（來源：中國軸承工業協會）

HRB軸承集團在全國供應商會議上，首次展出了新概念集成檢測、監督、數字傳輸功能于一體的智能軸承產品——高端數控機床主軸集成智能軸承單元（圖1）。該產品是國內軸承企業首次公開的實體化的智能軸承概念產品，該概念產品的提出標志著國內智能軸承研發將正式邁入實戰階段。

一、智能軸承概述

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調控裝置組成，可實現服役狀態的自感知、自決策、自執行的軸承系統單元。

自感知——通過傳感器檢測軸承服役狀態：包括旋轉速度、加速度、角度位置，累計旋轉轉數、溫度、振動、噪聲、載荷、工作游隙、潤滑狀況、磨損程度等。

自決策——根據傳感器的檢測結果分析、判定服役狀態是否正常，對即將發生的故障進行診斷、預警，對已經發生的故障進行報警，預測軸承剩余壽命。

自執行——根據軸承實時服役狀態，通過調控裝置，對軸承工作游隙、預緊力、潤滑等服役狀態進行調控、矯正，以適應主機的運行要求。

智能軸承是近年來軸承產品新發展的一個分支，是在機械、電子、計算機通訊與控制技術日益成熟的背景下，逐步發展起來的機電一體化新興產品。智能軸承一般由軸承本體、微型復合傳感器、信號傳輸電路、信號處理與分析系統四大部分組成[1]。

智能軸承按其功能分為兩大類，一類為初始型智能軸承，具有服役狀態自感知、自決策功能，目前絕大多數市面上的智能軸承均屬此類；另一類為全功能型智能軸承，不僅具有服役狀態自感知、自決策功能，而且具有自調控、自執行功能，這一類智能軸承尚屬于概念設計及研究階段。

智能軸承從Z初的外掛式結構到今天高度集成的嵌入式結構，其發展歷程完美的契合了世界工業發展的歷程，同時，也充分的體現了科技的進步，尤其是數字化和網絡時代的來臨，更為智能軸承的蛻變提供了強有力的支撐。時至今日，智能軸承已經不再僅僅是臆想和概念，而是應用到各行各業中，成為軸承隊伍中的一支生力軍。其中，以高速鐵路、軌道交通、航空航天、能源裝置、精密機床、新能源設備、新型汽車等應用場合為代表，智能軸承已經逐步應用到人們的身邊，為人們提供更可靠、更優質、更安心的服務，當然，目前所謂的智能軸承均處于智能軸承的初始型階段。

二、國內外研究情況

2015年，SKF公司在產業技術展會上首次展出了新型智能軸承“SKF Insight”和“SKFEnlight”，“SKF Insight”和“SKFEnlight”通過在軸承內部或配備軸承的產品外部集成振動傳感器、加速度傳感器和溫度傳感器，由這些傳感器通過無線通信收集數據，來分析軸承的狀態，從而診斷出異常。

2016年，舍弗勒集團發布“高效驅動，馳騁未來”戰略，確定未來的主要研究方向為智能軸承，也就是數字化軸承。將重點研究怎么把軸承的價值體現在數字化實現智能，和智能化產品配套的領域。舍弗勒Bio-Hybrid微交通概念產品（圖2）將集成傳感器智能軸承，用以收集駕駛過程中的車輛運行數據，甚至還能提供路況信息。

2017年，德源軸承公司舉辦了智能軸承科技項目路演活動。德源公司研發的智能陶瓷基復合材料軸承，現已克服了其易碎和加工難的兩大行業性難題。經實驗室試驗，新材料軸承的使用壽命是傳統軸承的35倍。該軸承加裝了智能裝置，做到實時自診斷功能。 

圖2 舍弗勒Bio-Hybrid微交通概念

三、市場應用情況

智能軸承作為一種新興的高技術含量的創新產品，應用領域以高端機械設備以及國防裝備為主，重點是為國家關鍵項目、重大裝備配套和服務。這些部位往往具有高性能、高可靠性的要求，同時，對軸承提出了更多的主觀能動性的需求。

