阅读说明：本技术 用于滚动轴承的滚动体和滚动轴承 (Rolling element for a rolling bearing and rolling bearing ) 是由 关冉 陈向科 于 2018-07-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于滚动轴承的滚动体和滚动轴承,该滚动体具有圆柱形或圆锥形的形状,在滚动体的圆柱形的端面上设有容纳孔,将应变测量装置安置在该容纳孔内,以用来测量滚动体的内应力。根据本发明的应变测量装置包括：应变传感器、夹紧装置、能量收集装置以及信号接收发射模块。应变传感器用于测量滚动体的应力,夹紧装置用来将应变传感器固定在容纳孔,能量收集模块用来为应变测量装置提供能量,信号接收发射模块与应变传感器信号连接,将应变传感器的测量结果传送给计算单元,从而根据滚动体的应力来推导出轴承游隙,进而据此判断轴承工作状态,并控制轴承游隙调整单元进行实时调节,使得轴承工作在最佳状态,以此延长轴承使用寿命。(The invention discloses a rolling body for a rolling bearing and the rolling bearing, wherein the rolling body has a cylindrical or conical shape, a containing hole is arranged on the cylindrical end surface of the rolling body, and a strain measuring device is arranged in the containing hole to measure the internal stress of the rolling body. The strain measuring device according to the present invention includes: the device comprises a strain sensor, a clamping device, an energy collecting device and a signal receiving and transmitting module. The strain sensor is used for measuring the stress of the rolling body, the clamping device is used for fixing the strain sensor in the accommodating hole, the energy collecting module is used for providing energy for the strain measuring device, the signal receiving and transmitting module is in signal connection with the strain sensor and transmits the measuring result of the strain sensor to the calculating unit, so that the bearing clearance is deduced according to the stress of the rolling body, the working state of the bearing is judged accordingly, the bearing clearance adjusting unit is controlled to adjust in real time, the bearing works in the optimal state, and the service life of the bearing is prolonged.)

用于滚动轴承的滚动体和滚动轴承

技术领域

本发明涉及一种用于滚动轴承的滚动体，所述滚动体具有圆柱形或圆锥形的形状，其中，在滚动体的端面内安置有应变测量装置，利用该应变测量装置能够测得滚动体的应力变化。此外，本发明还涉及一种具有这样滚动体的滚动轴承。

背景技术

由现有技术已知，为了测量作用在滚动轴承上的影响因素，例如转速或者温度，可以给滚动轴承配备传感器。由CN 1853207 A已知一种带有无线传感器的轴承装置，在滚动体旁边设置无线传感器，以用来测试滚动体的温度、振动以及转速等参数。

在滚动轴承工作时，轴承游隙是十分重要的参数。轴承游隙指轴承在未安装于轴或壳体上时，将其内圈或外圈中的一个固定，然后使未被固定的一方做径向或轴向移动时的移动量。轴承运转时，游隙对滚动轴承的综合性能具有十分重要的影响。在安装和运行条件一定时，游隙大小决定着轴承的载荷分布和最大接触应力，并决定着轴承的疲劳寿命。

利用现有技术中的装在轴承内的传感器装置不能在轴承工作时直接测量轴承游隙，但是可以根据轴承滚动体的应力的分布推导出该轴承的轴承游隙。可以在滚动轴承中设置单独的传感器来测量轴承应力，但是这种设计不仅需要较大的空间，而且成本高昂。因此，需要一种能在轴承工作时实时监测滚动体应力的结构简单且节省空间的传感器装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种改进的滚动轴承，该滚动轴承在工作时能够实时测量滚动体的应力变化，从而推导出该滚动轴承的轴承游隙大小。

所述技术问题通过一种用于滚动轴承的滚动体所解决，该滚动体具有圆柱形或圆锥形的形状。根据本发明的设计方案，在滚动体的圆柱形的端面上设有容纳孔，将应变测量装置安置在该容纳孔内，以用来测量滚动体的内应力。根据本发明的应变测量装置包括：应变传感器、夹紧装置、能量收集装置以及信号接收发射模块。应变传感器用于测量滚动体的应力，夹紧装置用来将应变传感器固定在容纳孔，能量收集模块用来为应变测量装置提供能量，信号接收发射模块与应变传感器信号连接，将应变传感器的测量结果传送给计算单元，从而根据滚动体的应力来推导出轴承游隙，进而据此判断轴承工作状态，并控制轴承游隙调整单元进行实时调节，使得轴承工作在最佳状态，以此延长轴承使用寿命。将应变测量装置安置在滚动体内，不仅节省了单独设置传感器所需要的空间，而且也简化了整体结构，降低了成本。

