專利名稱：具有無線的自供電傳感器單元的軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來說涉及減摩軸承，尤其涉及一種減摩軸承，其在源于該軸承內(nèi)部的電力的作用下，產(chǎn)生反映軸承相關(guān)狀態(tài)的信號。
雖然這樣，減摩軸承中的缺陷通常通過軸承的外部檢查能夠被發(fā)現(xiàn)，但不一定通過目視檢測。典型地，溫度升高標志著缺乏潤滑劑，或許是，甚至所有座圈都向內(nèi)彎曲卡住從而使減摩軸承實際上變?yōu)榱藷o潤滑的滑動軸承。在滾道中或滾動元件上的剝裂或其它缺陷會導致軸承劇烈振動。
的確，存在用于監(jiān)控軸承工作的裝置。例如，鐵路上有位于軌道旁的紅外線傳感器用以監(jiān)控駛過列車的軸頸軸承，但是這些傳感器設(shè)位相對較少，常常間隔許多英里，因而將無法監(jiān)測在這些設(shè)位之間突然開始出現(xiàn)的溫升。于是某些軸承開始裝備有它們自己的傳感器，傳感器通過電線連接到監(jiān)控裝置。因此，為這種軸承承載傳感器的座圈必須保持固定，那就是說，不能旋轉(zhuǎn)，惟恐把電線切斷。而對于鐵路軸頸軸承，至少，外座圈優(yōu)選地應(yīng)當保證有足夠的自由用以“蠕動”，那即以很小的增量轉(zhuǎn)動，于是外滾道圓周上的磨損可以均勻分布。而且，避免軸承杯蠕動需要昂貴的鎖定機構(gòu)。


圖1是依照本發(fā)明實施例構(gòu)造的軸承的部分剖視圖，其中該軸承安裝在有軌車軸頸和接頭上；圖2是該軸承的縱剖視圖；圖3是沿圖2中線3-3橫剖視圖；圖4是軸承的橫向剖視圖，其中對軸承杯進行了改進，以便容納天線；圖5是本發(fā)明一種具體實施的改進軸承的剖視圖；圖6是用于改進軸承的雙杯碗的部分剖切且以斷面表示的透視圖；圖7是本發(fā)明另一改進軸承的部分剖視的正視圖；以及圖8是另一改進軸承的具局部剖視圖。
軸B是普通常規(guī)的。在其端部具有(圖1)軸頸2，軸頸2在倒圓角4與軸B其它部分并為一體。軸承A安裝在軸頸2上位于襯環(huán)6和端蓋8之間，前者靠緊倒圓角4設(shè)置，而后者遍布整個軸頸2的端面。實際上，軸承A位于兩個磨損環(huán)10之間，兩個磨損環(huán)10又緊鄰著襯環(huán)6和端蓋8，通過帽螺釘12貫穿端蓋8并旋擰螺紋進入軸頸2而將所有配置固定在軸頸2上。螺釘12推動端蓋8壓向軸頸2的端面，并且這樣施加的力作用使襯環(huán)6靠緊倒圓角4處。該力將軸承A緊緊地夾在磨損環(huán)10之間。
接頭C實際上是容納軸承A的殼體。其(圖1)具有弓形軸承座14和凸緣16，凸緣16在軸承座14端部向下凸伸。軸承A和與其相配的軸承座14配合安裝，而凸緣16防止它軸向竄動。但是軸承A不是用鍵(或者其它確保不轉(zhuǎn)動的方式)安裝在接頭C內(nèi)的。軸承座14在圓周上的延伸小于180。
軸承A包括(圖2)雙圓錐22形式的內(nèi)座圈、雙杯24形式的外座圈、以及兩排布置在圓錐22和杯24之間的錐形滾子26形式的滾動元件，環(huán)繞著每一個圓錐22都設(shè)置有單獨一排滾子。每一排滾子26都具有保持架28，用以使這一排的滾子26之間保持適當間距，并且當從軸承杯24中拆出圓錐22時使?jié)L子26固持在圓錐22周圍的這一排上。將雙圓錐22安裝在軸頸2上，并且將隔環(huán)30安裝在軸頸2上雙圓錐22之間。軸承杯24安裝在接頭C內(nèi)，靠緊弓形軸承座14且位于凸緣16之間。
每個圓錐22都具有(圖2)錐形滾道32以及分別位于該滾道32大端和小端的推力凸緣34和保持凸緣36，所述滾道呈現(xiàn)出越靠外側(cè)越遠離軸線X的形狀。推力凸緣34延伸到了背表面38，同時保持凸緣36延伸到了前表面40，并且表面38和40兩者都垂直于軸線X。磨損環(huán)10靠在圓錐22的背表面38上，推動它們的前表面40使它們靠在隔環(huán)30的兩端。這樣，通過隔環(huán)30確立指定雙圓錐22上滾道32之間的間距。這些滾道32在朝著隔環(huán)30的方向上錐形越來越尖。
