用于监测滚动轴承的系统及相关联的方法与流程

本发明涉及一种用于监测机器中的滚动轴承的方法和系统。更特别的是，本发明涉及使用传感器化的(/传感化的/感测化的)(sensorized)滚动元件监测滚动轴承。

背景技术：

1、通常，监测轴承以检测轴承的损坏。

2、文献us2018/003492公开了一种包括测量装置的传感器化的滚子。

3、测量装置包括传感器(例如，载荷传感器、加速度计和陀螺仪)，以监测例如传感器化的滚子在其上滚动的轴承的滚道。

4、将传感器的测量结果(measurements)无线地传输到外部接收器。

5、包括传感器的传感器化的滚子中的嵌入式数据收集系统具有有限的记录窗口，使得有限量的数据点被收集。

6、取决于轴的速度以及设置的采样率，收集的数据在一个记录阶段(session)中可能无法反映绕着轴承的完整行程(a full pass around the bearing)。

7、一种解决方案是对滚道进行多次记录。

8、多次记录需要准确预测传感器滚子位置以排列来自不同记录阶段(recordingsession)的数据。

9、然而，传感器化的滚子具有测量方向，使得传感器化的滚子在其旋转时绕着滚道所遵循的路径不是唯一的。在两个不同的时间戳(time stamp)处，传感器化的滚子在其到达滚道上的完全相同点时可能处于两个不同的取向(orientations)。

10、因此，本发明旨在排列来自由传感器化的滚子记录的不同记录阶段的数据。

技术实现思路

1、根据一个方面，提出了一种用于监测机器中的滚动轴承的方法。

2、滚动轴承包括能够相对于彼此同心地旋转的固定圈(/静止圈)(stationaryring)和移动圈(/运动圈)(mobile ring)以及介于分别设置在所述第一圈和所述第二圈上的第一滚道和第二滚道之间的至少一列滚动元件，所述滚动元件中的至少一个是传感器化的(sensorized)滚动元件，所述传感器化的滚动元件包括测量所述传感器化的滚动元件的加速度的至少一个加速度计以及测量施加在所述传感器化的滚动元件上的载荷的至少一个载荷传感器。

3、所述方法包括：

4、-对由加速度计和载荷传感器传送的信号进行采样，以传送至少加速度值和载荷值的第一集合(first set)，所述第一集合中的每个值与采样时刻相关联，值的数量是预定的(predetermined)，

5、-确定所述移动圈的旋转速度，

6、-由所述传感器化的滚动元件传输加速度值和载荷值的所述第一集合，

7、-根据所述加速度值和所述移动圈的旋转速度，确定所述传感器化的滚动元件的相位函数(phase function)，

8、-对所述第一集合中的载荷值进行处理以确定结果信号(resulting signal)的幅度(magnitude)，所述结果信号表示所述第一集合中的载荷值随时间的包络(envelope)的频率含量(frequency content)，以及

9、-检测滚动轴承的损坏，并且根据所述结果信号的幅度和所述相位函数来定位所述轴承上的所述损坏。

10、所提出的方法允许排列由所述滚动轴承的传感器从所述传感器化的滚子元件的不同记录阶段(sessions)生成的数据，从而检测和定位所述滚动轴承上的损坏。

11、优选的是，所述传感器化的滚动元件还包括陀螺仪(gyroscope)，所述移动圈的旋转速度是根据由所述陀螺仪传送的测量值来确定的。

12、有利的是，确定所述相位函数的步骤包括：

13、-将所述第一集合中的与采样时刻相关联的加速度值转换为所述第一集合中的与所述移动圈的角度位置相关联的加速度值，

14、-将正弦函数在不超过公差值的情况下(up to a tolerance value)拟合(fitting)在所述第一集合中的加速度值上，以将所述第一集合中的加速度值中的每个加速度值联系(link)到所述移动圈的角度位置，以及

15、-估计在不超过公差值的情况下拟合所述加速度样本的正弦函数的频率和相移(phase shift)，相位函数p(t)等于：

16、p(t)＝(t-t0)/t–[(t-t0)/t]，其中f是频率，ф是相位，t0＝-ф/f，并且t是所述第一集合的加速度样本的周期(period)。

17、优选的是，对所述第一集合中的载荷值进行处理的步骤包括：

18、-对所述第一集合中的载荷值进行滤波以去除载荷值的基频，

19、-确定滤波的载荷值的包络信号(envelope signal)，

20、-执行滤波的集合(filtered set)的包络信号的第一频谱分析，以获得所述结果信号，以及

21、所述结果信号的幅度(magnitude)等于所述结果信号的均方根(root meansquare)。

22、有利的是，在执行所述包络信号的第一频谱分析之前对所述包络信号进行滤波，以减少频域中的旁瓣(sidelobes)。

23、优选的是，确定滤波的载荷值的包络的步骤包括执行滤波的载荷值的希尔伯特变换(hilbert transform)以获得滤波的载荷值的分析表示(analytical representation)，所述包络是所述分析表示的幅度。

