阅读说明：本技术 智能轮毂轴承组元 (Intelligent hub bearing component ) 是由 孙小丛 李家凯 高润 李文喜 管于球 于 2019-02-15 设计创作，主要内容包括：一种智能轮毂轴承组元,用于轮毂轴承制造。采用双列圆锥滚子轴承与滚针轴承组合结构,轮毂轴承外圈为一体化结构,双列圆锥滚子轴承与滚针轴承的外圈组合为一体；装在轮毂轴承组元轴孔内的控制系统集成为模块化结构,采用无线收发信号,可同时测量轮毂轴承的速度和温度,并适时反馈信号。本发明采用无线收发信号,可同时测量轮毂轴承的速度和温度,并适时反馈信号,提高使用安全性,能有效避免突发状况发生,内外部空间设计灵活,在更大程度上节省了安装空间,精度高,刚性及承载能力大,密封效果好,使轴承形成模块化、组元化,维护安装更为方便、快捷。(An intelligent hub bearing component is used for manufacturing a hub bearing. The double-row tapered roller bearing and needle bearing combined structure is adopted, the outer ring of the hub bearing is an integrated structure, and the double-row tapered roller bearing and the outer ring of the needle bearing are combined into a whole; the control system installed in the shaft hole of the hub bearing component is integrated into a modular structure, and the speed and the temperature of the hub bearing can be measured simultaneously by adopting wireless transmitting and receiving signals, and the signals are fed back timely. The invention adopts wireless transmitting and receiving signals, can simultaneously measure the speed and the temperature of the hub bearing, feeds back signals in due time, improves the use safety, can effectively avoid the occurrence of sudden situations, has flexible design of internal and external spaces, saves the installation space to a greater extent, has high precision, large rigidity and bearing capacity and good sealing effect, ensures that the bearing forms modularization and grouping, and is more convenient and rapid to maintain and install.)

智能轮毂轴承组元

技术领域

本发明涉及轴承制造技术领域，具体是一种智能轮毂轴承组元。

背景技术

轮毂轴承单元是在标准角接触球轴承和圆锥滚子轴承的基础上发展起来的，它将两套轴承做为一体，具有组装性能好、可省略游隙调整、重量轻、结构紧凑、载荷容量大、可事先装入润滑脂、省略外部轮毂密封及免于维修等优点，已广泛应用于轿车中，在载重汽车也有逐步扩大应用的趋势。轮毂轴承单元主要经历了以下几代：

第一代轮毂轴承是外圈整体式、内圈背对背组合的双列角接触球轴承或双列圆锥滚子轴承。第二代轮毂轴承外圈带有法兰盘，直接通过螺栓连接到悬架上，或安装到刹车盘和钢圈上。第三代轮毂轴承由连接到悬架上带法兰盘的外圈和连接到刹车盘和钢圈上带法兰盘的内圈组成。与第二代不同，第三代轮毂轴承集成了ABS传感器，普遍采用摇辗技术自锁半内圈，摇辗过程中对带法兰盘的轮毂轴端施加轴向载荷使其变形来固定半内圈。

轮毂轴承的主要作用是承重以及为轮毂的转动提供精确引导，它既承受轴向载荷又承受径向载荷。传统型轮毂轴承是由两套圆锥滚子轴承或球轴承组合而成，轴承的安装、涂油、密封以及游隙的调整都是在汽车生产线上进行。这种结构使得其在汽车生产厂装配困难、成本高、可靠性差，而且汽车在维修点维护时，还需要对轴承进行清洗、涂油和调整，不便施加预紧，安装过程复杂，需要充填润滑脂。

而目前对于履带坦克轮毂轴承组元来说，由于路况复杂，通过凹凸不平的野地、壕沟、矮墙及松软地面，由于坦克履带的整体性和抓地性，使得轮毂轴承组元实际载荷受力性能是其它轮胎的车辆不可比的，现有的轮毂轴承无法满足需求。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的发明目的在于提供一种智能轮毂轴承组元，以适时监控履带坦克在复杂路况的轮毂轴承使用情况。

