用于電力設(shè)施的帶自供電監(jiān)測的大尺度高速圓錐滾子軸承的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種用于電力設(shè)施的帶自供電監(jiān)測的大尺度高速圓錐滾子軸承，屬軸承及其監(jiān)測【技術(shù)領(lǐng)域】。圓錐體兩端鑲有激勵(lì)磁鐵，內(nèi)圈兩端設(shè)有階梯軸，外圈左端設(shè)有階梯孔；內(nèi)圈右端階梯軸上和外圈左端階梯孔內(nèi)安裝有盤體，盤體上設(shè)扇形沉腔，沉腔底部設(shè)有導(dǎo)向孔；盤體上依次固定有金屬膜、壓板和電路板，壓板上設(shè)有通腔，通腔側(cè)壁上安有傳感器；金屬膜與其表面粘接的壓電膜構(gòu)成俘能器，俘能器中心鉚有受激磁鐵，受激磁鐵套在導(dǎo)向孔內(nèi)。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)新穎，具有自供能傳感監(jiān)測功能，通過導(dǎo)向孔防止俘能器扭擺，提高可靠性和發(fā)電能力；利用隨圓錐體轉(zhuǎn)動(dòng)的磁鐵激勵(lì)俘能器，有效速帶寬、可用于高轉(zhuǎn)速場合。
【專利說明】用于電力設(shè)施的帶自供電監(jiān)測的大尺度高速圓錐滾子軸承

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于軸承及其監(jiān)測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于電力設(shè)施的大尺度高速圓錐滾子軸承及其自供電監(jiān)測組件。

【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)測系統(tǒng)主要是外掛式的，其弊端之一是傳感器與信號源間的距離較遠(yuǎn)，屬于非接觸的間接測量，故誤差較大。近年來，人們又相繼提出了不同形式的嵌入式監(jiān)測系統(tǒng)，這種方法可解決測量精度及準(zhǔn)確性問題，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)測系統(tǒng)，這不但容易引起設(shè)備零部件的應(yīng)力集中等問題，在一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜或空間有限的設(shè)備上也是無法實(shí)現(xiàn)的；最為關(guān)鍵的是，當(dāng)監(jiān)測系統(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)測系統(tǒng)基本上還都是非實(shí)時(shí)的、間接的非接觸測量，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)測系統(tǒng)的供電問題，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轉(zhuǎn)動(dòng)通過磁勵(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)用新型提供一種用于電力設(shè)施的帶自供電監(jiān)測的大尺度高速圓錐滾子軸承，以解決現(xiàn)有軸承監(jiān)測系統(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)電等問題。
[0005]本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是:包括內(nèi)圈、圓錐體、保持架、外圈，所述圓錐體的兩端分別鑲嵌有激勵(lì)磁鐵，置于同一圓錐體上的兩個(gè)激勵(lì)磁鐵的異性磁極靠近安裝，置于同一側(cè)的兩個(gè)圓周上相鄰圓錐體上的激勵(lì)磁鐵的磁極的軸向配置方式相反，所述內(nèi)圈的左右兩端分別設(shè)有階梯軸一和階梯軸二，外圈的左端設(shè)有階梯孔，所述內(nèi)圈的右端階梯軸二上和外圈的階梯孔內(nèi)分別通過過盈配合安裝有盤體，所述盤體上設(shè)扇形沉腔，所述沉腔底部設(shè)有導(dǎo)向孔，所述盤體上通過螺釘依次固定有金屬膜、壓板和電路板，所述壓板上設(shè)有與所述沉腔形狀相同的扇形通腔，至少一個(gè)扇形通腔的側(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，所述金屬膜上對應(yīng)扇形沉腔和通腔上的圓弧部分設(shè)有兩條弧形窄縫和，形成扇形簡支梁，所述扇形簡支梁與其表面所粘接的壓電膜構(gòu)成俘能器，所述俘能器的中心處鉚接有受激磁鐵，受激磁鐵套接在盤體上的導(dǎo)向孔內(nèi)，置于同一盤體上的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不同的導(dǎo)線組與電路板相連。
[0006]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)新穎，軸承自身集成有自供能傳感監(jiān)測功能，作為獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)部件使用，無需改變其安裝設(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；通過導(dǎo)向孔防止俘能器扭擺，可提高俘能器可靠性和發(fā)電量；利用隨圓錐體轉(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)速場合。

