轴承上的负荷感应制造技术

滚动元件轴承上的机械负荷由滚动元件轴承的变形决定。由滚动接触力引起的局部变形用于决定机械负荷的平均成分，以便作为轴承滚动元件直径上的扩大的结果平均出变形上的效果。滚动元件轴承的整体变形决定为计算机械负荷的动态成分。动态成分看作相关时间尺度上的机械负荷，其已经作为平均操作的结果从平均成分省略。总的机械负荷为平均成分和动态成分之和。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种机器，其包括滚动元件轴承、传感器系统和用于决定滚动元件轴 承上的机械负荷的负荷决定系统。本专利技术还涉及用在该机器中的负荷决定系统、用于执行 该负荷决定系统的软件以及决定滚动元件轴承上机械负荷的方法。
技术介绍
负荷感应技术是决定一定的结构或机器或其部件承载负荷的技术。于是，该结构、 机器或部件提供有一个或多个负荷传感器。例如，该机器是汽车，并且每个轮子上的各自负 荷通过轮毂决定。关于负荷的信息用于例如电控分别施加给每个驱动轮的功率量或施加给 每个轮子的制动量，或者为每个轮子调整悬挂系统，以便改善轮子的负载。负荷感应技术例 如也用在机器上的有效载重测量，例如，用于散货运输的卡车、仓储搬运车、家庭洗衣机、传 送带、电梯、吊车和提升设备等。负荷感应技术也用在机器的条件监测或运行控制上，例如， 风轮机、工业设备、船舶推进系统、航空推进系统等。负荷感应技术的特定分支涉及物理地整合一个或多个负荷传感器与滚动元件轴 承。滚动元件轴承上的负荷导致滚动元件轴承的弹性变形。该变形被一个或多个容放在滚 动元件轴承的应变传感器感应。由所感应的弹性变形决定负荷。美国专利7，444，888,授予给 Hendrik Anne Mol and Gerrit Cornells van Ni jen，且通过引用结合于此，公开了一种方法和传感器设置，用于决定操作中作用在滚动 元件轴承上的接触力矢量。如所知，滚动元件轴承包括内环、外环和容放在内环和外环之间 的多个滚动元件。滚动元件的示例是球圆柱滚筒、针形滚筒和锥形滚筒。从多个传感器接 收传感器信号以测量滚动元件轴承的性能特性。所接收的传感器信号被处理为决定接触力 矢量。多个传感器设置为测量轴承部件的变形，并且处理的步骤包括采用描述滚动元件轴 承的有限元分析模拟的逆变换决定接触力矢量的步骤。有限元分析模拟采用至少一个一般 化振型进行简化，该至少一个一般化振型是自然的数学描述或者滚动元件轴承的部件的基 本模式变形，例如，内环或外环。美国专利7，444，888中公开的技术基于测量滚动元件轴承的内环和/或外环的变 形。该变形由一方面的滚动元件和另一方面的内环和/或外环之间的滚动接触引起，而滚 动元件轴承承受负荷。在滚动元件轴承的内环和外环彼此相对运动的同时测量变形。每 个特定的传感器提供特定的传感器信号，表示在特定传感器的位置上内环或外环的局部变 形。作为重复通过滚动接触面(也称为“赫兹接触力“Hertzian contact forces”)的结 果，局部变形动态变化。重复通过滚动接触面由损坏频率(ball-pass frequency)表述。词语“损坏频 率”是指滚动元件单位时间通过传感器位置的次数。特定的传感器信号反映该重复特 征。特定传感器信号的振幅看作与滚动元件轴承上的负荷成比例。因此，测量振幅给出 关于滚动元件轴承上负荷的信息。对于更多的
技术介绍
