专利名称：一种具有监测功能的轴承的制作方法
技术领域：
本实用新型属于轴承，尤其涉及一种应用于轴承状态检测的新型一种具有监测功 能的轴承。
背景技术：
目前的一体化智能轴承有外挂式和嵌入式两种结构形式。外挂式结合方式不破坏 轴承的结构但使传统轴承的整体尺寸发生变化，同时该类结合方式的特点决定了传感组件 与故障源存在一定的距离，使得其获取的信号并不能真实地反映轴承的故障信息，更不能 用这种方法对轴承的故障特征做早期检测，因为采用该种结构对的轴承故障检测不能保证 信号的可靠性；嵌入式结合方式很接近被测信号的发生源，信号传输的中间界面减少，采集 的信号能真实地反映轴承的实际工作状况，信噪比高，但该结构破坏了轴承的完整性，且易 引起应力集中等问题，因而该结构对轴承状态检测也存在一定的问题。现有技术的缺点是外挂式的结构传感组件与故障源存在一定的距离，获取的信 号并不能真实地反映轴承的故障信息，嵌入式的结构破坏了轴承的内部结构，引起轴承的 应力集中问题。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种安装有智能轴承监测器的外圈旋转、内圈不动的一 体化智能轴承。为达到上述目的，本实用新型表述一种具有监测功能的轴承，包括轴承和安装在 轴承上的智能监测器，所述轴承包括旋转外圈和不动内圈，在所述旋转外圈和不动内圈之 间设置有滚珠或滚柱，其关键在于所述智能监测器包括壳体和转速码盘，所述转速码盘为 套在壳体外并与壳体同轴心的圆形码盘，所述智能监测器轴向插入所述轴承的旋转外圈与 不动内圈之间的间隙处与轴承过盈配合，其中所述转速码盘与旋转外圈内壁过盈配合，所 述不动内圈外壁的对接端面上设置有一环形台阶，所述壳体内壁的对接端面上设置有与所 述环形台阶配合的凹槽，所述不动内圈的环形台阶与壳体的凹槽过盈配合安装在一起；转速码盘的外侧与旋转外圈内侧过盈配合安装在一起，不动内圈的外侧一端面上 设置的圆形凸台与壳体的内侧设置的凹槽过盈配合，安装在一起，实现了智能监测器安装 在外圈旋转、内圈不动的轴承的端面上，在不破坏轴承结构的前提下，近距离检测轴承的故 障信息，较真实的获取轴承的工作情况，且不会破坏轴承的结构，不会引起轴承的应力集中 问题。所述壳体上内嵌有两个应变片式加速度传感装置、一个转速传感装置和一个温度 传感装置，所述两个应变片式加速度传感装置的中心线都平行于所述壳体的中心线，两者 夹角呈90°，所述转速传感装置沿径向内嵌在所述壳体的上，所述温度传感装置的中心线 平行于所述壳体的中心线，在所述壳体的端面上还安装有电路板，所述两个应变片式加速 度传感装置、一个转速传感装置和一个温度传感装置都经信号输出线与所述壳体端面上的电路板的接线端子连接；所述电路板上还设置有信号采集触发电路、加速度信号放大电路、转速信号放大 电路和温度信号放大电路，所述加速度信号放大电路的输入端与所述加速度传感装置的输 出端连接，所述转速信号放大电路的输入端与所述转速传感装置的输出端连接，所述温度 信号放大电路的输入端与所述温度传感装置的输出端连接，所述加速度信号放大电路、转 速信号放大电路和温度信号放大电路都设置有信号输出端，各信号输出端分别与所述信号 采集触发电路的加速度信号输入端、转速信号输入端和温度信号输入端连接，所述信号采 集触发电路的输出端输出采集到的信号，交给计算机进行处理。两个应变片式加速度传感装置、一个转速传感装置和一个温度传感装置均勻内嵌 在壳体上，分别用于检测轴承工作时的振动、温度和转速情况，传感装置作为智能轴承部件 的一部分，易于安装和拆卸，由于该结构靠近轴承故障源，可有效地提取轴承的低频段特 征，避免了高频噪声、干扰信号的产生，大大提高了信号的可靠性和有效性，智能轴承的壳 体通过过盈配合安装在轴承的端面上，减小了对轴承结构的破坏和轴承应力集中的问题。