【專利附圖】

【附圖說明】
[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剖視圖；
[0009]圖3是本實(shí)用新型內(nèi)外圈及圓錐滾子裝配后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖4是本實(shí)用新型金屬膜的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖5是本實(shí)用新型盤體的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖6是圖5的左視圖；
[0013]圖7是本實(shí)用新型壓板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖8是圖7的左視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]如圖1?圖8所示，包括內(nèi)圈1、圓錐體2、保持架3、外圈4，所述圓錐體2的兩端分別鑲嵌有激勵(lì)磁鐵C2，置于同一圓錐體2上的兩個(gè)激勵(lì)磁鐵C2的異性磁極靠近安裝，置于同一側(cè)的兩個(gè)圓周上相鄰圓錐體2上的激勵(lì)磁鐵C2的磁極的軸向配置方式相反，所述內(nèi)圈I的左右兩端分別設(shè)有階梯軸一 11和階梯軸二 12，外圈4的左端設(shè)有階梯孔41，所述內(nèi)圈I的右端階梯軸二 12上和外圈4的階梯孔41內(nèi)分別通過過盈配合安裝有盤體5，所述盤體5上設(shè)扇形沉腔51，所述沉腔51底部設(shè)有導(dǎo)向孔53，所述盤體5上通過螺釘依次固定有金屬膜6、壓板7和電路板B ;所述壓板7上設(shè)有與所述沉腔51形狀相同的扇形通腔71，至少一個(gè)扇形通腔71的側(cè)壁上安裝有傳感器SI和S2或S3和S4，所述金屬膜6上對應(yīng)扇形沉腔51和通腔71上的圓弧部分設(shè)有兩條弧形窄縫61和62，形成扇形簡支梁63，所述扇形簡支梁63與其表面所粘接的壓電膜8構(gòu)成俘能器A，所述俘能器A的中心處鉚接有受激磁鐵Cl，受激磁鐵Cl套接在盤體5上的導(dǎo)向孔53內(nèi)，置于同一盤體5上的俘能器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通過不同的導(dǎo)線組與電路板B相連。
[0016]工作過程中，當(dāng)內(nèi)圈I與外圈4做相對轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，圓錐體2相對內(nèi)圈I及外圈4轉(zhuǎn)動(dòng)，故置于圓錐體2兩端的激勵(lì)磁鐵C2與置于內(nèi)圈I及外圈4上的俘能器A上的受激磁鐵Cl之間產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著各激勵(lì)磁鐵C2在圓周方向上交替地靠近與分離，受激磁鐵Cl承受交替更迭的排斥力和吸引力，從而迫使俘能器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)測系統(tǒng)供電。本實(shí)用新型中，采用兩端固定的扇形簡支梁結(jié)構(gòu)的俘能器A以及吸、排交替的激勵(lì)方式，易于獲得較大的俘能器形量和發(fā)電量；通過導(dǎo)向孔53防止俘能器A的扭擺，故可同時(shí)獲得加大的發(fā)電能力和較高的可靠性。
[0017]根據(jù)力學(xué)知識，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)速過高時(shí)俘能器將不會(huì)被有效激勵(lì)。因此，增加激振力的作用時(shí)間或降低相對轉(zhuǎn)速可有效增加俘能器所獲得的外部能量。本實(shí)用新型中，圓錐體2與內(nèi)圈I及外圈4之間的相對轉(zhuǎn)速nl約為內(nèi)圈I與外圈4之間相對轉(zhuǎn)速n2的λη = nl/n2 = 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λ t = I/ λ n = R0/r0倍，其中，r0和Rtl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)用新型中利用隨圓錐體2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= (RcAtl)2倍，更適用于轉(zhuǎn)速較高的應(yīng)用場合。
【權(quán)利要求】
1.一種用于電力設(shè)施的帶自供電監(jiān)測的大尺度高速圓錐滾子軸承，包括內(nèi)圈、圓錐體、保持架、外圈，其特征在于:所述圓錐體的兩端分別鑲嵌有激勵(lì)磁鐵，置于同一圓錐體上的兩個(gè)激勵(lì)磁鐵的異性磁極靠近安裝，置于同一側(cè)的兩個(gè)圓周上相鄰圓錐體上的激勵(lì)磁鐵的磁極的軸向配置方式相反，所述內(nèi)圈的左右兩端分別設(shè)有階梯軸一和階梯軸二，外圈的左端設(shè)有階梯孔，所述內(nèi)圈的右端階梯軸二上和外圈的階梯孔內(nèi)分別通過過盈配合安裝有盤體，所述盤體上設(shè)扇形沉腔，所述沉腔底部設(shè)有導(dǎo)向孔，所述盤體上通過螺釘依次固定有金屬膜、壓板和電路板，所述壓板上設(shè)有與所述沉腔形狀相同的扇形通腔，至少一個(gè)扇形通腔的側(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，所述金屬膜上對應(yīng)扇形沉腔和通腔上的圓弧部分設(shè)有兩條弧形窄縫和，形成扇形簡支梁，所述扇形簡支梁與其表面所粘接的壓電膜構(gòu)成俘能器，所述俘能器的中心處鉚接有受激磁鐵，受激磁鐵套接在盤體上的導(dǎo)向孔內(nèi)，置于同一盤體上的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不同的導(dǎo)線組與電路板相連。
【文檔編號】F16C41/00GK203856887SQ201420281123
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月28日
【發(fā)明者】闞君武, 劉殿龍, 尹曉紅, 王淑云, 張肖逸 申請人:浙江師范大學(xué)