雙杯24具有與接頭C軸承座14的曲度和長度相適應(yīng)的圓柱形外部表面42。圓柱形表面42延伸直至端部表面44，所述端部表面44垂直于軸線X并且處于與軸承座14端部的凸緣16相對的位置，因此將軸承杯24在軸向上而不是在圓周上限定在接頭C內(nèi)。軸承杯24在其內(nèi)部具有錐形滾道46，其環(huán)繞著雙圓錐22上的滾道32。此外，軸承杯24在其兩個滾道32之間具有圓柱形居間表面48，并且表面48環(huán)繞著安裝在雙圓錐22之間的隔環(huán)30。滾道46在其大端通向端孔50，端孔50又通向軸承杯24的端部表面44。端孔50容納軸承密封52(圖1)，其沿著磨損環(huán)10構(gòu)成能起作用的或動態(tài)的流體的屏障。
在圓錐22和杯24各自相對的滾道32和46之間安裝滾子26，在滾子26錐形側(cè)面和滾道32、46之間基本上是線接觸。而且，滾子26的大端表面支撐圓錐22的推力凸緣34，因此推力凸緣34阻止將滾子26排擠出圓錐22和杯24之間的環(huán)形空間。滾子26共頂點，意指一排滾子26的側(cè)面所在的錐形包絡(luò)在軸線X上公共點處具有它們的頂點。
當車軸B旋轉(zhuǎn)時，圓錐22在杯24中旋轉(zhuǎn)。滾子26沿著圓錐22和杯24各自的滾道32和46滾動。因為滾子26共頂點，在滾子26錐形側(cè)面和滾道32、46之間是純滾動接觸，并且沿著滾道32和46的摩擦很小。但是滾子26大端表面沿著推力凸緣34表面滑動并旋轉(zhuǎn)，推力凸緣34將滾子26軸向定位于滾道32和46之間并且阻止它們被排擠出去。如果這些接觸區(qū)域缺乏潤滑劑或者遭受表面損壞，就會產(chǎn)生劇烈摩擦且伴隨導致軸承A溫度升高。由于軸承杯24不是用鍵(或者其它確保不轉(zhuǎn)動的方式)安裝在接頭C內(nèi)的，存在于滾子26和杯24之間的最小摩擦力給杯24提供小增量推進，或換言之，杯24在接頭C中沿著圓周蠕動。
自供電傳感器單元D產(chǎn)生電信號，所述電信號表示與軸承A內(nèi)部狀況和軸承A工作特性有關(guān)的傳感參量。將表示傳感信號的數(shù)據(jù)或參量值通過無線電信號傳輸方式發(fā)送到設(shè)置在軸承A外部的遠程接收器E，諸如，舉例來講，是通過與射頻(RF)信號傳輸有關(guān)的電磁波，用以提供為正確評價軸承A狀況所必需的信息。
傳感器單元D可應(yīng)用于監(jiān)控各種與軸承A有關(guān)的參量以提供有助于評價軸承A的工作特性及狀況的信息。上面已經(jīng)討論了監(jiān)測軸承A內(nèi)溫度變化的優(yōu)點。同樣可以監(jiān)控其它狀況。例如，由滾子26在圓錐22和杯24的滾道32、46上施加的循環(huán)載荷會導致這些滾道32和26剝裂。滾道剝裂經(jīng)常會導致軸承A在工作時發(fā)生額定地周期性劇烈振動。檢測和評價這些振動有助于診斷軸承A的狀況。滾子26不僅影響滾道32和46，而且還在圓錐22和杯24中產(chǎn)生應(yīng)變場。這些應(yīng)變場周期性地變化并且提供諸如速度和負荷的有用信息。
為了產(chǎn)生電能，無線、自供電傳感器單元D的優(yōu)選實施方案與靶輪協(xié)力一起工作，所述靶輪包括環(huán)繞著隔環(huán)30以等圓周間隔排列的多個齒56(圖3)。在這種結(jié)構(gòu)中，靶輪與軸B旋轉(zhuǎn)，而傳感器單元D與杯24保持固定不動。齒56與隔環(huán)30形成一體，其由含鐵金屬諸如鋼制成，并且用以將隔環(huán)30變成靶輪。但是齒56可以形成配裝到隔環(huán)30的獨立的靶輪部件。齒56向外凸現(xiàn)的表面形成的圓的中心點位于軸X上。
