一种自发电监测的滚子轴承制造技术

本发明专利技术涉及一种自发电监测的滚子轴承，属轴承监测与新能源技术领域。外圈装在内圈上，壳底装在外圈端部，壳底上安装有电路板、传感器和接线柱，壳底或外圈上设有辅助电极，传感器、接线柱及辅助电极经不同的导线组与电路板相连；外圈内设有电极，外圈为分体结构或整体结构，电极由电极环、电极指和引线端子构成，电极环和电极指均镶嵌在外圈的内部，滚子长度方向上与电极环不重叠、与电极指完全重叠；滚子与外圈相互滚动接触过程中会产生异种摩擦电荷，滚子滚动过程中交替地与电极指重叠与分离，使滚子与电极指间的电势差交替地增加和减小，进而将机械能转换成电能；所生成的电能经电路板上的转换电路处理后供给传感器及电路板上的发射单元。

【技术实现步骤摘要】
一种自发电监测的滚子轴承
本专利技术属于轴承监测与新能源
，具体涉及一种自发电监测的滚子轴承。
技术介绍
轴承是机床、载运工具、矿山机械及轻工机械等领域中不可或缺的标准件，也是相关传动系统中最易损的零件之一，旋转机械故障的30%是因轴承失效所造成的。因此，轴承状态监测与早期故障诊断已引起人们的高度重视。轴承及其传动系统的在线监测已经成为发电机、船舶、高铁以及航空器等领域相关设备可靠运行的前提保障，所需监测的性能指标包括温度、振动、转速及噪音等诸多方面。最初的轴承监测系统主要为分体的外挂式结构，属于非接触的远距离间接测量，传感器与信号源间距离较远、误差较大。近年来，人们相继提出了不同形式的嵌入式轴承监测系统以及基于轴承转动的微型发电装置，较好地解决了系统集成化、测量精度及自主供电等问题。目前所提出的具有自供电监测功能的轴承大都是利用电磁原理和压电原理发电的，电磁发电的弊端是存在磁干扰、低速时发电能力弱，压电发电的弊端是所需附加空间相对较大、温度过高时会引起压电陶瓷退极化。显然，现有技术在实际应用中还存在较大的局限性，体积小、集成度高、尤其是适于高温环境的具有自供电监测功能的各类轴承依然是各行业所急需的。
技术实现思路
本专利技术提出一种自发电监测的滚子轴承，本专利技术采用的实施方案是：所提出一种自发电监测的滚子轴承主要包括内圈、外圈、滚子、支架、壳体、传感器及电路板。外圈的内缘上设有环形的滚道，外圈经支架和滚子安装在内圈上，滚子嵌入进外圈的滚道内；壳体的壳底经螺钉安装在外圈或内圈的端部，壳壁的端部经螺钉安装有端盖，壳底上安装有电路板、传感器和接线柱，壳底或外圈上设有辅助电极，传感器、接线柱及辅助电极经不同的导线组与电路板相连。外圈或内圈内设有电极，内圈和外圈的材料相同，支架与滚子的材料相同，外圈和滚子的材料分别为摩擦电序列相隔较远的两种高分子材料，例如：滚子的材料为聚酰胺、铜或铝时外圈的材料为聚酰亚胺、聚氯乙烯或聚四氟乙烯，或滚子的材料为聚酰亚胺、聚氯乙烯或聚四氟乙烯时外圈的材料为聚酰胺；外圈和内圈为分体结构或整体结构，所谓整体结构是指通过注塑方法加工的整体结构，注塑过程中将电极嵌入其中；所谓分体结构，是指电极内外两侧的部分分别单独加工制作后再组装，此时电极嵌入在外圈的外层或内圈的内层内。电极由电极环、电极指和引线端子构成，电极环为封闭的环形结构，引线端子和电极指位于电极环的左右两侧，电极指均布且其数量与滚子的数量相等，电极指的圆心角与电极指间角相等且其值大于或等于滚子的圆心角；电极指的圆心角是电极指的两个侧边与外圈中心连线间的夹角，滚子的圆心角是指经过外圈的圆心的两条滚子的切线间的夹角，电极指间角是指两个相邻电极指的相邻侧边与外圈中心连线间的夹角。电极环和电极指均镶嵌在外圈或内圈的内部，滚子长度方向上与电极环不重叠、与电极指完全重叠，即滚子与电极环不同时处于外圈的任一轴截面内；引线端子的端面与外圈的侧面平齐且压接在壳底的接线柱上，接线柱经导线与电路板连接、电路板经导线与辅助电极或大地相连，电极与辅助电极经电路板连接。以外圈内设有电极为例，工作中，滚子在内圈和外圈中间滚动，滚子与外圈相互滚动接触过程中会产生摩擦电荷、电极指上产生感应电荷，因不同材料吸引电子的能力不同，滚子与外圈滚动接触所生成的电荷属性不同并产生电势差；滚子滚动过程中交替地与电极指重叠与分离，进而使滚子与电极指间的电势差交替地增加和减小，此时如电极经导线与辅助电极或大地连接，则电极和辅助电极或大地间便产生电子交换，进而将机械能转换成电能；实际工作中，辅助电极置于外圈的外缘或壳底上，电极和辅助电极经导线与电路板连接形成回路；所生成的电能经电路板上的转换电路处理后供给传感器，传感器实时地获得轴承温度、转速或振动参数，所获得的性能参数信息再经电路板上的发射单元发射出去，进而完成轴承的自供电监测过程。上述工作中，滚子与某个电极指重叠是指所述滚子的圆心角与电极指的圆心角有重叠，滚子与电极指对称重叠是指二者圆心角的对称中心线重合；滚子与某个电极指分离是指所述滚子的圆心角与电极指的圆心角无重叠。各个部件间相对运动生成的电荷特性与零部件材料有关，如：外圈的材料为聚四氟乙烯、滚子的材料为金属或尼龙时，外圈的内表面都生成负电荷，滚子的外表面生成正电荷；反之，外圈表面生成负电荷、滚子表面生成正电荷。