轴承及具有载荷感知功能的滚动体的制作方法

1.本实用新型涉及机械工程元件的技术领域，尤其涉及一种轴承及具有载荷感知功能的滚动体。


背景技术：

2.滚动轴承的安全性、可靠性、疲劳寿命等性能，与其滚动体承载性能直接相关。滚动轴承中，特别是回转支承中，对滚动体的载荷监测，对于滚动轴承的性能评价具有重要意义。
3.中国专利申请cn201710474902.2公开了一种具有载荷感测器件的滚子，能够实现滚动体的载荷监测；中国专利申请cn201610741970.6公开了一种具有传感器滚动体的轴承，能够实现滚动体的载荷监测；中国专利申请cn201980062956.5公开了一种用于滚动轴承中的、具有传感器的滚动体，能够实现滚动体的载荷监测。这些现有技术均采用了在空心滚动体内部添加监测装置的技术构思。
4.在滚动轴承的工作场景中，滚动体往往做滑滚运动，同时会承受无规律的冲击载荷，这些现有技术中，监测结果都会受到滚动体的滚动方位角的影响，且无法承受冲击载荷的影响，只有内部监测装置的监测方向与载荷方向一致时输出结果才具有有效性，这使得上述监测方式的输出结果往往不可靠。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种轴承及具有载荷感知功能的滚动体，以解决对滚动体载荷监测的输出结果的可靠度较差的技术问题。
6.本实用新型的上述目的可采用下列技术方案来实现：
7.本实用新型提供一种轴承，包括：第一圈体、第二圈体、保持架和多个滚动体，多个所述滚动体均设置于所述第一圈体与所述第二圈体之间，并且多个所述滚动体均安装于所述保持架中；至少一个所述滚动体为具有载荷感知功能的滚动体，所述具有载荷感知功能的滚动体包括滚动体本体和监测模块，所述滚动体本体设置有用于填充检测介质的监测腔，所述监测模块安装于所述滚动体本体，并且至少部分位于所述监测腔中。
8.在优选的实施方式中，所述监测腔沿所述滚动体本体的轴向延伸。
9.在优选的实施方式中，所述滚动体本体为圆柱滚子，所述监测腔为圆柱腔，并且所述监测腔与所述滚动体本体同轴。
10.在优选的实施方式中，所述滚动体本体为圆锥滚子，所述监测腔为圆锥腔或圆柱腔，并且所述监测腔与所述滚动体本体同轴。
11.在优选的实施方式中，所述具有载荷感知功能的滚动体包括端盖，所述端盖设置于所述监测腔的端部，所述端盖固接于所述滚动体本体且与所述滚动体本体密封配合，所述监测模块设置于所述端盖的内侧。
12.在优选的实施方式中，所述监测腔的两端分别设置有所述端盖，两个所述端盖的
内侧分别设置有所述监测模块。
13.在优选的实施方式中，所述滚动体本体的端面设置有凹槽，所述端盖设置于所述凹槽中。
14.在优选的实施方式中，所述第一圈体为内圈，所述第二圈体为外圈；或者，所述第一圈体与所述第二圈体沿所述轴承的轴向分布。
15.本实用新型提供一种具有载荷感知功能的滚动体，应用于上述的轴承，包括：滚动体本体和监测模块，所述滚动体本体设置有用于填充检测介质的监测腔，所述监测模块安装于所述滚动体本体，并且至少部分位于所述监测腔中。
16.在优选的实施方式中，所述监测腔沿所述滚动体本体的轴向延伸，所述具有载荷感知功能的滚动体包括端盖，所述端盖设置于所述监测腔的端部，所述端盖固接于所述滚动体本体且与所述滚动体本体密封配合，所述监测模块设置于所述端盖的内侧。
17.本实用新型的特点及优点是：
18.在滚动体的监测腔中填充检测介质，检测介质会将监测腔内壁的形状变化转化为介质压力变化；监测模块对检测介质的压力变化进行监测，就能够实现对滚动体外部载荷的监测。监测腔的变形引起的介质压力变化是不受滚动体自身滚动方位角影响的，而是主要因外部载荷大小发生变化，这样就可以高可靠性地监测轴承中滚动体所受外部载荷，解决了滚动体载荷监测的输出结果的可靠度较差的问题。
