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用于狀態監測的具有活性微囊的機械系統.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510368839.5

申請日:

2015.05.06

公開號:

CN105065442A

公開日:

2015.11.18

當前法律狀態:

實審

有效性:

審中

法律詳情: 實質審查的生效IPC(主分類):F16C 19/16申請日:20150506|||公開
IPC分類號: F16C19/16; F16C41/00 主分類號: F16C19/16
申請人: SKF公司
發明人: F·貝倫斯; L·瓦努克斯; O·維貝
地址: 瑞典哥德堡
優先權: 14/01031 2014.05.06 FR
專利代理機構: 北京市柳沈律師事務所11105 代理人: 葛飛
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510368839.5

授權公告號:

|||

法律狀態公告日:

2017.06.06|||2015.11.18

法律狀態類型:

實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及一種包括至少一個運動部件(2,3,4)和潤滑劑(8)的機械系統。其還包括多個至少為一種類型的微囊(9),該微囊包括在機械系統(1)的給定物理特征參數變化的影響下能夠釋放微粒(92)的外殼(91),該微粒的分散可通過機械系統(1)外部的裝置進行識別。

權利要求書

1.一種機械系統,包括至少一個運動部件(2,3,4)、潤滑劑(8)和
微囊(9),該微囊包括在機械系統(1)的給定物理特征參數變化的影響下
能夠釋放微粒(92)的外殼(91),該微粒的分散可通過機械系統(1)外部
的裝置進行識別,其特征在于,所述機械系統(1)包括多個微囊(9)類型,
每種類型的微囊(9)都對所述機械系統(1)特定的不同物理參數的變化敏
感,因此對于不同參數的變化能夠釋放微粒(92)。
2.根據權利要求1所述的系統,其特征在于,其包括軸承(1),該軸承
包括第一圈(2),第二圈(3),至少一排滾動元件(4)和位于限定在兩個
圈(2,3)之間的軸承腔(8)內的潤滑劑,所述圈(2,3)可相對于彼此
旋轉。
3.根據前述權利要求中任一項所述的系統,其特征在于,所述微囊(9)
與所述機械系統(1)的潤滑劑(8)混合。
4.根據前述權利要求中任一項所述的系統,其特征在于,所述微囊(9)
堆積為位于所述機械系統(1)的至少一部分內部部件的表面上的層。
5.根據前述權利要求中任一項所述的系統,其特征在于,所述機械系統
(1)包括對所述機械系統(1)的單個物理參數變化敏感的微囊(9)類型,
但是所述微囊(9)每一個對所述參數的不同閾值敏感,因此能夠使所述微
粒(92)在不同值時被釋放。
6.根據前述權利要求中任一項所述的系統,其特征在于,不同類型的所
述微囊(9),也就是其外殼(91)對不同參數和/或不同閾值敏感,每個所述
微囊包括不同類型的微粒(92)。
7.根據前述權利要求中任一項所述的系統,其特征在于,所述微囊(9)
的微粒(91)是帶電的。
8.根據前述權利要求中任一項所述的系統,其特征在于,所述微囊(9)
的微粒(92)是能夠與所述機械系統(1)的其中一個部件發生反應的化學
試劑。
9.根據前述權利要求中任一項所述的系統,其特征在于,所述微囊(9)
的微粒(92)是著色劑。

說明書

用于狀態監測的具有活性微囊的機械系統

技術領域

本發明涉及具有運動部件的機械系統領域,例如軸承,以及用于需要該
系統的所有類型的應用領域,諸如機動車、內燃機、電動機和轉矩傳動元件
等等。

背景技術

具有運動部件的機械系統的使用壽命主要與部件的潤滑有關。潤滑不當
通常導致部件以及該系統的急速惡化和故障。機械系統慣常包括機械接觸的
表面,這些表面可通過例如最初置于機械系統內部的潤滑劑、潤滑脂或者潤
滑油進行潤滑。然而,隨著時間的推移,與部件所經受的老化和熱循環相結
合的潤滑劑混合物使潤滑脂惡化。定期維護操作可被認為涉及機械系統的至
少一個部件的再潤滑或者替換。

