具有设计为球形或圆柱形支承面的滑动轴承

摘要

本发明涉及一种滑动轴承，包括一个具有一个第一支承面(4)的第一轴承圈(1)和一个具有一个第二支承面(5)的第二轴承圈(2)。第一支承面(4)和第二支承面(5)分别设计为球面或圆柱面并且通过一个设在第一支承面(4)与第二支承面(5)之间并固定在两个轴承圈(1、2)之一上的滑动片(3)彼此保持一个距离。按本发明的滑动轴承的特点在于，在第一轴承圈(1)上固定至少一个传感器(8)，用于检测一个与传感器(8)距第二支承面的距离有关的测量参数。

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有设计为球形或圆柱形支承面的滑动轴承。此外，本发明还涉及一种用于确定具有设计为球形或圆柱形支承面的滑动轴承滑动片磨损和/或由这种滑动轴承承受的负荷的方法。

背景技术

有球形或圆柱形支承面的滑动轴承已知有多种多样，它们一般的特征在于，在由硬质和耐磨材料构成的支承面之间设一有良好滑动特性的滑动片，它通常用比支承面软的材料制成以及在滑动轴承的寿命期间受到磨损。由于这种磨损，不仅改变了滑动轴承的定位，例如轴承间隙，而且改变了滑动特性。其结果是会逐渐地导致不再满足滑动轴承规定的最低要求，并因而不能使用以及必须更换。因为滑动轴承往往设计为封闭的结构方式，滑动片通常无法接近或至多只能有限地接近，所以要可靠地鉴定滑动片的状态，不作至少部分分解一般是不可能的。

在这方面由DE 201 04 695U1已知，确定尤其用于轧机的轧机机座磨损板的状态可这样进行，即，磨损板设计有测量孔，它们可借助测量设备测量。作为替换方案在此文件中建议，在磨损板内嵌装一个或多个用于距离测量的测量值检测元件。此外，还可以在磨损板内嵌装用于压力测量的测量值检测元件和加速度测量的测量值检测元件。因此，借助各自的测量值检测元件可以确定相关磨损板的磨损、负荷状态和加速度。

对于磨损板，鉴于比较大的厚度尺寸，可以没有困难地加工测量孔或嵌装测量值检测元件。但由于通常不相同的较薄的磨损片，所以这种方法不能移植到有环形或圆柱形支承面的滑动轴承上。

发明内容

本发明的目的是，简化在具有球形或圆柱形支承面的滑动轴承中滑动片实时磨损状态的确定。

此目的通过权利要求1的特征组合达到。

按本发明的滑动轴承有一个具有第一支承面的第一轴承圈和一个具有第二支承面的第二轴承圈。第一支承面和第二支承面分别设计为球形或圆柱形，以及它们通过一个设在第一支承面与第二支承面之间并固定在两个轴承圈之一上的滑动片彼此保持一个距离。按本发明的滑动片的特点在于，在第一轴承圈上固定至少一个传感器，用于检测一个与传感器离第二支承面的距离有关的测量参数。

本发明的优点是，在如此设计的滑动轴承中随时可以无须大的花费地确定滑动片的磨损状态和/或由滑动轴承承受的负荷。在这方面尤其存在这种可能性，即，可持续地监测磨损状态和/或负荷。由此可以及时采取维护措施，依照给定的工作条件进行监测，或确定对于规定的应用情况的测量数据。

按一个优选的实施例，传感器装在第一轴承圈的一个孔内。此孔优选地朝第一支承面方向开口。以此方式可将传感器组合在第一轴承圈内，所以对滑动轴承的安装环境不必进行任何改变。根据传感器的空间尺寸和可用的测量范围，传感器也可以延伸到滑动片内。由此，一方面可以将第一轴承圈内的孔设计得较小，以及另一方面可以使用有较小测量范围的传感器。

