一种智能监测陶瓷轴承

本发明涉及旋转机械故障诊断的，尤其涉及一种智能监测陶瓷轴承。

背景技术：

1、现阶段智能轴承的集成方式主要分为外挂式与嵌入式两种。嵌入式智能轴承通过改变轴承的结构，将用于轴承状态监测的传感器与轴承进行集成，由于轴承能够开设槽体的空间十分有限，大多数嵌入式智能轴承均集中于振动、温度、应变等单参量的监测，仅针对单一变量的分析会引起轴承状态误诊断的现象，因而造成较大的经济损失，同时轴承开槽会引起整体承载性能变差且使用寿命缩短的现象，不利于轴承的长期使用与维护；外挂式智能轴承通过改变轴承的整体尺寸，有效增加了传感器集成空间，但是由于传感器距离轴承间距增大，因而在实际应用过程中对于轴承早期故障的识别较差，同时由于轴承整体结构尺寸发生了较大改变，因而外挂式智能轴承所能适用的工况十分有限。

2、现有技术的缺点是：外挂式智能轴承整体结构尺寸不易安装，传感器距离轴承距离较远不利于早期故障识别；嵌入式智能轴承整体承载能力较差且使用寿命较短，监测参量单一容易引起轴承状态的误诊断。

技术实现思路

1、针对上述问题中存在的缺陷，本发明提出一种智能监测陶瓷轴承，以解决上述问题。具体技术方案如下：

2、一种智能监测陶瓷轴承，包括陶瓷轴承、智能监测模块以及安装在陶瓷轴承上的自供电模块；

3、陶瓷轴承包括旋转内圈和不动外圈，在旋转内圈和不动外圈之间设置有滚珠，旋转内圈设置在不动外圈的内侧；

4、智能监测模块包括壳体和监测集成电路板，壳体与不动外圈同轴心固定连接，监测集成电路板为固定在壳体内部并与壳体同轴心的环形电路板；壳体内部设有用于自供电模块中定子模块圆周方向固定的限位卡槽，限位卡槽与监测集成电路板一侧面轴向接触，监测集成电路板另一侧面与不动外圈接触；

5、自供电模块包括定子模块、保持架、转子限位环以及转子模块；保持架通过嵌入齿与旋转内圈进行固定，从而实现保持架与旋转内圈拥有相同的转速；转子限位环与保持架采用过盈配合方式进行约束固定；转子模块通过安装在转子安装卡槽内部实现圆周方向以及轴向固定。

6、进一步的，所述保持架分为轴向正反两面，转子安装卡槽所在面为保持架的正面，嵌入齿所在面为保持架的反面，保持架正面用于安装转子模块，保持架反面为嵌入结构。

7、进一步的，所述壳体外圈直径与不动外圈直径相同，壳体内圈直径大于旋转内圈直径，壳体内圈不与轴直接接触，壳体外圈与不动外圈径向厚度相同，壳体内圈与保持架的转子安装卡槽底部径向厚度相同；壳体内圈与保持架转子模块安装位置相对应，用于实现对保持架的轴向固定，旋转内圈和不动外圈轴向厚度相同。

8、进一步的，所述壳体上部开设有用于监测集成电路板线路安装的方形线路孔，方形线路孔与定子模块采用错位设计，利于传感器数据传输线的安装。

9、进一步的，所述监测集成电路板包括内嵌的一个线性电容式加速度传感装置、两个温度传感装置、两个转速传感装置以及信号处理芯片；

10、线性电容式加速度传感装置安装在正对不动外圈的位置；

11、两个温度传感装置的中心线均平行于壳体的中心线，两个温度传感装置分别正对滚珠与不动外圈位置，两个转速传感装置的中心线均平行于壳体的中心线，两个转速传感装置与监测集成电路板的圆心之间夹角呈180°；数据输出线通过壳体上的方形线路孔引出。

12、进一步的，转子限位环采用耐磨耐高温的陶瓷材料加工而成；转子模块包括8个转子，定子模块包括6个定子，定子以及转子均为对称均匀布置，转子采用钕铁硼材料切割成扇形柱状体，定子采用m型硅钢片压制而成，m型定子的三个尺分别缠绕线圈。