每个所述应变片式加速度传感装置由四片应变片、弹性体和质量块组成，所述弹 性体的底部为等腰梯形板型结构，上部为圆柱体结构，所述等腰梯形板型结构沿中心线的 上部和下部分别开有第一通孔和第二通孔，所述四片应变片中的两片应变片分别布置在所 述弹性体的圆柱体结构中轴面的上部和下部，所述另外两片应变片分别布置在垂直所述弹 性体的圆柱体结构中轴面的左右两侧，所述四片应变片与所述等腰梯形板型结构的距离相 同，所述两片应变片各引出一根导线，两根导线都穿过第一通孔后与所述电路板的第一加 速信号接线端连接，另外两片应变片也都各引出一根导线，这两根导线分别穿过第二通孔 后与所述电路板的第二加速信号接线端连接，所述质量块为圆柱形结构，该质量块的一个 端面与所述弹性体的上部端面用固定胶固结在一起；所述壳体内设置有沉孔，该沉孔的上部与所述等腰梯形板型结构的形状一致，厚 度相同，在沉孔的上部内壁上涂上固定胶，将上端固定有质量块的弹性体装入所述沉孔中。轴承运转时，质量块感受振动，质量块产生一正比于加速度的交变力作用在弹性 体上，粘贴在弹性体上的应变片随之发生应变，从而使应变片的电阻发生变化，应变片电阻 的变化引起应变片组成的桥路不平衡，应变片桥路不平衡而产生的输出电压与新型一种具 有监测功能的轴承壳体的加速度成线性关系，即可测得新型一种具有监测功能的轴承壳体 加速度的大小。则在测量过程中，加速度传感装置通过测量新型一种具有监测功能的轴承 壳体的加速度来反映轴承的振动，由于采用用四片应变片组成测量电路，通过解耦后可以 测量轴承端面两个互相垂直方向上的加速度。所述转速传感装置由磁极、电磁线圈、转速传感器外壳、永磁铁和“L”型引线组成， 所述转速传感器外壳的底部为六角螺套，该转速传感器外壳下部一段为螺纹结构，所述磁 极为圆柱形结构，该磁极贯穿所述转速传感器外壳的底部，所述磁极的下端伸出所述转速 传感器外壳，该磁极的上端位于转速传感器外壳内，所述磁极顶端与所述永磁铁的下端连 接，所述永磁铁的上端与“L”型引线的一端连接，所述电磁线圈安装在所述转速传感器外壳 的内壁上，所述磁极穿过所述电磁线圈的中心孔；所述壳体内壁开有径向的转速传感装置安装沉孔，该转速传感装置安装沉孔的上 部为内螺纹结构，所述转速传感器外壳通过底部的六角螺套安装在所述壳体的转速传感装
5置安装沉孔内，所述“ L”型引线穿过所述壳体下部的“ L”型通孔。转速传感装置沿径向安装在壳体内壁，转速码盘用弱磁金属材料制作而成，转速 码盘跟随轴承一起转动时，伸出的磁极部分产生磁变化，引起电磁线圈的磁通发生变化，电 磁线圈中产生幅值交变的电动势，与电磁线圈间接连接的有源放大器将微弱的感应电动势 放大，从而将轴承的转速信号转变为电脉冲信号输出。所述温度传感装置由金属套管、电热极、绝缘材料、安装螺母和温度信号引线组 成，所述金属套管和电热极都安装在所述安装螺母的底端，所述绝缘材料填充在所述金属 套管和电热极之间，所述安装螺母的外壁设有外螺纹，该安装螺母上端与所述温度信号引 线的一端连接；所述壳体边缘设置有垂直于该壳体径向的通孔，该通孔下部、中部和上部为三段 直径不同的阶梯圆孔，所述通孔的中部内壁为内螺纹结构，所述通孔下部直径大于中部直 径，中部直径大于上部直径，所述通孔的中部与所述安装螺母螺纹连接，所述温度传感装置 通过安装螺母安装在所述通孔内，所述金属套管、电热极、绝缘材料都位于通孔下部内，所 述安装螺母的上端连接的温度信号引线穿出所述通孔的上部孔。金属套管靠近轴轴承，能够迅速感知轴承的温度变化，并把轴承的温度变化通过 导热性能好的绝缘材料传递给电热极，由电热极通过温度信号引线把温度信号传输到温度 信号放大电路进行处理。本实用新型的显著效果是实现在不破坏轴承结构的前提下，近距离检测轴承的 故障信息，较真实的获取轴承工作的加速度、转速和温度，且不会破坏轴承的结构，不会引 起轴承的应力集中问题。
