啮合传动装置和基于滚子链式结构的摩擦发电系统

1.本发明涉及机械传动设备技术领域，具体地，涉及一种啮合传动装置和基于滚子链式结构的摩擦发电系统。


背景技术：

2.滚子链系统是一种常见的啮合传动装置。在工作中，链轮齿与滚子周期性的接触啮合，以传递运动和扭矩。由于长期处于高负荷运行状态，且工况环境复杂，经常导致滚子链系统出现故障，常见的故障有链轮齿磨损、削齿、断齿以及滚子点蚀等。
3.相关技术中，机械传动设备故障诊断最初是以功率和传动件齿轮精度之间的非线性函数关系作为判定故障的依据，逐渐发展为测量振动信号形成有量纲的统计参数，并进一步发展到结合时域波形分析、fft频谱分析、功率谱分析、倒频谱分析、包络解调分析、高阶谱分析、谱峭度分析等的先进状态监测技术。波形分析可以高效清晰提取故障特征，但对非平稳信号以及强噪声干扰信号的提取依然存在不足，导致对设备的故障诊断不准确。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷及不足，提供一种啮合传动装置，该啮合传动装置可将链轮和链条啮合处的摩擦转化为电信号，并将电信号输送到外部设备，链轮轮齿的局部缺陷或断齿会导致输出的电信号产生变化，根据电信号的变化可精准判断链轮的故障状态，具有在机械传动设备状态监测与故障诊断领域应用的潜力。
5.本发明的实施例还提出一种基于滚子链式结构的摩擦发电系统。
6.本发明是实施例的啮合传动装置包括：链轮，所述链轮的外周面具有多个沿所述链轮的周向间隔布置的轮齿，相邻所述轮齿之间具有齿槽；检测组件，所述检测组件包括导线、导电件和电信号分析设备，所述导电件贴设在所述齿槽处，且所述导线的一端与所述导电件连接，另一端连接所述电信号分析设备。
7.本发明实施例的啮合传动装置，导电件贴设在齿槽处，且导线的一端与导电件连接，另一端连接电信号分析设备，由此，当链轮与链条滚子周期性接触啮合时，在滚子表面与导电件表面产生摩擦电荷，电极与接地点出现电势差，产生交流电信号，链轮轮齿的局部缺陷或断齿会导致输出的电信号产生变化，根据电信号的变化可精准判断链轮的故障状态，具有在机械传动设备状态监测与故障诊断领域应用的潜力。
8.在一些实施中，所述导电件为导电膜片，所述导电膜片贴设在所述齿槽处。
9.在一些实施中，所述导电膜片包括连接段和导电段，所述导电段贴设在所述齿槽的表面，所述连接段沿所述链轮的径向延伸并与所述导电段连接，所述连接段通过连接件与所述链轮连接。
10.在一些实施中，所述连接件为螺纹件，所述导线与所述螺纹件连接。
11.在一些实施中，所述连接段包括第一连接段和第二连接段，所述第一连接段和所述第二连接段分别连接在所述链轮的两个侧面上。
12.在一些实施中，所述导电膜片为多个，多个所述导电膜片与多个所述齿槽对应设置，且多个所述导电膜片通过所述导线串联。
13.在一些实施中，所述啮合传动装置还包括滑环，所述导线连接所述滑环的旋转部分。
14.在一些实施中，所述导电膜片为铜片。
15.在一些实施中，所述链轮为高分子材料件或金属材料件。
16.本发明实施例的基于滚子链式结构的摩擦发电系统包括链条和上述实施例所述的啮合传动装置，所述链条与所述链轮啮合，且所述链条为高分子材料件。
17.本发明实施例的基于滚子链式结构的摩擦发电系统，通过采用上述啮合传动装置，导电件贴设在齿槽处，且导线的一端与导电件连接，另一端连接电信号分析设备，由此，当链轮与链条滚子周期性接触啮合时，在滚子表面与导电件表面产生摩擦电荷，电极与接地点出现电势差，产生交流电信号，链轮轮齿的局部缺陷或断齿会导致输出的电信号产生变化，根据电信号的变化可精准判断链轮的故障状态，具有在机械传动设备状态监测与故障诊断领域应用的潜力。
附图说明
18.图1是根据本发明实施例的啮合传动装置的结构示意图。
19.图2是根据本发明实施例的啮合传动装置的主视图。
20.图3是根据本发明实施例的啮合传动装置的俯视图。
21.图4是根据本发明实施例的啮合传动装置的导电件的结构示意图。
22.图5是根据本发明实施例的基于滚子链式结构的摩擦发电系统的发电原理图。
23.附图标记：