信息，例如，请见SKF球轴承期刊 Vol. 225，1985，ppl9_24 或 SKF 球轴承期刊 Vol. 240，1992，pp2_9。美国专利7，389，701,授予给Hendrik Anne Mol且通过引用结合于此,公开了在操作中决定作用在滚动元件轴承上的负荷矢量的方法和传感器设置。词语“负荷矢量”是指全部负荷矢量三个垂直力成分和两个力矩。滚动元件轴承包括内环、外环和容放在内环和外环之间的多个滚动元件。提供多个N传感器，其测量位移和/或应变以决定例如在内环和外环中的位移和/或应变。此外，提供连接到多个N传感器的模型形状系数计算器，通过计算表示内环或外环的至少一个径向模态的N/2傅里叶条件的振幅和相位决定内环或外环的变形。美国专利7，389，701中公开的技术考虑了作为在负荷下弹性变形的物理目标的滚动元件轴承。变形接近于一般化振型的线性结合。根据部件模式合成(CMS)，一般化振型可根据 J. A. Wensing, “On the dynamics of ball bearings”，PhD thesis, Univ. Twente, The Netherlands, Dec. 1998，ISBN90-36512298 中讨论的方法描述。一般化振型的每单独一个具有各自的振幅和各自的相位，由传感器信号决定。数据处理器、神经网络或另外类型的相关存储器接收表示如传感器信号决定的振幅和相位的输入，并且提供表示电流负荷的输出。
技术实现思路
因此，美国专利7，444，888、SKF 球轴承期刊 Vol. 225，1985，ppl9_24 或 SKF 球轴承期刊Vol. 240，1992，pp2_9教导了滚动元件轴承上的机械负荷可由传感器信号的振幅决定，该传感器信号是作为滚动接触(赫兹接触)的结果的内环或外环的重复局部变形的指示。重复局部变形是由通过局部变形被测量位置处的滚动元件造成的。然而，实际上，传感器信号的振幅对于每个不同的通过滚动元件有些不同。其原因如下。要考虑内环或外环在它们与滚动元件物理接触的区域中非常高的硬度值(例如， 100N/μ表示产生1μ的变形需要100Ν的力)，并且还要考虑滚动元件直径上的微小扩展 (例如，在典型的批量生产的球轴承中球的精度量级例如为5μ )。因此,表示滚动元件通过的传感器信号的振幅在滚动元件当中可变化10%，尽管滚动元件轴承上的负荷保持相同。例如由美国专利7，444，888，SKF球轴承期刊Vol. 225，1985，ppl9_24或SKF球轴承期刊Vol. 240、1992，pp2-9中所讨论的方法所决定的机械负荷的振幅的精度可以在滚动元件轴承的大量旋转期间通过考虑振幅而得到改善，从而平均外部施加在滚动元件轴承上的负荷不能引起的波动。该平均例如通过从传感器信号去除DC成分而执行，以便产生波形，矫正波形，然后对矫正的波形施加低通滤波器从而使振幅达到一平均数值。低通滤波器的截止频率选择为使得至少一次通过变形传感器的位置的滚动元件的每一个处于低通滤波器的特征时间常数中。就是说，特征时间常数取决于转速，滚动元件轴承的内环和外环以该转速彼此相对旋转。例如，在内环相对于外环以每秒4转旋转的滚动元件轴承中，每一个滚动元件以一半的速度围绕内环完成其环行，即每半秒一次环行。低通滤波器的截止频率于是选择为IHz的量级，以平均在围绕所述环行的大约两个完整圈。如果截止频率被设定到l/2Hz，则该平均实现为大约四个完整圈。因此，低通滤波器的截止 频率在内环相对于外环的转速的控制下调谐，从而能获得滚动元件轴承上的机械负荷的精确指示。如通过考虑由滚动元件的通过所驱动的重复局部变形所决定的负荷的精度意味着不用考虑在具有高于截止频率的频率的滚动元件轴承上实际机械负荷上的变化，因为这 些已经由低通滤波器减少了。例如，轮式车辆的悬挂系统具有2Hz-7Hz范围内的固有频率 (eigen-frequency),以便有效地应对从地表传递到行进车辆底盘的典型的变化力。在上面 IHz截止频率的示例中，没有考虑这些机械负荷的动态变化成分。因此，通过平均由滚动元 件通过所驱动的重复变形所决定的负荷在本文的其余部分中称为机械负荷的“平均成分”。 由高于低通滤波器的截止频率的频率所表示的机械负荷的相关成分在本文中称为“动态成 分”。