一種用于風力發(fā)電機的轉速自監(jiān)測的球軸承的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種用于風力發(fā)電機的轉速自監(jiān)測的球軸承，屬于軸承【技術領域】。安裝筒及激勵盤分別固定在外圈及內圈端部；電路板及擋環(huán)安裝在安裝筒上，擋環(huán)與激勵盤間設有密封圈，擋環(huán)與安裝筒間壓接有金屬膜，金屬膜的懸臂梁上粘有壓電膜構成換能器，換能器自由端安裝有受激磁鐵一；壓板固定在安裝筒的凸臺上，并將碟形簧、受激磁鐵二及壓電體壓接在凸臺的盲孔內；換能器及壓電體經導線組一和二與電路板相連；激勵磁鐵一及二均安裝在激勵盤上，各激勵磁鐵與受激磁鐵之間的同性磁極靠近安裝。本實用新型的優(yōu)點是結構新穎，具有轉速自監(jiān)測功能，作為獨立的標準部件使用，無需改變其安裝設備結構；換能器結構及激勵磁鐵配置參數(shù)確定合理，發(fā)供電能力強、可靠性高。
【專利說明】—種用于風力發(fā)電機的轉速自監(jiān)測的球軸承

【技術領域】
[0001]本實用新型屬于軸承【技術領域】，具體涉及一種用于風力發(fā)電機的轉速自監(jiān)測的球軸承。

【背景技術】
[0002]軸承是一種典型的機械基礎件，在機械、車輛、航空航天、輪船及能源等領域都有著極其廣泛的應用；然而，軸承也是轉動機器中最易損壞的零件之一，旋轉機械故障的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)測已經逐步成為大型風力發(fā)電機、輪船、高鐵以及航空器等領域不可或缺的技術，所需監(jiān)測的指標包括諸如溫度、振動、轉速及噪音等。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，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確性問題，但需要改變相關設備的結構或其完整性，以便安裝傳感監(jiān)測系統(tǒng)，這不但容易引起設備零部件的應力集中等問題，在一些結構復雜或空間有限的設備上也是無法實現(xiàn)的；最為關鍵的是，當監(jiān)測系統(tǒng)需要隨軸承內圈或外圈一起轉動時，不便通過電線供電，而采用電池供電使用時間很短。因此，目前的軸承監(jiān)測系統(tǒng)基本上還都是非實時的、間接的非接觸測量，難以及時準確地獲得軸承的運行狀態(tài)。


【發(fā)明內容】

[0003]本實用新型提供一種用于風力發(fā)電機的轉速自監(jiān)測的球軸承，以解決現(xiàn)有軸承監(jiān)測系統(tǒng)在實際應用中所存在的難以及時準確地獲得軸承的運行狀態(tài)的問題。
[0004]本實用新型采取的技術方案是:內圈與外圈通過珠架上的滾珠轉動連接，所述外圈寬度大于內圈寬度，且內外圈的一側對齊安裝；在內外圈非對齊的一側，安裝筒的外緣法蘭通過螺釘固定在外圈端面，激勵盤上的定位槽套在內圈端部并由螺釘固定；安裝筒底壁上設有扇形孔、凸臺及筒壁，凸臺上設有盲孔；電路板通過螺釘安裝在安裝筒底壁上的扇形孔處；擋環(huán)的筒壁與安裝筒的筒壁通過螺釘相連接，擋環(huán)的底壁與激勵盤之間設有密封圈；擋環(huán)的筒壁的端面與安裝筒的筒壁的端面之間壓接有設有扇形懸臂梁的金屬膜，懸臂梁上遠離內圈的一側粘有壓電膜，粘接后的壓電膜和金屬膜懸臂梁構成換能器，換能器自由端通過螺釘安裝有受激磁鐵一；壓板通過螺釘固定在安裝筒的凸臺上，并依次將碟形彈簧、受激磁鐵二及壓電體壓接在凸臺上的盲孔內；所述換能器及壓電體分別通過導線組一和二與電路板相連；激勵磁鐵一的磁環(huán)及磁柱分別嵌入到激勵盤的環(huán)槽和通孔內，激勵磁鐵一的磁柱與受激磁鐵一的半徑及距內圈中心的距離分別相等；激勵磁鐵二鑲嵌在激勵盤的盲孔內，激勵磁鐵二與受激磁鐵二的半徑及距內圈的中心的偏心距分別相等；激勵磁鐵一與受激磁鐵一之間、以及激勵磁鐵二與受激磁鐵二之間的同性磁極靠近安裝，且所述各激勵磁鐵的軸向磁極配置方式相同。
[0005]本實用新型一種實施方式是:激勵磁鐵一上磁柱的數(shù)量η的取值應滿足下式，即2.5arcsin(—) < — < 4arcsin(—)，其中r為磁柱的中心到軸承回轉中心的距離，r為磁柱的半徑。
[0006]本實用新型一種實施方式是:所述換能器的工作部分為等腰梯形，所述梯形兩斜邊的延長線交于受激磁鐵一的中心，且梯形兩斜邊夾角Q5和換能器的數(shù)量m分別為:ns _ 0.「 L(r + 0.5z)_π
L — anLJl-0^ + 0.5zf-R^ J 'U — ,rcsin(^0-5^ ’其中 L 為換能器固定端頂角距
'R
軸承回轉中心的距離，z為采用線切割加工時電極絲的直徑。
[0007]本實用新型的優(yōu)點是結構新穎，軸承自身具有轉速的自監(jiān)測功能，作為獨立的標準部件使用，無需改變其安裝設備的結構，可實現(xiàn)真正意義上的實時在線監(jiān)測；換能器結構及激勵磁鐵配置參數(shù)確定合理，發(fā)供電能力強；換能器工作中僅承受壓應力作用，可靠性聞。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本實用新型一個較佳實施例中轉速自監(jiān)測的球軸承的結構剖面圖；
[0009]圖2是圖1的A -A視圖；
[0010]圖3是圖1的B-B視圖；
[0011]圖4是圖1的I部放大圖；
[0012]圖5是本實用新型金屬膜、壓電膜及其粘接后所形成換能器的結構示意圖；
[0013]圖6是本實用新型激勵盤的結構剖視圖；
[0014]圖7是圖6的左視圖；
[0015]圖8是本實用新型激勵磁鐵一的結構剖視圖；
[0016]圖9是圖8的右視圖；
[0017]圖10是不同定角比時受激磁鐵所受作用力與轉角比的關系曲線；
[0018]圖11是能量系數(shù)及最大力幅與定角比的關系曲線。