24.链轮1，轮齿11，齿槽12，导电件2，导电段21，连接段22，导线3，滑环4，连接件5，链条6。
具体实施方式
25.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
26.如图1-图5所示，本发明实施例的啮合传动装置包括链轮1和检测组件。
27.具体地，如图1-图3所示，链轮1的外周面具有多个沿链轮1的周向间隔布置的轮齿11，相邻轮齿11之间具有齿槽12，检测组件包括导线3、导电件2和电信号分析设备，导电件2贴设在齿槽12处，且导线3的一端与导电件2连接，另一端连接电信号分析设备。
28.可以理解的是，当链轮1齿与链条6滚子周期性接触啮合时，在滚子表面与电极表面产生摩擦电荷，电极与接地点出现电势差，产生交流电信号，交流电信号可通过导线3输送到电信号分析设备。
29.需要说明的使，上述链条6为高分子材料件，链轮1为高分子材料件或金属材料件，以保证能够产生电信号。另外，高分子材料件的绝缘性好，避免了铜电极表面摩擦电荷的流失和耗散。
30.为便于理解本技术的啮合传动装置如何对自身故障进行诊断，以实际工况为例，
如图2和图3所示，导电件2贴设在齿槽12处，当轮齿11损坏时，链条6滚子与该损害的轮齿11不会再啮合，则与该轮齿11相邻的齿槽12内的导电件2与链条6的滚子不再接触，由此该部位不再摩擦发电，则输出的电信号会发生改变，则反向推理可知，当电信号分析设备计算出电信号发生改变时，可判断此时链轮1发生了损坏。
31.另外，导线3也可以外接用电元件，即本技术输出的电信号既可作为电源对小型设备供电，也可作为对链轮1故障的判断信号。
32.另外，需要说明的是，电流信号的频率和峰值与转速均呈现出正比关系，同时通过改变串联电极个数，滚子链材料，以及有无润滑和负载扭矩的大小均可改变电信号的参数，由此在以电信号为依据判断啮合传动装置是否出现故障时，应保证上述因素不会影响到电信号的参数。
33.本发明实施例的啮合传动装置，导电件2贴设在齿槽12处，且导线3的一端与导电件2连接，另一端连接电信号分析设备，由此，当链轮1与链条6滚子周期性接触啮合时，在滚子表面与导电件2表面产生摩擦电荷，电极与接地点出现电势差，产生交流电信号，链轮1轮齿11的局部缺陷或断齿会导致输出的电信号产生变化，根据电信号的变化可精准判断链轮1的故障状态，具有在机械传动设备状态监测与故障诊断领域应用的潜力。
34.优选地，如图2-图4所示，导电件2为导电膜片，导电膜片贴设在齿槽12处。由此，导电件2设计为薄片结构，尽可能降低了导电件2的设置对链条6和链轮1的啮合传动的影响，且导电膜片贴设在齿槽12处的导电膜片避开了轮齿11与链条6滚子啮合工作面，该装置能在保证输出电信号的前提下，提高啮合传动装置的工作可靠性和使用寿命。
35.进一步地，如图4所示，导电膜片包括连接段22和导电段21，导电段21贴设在齿槽12的表面，连接段22沿链轮1的径向延伸并与导电段21连接，连接段22通过连接件5与链轮1连接。由此，连接段22贴设在链轮1侧面并与链轮1连接，则导电件2与链轮1的连接点避开了导电段21，从而既可实现导电膜片的稳定装配，又可避免连接件5的设置影响导电段21与滚子的贴合摩擦。
36.优选地，连接件5为螺纹件，导线3与螺纹件连接。可以理解的是，螺纹件连接稳定，拆装方便，且螺纹件可供导线3缠绕，防止脱线。
37.优选地，连接段22包括第一连接段22和第二连接段22，第一连接段22和第二连接段22分别连接在链轮1的两个侧面上。由此，第一连接段22和第二连接段22可夹持链轮1，装配可靠性高，连接稳固。
38.可选地，如图3所示，导电膜片为多个，多个导电膜片与多个齿槽12对应设置，且多个导电膜片通过导线3串联。由此，多个导电膜片串联可共同输出电信号，输出功率高，便于满足用电元件的需求，且多个导电膜片的设置可对应检测多个轮齿11的故障状态。
39.进一步地，如图1和图2所示，啮合传动装置还包括滑环4，导线3连接滑环4的旋转部分。由此，可利用滑环4解决导线3随链轮1转动缠绕的问题。
