本發(fā)明屬于軸承技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種自監(jiān)測圓錐軸承。

背景技術(shù)：

軸承在機械、車輛、航空航天、輪船及能源等領(lǐng)域都是不可或缺的基本構(gòu)件，同時也是傳動系統(tǒng)中最易損壞的零件之一，旋轉(zhuǎn)機械故障的30％是由軸承失效所引發(fā)的。因此，軸承狀態(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、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)測的指標包括溫度、振動、轉(zhuǎn)速及噪音等。早期軸承監(jiān)測系統(tǒng)主要是外掛式的，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，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)，雖可解決測量精度及準確性問題，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)備上也是無法實現(xiàn)的；最為關(guān)鍵的是，當監(jiān)測系統(tǒng)需要隨軸承內(nèi)外圈一起轉(zhuǎn)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，現(xiàn)有軸承監(jiān)測系統(tǒng)還基本上是定期、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)。有鑒于此，人們提出了多種形式的自供電監(jiān)測軸承，其主要問題是不同轉(zhuǎn)速時的發(fā)電性能差異較大、有效頻帶窄、可靠性低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種自監(jiān)測圓錐軸承，本發(fā)明采用的實施方案是：本發(fā)明的自監(jiān)測圓錐軸承包括內(nèi)圈、滾動體、外圈、傳感器、電路板、壓環(huán)、換能器、受激磁鐵、右半軸、左半軸、左磁凸輪環(huán)、右磁凸輪環(huán)及密封圈；環(huán)形隔板將外圈分隔成左腔和右腔，右腔內(nèi)經(jīng)滾動體安裝有內(nèi)圈；環(huán)形隔板上安裝有電路板和傳感器，電路板置于左腔內(nèi)；右半軸的軸臺套在內(nèi)圈的內(nèi)孔中，右半軸上的軸肩經(jīng)螺釘安裝在內(nèi)圈上，軸肩與環(huán)形隔板之間壓接有密封圈；右半軸上經(jīng)螺釘安裝有左半軸，左半軸上經(jīng)螺釘安裝有左磁凸輪環(huán)，右半軸上經(jīng)螺釘安裝有右磁凸輪環(huán)，左磁凸輪環(huán)和右磁凸輪環(huán)形成凸輪槽；外圈的內(nèi)壁凸臺上經(jīng)螺釘和壓環(huán)安裝有換能器，換能器置于左腔內(nèi)，換能器由基板和pzt膜粘接而成，換能器自由端的兩側(cè)經(jīng)鉚釘安裝有受激磁鐵，受激磁鐵置于凸輪槽內(nèi)，受激磁鐵為半球狀，受激磁鐵與左磁凸輪環(huán)和右磁凸輪環(huán)之間的作用力均為排斥力；換能器和傳感器經(jīng)不同的導(dǎo)線組與電路板相連。

換能器為基板一側(cè)粘接pzt膜構(gòu)成的單晶結(jié)構(gòu)或為基板兩側(cè)粘接pzt膜構(gòu)成的雙晶結(jié)構(gòu)；換能器為單晶結(jié)構(gòu)時，換能器自由端的最大變形量由下式計算，即：其中：b＝1-α+αβ，a＝α⁴(1-β)²-4α³(1-β)+6α²(1-β)-4α(1-β)+1，α＝hm/h，β＝em/ep，hm和h分別為基板的厚度和換能器的總厚度，em和ep分別為基板和pzt膜的楊氏模量，k31和分別為pzt材料的機電耦合系數(shù)和許用壓應(yīng)力，l為換能器的長度。

工作中，當內(nèi)圈與外圈通過滾動體相對轉(zhuǎn)動時，換能器及受激磁鐵與左磁凸輪環(huán)及右磁凸輪環(huán)相對轉(zhuǎn)動，受激磁鐵在凸輪槽內(nèi)左右往復(fù)運動，從而迫使換能器左右彎曲振動，并將機械能轉(zhuǎn)換成電能；相對于換能器未變形時的對稱中心，受激磁鐵在凸輪槽內(nèi)向左與向右可移動的最大距離相等，即受激磁鐵向左移動且與左磁凸輪環(huán)接觸時的最大距離與向右移動且與右磁凸輪環(huán)接觸時的最大距離相等；受激磁鐵在凸輪槽內(nèi)左右移動距離最大時，pzt膜上的最大應(yīng)力小于其許用值；換能器彎曲變形時所生成的電能經(jīng)電路板上的轉(zhuǎn)換電路處理后供給傳感器，傳感器實時地獲得軸承溫度、轉(zhuǎn)速或振動參數(shù)，再經(jīng)電路板上的發(fā)射單元發(fā)射出去。

