一種帶一體化監(jiān)測(cè)組件的高速球軸承的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種帶一體化監(jiān)測(cè)組件的高速球軸承，屬于軸承及其監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】。保持架上設(shè)有球型腔、盲孔和階梯孔，保持架及嵌于階梯孔內(nèi)的激勵(lì)磁鐵通過(guò)鉚釘鉚接；內(nèi)圈兩端設(shè)有階梯軸、外圈兩端設(shè)有階梯孔，階梯軸上或階梯孔內(nèi)裝有盤(pán)體，盤(pán)體的環(huán)槽側(cè)壁上安裝有傳感器；盤(pán)體兩側(cè)分別裝有電路板和蓋板，盤(pán)體與蓋板間裝有俘能器，俘能器中心鉚接有受激磁鐵，受激磁鐵套在盤(pán)體的導(dǎo)向孔內(nèi)；優(yōu)點(diǎn)是具有自供能傳感監(jiān)測(cè)功能，無(wú)需改變安裝設(shè)備的結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)真正意義上的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)；俘能器結(jié)構(gòu)及激勵(lì)方案合理、通過(guò)導(dǎo)向孔防止俘能器扭擺、利用隨保持架轉(zhuǎn)動(dòng)的激勵(lì)磁鐵激勵(lì)，故可靠性高、發(fā)電量大、有效速帶寬、且適于高轉(zhuǎn)速場(chǎng)合。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種帶一體化監(jiān)測(cè)組件的高速球軸承

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于軸承及其監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種帶體化監(jiān)測(cè)組件的高速球軸承。

【背景技術(shù)】
[0002]軸承是一種典型的機(jī)械基礎(chǔ)件，在機(jī)械、車(chē)輛、航空航天、輪船及能源等領(lǐng)域都有著極其廣泛的應(yīng)用；然而，軸承也是轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)器中最易損壞的零件之一，旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障的30%是由軸承失效所引發(fā)的。因此，軸承的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與早期故障診斷已引起人們的高度重視。軸承狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)已經(jīng)逐步成為大型發(fā)電機(jī)、輪船、高鐵以及航空器等領(lǐng)域不可或缺的技術(shù)，所需監(jiān)測(cè)的指標(biāo)包括諸如溫度、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速及噪音等。早期的軸承監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是外掛式的，其弊端之一是傳感器與信號(hào)源間的距離較遠(yuǎn)，屬于非接觸的間接測(cè)量，故誤差較大。近年來(lái)，人們又相繼提出了不同形式的嵌入式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，這種方法可解決測(cè)量精度及準(zhǔn)確性問(wèn)題，但需要改變相關(guān)設(shè)備的結(jié)構(gòu)或其完整性，以便安裝傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，這不但容易引起設(shè)備零部件的應(yīng)力集中等問(wèn)題，在一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜或空間有限的設(shè)備上也是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的；最為關(guān)鍵的是，當(dāng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要隨軸承內(nèi)圈或外圈一起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，不便通過(guò)電線供電，而采用電池供電使用時(shí)間很短。因此，目前的軸承監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基本上還都是非實(shí)時(shí)的、間接的非接觸測(cè)量，難以及時(shí)準(zhǔn)確地獲得軸承的運(yùn)行狀態(tài)。