更具體地來看傳感器單元D，其包括(圖3)裝配環(huán)60，盡管也可以將裝配環(huán)60緊貼著居間表面48注塑成型，但優(yōu)選地裝配環(huán)60由聚合物注塑成型而后壓入杯24的居間表面48中。實際上，裝配環(huán)60可由其它非鐵材料制成，鋁就是這樣一種材料。裝配環(huán)60具有圓柱形構(gòu)造的內(nèi)表面62，在齒56形成的圓和表面62之間存在間隙。裝配環(huán)60包含電源64、幾個傳感器66、微處理器68、以及發(fā)射器70，所有這些部件都嵌在裝配環(huán)60內(nèi)且同樣地構(gòu)成傳感器單元D的一部分。
電源64優(yōu)選地是能夠充電的電源。由于傳感器單元D與旋轉(zhuǎn)軸承A一起使用，因此優(yōu)選地通過電磁感應(yīng)生成電能。例如，電源64可是可變磁阻的電磁發(fā)電機，其包括具有沿圓周方向接連配置的多個固定永久磁鐵的磁芯，它們的磁極是交替的。電源64還包括環(huán)繞該磁芯的繞組。磁芯產(chǎn)生的磁通量貫穿繞組并且還貫穿磁芯和附近的位于隔環(huán)30上的齒56之間的氣隙。當隔環(huán)30旋轉(zhuǎn)時，其齒56移動通過交替極性的磁極之間的氣隙，導致繞組磁通匝連數(shù)變化以及穿過繞組的感應(yīng)電壓變化。電源64包括全波整流器和電壓調(diào)節(jié)器，用于將繞組中產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換為直流電。
雖然在優(yōu)選實施方案中使用電磁感應(yīng)，但可以采用其它產(chǎn)生電能的形式。例如，一種用于產(chǎn)生必要的電能的可供選擇的方法可以基于壓電效應(yīng)。更具體地，軸承A的振動當其作用在壓電晶體(未示出)上時可以用作電源。額定地，這樣一種壓電晶體與附加震動物質(zhì)配置在一起。當壓電晶體物質(zhì)遭遇震動時，該晶體的周期性應(yīng)力通過壓電效應(yīng)生成了周期電壓。這種周期電壓可用于給電容器充電，且一旦充電，該電容器就可提供電能給電子電路。
當將優(yōu)選實施方案的傳感器單元D內(nèi)部地設(shè)置到軸承A界限之內(nèi)(通常位于杯24的滾道46之間)時，應(yīng)能明白傳感器單元D的定位位置可以改變以適應(yīng)其具體應(yīng)用情形。例如，如有必要可將傳感器單元D設(shè)置在軸承A的外部。按照這種配置，傳感器單元D優(yōu)選地安裝在雙杯24的外部表面42上。安設(shè)在這個位置上的傳感器單元D不能從安設(shè)在隔環(huán)30上的靶輪來檢測速度或者產(chǎn)生電能，但是其能夠檢測其它參量。電源64在這樣的配置中優(yōu)選地是電池或者利用壓電生成電能。
傳感器66監(jiān)控軸承A的工作狀態(tài)并且產(chǎn)生表示軸承A狀態(tài)的信號。在優(yōu)選實施方案中，一個傳感器66監(jiān)控溫度并且產(chǎn)生表示裝配環(huán)60溫度的信號。另一傳感器66充當加速度計，且其檢測振動，產(chǎn)生信號，由所述信號不僅可以識別是否存在振動，而且也可以識別它們的頻率和幅度。再另一傳感器66可測量軸承杯24中的應(yīng)力。應(yīng)能明白如有必要在傳感器單元D中可包括其它傳感器用以監(jiān)控其它工作狀態(tài)， 諸如，舉例來講，聲發(fā)射，通過傳導分析或化學分析進行的潤滑劑分析，以及位移傳感器。
電源64、傳感器66、微處理器68、以及發(fā)射器70全都通過電線電連接，嵌在裝配環(huán)60內(nèi)。通過這些電線，微處理器68和發(fā)射器70得到它們工作所需電能，并且微處理器68還與幾個傳感器66連通。傳感器66、電源64、發(fā)射器70以及微處理器68每個都可以是通過電線連通的單獨模塊?？蛇x擇地，這些元件都能安裝在單個的印制線路板上，所述印制線路板安設(shè)在裝配環(huán)60中。