优势与特色：总体结构简单、体积小、集成度及可靠性高，无电磁干扰、耐高温，发电单元输出电压受转速影响小或无影响、发电与供电能力强。附图说明图1是本专利技术一个较佳实施例中轴承外圈设有电极和辅助电极时的结构剖面图；图2是图1的A-A剖视图；图3是本专利技术一个较佳实施例中外圈设有电极和辅助电极的结构剖视图；图4是本专利技术一个较佳实施例中电极展开示意图；图5是本专利技术一个较佳实施例中轴承内圈设有电极和辅助电极时的结构剖面图；图6是图5的B-B剖视图；图7是本专利技术一个较佳实施例中内圈设有电极和辅助电极的结构剖视图。具体实施方式本专利技术提出一种自发电监测的滚子轴承，主要包括内圈b、外圈a、滚子c、支架d、壳体e、传感器s及电路板p。外圈a的内缘上设有环形的滚道，外圈a经支架d和滚子c安装在内圈b上，滚子c嵌入进外圈a的滚道内；壳体e的壳底e2经螺钉安装在外圈a或内圈b的端部，壳壁e1的端部经螺钉安装有端盖k，壳底e2上安装有电路板p、传感器s、接线柱f，壳底e2或外圈a上设有辅助电极j，传感器s、接线柱f及辅助电极j经不同的导线组与电路板p相连。外圈a或内圈b内设有电极h，内圈b和外圈a的材料相同，支架d与滚子c的材料相同，外圈a和滚子c的材料分别为摩擦电序列相隔较远的两种高分子材料，例如：滚子c的材料为聚酰胺、铜或铝时外圈a的材料为聚酰亚胺、聚氯乙烯或聚四氟乙烯，滚子c的材料为聚酰亚胺、聚氯乙烯或聚四氟乙烯时外圈a的材料为聚酰胺；外圈a和内圈b设有电极h时为分体结构或整体结构，所谓整体结构是指外圈a和内圈b的是通过注塑方法加工的整体结构，注塑过程中将电极h嵌入其中；所谓分体结构，是指外圈a或内圈b上电极h内外两侧的部分分别单独加工制作后再组装，此时电极h嵌入在外圈a的外层内或内圈b的内层内。电极h由电极环h1、电极指h2和引线端子h3构成，电极环h1为封闭的环形结构，引线端子h3和电极指h2位于电极环h1的左右两侧，电极指h2均布且其数量与滚子c的数量相等，电极指h2的圆心角Q与电极指间角Q2相等且其值大于或等于滚子c的圆心角Q3；电极指h2的圆心角Q是电极指h2的两个侧边与外圈a的中心连线间的夹角，滚子c的圆心角Q3是指经过外圈a的圆心的两条滚子c的切线间的夹角，电极指间角Q2是指两个相邻电极指h2的相邻的侧边与外圈a的中心连线间的夹角。电极环h1和电极指h2均镶嵌在外圈或内圈b的内部，滚子c长度方向上与电极环h1不重叠、与电极指h2完全重叠，即滚子c与电极环h1不同时处于外圈a的任一轴截面内；引线端子h3的端面与外圈a或内圈b的侧面平齐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自发电监测的滚子轴承，主要包括内圈外圈、滚子、支架、壳体、传感器及电路板，外圈经支架和滚子装在内圈上，壳底装在外圈或内圈端部，壳壁端部装有端盖，壳底上安装有电路板、传感器和接线柱，壳底或外圈上设有辅助电极，传感器、接线柱及辅助电极经不同的导线组与电路板相连；其特征在于：内圈和外圈的材料相同，支架与滚子的材料相同，外圈和滚子的材料分别为摩擦电序列相隔较远的两种高分子材料；外圈或内圈内设有电极，外圈和内圈为分体结构或整体结构，电极由电极环、电极指和引线端子构成，电极指均布且其数量与滚子的数量相等，电极指的圆心角与电极指间角相等且其值大于或等于滚子的圆心角；电极环和电极指均镶嵌在外圈的内部，滚子长度方向上与电极环不重叠、与电极指完全重叠；电极和辅助电极经导线与电路板连接形成回路；滚子与外圈相互滚动接触过程中会产生异种摩擦电荷，滚子滚动过程中交替地与电极指重叠与分离，进而使滚子与电极指间的电势差交替地增加和减小，进而将机械能转换成电能；所生成的电能经电路板上的转换电路处理后供给传感器及电路板上的发射单元。/n

【技术特征摘要】
1.一种自发电监测的滚子轴承，主要包括内圈外圈、滚子、支架、壳体、传感器及电路板，外圈经支架和滚子装在内圈上，壳底装在外圈或内圈端部，壳壁端部装有端盖，壳底上安装有电路板、传感器和接线柱，壳底或外圈上设有辅助电极，传感器、接线柱及辅助电极经不同的导线组与电路板相连；其特征在于：内圈和外圈的材料相同，支架与滚子的材料相同，外圈和滚子的材料分别为摩擦电序列相隔较远的两种高分子材料；外圈或内圈内设有电极，外圈和内圈为分体结构或整体结构，电极由电极环、电极指和引线端子构成，电极指均布且其数量与滚子的数量相等，电极指的圆心角与电极指间角相等且其值大于或等于滚子的圆心角；电极环和电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王淑云，任泽峰，杨泽萌，陈松，曹红兵，吴鸣，程光明，曾平，
申请(专利权)人：浙江师范大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33