为实现上述发明目的，本发明采用双列圆锥滚子轴承与滚针轴承组合结构，轮毂轴承外圈为一体化结构，双列圆锥滚子轴承与滚针轴承的外圈组合为一体；装在轮毂轴承组元轴孔内的控制系统集成为模块化结构，采用无线收发信号，可同时测量轮毂轴承的速度和温度，并适时反馈信号。

所述外圈与内圈一之间装有圆锥滚子轴承和锥保持架，外圈与内圈二之间装有滚针轴承和保持架，外圈的法兰沿上带有用于联接安装轮毂的安装孔，外圈的两端为圆锥滚道，中间为圆柱滚道；挡圈与弹性卡圈轴向固定滚针轴承和保持架；外圈的左端用螺栓、弹性垫圈、平垫圈压紧安装轴头盖，轴头盖上装有磁钢片，并开有氯丁橡胶堵塞槽，外圈与轴头盖之间设有纸垫密封；外圈的右端用螺栓、弹性垫圈、平垫圈压紧安装回转挡油环，回转挡油环的内部装有两列密封圈，外圈与回转挡油环之间设有纸垫密封；外圈的两端与装在圆锥滚子轴承端部的挡圈之间装有内置密封圈，内圈一与挡圈之间设有O形密封圈，轴头盖与挡圈之间用卡圈轴向固定。

所述控制系统包括测量与无线发送单元、无线接收与can发送单元以及Can口屏显示单元；轮毂轴承组元的温度采用接触式传感器测量，速度采用霍尔传感器测量。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

①内、外部空间设计灵活：内部空间小，改变了标准轴承的结构，将外圈与轮毂轴承外圈组合为一体，在更大程度上节省了安装空间。

②精度高：双列圆锥滚子轴承与滚针轴承的径向游隙一致性控制在0.01mm以内。

③刚性及承载能力大：采用双列圆锥滚子轴承与滚针轴承的巧妙组合，圆锥滚子轴承外圈与滚针轴承外圈集为一体的结构，使滚动体尺寸增大，提高了轴承的承载能力。

④密封效果好：采用内部多层唇形密封和机械防尘盖组合，可有效防止内部润滑脂泄漏和外部泥浆、沙石进入轴承内部。

⑤智能化测量反馈：采用无线收发信号，可同时测量轮毂轴承的速度和温度，并及时反馈信号，提高使用安全性，能有效避免突发状况发生。

⑥安装方便、快捷：采用圆锥滚子轴承联接为一体的结构，速度和温度传感器集成一体，使轴承形成模块化、组元化，维护安装更为方便、快捷。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的速度传感器电路。

图3是本发明的无线收发信号模块。

图4是本发明的稳压器电路。

图5是本发明的电池电压检测电路。

图6是本发明的两路电子开关电路。

图7是本发明的温度传感器电路。

图8是本发明的电源变换电路。

图9是本发明的电源变换电路。

图10是本发明的MCU控制电路。

图11是本发明的独立CAN控制电路。

图12是本发明的隔离CAN PHY芯片，自带电源及信号隔离电路。

图13是预留串行FLASH电路。

图14是本发明的实时时钟电路。

图15是本发明的功能单元连接方框图。

图16是本发明的电气连接方框图。

具体实施方式

如图1所示，本发明轴承组元为模块化结构。轮毂轴承组元采用双列圆锥滚子轴承与滚针轴承的组合结构，该组合结构更有利于提高轴承的径向、轴向和倾覆力矩能力。为使圆锥滚子轴承和滚针轴承受力均匀，必须使圆锥滚子轴承的游隙小于滚针轴承的游隙。双列圆锥滚子轴承与滚针轴承的外圈1组合为一体，并与轮毂轴承外圈组合为一体化结构。外圈1与内圈一2之间装有圆锥滚子轴承3和锥保持架4，外圈1与内圈二5之间装有滚针轴承7和M形保持架6，外圈1的法兰沿上带有用于联接安装轮毂的安装孔，外圈1的两端为圆锥滚道，中间为圆柱滚道；挡圈21与弹性卡圈22轴向固定滚针轴承7和保持架6，以防止其轴向窜动；外圈1的左端用螺栓9、弹性垫圈10、平垫圈11压紧安装有轴头盖8，轴头盖8上装有速度传感器用的磁钢片19，与传感器23相组合，超过上限值发出信号报警，以实现智能跟踪、监控的目的，并开有氯丁橡胶堵塞槽20，为发射传递信号，外圈1与轴头盖8之间设有纸垫12密封；外圈1的右端用螺栓9、弹性垫圈10、平垫圈11压紧安装有回转挡油环13，回转挡油环13的内部装有两列唇形密封圈14，外圈1与回转挡油环13之间设有纸垫12密封；外圈1的两端与装在圆锥滚子轴承3端部的挡圈16之间装有内置密封圈15，内圈一2与挡圈16之间设有O形密封圈17，轴头盖8与挡圈16之间用卡圈18轴向固定。

