一種帶一體化監(jiān)測(cè)裝置的高速球軸承的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種帶一體化監(jiān)測(cè)裝置的高速球軸承，屬于軸承及其監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】。內(nèi)圈及珠架上分別裝有主動(dòng)盤和被動(dòng)盤，被動(dòng)盤外緣與外圈內(nèi)孔間設(shè)有限位滾珠，主被動(dòng)盤上均固定有壓板，壓板與主被動(dòng)盤間分別壓有金屬膜，金屬膜與其表面所粘接的壓電膜構(gòu)成壓電振子，壓電振子中心處裝有有磁鐵，磁鐵套在主被動(dòng)盤的導(dǎo)向孔內(nèi)，主被動(dòng)盤上安裝有電路板和傳感器。優(yōu)點(diǎn)是軸承與其監(jiān)測(cè)裝置集成一體，可作為獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)部件使用，可實(shí)現(xiàn)真正意義上的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)；可有效增加高速時(shí)壓電振子所得動(dòng)能及發(fā)電量；采用導(dǎo)向孔防止壓電振子扭擺、且壓電振子結(jié)構(gòu)尺寸配置合理，故可靠性及發(fā)電量均較高。
【專利說明】一種帶一體化監(jiān)測(cè)裝置的高速球軸承

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于滾動(dòng)軸承及其監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種高速球軸承及其一體 化監(jiān)測(cè)裝置。

【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(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，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(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)的供電問題，人們提出了多種形式的旋轉(zhuǎn)式壓電懸臂 梁發(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)裝置的高速球軸承，以解決現(xiàn)有軸承監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 以及相關(guān)壓電發(fā)電裝置在實(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)電的問題。
[0005] 本實(shí)用新型采用的實(shí)施方案是：包括內(nèi)圈，一對(duì)珠架，用于軸承的承載滾珠，外圈， 所述內(nèi)圈比外圈窄，內(nèi)圈與外圈一側(cè)對(duì)齊安裝，非對(duì)齊一側(cè)的內(nèi)圈及珠架的端面分別通過 螺釘固定有主動(dòng)盤和被動(dòng)盤，被動(dòng)盤的外緣表面與外圈內(nèi)孔表面間設(shè)有限位滾珠，限位滾 珠安裝在被動(dòng)盤外緣表面的球面沉孔內(nèi)、且可沿外圈內(nèi)孔上的滾道滾動(dòng)，主動(dòng)盤和被動(dòng)盤 上分別通過螺釘固定有壓板，壓板與主動(dòng)盤之間、以及壓板與被動(dòng)盤之間分別壓接有金屬 膜，金屬膜與其表面所粘接的壓電膜構(gòu)成壓電振子，壓電振子的中心處通過鉚釘鉚接有磁 鐵，被動(dòng)盤和主動(dòng)盤上分別設(shè)有壓電振子變形所需的沉腔一和沉腔二，所述沉腔一和沉腔 二的底壁分別設(shè)有磁鐵防扭所需的導(dǎo)向孔一和導(dǎo)向孔二，壓板上設(shè)有壓電振子變形所需的 通孔，主動(dòng)盤上安裝有電路板一、振動(dòng)傳感器及噪聲傳感器，被動(dòng)盤上安裝有電路板二和溫 度傳感器，主動(dòng)盤上的振動(dòng)傳感器、噪聲傳感器及各壓電振子分別通過不同的導(dǎo)線組與電 路板一連接，被動(dòng)盤上的溫度傳感器和各壓電振子通過不同的導(dǎo)線組與電路板二連接。
[0006] 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)新穎，軸承與其監(jiān)測(cè)裝置集成一體、且自供電能力，可作 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(cè)； 利用隨滾動(dòng)體轉(zhuǎn)動(dòng)的被動(dòng)盤與主動(dòng)盤相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)激勵(lì)，可有效增加高速時(shí)壓電振子所得動(dòng)能 及發(fā)電量；采用導(dǎo)向孔防止壓電振子扭擺、且壓電振子結(jié)構(gòu)尺寸配置合理，故可靠性及發(fā)電 量均較高。

