[实用新型]一种高速圆柱滚子轴承及其一体化监测装置

说明书

技术领域

本实用新型属于滚动轴承及其监测技术领域，具体涉及一种高速圆柱滚子轴承及其一体化监测装置。 

背景技术

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。 

为解决轴承等旋转监测系统的供电问题，人们提出了多种形式的旋转式压电悬臂梁发电装置，其原理是直接利用轴与轴承座之间的相对转动通过磁励耦合的方式激励压电振子振动发电，这种工作模式发电机的最大弊端是仅适用于较低转速的情况；当转速较高时，旋转磁铁与压电振子端部磁铁间重叠时间极短，压电振子难以获得足够的动能使其产生振动并发电。 

发明内容

本实用新型提供一种高速圆柱滚子轴承及其一体化监测装置，以解决现有轴承监测系统以及相关压电发电装置在实际应用中所存在的当转速较高时，旋转磁铁与压电振子端部磁铁间重叠时间极短，压电振子难以获得足够的动能使其产生振动并发电问题。 

本实用新型采用的技术方案是：内圈与外圈一侧对齐安装，内圈比外圈窄，非对 齐一侧的内圈端面通过螺钉固定有动盘，动盘的端面凸缘与内圈端面之间压接有由金属片一和压电片一粘接而成的悬臂梁型压电振子一，该压电振子一的自由端通过螺钉固定有磁铁一，磁铁一套接在动盘底壁上的导向孔内；动盘底壁上的沉孔一的底部安装有内圈振动传感器和噪声传感器，所述沉孔一处通过螺钉安装有电路板一；外圈端面通过螺钉固定有定盘，定盘的端面凸缘与外圈端面之间压接有由金属片二和压电片二粘接而成的悬臂梁型压电振子二，该压电振子二的自由端通过螺钉固定有磁铁三，磁铁三套接在定盘底壁上的导向孔内；定盘底壁上的沉孔二的底部安装有外圈振动传感器和转速传感器，所述沉孔二处通过螺钉安装有电路板二；激励盘的端面凸缘与保持架一及保持架二通过铆钉铆接，激励盘的端面凸缘外表面与外圈内表面间设有限位滚珠，该限位滚珠安装在激励盘的端面凸缘外表面上的球面沉孔内、且可沿外圈内孔上的滚道滚动；激励盘底壁上设有安装磁铁二的盲孔和用于转速测量的通孔；磁铁一、磁铁二及磁铁三的半径相等、且其中心距内圈中心的距离相等；温度传感器安装在转动轴Z上，所述温度传感器、内圈振动传感器、噪声传感器及所述压电振子一分别通过不同的导线组与电路板连接；所述外圈振动传感器和转速传感器及所述压电振子二分别通过不同的导线组与电路板二连接。 

本实用新型一种实施方式是，压电振子一和压电振子二的工作部分为等腰梯形，且等腰梯形斜边延长线相交于其上磁铁的中心、斜边间的夹角为 其中R₀为外圈或内圈的外表面半径、r₀为各磁铁中心距内圈中心的距离，m为压电振子的数量。 

本实用新型一种实施方式是，磁铁一C1、磁铁二C2及磁铁三C3的同性磁极靠近安装，磁铁二C2与磁铁一C1和磁铁三C3相互作用时应使压电片仅承受压应力，且磁铁二C2的数量n、半径r以及其中心距内圈中心的距离R之间的关系为 n-π2arcsin(r/R)=0.]]>