智能軸承是由經過改進的軸承本體及相關輔件、微型傳感器、處理傳輸電路、采集卡、信號處理與分析軟件和軸承服役狀態(tài)調控裝置等組成，形成了一個能夠自感知、自決策、自執(zhí)行的軸承系統(tǒng)單元。 其自感知功能通過傳感器實時監(jiān)測軸承的服役狀態(tài)，包括旋轉速度、加速度、角度位置等多項指標。自決策功能則基于這些監(jiān)測數據，通過分析判定軸承的服役狀態(tài)是否正常，并提前預警或報警潛在故障。而自執(zhí)行功能則根據實時的服役狀態(tài)數據，通過調控裝置對軸承的工作游隙、預緊力、潤滑等狀態(tài)進行實時調控，以確保軸承能夠適應主機的運行需求。 HRB自感知智能軸承單元 智能軸承是近年來軸承行業(yè)的新興產品，隨著機械、電子、計算機通訊與控制技術的不斷發(fā)展，這一領域逐漸形成了機電一體化的新趨勢。智能軸承一般由軸承本體、微型復合傳感器、信號傳輸電路以及信號處理與分析系統(tǒng)等核心部件構成。根據功能的不同，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，還進一步實現了自調控和自執(zhí)行，但目前尚處于概念設計及研究階段。 從最初的外掛式結構發(fā)展到如今高度集成的嵌入式結構，智能軸承的發(fā)展歷程與世界工業(yè)的進步緊密相連。數字化和網絡時代的到來為智能軸承的進一步發(fā)展提供了強大的技術支持。如今，智能軸承已經廣泛應用于高速鐵路、軌道交通、航空航天等多個重要領域，為人們的生產生活帶來了更可靠、更優(yōu)質的服務體驗。盡管目前市場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? 智能軸承作為近年來軸承行業(yè)的新興產品，其研究與發(fā)展備受國內外學者的關注。隨著機械、電子、計算機通訊與控制技術的不斷融合，智能軸承已成為機電一體化領域的新熱點。當前，國內外學者在智能軸承的研究上已取得了一系列重要進展。然而，與國外相比，我國在智能軸承領域的研發(fā)尚處于追趕階段，仍需進一步加大投入與研發(fā)力度。同時，面對智能軸承在高速鐵路、軌道交通、航空航天等多個重要領域的應用需求，我們應積極應對挑戰(zhàn)，努力提升我國在智能軸承領域的國際競爭力。 2015年，SKF公司在產業(yè)技術展會上，首次推出了兩款新型智能軸承——“SKF Insight”和“SKF Enlight”。這兩款軸承通過在內部或外部集成振動、加速度和溫度傳感器，利用無線通信技術收集數據，進而分析軸承狀態(tài)并診斷異常。 到了2016年，舍弗勒集團也發(fā)布了“高效驅動，馳騁未來”的戰(zhàn)略，明確將智能軸承，即數字化軸承，作為未來的主要研究方向。他們計劃深入探索如何通過數字化實現軸承價值的提升，以及如何為智能化產品提供配套支持。同時，舍弗勒還展示了其Bio-Hybrid微交通概念產品，進一步展現了智能軸承在未來的應用潛力。 作為一種高科技創(chuàng)新產品，智能軸承主要應用于高端機械設備和國防裝備領域，為國家關鍵項目和重大裝備提供配套和支持。這些應用領域對軸承的性能和可靠性要求極高，同時也需要軸承具備更多的主觀能動性。 例如，在鐵路運輸領域，高鐵列車的輪對軸承就是智能軸承的一個典型應用。高鐵列車對安全性要求嚴格，而行走系統(tǒng)的轉向架是確保列車高速、安全和穩(wěn)定運行的關鍵部件。因此，新型高鐵轉向架輪對軸承單元的研發(fā)顯得尤為重要。這種軸承單元通過在軸承側面外掛傳感器，實時監(jiān)控軸承的運轉狀態(tài)，并通過數據傳輸系統(tǒng)將狀態(tài)參數傳遞給列車監(jiān)控室，為監(jiān)控人員提供寶貴的運行數據。 此外，汽車輪轂軸承單元也是智能軸承的早期應用之一。