具有振動傳感器的齒輪的製作方法
2023-10-18 03:57:04
具有振動傳感器的齒輪的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種齒輪，該齒輪包括具有振動傳感器(12)的齒輪表面(11)。振動傳感器包括聯接於數據發送器(14)的加速度計(13)，其中振動傳感器在設在齒輪表面中的空穴(16)內。
【專利說明】具有振動傳感器的齒輪
【技術領域】
[0001]本發明涉及具有振動傳感器的齒輪，所述振動傳感器包括聯接於數據發送器的加速度計。
【背景技術】
[0002]在例如風輪機中，監控齒輪的振動是很重要的。監控振動能夠在造成渦輪機嚴重故障之前探測到例如磨損和微點蝕，並且能夠在發生任何嚴重損害之前開始預防性或糾正性的維護。通常情況，齒輪包括在齒輪箱中，振動傳感器附連於齒輪器。這種構造的問題在于振動傳感器和在齒輪箱中旋轉的齒輪之間的距離使得發現或識別重大的振動頻率非常困難。另外，由於其它齒輪箱部件中的振動，在這種構造中的振動信號是固有嘈雜的。
[0003]在國際專利申請W02007/085259中，公開了具有至少兩個行星齒輪的行星齒輪箱的風輪機。預先包裝的振動傳感器附連於齒輪箱內的旋轉部分，在一個或更多個行星齒輪軸上或接近一個或更多個行星齒輪軸。因此改進了振動探測。但是，仍然需要更進一步提聞振動探測的準確性。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種具有進一步改進的振動探測的齒輪。
[0005]根據本發明的第一方面，該目的通過提供一種包括齒輪表面的具有振動傳感器的齒輪實現，振動傳感器包括聯接於數據發送器的加速度計，其中振動傳感器設在齒輪表面中的空穴內。
[0006]在根據本發明的齒輪中，空穴表面也起到傳感器的作用並且振動傳感器部件嵌入齒輪表面中。不需要振動傳感器的不同部件的分別包裝。因此，振動測量較少受到諸如由不完全固定在齒輪表面上的振動傳感器包裝所造成的背景噪音的影響。此外，潤滑劑中的金屬顆粒不能觸碰到會導致電子器件故障的振動傳感器附件。如果振動傳感器被包括在附連於齒輪表面的振動傳感器包裝中，振動傳感器包裝關於齒輪表面的振動會導致齒輪表面本身的振動的更小的精確測量。利用根據本發明所述的齒輪，振動測量中的背景噪音顯著地減少了。
[0007]可以提供多個空穴，每個空穴包括至少一個振動傳感器。可提供不同類型的振動傳感器，用來實現測量具有不同原因、頻率和/或運動方向的振動。可監控的振動的例子是齒輪和齒輪箱的本徵頻率、齒輪之間的潤滑劑薄膜的阻尼或者齒輪的垂直和/或水平位移。
[0008]優選地，空穴填充有用於密封振動傳感器的灌封材料。灌封材料保護振動傳感器中的電子器件不受例如水、汙垢或潤滑油的影響。另外，灌封材料可進一步減少背景噪音並且改善振動傳感器對於空穴壁的固定狀態。
[0009]參考下文所述的實施方式，本發明的這些或其它方面會更加明顯並且得到闡明。【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]在圖中:
[0011]圖1表示根據本發明所述的齒輪和齒輪表面的正視圖，
[0012]圖2表示圖1的齒輪的橫截面，
[0013]圖3表示圖2中所示的橫截面的特寫，以及
[0014]圖4和5表示根據本發明所述的齒輪的可替代實施方式。
【具體實施方式】
[0015]圖1表不根據本發明所述的齒輪10和平面的齒輪表面11的正視圖。齒輪表面11經由軸承17聯接於齒輪軸18，軸承17使齒輪表面11關於齒輪軸18旋轉。但是本發明並不限於這種特定的齒輪布置。本發明可用於測量任何齒輪布置類型的任何齒輪中的振動。例如本發明可用在行星齒輪箱中行星齒輪的一個或多個齒輪表面11中。在齒輪表面11的徑向外邊緣設有用來與另一齒輪嚙合的齒輪齒19。齒輪表面11還包括其中嵌有振動傳感器的空穴。將振動傳感器整合在齒輪表面11中能夠實現齒輪振動的直接測量，而且受附近振動源幹涉很少。下面參考圖3說明振動傳感器。
