用于檢測滾子軸承內(nèi)載荷分布的方法和數(shù)據(jù)處理裝置的制造方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于檢測滾子軸承內(nèi)載荷分布的方法和數(shù)據(jù)處理裝置，以及配備有這種數(shù)據(jù)處理裝置的滾子軸承。
【背景技術(shù)】
[0002]出于多種目的，可靠檢測滾子軸承內(nèi)的載荷分布都很重要，這些目的包括控制軸承在其中工作的機器，改動和創(chuàng)建軸承的維護計劃等。這尤其適用于在非常復雜的機器內(nèi)工作的軸承，在這些復雜機器內(nèi)必須避免軸承故障。對于大型滾子軸承而言，例如用于風力渦輪機的軸承，出于遠程控制和監(jiān)控目的，軸承載荷檢測很有價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種方法和一種數(shù)據(jù)處理裝置，能可靠檢測作用在軸承的至少一個角范圍上而非作用在所述范圍內(nèi)配備有應變傳感器的圈上的載荷。
[0004]本發(fā)明從用于檢測滾子軸承內(nèi)載荷分布的方法開始，滾子軸承具有至少一列滾子和連接到第一圈的應變傳感器。該第一圈構(gòu)造為相對于第二圈旋轉(zhuǎn)。
[0005]提出的方法包括以下步驟:檢測從應變傳感器中獲得的滾子載荷誘導應變信號中的波峰高度和波峰位置；計算作用在所述第二圈的至少一個角度范圍上的載荷，該計算利用落入所述角度范圍內(nèi)的若干波峰位置的波峰高度。包括連接有應變傳感器的第一圈旋轉(zhuǎn)掃過第二圈的圓周，且探測當這些滾子經(jīng)過傳感器時經(jīng)由布置在第一圈和第二圈之間的滾子傳遞的載荷。當將波峰的位置和高度以及因經(jīng)過的滾子而導致的信號映射到以第一圈為參照系的角位置時，可在隨時間變化的若干點處探測載荷。在對應于角范圍的扇區(qū)內(nèi)的不同測量點處已完成了足夠數(shù)量的波峰采樣之后，在對應于測量時間的時間段內(nèi)可靠檢測作用在所述扇區(qū)上的載荷是可能的。
[0006]此處和下文中，表述“滾子”應包括任何類型的滾動體，特別是圓柱滾子、圓錐滾子或圓環(huán)滾子和球。本發(fā)明適用于包括單列軸承或雙列軸承的多種軸承。
[0007]此外，提出了計算作用在第一角范圍上的載荷的步驟，該步驟包括計算在該角范圍內(nèi)的波峰高度的中值。已經(jīng)證明中值充分不受偶然檢測到的較高或較低滾子載荷振幅的影響，這種較高或較低振幅可分別由增加或減少的間距導致，和/或在表面無線傳感器(SffS)或便攜無線傳感器(PWS)與滾子產(chǎn)生斜交效應的情況下產(chǎn)生。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提出的方法包括輸出數(shù)組的步驟，數(shù)組包含為第二圈的每個扇區(qū)計算得到的中值。
[0009]優(yōu)選地，為覆蓋第二圈完整圓周的若干同尺寸的扇區(qū)計算載荷數(shù)值。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，為每個45度的八個扇區(qū)計算載荷數(shù)值。
[0010]在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，方法包括下列步驟:高通或帶通過濾應變信號；確定已過濾的應變信號的零交點；將波峰位置確定為應變信號相鄰零交點之間的中點；和利用波峰位置處的滾子載荷誘導應變信號確定波峰高度。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)采用這種方式確定波峰位置而不是將波峰位置確定為信號局部最大值的位置能帶來更可靠的結(jié)果?？衫靡匀缟隙x的波峰位置為中心的信號的局部平均值來確定波峰高度。