若应达到尽可能高的可靠性，有利的是至少传感器之一规定作为承接故障传感器功能的备用品。由此保证，即使一个传感器损坏后仍能提供测量值。

滑动片优选地固定在第一轴承圈上，所以滑动片和传感器彼此不相对运动。

采用按本发明的方法确定设在有设计为球形或圆柱形支承面的滑动轴承两个轴承圈之间的滑动片磨损状态和/或由这种滑动轴承承受的负荷。按本发明的方法其特征在于，评估传感器信号，该信号取决于两个支承面彼此的间距以及由至少一个固定在两个轴承圈之一上的传感器产生。

采用按本发明的方法存在这种可能性，即，同一个传感器既用于确定滑动片的磨损状态也用于确定由滑动轴承承受的负荷。

按一种优选的实施例，确定滑动片的磨损状态和/或在滑动轴承嵌装层内由滑动轴承承受的负荷，传感器在嵌装层内装在主负荷区内或卸荷区内。这种几何结构的优点是只需要一个传感器，以及，传感器信号的评估比较简单。应用于确定磨损状态的传感器信号，可在一种规定的负荷状态下，优选地在滑动轴承承受一个可忽略不计的负荷时获得。以此方式可以避免由于滑动片在负荷作用下的变形引起的对传感器信号的影响。

由滑动轴承承受的负荷可根据承受一个可忽略不计的负荷时的传感器信号或由此导出的值以及承受当前负荷时的传感器信号确定。以此方式可以算出滑动片磨损状态对传感器信号的影响。

由滑动轴承承受的负荷的确定可以以滑动片的弹性为基础进行。通过滑动片的弹性将负荷转换成距离并因而能比较容易测量。为了获得尽可能精确的测量结果，有利的是对于新的滑动轴承，在规定的负荷状态，优选地在滑动轴承处于可忽略不计的负荷下，确定传感器信号并作为基准信号储存。在以后确定滑动片磨损状态和/或由滑动轴承承受的负荷时可考虑此基准信号。

附图说明

下面借助附图中表示的实施例进一步说明本发明。

其中：

图1按本发明的滑动轴承实施例剖视图；

图2，图3，图4和图5图1所示按本发明的滑动轴承实施例在不同的负荷及磨损状态的示意剖视图。

具体实施方式

图1表示按本发明的滑动轴承一种实施例的剖视图。此滑动轴承有一外圈1、一内圈2和一个滑动片3，滑动片沿径向设在外圈1与内圈2之内。滑动片以其外部径向面贴靠在外圈1设计为球形的外支承面4上，并与外圈1固定连接。滑动片3以其内部径向面贴靠在内圈2设计为球形的内支承面5上，并可在此内支承面5上滑移。内圈2和外圈1通常用钢制造。滑动片3反之，例如可用塑料制造。

外圈1有一轴向孔6，轴向孔从外圈1轴向的端面7起延伸到外圈1内部。在外圈1沿轴向的中央，在轴向孔6内装入一个传感器8。传感器8沿径向侵入外支承面4内以及插入为之所设的滑动片3的凹槽9内。除凹槽9外，滑动片3在其内部的径向面上在凹槽9所在区内还有一槽形凹穴10。滑动片3的凹槽9和凹穴10并不是绝对需要的，在适当设计传感器8并取决于整个几何结构，也可以将它们取消。传感器8通过电缆11与在轴向端面7范围内插入轴向孔6内的插头12连接。

在滑动片装入的状态，外圈1例如固定在一外壳内，以及内圈2安装一根可旋转和可倾斜的轴并因而相对于外圈1运动。随着此运动，在滑动片3的内径向面与内圈2的内支承面5之间产生滑动运动。这种滑动运动逐渐地导致滑动片3磨损，这表现为减小滑动片3的厚度。厚度的减小又造成滑动片3不再全面地贴靠在内支承面5上，以及随着磨损的增加使滑动轴承有越来越大的间隙。换句话说，两个支承面4和5通过滑动片3不再保持恒定的间距，此间距在滑动片3贴靠在内支承面5上的最小值d1与沿直径在最小间距d1相对侧形成的距离d2之间变动。在两个支承面4与5之间的最小间距d1或最大间距d2通过传感器8检测，所以借助传感器信号可以确定滑动片3当前的磨损状态。

