一種大型自監(jiān)測(cè)圓柱滾子軸承的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于軸承技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大型自監(jiān)測(cè)圓柱滾子軸承。
【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)；有鑒于此，人們提出了多種形式的自監(jiān)測(cè)軸 承，如中國(guó)專利 201410233736. 3、201410233029. 4、201410233722. 1，上述各專利的共同特 點(diǎn)是利用圓形的或懸臂梁型的彎曲式換能器發(fā)電，工作時(shí)換能器中的壓電片承受交替變化 的壓應(yīng)力和拉應(yīng)力，當(dāng)軸承及換能器尺度過大時(shí)所需軸向尺寸增加、拉應(yīng)力增加且易導(dǎo)致 壓電片破碎；此外，由于軸承及換能器結(jié)構(gòu)的制約，現(xiàn)有自監(jiān)測(cè)軸承中非接觸激勵(lì)磁鐵與軸 承滾動(dòng)體間距離較小，對(duì)無線信號(hào)發(fā)射的有一定影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)現(xiàn)有軸承監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中所存在的各類問題、以及所提出的自監(jiān)測(cè)軸 承在實(shí)際應(yīng)用中的潛在問題，本發(fā)明提供一種大型自監(jiān)測(cè)圓柱滾子軸承。本發(fā)明的大型自 監(jiān)測(cè)圓柱滾子軸承主要由外圈、圓柱體、內(nèi)圈、內(nèi)筒、磁環(huán)、磁塊、墊圈、O型圈、外筒、壓環(huán)、換 能器、電路板、傳感器及導(dǎo)線等構(gòu)成；本發(fā)明的實(shí)施方案是：內(nèi)筒底壁外側(cè)的止口環(huán)套在內(nèi) 圈上，內(nèi)筒底壁經(jīng)螺釘固定在內(nèi)圈端面上，內(nèi)筒底壁與內(nèi)圈端面間壓接有密封墊圈；內(nèi)筒底 壁內(nèi)側(cè)設(shè)有內(nèi)隔板，內(nèi)筒底壁內(nèi)側(cè)經(jīng)螺釘安裝有電路板和傳感器；外筒側(cè)壁端面的法蘭經(jīng) 螺釘固定在外圈端面，外筒側(cè)壁套在內(nèi)筒側(cè)壁外，外筒側(cè)壁與內(nèi)筒側(cè)壁間設(shè)有O型密封圈； 外筒底壁上設(shè)有花鍵軸臺(tái)和外隔板，花鍵軸臺(tái)上套接有帶有花鍵孔的不等壁厚磁環(huán)，外隔 板和內(nèi)隔板與磁環(huán)、內(nèi)筒底壁及外筒底壁共同構(gòu)成內(nèi)腔，外隔板和內(nèi)隔板與內(nèi)筒底壁、內(nèi)筒 側(cè)壁、外筒底壁及外筒側(cè)壁共同構(gòu)成外腔；外隔板和內(nèi)隔板間設(shè)有使內(nèi)腔與外腔相互連通 的環(huán)槽；置于外腔內(nèi)的拉伸式換能器的一端經(jīng)螺釘和壓板安裝在內(nèi)筒側(cè)壁的端面，換能器 由兩個(gè)粘接有壓電片并經(jīng)鉚釘相鉚接的金屬片構(gòu)成，換能器上由金屬片和壓電片粘接所構(gòu) 成的復(fù)合層為圓弧形；換能器的另一端經(jīng)鉚釘鉚接在T型磁塊上縱梁端部的長(zhǎng)槽中，磁塊 的縱梁套接在外隔板和內(nèi)隔板間的環(huán)槽中，磁塊的橫梁置于內(nèi)腔中，磁塊與磁環(huán)的異性磁 極靠近安裝；同一金屬片上的壓電片間經(jīng)導(dǎo)線Ll連接，不同金屬片上的壓電片間經(jīng)導(dǎo)線L2 相連，換能器與電路板間經(jīng)導(dǎo)線組L4連接，電路板與傳感器間經(jīng)導(dǎo)線組L3連接。