根据本发明的优选实施方式，容纳孔的旋转轴线与滚动体的旋转轴线重合。另外还可以考虑，容纳孔的旋转轴线与滚动体的旋转轴线相间隔，即将容纳孔偏心设置，因此安置在容纳孔内的应变测量装置与滚动体也是偏心布置。在这种设计下，能够利用安置在容纳孔内的传感器测量滚动体的自转，扩展了该滚动体的功能性。

根据本发明的另外的优选实施方式，滚动体的容纳孔具有内螺纹，借助具有外螺纹的紧固件将夹紧装置预紧在所述容纳孔内。该紧固件例如是固定螺栓，具有与容纳孔的内螺纹相匹配的外螺纹，通过调节该固定螺栓的位置能够调节施加在夹紧装置上的预紧力。有利的是，信号接收发射模块具有与容纳孔相匹配的外螺纹，且信号接收发射模块将能量收集模和夹紧装置封闭在容纳孔内。

根据本发明的另外的优选实施方式，夹紧装置由夹紧装置外圈和夹紧装置内圈构成，其中，夹紧装置外圈具有圆柱形外表面以及圆锥形内表面，夹紧装置内圈具有圆锥形外表面和圆柱形内表面，其中，夹紧装置外圈与容纳孔的内表面以及夹紧装置外圈和夹紧装置内圈都是过盈配合。根据优选的设计方案，夹紧装置外圈的内表面和夹紧装置内圈的外表面的锥角是相同的。因此，夹紧装置外圈和夹紧装置内圈例如形成一种楔形配合，在紧固件顶住夹紧装置的情况下，在将紧固件继续朝向夹紧装置移动，由于这种楔形配合能够增加夹紧装置外圈与容纳孔内表面之间的预紧力。有利的是，夹紧装置外圈在周向上具有间隙缝。当夹紧装置内圈在紧固件轴向力作用下沿轴向移动时，夹紧装置外圈的外径将增大。夹紧装置外圈的最小直径应小于容纳孔的直径，从而使得该夹紧装置外圈能够被装入到该容纳孔中；夹紧装置外圈的最大直径则应大于容纳孔的直径，从而与容纳孔形成过盈配合。这种过盈配合能够保证滚动体的微小变形也会传递到被夹紧装置固定的应变传感器内。

根据本发明的另外的优选实施方式，应变传感器被安装在夹紧装置外圈的外表面上或者被安装在夹紧装置内圈的内表面上。如果应变传感器是涂层传感器，则优选被涂覆安装在夹紧装置外圈的圆柱形外表面上。如果应变传感器是应变片传感器，则优选被形状配合式安置在夹紧装置内圈的圆柱形内表面上。

根据本发明的另外的优选实施方式，信号接收发射模块具有外螺纹，且将能量收集模块和应变测量装置封闭在容纳孔内，从而信号接收发射模块除了具有接发信号的功能外，还能够起到保护装在容纳孔内部的能量收集模块以及应变传感器的功能。

根据本发明的另外的优选实施方式，能量收集模块包括摆锤、与摆锤固定连接的轴承、机械转换器、齿轮、弹簧装置和发电机，其中，轴承的外圈随摆锤旋转，机械转换器将外圈的双向旋转运动转换为齿轮沿一个方向的旋转运动，机械转换器连接到弹簧装置，弹簧装置与发电机相连接。因而，利用滚动体的旋转动能通过该能量收集模块能够转换为电能，为应变测量装置提供所需的电能，节省了外部功能部件，降低了成本。

所述技术问题还通过一种滚动轴承解决，其中，该滚动轴承具有包含上述任一技术特征的滚动体。

附图说明

下面通过附图来详细阐述本发明的优选实施方式。附图为：

图1示出根据本发明的滚动轴承的剖面图，

图2示出根据本发明的滚动轴承的滚动体的正视图以及局部方法图，

图3示出根据本发明的应变测量装置的能量收集模块的立体图。

相同的或者功能相近的部件使用相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出根据本发明的滚动轴承的示意图，该滚动轴承尤其是双列圆锥滚子轴承。所述滚动轴承包括外圈8、内圈9和滚动体1，滚动体1设置在外圈8和内圈9之间。将内圈固定，则在滚动体1和外圈8之间存在轴承游隙。为了在轴承工作中能够测量轴承游隙，在滚动体1的两个端面内安置应变测量装置12，用来测量在滚动体1内的应力分布，根据该应力分布确定轴承游隙的大小。该应变测量装置12的具体结构将在下面(图2)详细地进行阐述。该滚动轴承还具有调整单元11和计算单元。在应变测量装置12测得应力后，将数据传送给计算单元，在计算单元内实时计算出轴承游隙的大小，随后计算单元向调整单元11输出命令，对滚动轴承的轴承游隙进行实时调整。

图2示出了具有应变测量装置12的滚动体1的结构图以及局部放大图。如图2左图所示，应变测量装置12包括能量收集模块2、夹紧装置外圈3、应变传感器4、夹紧装置内圈5、固定螺栓6以及信号处理和传输模块7。

