算，即：其中：B＝1-α+αβ，A＝α⁴(1-β)²-4α³(1-β)+6α²(1-β)-4α(1-β)+1，α＝h_m/H，β＝E_m/E_p，h_m和H分别为基板的厚度和换能器的总厚度，E_m和E_p分别为基板和PZT膜的杨氏模量，k₃₁和分别为PZT材料的机电耦合系数和许用压应力，L为换能器的长度。