自供电传感化滚动体制造技术

一种用于轴承的传感化滚动体，所述轴承具有内圈、外圈和设置在所述内、外圈之间的多个滚动体。所述传感化滚动体包含滚动体本体，所述滚动体本体具有限定其体腔的内部表面，所述滚动体本体能被设置在所述的内圈和外圈之间。无线发射器被设置在滚动体本体的体腔内，压电装置也被设置在所述的体腔内，能够接触滚动体本体的所述内部表面。所述压电装置包含由压电材料形成的压电材料体和电连接所述压电材料体与无线发射器的至少两个电极。压电装置被设置为能够在滚动体本体在内圈和/或外圈施加的载荷下发生变形时，生成为发射器供电的电荷，还可以用于检测滚动体本体上的载荷。还可以用于检测滚动体本体上的载荷。还可以用于检测滚动体本体上的载荷。

【技术实现步骤摘要】
自供电传感化滚动体


[0001]本专利技术涉及轴承，尤其涉及传感化滚子轴承(sensorized rolling element bearings)。

技术介绍

[0002]滚子轴承已众所周知，基本上包含内、外圈(races)和设置在所述内、外圈之间的多个滚动体(/滚动元件)(rolling elements)。这种轴承以可转动的方式联接内、外部件，例如，内侧的转轴和固定的外壳(或称“壳体”)，并且在被连接的内、外部件之间传递载荷。在某些应用中，轴承可被设置为具有一个或者一个以上的传感器，例如，装配在内圈和/或外圈上的应变仪(strain gages)，用于检测轴承载荷或者温度、振动之类的其他轴承特性。