然而,在出現機械系統的部件或者其潤滑劑的異常惡化或故障的情況
下,這些維護操作有時必須提前進行。因此,在機械系統運行時必需監測其
狀態,或者被稱為″狀態監測″。

一般而言,已知的過程是,機械系統配備有用來測量和監測機械系統的
物理參數和/或其環境的傳感器以便報告,視情況而定,報告由系統部件的異
常惡化或者故障導致的所述參數的異常變化的檢測結果。

然而,該狀態監測裝置是附加系統裝置,在不干擾機械系統的部件的正
常運行的情況下必須預見其集成。用于通訊、分析和/或校驗由狀態監測裝置
傳遞數據的裝置也必須被預見,該裝置就傳感器而言為電子設備。所有這些
元件都代表了附加的系統成本,對此來說狀態監測實現起來是復雜的。

發明內容

本發明更具體地想要通過提出一種具有狀態監測裝置的機械系統來解
決這些問題,該狀態監測裝置易于生產和安裝,具有數目減少的元件,保證
有效的狀態監測。

與此相關,本發明涉及一種包括至少一個運動部件和潤滑劑的機械系
統。

根據本發明,該機械系統還包括形成外殼的微囊,由于機械系統的給定
特性物理參數變化,該微囊能夠釋放微粒,微粒的擴散可由機械系統外部的
裝置來識別。機械系統包括多種微囊類型,每種類型的微囊都對機械系統特
定的不同物理參數的變化敏感,因此對于不同參數的變化能夠釋放微粒。

因為本發明,通過使微囊外殼適應于其變化將被檢測的物理參數,以及
通過使微粒適應于要求的識別類型,可以相對于給定的物理參數監測機械系
統的狀態。因此,外殼相對于所述物理參數變化閾值的參數化能夠在某值處
釋放微粒,例如該值表示故障。

由于這些釋放的微粒通過機械系統外部的裝置進行識別,因此能夠在運
行期間實時檢測系統故障的出現,而不必等待可能的維護操作。

還可能隨著時間的推移監測系統參數的變化,因此在系統運行期間評估
磨損程度或者效率,從而使可能的維護操作提前或者推遲。

因為本發明,能夠通過釋放到系統內的微粒類型知道故障原因。

微囊結合到系統內并且既不需要改變所述系統的內部部件也不需要額
外的安裝空間。微囊不影響部件的運行。

此外,結合到機械系統內的微囊類型可以根據應用、狀態、材料、功能
以及形成所述系統的部件進行改變。

技術效果是在機械系統運行過程中以獨立方式并行地監測多個參數的
變化。

根據本發明的有利而非強制的方面,該機械系統可以合并下述特征中的
一個或多個,這些特征總體考慮了技術上允許的組合:

