用于檢測(cè)滾子軸承內(nèi)載荷分布的方法和數(shù)據(jù)處理裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于檢測(cè)滾子軸承內(nèi)載荷分布的方法和數(shù)據(jù)處理裝置，以及配備有這種數(shù)據(jù)處理裝置的滾子軸承。
【背景技術(shù)】
[0002]出于多種目的，可靠檢測(cè)滾子軸承內(nèi)的載荷分布都很重要，這些目的包括控制軸承在其中工作的機(jī)器，改動(dòng)和創(chuàng)建軸承的維護(hù)計(jì)劃等。這尤其適用于在非常復(fù)雜的機(jī)器內(nèi)工作的軸承，在這些復(fù)雜機(jī)器內(nèi)必須避免軸承故障。對(duì)于大型滾子軸承而言，例如用于風(fēng)力渦輪機(jī)的軸承，出于遠(yuǎn)程控制和監(jiān)控目的，軸承載荷檢測(cè)很有價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種方法和一種數(shù)據(jù)處理裝置，能可靠檢測(cè)作用在軸承的至少一個(gè)角范圍上而非作用在所述范圍內(nèi)配備有應(yīng)變傳感器的圈上的載荷。
[0004]本發(fā)明從用于檢測(cè)滾子軸承內(nèi)載荷分布的方法開始，滾子軸承具有至少一列滾子和連接到第一圈的應(yīng)變傳感器。該第一圈構(gòu)造為相對(duì)于第二圈旋轉(zhuǎn)。
[0005]提出的方法包括以下步驟:檢測(cè)從應(yīng)變傳感器中獲得的滾子載荷誘導(dǎo)應(yīng)變信號(hào)中的波峰高度和波峰位置；計(jì)算作用在所述第二圈的至少一個(gè)角度范圍上的載荷，該計(jì)算利用落入所述角度范圍內(nèi)的若干波峰位置的波峰高度。包括連接有應(yīng)變傳感器的第一圈旋轉(zhuǎn)掃過(guò)第二圈的圓周，且探測(cè)當(dāng)這些滾子經(jīng)過(guò)傳感器時(shí)經(jīng)由布置在第一圈和第二圈之間的滾子傳遞的載荷。當(dāng)將波峰的位置和高度以及因經(jīng)過(guò)的滾子而導(dǎo)致的信號(hào)映射到以第一圈為參照系的角位置時(shí)，可在隨時(shí)間變化的若干點(diǎn)處探測(cè)載荷。在對(duì)應(yīng)于角范圍的扇區(qū)內(nèi)的不同測(cè)量點(diǎn)處已完成了足夠數(shù)量的波峰采樣之后，在對(duì)應(yīng)于測(cè)量時(shí)間的時(shí)間段內(nèi)可靠檢測(cè)作用在所述扇區(qū)上的載荷是可能的。
[0006]此處和下文中，表述“滾子”應(yīng)包括任何類型的滾動(dòng)體，特別是圓柱滾子、圓錐滾子或圓環(huán)滾子和球。本發(fā)明適用于包括單列軸承或雙列軸承的多種軸承。
[0007]此外，提出了計(jì)算作用在第一角范圍上的載荷的步驟，該步驟包括計(jì)算在該角范圍內(nèi)的波峰高度的中值。已經(jīng)證明中值充分不受偶然檢測(cè)到的較高或較低滾子載荷振幅的影響，這種較高或較低振幅可分別由增加或減少的間距導(dǎo)致，和/或在表面無(wú)線傳感器(SffS)或便攜無(wú)線傳感器(PWS)與滾子產(chǎn)生斜交效應(yīng)的情況下產(chǎn)生。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提出的方法包括輸出數(shù)組的步驟，數(shù)組包含為第二圈的每個(gè)扇區(qū)計(jì)算得到的中值。
[0009]優(yōu)選地，為覆蓋第二圈完整圓周的若干同尺寸的扇區(qū)計(jì)算載荷數(shù)值。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，為每個(gè)45度的八個(gè)扇區(qū)計(jì)算載荷數(shù)值。
[0010]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，方法包括下列步驟:高通或帶通過(guò)濾應(yīng)變信號(hào)；確定已過(guò)濾的應(yīng)變信號(hào)的零交點(diǎn)；將波峰位置確定為應(yīng)變信號(hào)相鄰零交點(diǎn)之間的中點(diǎn)；和利用波峰位置處的滾子載荷誘導(dǎo)應(yīng)變信號(hào)確定波峰高度。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)采用這種方式確定波峰位置而不是將波峰位置確定為信號(hào)局部最大值的位置能帶來(lái)更可靠的結(jié)果。可利用以如上定義的波峰位置為中心的信號(hào)的局部平均值來(lái)確定波峰高度。
