一種自監測圓錐軸承的制作方法

本發明屬于軸承技術領域，具體涉及一種自監測圓錐軸承。

背景技術：

軸承在機械、車輛、航空航天、輪船及能源等領域都是不可或缺的基本構件，同時也是傳動系統中最易損壞的零件之一，旋轉機械故障的30％是由軸承失效所引發的。因此，軸承狀態監測與早期故障診斷已引起人們的高度重視。軸承狀態的在線監測已經逐步成為大型發電機、輪船、高鐵以及航空器等領域不可或缺的技術，所需監測的指標包括溫度、振動、轉速及噪音等。早期軸承監測系統主要是外掛式的，弊端之一是傳感器與信號源間的距離較遠，屬于非接觸的間接測量，誤差較大。近年來，人們又相繼提出了不同形式的嵌入式監測系統，雖可解決測量精度及準確性問題，但需要改變相關設備的結構或其完整性，以便安裝傳感監測系統，這不但容易引起設備零部件的應力集中等問題，在一些結構復雜或空間有限的設備上也是無法實現的；最為關鍵的是，當監測系統需要隨軸承內外圈一起轉動時，不便通過電線供電，而采用電池供電使用時間很短。因此，現有軸承監測系統還基本上是定期、間接的非接觸測量，難以及時準確地獲得軸承的運行狀態。有鑒于此，人們提出了多種形式的自供電監測軸承，其主要問題是不同轉速時的發電性能差異較大、有效頻帶窄、可靠性低。

技術實現要素：

本發明提出一種自監測圓錐軸承，本發明采用的實施方案是：本發明的自監測圓錐軸承包括內圈、滾動體、外圈、傳感器、電路板、壓環、換能器、受激磁鐵、右半軸、左半軸、左磁凸輪環、右磁凸輪環及密封圈；環形隔板將外圈分隔成左腔和右腔，右腔內經滾動體安裝有內圈；環形隔板上安裝有電路板和傳感器，電路板置于左腔內；右半軸的軸臺套在內圈的內孔中，右半軸上的軸肩經螺釘安裝在內圈上，軸肩與環形隔板之間壓接有密封圈；右半軸上經螺釘安裝有左半軸，左半軸上經螺釘安裝有左磁凸輪環，右半軸上經螺釘安裝有右磁凸輪環，左磁凸輪環和右磁凸輪環形成凸輪槽；外圈的內壁凸臺上經螺釘和壓環安裝有換能器，換能器置于左腔內，換能器由基板和pzt膜粘接而成，換能器自由端的兩側經鉚釘安裝有受激磁鐵，受激磁鐵置于凸輪槽內，受激磁鐵為半球狀，受激磁鐵與左磁凸輪環和右磁凸輪環之間的作用力均為排斥力；換能器和傳感器經不同的導線組與電路板相連。

換能器為基板一側粘接pzt膜構成的單晶結構或為基板兩側粘接pzt膜構成的雙晶結構；換能器為單晶結構時，換能器自由端的最大變形量由下式計算，即：其中：b＝1-α+αβ，a＝α⁴(1-β)²-4α³(1-β)+6α²(1-β)-4α(1-β)+1，α＝hm/h，β＝em/ep，hm和h分別為基板的厚度和換能器的總厚度，em和ep分別為基板和pzt膜的楊氏模量，k31和分別為pzt材料的機電耦合系數和許用壓應力，l為換能器的長度。

工作中，當內圈與外圈通過滾動體相對轉動時，換能器及受激磁鐵與左磁凸輪環及右磁凸輪環相對轉動，受激磁鐵在凸輪槽內左右往復運動，從而迫使換能器左右彎曲振動，并將機械能轉換成電能；相對于換能器未變形時的對稱中心，受激磁鐵在凸輪槽內向左與向右可移動的最大距離相等，即受激磁鐵向左移動且與左磁凸輪環接觸時的最大距離與向右移動且與右磁凸輪環接觸時的最大距離相等；受激磁鐵在凸輪槽內左右移動距離最大時，pzt膜上的最大應力小于其許用值；換能器彎曲變形時所生成的電能經電路板上的轉換電路處理后供給傳感器，傳感器實時地獲得軸承溫度、轉速或振動參數，再經電路板上的發射單元發射出去。