因为滑动片3的材料在压力作用下通常弹性下沉，所以在评估传感器信号时应考虑负荷状况。此外存在这种可能性，用同一个传感器8在规定的条件下也可以确定由滑动轴承承受的负荷。借助传感器8确定磨损状态和确定负荷的详情在下面说明。为此首先借助图2、3、4和5说明，不同的负荷状态和不同的磨损状态对外支承面4与内支承面5彼此的相对位置产生什么样的作用，由传感器8产生的信号取决于此相对位置。

图2、3、4和5表示按本发明的滑动轴承如图1所示的实施例在不同的负荷和磨损状态下各自的示意剖视图。为了能清楚地说明这些状态之间的差别，滑动轴承分别完整地表示。此外各画上一根轴13，它安装在内圈2中并在必要时通过它将负荷传入滑动轴承内。

图2中表示的状态的特点在于，在滑动片3上还完全不存在磨损，以及滑动轴承没有承受值得一提的负荷。在此项研究中，滑动轴承的自重看作任意小的负荷L，它垂直向下作用在轴13上并用箭头表示。由图2可以看出，滑动片3以其内径向面全面贴靠在内圈2的内支承面5上，也就是说滑动轴承没有间隙。此外，在外支承面4与内支承面5之间的距离处处是相同的大小，所以尤其是在图2所示的状况下在滑动轴承下部区内形成的最小间距d1也与滑动轴承上部区内的最大间距d2相同。这意味着，传感器8在由实线表示的在滑动轴承下部区内的装配位置以及在由虚线表示的在滑动轴承上部区内的装配位置提供相同的传感器信号。

在图3中滑动片3同样没有磨损。显然，与图2相比滑动轴承已受载。在这里，负荷L在图3的视图中沿垂直的方向向下导入内圈2的下部区内。滑动轴承的这种负荷例如在停止运行状态由安装在轴13上的机器部分的重量形成。作用在内圈2上的负荷带来的结果是，使滑动片3在承载区，亦即在图3的下部区内压缩，由此使外支承面4与内支承面5之间的最小间距d1与图2中相比减小。与在承载区内最小间距d1的减小程度相同，增大了卸荷区内，亦即图3中的轴承上部，在外支承面4与内支承面5之间的最大间距d2。由此，由载荷引起的滑动片3的压缩，不仅可以在承载区内而且可以在卸荷区内确定。因此传感器可以按选择装在承载区或卸荷区内，以及总是检测到在支承面4与5之间的距离的一个与图2相比在数量上相同的变化。

图4表示了一种状态，此时滑动轴承未受载，然而在滑动片3上已存在磨损。这种磨损表现为滑动片3的径向尺寸与图2相比已经减小。当然这种径向尺寸在均匀磨损的前提条件下是处处相同的。尤其是，此径向尺寸在图4中滑动轴承上部区及下部区总是相同的。但是在轴承下部区内两个支承面4与5之间的最小间距d1却明显地小于上部区内两个支承面4与5之间的最大间距d2。其结果是使内圈2基于其自重在轴承下部区内以其内支承面5贴靠在滑动片3上，并因而在上部区在内支承面5与滑动片3之间形成径向空隙。如图3那样，在图4中两个支承面4与5之间的距离不仅可以在下部区内而且可以在上部区内测量。因为此距离取决于滑动片3的磨损状态，所以根据传感器信号可以总是实时地确定此磨损状态。当然，在实施测量时应当注意，尽管借助传感器8可以确定两个支承面4与5之间最小间距d1或最大间距d2的改变，但除此之外传感器8并不能检测造成间距d1和d2改变的原因。由此需要在产生传感器信号时规定条件以及以这样的方式评估传感器信号，即，能够真实地推断滑动片3的磨损状态。在这里具体应如何进行下面还要阐述。

