[实用新型]一种温度自监测的圆锥滚子轴承组件

说明书

技术领域

本实用新型属于轴承技术领域，具体涉及一种温度自监测的圆锥滚子轴承组件。

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。

发明内容

针对现有轴承监测系统在实际应用中所存在的各类问题，本实用新型提供一种温度自监测的圆锥滚子轴承组件。本实用新型采用的实施方案是：一种温度自监测的圆锥滚子轴承组件，主要由外圈、圆锥滚子、内圈、环形骨架一和环形骨架二、环形电路板、金属片、压电片、激励磁铁、受激磁铁等构成。本实用新型中，内圈的宽度大于外圈的宽度，外圈和内圈右侧对齐安装，非对齐一侧外圈设有内环槽，内圈设有外环槽；所述外圈左侧通过螺钉固定有环形激励盘，激励盘上的轴肩与外圈内环槽过盈配合，与内圈的外环槽间隙配合；所述激励盘上镶嵌有激励磁铁；所述内圈的外环槽通过过盈配合安装有环形骨架一和环形骨架二，所述环形骨架一和环形骨架二的外孔与外圈的内环槽为间隙配合；所述环形骨架二上设有导向孔；所述电路板通过螺钉固定在环形骨架一上，环形骨架一、金属片和环形骨架二通过螺钉依次连接，并分别构成容腔一和容腔二；所述压电片粘接在金属片上、且置于容腔一和容腔二之间；受激磁铁通过螺钉与压电片及金属片相连；所述压电片及金属片通过导线组一与电路板相连接；传感器固定在环形骨架一上、且置于容腔一内；所述传感器通过导线组二与电路板相连接；受激磁铁和激励磁铁正对，并异性磁极靠近安装。

工作过程中，当外圈与内圈做相对转动时，受激磁铁与激励磁铁之间产生相对转动，并改变受激磁铁与激励磁铁间的轴向作用力，从而使压电片和金属片构成的俘能器所受轴向作用力交替地增加和减小，从而将机械能转换成电能：俘能器产生的电能经导线组传输给电路板上的电源电路，用于满足温度信号的处理与发射需求。

本实用新型中，为提高俘能器的发电能力，激励盘上的激励磁铁的数量n应满足下式，即其中，r及R分别为激励磁铁的半径及其中心到内圈回转中心的距离；或定角比满足其中Q1为激励磁铁的两条在轴承回转中心处相交的切线间的夹角，Q2为两相邻激励磁铁的中心与轴承回转中心的连线间的夹角。

为确保俘能器产生的电能可满足温度信号的处理与发射需求，其它条件确定时应尽可能提高俘能器产生的电压和电能。轴承外圈和内圈相对转动一周时，单个俘能器产生的电能为：其中C_f为俘能器的自由电容，V_g＝ηF为俘能器生成的开路电压，η为与俘能器尺度及材料有关的电压系数，h＝nF²称为激励系数，λ＝C_fη²/2为结构系数，n为激励磁铁11的数量。显然，在其它条件确定时，可通过提高作用力F、激励磁铁的数量n及结构系数λ提高电压及电能；其中，激励磁铁的数量n通过改变激励次数及作用力大小两方面影响俘能器的特性。根据本实用新型具有温度及转速自监测的发电机用圆锥滚子轴承的工作原理、以及磁场为空间分布的实际情况，任一受激磁铁都同时受多个激励磁铁的作用，作用力的大小取决于定角比其中为激励磁铁的两条在轴承回转中心处相交的切线间的夹角，Q2＝2π/n为两相邻激励磁铁的中心与轴承回转中心的连线间的夹角，由此可将定角比转换成激励磁铁数量n的函数，即其中r及R分别为激励磁铁的半径及其中心到内圈回转中心的距离。进一步的研究表明，存在不同的最佳的定角比k使俘能器产生的电压及电能最大；当取k＝1～1.5时，即激励磁铁数量范围为时，所获得的电能及电压都较大，其中激励系数不低于其最大值的1/2。