13、进一步的，所述限位卡槽径向尺寸与m型定子模块的根部尺寸相同，定子模块与转子限位环存在有间隙。

14、进一步的，所述壳体为一个聚乙烯环形壳体；壳体与不动外圈采用环氧树脂胶或焊接工艺进行固定连接。

15、进一步的，所述转子安装卡槽采用保持架材料回填的方式进行补偿。

16、进一步的，所述保持架采用钢材料加工而成。

17、本发明有益效果如下：

18、本发明的一种智能监测陶瓷轴承，与现有技术相比易于安装，传感器距离轴承距离较近利于早期故障识别；将轴承传感器芯片与电路板集成，自供电模块尺寸小型化，从而有效压缩壳体尺寸，进而有效增加智能轴承的适用工况；增加传感器数量，增加可检测的参量，通过结合三种检测数据的对比，从而有效降低轴承监测过程中的误诊断率；采用材料回填补偿的方式，采用硬度较高的材料制作保持架，利用保持架材料补偿轴承开槽所丢失的承载力，通过更高精度的尺寸加工，进而有效填补轴承开槽区域，从而轴承整体承载能力较强，增加使用寿命。本发明实现在不破坏轴承整体结构的前提下，近距离监测陶瓷轴承的实时运行状态，较真实的获取轴承的振动加速度，外圈温度以及内圈转速信息，提高了陶瓷轴承早期故障识别以及提取的准确性。

技术特征：

1.一种智能监测陶瓷轴承，其特征在于：包括陶瓷轴承、智能监测模块以及安装在陶瓷轴承上的自供电模块；

2.根据权利要求1所述的一种智能监测陶瓷轴承，其特征在于：所述保持架分为轴向正反两面，转子安装卡槽所在面为保持架的正面，嵌入齿所在面为保持架的反面，保持架正面用于安装转子模块，保持架反面为嵌入结构。

3.根据权利要求1所述的一种智能监测陶瓷轴承，其特征在于：所述壳体外圈直径与不动外圈直径相同，壳体内圈直径大于旋转内圈直径，壳体内圈不与轴直接接触，壳体外圈与不动外圈径向厚度相同，壳体内圈与保持架的转子安装卡槽底部径向厚度相同；壳体内圈与保持架转子模块安装位置相对应，用于实现对保持架的轴向固定，旋转内圈和不动外圈轴向厚度相同。

4.根据权利要求1所述的一种智能监测陶瓷轴承，其特征在于：所述壳体上部开设有用于监测集成电路板线路安装的方形线路孔，方形线路孔与定子模块采用错位设计，利于传感器数据传输线的安装。

5.根据权利要求4所述的一种智能监测陶瓷轴承，其特征在于：所述监测集成电路板包括内嵌的一个线性电容式加速度传感装置、两个温度传感装置、两个转速传感装置以及信号处理芯片；

6.根据权利要求1所述的一种智能监测陶瓷轴承，其特征在于：转子限位环采用耐磨耐高温的陶瓷材料加工而成；转子模块包括8个转子，定子模块包括6个定子，定子以及转子均为对称均匀布置，转子采用钕铁硼材料切割成扇形柱状体，定子采用m型硅钢片压制而成，m型定子的三个尺分别缠绕线圈。

7.根据权利要求1所述的一种智能监测陶瓷轴承，其特征在于：所述限位卡槽径向尺寸与m型定子模块的根部尺寸相同，定子模块与转子限位环存在有间隙。

8.根据权利要求1所述的一种智能监测陶瓷轴承，其特征在于：所述壳体为一个聚乙烯环形壳体；壳体与不动外圈采用环氧树脂胶或焊接工艺进行固定连接。

9.根据权利要求1所述的一种智能监测陶瓷轴承，其特征在于：所述转子安装卡槽采用保持架材料回填的方式进行补偿。

10.根据权利要求1所述的一种智能监测陶瓷轴承，其特征在于：所述保持架采用钢材料加工而成。

技术总结本发明公开一种智能监测陶瓷轴承，包括陶瓷轴承、智能监测模块以及安装在轴承上的自供电模块；陶瓷轴承包括旋转内圈和不动外圈；智能监测模块包括壳体和监测集成电路板，壳体与不动外圈同轴心固定连接；壳体内部设有用于自供电模块中定子模块圆周方向固定的限位卡槽，限位卡槽与监测集成电路板轴向接触；自供电模块包括定子模块、保持架、转子限位环以及转子模块；保持架通过嵌入齿与旋转内圈进行固定，从而实现保持架与旋转内圈拥有相同的转速。本发明实现在不破坏轴承整体结构的前提下，近距离监测陶瓷轴承的实时运行状态，较真实的获取轴承的振动加速度，外圈温度以及内圈转速信息，提高了陶瓷轴承早期故障识别以及提取的准确性。技术研发人员：石怀涛,宋振庭,张傲,叶鑫受保护的技术使用者：沈阳建筑大学技术研发日：技术公布日：2024/7/18