最后，图5表示了一种情况，其中滑动片3已经遭受一定的磨损以及此外还在滑动轴承上作用一个负荷L。因此，这里涉及图3和4中所述状态的一种组合。其结果是，滑动片3在承载区内当作用与图3所示的相同负荷L时压缩到一个比图3中更小的径向尺寸，所以两个支承面4与5之间的最小间距d1以相应的方式小于图3中表示的最小间距d1。与之相联系，在卸荷区内两个支承面4与5之间的最大间距d2比图3中所示的更大。因此，由传感器8发出的信号是与新的未受载的滑动轴承相比通过滑动片3磨损和通过内圈2受载所产生的最小间距d1或最大间距d2变化的一个总的度量。如下面还要详细说明的那样，在按本发明的方法的范围内，尽管由传感器信号叠加了这两种效应，但仍能按选择确定滑动片3的磨损状态或作用在滑动轴承上的负荷L。

确定滑动片3的磨损状态按下述进行：

滑动轴承通过支承轴13或采取其他措施置于不受载状态。严格地说，尽管如此滑动轴承仍由于内圈2的自重而受载。当然自重引起的负载如此之小，以致由此并不造成滑动片3有值得一提的压缩。在这种未受载状态，两个支承面4与5之间的最小间距d1或最大间距d2借助传感器8确定。由如此确定的值可例如通过与用于未磨损状态的滑动片3的基准值比较，确定滑动片3的磨损状态。为获得特别准确的结果，基准值可单个地针对该滑动轴承给定，为此对于新的滑动轴承实施在其他条件相同时的测量，并将如此获得的传感器信号作为基准值记录下来。原则上也可以至少近似地确定负载时的磨损状态。在这种情况下事先在一致的负荷下产生基准值。

为了确定实时作用在轴承上的负荷，需要消除滑动片3的磨损状态对测量结果的影响。为此例如可借助传感器8在未受载的轴承上实施测量。接着，在其他条件相同的情况下在受载的滑动轴承上进行第二次测量。由这两种测量得出的在两个支承面4与5之间的间距d1或d2的差值，仅由于滑动轴承承载引起，并因而是一个有关作用在滑动轴承上负荷L的度量。这意味着，按本发明用同一个传感器8不仅可以确定滑动片3的磨损状态，而且可以确定作用在滑动轴承上的负荷L。

原则上传感器8也可以既不装在承载区也不装在未受载区，而是装在一个中间位置上，然后实施上述测量。为了在这种情况下也能达到足够的测量精度，推荐安装多个传感器8，在这里优选地采用至少三个传感器8。鉴于已知的滑动轴承几何结构，可借助由这些传感器产生的传感器信号实施对承载区或卸载区内的状况的反算，所以除此之外的评估还可以按已说明的方式进行。

此外当采用多个传感器8时还存在着这种可能性，即，按本发明的方法还可以在这些传感器8中一个或多个损坏时实施。在这种情况下转接到原先作为备用品的传感器8上。

采用按本发明的方法获得的有关滑动片3磨损状态和/或有关作用在滑动轴承上的负荷的信息，可以按不同的目标规定作进一步处理。例如可将这些值输入监控系统，它对于可能产生的过度的磨损状态或过度的负荷L作出反应，并据此采取相应的维护措施或命令更换滑动轴承。同样存在这种可能性，即，这些测量值仅用于记录，以便对于规定的使用情况获得有关实际负荷状态或磨损状态的信息。

按本发明的滑动轴承在所说明的实施例改型中，也可以有设计为圆柱形的支承面4和5，取代设计为球形的支承面4和5。

根据按本发明的滑动轴承的设计，传感器8可例如设计为感应式或电容式测量系统。

附图标记一览表

1    外圈

2    内圈

3    滑动片

4    外支承面

5    内支承面

6    轴向孔

7    轴向端面

8    传感器

9    凹槽

10   凹穴

11   电缆

12   插头

13   轴