1.3 新一代智能軸承

航空發(fā)動機、軌道交通車輛、汽車、數(shù)控機床、冶金軋機、石油鉆機和風(fēng)力發(fā)電機等裝備及主機的主軸承發(fā)展為帶傳感器、具有軸承運行狀態(tài)遠(yuǎn)程自動監(jiān)測、故障自動診斷和報警的軸承單元，進而發(fā)展成為具有預(yù)緊力和潤滑等服役狀態(tài)自動調(diào)控裝置的智能軸承單元。新一代智能化、集成化軸承是高端軸承的發(fā)展方向。

1.3.1 智能軸承的定義

由經(jīng)過改進的軸承本體及相關(guān)輔件、鑲嵌在軸承體內(nèi)或相關(guān)輔件內(nèi)的微型傳感器、處理傳輸電路（專用芯片）、采集卡、信號處理與分析軟件和軸承服役狀態(tài)調(diào)控裝置組成，可實現(xiàn)服役狀態(tài)的自感知、自診斷、自適應(yīng)的軸承系統(tǒng)。

智能軸承是“機、電、軟”的結(jié)合體，是“數(shù)字雙胞胎”。

智能軸承按其功能分為兩大類：一大類為初始型智能軸承，具有服役狀態(tài)自感知、自診斷功能；另一大類為全功能型智能軸承，不僅具有服役狀態(tài)自感知、自診斷功能，而且具有自調(diào)控、自適應(yīng)功能。

（1）自感知（自檢測）通過傳感器檢測軸承服役狀態(tài)：旋轉(zhuǎn)速度、加速度、角度位置，累計旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)數(shù)、溫度、振動、噪聲、載荷、工作游隙、潤滑狀況和磨損程度等。

（2）自決策（自診斷）對即將發(fā)生的故障進行診斷、預(yù)警，對已經(jīng)發(fā)生的故障進行診斷、報警，對軸承剩余壽命進行預(yù)測。

（3）自執(zhí)行（自調(diào)控）根據(jù)軸承實時服役狀態(tài)，通過調(diào)控裝置，對軸承工作游隙、預(yù)緊力、潤滑等服役狀態(tài)進行調(diào)控、矯正，以適應(yīng)主機的運行要求。

1.3.2 智能軸承的關(guān)鍵技術(shù)

1.傳感器技術(shù)

傳感器集成方式已由外掛式發(fā)展為嵌入式。結(jié)構(gòu)向微型化、功能向集成化方向發(fā)展，并具有無線傳輸及低功耗的特點。

2.嵌入式測試技術(shù)

運用嵌入式系統(tǒng)將所需的功能嵌入到產(chǎn)品、裝置或大型系統(tǒng)中的計算機系統(tǒng)，使數(shù)據(jù)采集控制、分析處理功能遷移至傳感器端，提高了數(shù)據(jù)精度，降低了數(shù)據(jù)傳輸量。

3.信號傳輸技術(shù)

將測試獲取的數(shù)據(jù)或信息通過現(xiàn)場總線、有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)、專用網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)，安全、可靠、穩(wěn)定、高速率、低功耗地傳輸?shù)椒?wù)器、用戶端或云端。

4.自組網(wǎng)技術(shù)

基于軸承單元的智能化、無線化，實現(xiàn)信息互通，使得大范圍內(nèi)多個智能軸承的監(jiān)測成為可能。

5.供能技術(shù)

運用熱點效應(yīng)、振動發(fā)電等能量捕獲技術(shù)，光電耦合、電磁耦合、電磁諧波等無線供能技術(shù)，自發(fā)電技術(shù)等。

6.信號處理技術(shù)

研究針對不同工況、不同類型軸承的非線性信號處理方法、特征提取及選擇方法，使采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理變成有用信息。

7.狀態(tài)智能評估技術(shù)

研究運行狀態(tài)的評估指標(biāo)、評估方法，建立評估模型，并能基于實時數(shù)據(jù)對評估模型進行實時修正。做到能對軸承故障，包括早期微弱故障進行遠(yuǎn)程、實時、智能的診斷、報警，并可對即將發(fā)生的故障進行預(yù)警，對剩余壽命進行預(yù)測。

8.狀態(tài)調(diào)控技術(shù)

通過與軸承集成的調(diào)控裝置，對軸承潤滑、預(yù)緊力和工作游隙等服役狀態(tài)進行實時調(diào)控，矯正服役狀態(tài)，適應(yīng)主機運行的需要。同時，對功能性故障進行自我維修、視情維修。

1.3.3 國內(nèi)外智能軸承研發(fā)情況

1.國內(nèi)

1）萬向錢潮、新火炬、人本和重慶長江等企業(yè)研發(fā)生產(chǎn)了第三代轎車輪轂軸承單元集成了ABS傳感器。

2）重慶大學(xué)研發(fā)了軸承振動加速度、溫度、轉(zhuǎn)速檢測裝置。

3）國防科技大學(xué)研發(fā)了振動加速度傳感器。

4）西安交通大學(xué)研發(fā)了軸承內(nèi)圈溫度、無線供電及無線傳輸傳感器，還研發(fā)了預(yù)緊力測試技術(shù)與裝置、預(yù)緊力自適應(yīng)調(diào)控裝置。

2.國外

1）恩梯恩（NTN）的伺服電動機的速度控制和轉(zhuǎn)動方向、軸承旋轉(zhuǎn)角度檢測裝置。

2）舍弗勒（SCHAEFFLER）的鐵路貨車軸承溫度、運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速、噪聲檢測裝置以及深溝球軸承轉(zhuǎn)速及旋轉(zhuǎn)方向檢測裝置。

3）日本精工（NSK）的鐵路貨車軸承、電動機軸承、發(fā)電機軸承轉(zhuǎn)速檢測裝置。

4）斯凱孚（SKF）的汽車軸承、牽引電動機軸承和深溝球軸承轉(zhuǎn)速、加速度、旋轉(zhuǎn)方向、角度位置檢測裝置。

5）鐵姆肯（TIMKEN）的汽車輪轂軸承轉(zhuǎn)速檢測裝置。

1.3.4 智能軸承開發(fā)技術(shù)路線圖

智能軸承開發(fā)技術(shù)路線圖如圖1-1所示。