[0016]齒輪10可以是具有多個齒輪10的齒輪系統的一部分。齒輪系統中的每個齒輪可具有空穴16和振動傳感器。齒輪10可具有超過一個空穴16，用於容納多個振動傳感器。例如，振動傳感器可位於不同半徑的位置。當齒的齒腹嚙合時，在外半徑上的振動傳感器更加靠近齒並且將拾取到更強的信號。在內半徑上的振動傳感器將拾取到更多的整體振動信號和齒輪運動。來自不同振動傳感器的信號可彼此關聯起來，從而探測不同頻率範圍齒輪材料的阻尼。
[0017]可替代地或另外地，不同的空穴可以有具有不同幾何取向的振動傳感器，從而使得不同方向上的振動能夠以更高的精度被探測到。對於完整的3D振動監控系統，振動傳感器的取向可覆蓋用於不同傳感器類型的三個軸。
[0018]圖2表示圖1的齒輪10的橫截面。橫截面沿圖1中的A-A線生成。橫截面表示齒輪表面11的內部的視圖。在該側視圖的頂部和底部，齒輪齒19是可見的。圖2也表示齒輪表面11中的空穴16的橫截面。根據本發明，振動傳感器並不附連在齒輪表面上，而是放在空穴16內。上面已經說明，現無需將振動傳感器部件放在分開的包裝中。空穴表面也起到傳感器功能。除了由於在這種空穴16中設置振動傳感器而造成精確度改善以外，這種布置具有的優勢在於齒輪表面11沒有任何突出。平的齒輪表面11不與齒輪之間的潤滑劑流幹涉。此外，在齒輪系統裝配或維修期間處理損壞的風險減少。
[0019]對於甚至更加平坦的表面，空穴16可通過蓋子關閉。優選地，蓋子由於齒輪表面11相同的材料製成，但也可包括其它材料。蓋子可以比如螺旋擰緊或焊接到齒輪表面11上。在特別的實施方式中，齒輪10可包括兩個分開的部分，這兩個部分結合起來形成齒輪
10。包括齒輪前表面的第一部分和包括齒輪後表面的第二部分可共同形成齒輪10。當裝配齒輪10時,振動傳感器被置於第一或第二部分的空穴中。然後兩個部分裝在一起，振動傳感器被齒輪前表面和齒輪後表面封住。
[0020]圖3表示圖2所示的橫截面的特寫。該特寫詳細表示空穴16和振動傳感器12。振動傳感器12部件可直接附連於空穴壁41。在圖3的實施方式中，振動傳感器12部件整合在印刷電路板(PCB) 31上。振動傳感器12包括加速度計13。例如，MEMS (微機電系統)或壓電加速度計可用於將振動轉換成電信號。加速度計13也可包括應變儀或聲發射傳感器。不同傳感器類型可用於測量不同類型的振動或不同頻率範圍中的振動。例如，MEMS力口速度計非常適合測量O至5kHz範圍內的振動，該範圍與測量一般性的齒輪運動相關。可選用壓電傳感器例如用來測量I至40kHz範圍內的振動，該範圍代表系統的本徵頻率或潤滑劑阻尼。聲發射傳感器可用在200至500kHz範圍內，例如用於監控點蝕進展以及其它狀態監控目的。
[0021]放大器(未示出)可提供用於放大來自加速度計13的電子信號。適合地，天線14用於將振動數據無線發送到外部接收器和數據處理單元，滑動環可用於通過電線傳送傳感器數據。微控制器(未示出)可聯接於其它電部件，用來控制振動測量和數據通信。電源15(例如電池)用於提供電力給振動傳感器12的電子部件。可替代地，電源15可由來自加速度計13的電信號獲得動力。例如，來自加速度計13的信號中的部分電能可用於裝載電容器，所述電容器聯接於天線14，天線14周期性地或間斷性地向外部接收器發送振動數據。
