CN108474412B

CN108474412B - 用于检测滚动轴承中的滑移率的方法和测量装置

Info

Publication number: CN108474412B
Application number: CN201680079301.5A
Authority: CN
Inventors: 约尔格·洛斯; 伊里斯·贝格曼; 约阿希姆·赫林
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-01-21
Filing date: 2016-10-17
Publication date: 2020-06-05
Anticipated expiration: 2036-10-17
Also published as: DE102016220195A1; WO2017125104A1; US20190017899A1; CN108474412A

Abstract

本发明涉及一种用于确定滚动轴承(110)的多个滚动体(111，112，113)的由摩擦配合引起的平均滑移率的测量装置(100)。滚动轴承包括第一滚动轴承环(115)和第二滚动轴承环(116)，其中第一和第二滚动轴承环能够相对彼此转动。测量装置包括：第一传感器(120)，所述第一传感器配置用于检测第一滚动轴承环(115)相对于第二滚动轴承环(116)的转数；第二传感器(122)，所述第二传感器配置用于检测指示器的数量，其中所述指示器表明多个滚动体(111，112，113)围绕第二滚动轴承环(116)的回转；数据处理单元(150)，所述数据处理单元配置用于计算检测到的指示器数量与检测到的第一滚动轴承环的转数的比值，将计算出的比值与相应的比值理想值进行比较，确定该比较的差，并且输出所述差作为由摩擦配合引起的平均滑移率。

Description

用于检测滚动轴承中的滑移率的方法和测量装置

技术领域

本发明涉及滚动轴承的状态监控。特别地，本发明涉及一种用于检测滚动轴承的多个滚动体的由摩擦配合引起的平均滑移率的方法。本发明还涉及确定滚动轴承的多个滚动体的由摩擦配合引起的平均滑移率的测量装置。

背景技术

借助于滚动轴承的状态监控，能够改进润滑条件，例如油流量、油脂量或油脂类型。这例如在研发机器时能够是有帮助的，但是也指示了生产使用中的需要。

通常，经由加速度测量和温度测量进行滚动轴承的状态监控。然而在该方法中，当相应的测量方法达到特定的阈值时，通常已经存在损坏。此外，几乎无法得出对损坏原因的指示。

对轴承的预紧进行监控是另一方法，所述方法能够指示在例如滚动轴承润滑时的问题。然而，轴承的预紧同样与轴承温度、进而也与环境温度强烈相关，并且迟缓地做出反应。

再一方法是对轴承负荷进行监控，该监控是耗费且昂贵的，并且因此仅在特殊情况下才在经济上有意义。

对于滚动轴承的可靠且无损坏的运行，尤其令人感兴趣的是，识别在轴承中出现的、轴承环和滚动体之间的滑移。在出现轴承滑移时，滚动体不像期望的那样在轴承环的滚道上滚动，从而使得当另一轴承环不能够转动时，滚动体的转速没有以通过轴承环和滚动体之间的几何关系预先确定的程度偏离于例如转动的轴承环的转速。

因此，能够考虑第一极端情况，其中，上文限定的滚动体转速与转动的轴承环的转速相同，使得滚动体在固定的轴承环的滚道之上滑动。在第二极端情况下，滚动体转速与静止的轴承环的转速相同，即为零，其中滚动体在转动的轴承环的滚道之上滑动。

用于确定滑移的已知的方法在于：比较两个转速传感器的测量信号，所述转速传感器检测转动的轴承内环的转速和滚动体的转速。只要这些转速值彼此间不具有期望的转速比，就能够基于此得出：在所提到的两个轴承构件之间存在滑移。

此外已知的是：为了借助第一传感器确定滑移，测量可转动支承的轴承内环的随时间的转速角度变化，并且与如下频率比较：轴承的滚动体以所述频率滚过第二传感器在轴承外环或在轴承内环上的固定位置，所述第二传感器例如是应变仪传感器。