處理器68對從傳感器66獲取的信號進行處理并且將表示傳感信號的數(shù)據(jù)傳送到發(fā)射器70。處理器68可通過程序運算來評價從傳感器66獲取的信號，并且當從任意一個傳感器66獲取的信號表示軸承A狀況異?；蛄踊瘯r產(chǎn)生報警信號，通過發(fā)射器70將該報警信號發(fā)送到接收器E。但是應(yīng)當注意，軸承狀態(tài)報警基線水平可以自主設(shè)定，也可以在接收器E端設(shè)定報警狀態(tài)。處理器68，與電源64連接，還產(chǎn)生反映角速度的信號。發(fā)射器70將處理器68的信號轉(zhuǎn)換為無線電頻率，并且由同樣嵌入在裝配環(huán)60中的天線將其以電磁波形式發(fā)射。因此，天線也設(shè)置在杯24限定范圍內(nèi)，并且杯24不需要為容納天線做任何特別變動。優(yōu)選實施方案的發(fā)射器70是微型發(fā)射器，能夠進行擴展頻譜調(diào)制，并且提供的發(fā)射功率水平達到一個(1)瓦特，如(美國)通信委員會(FCC)條例端口15.247所允許的那樣。
將接收器E調(diào)諧到傳感器環(huán)D發(fā)射器70的射頻處，并且接收發(fā)射器70發(fā)射的信號。接收器E還可以處理該信號。
在優(yōu)選實施方案中傳感器66監(jiān)控的狀態(tài)是溫度。如前面討論過的那樣，軸承A中缺乏足夠潤滑劑會導致過分摩擦，主要地發(fā)生在滾子26大端表面沿圓錐22推力凸緣34滑動并旋轉(zhuǎn)處，并且較大摩擦導致軸承A溫度升高。溫度傳感器66探測記錄這種溫升，并且處理器68通過發(fā)射器70將表示傳感溫度的數(shù)據(jù)傳送到接收器E。在本發(fā)明的一個實施方案中，處理器68可通過程序處理檢測何時傳感溫度超出預(yù)設(shè)數(shù)值，并且生成報警信號，發(fā)射器70將該報警信號發(fā)送到接收器E。
軸承A非常顯著地在圓錐22上的過分劣化將會導致另一情形，其將導致軸承A的快速而過分的溫升。這種劣化會導致一個或多個滾子26或保持架28在滾道46和32之間形成卡阻，實際上終止所希望的滾子26的滾動。在這種情形下，滾子26變?yōu)樵诒臐L道46或圓錐的滾道32上滑動，由此產(chǎn)生的摩擦力將導致軸承溫度升高。在更加嚴重的情形中，受影響的圓錐22和杯24將會粘接卡咬，導致受影響的圓錐22在軸頸2上滑動。無論滑動類型如何，滑動接觸產(chǎn)生的摩擦力將會導致軸承A溫度快速升高，并且利用溫度傳感器66檢測這種溫度升高。還有，通過處理器68和發(fā)射器70將由傳感器66檢測到的這種溫度升高傳送到接收器E。
如上所述，在軸承A中，沿著一個或多個滾道32和46或者沿著一個或多個滾子26錐形側(cè)面的剝裂將致使振動超出軸承A正常工作允許的幅度。在一個滾子26上的裂縫或扁平面也將如此。在優(yōu)選實施方案中，振動傳感器66，其實際上是加速度計，探測記錄這些振動，并且由處理器68獲取振動傳感器66產(chǎn)生的振動信號。獲取的振動信號，或者該信號的參量表示，通過發(fā)射器70傳送到接收器E。在本發(fā)明的一個實施例中，當所獲取的振動信號超出預(yù)設(shè)數(shù)值時，處理器68可通過程序處理識別出來。在這種情形下，處理器68生成反映過分振動的報警信號，通過發(fā)射器70傳送到接收器E。但是，在優(yōu)選實施方案中，確定報警狀態(tài)的基線水平不是在軸承設(shè)定的，而是在接收器E通過處理器設(shè)定的。
杯24的應(yīng)力變形反映滾子26在杯24上施加的負荷，且因此表示軸承A承受的負荷量。優(yōu)選實施方案的應(yīng)變傳感器66，粘接在杯24的居間表面48上，但仍然嵌入在裝配環(huán)60中，該傳感器66測量這種應(yīng)變并且生成反映應(yīng)變量的信號。該信號傳送到處理器68，產(chǎn)生表示測得應(yīng)力的數(shù)據(jù)，通過發(fā)射器70傳送到接收器E。
在旋轉(zhuǎn)的隔環(huán)30上的齒56使嵌入在裝配環(huán)60中的電源64感應(yīng)生成電位，并且該電位是交變的。其頻率反映了圓錐22的角速度且同樣反映了軸B的角速度。處理器68將該頻率變換為角速度，并且發(fā)射器70生成表示任意時間角速度的信號。然后這些信號由發(fā)射器70發(fā)送到遠程的接收器E。
