智能軸承是由經(jīng)過(guò)改進(jìn)的軸承本體及相關(guān)輔件、微型傳感器、處理傳輸電路、采集卡、信號(hào)處理與分析軟件和軸承服役狀態(tài)調(diào)控裝置等組成，形成了一個(gè)能夠自感知、自決策、自執(zhí)行的軸承系統(tǒng)單元。

其自感知功能通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軸承的服役狀態(tài)，包括旋轉(zhuǎn)速度、加速度、角度位置等多項(xiàng)指標(biāo)。自決策功能則基于這些監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)分析判定軸承的服役狀態(tài)是否正常，并提前預(yù)警或報(bào)警潛在故障。而自執(zhí)行功能則根據(jù)實(shí)時(shí)的服役狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過(guò)調(diào)控裝置對(duì)軸承的工作游隙、預(yù)緊力、潤(rùn)滑等狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控，以確保軸承能夠適應(yīng)主機(jī)的運(yùn)行需求。

HRB自感知智能軸承單元

智能軸承是近年來(lái)軸承行業(yè)的新興產(chǎn)品，隨著機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)通訊與控制技術(shù)的不斷發(fā)展，這一領(lǐng)域逐漸形成了機(jī)電一體化的新趨勢(shì)。智能軸承一般由軸承本體、微型復(fù)合傳感器、信號(hào)傳輸電路以及信號(hào)處理與分析系統(tǒng)等核心部件構(gòu)成。根據(jù)功能的不同，智能軸承可分為初始型和全功能型兩類。目前市面上主流的是初始型智能軸承，它們具備自感知和自決策功能，而全功能型智能軸承，除了這兩大功能外，還進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了自調(diào)控和自執(zhí)行，但目前尚處于概念設(shè)計(jì)及研究階段。

從最初的外掛式結(jié)構(gòu)發(fā)展到如今高度集成的嵌入式結(jié)構(gòu)，智能軸承的發(fā)展歷程與世界工業(yè)的進(jìn)步緊密相連。數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來(lái)為智能軸承的進(jìn)一步發(fā)展提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。如今，智能軸承已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高速鐵路、軌道交通、航空航天等多個(gè)重要領(lǐng)域，為人們的生產(chǎn)生活帶來(lái)了更可靠、更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)體驗(yàn)。盡管目前市場(chǎng)上的智能軸承大多仍處于初始型階段，但其發(fā)展?jié)摿σ讶徊蝗莺鲆暋?/span>

智能軸承作為近年來(lái)軸承行業(yè)的新興產(chǎn)品，其研究與發(fā)展備受國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。隨著機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)通訊與控制技術(shù)的不斷融合，智能軸承已成為機(jī)電一體化領(lǐng)域的新熱點(diǎn)。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在智能軸承的研究上已取得了一系列重要進(jìn)展。然而，與國(guó)外相比，我國(guó)在智能軸承領(lǐng)域的研發(fā)尚處于追趕階段，仍需進(jìn)一步加大投入與研發(fā)力度。同時(shí)，面對(duì)智能軸承在高速鐵路、軌道交通、航空航天等多個(gè)重要領(lǐng)域的應(yīng)用需求，我們應(yīng)積極應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，努力提升我國(guó)在智能軸承領(lǐng)域的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

2015年，SKF公司在產(chǎn)業(yè)技術(shù)展會(huì)上，首次推出了兩款新型智能軸承——“SKF Insight”和“SKF Enlight”。這兩款軸承通過(guò)在內(nèi)部或外部集成振動(dòng)、加速度和溫度傳感器，利用無(wú)線通信技術(shù)收集數(shù)據(jù)，進(jìn)而分析軸承狀態(tài)并診斷異常。

到了2016年，舍弗勒集團(tuán)也發(fā)布了“高效驅(qū)動(dòng)，馳騁未來(lái)”的戰(zhàn)略，明確將智能軸承，即數(shù)字化軸承，作為未來(lái)的主要研究方向。他們計(jì)劃深入探索如何通過(guò)數(shù)字化實(shí)現(xiàn)軸承價(jià)值的提升，以及如何為智能化產(chǎn)品提供配套支持。同時(shí)，舍弗勒還展示了其Bio-Hybrid微交通概念產(chǎn)品，進(jìn)一步展現(xiàn)了智能軸承在未來(lái)的應(yīng)用潛力。

作為一種高科技創(chuàng)新產(chǎn)品，智能軸承主要應(yīng)用于高端機(jī)械設(shè)備和國(guó)防裝備領(lǐng)域，為國(guó)家關(guān)鍵項(xiàng)目和重大裝備提供配套和支持。這些應(yīng)用領(lǐng)域?qū)S承的性能和可靠性要求極高，同時(shí)也需要軸承具備更多的主觀能動(dòng)性。

例如，在鐵路運(yùn)輸領(lǐng)域，高鐵列車的輪對(duì)軸承就是智能軸承的一個(gè)典型應(yīng)用。高鐵列車對(duì)安全性要求嚴(yán)格，而行走系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向架是確保列車高速、安全和穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵部件。因此，新型高鐵轉(zhuǎn)向架輪對(duì)軸承單元的研發(fā)顯得尤為重要。這種軸承單元通過(guò)在軸承側(cè)面外掛傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)控軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，并通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)將狀態(tài)參數(shù)傳遞給列車監(jiān)控室，為監(jiān)控人員提供寶貴的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

此外，汽車輪轂軸承單元也是智能軸承的早期應(yīng)用之一。三代轎車輪轂軸承集成的ABS傳感器通過(guò)數(shù)字碼盤和傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控輪轂軸承的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，為ABS系統(tǒng)提供重要的輸入數(shù)據(jù)。