40.优选地，导电膜片为铜片。可选地，导电膜片也可选用其它导电率高且结构强度大的材料，诸如铝、铁等导电材料。
41.本发明实施例的基于滚子链式结构的摩擦发电系统包括链条6和上述实施例的啮合传动装置，链条6与链轮1啮合，且链条6为高分子材料件。
42.本发明实施例的基于滚子链式结构的摩擦发电系统，通过采用上述啮合传动装
置，导电件2贴设在齿槽12处，且导线3的一端与导电件2连接，另一端连接电信号分析设备，由此，当链轮1与链条6滚子周期性接触啮合时，在滚子表面与导电件2表面产生摩擦电荷，电极与接地点出现电势差，产生交流电信号，链轮1轮齿11的局部缺陷或断齿会导致输出的电信号产生变化，根据电信号的变化可精准判断链轮1的故障状态，具有在机械传动设备状态监测与故障诊断领域应用的潜力。
43.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
44.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
45.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
46.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
47.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
48.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种啮合传动装置，其特征在于，包括：链轮，所述链轮的外周面具有多个沿所述链轮的周向间隔布置的轮齿，相邻所述轮齿之间具有齿槽；检测组件，所述检测组件包括导线、导电件和电信号分析设备，所述导电件贴设在所述齿槽处，且所述导线的一端与所述导电件连接，另一端连接所述电信号分析设备。2.根据权利要求1所述的啮合传动装置，其特征在于，所述导电件为导电膜片，所述导电膜片贴设在所述齿槽处。3.根据权利要求2所述的啮合传动装置，其特征在于，所述导电膜片包括连接段和导电段，所述导电段贴设在所述齿槽的表面，所述连接段沿所述链轮的径向延伸并与所述导电段连接，所述连接段通过连接件与所述链轮连接。4.根据权利要求3所述的啮合传动装置，其特征在于，所述连接件为螺纹件，所述导线与所述螺纹件连接。5.根据权利要求3所述的啮合传动装置，其特征在于，所述连接段包括第一连接段和第二连接段，所述第一连接段和所述第二连接段分别连接在所述链轮的两个侧面上。6.根据权利要求3述的啮合传动装置，其特征在于，所述导电膜片为多个，多个所述导电膜片与多个所述齿槽对应设置，且多个所述导电膜片通过所述导线串联。7.根据权利要求1-6中任一项所述的啮合传动装置，其特征在于，还包括滑环，所述导线连接所述滑环的旋转部分。8.根据权利要求2述的啮合传动装置，其特征在于，所述导电膜片为铜片。9.根据权利要求1述的啮合传动装置，其特征在于，所述链轮为高分子材料件或金属材料件。10.一种基于滚子链式结构的摩擦发电系统，其特征在于，包括链条和如权利要求1-9中任一项所述的啮合传动装置，所述链条与所述链轮啮合，且所述链条为高分子材料件。

技术总结
本发明公开了一种啮合传动装置和基于滚子链式结构的摩擦发电系统，所述啮合传动装置包括链轮和检测组件，链轮的外周面具有多个沿链轮的周向间隔布置的轮齿，相邻轮齿之间具有齿槽，检测组件包括导线、导电件和电信号分析设备，导电件贴设在齿槽处，且导线的一端与导电件连接，另一端连接电信号分析设备。本发明的啮合传动装置可将链轮和链条啮合处的摩擦转化为电信号，并将电信号输送到外部设备，链轮轮齿的局部缺陷或断齿会导致输出的电信号产生变化，根据电信号的变化可精准判断链轮的故障状态，具有在机械传动设备状态监测与故障诊断领域应用的潜力。诊断领域应用的潜力。诊断领域应用的潜力。


技术研发人员：韩勤锴 李健翔 李峥
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：2023.06.06
技术公布日：2023/9/12