在這方面，車軸B輪子上的制動器可能難于脫松，因此當有軌車作為列車一部分運動時，軸B將不轉(zhuǎn)動或者轉(zhuǎn)動速度小于有軌車上其它軸的轉(zhuǎn)速。發(fā)射器70生成的關(guān)于輪子上軸承A的速度信號將反映出速度減小。
代替磁鐵和繞組，電源64可以采用使用期限長的電池的形式或者電源64可以包括電池連同磁鐵、繞組、以及整流器，當軸B處于靜止狀態(tài)時由該電池供電給處理器68和發(fā)射器70。在這方面，為了節(jié)約電能，處理器68在感知轉(zhuǎn)動停止預(yù)設(shè)時間例如幾個小時之后，可在實質(zhì)上自我斷電并且只是周期性激活，這樣僅僅是為了表明傳感器單元D仍然是好用的。一旦軸B開始轉(zhuǎn)動，處理器68由獲取自電源64的信號重新激活，并且然后從電源64繞組中的感應(yīng)電動勢獲取其電力供應(yīng)。
盡管發(fā)射器70的天線完全位于在杯24限定范圍內(nèi)，但是它生成的信號能夠發(fā)送到杯24外而由接收器E獲取。但是如果使輻射天線通向自由空間，就能由軸承A發(fā)出更強的信號。為了這個目的，杯24可包括兩個或多個徑向孔76(圖4)，位于其兩個端面之間，開孔在居間表面48處貫穿進入杯24內(nèi)部。圖4中所示的杯24包括兩個孔76，位于其兩端面之間的居中位置。這兩個孔76設(shè)置間隔大致為180°，因此當接頭C的軸承座14遮蔽住一個孔時，另一孔可以曝露到接頭C外。每個孔76都包括射頻輻射器78-換言之，天線-以及灌封用混合物80，輻射器78埋置在混合物80中。
一種改進軸承F(圖5)與軸承A非常相似，并且也具有兩個圓錐22、環(huán)繞圓錐22的雙杯24、以及以兩排布置在圓錐22和杯24各自滾道32和46之間的錐形滾子26。圓周上具有齒56的隔環(huán)30將兩個圓錐22分隔開。
軸承F與軸承A的區(qū)別在于，軸承F的杯24具有凸緣86，凸緣86位于滾道46小端之間，其超出滾道46面且朝著隔環(huán)30方向向內(nèi)凸起，但并不與環(huán)30的齒56相干涉。凸緣86遍布在杯24的整個圓周上，并且具有開口朝向隔環(huán)30的溝槽88。溝槽88同樣遍布在杯24的整個圓周上。
在溝槽88中容納(圖6)有電源64、若干個傳感器66、處理器68、以及無線電發(fā)射器70，所述傳感器66用于生成表示軸承F工作狀態(tài)的信號。用于軸承F的發(fā)射器70，與穿過杯24、并且延伸到位于杯24的外部表面附近的射頻輻射器90連接。
軸承A的裝配環(huán)60可設(shè)置在杯24滾道46之間的隔環(huán)30和齒56上。同樣地，軸承F的凸緣86和溝槽88可設(shè)置在隔環(huán)30上，而且毫無疑問電源64、傳感器66、處理器68以及發(fā)射器70也可以設(shè)置在隔環(huán)30上。
另一改進軸承G(圖7)與軸承A和F的區(qū)別在于，其內(nèi)座圈是單一整體的，其外座圈則不是，并且整體式內(nèi)座圈攜帶包含了電源64、傳感器66、處理器68、發(fā)射器70、以及射頻輻射器78。在這個實施方案中，可以根據(jù)應(yīng)用目的決定內(nèi)座圈或者外座圈旋轉(zhuǎn)。更具體地，軸承G包括整體式或雙圓錐102形式的內(nèi)座圈，兩個杯104形式的外座圈，在圓錐102和杯104之間以兩排設(shè)置的錐形滾子106形式的滾動元件，配裝在滾子106上的保持架108，以及位于兩個杯104之間的隔環(huán)110。直接配置錐形滾子106，使兩排滾子的大端彼此相對。