【具體實施方式】
[0019]如圖1~圖9所示，包括:內圈1、珠架2、滾珠3、外圈4、擋環(huán)5、安裝筒6、電路板
7、壓電膜8、金屬膜9、受激磁鐵一 11、壓電體12、受激磁鐵二 13、激勵盤14、激勵磁鐵一 16及激勵磁鐵二 17。
[0020]內圈I與外圈4通過珠架2上的滾珠3轉動連接，外圈4寬度大于內圈I的寬度，且所述內圈I與外圈4的一側對齊安裝；在所述外圈4與內圈I非對齊的一側，安裝筒6的外緣法蘭61通過螺釘固定在外圈4的端面，激勵盤14上的定位槽141套在內圈I的端面并由螺釘固定，安裝筒6的底壁上設有扇形孔62、凸臺63及筒壁65，所述凸臺63上設有盲孔64，電路板7通過螺釘安裝在安裝筒6底壁上的扇形孔62處，擋環(huán)5的筒壁52與安裝筒6的筒壁65通過螺釘相連接，擋環(huán)5的底壁51與激勵盤14之間設有密封圈15 ;擋環(huán)5的筒壁52的端面與安裝筒6的筒壁65的端面之間壓接有扇形懸臂梁91的金屬膜9，懸臂梁91上遠離內圈I的一側粘接有壓電膜8，粘接后的壓電膜8和懸臂梁91構成換能器10，換能器10的自由端通過螺釘安裝有受激磁鐵一 11 ;壓板19通過螺釘固定在安裝筒6的凸臺63上，并依次將碟形彈簧18、受激磁鐵二 13及壓電體12壓接在凸臺63上的盲孔64內；所述換能器10及壓電體12分別通過導線組一 LI和導線組二 L2與電路板7相連；激勵磁鐵一16的磁環(huán)161及磁柱162分別嵌入到激勵盤14的環(huán)槽142和通孔143內，激勵磁鐵一16的磁柱162與受激磁鐵一 11的半徑及距內圈I中心的距離分別相等；激勵磁鐵二 17鑲嵌在激勵盤14的盲孔144內，激勵磁鐵二 17與受激磁鐵二 13的半徑及距內圈I的中心的偏心距分別相等；激勵磁鐵一 16與受激磁鐵一 11之間、以及激勵磁鐵二 17與受激磁鐵二13之間的同性磁極靠近安裝，且所述激勵磁鐵一 16與激勵磁鐵二 17的軸向磁極配置方式相同。
[0021]工作過程中，當內圈I與外圈4做相對轉動時，激勵盤14上的激勵磁鐵一 16與換能器10端部的受激磁鐵一 11產生相對轉動，從而使激勵磁鐵一 16上的磁柱162與受激磁鐵一 11間的重疊面積交替地增加和減小，故其間的軸向作用力交替地增加和減小，迫使換能器10產生軸向彎曲振動，并將機械能轉化成電能，并經導線組一 LI輸送給電路板7上的電源電路；當內圈I與外圈4做相對轉動時，激勵磁鐵二 17與受激磁鐵二 13也產生相對轉動，其間軸向作用力也交替地增加和減小，從而使壓電體12承受交變軸向壓力并產生電壓信號，所生成的電壓信號經導線組二 L2傳至電路板7上的電源電路；由于內圈I和外圈4相對轉動一周時壓電體12僅受激一次并僅生成一個電壓脈沖，因此單位時間內壓電體12產生脈沖電壓數(shù)量即為軸承內圈I和外圈4的相對轉速。
[0022]在上述內圈I與外圈4相對轉動的過程中，受激磁鐵一 11始終受激勵磁鐵一 16的排斥作用，但排斥力大小不同:受激磁鐵一 11與激勵磁鐵一 16上的磁柱162完全重疊時排斥力最大，受激磁鐵一 11處于兩相鄰磁柱162中間位置時排斥力最小,故內圈I與外圈4相對轉動時換能器10中的壓電膜8承受的是交變的壓應力，從而避免承受過大的拉應力而損毀，可靠性高。
[0023]本實用新型中，為使其它條件確定時的激振力F較大、提高換能器10的輸出電壓Vg及發(fā)電量Eg，激勵磁鐵一 16上磁柱162的數(shù)量η的取值應滿足下式，即
2_5arcSin(i)^^^4arCSin(i)，其中r為磁柱！62的中心到軸承回轉中心的距離，r為磁柱
162的半徑。
[0024]為確保換能器10產生的電能可滿足壓電體12所生成信號的處理及發(fā)送需求，其他條件確定時應盡可能提高換能器10產生的電壓和電能。激勵磁鐵一 16與受激磁鐵一 11
相對轉動一周時，單個換能器10廣生的電能為:Eg2 = "C:,切/7) //.= HC?η /2，
其中CfS壓電膜8的自由電容，Vg= JlF為換能器10生成的開路電壓，Π為與壓電膜8尺度及材料有關的系數(shù)，h = nF2稱為能量系數(shù)，n為激勵磁鐵一 16上磁柱162的數(shù)量。顯然，在其它條件確定時，可通過提高作用力F提高電壓及電能；此外，磁柱162的數(shù)量n通過改變激勵次數(shù)及作用力幅值大小兩方面影響換能器10的特性。根據(jù)本實用新型轉速自監(jiān)測的球軸承的工作原理、以及磁場為空間分布的實際情況，任一受激磁鐵一 11都同時受多個磁柱162作用，作用力的大小取決于定角比左=(，其中= 2arcsin(^.)為磁柱162的兩條在軸承回轉中心處相交的切線間的夾角，Q2 = 2 3i/n為兩相鄰磁柱162的中心與軸承回轉中心的連線間的夾角，由此可將定角比轉換成磁柱162數(shù)量的函數(shù)，即