技术实现思路

[0003]一方面，本专利技术是一种用于轴承的传感化滚动体(sensorized rolling element)。所述轴承具有内、外圈和设置在所述内、外圈之间的多个滚动体。所述传感化滚动体包含滚动体本体，所述滚动体本体具有限定体腔(/腔/容腔)(cavity)的内部表面，并且能被设置在所述的内圈和外圈之间。滚动体本体的体腔中设置有无线发射器。压电装置也设置在所述的体腔中，能够接触滚动体本体的所述内部表面。压电装置包含由压电材料形成的压电体和电连接所述压电本体与所述无限发射器的至少两个电极。压电装置被设置为能够在滚动体本体在内圈和/或外圈施加的载荷下发生变形(/折曲/挠曲/偏转)(deflects)时，生成为发射器供电的电荷。
[0004]另一方面，本专利技术还是一种形成用于轴承的传感化滚动体的方法，所述轴承包含内圈和外圈。所述方法包含以下步骤：提供标准的轴承滚动体、压电装置和无线发射器；在滚动体本体中形成体腔(cavity)，所述体腔由内部表面限定；将压电装置设置在滚动体的体腔中，使得滚动体的变形(/折曲/挠曲/偏转)(deflection)使压电装置也变形；并且，将无线发射器直接放置在滚动体本体的体腔中或者压电装置的内部腔室(interior chamber)中。
[0005]再一方面，本专利技术仍然是一种用于轴承的传感化滚动体，所述轴承具有内、外圈和设置在所述内、外圈之间的多个滚动体。所述传感化滚动体包含滚动体本体，所述滚动体本体具有限定体腔的内部表面，所述本体能被设置在所述的内圈与外圈之间。滚动体本体的体腔中设置有无线发射器。压电装置也被设置在所述的体腔中，能够接触滚动体本体的所述内部表面。所述压电装置包含由压电材料形成的压电材料体和电连接所述压电材料体与所述无限发射器的至少两个电极。所述压电装置被设置为能够在滚动体本体在内圈和/或外圈施加的载荷下发生变形时，生成为发射器供电的电荷，并且被设置为能够感测滚动体本体的载荷。此外，所述压电材料体要么由压电管形成(formed as a tube)，要么由狭长体(elongated body)形成：所述压电管具有内表面，限定出容纳无线发射器的管体腔(/容纳室)(housing chamber)；所述狭长体具有对侧轴向端，各自接触滚动体的所述内部表面。
附图说明
[0006]通过结合附图进行阅读，本专利技术的上述概要以及对优选实施方式的详细描述将被更好地理解。为说明本专利技术，附图中显示的是目前看来较为可取的示范性实施方式。然而，应当理解，本专利技术并不局限于图中所示的具体结构和手段。在所述附图中：
[0007]图1为具有本专利技术传感化滚动体的轴承的径向截面图；
[0008]图2为轴承上部的轴向剖面放大图；
[0009]图3为传感化滚动体的示范性电子器件示意图；
[0010]图4为具有本专利技术第一结构的压电装置的传感化滚动体的侧视图；
[0011]图5为图4所述所示滚动体的透视图；
[0012]图6为图4中央部分的放大剖面图；
[0013]图7为图4中央部分的另外一幅放大剖面图，显示滚动体体腔在载荷作用下的变形以及压电装置的相应变形；
[0014]图8为具有本专利技术第二结构的压电装置的传感化滚动体的侧视图；
[0015]图9为图8中央部分的放大剖面图；
[0016]图10显示滚动体上的一点在滚动过程中的载荷变化示意图；以及
[0017]图11为由传统滚动体改造成的滚动体本体的侧视图。
具体实施方式
[0018]在以下描述中，某些术语的使用仅系出于便捷而非限制之目的。用语“内”、“向内”和“外”、“向外”分别指代指向或者远离被描述部件的指定中心线或几何中心的方向，其特定含义从上下文的描述中显而易见。此外，如文中所述，词语“相连”和“连接”的各自含义既包含两个部件之间再无任何其它部件介入其中的直接连接，也包含两个部件之间有一个或者一个以上其他部件介入其间的间接连接。所述术语包含上述具体词语、它们的衍生词汇以及具有类似含义的词汇。
[0019]现在详见附图，其中相似的附图标记自始至终被用于表示相似的部件。图1至11显示用于轴承1的传感化滚动体10，所述轴承1分别具有内圈2、外圈3和设置在内、外圈2和3之间的多个滚动4。传感化滚动体10大致包含由内部表面13限定出体腔14的滚动体本体12和设置在体腔14中的至少一个压电装置16和无线发射器18。具体而言，滚动体本体12能被设置在轴承的内、外圈2和3之间，优选为任何适宜类型的标准或者常规轴承滚动体。尽管出于图示便捷之目的，滚动体本体12在此处被绘制成圆柱形滚子(以下简称“圆柱滚子”)，但作为其他选择，滚动体本体12也可以是球(俗称“滚珠”)、锥形滚子、滚针、环面滚子(toroidal roller)、球面滚子(spherical roller)或者任何其他已知类型的轴承滚动体。