[0011]此外，提出的方法還包括以下步驟:確定應變信號中波谷的波谷深度和波谷位置；將波峰高度和波谷深度分別與預定的閾值進行比較；和當波峰與它的相鄰波峰之間的相關波峰高度和波谷深度低于各自的閾值時，在確定載荷分布的步驟中忽視該波峰高度。這通過確保波峰被足夠深的波谷明顯隔開來避免雙波峰或者其他假象被錯誤地識別為因經(jīng)過的滾子而導致的信號。
[0012]此外，提出的方法包括確定線性函數(shù)的斜率，所述線性函數(shù)連接零交點和跟隨零交點的波峰的波峰高度；以及如果所述斜率達不到預定最小斜率，則出于確定載荷分布的目的舍棄所述波峰。另外，或者替代檢查波峰與它的在前零交點之間的斜率，檢查波峰與跟隨所述波峰的零交點之間的斜率，和/或檢查零交點與跟隨零交點或在零交點之前的波谷之間的斜率當然都是可能的。
[0013]此外，提出的方法包括將滾子載荷誘導應變信號映射到與在第二(靜態(tài))圈的參照系下的角位置有關的角度依賴信號的步驟。已經(jīng)證實在滾道的長度單位上使用角位置而不是絕對位置能避免混淆和錯誤。
[0014]本發(fā)明的另一個方面涉及數(shù)據(jù)處理裝置，其包括用于接收滾子載荷誘導應變信號的至少一個界面，其中所述數(shù)據(jù)處理裝置實施上述方法。優(yōu)選地，數(shù)據(jù)處理裝置配備有無線發(fā)射器，無線發(fā)射器構(gòu)造為與滾子軸承連接，以致滾子載荷能以無線的方式發(fā)送。
[0015]本發(fā)明的另一個方面涉及滾子軸承，其配備有用于捕獲滾子載荷誘導應變信號的一個應變傳感器和上述數(shù)據(jù)處理裝置。
[0016]本發(fā)明的上述實施例以及后附權(quán)利要求書和附圖以特定的組合方式顯示了本發(fā)明的多個特性特征。本領域技術(shù)人員很容易能想到這些特征的更多組合或子組合，以便改動權(quán)利要求書中限定的本發(fā)明來滿足他或她的特定需求。
【附圖說明】
[0017]圖1是滾子軸承和根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理裝置的示意圖，該滾子軸承包括用于測量因經(jīng)過的滾子而產(chǎn)生應變的應變傳感器，滾子布置在保持架內(nèi)；
[0018]圖2a_2b是根據(jù)本發(fā)明的方法將要解釋的可能應變信號的示意圖；
[0019]圖3a_3b是顯示根據(jù)本發(fā)明的方法將要解釋的可能應變信號的另一個示意圖；
[0020]圖4a_4b是顯示根據(jù)本發(fā)明的方法將要解釋的可能應變信號的另一個示意圖；
[0021]圖5是顯示應變信號的示意圖，其中一些零交點和波峰被突出顯示；
[0022]圖6a_6b是顯示波峰中心振幅和根據(jù)該波峰中心振幅推導得到的滾子間距的圖；
[0023]圖7顯示用于舍棄不可靠波峰信號的另一個方法；
[0024]圖8是根據(jù)本發(fā)明的方法的第一部分的流程圖，其中判定是否實施滾子間距的確定;
[0025]圖9是根據(jù)本發(fā)明的滾子間距算法的流程圖；
[0026]圖10是根據(jù)本發(fā)明的載荷分布算法的流程圖；
[0027]圖11是數(shù)據(jù)圖，其顯示波峰高度和在把波峰位置映射到從0-360度的軸角度范圍后從一個RLIS數(shù)據(jù)樣本提取的波峰位置。
[0028]圖12是顯示根據(jù)圖11所示數(shù)據(jù)推導得到的每個扇區(qū)波峰高度中值的圓形圖。
【具體實施方式】
[0029]圖1示意性顯示包括布置在6個保持架12內(nèi)的24個滾子10的滾子軸承，其中每個保持架12支承4個滾子10。應變傳感器14連接到或嵌入到軸承的內(nèi)圈，且連接到形成為微控制器的數(shù)據(jù)處理裝置16的輸入端。