【權利要求】
1.一種用于風力發(fā)電機的轉速自監(jiān)測的球軸承，其特征在于:內圈與外圈通過珠架上的滾珠轉動連接，所述外圈寬度大于內圈寬度，且內外圈的一側對齊安裝；在內外圈非對齊的一側，安裝筒的外緣法蘭通過螺釘固定在外圈端面，激勵盤上的定位槽套在內圈端部并由螺釘固定；安裝筒底壁上設有扇形孔、凸臺及筒壁，凸臺上設有盲孔；電路板通過螺釘安裝在安裝筒底壁上的扇形孔處；擋環(huán)的筒壁與安裝筒的筒壁通過螺釘相連接，擋環(huán)的底壁與激勵盤之間設有密封圈；擋環(huán)的筒壁的端面與安裝筒的筒壁的端面之間壓接有設有扇形懸臂梁的金屬膜，懸臂梁上遠離內圈的一側粘有壓電膜，粘接后的壓電膜和金屬膜懸臂梁構成換能器，換能器自由端通過螺釘安裝有受激磁鐵一；壓板通過螺釘固定在安裝筒的凸臺上，并依次將碟形彈簧、受激磁鐵二及壓電體壓接在凸臺上的盲孔內；所述換能器及壓電體分別通過導線組一和二與電路板相連；激勵磁鐵一的磁環(huán)及磁柱分別嵌入到激勵盤的環(huán)槽和通孔內，激勵磁鐵一的磁柱與受激磁鐵一的半徑及距內圈中心的距離分別相等；激勵磁鐵二鑲嵌在激勵盤的盲孔內，激勵磁鐵二與受激磁鐵二的半徑及距內圈的中心的偏心距分別相等；激勵磁鐵一與受激磁鐵一之間、以及激勵磁鐵二與受激磁鐵二之間的同性磁極靠近安裝，且所述各激勵磁鐵的軸向磁極配置方式相同。
【文檔編號】G01M13/04GK203856904SQ201420281078
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年5月28日 優(yōu)先權日:2014年5月28日
【發(fā)明者】闞君武, 張肖逸, 程光明, 王淑云, 劉殿龍 申請人:浙江師范大學