从DE 103 14 295 B4中已知一种用于确定转动的轴承环和设置在轴承环之间的滚动体之间的滑移的方法，其中对于一个时间区间，确定所述轴承构件围绕轴承转动中心的转速并且彼此比较。通过使用具有发射天线的唯一的SAW或BAW传感器，能够从滚动体的滚过中经由传感器得出滚过频率，并且借助于发射天线改变转动角度位置。然后，能够由滚过频率计算滚动体的转速，以及由转动角度变化计算进行旋转的轴承环的转速。借助两个转速的比较，获得当前的转速比，能够将所述转速比与期望的转速比相比较。超过或低于期望的转速比表示轴承构件之间有滑移。

滚动体、轴承保持架或轴承环的滚过频率或转速的直接测量仅在滑移高的情况下、在滚动轴承负荷极其低的情况下，即在最小负荷之下提供对于润滑状态的有帮助的预测。

发明内容

本发明的目的是提出一种方法和一种测量装置，其实现改进的滑移确定，以便能够精确地评估和监控滑动轴承中的润滑状态。

所述目的根据本发明通过一种用于检测滚动轴承的多个滚动体的由摩擦配合引起的平均滑移率的方法、和一种用于确定滚动轴承的多个滚动体的由摩擦配合引起的平均滑移率的测量装置实现。滚动轴承还包括第一滚动轴承环和第二滚动轴承环，其中所述第一滚动轴承环和第二滚动轴承环能相对彼此转动。滚动轴承能够是满装滚动体的滚动轴承。替选地，滚动轴承能够另外包括滚动轴承保持架。

根据本发明的方法包括如下步骤：检测第一滚动轴承环相对于第二滚动轴承环的转数，检测至少一个指示器的数量，其中至少一个指示器表明多个滚动体围绕第二滚动轴承环的回转。

此外，所述方法或者包括：计算检测到的至少一个指示器的数量与检测到的第一滚动轴承环的转数的比值，将计算出的比值与相应的比值理想值比较，其中比值理想值在没有摩擦配合引起的滑移的情况下得出；

或者替选地包括：对于检测到的第一滚动轴承环的转数，得出至少一个指示器的理想值，其中理想值在没有由摩擦配合引起的滑移的情况下得出，将检测到的理想值与检测到的至少一个指示器的数量比较。

该方法还包括：确定比较的差，以及输出所述差，作为多个滚动体的由摩擦配合引起的平均滑移率。

比值理想值或理想值通过内部的滚动轴承环的外径、外部的滚动轴承环的内径以及通过滚动体的直径确定。

在不存在轴承滑移的情况下，比值理想值与时间无关。因此，在预设轴承几何形状的情况下，在第一滚动轴承环转一圈期间，多个滚动体，即上面提出的至少一个指示器，经过一个计数点例如15次。为了在该方法中实现高的精度，必须在更长的时间段上进行测量。因此，例如能够对第一滚动轴承环的4000转进行计数，这在快速转动的轴承中在小于20秒之后就已无问题地实现。至少一个指示器的期望的数量在该实例中为60000，并且比值理想值是15。然而实际检测到的指示器数量由于滑移而可能具有例如59860的更小的值。这得出59860/4000＝14.965的实际比值。因此，得到15/14.965——即大约0.234％的由摩擦配合引起的平均滑移率。如果假设例如在检测指示器数量时由于整数而可能出现+/-1的不精确性，这仅会导致如下偏差：

15/(59861/4000)＝大约0.232％或15/(59859/4000)＝大约0.236％，即+/-0.002％

在当前的实例中，比值理想值是在转动一圈时至少一个指示器的期望数值。在第二替选方案中，理想值也与预设的转数相关，即例如对于第一滚动轴承环的预设的4000转检测至少一个指示器的数量。于是，能够求出指示器的所预期的数量，即60000，直接与检测到的指示器的数量之比，在59860的例子中：60000/59860——大约0.234％。在该替选方案中有利的是，不一定必须通过相乘得出理想值，即在例子中15×4000＝60000。而是能够将理想值的预先计算的列表存储在数据处理设备的存储器中，例如用于4000转的数倍的理想值。该理想值能够经由处理器密集型的计算机运行读出。然而，在前述第一替选方案中总是需要：在计算实际比值时执行除法，其中比值理想值总是相同的，并且在比较两个值时从存储器中读出。

