[发明专利]一种传感一体化的关节轴承及其使用方法

说明书

本发明属于关节轴承领域，涉及一种传感一体化的关节轴承及其使用方法。具体地，本发明提供的传感一体化关节轴承具有传感器布置槽和出线槽以及相应的密封件，用于布置测试关节轴承温度及应变的光纤光栅传感器，实现了温度和应变的有效补偿。本发明具有弥补传统关节轴承设计上的缺陷及测试信号抗干扰能力强等特点，实现了传感一体化的关节轴承。

技术领域

本发明属于关节轴承领域，涉及一种传感一体化的关节轴承及其使用方法。

背景技术

关节轴承作为一种通用机械零部件，主要用于摆动机构装置的联接和承载，结构简单、承载力大、寿命长，广泛应用于航空航天装备、交通运输、工程机械等多个领域。但是，由于关节轴承的设计制造可能存在的缺陷，以及使用过程中缺少监测手段，导致关节轴承在使用过程中经常发生失效并导致严重事故。关节轴承的大多数失效故障原因归结为关节轴承结构本体的温度和变形超标，例如由于润滑不足导致的关节轴承温升过大，致使外圈或内圈接触表面磨损严重；过大的变形使得应力集中、导致关节轴承内外圈破碎等。

国内外有一些专利或论文提出了对滚动轴承进行故障监测的技术方法。例如：用于数据可输出的轴承座的检测机构(CN108871778A)采用两个分别设置于滚动轴承内外圈的温度传感器来直接检测出工作状态下的轴承的温度，这相对于传统技术通过检测轴套的温度来判断轴承的温度，检测结果更准确；一种轴承温度检测报警装置(CN108760088A)利用温度检测探头和设置在箱体内部的信号处理器来收集和处理轴承的温升数据，并进行超标时的报警，其中箱体为一可移动的设备；轴承监测装置和方法(CN105765361A)里提出运用安装在滚动轴承上的至少一个应变传感器来检测的应变信号进而检测轴承缺陷的方法；带传感器滚动轴承装置(CN1782450)提出将压电元件设置在固定轨道圈和旋转轨道圈之间，对作用于这些固定轨道圈和固定部件间的载荷进行检测的方法，该方法实现了滚动轴承应变监测的一体化设计。一种测量轴承套圈温度和应变的光纤光栅分布式装置及方法(CN106153224A)提出过运用光纤光栅传感器测量轴承的内外圈的温升和应变，来对轴承进行检测，但此方法需要独立设计或者特殊改进轴承试验机。上述研究都是针对滚动轴承，而由于关节轴承的结构和工作状态的特殊性，目前在关节轴承本体上进行温度和应变监测的一体化设计技术尚属空白。

因此，本发明提出将传感器和关节轴承本体进行集成，通过对关节轴承温度和应变状态进行在线测量和状态判断，形成一种可感知的关节轴承技术和产品，对于关节轴承的安全使用以及关节轴承技术的发展都具有非常重要意义。

发明内容

针对上述提出的目前关节轴承监测中存在的问题，本发明设计了一种基于光纤光栅传感一体化的关节轴承，解决采用传统技术进行关节轴承状态监测时的测试系统与轴承本体相分离、测量不准确使用不方便等方面的不足，克服在特殊试验机或特殊安装才能进行关节轴承状态测试的缺点。

本发明的技术方案为：

一种传感一体化的关节轴承，所述的传感一体化的关节轴承包括关节轴承本体和传感系统，所述传感系统的光纤光栅传感器和连接线安装固定于关节轴承本体中，所述传感系统用于在线测试和监测关节轴承的温度和应变状态；其中：

所述关节轴承本体包括关节轴承外圈和关节轴承内圈，关节轴承外圈的内表面为凹形表面，关节轴承内圈的外表面为凸形表面，关节轴承外圈的内表面和关节轴承内圈的外表面之间间隙装配；

所述关节轴承外圈上设置有传感器布置槽、出线槽、以及与传感器布置槽配合的传感器布置槽密封件、与出线槽配合的出线槽密封件；传感器布置槽沿关节轴承外圈的周向设置于关节轴承外圈外表面的中部，形成一圆环沟道，用于布置光纤光栅传感器，传感器布置槽内部两侧壁上均开设有传感器布置槽沟道；传感器布置槽密封件为一带有断口的环形套圈零件，其具有弹性变形能力，传感器布置槽密封件两侧外壁上设置有传感器布置槽密封件锁紧凸起，用于和传感器布置槽沟道相配合，以将传感器布置槽密封件定位和锁紧，在装配后，传感器布置槽密封件外表面与关节轴承外圈外表面相平齐；