[0020]最优选的情况是，滚动体本体12是通过商业手段可以获得(以下简称“市售可得”)的由标准化生产技术形成的经过改造包含有体腔14的滚动体(如后文进一步详细描述)，可由轴承钢(例如，AISI 52100)或者适宜的陶瓷制成。以优选情况下的圆柱滚子为例，滚动体本体12具有中轴线A
C
、圆柱外表面15和对侧轴向端12a、12b，内部表面13优选为圆柱形表面，在第一和第二轴向端12a、12b之间沿轴向延伸。在典型情况下，采用这种圆柱滚子时，作用在滚动体本体12上的载荷L沿中轴线A
C
大致均等分布，如图2所示。此外，与滚动体本体12相比，体腔14最好形成为尺寸相对“较小”。如图11所示，滚动体本体的外径值OD
R
与内部表
面的内径值ID
C
值之比最好大于8，即OD
R
/ID
C
＞8。
[0021]结果，滚动体本体12会以常规滚动体在相同载荷下大致相同的行为方式对载荷作出反应，以致由压电装置16(抑或在某些结构中由独立的传感器26)检测到的载荷，与内部体腔14占滚动体本体12体积显著比例的结构相比，对载荷的测量更为准确。换而言之，如果体腔14占据滚动体本体12体积很大的一部分，那么相比于承受相同载荷L的常规滚动体，“较薄”的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于轴承的传感化滚动体，所述轴承具有内圈、外圈和设置在所述内、外圈之间的多个滚动体，所述传感化滚动体包含：滚动体本体，所述滚动体本体具有限定其体腔的内部表面，所述滚动体本体能被设置在所述的内圈与外圈之间；无线发射器，所述发射器被设置在滚动体本体的所述体腔内；以及压电装置，所述压电装置被设置在所述体腔内，使得能够接触滚动体本体的所述内部表面，所述压电装置包含由压电材料形成的压电体和电联接所述压电体与所述无线发射器的至少两个电极，所述压电装置被配置为能够在滚动体本体在内圈和外圈中的至少一个施加的载荷下发生变形时，生成为发射器供电的电荷。2.如权利要求1所述的传感化滚动体，其特征在于：所述压电装置生成与滚动体本体载荷成比例的电压信号，所述无线发射器传输对应于压电装置电压信号的信号。3.如权利要求1所述的传感化滚动体，其特征在于：所述传感化滚动体还包含至少一个传感器，所述至少一个传感器与无线发射器电联接，也与压电装置电联接，所述传感器被配置为能够感测滚动体本体的特性，所述压电装置被配置为为传感器供电。4.如权利要求1所述的传感化滚动体，其特征在于：所述无线发射器与用于感测滚动体本体特性的传感器集成在一起。5.如权利要求1所述的传感化滚动体，其特征在于，所述传感化滚动体还包含：整流器，所述整流器与压电装置的电极电联接，被配置为能够将压电装置生成的交流电转化为直流电；和电容器、超级电容器和电池中至少三者其一，所述电容器、超级电容器和电池中至少三者其一与所述整流器电连接，被配置为能够存储压电装置生成的电荷。6.如权利要求1所述的传感化滚动体，其特征在于：所述滚动体本体形成为轴承的标准滚动体，并且设置有体腔。7.如权利要求1所述的传感化滚动体，其特征在于：所述滚动体本体的内部表面为圆柱形表面；并且所述压电体形成为具有内圆周表面和外圆周表面的压电体管，所述压电体管的外圆周表面被设置为抵靠滚动体本体的圆柱形内部表面，所述压电体管的内表面限定管体腔，所述发射器就设置在压电体管的所述管体腔内。8.如权利要求7所述的传感化滚动体，其特征在于：所述传感化滚动体还包含整流器、电池、电容器和负荷传感器中的至少一个，被设置在压电体管的管体腔内。9.如权利要求7所述的传感化滚动体，其特征在于：所述滚动体本体具有圆周，所述压电体管被配置为用于感测滚动体本体的圆周不同点位置处的载荷。10.如权利要求7所述的传感化滚动体，其特征在于，以下两者至少其一：所述压电体管具有外径和限定在其内圆周表面与外圆周表面之间的径向厚度，压电体管的外径值与压电体管的径向厚度值之比大于8；和所述滚动体本体具有外径，所述滚动体本体的内部表面具有内径，所述滚动体本体的外径值与其内部表面的内径值之比大于8。11.如权利要求1所述的传感化滚动体，其特征在于：所述压电体是沿中轴线延伸的压电狭长体，具有在中轴线对侧间隔分开的第一和第二轴向端，所述压电狭长体的每一个轴
向端都与滚动体本体的内部表面直接相连，抑或通过设置在轴向端与滚动体本体的内部表面之间的减震器相连。12.如权利要求11所述的传感化滚动体，其特征在于：所述压电狭长体由在中轴线上间隔分布的由压电材料形成的多个压电板和多个电极板形成，被布置成使得所述多个电极板中的每一个均被...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗雷德里克，
申请(专利权)人：斯凯孚公司，
类型：发明
国别省市：