两个替选方案的根据本发明的思想是相同的，即得出关于更长时间段的绝对值，而不是确定时点的转速或滚过频率。因此，借助根据本发明的方法能够得出小于1％的由摩擦配合引起的平均滑移率，这借助前述方法仅在少量特殊情况下才可行。

在一个实施方式中，至少一个指示器是多个滚动体。因此，直接将滚动轴承的滚动体用作为(多个)指示器。在一个改进的实施方式中，借助传感器检测多个滚动体。这种传感器例如能够是被滚过的应变计。

在另一实施方式中，至少一个指示器是滚动轴承的滚动轴承保持架上的标记。在一个改进的实施方式中，多个标记设置在滚动轴承保持架的环周上。有意义的是，这些标记均匀地分布在滚动轴承保持架上，类似地，滚动体在几何上均匀地分布在滚动轴承保持架中。因此，多个标记也是有利的，因为借此能够提高测量精度。此外，标记也能够经由例如光学传感器来检测，所述光学传感器不构造在滚动轴承中，而是仅指向滚动轴承，并且因此对现有的滚动轴承提供简单的技术解决方案来检查滑移。替选地或附加地，一个或多个标记能够安置在多个滚动体上。

在一个实施方式中，第一滚动轴承环包括另外的标记。另外的标记借助于另外的传感器来检测。尤其光学传感器，优选基于激光的传感器，适合于进行检测。

用于检测第一滚动轴承环上的另外的标记的光学传感器和用于检测滚动轴承保持架和/或多个滚动体上的之前提出的标记的光学传感器能够在结构上集成在一个单元中。因此，能够形成自身独立且封闭的测量装置，所述测量装置能够用于对滚动体多次检查滑移。轴承因此不必配设有耗费的传感装置，而是仅需在相应部位处设置标记。

在一个实施方式中，方法还包括如下步骤：将检测到的第一滚动轴承环的转数与第一滚动轴承环的滚道的周长和由摩擦配合引起的滑移率相乘，以及输出结果，作为滚动轴承的多个滚动体的摩擦行程。在继续之前描述的数值实例的情况下和在假设滚道的周长为20cm的情况下，得到20cm×0.234％＝大约0.0468cm的摩擦行程。该摩擦行程也能够称作为滑移行程。

在一个实施方式中，第一滚动轴承环是转动的滚动轴承环，而第二滚动轴承环是静止的滚动轴承环。

本领域技术人员能够使用根据本发明的方法来得出关于不同情况的结论。通过极其精确地确定小于1％的滑移率，能够提早说明如下非封闭性的例子：

-润滑状态：通常，滑移或者摩擦由于润滑剂老化而上升；

-pv值、(压力p和滑动速度v的乘积)：在滑移增加时，pv值也增加，这表示有缺陷和磨损的白色腐蚀性裂纹(WEC)的倾向；

-由例如在轴承中形成的共振引起的不利动态：滑移率基于动态或惯性力而增大；

-预紧或期望的预紧的丧失：滑移率突然剧烈上升或下降；

-经由边缘接触驱动的保持架夹紧：滑移率是负的并且绝对值增加；

-轴承负荷和剩余寿命：滑移率与在轴承摩擦已知的情况下的负荷相关。

本发明还包括一种用于确定滚动轴承的多个滚动体的由摩擦配合引起的平均滑移率的测量装置，借助所述测量装置能够使用用于检测由摩擦配合引起的平均滑移率的方法。

本发明的另一方面是一种计算机程序产品，当所述计算机程序产品载入到数据处理设备的存储器中并且由数据处理设备的至少一个处理器执行时，所述计算机程序产品执行所述方法的由计算机实施的步骤。

从下文中描述的实施例中以及根据附图得出本发明的其他优点、特征和细节。

附图说明

下面，本发明的实施例根据附图示出。其示出：

图1示出一个应用场景下的根据本发明的测量装置。

图2示出用于说明根据本发明的方法的流程图。

附图显示未缩放的图。示意图的大小比值应象征性地理解，而不是彼此相协调的。

具体实施方式

图1示出根据本发明的测量装置100，其用于在应用情景下确定滚动轴承110的多个滚动体111、112、113的由摩擦配合引起的平均滑移率，其中数据处理单元150作为方框图示出。