優勢與特色：換能器的變形量由凸輪升程決定，不同轉速時換能器的最大變形量及pzt膜上的最大應力都相同，故可靠性高、有效頻帶寬、發電與供電能力強。

附圖說明

圖1是本發明一個較佳實施例中軸承的結構剖面圖；

圖2是本發明一個較佳實施例中左右半軸及左右磁凸輪環組裝后的結構示意圖；

圖3是圖1的a-a的剖視圖；

圖4是圖1中軸承內圈轉過180度時的結構剖面圖。

具體實施方式

本發明的自監測圓錐軸承包括內圈a、滾動體b、外圈c、傳感器d、電路板e、壓環f、換能器g、受激磁鐵h、右半軸j、左半軸i、左磁凸輪環k、右磁凸輪環m及密封圈n；環形隔板c1將外圈c分隔成左腔c1和右腔c2，右腔c2內經滾動體b安裝有內圈a；環形隔板c1上安裝有電路板e和傳感器d，電路板e置于左腔c1內；右半軸j的軸臺j1套在內圈a的內孔中，右半軸j上的軸肩j2經螺釘安裝在內圈a上，軸肩j2與環形隔板c1之間壓接有密封圈n；右半軸j上經螺釘安裝有左半軸i，左半軸i上經螺釘安裝有左磁凸輪環k，右半軸j上經螺釘安裝有右磁凸輪環m，左磁凸輪環k和右磁凸輪環m形成凸輪槽c3；外圈c的內壁凸臺上經螺釘和壓環f安裝有換能器g，換能器g置于左腔c1內，換能器g由基板g1和pzt膜g2粘接而成，換能器g的自由端的兩側經鉚釘安裝有受激磁鐵h，受激磁鐵h置于凸輪槽c3內，受激磁鐵h為半球狀，受激磁鐵h與左磁凸輪環k和右磁凸輪環m之間的作用力均為排斥力；換能器g和傳感器d經不同的導線組與電路板e相連。

換能器g為基板g1一側粘接pzt膜g2構成的單晶結構或為基板g1兩側粘接pzt膜g2構成的雙晶結構；換能器g為單晶結構時，換能器g自由端的最大變形量由下式計算，即：其中：b＝1-α+αβ，a＝α⁴(1-β)²-4α³(1-β)+6α²(1-β)-4α(1-β)+1，α＝hm/h，β＝em/ep，hm和h分別為基板g1的厚度和換能器g的總厚度，em和ep分別為基板g1和pzt膜g2的楊氏模量，k31和分別為pzt材料的機電耦合系數和許用壓應力，l為換能器g的長度。

工作過程中，當內圈a與外圈c通過滾動體b相對轉動時，換能器g及受激磁鐵h與左磁凸輪環k及右磁凸輪環m相對轉動，受激磁鐵h在凸輪槽c3內左右往復運動，從而迫使換能器g左右彎曲振動，并將機械能轉換成電能；相對于換能器g未變形時的對稱中心，受激磁鐵h在凸輪槽c3內向左與向右可移動的最大距離相等，即受激磁鐵h向左移動且與左磁凸輪環k接觸時的最大距離與向右移動且與右磁凸輪環m接觸時的最大距離相等；受激磁鐵h在凸輪槽c3內左右移動距離最大時，pzt膜g2上的最大應力小于其許用值；換能器g彎曲變形時所生成的電能經電路板e上的轉換電路處理后供給傳感器d，傳感器d實時地獲得軸承溫度、轉速或振動參數，再經電路板e上的發射單元發射出去。