[0020]图1为在滚珠轴承上安装有智能监测器2的结构示意图；[0021]图2为在滚柱轴承上安装有智能监测器2的的结构示意图[0022]图3为图1的左视图；[0023]图4为图3的A-A视图；[0024]图5为图3的B-B视图；[0025]图6为本实用新型的原理框图；[0026]图7为加速度传感装置的俯视图；[0027]图8为加速度传感装置的A-A视图；[0028]图9为图4的A部放大图；[0029]图10为图4的B部放大图；[0030]图11转速传感装置的六角螺套的俯视图；[0031]图12为图5的C部放大图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。如图1和2所示，一种具有监测功能的轴承，包括轴承1和安装在轴承上的智能监 测器2，所述轴承1包括旋转外圈3和不动内圈4，在所述旋转外圈3和不动内圈4之间设置有滚珠5或滚柱5’，其特征在于所述智能监测器2包括壳体6和转速码盘7，所述转速 码盘7为套在壳体6外并与壳体6同轴心的圆形码盘，所述智能监测器2轴向插入所述轴 承1的旋转外圈3与不动内圈4之间的间隙处与轴承过盈配合，其中所述转速码盘7与旋 转外圈3内壁过盈配合，所述不动内圈4外壁的对接端面上设置有一环形台阶，所述壳体6 内壁的对接端面上设置有与所述环形台阶配合的凹槽，所述不动内圈4的环形台阶与壳体 6的凹槽过盈配合安装在一起；如图3至6所示，所述壳体6上内嵌有两个应变片式加速度传感装置8、一个转速 传感装置9和一个温度传感装置10，所述两个应变片式加速度传感装置8的中心线都平行 于所述壳体6的中心线，两者夹角呈90 °，所述转速传感装置9沿径向内嵌在所述壳体6的 上，所述温度传感装置10的中心线平行于所述壳体6的中心线，在所述壳体6的端面上还 安装有电路板11，所述两个应变片式加速度传感装置8、一个转速传感装置9和一个温度传 感装置10都经信号输出线与所述壳体6端面上的电路板11的接线端子连接；所述电路板11上还设置有信号采集触发电路12、加速度信号放大电路13、转速信 号放大电路14和温度信号放大电路15，所述加速度信号放大电路13的输入端与所述加速 度传感装置8的输出端连接，所述转速信号放大电路14的输入端与所述转速传感装置9的 输出端连接，所述温度信号放大电路15的输入端与所述温度传感装置10的输出端连接，所 述加速度信号放大电路13、转速信号放大电路14和温度信号放大电路15都设置有信号输 出端，各信号输出端分别与所述信号采集触发电路12的加速度信号输入端、转速信号输入 端和温度信号输入端连接，所述信号采集触发电路12的输出端输出采集到的信号，交给计 算机16进行处理。如图7至9所示，每个所述应变片式加速度传感装置8由四片应变片17、弹性体18 和质量块19组成，所述弹性体18的底部为等腰梯形板型结构20，上部为圆柱体结构，所述 等腰梯形板型结构20沿中心线的上部和下部分别开有第一通孔21和第二通孔21’，所述四 片应变片17中的两片应变片17分别布置在所述弹性体18的圆柱体结构中轴面的上部和 下部，所述另外两片应变片17分别布置在垂直所述弹性体18的圆柱体结构中轴面的左右 两侧，所述四片应变片17与所述等腰梯形板型结构20的距离相同，所述两片应变片17各 引出一根导线，两根导线都穿过第一通孔21后与所述电路板11的第一加速信号接线端连 接，另外两片应变片17也都各引出一根导线，这两根导线分别穿过第二通孔21’后与所述 电路板11的第二加速信号接线端连接，所述质量块19为圆柱形结构，该质量块19的一个 端面与所述弹性体18的上部端面用固定胶固结在一起；所述壳体6内设置有沉孔22，该沉孔22的上部与所述等腰梯形板型结构20的形 状一致，厚度相同，在沉孔22的上部内壁上涂上固定胶，将上端固定有质量块19的弹性体 18装入所述沉孔22中。如图10和11所示，所述转速传感装置9由磁极23、电磁线圈24、转速传感器外壳 25、永磁铁26和“L”型引线27组成，所述转速传感器外壳25的底部为六角螺套28，该转速 传感器外壳25下部一段为螺纹结构，所述磁极23为圆柱形结构，该磁极23贯穿所述转速 传感器外壳25的底部，所述磁极23的下端伸出所述转速传感器外壳25，该磁极23的上端 位于转速传感器外壳25内，所述磁极23顶端与所述永磁铁26的下端连接，所述永磁铁26 的上端与“L”型引线27的一端连接，所述电磁线圈24安装在所述转速传感器外壳25的内壁上，所述磁极23穿过所述电磁线圈24的中心孔；所述壳体6内壁开有径向的转速传感装置安装沉孔，该转速传感装置安装沉孔的 上部为内螺纹结构，所述转速传感器外壳25通过底部的六角螺套28安装在所述壳体6的 转速传感装置安装沉孔内，所述“L”型引线27穿过所述壳体6下部的“L”型通孔。