[0022]PCB31優選地附連於空穴壁41。在典型的實施方式中，PCB31由螺釘52通過例如金屬或塑料間隔器51固定於空穴壁41。可替代的是，PCB31可這樣連接，S卩，使用壓配合結構或者通過將PCB31設在要焊接於空穴壁41的金屬框架中。優選地，空穴16填充油灌封材料21，例如聚氨酯、環氧樹脂或矽樹脂可用作灌封材料21。灌封材料21具有多種有益效果。它覆蓋電子器件並且保護它們不受例如操作損傷、汙垢和潤滑劑的影響。灌封材料21也改進PCB對於空穴壁41的固定狀態並且由此減少了由于振動傳感器12相對於齒輪表面振動所引起的噪音。如果空穴16填充灌封材料21直到齒輪表面11的水平，空穴16並不影響沿著齒輪表面11的潤滑劑流。振動傳感器12部件可被水和/或耐油塗層覆蓋以防止例如腐蝕或汙染，而不是用灌封材料21填充全部的空穴16。
[0023]圖4和5表示根據本發明所述的齒輪40、50的可替代實施方式。圖4表示齒輪40，其中齒輪表面11的部分43已經被移除，例如為了減少重量或成本。在本例中齒輪40包括兩個具有振動傳感器的空穴16、56。第一空穴16設在徑向平面內的齒輪表面中，以圖1至3所示的相同的方式。第一空穴16位於齒輪40的正面或背面。如果第一空穴16延伸穿過齒輪表面11的全部厚度，那麼振動傳感器可經過齒輪表面11安裝在中間。
[0024]在圖4的實例中，額外的空穴56設在其中一個省去的部分43的側壁。這樣，額外的空穴56位於垂直於徑向平面的平面內。因此齒輪40的前表面和後表面形成額外的空穴56的空穴壁的一部分。額外的空穴56和相應的振動傳感器合適地設置在齒輪表面11的中間或接近中間，剛好在前表面和後表面之間。
[0025]在圖5中，齒輪50是環形的。空穴66設在環的內圓周上。與圖4中額外的空穴56相同，空穴66被適當地放置在齒輪50的後表面和前表面之間的中間位置。
[0026]應當注意的是，上述實施方式闡明而非限制本發明，本領域技術人員將能夠設計很多可替代的實施方式而並不脫離所附權利要求。在權利要求中，圓括號之間的任何附圖標記不應被解釋成限制權利要求。動詞「包括」及其變形並不排除那些除了在權利要求中聲明過得之外的元件或步驟。在元件之前的冠詞「一個」並不排除多個這種元件的存在。本發明可以通過包括幾個不同元件的硬體以及通過合適的編程計算機來實現。在列舉若干方法的裝置權利要求中，這些方法的幾個可由一個且相同的硬體項目體現。某些方法在相互不同的從屬權利要求中被敘述的僅有事實並不表示不能使用這些方法的結合達到更有益效果。
【權利要求】
1.一種齒輪(10)，其包括齒輪表面(11)，具有振動傳感器(12)，所述振動傳感器(12)包括聯接於數據發送器(14)的加速度計(13)，其中振動傳感器(12)設置在齒輪表面(11)的空穴(16)內。
2.根據權利要求1所述的齒輪(10)，其中空穴(16)的表面(41)也起到包括加速度計(13)和數據發送器(14)的傳感器作用。
3.根據權利要求1所述的齒輪(10)，其中空穴(16)至少局部填充有用於密封振動傳感器(12)的灌封材料(21)。
4.根據權利要求1所述的齒輪(10)，其中加速度計(13)和數據發送器(14)安裝在印刷電路板(31)上。
5.根據權利要求4所述的齒輪(10)，其中印刷電路板(31)附連於空穴(16)的表面(41)。
6.根據權利要求5所述的齒輪(10)，其中印刷電路板(31)經由金屬或塑料間隔器(51)連接於空穴(16)的表面(41)。
7.根據權利要求1所述的齒輪(10)，其中振動傳感器還包括用於提供電力的電源(15)。
8.根據權利要求1所述的齒輪(10)，其中電源(15)布置用於從來自加速度計(13)的電信號獲得動力。
9.根據權利要求1所述的齒輪(10)，其中齒輪表面(11)包括至少一個額外的空穴(56),所述空穴(56)包括額外的振動傳感器。
【文檔編號】F16H55/17GK103547838SQ201180071041
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2011年3月22日 優先權日:2011年3月22日
【發明者】S.齊格勒, G.克裡斯琴森 申請人:Skf公司