-該機械系統為軸承,其包括第一圈、第二圈,所述圈彼此之間是可旋
轉移動的,兩個圈之間的至少一排滾動元件,以及限定在兩個環之間的軸承
腔內的潤滑劑。

-微囊與機械系統的潤滑劑混合。

-微囊堆積在位于機械系統的至少一部分內部部件的表面上的層中,例
如,堆積在防止部件氧化的表面處理層中。

-微囊結合到構成機械系統的至少一個內部部件的材料中。

-微囊結合到聚合體的包覆成形件或者機械系統的至少一個內部部件的
合成部分上。

-微囊的尺寸介于1nm(納米)到10pm(微米)之間。

-微囊外殼包括包圍微粒的堅固外層。由于機械系統給定的物理參數的
變化,外殼破裂并且釋放微粒。

-微囊的外殼包括多孔元件,該元件設置有微粒結合到其中的腔。由于
機械系統給定的物理參數的變化,外殼結構例如通過破裂、開裂、溶解等等
改變并且釋放微粒。

-憑借非限制性示例,機械系統的物理特征參數在本質上為機械式的,
例如部件的運動速度、溫度、壓力和振動。

-憑借非限制性示例,機械系統的物理特征參數本質上是化學式的,例
如酸性、粘性和氧化程度。

-機械系統包括對機械系統的一種物理參數敏感的微囊類型,但是該種
微囊每個對所述參數的不同值敏感,因此能夠使微粒在不同值時釋放。

-微囊外殼對機械系統的物理參數變化敏感并包括能夠對所述參數變化
作出反應的聚合物、合成或者有機材料。

-不同類型的微囊,即其外殼對不同參數和/或不同閾值敏感的微囊,每
個包括不同類型的微粒。

-機械系統外部的識別裝置是直接式的,也就是說,微粒從微囊釋放到
機械系統的識別過程能夠由操作者的一個感覺來決定的。

-機械系統外部的識別裝置是間接式的,也就是說,微粒從微囊釋放到
機械系統的識別過程需要附加傳感器。

-微囊微粒是帶電的,并且一旦釋放到機械系統內將至少局部地改變系
統的電勢。例如,機械系統外部的識別裝置可包括電勢傳感器。

-微囊的微粒是能夠與機械系統的組成元件發生反應的化學試劑。新的
化學物種可由機械系統的所述元件和釋放微粒之間的化學反應產生。例如,
機械系統外部的識別裝置可包括一種所述新化學物種的傳感器。新化學物種
還可對系統的機械(溫度、壓力等等)或者化學(酸性、粘性等等)參數產
生影響;因此機械系統外部的識別裝置可包括所述影響參數的傳感器。

-微囊的微粒為著色劑。機械系統外部的識別裝置包括至少局部觀察機
械系統顏色變化的操作者。

附圖說明

通過閱讀下文實施方式的描述并參照非限制性的附圖,本發明將會更好
理解并且其他優點將變得顯而易見,該實施方式呈現一種根據原理包括僅以
示例給出的軸承的機械系統,其中:

-圖1示出軸承的剖視圖;以及

-圖2示出微囊。

具體實施方式

具有中心軸線X1的軸承1包括外圈2,內圈3,成排的滾動元件4,這
里為布置于由保持架5保持的平行平面中的滾珠,以及兩個密封件6,7。

圈2,3在正常運行模式下與中心軸線X1同軸。

外圈2包括外圓柱表面21、孔22,其中形成用于滾動元件4的滾道,
以及裝配密封件6的凹槽,并且所述密封件與旋轉外圈2形成靜密封。

內圈3包括外圓柱表面31,其中形成用于滾動元件4的滾道和用于與密
封件6和7形成接觸密封的凹槽,所述密封件與非旋轉內圈3形成動密封。

可替換地,內圈3可以是旋轉的并且外圈2是非旋轉的,或者兩個圈可
以是相對于彼此旋轉的。

外圈2通過兩個前部徑向邊緣23和24軸向限定,并且內圈3通過兩個
前部徑向邊緣33和34軸向限定,因此所述邊緣分別軸向定位。

內圈3還包括貫通的圓柱孔32。例如,銷或者支撐件可插入所述孔32
內。

內圈3的外圓柱表面31、內圈2的孔22和密封件6,7限定軸承腔8,
其中滾動元件4在圈2,3之間運動。軸承腔8充滿潤滑劑,例如潤滑脂或
潤滑油,以減少運動部件的接觸面之間的摩擦,這里為滾動元件4與設置在
外圓柱表面31上的滾道和設置在內圈2的孔22上的滾道之間的摩擦。

根據本發明,軸承腔8內的潤滑劑包括多個微囊9。

根據未示出的實施方式,微囊9可以通過至少一部分元件的表面上的層
堆積在軸承1的軸承腔8內,例如內圈2的孔22、內圈3的外圓柱表面31
上,密封件6,7內表面上、保持架5外表面上和/或滾動元件4外表面上。
可替代地,微囊可結合到包括位于例如內圈3、外圈2、保持架5和/或密封
件6,7內的軸承3的至少一個元件的材料內。這種集成可通過包覆成形實
現。