[0003]為解決軸承等旋轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的供電問(wèn)題，人們提出了多種形式的旋轉(zhuǎn)式壓電發(fā)電裝置，其原理是直接利用軸與軸承座之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)磁勵(lì)耦合的方式激勵(lì)壓電振子振動(dòng)發(fā)電，這種工作模式發(fā)電機(jī)的最大弊端是僅適用于較低轉(zhuǎn)速的情況；當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁鐵與壓電振子端部磁鐵間重疊時(shí)間極短，壓電振子難以獲得足夠的動(dòng)能使其產(chǎn)生振動(dòng)并發(fā)電。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型提供一種帶一體化監(jiān)測(cè)組件的高速球軸承，以解決現(xiàn)有軸承監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中所存在的當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁鐵與壓電振子端部磁鐵間重疊時(shí)間極短，壓電振子難以獲得足夠的動(dòng)能使其產(chǎn)生振動(dòng)并發(fā)電的問(wèn)題。
[0005]本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是:包括內(nèi)圈、滾珠、保持架一和保持架二、外圈，所述保持架一和保持架二上設(shè)有用于安裝滾珠的球型腔、用于鑲嵌激勵(lì)磁鐵的盲孔和階梯孔，保持架一和保持架二以及鑲嵌于保持架一和保持架二的階梯孔內(nèi)的激勵(lì)磁鐵通過(guò)鉚釘鉚接，內(nèi)圈的兩端設(shè)有階梯軸、外圈的兩端設(shè)有階梯孔，所述階梯軸上或階梯孔內(nèi)通過(guò)過(guò)盈配合裝有盤(pán)體，盤(pán)體的兩側(cè)分別設(shè)有沉腔和環(huán)槽，沉腔與環(huán)槽中間的底壁上設(shè)有導(dǎo)向孔和導(dǎo)線孔，環(huán)槽的側(cè)壁上安裝有傳感器一和傳感器二或傳感器三和傳感器四，電路板和蓋板分別通過(guò)螺釘安裝在盤(pán)體上的設(shè)有環(huán)槽和沉腔的一側(cè)，所述蓋板上設(shè)有沉腔，蓋板和盤(pán)體之間壓接有金屬膜，置于盤(pán)體的沉腔和蓋板的沉腔處的金屬膜上通過(guò)粘接有壓電膜構(gòu)成俘能器，該俘能器的中心處鉚接有受激磁鐵，受激磁鐵套接在導(dǎo)向孔內(nèi)，所述受激磁鐵與激勵(lì)磁鐵的半徑及其回轉(zhuǎn)半徑分別相等，置于同一盤(pán)體上的各俘能器及傳感器一和傳感器二或傳感器三和傳感器四通過(guò)不同的導(dǎo)線組與電路板相連接。
[0006]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)新穎，軸承自身具有自供能傳感監(jiān)測(cè)功能，作為獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)部件使用，無(wú)需改變其安裝設(shè)備的結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)真正意義上的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)；俘能器結(jié)構(gòu)及激勵(lì)磁鐵配置參數(shù)確定合理、且采用導(dǎo)向孔防止俘能器扭擺，故可靠性高、發(fā)電量大；利用隨保持架轉(zhuǎn)動(dòng)的激勵(lì)磁鐵激勵(lì)俘能器，有效速帶寬、可用于高轉(zhuǎn)速場(chǎng)合。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1是本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)剖面圖；
[0008]圖2是圖1的A-A視圖；
[0009]圖3是圖1的B-B視圖；
[0010]圖4是軸承主體部分的裝配結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖5是保持架的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖6是盤(pán)體的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖7是激勵(lì)磁鐵與受激磁鐵的配置關(guān)系示意圖；
[0014]圖8是本實(shí)用新型不同定角比時(shí)梁上磁鐵所受作用力與轉(zhuǎn)角比的關(guān)系曲線圖；
[0015]圖9是本實(shí)用新型激勵(lì)系數(shù)、最大作用力與定角比的關(guān)系曲線圖；
[0016]圖10是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)系數(shù)與厚度比及半徑比的關(guān)系曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]如圖1?圖6所示,包括內(nèi)圈1、滾珠2、保持架一 3和保持架二 3’、外圈4,所述保持架一 3和保持架二 3’上設(shè)有用于安裝滾珠2的球型腔31、用于鑲嵌激勵(lì)磁鐵C2的盲孔32和階梯孔33，保持架一 3和保持架二 3’以及鑲嵌于保持架一 3和保持架二 3’的階梯孔33內(nèi)的激勵(lì)磁鐵C2通過(guò)鉚釘鉚接，內(nèi)圈I的兩端設(shè)有階梯軸11、外圈4的兩端設(shè)有階梯孔41，所述階梯軸11上或階梯孔41內(nèi)通過(guò)過(guò)盈配合裝有盤(pán)體7，盤(pán)體7的兩側(cè)分別設(shè)有沉腔71和環(huán)槽72，沉腔71與環(huán)槽72中間的底壁73上設(shè)有導(dǎo)向孔74和導(dǎo)線孔75，環(huán)槽72的側(cè)壁上安裝有傳感器一 SI和傳感器二 S2或傳感器三S3和傳感器四S4，電路板B和蓋板5分別通過(guò)螺釘安裝在盤(pán)體7上的設(shè)有環(huán)槽72和沉腔71的一側(cè)，所述蓋板5上設(shè)有沉腔51，蓋板5和盤(pán)體7之間壓接有金屬膜6，置于盤(pán)體7的沉腔71和蓋板5的沉腔51處的金屬膜6上通過(guò)粘接有壓電膜8構(gòu)成俘能器A，該俘能器A的中心處鉚接有受激磁鐵Cl，受激磁鐵Cl套接在導(dǎo)向孔74內(nèi)，所述受激磁鐵Cl與激勵(lì)磁鐵C2的半徑及其回轉(zhuǎn)半徑分別相等，置于同一盤(pán)體7上的各俘能器A及傳感器一 SI和傳感器二 S2或傳感器三S3和傳感器四S4通過(guò)不同的導(dǎo)線組與電路板B相連接。