三代轎車輪轂軸承集成的ABS傳感器通過數字碼盤和傳感器實時監(jiān)控輪轂軸承的旋轉狀態(tài)，為ABS系統(tǒng)提供重要的輸入數據。 隨著技術的不斷發(fā)展，智能軸承正逐步實現自我調整和自我修復的高級功能。這意味著未來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，真正成為“會自愈的軸承”。這種技術進步將進一步拓寬智能軸承的應用領域，提升其整體性能和競爭力。 1、嵌入集成傳感器技術 嵌入式集成傳感器技術是將具備多功能性的微型傳感器直接嵌入軸承內部，使其更接近信號源，從而節(jié)省空間并確保獲取軸承狀態(tài)的準確信息。這種將傳感器從設備外部集成到軸承本體中的轉變，不僅優(yōu)化了智能軸承的結構，還實現了功能的高度集成、無線數據傳輸以及低功耗。 嵌入式系統(tǒng)將所需功能融入產品、裝置或大型系統(tǒng)中的計算機系統(tǒng)，使得數據采集、控制以及分析處理功能得以在傳感器端實現，進而提高了數據精度并減少了數據傳輸量。傳感器的微型化成為智能軸承發(fā)展的關鍵因素。近年來，荷蘭傳感器開發(fā)人員成功研發(fā)出全球最小的無線溫度傳感器，其尺寸僅為兩平方毫米，與芝麻相當，輕巧到甚至可能被風吹走。這款傳感器的微型天線能夠接收路由器發(fā)出的無線電波信號，并將其轉化為所需電力，實現無線測量附近溫度的功能。 2、網絡信息處理技術 在當今網絡技術高度發(fā)達的時代，數據信息的網絡化及分析處理技術已經深入人心，與人們的日常生活緊密相連。智能軸承的網絡信息處理技術則主要涉及到將現場測試所獲取的數據或信息，通過多種網絡途徑，如現場總線、有線網絡、無線網絡、專用網絡或互聯網，進行安全、穩(wěn)定且高效的數據傳輸。這些數據在傳輸過程中，能夠保持低功耗的特性，確保數據能夠可靠地抵達服務器、用戶端或云端。 接下來，針對不同的工況和軸承類型，研究團隊會采用非線性信號處理方法、特征提取及選擇方法，對采集到的原始數據進行深入的分析和處理，從而將數據轉化為有價值的信息。最終，借助軸承單元的智能化和無線化技術，智能軸承能夠實現信息互通，使得在大范圍內對多個智能軸承進行實時監(jiān)測成為可能。 3、評估診斷技術 智能軸承所獲得的數據分析結果，為運行狀態(tài)的評估提供了有力支持。此外，該技術還能預測即將發(fā)生的故障，并對剩余壽命進行準確估算。 然而，要確保系統(tǒng)診斷結果與實際問題高度契合，評估診斷技術必須依托于龐大的軸承故障數據分析庫。因此，未來軸承行業(yè)將越來越重視大數據的積累和應用。 4、供能與調控技術 智能軸承通過利用熱點效應和振動發(fā)電等能量捕獲技術，結合光電耦合、電磁耦合以及電磁諧波等無線供能技術，滿足其自身的能量需求。這些自發(fā)電技術的運用，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，還簡化了附加供能裝置的需求，從而降低了整體能耗。 此外，通過與軸承集成的調控裝置，該技術能實時監(jiān)控并調控軸承的潤滑、預緊力及工作游隙等關鍵服役狀態(tài)，確保其始終適應主機運行的需求。同時，它還能對功能性故障進行自我修復，實現視情維修，進一步提升軸承的可靠性與使用壽命。 展望未來，隨著世界工業(yè)的持續(xù)進步，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。在這一變革中，作為轉動核心的軸承，將迎來一次翻天覆地的革新。智能軸承，這一新興技術，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，智能化將成為社會各領域的主流趨勢，智能軸承也將因此迎來蓬勃發(fā)展的春天。