滚动轴承110还包括第一滚动轴承环115、第二滚动轴承环116和滚动轴承保持架(未示出)。滚动轴承保持架(未示出)将多个滚动体111、112、113容纳在第一和第二滚动轴承环之间。第一滚动轴承环115和第二滚动轴承环116能够相对彼此转动。测量装置100包括第一传感器120，所述第一传感器配置用于检测第一滚动轴承环115相对于第二滚动轴承环116的转数。这得出数值135。在一个实施方案中，第一滚动轴承环115是转动的滚动轴承环，而第二滚动轴承环116是静止的滚动轴承环。此外，测量装置100包括第二传感器122，所述第二传感器配置用于检测至少一个指示器的数量，其中至少一个指示器表明多个滚动体111、112、113围绕第二滚动轴承环116的回转。这得出数值136。

在一个实施方案中，第一传感器120是光学传感器。在此，尤其适合的是用于检测第一滚动轴承环115处的标记121的基于激光的传感器。第二传感器122在图1中示出为应变计，其用于检测多个滚动体111、112、113在应变计上翻滚

替选地也能够考虑将至少一个另外的标记安置在滚动轴承保持架(未示出)上，并且所述另外的标记同样借助光学传感器或相同的光学传感器来检测。

测量装置100还包括数据处理单元150，所述数据处理单元具有至少一个数据存储器部件160、至少一个处理器部件170和至少一个接口部件190。接口部件190例如适合于双向的数据交换。所述接口部件也适合于与声学的或图像的输出设备通信。因此，接口部件190能够接收数值135和136作为数据输入。数据处理单元150配置用于基于数值135和136进行两种不同的数据处理。

因此，在第一配置中，执行至少一个指示器的检测到的数量——即数值136——与第一滚动轴承环的检测到的转数——即数值135——的比值的计算，并且随后执行所计算出的比值与相应的比值理想值的比较。比值理想值在没有由摩擦配合引起的滑移的情况下得出。

在替选的第二配置中，对于检测到的第一滚动轴承环的转数，执行至少一个指示器的理想值、即数值136的得出。理想值在没有由摩擦配合引起的滑移的情况下给出。理想值例如能够针对不同转数在数据库180的列表中读出。数据库180能够是数据处理单元150的一部分，但是例如也能够经由因特网从另一存储地点调出。因此，在图1中，数据库180在数据处理单元150的***边界上示出。此外，在第二配置中，执行所得出的理想值与至少一个指示器的检测到的数量的比较。

来自第一或第二配置的比较还用于确定差。差的确定在两个配置中分别得到相同的值。随后，输出所述差，作为滚动轴承110的多个滚动体的由摩擦配合引起的平均滑移率。

图2示出用于说明根据本发明的方法200的流程图，该方法用于检测滚动轴承的多个滚动体的由摩擦配合引起的平均滑移率。滚动轴承还包括第一滚动轴承环和第二滚动轴承环。第一和第二滚动轴承环能够相对彼此转动。该方法包括检测210第一滚动轴承环相对于第二滚动轴承环的转数，检测215至少一个指示器的数量，其中至少一个指示器表明多个滚动体围绕第二滚动轴承环的回转。

在第一替选方案220中，方法200能够以如下步骤继续：计算222检测到的至少一个指示器的数量与检测到的第一滚动轴承环的转数的比值，以及将计算出的比值与相应的比值理想值比较226，其中比值理想值在没有由摩擦配合引起的滑移的情况下得出。

在第二替选方案220中，方法200能够以如下步骤继续：对于检测到的第一滚动轴承环的转数，确定224至少一个指示器的理想值，其中理想值在没有由摩擦配合引起的滑移的情况下得出，以及将所得出的理想值与检测到的至少一个指示器的数量比较228。

在第一或第二替选方案的比较之后，方法200包括：确定230所述比较226，228的差，以及输出240所述差，作为多个滚动体的由摩擦配合引起的平均滑移率。

可选地，还能够得出多个滚动体的所谓的摩擦行程。该可选的得出在图2中用虚线示出。对此，方法200还包括将检测到的第一滚动轴承环115的转数与第一滚动轴承环115的滚道的周长和由摩擦配合引起的滑移率相乘235，以及随后输出245结果，作为滚动轴承的多个滚动体的摩擦行程。