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，智能軸承正逐步實(shí)現(xiàn)自我調(diào)整和自我修復(fù)的高級(jí)功能。這意味著未來(lái)的智能軸承將具備更高的自主性，能夠自我感知、自我決策并采取行動(dòng)，真正成為“會(huì)自愈的軸承”。這種技術(shù)進(jìn)步將進(jìn)一步拓寬智能軸承的應(yīng)用領(lǐng)域，提升其整體性能和競(jìng)爭(zhēng)力。

1、嵌入集成傳感器技術(shù)

嵌入式集成傳感器技術(shù)是將具備多功能性的微型傳感器直接嵌入軸承內(nèi)部，使其更接近信號(hào)源，從而節(jié)省空間并確保獲取軸承狀態(tài)的準(zhǔn)確信息。這種將傳感器從設(shè)備外部集成到軸承本體中的轉(zhuǎn)變，不僅優(yōu)化了智能軸承的結(jié)構(gòu)，還實(shí)現(xiàn)了功能的高度集成、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸以及低功耗。

嵌入式系統(tǒng)將所需功能融入產(chǎn)品、裝置或大型系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，使得數(shù)據(jù)采集、控制以及分析處理功能得以在傳感器端實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而提高了數(shù)據(jù)精度并減少了數(shù)據(jù)傳輸量。傳感器的微型化成為智能軸承發(fā)展的關(guān)鍵因素。近年來(lái)，荷蘭傳感器開(kāi)發(fā)人員成功研發(fā)出全球最小的無(wú)線溫度傳感器，其尺寸僅為兩平方毫米，與芝麻相當(dāng)，輕巧到甚至可能被風(fēng)吹走。這款傳感器的微型天線能夠接收路由器發(fā)出的無(wú)線電波信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)化為所需電力，實(shí)現(xiàn)無(wú)線測(cè)量附近溫度的功能。

2、網(wǎng)絡(luò)信息處理技術(shù)

在當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高度發(fā)達(dá)的時(shí)代，數(shù)據(jù)信息的網(wǎng)絡(luò)化及分析處理技術(shù)已經(jīng)深入人心，與人們的日常生活緊密相連。智能軸承的網(wǎng)絡(luò)信息處理技術(shù)則主要涉及到將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試所獲取的數(shù)據(jù)或信息，通過(guò)多種網(wǎng)絡(luò)途徑，如現(xiàn)場(chǎng)總線、有線網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、專用網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)行安全、穩(wěn)定且高效的數(shù)據(jù)傳輸。這些數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中，能夠保持低功耗的特性，確保數(shù)據(jù)能夠可靠地抵達(dá)服務(wù)器、用戶端或云端。

接下來(lái)，針對(duì)不同的工況和軸承類型，研究團(tuán)隊(duì)會(huì)采用非線性信號(hào)處理方法、特征提取及選擇方法，對(duì)采集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行深入的分析和處理，從而將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的信息。最終，借助軸承單元的智能化和無(wú)線化技術(shù)，智能軸承能夠?qū)崿F(xiàn)信息互通，使得在大范圍內(nèi)對(duì)多個(gè)智能軸承進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)成為可能。

3、評(píng)估診斷技術(shù)

智能軸承所獲得的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，為運(yùn)行狀態(tài)的評(píng)估提供了有力支持。此外，該技術(shù)還能預(yù)測(cè)即將發(fā)生的故障，并對(duì)剩余壽命進(jìn)行準(zhǔn)確估算。

然而，要確保系統(tǒng)診斷結(jié)果與實(shí)際問(wèn)題高度契合，評(píng)估診斷技術(shù)必須依托于龐大的軸承故障數(shù)據(jù)分析庫(kù)。因此，未來(lái)軸承行業(yè)將越來(lái)越重視大數(shù)據(jù)的積累和應(yīng)用。

4、供能與調(diào)控技術(shù)

智能軸承通過(guò)利用熱點(diǎn)效應(yīng)和振動(dòng)發(fā)電等能量捕獲技術(shù)，結(jié)合光電耦合、電磁耦合以及電磁諧波等無(wú)線供能技術(shù)，滿足其自身的能量需求。這些自發(fā)電技術(shù)的運(yùn)用，不僅為智能軸承的傳感器、執(zhí)行裝置等提供了便捷的能量供應(yīng)，還簡(jiǎn)化了附加供能裝置的需求，從而降低了整體能耗。

此外，通過(guò)與軸承集成的調(diào)控裝置，該技術(shù)能實(shí)時(shí)監(jiān)控并調(diào)控軸承的潤(rùn)滑、預(yù)緊力及工作游隙等關(guān)鍵服役狀態(tài)，確保其始終適應(yīng)主機(jī)運(yùn)行的需求。同時(shí)，它還能對(duì)功能性故障進(jìn)行自我修復(fù)，實(shí)現(xiàn)視情維修，進(jìn)一步提升軸承的可靠性與使用壽命。

展望未來(lái)，隨著世界工業(yè)的持續(xù)進(jìn)步，第四次工業(yè)革命已悄然臨近，這是歷史發(fā)展的必然趨勢(shì)。在這一變革中，作為轉(zhuǎn)動(dòng)核心的軸承，將迎來(lái)一次翻天覆地的革新。智能軸承，這一新興技術(shù)，將逐步取代傳統(tǒng)軸承，成為行業(yè)的新寵。其影響力起初可能并不顯著，但隨著科技的不斷推進(jìn)，智能化將成為社會(huì)各領(lǐng)域的主流趨勢(shì)，智能軸承也將因此迎來(lái)蓬勃發(fā)展的春天。