一种大型圆柱滚子轴承用监测系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于轴承监测技术领域，具体涉及一种大型圆柱滚子轴承用监测系 统。
【背景技术】
[0002] 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】
[0003] 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，本实用新型提供一种大型圆柱滚子轴承用监测系统。本实用 新型的大型圆柱滚子轴承用监测系统主要由内筒、磁环、磁块、垫圈、〇型圈、外筒、压环、换 能器、电路板、传感器及导线等构成；本实用新型的实施方案是：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0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；置于外腔内的拉伸式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， 磁块的纵梁套接在外隔板和内隔板间的环槽中，磁块的横梁置于内腔中，磁块与磁环的异 性磁极靠近安装；同一金属片上的压电片间经导线Ll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。
[0004] 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， 从而带动磁块和磁环相对转动；由于磁块和磁环的异性磁极靠近安装，当磁块和磁环相对 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；因带有花键孔的磁环在圆 周方向的磁场强度不同，故当磁块和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。
[0005] 本实用新型中，为提高换能器的发电能力、避免压电片在非工作状态时 因受过大拉应力作用而损坏，应确保当磁块的横梁与内隔板及外隔板相接触时换 能器上金属片圆弧外表面的最小半径为R=h{a+〇. 5[a2(l-f3)-l-nEp/Tp]/ [1-a(1-0)]}，内腔中磁块运动方向上的最小距离为D= [L-2Rsin(0.5L/R)]n，其中
【主权项】
1. 一种大型圆柱滚子轴承用监测系统，其特征在于：内筒底壁经螺钉固定在内圈上， 内筒底壁内侧设有内隔板，内筒底壁经螺钉安装有电路板和传感器；外筒侧壁的法兰经螺 钉固定在外圈上，外筒侧壁套在内筒侧壁外，内外筒侧壁间设有O型圈；外筒底壁上设有花 键轴台和外隔板，花键轴台上套有磁环，内外隔板与磁环、内筒底壁及外筒底壁共同构成内 腔，内外隔板与内筒底壁、内筒侧壁、外筒底壁及外筒侧壁共同构成外腔；内外隔板间设有 使内腔与外腔相互连通的环槽；换能器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；换能器另一端经铆钉铆接在T型磁块上纵梁端部的长槽中，磁块纵 梁套接在内外隔板间的环槽中，磁块的横梁置于内腔中，磁块与磁环的异性磁极靠近安装。
【专利摘要】本实用新型涉及一种大型圆柱滚子轴承用监测系统，属于轴承监测技术领域。内筒固定在内圈上，内筒底壁内侧设有内隔板、安装有电路板和传感器；外筒固定在外圈上，外筒套在内筒外；外筒底壁上设有花键轴台和外隔板，花键轴台上套有磁环，外隔板和内隔板间设有环槽；拉伸式换能器的一端经安装在内筒侧壁上，换能器另一端经铆钉铆接在T型磁块上，磁块套在内外隔板间的环槽中，磁块与磁环的异性磁极靠近安装。优势与特色：与轴承相集成，无需改变安装设备的结构，可实现真正意义的实时在线监测；换能器通过径向拉伸激励发电，轴向空间小、磁体远离滚动体及发射电路；压电片始终承受压应力、且应力分布均匀，机械可靠性高、发电能力强。
【IPC分类】H02N2-18, F16C41-00, G01D21-02
【公开号】CN204419888
【申请号】CN201520009731
【发明人】阚君武, 张肖逸, 尹晓红, 朱雅娜, 王淑云
【申请人】浙江师范大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年1月7日