装在轮毂轴承组元轴孔内的控制系统23集成为模块化结构，采用无线收发信号，可同时测量轮毂轴承的速度和温度，便于监测轮毂轴承的运行情况，并适时反馈信号，温度采用接触式测量，速度采用霍尔传感器测量，预留载荷测量功能。控制系统23的霍尔传感器最大测量范围为0～1500r/min，温度传感器为PT100-1、PT100-2型温度传感器，测量范围为-43°～90°，控制系统23主要包括发射信号的天线、协议控制器、16位的单片机、锂电池及单独收集信号的控制器，分为三个功能单元：

①测量与无线发送单元

本单元用于采集轮毂轴承内的温度（两路pt100，1路作为备份）和转速（通过HALL传感器），并通过无线zigbee发送给无线接收单元，每辆坦克内有十二个此单元，左边六个，右边六个。

②无线接收与can收发单元

本单元通过zigbee接收测量与无线发送单元发送出来的测量信号，每辆坦克内有两个此单元，一个对应左边的六个测量与无线发送单元，另一个对应右边的六个测量与无线发送单元，并通过can总线将接收的数据发送给显示单元进行显示。

③显示单元

显示两个无线接收与can收发单元的数据。

图2-图7为测量与无线发送单元电路。

如图2所示，电源经过RC滤波后提供给HALL传感器，通过结构内嵌磁钢片19制造南北极磁场，当磁钢片19随着轴承旋转，HALL传感器的输出端就会产生高低信号，通过控制系统23对脉冲信号进行计数或者测量脉宽即可获得转速信号。图2中的VSPEEED_DET与电路图6的VSPEEED_DET相连，获取测速电路供电；图2中的SPEEDDET[1]与图3的SPEEDDET[1]相连，以提供转速脉冲信号，实现无线收发速度信号。

如图3所示，无线收发采用zigbee协议SOC芯片CC2530，集成M0内核，可进行各模块的电源控制以及无线收发处理。SPEEDDET[1]与电路图2的SPEEDDET[1]连接；REFIN+[1]与电路图4的REFIN+[1]连接；VBATDET[1]与电路图5的VBATDET[1]连接；VTEMPCON、VSPEEDCON与电路图6的VTEMPCON、VSPEEDCON连接；TEMP1[1]、TEMP2[1]与电路图7的TEMP1[1]、TEMP2[1]连接。

如图4所示，通过AP431稳压器，提供2.495V精确电压，给ADC转换做参考电压。AD_DET与图6的AD_DET相连，以获取供电；REFIN+[1]与图3的REFIN+[1]相连，以提供参考电压。

如图5所示，为电池电压的检测电路，先对电池电压进行分压，之后进行阻抗变换后送入CC2530的AD通道。AD_DET与图6的AD_DET相连，以获取供电；VBATDET[1]与图3的VBATDET[1]相连，以提供变换后的电池电压。

如图6所示，两路电子开关，分别对温度传感器电路以及速度传感器电路的电源进行控制，通过关断电源进行节能，提高电池使用寿命。VTEMPCON、VSPEEDCON分别与图3的VTEMPCON、VSPEEDCON相连，由CC2530芯片控制供电引脚；AD_DET与图4的AD_DET相连，AD_DET与图7的AD_DET相连，以提供电源，VSPEED_DET与图2的VSPEED_DET相连，以提供电源。