【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視圖；
[0009] 圖3是圖1的B-B視圖；
[0010] 圖4是圖1的I部放大圖；
[0011] 圖5是本實(shí)用新型被動(dòng)盤的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012] 圖6是本實(shí)用新型保持架的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013] 圖7是圖6的右視圖；
[0014] 圖8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；
[0015] 圖9是本實(shí)用新型為壓電振子總面積與俘能器半徑間的關(guān)系曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016] 如圖1?圖7所示，包括內(nèi)圈1，一對(duì)珠架2,用于軸承的承載滾珠3,外圈4,所述 內(nèi)圈1比外圈4窄，內(nèi)圈1與外圈4 一側(cè)對(duì)齊安裝，非對(duì)齊一側(cè)的內(nèi)圈1及珠架2的端面分 別通過螺釘固定有主動(dòng)盤7和被動(dòng)盤5,被動(dòng)盤5的外緣表面與外圈4內(nèi)孔表面間設(shè)有限 位滾珠6,限位滾珠6安裝在被動(dòng)盤5外緣表面的球面沉孔51內(nèi)、且可沿外圈4內(nèi)孔上的 滾道滾動(dòng)，主動(dòng)盤7和被動(dòng)盤5上分別通過螺釘固定有壓板8,壓板8與主動(dòng)盤7之間、以 及壓板8與被動(dòng)盤5之間分別壓接有金屬膜9,金屬膜9與其表面所粘接的壓電膜10構(gòu)成 壓電振子12,壓電振子12的中心處通過鉚釘鉚接有磁鐵11，被動(dòng)盤5和主動(dòng)盤7上分別設(shè) 有壓電振子12變形所需的沉腔52和沉腔72,所述沉腔52和沉腔72的底壁分別設(shè)有磁鐵 11防扭所需的導(dǎo)向孔53和導(dǎo)向孔71，壓板8上設(shè)有壓電振子12變形所需的通孔81，主動(dòng) 盤7上安裝有電路板一 14、振動(dòng)傳感器S1及噪聲傳感器S2,被動(dòng)盤5上安裝有電路板二13 和溫度傳感器S3,主動(dòng)盤7上的振動(dòng)傳感器S1、噪聲傳感器S2及各壓電振子12分別通過 不同的導(dǎo)線組與電路板一 14連接，被動(dòng)盤5上的溫度傳感器S3和各壓電振子12通過不同 的導(dǎo)線組與電路板二13連接。
[0017] 工作過程中，當(dāng)內(nèi)圈1及主動(dòng)盤7與外圈4做相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，與保持架2相連接的被 動(dòng)盤5在承載滾珠3的帶動(dòng)下也產(chǎn)生相對(duì)內(nèi)圈1的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使所述置于主動(dòng)盤7和被動(dòng) 盤5上的壓電振子12及磁鐵11產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的磁鐵11之間交替增加和減小的 作用力使得壓電振子12產(chǎn)生彎曲變形并將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，所生成的電能經(jīng)轉(zhuǎn)換處理 后為所述各傳感器供電，從而實(shí)現(xiàn)不同軸承參數(shù)的自供電監(jiān)測(cè)。
[0018] 根據(jù)力學(xué)知識(shí)，當(dāng)質(zhì)量為Μ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)V(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(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 過高時(shí)壓電振子將不會(huì)被有效激勵(lì)。因此，增加旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)的激振力的作用時(shí)間或降低相 對(duì)轉(zhuǎn)速可有效增加壓電振子所獲得的外部能量。本實(shí)用新型中，內(nèi)圈1與外圈4的相對(duì)轉(zhuǎn) 速nl約為內(nèi)圈1及主動(dòng)盤7與被動(dòng)盤5相對(duì)轉(zhuǎn)速n2的λ η = nl/n2 = :^/仏倍，即主動(dòng)盤 7與被動(dòng)盤5上磁體11間的重疊 tl約為當(dāng)將相同的磁鐵分別置于內(nèi)圈1和外圈4上時(shí)重 疊時(shí)間t2的λ t = 1/ λ n = R/a倍，其中，Γ(ι和R分別為磁鐵11的半徑及其中心的回轉(zhuǎn) 半徑。因此，采用隨滾動(dòng)體運(yùn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)的被動(dòng)盤5與主動(dòng)盤7相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)激勵(lì)時(shí)，壓電振子12 所獲得的動(dòng)能為內(nèi)外圈相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)直接激勵(lì)時(shí)的λ Ε= (RyiJ2倍。因仏》!^，故本實(shí)用新型 可實(shí)現(xiàn)高速狀態(tài)下壓電振子的有效激勵(lì)、發(fā)電量大。
[0019] 為提高壓電振子12自身的發(fā)電能力，金屬膜9的材料為鈹青銅，壓電膜10的 材料為PZT4,且壓電膜10厚度h p與壓電振子的總厚度h之比β = hp/h的取值范圍 為0.5〈β〈0.7、壓電膜10半徑rp與壓電振子12半徑r之比a =rp/r的取值范圍為 0· 5〈 α〈〇· 7。
[0020] 本實(shí)用新型壓電振子12單次受激振力F作用時(shí)產(chǎn)生的電能為

【權(quán)利要求】
1. 一種帶一體化監(jiān)測(cè)裝置的高速球軸承，包括內(nèi)圈，一對(duì)珠架，用于軸承的承載滾珠， 外圈，其特征在于：所述內(nèi)圈比外圈窄，內(nèi)圈與外圈一側(cè)對(duì)齊安裝，非對(duì)齊一側(cè)的內(nèi)圈及珠 架的端面分別通過螺釘固定有主動(dòng)盤和被動(dòng)盤，被動(dòng)盤的外緣表面與外圈內(nèi)孔表面間設(shè)有 限位滾珠，限位滾珠安裝在被動(dòng)盤外緣表面的球面沉孔內(nèi)、且可沿外圈內(nèi)孔上的滾道滾動(dòng)， 主動(dòng)盤和被動(dòng)盤上分別通過螺釘固定有壓板，壓板與主動(dòng)盤之間、以及壓板與被動(dòng)盤之間 分別壓接有金屬膜，金屬膜與其表面所粘接的壓電膜構(gòu)成壓電振子，壓電振子的中心處通 過鉚釘鉚接有磁鐵，被動(dòng)盤和主動(dòng)盤上分別設(shè)有壓電振子變形所需的沉腔一和沉腔二，所 述沉腔一和沉腔二的底壁分別設(shè)有磁鐵防扭所需的導(dǎo)向孔一和導(dǎo)向孔二，壓板上設(shè)有壓電 振子變形所需的通孔，主動(dòng)盤上安裝有電路板一、振動(dòng)傳感器及噪聲傳感器，被動(dòng)盤上安裝 有電路板二和溫度傳感器，主動(dòng)盤上的振動(dòng)傳感器、噪聲傳感器及各壓電振子分別通過不 同的導(dǎo)線組與電路板一連接，被動(dòng)盤上的溫度傳感器和各壓電振子通過不同的導(dǎo)線組與電 路板二連接。
【文檔編號(hào)】F16C19/02GK204061540SQ201420281076
【公開日】2014年12月31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】曾平, 沈亞林, 闞君武, 王淑云, 程光明 申請(qǐng)人:浙江師范大學(xué)