以近幾年發展迅猛的鐵路運輸高鐵列車為例，其使用的輪對軸承就是智能軸承的一個初步發展階段產品。高鐵列車對運行的安全性要求嚴苛，行走系統的轉向架是保證列車高速、安全、穩定運行的核心零部件，這催生了新型的高鐵轉向架輪對軸承單元的研發。高鐵轉向架輪對軸承單元將傳感器外掛于軸承之側，對軸承的運轉狀態進行實時監控，同時通過數據傳輸系統，將軸承的運轉狀態參數傳遞?列車監控室，為列車監控人員提供珍貴的軸承運行資料。

汽車輪轂軸承單元（圖3）是應用傳感器集成技術的較早的產品，同樣隸屬于智能軸承的初級階段，三代轎車輪轂軸承所集成的ABS傳感器是通過數字碼盤和傳感器來實時監控輪轂軸承的旋轉狀態，從而為ABS系統的工作提供珍貴的可參考的輸入數據。

目前，市場應用的智能軸承尚且限于初步的自?檢測、自我分析階段，可以稱之為“會說話的軸承”，下一步的發展將以自我調整、自我修復為重點發展方向，屆時即可稱之為“會自愈的軸承”。

四、產品關鍵技術

1、嵌入集成傳感器技術

嵌入式集成傳感器是將多功能的微型傳感器嵌入到軸承內部，Z為接近被測信號的發生源。其在節省空間的同時，更容易獲得準確的軸承狀態信息。這種由傳統的將傳感器集成于設備，發展為將傳感器集成于軸承本體之中是大勢所趨，同時，也是傳感器的發展方向。傳感器集成方式由外掛式發展為嵌入式，使智能軸承的結構微型化、功能集成化、傳輸無線化及功耗低量化。

運用嵌入式系統將所需的功能嵌入到產品、裝置或大型系統中的計算機系統，使數據采集控制、分析處理功能遷移至傳感器端，從而提高數據精度，降低數據傳輸量。

傳感器的微型化將決定著智能軸承的發展。2015年，荷蘭傳感器開發人員研發了一款全球Z小的無線溫度傳感器（圖4）。這款超微型傳感器只有兩平方毫米，大小和一粒芝麻差不多，輕巧到隨時可以被風吹走。至于其運作原理也相當特別，其內置的微型天線可以接收到路由器發出的無線電波訊號，并會將之轉化成所需的電力。一旦充滿電之后，感傳感器便可以測量附近的溫度。

2、網絡信息處理技術

網絡技術高度發達的今天，幾乎一切的人類行動都與網絡信息難以分割，數據信息的網絡化及分析處理技術已經完全融入人們的生活。智能軸承的網絡信息處理技術主要是將測試獲取的數據或信息通過現場總線、有線網絡、無線網絡、專用網絡、互聯網，安全、可靠、穩定、高效、低功耗地傳輸到服務器、用戶端或云端。

然后，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，使采集到的數據經過分析處理變成有用信息。

Z終，基于軸承單元的智能化、無線化，實現信息互通，使得大范圍內多個智能軸承的監測成為可能。

3、評估診斷技術

智能軸承所獲得的數據分析結果，將進一步推動研究運行狀態的評估指標、評估方法，建立評估模型，并能基于實時數據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程、實時、智能的診斷、報警。并可對即將發生的故障進行預警。對剩余壽命進行預測等。

評估診斷技術將需要依靠強大的軸承故障數據分析庫，從而才能保證系統診斷的結果能與實際問題高度契合。因此，未來軸承將同樣需要具有其行業專有的大數據。

4、供能與調控技術

智能軸承運用熱點效應、振動發電等能量捕獲技術，光電耦合、電磁耦合、電磁諧波等無線供能技術用于提供自身的能量需求，這些自發電技術的應用將為智能軸承提供傳感器、執行裝置等部位的能量供應，在省去附加供能裝置的同時，降低了其他能量的消耗。

通過與軸承集成的調控裝置，對軸承潤滑、預緊力、工作游隙等服役狀態進行實時調控，矯正服役狀態，適應主機運行的需要。同時，對功能性故障進行自我維修，視情維修。

五、未來發展

可以預測，就目前的世界工業發展趨勢，第四次工業革命很快就會到來，這是歷史的齒輪在轉動，沒有什么可以阻擋，而作為承載著轉動核心功能的軸承，也必將經歷一番鳳凰涅