[发明专利]带复合传感器的智能轴承

说明书

技术领域

本发明涉及传感器，具体地讲，涉及一种应用在高速铁路车辆(高速客车等)的轮轴和高级轿车、大型卡车的轮轴、变速箱以及其它一些采用轴承支撑方式的旋转机械的在线监测与故障诊断系统，可提取高速列车轮轴轴承，高级轿车和大型卡车所用轴承的振动、温度、速度信号的复合式传感器。

背景技术

轴承，作为机械设备中的关键零件之一，其运行状态的好坏，将直接影响设备的运行状态和使用性能。对轴承，特别是大型机电装备主轴系统和高速车辆上的轴承运行状态的监控和故障检测已经成为故障诊断技术的一个重要研究内容和应用领域。经实践证明，轴承诊断系统性能的好坏取决于它对轴承早期运行中故障的检测能力，即在灾难性事故发生之前检测到异常情况。大量事实证明许多重大事故都是由于机器故障在预期的寿命之前就出现而引起的。这些事故说明了难以预测的轴承故障所带来的潜在危险，发展智能轴承技术，创建在线的轴承诊断及预警系统是当今轴承故障诊断技术的发展趋势。

智能轴承技术也可以说是在机械、电子、通讯等技术飞速发展的背景下而产生的。由于科学技术的不断发展，机械的精密程度和自动化程度的不断提高，早期的轴承故障检测方法已经落后，而融现代传感技术、信号传输与处理技术及计算机技术于一体的“智能化”诊断技术应运而生。因此，作为机械系统中广泛应用的提供自由旋转的基本元件——轴承的性能监测及故障诊断方法也朝着“智能化”的方向发展。对于“智能轴承”的定义，当前一种具有代表性的说法是，在传统轴承的基础上集成不同用途的传感装置，使其结合成为一体而形成独特的结构单元，再通过微型计算机进行信息处理，达到实时在线监测的目的。

与传统的轴承相比，集成有微传感器的智能轴承的一个显著优点就是能够实时监测自己的工作性能，且信噪比高。其次，由于智能轴承中轴承和传感器结合为一个整体结构，从而可作为一个独立完整的产品进行生产和购买，方便用户实际应用。

目前轴承和传感器的结合包括外挂式和嵌入式两种结构形式。外挂式是指传感器不是嵌入到轴承的内圈、外圈或滚动体内，而是附加在轴承上的。这个结构不会破坏轴承的完整性(即轴承允许的最大应力和变形不发生变化)。传统的外挂式将传感组件附加在轴承周围，监测对象和范围很有限。在实际中较难广泛应用。而不改变轴承外廓尺寸，且能够进行多种参数测试的嵌入式智能轴承是智能轴承的一个较好发展方向。嵌入式智能轴承单元则是将传感器嵌入到轴承体内，这种方法的优点是传感装置能够很接近被测信号的发生源。信号传输的中间界面减少，采集的信号更能真实地反映轴承的实际工作状况，信噪比高。

但由于传感元件究竟嵌入到轴承的什么位置，以及传感装置在复合传感器上的合理布置等这些关键问题，使得嵌入式的应用受到了限制。目前所采用的嵌入式结构，是将传感装置集中在轴承上，这会产生应力集中，并且导线不好布置，给装配带来困难。另外，现有的智能轴承的传感装置大多只采用一种，最常见的是带有加速度(振动)传感装置的智能轴承单元和带有速度传感装置的智能轴承单元。针对高速列车、高速客车等高速车辆，由于车速过高，轴承的振动加剧，必须对振动信号进行检测，以预防将会造成的巨大的人身和经济损失。为防止高速车辆抱死现象的发生，需实时检测速度信号。另外，为了防止发生由于轴承故障引起的切轴事故，以及由于轴承自身发热而造成的磨损、烧伤需同时检测轴承内圈(轴)、外圈的温度信号。这样就必须设计出将振动传感装置、温度传感装置、速度传感装置集成一体的智能轴承单元。

发明内容

本发明的目的是针对高速列车、高级轿车和大型卡车上所用轴承的特点，设计出一种将振动传感装置、温度传感装置、速度传感装置集成一体，并能有效地提取轴承故障信号的带复合传感器的智能轴承。

本发明的具体方案是：一种带复合传感器的智能轴承，关键在于：在轴承端面安装有一个复合传感器，该复合传感器由两个形状相同的上半圆壳体和下半圆壳体对接构成中央有通孔的圆盘壳体，该圆盘壳体的内圈和外圈均按同一方向轴向弯折延伸形成凸台，在两凸台之间的壳体上装有电路板，在所述圆盘壳体内圈的凸台上嵌接有加速度传感装置、速度传感装置、温度传感装置，在所述圆盘壳体外圈的周面上还装有另一个温度传感装置；各传感装置的输出线分别与所述电路板上的放大器的输入端相连，经各放大器处理后，再将信号输出。

所述圆盘壳体外圈凸台边缘向圆心弯折，该弯折部分嵌入所述轴承外圈的凹槽内。