24、有利的是，执行第一频谱分析的步骤包括：执行所述包络信号的连续小波变换(continuous wavelet transform)。

25、优选的是，所述连续小波变换是莫莱小波变换(morlet wavelet transform)。

26、有利的是，检测滚动轴承的损坏并定位所述轴承上的所述损坏的步骤包括：

27、-将结果信号的幅度与预定检测阈值进行比较，以及

28、-当所述结果信号的幅度高于所述预定检测阈值时，检测到损坏，根据所述结果信号的幅度超过所述检测阈值的时刻(instant)和持续时间以及所述相位函数来确定所述损坏在所述轴承上的位置。

29、根据另一方面，提出了一种包括滚动轴承的监测系统。

30、所述滚动轴承包括能够相对于彼此同心地旋转的固定圈(/静止圈)(stationaryring)和移动圈(/运动圈)(mobile ring)以及介于分别设置在所述第一圈和所述第二圈上的第一滚道和第二滚道之间的至少一列滚动元件。

31、所述滚动轴承的所述滚动元件中的至少一个是传感器化的(/传感化的/感测化的)(sensorized)滚动元件，所述传感器化的滚动元件包括测量所述传感器化的滚动元件的加速度的至少一个加速度计和测量施加在所述传感器化的滚动元件上的载荷的至少一个载荷传感器以及对由所述加速度计和所述载荷传感器传递的信号进行采样的采样器。

32、所述系统包括：

33、-第一确定部件，被配置为确定所述移动圈的旋转速度，

34、-接收部件，被配置为接收由所述采样器确定的至少加速度值和载荷值的第一集合，所述第一集合中的每个值与采样时刻相关联，所述值的数量是预定的，

35、-第二确定部件，被配置为根据所述加速度值和所述移动圈的旋转速度来确定所述传感器化的滚动元件的相位函数，

36、-处理部件，被配置为对所述第一集合中的载荷值进行处理，以确定结果信号的幅度，所述结果信号表示所述第一集合中的载荷值随时间的包络信号的频率含量，以及

37、-检测部件，被配置为检测所述滚动轴承的损坏，并且根据所述结果信号的幅度和所述相位函数来定位所述轴承上的所述损坏。

技术特征：

1.一种用于监测机器(1)中的滚动轴承(2)的方法，所述滚动轴承包括能够相对于彼此同心地旋转的固定圈(4)和移动圈(7、8)以及介于分别设置在所述第一圈和所述第二圈上的第一滚道与第二滚道之间的至少一列滚动元件(5)，所述滚动元件(5)中的至少一个是传感器化的滚动元件，所述传感器化的滚动元件包括测量所述传感器化的滚动元件的加速度的至少一个加速度计以及测量施加在所述传感器化的滚动元件上的载荷的至少一个载荷传感器，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传感器化的滚动元件还包括陀螺仪，所述移动圈的旋转速度是根据由所述陀螺仪传送的测量结果来确定的。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，确定所述相位函数包括：

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，对所述第一集合中的载荷值进行处理的步骤包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括在执行所述包络信号的第一频谱分析之前对所述包络信号进行滤波，以减少频域中的旁瓣。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，确定所述滤波的载荷值的包络的步骤包括：执行滤波的载荷值的希尔伯特变换以获得滤波的载荷值的分析表示，所述包络是所述分析表示的幅度。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其特征在于，执行第一频谱分析的步骤包括：执行所述包络信号的连续小波变换。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述连续小波变换是莫莱小波变换。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，检测所述滚动轴承的损坏(d1、d2、d3、d4、d5)并定位所述轴承上的所述损坏(d1、d2、d3、d4、d5)步骤包括：

10.一种监测系统，所述监测系统包括滚动轴承(2)，所述滚动轴承包括能够相对于彼此同心地旋转的固定圈和移动圈(7、8)以及介于分别设置在所述第一圈和所述第二圈上的第一滚道与第二滚道之间的至少一列滚动元件(5)，其中，所述滚动轴承的所述滚动元件(5)中的至少一个是传感器化的滚动元件，所述传感器化的滚动元件包括测量所述传感器化的滚动元件的加速度的至少一个加速度计和测量施加在所述传感器化的滚动元件上的载荷的至少一个载荷传感器以及用于对由所述加速度计和所述载荷传感器传递的信号进行采样的采样器，以及其中，所述系统包括：

技术总结
提出了一种包括滚动轴承(2)的监测系统。所述滚动轴承包括至少一个传感器化的滚动元件，所述至少一个传感器化的滚动元件包括至少一个加速度计和至少一个载荷传感器。所述系统还包括：‑第一确定部件，‑接收部件(21)，‑第二确定部件(23)，‑处理部件(24)，以及‑检测部件(25)，被配置为检测所述滚动轴承(2)的损坏，并且根据结果信号的幅度和相位函数来定位轴承上的损坏。

技术研发人员：斯蒂芬·拜格罗尔,安德烈亚斯·克莱门斯·范德汉,多米尼克·弗里茨,马蒂亚斯·哈普,杰斯科亨宁·坦科,郎德峰,尤尔根·赖歇特
受保护的技术使用者：斯凯孚公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5