如圖2所示,微囊包括由堅固外層組成的殼體91,該堅固外層包括塑料、
聚合物或者有機材料,并且微囊的尺寸介于1nm到1pm之間。外殼91包
括位于其中的至少一個,但一般來說為多個的微粒92。

微囊9的外殼91對軸承1的物理變化敏感,能夠對所述參數的變化作
出反應。通過非限制性示例,該參數可以是機械式的,例如圈2和3的相對
轉速、溫度、壓力、振動,或者是化學式的,通過非限制性示例,濕度、酸
性、粘性和組成軸承1的元件的材料或者軸承腔8中潤滑劑的氧化程度。待
監測參數的選擇是通過應用類型、環境、約束條件和軸承1的可識別風險確
定的。可能提供軸承1具有若干種類型的微囊,每種都對不同參數敏感。

組成微囊外殼91的材料和尺寸的選擇被限定為軸承參數閾值的函數,
因此外殼91在所述參數超過閾值的情況下破裂。然后微粒92被釋放到軸承
1的軸承腔8內的潤滑劑中。可能提供軸承1具有若干種類型的微囊,所有
微囊都對同樣的參數而非不同閾值敏感。因此,可以將不同類型的微囊與每
個參數的不同閾值組合。

微囊9釋放的微粒92可以是不同類型的,這取決于可用和/或要求的識
別裝置。

根據一個實施方式,微粒92是能夠與潤滑劑的一種組分,軸承1的組
成元件的一種材料發生反應的化學試劑,或者與所釋放的微粒發生的化學反
應產生的化學物種。在這種情況下,用于識別微粒存在的裝置可包括一種所
述新的化學物種的傳感器。

新的化學物種還對軸承的機械(溫度、壓力等等)或者化學(酸性、粘
性等等)參數產生影響;因此識別裝置可包括所述影響參數的傳感器。

根據另一實施方式,微囊9的微粒92可為著色劑。因此識別裝置包括
至少局部觀察潤滑劑和/或軸承顏色變化的操作者。

在軸承1包括由位于外殼91內對所述不同參數的物理值和/或閾值敏感
的不同著色劑組成的微粒92的情況下,釋放一種或多種著色劑允許至少局
部地僅憑借潤滑劑和/或軸承的顏色確定參數和/或所述參數的變化程度。因
此,可使用先前建立的比色圖表進行識別。

在一個用于示出該情況的示例中,軸承腔8內的潤滑劑可包括其外殼91
對軸承1的溫度變化敏感的第一類型微囊9和其外殼91對所述軸承1的潤
滑劑的酸度變化敏感的第二類型微囊9。第一類型微囊9可包括為黃色試劑
的微粒92而第二類型可包括為藍色試劑的微粒92。

在只有溫度升至高于預定閾值的情況下,熱敏微囊9的外殼91釋放黃
色微粒92。因此外部操作者可直接觀察顏色變化。類似地,如果只有潤滑劑
的酸度增加到超過閾值,那么操作者觀察到顏色變化為藍色。

然而,如果對于溫度和酸性來說都超過了閾值,那么黃色和藍色微粒92
均被釋放到軸承1內,呈現主要的綠色。因此操作者可以注意到顏色變化以
及兩個參數的閾值均已超出的事實。

類似的示例可以以單個參數進行描述,但是外殼91對不同閾值敏感,
所述外殼每個封裝不同顏色的微粒92。

在多個參數和/或閾值的情況下,可用先前建立的比色圖表分析識別。

類似的示例可以以包括由化學反應劑組成的微粒92的微囊9進行描述;
因此可使用先前通過校準所建立的組分網格進行識別。

實施方式的技術特征以及上文論述的變化可以被結合。

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