[发明专利]一种带自发电监测装置的高速圆柱滚子轴承

说明书

技术领域

本发明属于轴承及其监测技术领域，具体涉及一种高速圆柱滚子轴承及其自发电监测装置。

背景技术

轴承是一种典型的机械基础件，在机械、车辆、航空航天、轮船及能源等领域都有着极其广泛的应用；然而，轴承也是转动机器中最易损坏的零件之一，旋转机械故障的30％是由轴承失效所引发的。因此，轴承的状态监测与早期故障诊断已引起人们的高度重视。轴承状态的在线监测已经逐步成为大型发电机、轮船、高铁以及航空器等领域不可或缺的技术，所需监测的指标包括诸如温度、振动、转速及噪音等。早期的轴承监测系统主要是外挂式的，其弊端之一是传感器与信号源间的距离较远，属于非接触的间接测量，故误差较大。近年来，人们又相继提出了不同形式的嵌入式监测系统，这种方法可解决测量精度及准确性问题，但需要改变相关设备的结构或其完整性，以便安装传感监测系统，这不但容易引起设备零部件的应力集中等问题，在一些结构复杂或空间有限的设备上也是无法实现的；最为关键的是，当监测系统需要随轴承内圈或外圈一起转动时，不便通过电线供电，而采用电池供电使用时间很短。因此，目前的轴承监测系统基本上还都是非实时的、间接的非接触测量，难以及时准确地获得轴承的运行状态。

为解决轴承等旋转监测系统的供电问题，人们提出了多种形式的旋转式压电发电装置，其原理是直接利用轴与轴承座之间的相对转动通过磁励耦合的方式激励压电振子振动发电，这种工作模式发电机的最大弊端是仅适用于较低转速的情况；当转速较高时，旋转磁铁与压电振子端部磁铁间重叠时间极短，压电振子难以获得足够的动能使其产生振动并发电。

发明内容

本发明提供一种带自发电监测装置的高速圆柱滚子轴承，以解决现有轴承监测系统在实际应用中所存在的当转速较高时，旋转磁铁与压电振子端部磁铁间重叠时间极短，压电振子难以获得足够的动能使其产生振动并发电等问题。

本发明采取的技术方案是：包括内圈、圆柱体、外圈，保持架一和保持架二上设有型腔、阶梯孔和通孔，保持架一和保持架二以及镶嵌于保持架一和保持架二的阶梯孔内的激励磁铁通过铆钉铆接，置于保持架一和保持架二的型腔内的圆柱体的两端镶嵌有激励磁铁，且所述激励磁铁的一端从保持架一和保持架二上的通孔伸出，内圈的两端设有阶梯轴、外圈的两端设有阶梯孔，所述阶梯轴上或阶梯孔内通过过盈配合装有盘体，盘体的两侧分别设有沉腔和环槽，沉腔与环槽中间的底壁上设有导向孔和导线孔，环槽的侧壁上安装有传感器一和传感器二或传感器三和传感器四，电路板和盖板分别通过螺钉安装在盘体上的设有环槽和沉腔的一侧，所述盖板上设有沉腔，盖板和盘体之间压接有金属膜，置于盘体的沉腔和盖板的沉腔处的金属膜上通过粘接有压电膜构成俘能器，俘能器的中心处铆接有受激磁铁，受激磁铁套接在导向孔内，所述受激磁铁与激励磁铁的半径及其回转半径分别相等，置于同一盘体上的各俘能器及传感器一和传感器二或传感器三和传感器四分别通过不同的导线组与电路板相连接。

本发明一种实施方式是，置于同一轴截面的两个激励磁铁的异性磁极靠近安装，置于同一横截面的两个圆周上相邻激励磁铁的磁极的轴向配置方向相反，且置于同一个轴截面上的激励磁铁数量n应满足下式，即其中，r及R分别为激励磁铁的半径及其中心的回转半径；或定角比满足其中Q1为激励磁铁的两条在轴承回转中心处相交的切线间的夹角，Q2为两相邻激励磁铁的中心与其回转中心的连线间的夹角。

本发明一种实施方式是，金属膜的材料为铍青铜，压电膜的材料为PZT4，且压电膜厚度与俘能器厚度比β的取值范围为0.5<β<0.7、压电膜半径与盘体沉腔半径之比α的取值范围为0.5<α<0.7。

本发明的优点是结构新颖，轴承自身具有自供能传感监测功能，作为独立的标准部件使用，无需改变其安装设备的结构，可实现真正意义上的实时在线监测；俘能器结构及激励磁铁配置参数确定合理、且采用导向孔防止俘能器扭摆，故可靠性高、发电量大，利用随圆柱体转动的激励磁铁激励俘能器，有效速带宽、可用于高转速场合。

附图说明

图1是本发明一个较佳实施例的结构剖面图；

图2是图1的A-A视图；

图3是图1的B-B视图；

图4是本发明轴承主体部分的装配结构示意图；

图5是本发明保持架的结构示意图；

图6是本发明盘体的结构示意图；

图7是本发明激励磁铁与受激磁铁的配置关系示意图；

图8是不同定角比时梁上磁铁所受作用力与转角比的关系曲线图；