[0018]工作過(guò)程中，當(dāng)內(nèi)圈I與外圈4做相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，與內(nèi)圈I或外圈4相對(duì)固定的俘能器A及受激磁鐵Cl與保持架3和3’及激勵(lì)磁鐵C2之間產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而改變受激磁鐵Cl與激勵(lì)磁鐵C2之間的軸向作用力，使俘能器A產(chǎn)生往復(fù)彎曲變形、并將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，所生成的電能經(jīng)轉(zhuǎn)換處理后為傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)供電。本實(shí)用新型中，通過(guò)導(dǎo)向孔74防止俘能器A扭擺，故可同時(shí)獲得較大的發(fā)電能力和較高的可靠性。
[0019]根據(jù)力學(xué)知識(shí)，當(dāng)質(zhì)量為M的靜止物體受外力F作用時(shí)間t后，其所獲得的速度為V = Ft/M、動(dòng)能為E = (Ft)2/(2M)。顯然，在其它條件相同時(shí)，力的作用時(shí)間過(guò)短時(shí)物體會(huì)因所得能量不足以克服慣性力而依然靜止不動(dòng)。在基于磁勵(lì)耦合激勵(lì)的旋轉(zhuǎn)式壓電發(fā)電機(jī)中，激振力F的作用時(shí)間即為兩個(gè)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)磁鐵的重疊時(shí)間、且隨轉(zhuǎn)速增加而縮短，當(dāng)轉(zhuǎn)速過(guò)高時(shí)俘能器A將不會(huì)被有效激勵(lì)。因此，增加激振力的作用時(shí)間或降低相對(duì)轉(zhuǎn)速可有效增加俘能器A所獲得的外部能量。本實(shí)用新型中，滾珠2及保持架一 3和保持架二 3’與內(nèi)圈I及外圈4之間的相對(duì)轉(zhuǎn)速nl約為內(nèi)圈I與外圈4之間相對(duì)轉(zhuǎn)速n2的λ n = nl/n2 =r/R倍，故在其它條件相同的情況下，本實(shí)用新型中作用力的持續(xù)時(shí)間為將激勵(lì)磁鐵C2置于內(nèi)圈I或外圈4上直接激勵(lì)時(shí)力的作用時(shí)間的Xt = I/ λ n = R/r倍,其中，r和R分別為激勵(lì)磁鐵C2的半徑及其中心的回轉(zhuǎn)半徑。因此，本實(shí)用新型中利用隨保持架3和3’轉(zhuǎn)動(dòng)的激勵(lì)磁鐵C2激勵(lì)俘能器A，所獲得的動(dòng)能為利用內(nèi)圈I或外圈4上安裝激勵(lì)磁鐵C2直接激勵(lì)時(shí)的λΕ= (R/r)2倍，故有效速帶寬、更適于轉(zhuǎn)速較高的場(chǎng)合。
[0020]本實(shí)用新型中，為提高俘能器A的發(fā)電量，置于同一軸截面的兩個(gè)激勵(lì)磁鐵C2的異性磁極靠近安裝，置于同一橫截面的兩圓周上相鄰激勵(lì)磁鐵C2的軸向磁極配置方向相反，且置于軸承同一側(cè)保持架一 3或保持架二 3’上的激勵(lì)磁鐵C2的數(shù)量η應(yīng)滿足下式，即

【權(quán)利要求】
1.一種帶一體化監(jiān)測(cè)組件的高速球軸承，包括內(nèi)圈、滾珠、保持架一和保持架二、外圈，其特征在于:所述保持架一和保持架二上設(shè)有用于安裝滾珠的球型腔、用于鑲嵌激勵(lì)磁鐵的盲孔和階梯孔，保持架一和保持架二以及鑲嵌于保持架一和保持架二的階梯孔內(nèi)的激勵(lì)磁鐵通過(guò)鉚釘鉚接，內(nèi)圈的兩端設(shè)有階梯軸、外圈的兩端設(shè)有階梯孔，所述階梯軸上或階梯孔內(nèi)通過(guò)過(guò)盈配合裝有盤(pán)體，盤(pán)體的兩側(cè)分別設(shè)有沉腔和環(huán)槽，沉腔與環(huán)槽中間的底壁上設(shè)有導(dǎo)向孔和導(dǎo)線孔，環(huán)槽的側(cè)壁上安裝有傳感器一和傳感器二或傳感器三和傳感器四，電路板和蓋板分別通過(guò)螺釘安裝在盤(pán)體上的設(shè)有環(huán)槽和沉腔的一側(cè)，所述蓋板上設(shè)有沉腔，蓋板和盤(pán)體之間壓接有金屬膜，置于盤(pán)體的沉腔和蓋板的沉腔處的金屬膜上通過(guò)粘接有壓電膜構(gòu)成俘能器，該俘能器的中心處鉚接有受激磁鐵，受激磁鐵套接在導(dǎo)向孔內(nèi)，所述受激磁鐵與激勵(lì)磁鐵的半徑及其回轉(zhuǎn)半徑分別相等，置于同一盤(pán)體上的各俘能器及傳感器一和傳感器二或傳感器三和傳感器四通過(guò)不同的導(dǎo)線組與電路板相連接。
【文檔編號(hào)】F16C41/00GK203856882SQ201420279860
【公開(kāi)日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月28日
【發(fā)明者】王淑云, 沈亞林, 闞君武, 曾平, 程光明 申請(qǐng)人:浙江師范大學(xué)