如图12所示，所述温度传感装置10由金属套管29、电热极30、绝缘材料31、安装 螺母32和温度信号引线33组成，所述金属套管29和电热极30都安装在所述安装螺母32 的底端，所述绝缘材料31填充在所述金属套管29和电热极30之间，所述安装螺母32的外 壁设有外螺纹，该安装螺母32上端与所述温度信号引线33的一端连接；所述壳体6边缘设置有垂直于该壳体6径向的通孔34，该通孔34下部、中部和上 部为三段直径不同的阶梯圆孔，所述通孔34的中部内壁为内螺纹结构，所述通孔34下部直 径大于中部直径，中部直径大于上部直径，所述通孔34的中部与所述安装螺母32螺纹连 接，所述温度传感装置10通过安装螺母32安装在所述通孔34内，所述金属套管29、电热极 30、绝缘材料31都位于通孔34下部内，所述安装螺母32的上端连接的温度信号引线33穿 出所述通孔34的上部孔。
权利要求一种具有监测功能的轴承，包括轴承(1)和安装在轴承上的智能监测器(2)，所述轴承(1)包括旋转外圈(3)和不动内圈(4)，在所述旋转外圈(3)和不动内圈(4)之间设置有滚珠(5)或滚柱(5’)，其特征在于所述智能监测器(2)包括壳体(6)和转速码盘(7)，所述转速码盘(7)为套在壳体(6)外并与壳体(6)同轴心的圆形码盘，所述智能监测器(2)轴向插入所述轴承(1)的旋转外圈(3)与不动内圈(4)之间的间隙处与轴承过盈配合，其中所述转速码盘(7)与旋转外圈(3)内壁过盈配合，所述不动内圈(4)外壁的对接端面上设置有一环形台阶，所述壳体(6)内壁的对接端面上设置有与所述环形台阶配合的凹槽，所述不动内圈(4)的环形台阶与壳体(6)的凹槽过盈配合安装在一起；所述壳体(6)上内嵌有两个应变片式加速度传感装置(8)、一个转速传感装置(9)和一个温度传感装置(10)，所述两个应变片式加速度传感装置(8)的中心线都平行于所述壳体(6)的中心线，两者夹角呈90°，所述转速传感装置(9)沿径向内嵌在所述壳体(6)的上，所述温度传感装置(10)的中心线平行于所述壳体(6)的中心线，在所述壳体(6)的端面上还安装有电路板(11)，所述两个应变片式加速度传感装置(8)、一个转速传感装置(9)和一个温度传感装置(10)都经信号输出线与所述壳体(6)端面上的电路板(11)的接线端子连接；所述电路板(11)上还设置有信号采集触发电路(12)、加速度信号放大电路(13)、转速信号放大电路(14)和温度信号放大电路(15)，所述加速度信号放大电路(13)的输入端与所述加速度传感装置(8)的输出端连接，所述转速信号放大电路(14)的输入端与所述转速传感装置(9)的输出端连接，所述温度信号放大电路(15)的输入端与所述温度传感装置(10)的输出端连接，所述加速度信号放大电路(13)、转速信号放大电路(14)和温度信号放大电路(15)都设置有信号输出端，各信号输出端分别与所述信号采集触发电路(12)的加速度信号输入端、转速信号输入端和温度信号输入端连接，所述信号采集触发电路(12)的输出端输出采集到的信号，交给计算机(16)进行处理。
