1.3 新一代智能轴承

航空发动机、轨道交通车辆、汽车、数控机床、冶金轧机、石油钻机和风力发电机等装备及主机的主轴承发展为带传感器、具有轴承运行状态远程自动监测、故障自动诊断和报警的轴承单元，进而发展成为具有预紧力和润滑等服役状态自动调控装置的智能轴承单元。新一代智能化、集成化轴承是高端轴承的发展方向。

1.3.1 智能轴承的定义

由经过改进的轴承本体及相关辅件、镶嵌在轴承体内或相关辅件内的微型传感器、处理传输电路（专用芯片）、采集卡、信号处理与分析软件和轴承服役状态调控装置组成，可实现服役状态的自感知、自诊断、自适应的轴承系统。

智能轴承是“机、电、软”的结合体，是“数字双胞胎”。

智能轴承按其功能分为两大类：一大类为初始型智能轴承，具有服役状态自感知、自诊断功能；另一大类为全功能型智能轴承，不仅具有服役状态自感知、自诊断功能，而且具有自调控、自适应功能。

（1）自感知（自检测）通过传感器检测轴承服役状态：旋转速度、加速度、角度位置，累计旋转转数、温度、振动、噪声、载荷、工作游隙、润滑状况和磨损程度等。

（2）自决策（自诊断）对即将发生的故障进行诊断、预警，对已经发生的故障进行诊断、报警，对轴承剩余寿命进行预测。

（3）自执行（自调控）根据轴承实时服役状态，通过调控装置，对轴承工作游隙、预紧力、润滑等服役状态进行调控、矫正，以适应主机的运行要求。

1.3.2 智能轴承的关键技术

1.传感器技术

传感器集成方式已由外挂式发展为嵌入式。结构向微型化、功能向集成化方向发展，并具有无线传输及低功耗的特点。

2.嵌入式测试技术

运用嵌入式系统将所需的功能嵌入到产品、装置或大型系统中的计算机系统，使数据采集控制、分析处理功能迁移至传感器端，提高了数据精度，降低了数据传输量。

3.信号传输技术

将测试获取的数据或信息通过现场总线、有线网络、无线网络、专用网络、互联网，安全、可靠、稳定、高速率、低功耗地传输到服务器、用户端或云端。

4.自组网技术

基于轴承单元的智能化、无线化，实现信息互通，使得大范围内多个智能轴承的监测成为可能。

5.供能技术

运用热点效应、振动发电等能量捕获技术，光电耦合、电磁耦合、电磁谐波等无线供能技术，自发电技术等。

6.信号处理技术

研究针对不同工况、不同类型轴承的非线性信号处理方法、特征提取及选择方法，使采集到的数据经过处理变成有用信息。

7.状态智能评估技术

研究运行状态的评估指标、评估方法，建立评估模型，并能基于实时数据对评估模型进行实时修正。做到能对轴承故障，包括早期微弱故障进行远程、实时、智能的诊断、报警，并可对即将发生的故障进行预警，对剩余寿命进行预测。

8.状态调控技术

通过与轴承集成的调控装置，对轴承润滑、预紧力和工作游隙等服役状态进行实时调控，矫正服役状态，适应主机运行的需要。同时，对功能性故障进行自我维修、视情维修。

1.3.3 国内外智能轴承研发情况

1.国内

1）万向钱潮、新火炬、人本和重庆长江等企业研发生产了第三代轿车轮毂轴承单元集成了ABS传感器。

2）重庆大学研发了轴承振动加速度、温度、转速检测装置。

3）国防科技大学研发了振动加速度传感器。

4）西安交通大学研发了轴承内圈温度、无线供电及无线传输传感器，还研发了预紧力测试技术与装置、预紧力自适应调控装置。

2.国外

1）恩梯恩（NTN）的伺服电动机的速度控制和转动方向、轴承旋转角度检测装置。

2）舍弗勒（SCHAEFFLER）的铁路货车轴承温度、运转转数、转速、噪声检测装置以及深沟球轴承转速及旋转方向检测装置。

3）日本精工（NSK）的铁路货车轴承、电动机轴承、发电机轴承转速检测装置。

4）斯凯孚（SKF）的汽车轴承、牵引电动机轴承和深沟球轴承转速、加速度、旋转方向、角度位置检测装置。

5）铁姆肯（TIMKEN）的汽车轮毂轴承转速检测装置。

1.3.4 智能轴承开发技术路线图

智能轴承开发技术路线图如图1-1所示。