Claims

1.一种用于检测滚动轴承(110)的多个滚动体(111，112，113)的由摩擦配合引起的平均滑移率的方法(200)，其中所述滚动轴承(110)还包括第一滚动轴承环(115)和第二滚动轴承环(116)，其中所述第一和第二滚动轴承环能够相对彼此转动，该方法包括如下步骤：

-检测(210)所述第一滚动轴承环(115)相对于所述第二滚动轴承环(116)的转数，

-检测(215)至少一个指示器的数量，其中所述至少一个指示器指明所述多个滚动体(111，112，113)围绕所述第二滚动轴承环(116)的回转，

此外，或者(220)

-计算(222)检测到的所述至少一个指示器的数量与检测到的所述第一滚动轴承环的转数的比值，

-将计算出的比值与相应的比值理想值比较(226)，其中所述比值理想值在没有由摩擦配合引起的滑移的情况下得出，

或者

-对于检测到的所述第一滚动轴承环的转数，得出(224)所述至少一个指示器的理想值，其中所述理想值在没有由摩擦配合引起的滑移的情况下得出，

-将得出的所述理想值与检测到的所述至少一个指示器的数量比较(228)，

所述方法还包括：

-确定(230)所述比较(226，228)的差，和

-输出(240)所述差，作为所述多个滚动体的由摩擦配合引起的平均滑移率。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个指示器是所述多个滚动体(111，112，113)。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述多个滚动体(111，112，113)借助传感器(122)检测。

4.根据权利要求1所述方法，其中所述至少一个指示器是所述滚动轴承(110)的滚动轴承保持架上的标记。

5.根据权利要求4所述的方法，其中多个标记均匀地设置在所述滚动轴承保持架的环周上。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述第一滚动轴承环(115)包括另外的标记(121)，并且其中所述另外的标记(121)借助另外的传感器(120)来检测，所述另外的传感器是光学传感器。

7.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括如下步骤：

-将检测到的所述第一滚动轴承环(115)的转数与所述第一滚动轴承环(115)的滚道的周长和由摩擦配合引起的滑移率相乘(235)，和

-输出(245)结果，作为所述滚动轴承(110)的所述多个滚动体的摩擦行程。

8.根据权利要求1所述的方法，所述第一滚动轴承环(115)是转动的滚动轴承环，并且所述第二滚动轴承环(116)是静止的滚动轴承环。

9.一种用于确定滚动轴承(110)的多个滚动体(111，112，113)的由摩擦配合引起的平均滑移率的测量装置(100)，其中所述滚动轴承还包括第一滚动轴承环(115)和第二滚动轴承环(116)，其中所述第一滚动轴承环和第二滚动轴承环能够相对彼此转动，所述测量装置包括：

第一传感器(120)，所述第一传感器配置用于检测所述第一滚动轴承环(115)相对于所述第二滚动轴承环(116)的转数；

第二传感器(122)，所述第二传感器配置用于检测至少一个指示器的数量，其中所述至少一个指示器指明所述多个滚动体(111，112，113)围绕所述第二滚动轴承环(116)的回转；

至少一个数据处理单元(150)，所述数据处理单元具有至少一个数据存储器部件(160)、至少一个处理器部件(170)和至少一个接口部件(190)，所述数据处理单元配置用于：

或者

-计算(222)检测到的所述至少一个指示器的数量与检测到的所述第一滚动轴承环的转数的比值，并且

-将计算出的比值与相应的比值理想值比较(226)，其中所述比值理想值在没有摩擦配合引起的滑移的情况下得出，

或者

-将检测到的所述理想值与检测到的所述至少一个指示器的数量比较(228)，

并且还配置用于：

-确定(230)所述比较的差，和

10.根据权利要求9所述的测量装置，其中所述第一传感器(120)是用于检测所述第一滚动轴承环(115)处的标记(121)的光学传感器，和/或其中所述第二传感器(122)是应变计，其用于检测所述多个滚动体(111，112，113)在所述应变计上滚过。