[0011]此外，提出的方法還包括以下步驟:確定應(yīng)變信號(hào)中波谷的波谷深度和波谷位置；將波峰高度和波谷深度分別與預(yù)定的閾值進(jìn)行比較；和當(dāng)波峰與它的相鄰波峰之間的相關(guān)波峰高度和波谷深度低于各自的閾值時(shí)，在確定載荷分布的步驟中忽視該波峰高度。這通過(guò)確保波峰被足夠深的波谷明顯隔開來(lái)避免雙波峰或者其他假象被錯(cuò)誤地識(shí)別為因經(jīng)過(guò)的滾子而導(dǎo)致的信號(hào)。
[0012]此外，提出的方法包括確定線性函數(shù)的斜率，所述線性函數(shù)連接零交點(diǎn)和跟隨零交點(diǎn)的波峰的波峰高度；以及如果所述斜率達(dá)不到預(yù)定最小斜率，則出于確定載荷分布的目的舍棄所述波峰。另外，或者替代檢查波峰與它的在前零交點(diǎn)之間的斜率，檢查波峰與跟隨所述波峰的零交點(diǎn)之間的斜率，和/或檢查零交點(diǎn)與跟隨零交點(diǎn)或在零交點(diǎn)之前的波谷之間的斜率當(dāng)然都是可能的。
[0013]此外，提出的方法包括將滾子載荷誘導(dǎo)應(yīng)變信號(hào)映射到與在第二(靜態(tài))圈的參照系下的角位置有關(guān)的角度依賴信號(hào)的步驟。已經(jīng)證實(shí)在滾道的長(zhǎng)度單位上使用角位置而不是絕對(duì)位置能避免混淆和錯(cuò)誤。
[0014]本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及數(shù)據(jù)處理裝置，其包括用于接收滾子載荷誘導(dǎo)應(yīng)變信號(hào)的至少一個(gè)界面，其中所述數(shù)據(jù)處理裝置實(shí)施上述方法。優(yōu)選地，數(shù)據(jù)處理裝置配備有無(wú)線發(fā)射器，無(wú)線發(fā)射器構(gòu)造為與滾子軸承連接，以致滾子載荷能以無(wú)線的方式發(fā)送。
[0015]本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及滾子軸承，其配備有用于捕獲滾子載荷誘導(dǎo)應(yīng)變信號(hào)的一個(gè)應(yīng)變傳感器和上述數(shù)據(jù)處理裝置。
[0016]本發(fā)明的上述實(shí)施例以及后附權(quán)利要求書和附圖以特定的組合方式顯示了本發(fā)明的多個(gè)特性特征。本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易能想到這些特征的更多組合或子組合，以便改動(dòng)權(quán)利要求書中限定的本發(fā)明來(lái)滿足他或她的特定需求。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是滾子軸承和根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理裝置的示意圖，該滾子軸承包括用于測(cè)量因經(jīng)過(guò)的滾子而產(chǎn)生應(yīng)變的應(yīng)變傳感器，滾子布置在保持架內(nèi)；
[0018]圖2a_2b是根據(jù)本發(fā)明的方法將要解釋的可能應(yīng)變信號(hào)的示意圖；
[0019]圖3a_3b是顯示根據(jù)本發(fā)明的方法將要解釋的可能應(yīng)變信號(hào)的另一個(gè)示意圖；
[0020]圖4a_4b是顯示根據(jù)本發(fā)明的方法將要解釋的可能應(yīng)變信號(hào)的另一個(gè)示意圖；
[0021]圖5是顯示應(yīng)變信號(hào)的示意圖，其中一些零交點(diǎn)和波峰被突出顯示；
[0022]圖6a_6b是顯示波峰中心振幅和根據(jù)該波峰中心振幅推導(dǎo)得到的滾子間距的圖；
[0023]圖7顯示用于舍棄不可靠波峰信號(hào)的另一個(gè)方法；
[0024]圖8是根據(jù)本發(fā)明的方法的第一部分的流程圖，其中判定是否實(shí)施滾子間距的確定;
[0025]圖9是根據(jù)本發(fā)明的滾子間距算法的流程圖；
[0026]圖10是根據(jù)本發(fā)明的載荷分布算法的流程圖；
[0027]圖11是數(shù)據(jù)圖，其顯示波峰高度和在把波峰位置映射到從0-360度的軸角度范圍后從一個(gè)RLIS數(shù)據(jù)樣本提取的波峰位置。
[0028]圖12是顯示根據(jù)圖11所示數(shù)據(jù)推導(dǎo)得到的每個(gè)扇區(qū)波峰高度中值的圓形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]圖1示意性顯示包括布置在6個(gè)保持架12內(nèi)的24個(gè)滾子10的滾子軸承，其中每個(gè)保持架12支承4個(gè)滾子10。應(yīng)變傳感器14連接到或嵌入到軸承的內(nèi)圈，且連接到形成為微控制器的數(shù)據(jù)處理裝置16的輸入端。