附图说明
19.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本实用新型提供的轴承的局部结构示意图；
21.图2为本实用新型提供的轴承中的部分滚动体的分布示意图；
22.图3为本实用新型提供的具有载荷感知功能的滚动体的剖视图；
23.图4为本实用新型提供的具有载荷感知功能的滚动体中滚动体本体的剖视图；
24.图5为图3所示的滚动体初始状态示意图；
25.图6为图3所示的滚动体受载的变形示意图。
26.附图标号说明：
27.11、第一圈体；12、第二圈体；13、保持架；
28.20、具有载荷感知功能的滚动体；
29.30、滚动体本体；31、监测腔；311、检测介质；
30.40、端盖；41、凹槽；
31.50、监测模块；
32.60、终端电脑。
具体实施方式
33.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行
清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
34.方案一
35.本实用新型提供了一种轴承，如图1-图6所示，该轴承包括：第一圈体11、第二圈体12、保持架13和多个滚动体，多个滚动体均设置于第一圈体11与第二圈体12之间，并且多个滚动体均安装于保持架13中；至少一个滚动体为具有载荷感知功能的滚动体20，具有载荷感知功能的滚动体20包括滚动体本体30和监测模块50，滚动体本体30设置有用于填充检测介质311的监测腔31，监测模块50安装于滚动体本体30，并且至少部分位于监测腔31中。
36.在滚动体的监测腔31中填充检测介质311，检测介质311会将监测腔31内壁的形状变化转化为介质压力变化；监测模块50对检测介质311的压力变化进行监测，就能够实现对滚动体外部载荷的监测。监测腔31的变形引起的介质压力变化是不受滚动体自身滚动方位角影响的，而是主要因外部载荷大小发生变化，这样就可以高可靠性地监测轴承中滚动体所受外部载荷，提高了滚动体载荷感知可靠性，解决了滚动体载荷监测的输出结果的可靠度较差的问题。
37.检测介质311用于填充监测腔31并能够随监测腔31的变形而变化，检测介质311可以采用液压油。
38.在一实施方式中，监测腔31沿滚动体本体30的轴向延伸，有利于监测腔31的容积随滚动体本体30的形变而发生变化，从而反馈为检测介质311压力的变化，实现对滚动体所受载荷的监测。
39.进一步地，滚动体本体30为圆柱滚子，如图5所示，监测腔31为圆柱腔，并且监测腔31与滚动体本体30同轴。在滚动体受到外部载荷时，滚动体本体30产生形变，监测腔31随着发生形变，监测腔31由圆柱面变为椭圆柱面，椭圆度唯一受外部载荷的大小影响。以外部载荷为竖直向下的压力载荷为例，在初始状态下，如图5所示，方位角记为a，并以方向v进行旋转，监测腔31横截面积为s0，检测介质311内部压力为p0；在滚动体外部受载f时，监测腔31会发生变形，如图6所示，截面形状由正圆变为椭圆，且截面积发生了变化，变化后的横截面积为s1，由于横截面积发生变化，而监测腔31总体长度不变，因此监测腔31体积发生变化，进而导致检测介质311内部压力发生变化，变化后的检测介质311压力为p1。对滚动体监测腔31内压力变化数据收集后，通过分析对比实验，可以将终端获取的压力变化数据与滚动体外部所受载荷建立映射关系，实现对滚动体所受载荷的实时监测。
40.具体地，可以通过试验标定来建立外部载荷与监测腔31压力的映射关系，通过专用的滚子压力机进行载荷标定试验，建立外部载荷和监测腔31内部压力变化的关系。也可以通过仿真计算来建立外部载荷与监测腔31压力的映射关系，通过施加一定载荷后，对滚动体进行仿真分析和截面积变化分析，通过体积的变化量计算监测腔31压力的变化量，建立载荷与监测腔31压力之间的关系。