[0004] 工作過程中，當(dāng)外圈通過圓柱體與內(nèi)圈做相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，外筒與內(nèi)筒發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)， 從而帶動(dòng)磁塊和磁環(huán)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；由于磁塊和磁環(huán)的異性磁極靠近安裝，當(dāng)磁塊和磁環(huán)相對(duì) 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)換能器始終承受拉力作用、壓電片始終承受壓應(yīng)力作用；因帶有花鍵孔的磁環(huán)在圓 周方向的磁場(chǎng)強(qiáng)度不同，故當(dāng)磁塊和磁環(huán)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)換能器所承受的拉力、以及壓電片所 承受的壓應(yīng)力交替地增加和減小，壓電片所受壓應(yīng)力交替地增加和減小即將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成 電能，此為發(fā)電過程；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，從而實(shí)現(xiàn)軸 承溫度、轉(zhuǎn)速或振動(dòng)特性的自動(dòng)監(jiān)測(cè)。
[0005] 本發(fā)明中，為提高換能器的發(fā)電能力、避免壓電片在非工作狀態(tài)時(shí)因 受過大拉應(yīng)力作用而損壞，應(yīng)確保當(dāng)磁塊的橫梁與內(nèi)隔板及外隔板相接觸時(shí)換 能器上金屬片圓弧外表面的最小半徑為R = Μα+〇. 5[α2(1-β)-1-ηΕρ/Τρ]/ [1-α (l-β)]}，內(nèi)腔中磁塊運(yùn)動(dòng)方向上的最小距離為D = [L-2Rsin(0.5L/R)]n，其中 ?7 = (1 - 〇；)[1 - α(1 -/3)] + a/3 / (I + 6)，a = hm/h，h = hm+hp，hp、h"^別為壓電片和 金屬片厚度，β =Em/Ep，Ep、Em分別為壓電片和金屬片的楊氏模量，#、T p分別為壓電材料 的機(jī)電耦合系數(shù)和許用拉應(yīng)力，L為金屬片上單個(gè)圓弧的弦長(zhǎng)，η為單個(gè)金屬片上的圓弧數(shù) 量。
[0006] 優(yōu)勢(shì)與特色：①具有自供能傳感監(jiān)測(cè)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(cè)；②換能器通過徑向拉伸激勵(lì)發(fā)電，所 需軸向空間小、永磁體遠(yuǎn)離滾動(dòng)體及發(fā)射電路；③預(yù)彎型拉伸式換能器始終處于受拉狀態(tài)， 即壓電晶片始終承受壓應(yīng)力、且應(yīng)力分布均勻，故機(jī)械可靠性高、發(fā)電能力強(qiáng)。
【附圖說明】
[0007] 圖1是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中圓柱滾子軸承的結(jié)構(gòu)剖面圖；
[0008] 圖2是圖1的A-A視圖；
[0009] 圖3是換能器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010] 圖4是帶花鍵孔磁環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011] 圖5是圖1中換能器受最小磁力作用時(shí)的I部放大圖；
[0012] 圖6是圖1中磁塊與內(nèi)隔板及外隔板接觸時(shí)的I部放大圖；
[0013] 圖7是圖1中卸掉磁塊時(shí)的I部放大圖；
【具體實(shí)施方式】
[0014] 如圖1~圖6所示，本發(fā)明的大型自監(jiān)測(cè)圓柱滾子軸承主要由外圈1、圓柱體2、內(nèi) 圈3、內(nèi)筒4、磁環(huán)5、磁塊6、墊圈7、O型圈8、外筒9、壓環(huán)10、換能器H、電路板B、傳感器S 及導(dǎo)線等構(gòu)成。內(nèi)筒4的底壁41外側(cè)的止口環(huán)套在內(nèi)圈3上，內(nèi)筒底壁41通過螺釘固定 在內(nèi)圈3的端面上，內(nèi)筒底壁41與內(nèi)圈3的端面間壓接有密封墊圈7 ;內(nèi)