[0030]本發(fā)明適用于具有多個傳感器的結(jié)構(gòu)，尤其是內(nèi)圈上布置有三個或四個傳感器，本發(fā)明也適用于傳感器14安裝在外圈上的應用。
[0031]微控制器構(gòu)造為驅(qū)動安裝在同一電子組件內(nèi)的無線發(fā)射器。優(yōu)選地，該電子組件包括用于從軸承的旋轉(zhuǎn)中生成功率的功率獲取裝置(未圖示)。
[0032]軸承的6個保持架12如此設計，以便在每對相鄰保持架12之間設置有預定的間距或間隙20。間隙20的分布會經(jīng)歷動態(tài)變化，這種動態(tài)變化取決于摩擦、載荷、振動或其他參數(shù)。如果間隙20平均分布，即當每對相鄰保持架12之間的間隙具有相等的寬度時，每對相鄰滾子10之間的間距同樣相等，且對應于名義間距，也即，滾子10均勻分布在內(nèi)圈的圓周上。
[0033]在保持架12如此分布以致僅有一個大間隙20、同時其他間隙因保持架12彼此接觸而閉合的情況下，大間隙20左側(cè)和右側(cè)的滾子10之間的滾子間距大于名義間距，同時由彼此接觸的不同保持架12支承的相鄰滾子10之間的滾子間距小于名義間距。對于沒有損壞、健康的保持架12的情況而言，后者極端情況下的間距是最小間距和最大間距。高于或低于這些數(shù)值的間距出現(xiàn)指示保持架損壞或者滾子損壞或丟失。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，出于檢查保持架12完整性的目的檢測間距，即相鄰滾子10的中心之間的距離。
[0035]但是，出現(xiàn)非常大或非常小的間距是存在損壞的保持架12的充分但非必要條件。即使保持架12已損壞，滾子10仍偶然以完美均勻的方式分布。
[0036]應變傳感器14構(gòu)造為測量由經(jīng)過的滾子10誘發(fā)的應變。應變傳感器14生成的信號在此處和下文中被稱作滾子載荷誘導應變信號或RLIS信號。該信號基本具有兩個特征時段或頻率，一個時段對應于經(jīng)過傳感器的滾子10之間的延遲，另一個時段對應于時間間隔，在該時間間隔內(nèi)同列內(nèi)的所有滾子，也即滾子和保持架部分構(gòu)成的完整隊列，將經(jīng)過傳感器14。后述時間間隔也被稱作基本列時段。這兩個時段或相關頻率取決于傳感器14安裝在外圈還是內(nèi)圈上。
[0037]為了可靠檢測保持架的完整性，必須具有一個覆蓋保持架12相對于內(nèi)圈多個旋轉(zhuǎn)周期的信號。因為保持架12以外圈大致一半的速度旋轉(zhuǎn)，這意味著在用于檢查保持架完整性的滾子間距算法中使用的信號樣本應包括大約6個或更多的軸旋轉(zhuǎn)。
[0038]圖2a_2b示意性顯示根據(jù)本發(fā)明的方法將要解釋的可能應變信號。
[0039]圖2a中最上面的圖像顯示信號振幅可隨著顯著的載荷變動而變化。
[0040]圖2b顯示在箭頭所示位置具有一個累積余隙AC或間隙的示例。兩個連續(xù)信號波峰之間的間距寬于其他波峰之間的間距。
[0041]在圖2a_2b以及后面顯示傳感器信號的附圖中，利用帶通高通濾波器對信號進行預處理，濾除直流(DC)偏移和遠低于滾子通過頻率的頻率分量。帶通濾波器應盡可能窄，以避免失真，但同時要寬到足夠包括滾子通過頻率和至少它的一些諧波。對本發(fā)明來說這是非常重要的一個點，因為這確保了信號在零點附近以差不多對稱的方式振蕩。此外，在圖2a-2b以及后面附圖中的水平坐標軸是旋轉(zhuǎn)角度，垂直坐標軸代表任意單位下的信號強度。
[0042]圖3a_3b是進一步的示意圖，顯示根據(jù)本發(fā)明的方法將要解釋的可能應變信號。
[0043]圖3a的信號顯示因滾子丟失導致的大間距LSl和一些自然出現(xiàn)的較大間距LS2。
[0044]圖3b顯示非常嘈雜的信號，其中仍然能觀