[0030]本發(fā)明適用于具有多個(gè)傳感器的結(jié)構(gòu)，尤其是內(nèi)圈上布置有三個(gè)或四個(gè)傳感器，本發(fā)明也適用于傳感器14安裝在外圈上的應(yīng)用。
[0031]微控制器構(gòu)造為驅(qū)動(dòng)安裝在同一電子組件內(nèi)的無(wú)線發(fā)射器。優(yōu)選地，該電子組件包括用于從軸承的旋轉(zhuǎn)中生成功率的功率獲取裝置(未圖示)。
[0032]軸承的6個(gè)保持架12如此設(shè)計(jì)，以便在每對(duì)相鄰保持架12之間設(shè)置有預(yù)定的間距或間隙20。間隙20的分布會(huì)經(jīng)歷動(dòng)態(tài)變化，這種動(dòng)態(tài)變化取決于摩擦、載荷、振動(dòng)或其他參數(shù)。如果間隙20平均分布，即當(dāng)每對(duì)相鄰保持架12之間的間隙具有相等的寬度時(shí)，每對(duì)相鄰滾子10之間的間距同樣相等，且對(duì)應(yīng)于名義間距，也即，滾子10均勻分布在內(nèi)圈的圓周上。
[0033]在保持架12如此分布以致僅有一個(gè)大間隙20、同時(shí)其他間隙因保持架12彼此接觸而閉合的情況下，大間隙20左側(cè)和右側(cè)的滾子10之間的滾子間距大于名義間距，同時(shí)由彼此接觸的不同保持架12支承的相鄰滾子10之間的滾子間距小于名義間距。對(duì)于沒(méi)有損壞、健康的保持架12的情況而言，后者極端情況下的間距是最小間距和最大間距。高于或低于這些數(shù)值的間距出現(xiàn)指示保持架損壞或者滾子損壞或丟失。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，出于檢查保持架12完整性的目的檢測(cè)間距，即相鄰滾子10的中心之間的距離。
[0035]但是，出現(xiàn)非常大或非常小的間距是存在損壞的保持架12的充分但非必要條件。即使保持架12已損壞，滾子10仍偶然以完美均勻的方式分布。
[0036]應(yīng)變傳感器14構(gòu)造為測(cè)量由經(jīng)過(guò)的滾子10誘發(fā)的應(yīng)變。應(yīng)變傳感器14生成的信號(hào)在此處和下文中被稱作滾子載荷誘導(dǎo)應(yīng)變信號(hào)或RLIS信號(hào)。該信號(hào)基本具有兩個(gè)特征時(shí)段或頻率，一個(gè)時(shí)段對(duì)應(yīng)于經(jīng)過(guò)傳感器的滾子10之間的延遲，另一個(gè)時(shí)段對(duì)應(yīng)于時(shí)間間隔，在該時(shí)間間隔內(nèi)同列內(nèi)的所有滾子，也即滾子和保持架部分構(gòu)成的完整隊(duì)列，將經(jīng)過(guò)傳感器14。后述時(shí)間間隔也被稱作基本列時(shí)段。這兩個(gè)時(shí)段或相關(guān)頻率取決于傳感器14安裝在外圈還是內(nèi)圈上。
[0037]為了可靠檢測(cè)保持架的完整性，必須具有一個(gè)覆蓋保持架12相對(duì)于內(nèi)圈多個(gè)旋轉(zhuǎn)周期的信號(hào)。因?yàn)楸３旨?2以外圈大致一半的速度旋轉(zhuǎn)，這意味著在用于檢查保持架完整性的滾子間距算法中使用的信號(hào)樣本應(yīng)包括大約6個(gè)或更多的軸旋轉(zhuǎn)。
[0038]圖2a_2b示意性顯示根據(jù)本發(fā)明的方法將要解釋的可能應(yīng)變信號(hào)。
[0039]圖2a中最上面的圖像顯示信號(hào)振幅可隨著顯著的載荷變動(dòng)而變化。
[0040]圖2b顯示在箭頭所示位置具有一個(gè)累積余隙AC或間隙的示例。兩個(gè)連續(xù)信號(hào)波峰之間的間距寬于其他波峰之間的間距。
[0041]在圖2a_2b以及后面顯示傳感器信號(hào)的附圖中，利用帶通高通濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，濾除直流(DC)偏移和遠(yuǎn)低于滾子通過(guò)頻率的頻率分量。帶通濾波器應(yīng)盡可能窄，以避免失真，但同時(shí)要寬到足夠包括滾子通過(guò)頻率和至少它的一些諧波。對(duì)本發(fā)明來(lái)說(shuō)這是非常重要的一個(gè)點(diǎn)，因?yàn)檫@確保了信號(hào)在零點(diǎn)附近以差不多對(duì)稱的方式振蕩。此外，在圖2a-2b以及后面附圖中的水平坐標(biāo)軸是旋轉(zhuǎn)角度，垂直坐標(biāo)軸代表任意單位下的信號(hào)強(qiáng)度。
[0042]圖3a_3b是進(jìn)一步的示意圖，顯示根據(jù)本發(fā)明的方法將要解釋的可能應(yīng)變信號(hào)。
[0043]圖3a的信號(hào)顯示因滾子丟失導(dǎo)致的大間距LSl和一些自然出現(xiàn)的較大間距LS2。
[0044]圖3b顯示非常嘈雜的信號(hào)，其中仍然能觀