圓錐102具有錐形滾道112，錐形滾道112逐漸過渡至將滾道112分隔開的推力凸緣114，滾道112具有在凸緣114處具有它們的最大直徑。在滾道112的反端或小直徑處，圓錐102具有保持凸緣114，保持凸緣114延伸到了端表面118，所述端表面118垂直于軸線X并且構(gòu)成了圓錐102的端面。凸緣114包含開口背離軸線X的溝槽120。圓錐102，沿著它的內(nèi)表面，那即沿著圓錐的膛孔，具有軸向溝槽120，其一端與凸緣114中的圓周溝槽118相連通。該軸向溝槽120延伸到了一個端表面118。
每一個杯104都具有向內(nèi)朝向軸線X且位于背面126和前面128之間的錐形滾道124，背面126位于滾道124的小端而前面128位于滾道124的大端。背面126構(gòu)成了軸承G的端面，而前面128緊靠隔圈110。這兩個杯104環(huán)繞著圓錐102上不同的滾道112，因此在每一個圓錐滾道112外都對應(yīng)設(shè)置有一個杯滾道124。
錐形滾子106占用圓錐滾道112和杯滾道124之間的環(huán)形空間，且因此排列成兩排。每一排都具有它自己的保持架108，保持架108保持該排滾子之間的適當間隔。滾子106的錐形側(cè)面接觸滾道112和124，而滾子的大端表面支撐在圓錐102端面之間的推力凸緣114上。這兩排滾子106共頂點。隔環(huán)110寬度控制杯滾道124之間間隔且因此控制軸承G的設(shè)置。
推力凸緣114中的溝槽120容納有電源64、傳感器66、處理器68以及發(fā)射器70。實際上，發(fā)射器剛好位于貫穿溝槽120的射頻輻射器78的外部。軸承G的電源64采用電池形式，但是其也可采用可變磁阻電磁發(fā)電機的形式。后一形式需要設(shè)置在隔環(huán)30上的齒來實施，這樣的齒與軸承A中隔環(huán)30上的齒相似。
軸承G與軸承A和F對比，檢測旋轉(zhuǎn)部件狀態(tài)，采用的是整體式圓錐102。
還有一個改進軸承H(圖8)與軸承G非常相近，電源64、傳感器66、處理器68以及發(fā)射器70都攜帶在內(nèi)座圈上，內(nèi)座圈是整體式的或雙圓錐102，內(nèi)座圈或外座圈基于軸的轉(zhuǎn)動而旋轉(zhuǎn)。但是，圓錐102上推力凸緣114更寬且沒有溝槽120。凸緣114支撐著緊密環(huán)繞裝配在其上的裝配環(huán)130。與裝配環(huán)60相似，環(huán)130可以由聚合物或非鐵材料制成。電源64、傳感器66、處理器68以及發(fā)射器70都嵌入在環(huán)130中。其中電源64采用可變磁阻電磁發(fā)電機64的形式，用于隔離杯104的隔環(huán)110具有齒132以將其變換為靶輪，靶輪將干擾發(fā)電機64產(chǎn)生的磁通量。
雖然這里討論的軸承A、F、G和H是用做有軌車的一部分，軸承A、F、G和H也可以用于其它設(shè)備中。例如，它們可用于轉(zhuǎn)向架軸，或用于支撐軋機的輥子。在其它示例中，軸承F、G和H可用于機車而不是有軌車。
可以理解，所有對包括在說明書中選做示例用于說明本發(fā)明的本發(fā)明實施例的改變與改進，只要其不背離本發(fā)明的精神和范圍，就包含在本發(fā)明中。
權(quán)利要求
1.一種有助于繞軸旋轉(zhuǎn)的減摩軸承，所述軸承包括內(nèi)座圈，其環(huán)繞設(shè)置在軸上且在背離軸的外表面上設(shè)置有滾道；外座圈，其環(huán)繞內(nèi)座圈設(shè)置并且其具有滾道，滾道面向著內(nèi)座圈滾道但彼此有間距；滾動元件，定位并靠在座圈滾道上；傳感器裝置，通常設(shè)置在座圈之間，并且包括用于監(jiān)控軸承狀態(tài)的傳感器，所述傳感器攜載在一個座圈上；無線電發(fā)射器，其攜載在所述一個座圈上并且與傳感器連接，無線電傳感器產(chǎn)生表示傳感器記錄的軸承狀態(tài)的無線電信號；以及電源，其攜載在所述一個座圈上并且與發(fā)射器連接，用于供電給發(fā)射器工作。
2.如權(quán)利要求1所述的減摩軸承，其中傳感器、發(fā)射器、以及電源都攜載在外座圈上。
3.如權(quán)利要求1所述的減摩軸承，其中傳感器、發(fā)射器、以及電源都攜載在內(nèi)座圈上。