为了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种机器(100)，包括滚动元件轴承(102)、传感器系统(110、112、114、116、118、120、122、124)和负荷决定系统(126)，其中 该滚动元件轴承包括内环(104)、外环(106)和容放在该内环和该外环之间的多个滚云力元件(108)； 该传感器系统构造为在该内环和该外环的特定一个上的至少一个特定位置感应该内环和该外环的至少特定一个的局部变形且提供表示该感应的传感器输出； 该负荷决定系统构造为用于 接收来自该传感器系统的该传感器输出；并且 当该内环和该外环相对彼此同轴旋转时，根据该传感器输出决定该滚动元件轴承上的机械负荷； 该负荷决定系统包括 第一信号通道(242 ;402)，构造为处理该传感器输出以决定该机械负荷的平均成分； 第二信号通道(244 ;404)，构造为处理该传感器输出以决定该机械负荷的动态成分；以及 结合器(240 ;426)，用于线性地结合该平均成分和该动态成分； 该第一信号通道构造为用于 以第一截止频率低通滤波该传感器输出；并且 处理该低通滤波的传感器输出，其作为该滚动元件通过特定位置所引起的局部变形的表示，以决定表示该局部变形中低频变化的该平均成分； 该第二信号通道构造为用于 以基本上等于该第一截止频率的第二截止频率以及以高于该第二截止频率的第三截止频率带通滤波该传感器输出；并且 处理该带通滤波传感器输出，其作为表示该动态成分的该滚动元件轴承的整体变形的表示；并且 该第一截止频率、该第二截止频率和该第三截止频率充分地低于损坏频率。2.根据权利要求1所述的机器，其中 该传感器系统包括第一传感器(110)和与该第一传感器不同的第二传感器(112)； 该第一传感器提供第一传感器信号，并且该第二传感器提供第二传感器信号； 该传感器输出包括该第一传感器信号和该第二传感器信号； 该第一传感器信号提供到该第二信号通道，并且该第二传感器信号提供到该第一信号通道。3.根据权利要求1所述的机器，其中 该传感器系统包括用于提供传感器信号的传感器； 该传感器输出包括该传感器信号； 该传感器信号提供到该第一信号处理通道和该第二信号处理通道。4.根据权利要求1、2或3所述的机器，其中 该负荷决定系统具有输入，用于接收表示在该机器的操作使用中该滚动元件轴承的损坏频率的速度信号，并且 该负荷决定系统根据该损坏频率控制该第一截止频率、该第二截止频率和该第三截止频率。5.一种用于根据权利要求1、2、3或4所述的机器中使用的负荷决定系统。6.根据权利要求5所述的负荷决定系统，与下面的至少一个结合该滚动元件轴承和该传感器系统。7.一种计算机可读介质上的软件，构造为在计算机上执行以执行负荷决定系统(126)，其中 滚动元件轴承(102)具有内环(104)、外环(106)和容放在该内环和该外环之间的多个滚动元件(108)，当该内环和该外环相对彼此同轴旋转时，该负荷决定系统构造为用于决定该滚动元件轴承(102)上的机械负荷； 该负荷决定系统操作为在传感器系统(110、112、114、116、118、120、122、124)的控制下决定该机械负荷，该传感器系统(110、112、114、116、118、120、122、124)构造为在内环和外环的特定一个上的至少特定位置感应该内环和该外环的至少特定一个的局部变形且提供表不该感应的传感器输出； 该软件包括 第一指令，用于执行第一信号通道(242 ;402)，其构造为处理该传感器输出以决定该机械负荷的平均成分； 第二指令，用于执行第二信号通道(244 ;404)，其构造为处理该传感器输出以决定该机械负荷的动态成分；以及 第三指令，用于执行结合器(240 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：HA莫尔，
申请(专利权)人：SKF公司，
类型：
国别省市：