如图7所示，为温度传感器电路，采用1K 0.1%精度的精密电阻和 PT100电阻进行分压，然后经过RC滤波，送入运放进行6倍放大后，送入CC2530的ADC通道进行采样。AD_DET与图6的AD_DET相连，以获取电源，TEMP1[1]、TEMP2[1]分别与图3的TEMP1[1]、TEMP2[1]相连，以提供变换后的温度信号。

图8-图15为无线接收与can收发单元电路图。

如图8所示，为电源变换电路，采用汽车级NCV890100PDR2G DC/DC芯片进行12V到5V的电源变换，可以提供500mA电流。VBAT为外部电源，VDD5V为变换后的5V电源。VDD5V与图9的VDD5V相连。

如图9所示，为电源变换电路，采用SOT23-5小封装LDO芯片NCV8114ASN330T1G，将5V转换为3.3V电源给CC2530及相关电路供电。VDD5V为变换后的5V电源，VDD3.3为变换后的3V电源。VDD5V与图8的VDD5V相连。

如图10所示，为MCU控制电路，采用基于CC2530的成品模块，主要处理无线接收以及CAN收发。VDD3.3与图9的VDD3.3相连；CANRESET [1]、SPI1CS [1]、SPI1MISO [1]、SPI1MOSI [1]、SPI1SCK [1]、CANINT [1]、RX0BF [1]与图11的CANRESET [1]、SPI1CS [1]、SPI1MISO [1]、SPI1MOSI [1]、SPI1SCK [1]、CANINT [1]、RX0BF [1]相连，SPIOCS[1]、SPIOMISO[1]、SPIOWP[1]、SPIOSCK[1]、SPIOMOSI[1]与图13的SPIOCS[1]、SPIOMISO[1]、SPIOWP[1]、SPIOSCK[1]、SPIOMOSI[1]相连，I2CCLK、I2CSDA与图14的I2CCLK、I2CSDA相连。

如图11所示，为独立CAN控制器，通过SPI接口和MCU相连，将收发数据封装成CAN协议报文发送到CAN总线上。并执行反过程从CAN总线接收数据解包，然后通过SPI接口发给MCU。CANRESET [1]、SPI1CS [1]、SPI1MISO [1]、SPI1MOSI [1]、SPI1SCK [1]、CANINT [1]、RX0BF [1]的引脚分别与图10的CANRESET [1]、SPI1CS [1]、SPI1MISO [1]、SPI1MOSI [1]、SPI1SCK [1]、CANINT [1]、RX0BF [1]相连，为CAN芯片的控制引脚；CANTXA[1]、CANRXA[1]分别与图12的CANTXA[1]、CANRXA[1]相连。

如图12所示，隔离CAN PHY芯片，自带电源及信号隔离，以保证通信可靠性。CANTXA[1]、CANRXA[1]分别与图11的CANTXA[1]、CANRXA[1]相连， CANRXA[1]、 CANTXA[1]为CAN信号，CAN1L[1]和CAN1H[1]为接入CAN网络的引脚。

如图13所示，预留串行FLASH电路，用于保存故障信息，方便进行系统管理。SPIOCS[1]、SPIOMISO[1]、SPIOWP[1]、SPIOSCK[1]、SPIOMOSI[1]分别与图10的SPIOCS[1]、SPIOMISO[1]、SPIOWP[1]、SPIOSCK[1]、SPIOMOSI[1]相连。

如图14所示，为实时时钟电路，用于保存时间，当进行故障存储时需要将发生故障的时间同步进行存储，以方便故障定位。I2CCLK[1]、I2CSDA[1]分别与图10的I2CCLK[1]、I2CSDA[1]相连。

如图15所示，控制系统23由控制模块一24、电源模块一25、测温模块26、测速模块27、无线发送模块28、无线接收模块29、控制模块二30、电源模块二31、CAN通信模块32、显示系统33构成；电源模块一25、测温模块26、测速模块27、无线发送模块28分别与控制模块一24相连；无线接收模块29、电源模块二31、CAN通信模块32分别与控制模块二30相连；电源模块二31、CAN通信模块32分别与显示系统33相连。无线发送模块28将温度和速度测量数据发送给无线接收模块29。

如图16所示，三个功能单元（测量与无线发送单元、无线接收与CAN收发单元、显示单元）组成智能轴承单元的智能传感系统。