4.如權(quán)利要求1所述的減摩軸承，其中傳感器響應(yīng)溫度。
5.如權(quán)利要求1所述的減摩軸承，其中傳感器響應(yīng)振動。
6.如權(quán)利要求1所述的減摩軸承，其中傳感器裝置還包括靶輪，其相對于另一座圈固定在適當位置并且當靶輪和電源之間出現(xiàn)相對運動時激活電源。
7.如權(quán)利要求6所述的減摩軸承，其中電源產(chǎn)生磁場并且靶輪干擾該磁場。
8.如權(quán)利要求6所述的減摩軸承，其中靶輪具有齒。
9.如權(quán)利要求8所述的減摩軸承，其中靶輪是磁化環(huán)。
10.如權(quán)利要求1所述的減摩軸承，其中傳感器裝置還包括沿所述一個座圈設(shè)置的環(huán)，并且電源和發(fā)射器設(shè)置在該環(huán)上。
11.如權(quán)利要求10所述的減摩軸承，其中傳感器也設(shè)置在該環(huán)上。
12.如權(quán)利要求10所述的減摩軸承，其中所述一個座圈是外座圈。
13.如權(quán)利要求10所述的減摩軸承，其中所述一個座圈是內(nèi)座圈。
14.如權(quán)利要求1所述的減摩軸承，其中所述一個座圈具有開口朝向另一座圈的溝槽，并且傳感器、無線電發(fā)射器以及電源都設(shè)置在該溝槽內(nèi)。
15.一種有助于繞軸旋轉(zhuǎn)的減摩軸承，所述軸承包括內(nèi)座圈，其具有兩個滾道，兩個滾道在軸向上彼此間隔分離并且設(shè)置在內(nèi)座圈背離軸的外表面上；外座圈，其具有兩個滾道，兩個滾道向內(nèi)朝向并環(huán)繞著內(nèi)座圈滾道；滾動元件，兩排滾動元件設(shè)置在內(nèi)、外座圈滾道之間；傳感器，攜載在一個座圈上，用于監(jiān)控軸承狀態(tài)；無線電發(fā)射器，其攜載在所述一個座圈上，通常位于兩排滾動元件之間，并且與傳感器連接，用以產(chǎn)生表示傳感器監(jiān)控得到的軸承狀態(tài)的無線電信號；以及電源，其攜載在所述一個座圈上，通常位于兩排滾動元件之間，并且與發(fā)射器連接，用于供電給發(fā)射器工作。
16.如權(quán)利要求15所述的減摩軸承，其中所述一個座圈是整體的，而另一座圈包含可分離的組件，每一個組件都具有一條座圈滾道。
17.如權(quán)利要求16所述的減摩軸承，其中還包括裝配環(huán)，安裝在所述一個座圈上，位于該座圈的兩條滾道之間；并且其中發(fā)射器與電源位于該裝配環(huán)上。
18.如權(quán)利要求17所述的減摩軸承，其中電源沿著裝配環(huán)生成磁場，并且還包括靶輪，所述靶輪定位于另一座圈的兩條滾道之間且相對于所述另一座圈固定在適當位置，當座圈之間相對轉(zhuǎn)動時靶輪圓周在位于所述一個座圈上的裝配環(huán)的附近移動，當出現(xiàn)相對轉(zhuǎn)動時靶輪干擾電源產(chǎn)生的磁場。
19.如權(quán)利要求18所述的減摩軸承，其中靶輪有朝向裝配環(huán)突出的齒。
20.如權(quán)利要求15所述的減摩軸承，其中所述一個座圈具有溝槽，溝槽位于兩排滾動元件之間，并且溝槽開口朝向另一座圈；并且其中傳感器、無線電發(fā)射器以及電源位于所述溝槽中。
21.一種有助于繞軸旋轉(zhuǎn)的減摩軸承，所述軸承包括雙杯，其具有兩個錐形外滾道以及位于滾道之間的居間表面，外滾道在居間表面處具有它們的最小直徑；軸向?qū)实膱A錐，其位于雙杯內(nèi)，每個圓錐都具有面向外的錐形內(nèi)滾道，一個圓錐的滾道被一個杯的外滾道環(huán)繞著，而另一圓錐滾道被另一個杯的外滾道環(huán)繞著；錐形滾動元件，兩排滾動元件設(shè)置在相對的內(nèi)、外滾道之間，滾動元件通常與滾道線接觸；以及傳感器裝置，其設(shè)置在杯內(nèi)，位于兩個外滾道之間；以及傳感器裝置，包括攜載在該杯上的用于監(jiān)控軸承狀態(tài)的傳感器；無線電發(fā)射器，其攜載在該杯上，并且與傳感器連接，用以產(chǎn)生表示傳感器監(jiān)控得到的軸承狀態(tài)的無線電信號；以及電源，其攜載在該杯上，并且與發(fā)射器連接，用于產(chǎn)生電能供電給發(fā)射器工作。