2.根据权利要求1所述一种具有监测功能的轴承，其特征在于每个所述应变片式加 速度传感装置⑶由四片应变片(17)、弹性体(18)和质量块(19)组成，所述弹性体(18) 的底部为等腰梯形板型结构(20)，上部为圆柱体结构，所述等腰梯形板型结构(20)沿中心 线的上部和下部分别开有第一通孔(21)和第二通孔(21’)，所述四片应变片(17)中的两 片应变片(17)分别布置在所述弹性体(18)的圆柱体结构中轴面的上部和下部，所述另外 两片应变片(17)分别布置在垂直所述弹性体(18)的圆柱体结构中轴面的左右两侧，所述 四片应变片(17)与所述等腰梯形板型结构(20)的距离相同，所述两片应变片(17)各引出 一根导线，两根导线都穿过第一通孔(21)后与所述电路板(11)的第一加速信号接线端连 接，另外两片应变片(17)也都各引出一根导线，这两根导线分别穿过第二通孔(21’ )后与 所述电路板(11)的第二加速信号接线端连接，所述质量块(19)为圆柱形结构，该质量块 (19)的一个端面与所述弹性体(18)的上部端面用固定胶固结在一起；所述壳体(6)内设置有沉孔(22)，该沉孔(22)的上部与所述等腰梯形板型结构(20) 的形状一致，厚度相同，在沉孔(22)的上部内壁上涂上固定胶，将上端固定有质量块(19) 的弹性体(18)装入所述沉孔(22)中。
3.根据权利要求1或2所述一种具有监测功能的轴承，其特征在于所述转速传感装 置(9)由磁极(23)、电磁线圈(24)、转速传感器外壳(25)、永磁铁(26)和“L”型引线(27)组成，所述转速传感器外壳(25)的底部为六角螺套(28)，该转速传感器外壳(25)下部一段 为螺纹结构，所述磁极(23)为圆柱形结构，该磁极(23)贯穿所述转速传感器外壳(25)的 底部，所述磁极(23)的下端伸出所述转速传感器外壳(25)，该磁极(23)的上端位于转速传 感器外壳(25)内，所述磁极(23)顶端与所述永磁铁(26)的下端连接，所述永磁铁(26)的 上端与“L”型引线(27)的一端连接，所述电磁线圈(24)安装在所述转速传感器外壳(25) 的内壁上，所述磁极(23)穿过所述电磁线圈(24)的中心孔；所述壳体(6)内壁开有径向的转速传感装置安装沉孔，该转速传感装置安装沉孔的上 部为内螺纹结构，所述转速传感器外壳(25)通过底部的六角螺套(28)安装在所述壳体(6) 的转速传感装置安装沉孔内，所述“L”型引线(27)穿过所述壳体(6)下部的“L”型通孔。
4.根据权利要求1或2所述一种具有监测功能的轴承，其特征在于所述温度传感装 置(10)由金属套管(29)、电热极(30)、绝缘材料(31)、安装螺母(32)和温度信号引线(33) 组成，所述金属套管(29)和电热极(30)都安装在所述安装螺母(32)的底端，所述绝缘材 料(31)填充在所述金属套管(29)和电热极(30)之间，所述安装螺母(32)的外壁设有外 螺纹，该安装螺母(32)上端与所述温度信号引线(33)的一端连接；所述壳体(6)边缘设置有垂直于该壳体(6)径向的通孔(34)，该通孔(34)下部、中 部和上部为三段直径不同的阶梯圆孔，所述通孔(34)的中部内壁为内螺纹结构，所述通孔 (34)下部直径大于中部直径，中部直径大于上部直径，所述通孔(34)的中部与所述安装螺 母(32)螺纹连接，所述温度传感装置(10)通过安装螺母(32)安装在所述通孔(34)内，所 述金属套管(29)、电热极(30)、绝缘材料(31)都位于通孔(34)下部内，所述安装螺母(32) 的上端连接的温度信号引线(33)穿出所述通孔(34)的上部孔。
专利摘要本实用新型公开一种具有监测功能的轴承，包括轴承(1)和安装在轴承上的智能监测器(2)，所述轴承(1)包括旋转外圈(3)和不动内圈(4)，在所述旋转外圈(3)和不动内圈(4)之间设置有滚珠(5)或滚柱(5’)，其特征在于所述智能监测器(2)包括壳体(6)和转速码盘(7)，所述转速码盘(7)为套在壳体(6)外并与壳体(6)同轴心的圆形码盘，所述智能监测器(2)轴向插入所述轴承(1)的旋转外圈(3)与不动内圈(4)之间的间隙处与轴承过盈配合，显著效果实现在不破坏轴承结构的前提下，近距离检测轴承的故障信息，较真实的获取轴承工作的加速度、转速和温度，且不会破坏轴承的结构，不会引起轴承的应力集中问题。
文档编号G01K7/00GK201637572SQ20102014052
公开日2010年11月17日 申请日期2010年3月25日 优先权日2010年3月25日
发明者周平, 周晓君, 孙婷婷, 李小侠, 李 杰, 王辉, 邵毅敏, 陈再刚 申请人:重庆大学