在滚动体1的两端设有容纳孔，用于安置应变传感器4、能量收集模块2以及信号处理和传输模块7。在本实施例中，将所述应变测量装置12安置在滚动体1的旋转轴线上，当然还可以考虑将应变测量装置12偏心地布置，从而使得应变测量装置12还能够具有测量该滚动体1的自转转速的功能。在容纳孔中制造螺纹以与固定螺栓6配合。固定螺栓6用于固定夹紧装置外圈3和容纳孔内表面，夹紧装置内圈5和夹紧装置外圈3都是过盈配合，因为过盈配合能够保证滚动体1的小变形也可以传递到夹紧装置。此外，通过控制固定螺栓6的预紧力，可以控制夹紧装置的预紧力。如图2的局部A放大图所示，能量收集模块2与信号处理和传输模块7固定连接，以向应变传感器4与信号处理和传输模块7提供电力。信号处理和传输模块7也通过螺纹与滚子1固定连接。

如图3所示，能量收集模块2作用原理基于摆锤21。该摆锤21被固定在轴承22上，轴承22的外圈随摆锤21旋转。机械转换器23将双向的旋转运动转换为齿轮24沿一个方向的旋转运动。机械转换器23连接到弹簧锁定装置，当扭矩达到微型发电机25的启动扭矩时，弹簧自动释放。然后齿轮24可以驱动微型发电机25转子。因此能量收集模块2可以产生电力。

如图2右图，即局部B放大图所示，夹紧装置外圈3具有圆柱形外表面和圆锥形内表面，且在夹紧装置外圈3的圆周方向上具有间隙缝。该间隙缝使夹紧装置外圈3的直径可变。可以用金属板弯曲工艺或机加工成形工艺制造夹紧装置外圈3。优选的制造方法是金属板弯曲工艺。夹紧装置内圈5具有圆锥形外表面和圆柱形内表面。也可以用金属板弯曲工艺或机加工成形工艺制造夹紧装置内圈5。优选的制造方法仍为金属板弯曲工艺。夹紧装置外圈3的内表面和夹紧装置内圈5的外表面的锥角是相同的。当夹紧装置内圈5在轴向力作用下沿轴向移动时，夹紧装置外圈3的外径将增大。夹紧装置外圈3的最小直径应小于容纳孔的直径，从而使得该夹紧装置外圈3能够被装入到该容纳孔中；夹紧装置外圈3的最大直径则应大于容纳孔的直径，从而与容纳孔形成过盈配合。因此，夹紧装置外圈3和内圈5可以相互配合，以向应变传感器4提供预载荷。

应变传感器4可以被涂覆在夹紧装置外圈3的外表面上或形状配合地连接在夹紧装置外圈3的外表面上，或者涂覆在夹紧套内圈5的内表面上或形状配合地连接在夹紧装置内圈5的内表面上。优选地，如果应变传感器4不是涂层传感器，则将应变传感器4形状配合地连接在夹紧装置内圈5的内表面上；如果应变传感器4是涂层传感器，则将应变传感器4涂覆在夹紧装置外圈3的外表面上。在该实施例中，应变传感器4是应变仪并且被卡接在夹紧装置内圈5的内表面上。有利的是，在360°的范围内将应变传感器4涂覆在夹紧装置外圈3的外表面上或夹紧装置内圈5的内表面。这确保了应变传感器4仅检测支撑力并且对滚动体1中的应变传感器4的角度不敏感。

信号处理和传输模块7用于存储能量收集模块2产生的电能，并为应变传感器4、信号放大器和信号发送模块提供稳定的电源输出。该信号处理和传输模块7具有外螺纹，其能够与容纳孔的内螺纹相匹配，从而使得该信号处理和传输模块7能够将能量收集模块2和应变测量装置12封闭在容纳孔内。

虽然在上述说明中示例性地描述了可能的实施例，但是应该理解到，仍然通过所有已知的和此外技术人员容易想到的技术特征和实施方式的组合存在大量实施例的变化。此外还应该理解到，示例性的实施方式仅仅作为一个例子，这种实施例绝不以任何形式限制本发明的保护范围、应用和构造。通过前述说明更多地是向技术人员提供一种用于转化至少一个示例性实施方式的技术指导，其中，只要不脱离权利要求书的保护范围，便可以进行各种改变，尤其是关于所述部件的功能和结构方面的改变。

附图标记列表

1 滚动体

2 能量收集模块

3 夹紧装置外圈

4 应变传感器

5 夹紧装置内圈

6 固定螺栓

7 信号处理和传输模块

8 轴承外圈

9 轴承内圈

11 调整单元

12 应变测量装置

21 摆锤

22 轴承

23 机械转换器

24 齿轮

25 微型发电机