優(yōu)勢與特色：換能器的變形量由凸輪升程決定，不同轉(zhuǎn)速時換能器的最大變形量及pzt膜上的最大應(yīng)力都相同，故可靠性高、有效頻帶寬、發(fā)電與供電能力強。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一個較佳實施例中軸承的結(jié)構(gòu)剖面圖；

圖2是本發(fā)明一個較佳實施例中左右半軸及左右磁凸輪環(huán)組裝后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖1的a-a的剖視圖；

圖4是圖1中軸承內(nèi)圈轉(zhuǎn)過180度時的結(jié)構(gòu)剖面圖。

具體實施方式

本發(fā)明的自監(jiān)測圓錐軸承包括內(nèi)圈a、滾動體b、外圈c、傳感器d、電路板e、壓環(huán)f、換能器g、受激磁鐵h、右半軸j、左半軸i、左磁凸輪環(huán)k、右磁凸輪環(huán)m及密封圈n；環(huán)形隔板c1將外圈c分隔成左腔c1和右腔c2，右腔c2內(nèi)經(jīng)滾動體b安裝有內(nèi)圈a；環(huán)形隔板c1上安裝有電路板e和傳感器d，電路板e置于左腔c1內(nèi)；右半軸j的軸臺j1套在內(nèi)圈a的內(nèi)孔中，右半軸j上的軸肩j2經(jīng)螺釘安裝在內(nèi)圈a上，軸肩j2與環(huán)形隔板c1之間壓接有密封圈n；右半軸j上經(jīng)螺釘安裝有左半軸i，左半軸i上經(jīng)螺釘安裝有左磁凸輪環(huán)k，右半軸j上經(jīng)螺釘安裝有右磁凸輪環(huán)m，左磁凸輪環(huán)k和右磁凸輪環(huán)m形成凸輪槽c3；外圈c的內(nèi)壁凸臺上經(jīng)螺釘和壓環(huán)f安裝有換能器g，換能器g置于左腔c1內(nèi)，換能器g由基板g1和pzt膜g2粘接而成，換能器g的自由端的兩側(cè)經(jīng)鉚釘安裝有受激磁鐵h，受激磁鐵h置于凸輪槽c3內(nèi)，受激磁鐵h為半球狀，受激磁鐵h與左磁凸輪環(huán)k和右磁凸輪環(huán)m之間的作用力均為排斥力；換能器g和傳感器d經(jīng)不同的導(dǎo)線組與電路板e相連。

換能器g為基板g1一側(cè)粘接pzt膜g2構(gòu)成的單晶結(jié)構(gòu)或為基板g1兩側(cè)粘接pzt膜g2構(gòu)成的雙晶結(jié)構(gòu)；換能器g為單晶結(jié)構(gòu)時，換能器g自由端的最大變形量由下式計算，即：其中：b＝1-α+αβ，a＝α⁴(1-β)²-4α³(1-β)+6α²(1-β)-4α(1-β)+1，α＝hm/h，β＝em/ep，hm和h分別為基板g1的厚度和換能器g的總厚度，em和ep分別為基板g1和pzt膜g2的楊氏模量，k31和分別為pzt材料的機電耦合系數(shù)和許用壓應(yīng)力，l為換能器g的長度。

工作過程中，當內(nèi)圈a與外圈c通過滾動體b相對轉(zhuǎn)動時，換能器g及受激磁鐵h與左磁凸輪環(huán)k及右磁凸輪環(huán)m相對轉(zhuǎn)動，受激磁鐵h在凸輪槽c3內(nèi)左右往復(fù)運動，從而迫使換能器g左右彎曲振動，并將機械能轉(zhuǎn)換成電能；相對于換能器g未變形時的對稱中心，受激磁鐵h在凸輪槽c3內(nèi)向左與向右可移動的最大距離相等，即受激磁鐵h向左移動且與左磁凸輪環(huán)k接觸時的最大距離與向右移動且與右磁凸輪環(huán)m接觸時的最大距離相等；受激磁鐵h在凸輪槽c3內(nèi)左右移動距離最大時，pzt膜g2上的最大應(yīng)力小于其許用值；換能器g彎曲變形時所生成的電能經(jīng)電路板e上的轉(zhuǎn)換電路處理后供給傳感器d，傳感器d實時地獲得軸承溫度、轉(zhuǎn)速或振動參數(shù)，再經(jīng)電路板e上的發(fā)射單元發(fā)射出去。