22.如權(quán)利要求21所述的減摩軸承，其中電源生成磁場，并且傳感器裝置還包括隔環(huán)，隔環(huán)位于兩個圓錐之間并且相對于圓錐安裝到合適位置，隔環(huán)有齒，齒朝著電源的方向凸伸而出并且鄰近電源，當杯和圓錐之間有相對轉(zhuǎn)動時，所述齒貫通并干擾電源產(chǎn)生的磁場。
23.如權(quán)利要求22所述的減摩軸承，其中圓錐鄰靠隔環(huán)，因此隔環(huán)確定圓錐的滾道之間的軸向間距。
24.如權(quán)利要求22所述的減摩軸承，其中傳感器、發(fā)射器、以及電源都嵌在裝配環(huán)中，所述裝配環(huán)安裝在杯上，位于杯的居間表面處。
25.如權(quán)利要求21所述的減摩軸承，其中發(fā)射器包括天線，天線定位于杯的限定范圍內(nèi)。
26.如權(quán)利要求21所述的減摩軸承，其中杯具有至少兩個位于居間表面處、在圓周上間隔設(shè)置的通向杯的內(nèi)部的孔，并且發(fā)射器包含的天線設(shè)置在所述孔中。
27.如權(quán)利要求26所述的減摩軸承，其具有外殼，外殼具有對杯外表面進行支撐的弓形軸承座；并且如此配置其中軸承座長度以及在圓周上的孔間隔，使軸承座不能同時遮蓋住所有的孔。
28.一種用于監(jiān)控軸承一個或多個狀態(tài)的傳感器裝置，其包括在軸承上設(shè)置至少一個傳感器用于監(jiān)控軸承狀態(tài)；無線電發(fā)射器，其攜載在軸承上并且與傳感器連接，無線電發(fā)射器產(chǎn)生表示傳感器記錄的軸承狀態(tài)的射頻信號；以及電源，其攜載在軸承上并且與發(fā)射器連接，用于供電給發(fā)射器工作。
29.如權(quán)利要求28所述的傳感器裝置，其中所述軸承包括內(nèi)座圈，其環(huán)繞設(shè)置在軸承旋轉(zhuǎn)軸上并且在背離該軸的外表面上設(shè)置有滾道；外座圈，將其環(huán)繞內(nèi)座圈設(shè)置并且其具有滾道，滾道面向著內(nèi)座圈滾道但彼此有間距；以及滾動元件，定位并靠在座圈滾道上；所述傳感器裝置通常設(shè)置在座圈之間。
30.如權(quán)利要求28所述的傳感器裝置，其中所述軸承包括內(nèi)座圈，其環(huán)繞設(shè)置在軸承旋轉(zhuǎn)軸上并且在背離該軸的外表面上設(shè)置有滾道；外座圈，將其環(huán)繞內(nèi)座圈設(shè)置并且其具有滾道，滾道面向著內(nèi)座圈滾道但彼此有間距；所述傳感器裝置布置在外座圈的外徑上。
全文摘要
一種錐形滾柱軸承(A、F、G、H)包括傳感器裝置(D)，輻射反映軸承內(nèi)部狀態(tài)的信號。在一個實施例(A)中，外座圈(24)是整體的，而傳感器裝置(D)是無線、自供電的，并且包括安裝在外座圈上、位于滾柱滾動沿循的滾道(32)之間的裝配環(huán)(60)。該環(huán)嵌入若干個傳感器(66)，用于監(jiān)控諸如溫度和振動的軸承狀態(tài)。該環(huán)還包含無線電發(fā)射器(70)、與傳感器連接的微處理器(68)、以及用于產(chǎn)生處理器和發(fā)射器工作所需電能的電源(64)。通過利用永久磁鐵、電樞繞組以及位于兩個圓錐之間并隨之旋轉(zhuǎn)的靶輪的機電能量轉(zhuǎn)換而生成電能。發(fā)射器對傳感器記錄的軸承狀態(tài)進行轉(zhuǎn)換并且通過處理器處理為能夠在軸承外部接收的無線電信號。
文檔編號F16C41/00GK1437709SQ01811387
公開日2003年8月20日 申請日期2001年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月23日
發(fā)明者M·弗蘭奇, K·M·伊夫特哈如丁, D·R·利珀, R·P·薩米, W-R·黃 申請人:迪姆肯公司