41.进一步地，滚动体本体30为圆锥滚子，监测腔31为圆锥腔或圆柱腔，并且监测腔31与滚动体本体30同轴，通过将滚动体本体30的形变转化为监测腔31内的压力变化，实现对滚动体载荷的监测。
42.该轴承中的具有载荷感知功能的滚动体20，将滚动体的形变转化为一个与方向角
无关的变量进行信号输出，能够在滚动体实际工作过程中消除自身滑滚运动对内部监测系统的影响，提高了输出结果与外部载荷的关联性，有效监测滚子受载情况，有利于实现轴承在线监测。
43.具有载荷感知功能的滚动体20包括端盖40，端盖40设置于监测腔31的端部，端盖40固接于滚动体本体30且与滚动体本体30密封配合，监测模块50设置于端盖40的内侧。端盖40能够隔离监测腔31并对检测介质311进行密封。端盖40上设有密封结构，确保检测介质311不会泄露，减少监测误差。如图3和图4所示，监测腔31的两端分别设置有端盖40，两个端盖40的内侧分别设置有监测模块50。两端的监测模块50分别对检测介质311压力进行监测，通过检测介质311将载荷引起的滚动体的变形，转化为检测介质311的压力参数，并最终转化为可输出的信号，使得载荷监测不受滚动体自身运动、自身运动姿态和外部冲击载荷的影响，能够准确、可靠地反应滚动体受载大小。
44.进一步地，滚动体本体30的端面设置有凹槽41，端盖40设置于凹槽41中，凹槽41对端盖40进行定位，并将监测腔31限制于两端的凹槽41之间。
45.在一实施方式中，该轴承中的监测模块50与检测系统连接，检测系统包含终端电脑60和传输线缆，检测系统用于信号传输及分析，监测模块50能够实时监测检测介质311内部压力大小，并将其转换为电信号，将电信号传输到终端电脑60。具体地，监测模块50可以为压力传感器。
46.第一圈体11和第二圈体12上分别设有滚道，滚动体安装于第一圈体11的滚道与第二圈体12的滚道之间，保持架13限制滚动体的滚动自由度。该轴承的类型不做限制，该轴承优选为滚动轴承，例如：在一实施例中，第一圈体11为内圈，第二圈体12为外圈；在一实施例中，第一圈体11与第二圈体12沿轴承的轴向分布。
47.方案二
48.本实用新型提供了一种具有载荷感知功能的滚动体，应用于上述的轴承，如图3-图6所示，该具有载荷感知功能的滚动体包括：滚动体本体30和监测模块50，滚动体本体30设置有用于填充检测介质311的监测腔31，监测模块50安装于滚动体本体30，并且至少部分位于监测腔31中。在滚动体的监测腔31中填充检测介质311，检测介质311会将监测腔31内壁的形状变化转化为介质压力变化；通过对检测介质311的压力变化进行监测，就能够实现对滚动体外部载荷的监测，提高了滚动体载荷感知可靠性，解决了滚动体载荷监测的输出结果的可靠度较差的问题。
49.进一步地，监测腔31沿滚动体本体30的轴向延伸，该具有载荷感知功能的滚动体包括端盖40，端盖40设置于监测腔31的端部，端盖40固接于滚动体本体30且与滚动体本体30密封配合，监测模块50设置于端盖40的内侧。端盖40上的监测模块50对检测介质311压力进行监测，通过检测介质311将载荷引起的滚动体的变形，转化为检测介质311的压力参数，并最终转化为可输出的信号，使得载荷监测不受滚动体自身运动、自身运动姿态和外部冲击载荷的影响，能够准确、可靠地反应滚动体受载大小。
50.以上所述仅为本实用新型的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本实用新型实施例进行各种改动或变型而不脱离本实用新型的精神和范围。